Serpentinleşme: Yaşamın Dünü, Bugünü ve Yarını

Artık Atlantik seferimizin son günlerindeyiz. İşte yaklaşık bir ay boyunca birlikte çalıştığımız bilim ekibiyle birlikte ROV Victor’un önündeki fotoğrafımız. Bu fotoğraf biriktirdiğimiz anıların bir yansıması niteliğinde. Ayrıca, gülen yüzler uzun ve meşakkatli bir seferin sorunsuz bir şekilde bitiyor olmasının da bir göstergesi.

Buradan tekrar Faial adasına, oradan da geldiğimiz yolu izleyerek Türkiye’ye döneceğiz. Bu dönüş yolculuğu sırasında blog arşivimize hem jeokimyasal hem de ekolojik anlamda ne kadar önemli olduğunu anladığım ‘serpentinleşme’ ile ilgili derli toplu bir yazı eklemek istedim. Jeoloji eğitimim sırasında serpentinitleri Türkiye’nin çeşitli bölgelerinde katıldığım arazi çalışmaları sırasında gözlemleme şansım oldu. Fakat, o zamanlar benim için sadece bir grup mineralden oluşmuş bir taş olmaktan öte gidemeyen serpentinitler, Atlantik derin deniz seferi sonrasında Dünya’daki (veya başka bir gezegendeki/uydudaki) yaşamın dünü, bugünü ve yarını için ne kadar önemli bir jeokimyasal süreç olduklarını bana öğretmiş oldular. Önceki yazılarda yer yer bu sürece ziyaret ettiğimiz hidrotermal alanların özelinde değinmiştik. Şimdi ise hem o değindiğimiz kısımları tek bir yazı altında özetlemek hem de dikkatlerinizi serpentinleşmenin yaşam için ne kadar önemli olduğu gerçeğine çekmek istiyorum.

Serpentinleşme, mantoda bulunan demir ve magnezyumca zengin ultramafik kayaların çeşitli nedenlerle okyanus tabanına veya yeryüzüne yakın bölgelere taşınması sonucunda yüzey sularıyla girdiği etkileşim olarak tanımlanan jeokimyasal bir süreç. Aslında temelde basit gibi görünen bu olay nasıl oluyor da yaşamın jeolojik zamandaki yayılımında bu kadar etkili olabiliyor?

Atlantik derin deniz seferinde Rainbow ve Lost City hidrotermal alanlarında okyanusun metrelerce altında bu süreci yerinde gözlemleme fırsatımız oldu. Bu süreç sırasında gerçekleşen redoks tepkimeleriyle ultramafik kayacın içinde yoğun olarak bulunan demir ve magnezyumca zengin olivine ve pyroxene gibi minerallerin belirli bir sıcaklık altında suyla girdikleri tepkime sonucunda kayacımızda, Serpentine, Brucite (Mg(OH)2), Magnetite (Fe3O4) gibi minerallerin ve moleküler hidrojenin (H2) oluştuğunu görüyoruz.

              Şekil 1: Serpentinleşme sonrasında oluşan mineralleri gösteren bir ince kesit (Schulte et. al, 2006)

Oluşan hidrojen daha sonra sistemdeki karbondioksit ile tepkimeye girerek metan oluşumuna neden oluyor. Aynı zamanda sadece serpentinleşmenin etkisinin gözlemlendiği sistemlerde (Lost City gibi) yüksek pH’a sahip kalsiyumca zengin sıvılarda elde etmek mümkün.

Olivine + Pyroxene + H2O → Serpentine ± Brucite ± Magnetite + H2

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

Peki hidrojen ve metanın yoğun şekilde üretilmesi neden bu kadar önemli. Serpentinleşme sonucunda üretilen yüksek orandaki hidrojen ve metan mikroorganizmalar tarafından fotosentezin olmadığı veya görece sınırlı olduğu sistemlerde enerji üretmek için kullanılıyor. Örneğin bazı kemosentetik canlılar hidrojeni veya metanı oksitleyerek (methanotrophy), bazıları hidrojen ve karbondioksitin tepkimesinden metan üreterek (methanogenesis), bazıları ise sistemdeki sülfatı indirgeyerek enerji üretebiliyor. Elde edilen bu metabolik enerjiyi kullanarak da kemosentez sayesinde biyokütle üretimini gerçekleştirebiliyorlar. Bu kemosentetik birincil üretim, besin zincirinde yer alan diğer canlılar tarafından (karidesler, yengeçler ve midyeler gibi) kendi metabolizmaları için kullanılıyor ve ekolojik sistem serpentinleşme reaksiyonları temelinde oluşturulmuş oluyor.

     Şekil 2: Ultramafik bir kayacın jeokimyasal olarak alterasyonu sonucunda oluşmuş serpentinit (wikipedia.org)

Peki serpentinleşmeyi sadece derin deniz sistemlerinde mi görüyoruz? Cevabımız hayır! Bunu daha iyi anlayabilmek için jeolojideki ofiyolit kavramına değinmemiz gerekiyor. Ofiyolit adı verilen sekanslar okyanus kabuğu ve mantonun üst kısmının jeolojisini tanımlamak için kullanılırlar. Bu sekansların içinde temel olarak derin deniz sedimanları, bazaltik lav akıntılar, çeşitli dayk sistemleri, gabro ve ultramafik kayaçları görmek mümkündür. Jeolojik zaman içerisinde Dünya’da çeşitli okyanuslar tektonik faaliyetler sayesinde var oldular ve yine aynı faaliyetlerle birlikte kapanarak yok oldular. Okyanus tabanlarının jeolojisini oluşturan ofiyolitik sekanslar ise okyanus kapanmaları sırasında tektonik kuvvetler vasıtasıyla yeryüzüne taşındılar. Yeraltı sularının bu ofiyolotik birimler içinden geçmesi sonucunda barındırdıkları ultramafik kayaların serpentinleşme reaksiyonlarına maruz kalmasını Dünya’nın çeşitli yerlerinde gözlemleyebiliyoruz. Umman’daki Semail ofiyoliti ve Türkiye’deki Tekirova ofiyoloti bunlara örnek olarak verilebilir. Tekirova ofiyoloti Antalya yakınlarında bulunan bir sistem ve serpentinleşme sonucunda ciddi oranlarda metan ve hidrojen gazlarının salınımına sahip.  Bu tip karasal sistemlerin derin deniz hidrotermal sistemlerinden en büyük farkı, derinlerde yüksek basınç altında gerçekleşen serpentinleşme ile gazlar sıvılar içinde çözünürken, yeryüzüne yakın bölgelerde basınç seviyesindeki azlıktan ötürü metan ve hidrojen gaz halde sisteme salınabiliyor. Bu tip sistemlerin de derin deniz eşleniklerinde olduğu gibi mikroorganizmaları çevrelerinde barındırıyor olması yüksek olasılık. Tekirova ofiyoloti gibi tabiri caizse elimizin altındaki ‘ekstrem’ sistemlerin jeolojisini ve biyolojisini daha iyi anlamak için bu bölgelerdeki çalışmaları sıklaştırmalıyız.

Şu an okyanus tabanlarının yüzeyleri bazaltik kayaçlarla domine edilmiş durumdalar. Bazalttaki olivine ve pyroxene minerallerinin miktarı bir hayli fazla olmasına rağmen bu sistemlerde serpentinleşme gözlemleyemiyoruz. Bunun nedeni bazaltik kayaçların yapısında görece daha fazla bulunan ‘silica’, reaksiyonun ultramafiklerde bahsettiğimden daha farklı bir şekilde evrimleşmesine neden oluyor. Fakat bu durum Dünya üzerinde tüm jeolojik zaman içerinse böyle miydi? Cevabımız yine hayır! Jeolojik zamanı ilk evrelerinde mantonun daha yüksek bir sıcaklığa sahip olmasından dolayı Dünya’ da okyanus tabanlarına bazaltik lavalar yerine ultramafik lavalar püskürtülebiliyordu. Bu yüzden serpentinleşmenin o zamanlarda daha yaygın olduğunu düşünmemek için bir nedenimiz yok. Bu süreç sonucunda üretilen hidrojen ve metan kemosentetik olarak başladığı düşünülen hayatın enerji üretmesine neden olmuş olabilir. Bunlara ek olarak serpentinleşmenin bir başka sonucu ise Fisher- Tropsch tepkimeleri ile düşük molekül ağırlıklı hidrokarbonlarda üretilmesi. O dönemlerde kaotik sayılabilecek bir yeryüzüne sahip olan Dünya, ozon tabakasının yokluğunda ultraviyole ışınların ve yaşam için daha bir çok olumsuz etkinin altında şekillenirken, hayat için yüzeyin tüm olumsuzluklarına kalkan olan derin denizlerin koruyucu karanlığında serpentinleşme gibi reaksiyonlar sayesinde elimizde organik madde var, enerji üretmenize neden olabilecek kimyasal bir dengesizlik var ve hidrotermal bacaların etrafında kimyasal reaksiyonun sürdürülmesini sağlayacak belirli bir sıcaklık profili var. Tek söyleyebileceğim: Neden olmasın!

Serpentinleşmenin özelinde yaşamın dününden ve bugününden bahsettik. Şimdi ise sıra yaşamın yarını olarak nitelendirdiğim astrobiyoloji çalışmalarına değinmeye geldi. Güneş sistemimizde birçok gezegenin veya uydunun yüzey suları barındırdığını ve aynı zamanda ultramafik kayaların sadece Dünya’da gözlemlenmediğini biliyoruz. Güneş sisteminin kompozisyonu düşünüldüğünde olivine en çok rastlanılan minerallerden biri. Komşumuz Mars’ın tıpkı Dünya’daki gibi ultramafik bir mantoya sahip olduğu düşünülüyor ve şimdiye kadar Dünya’ya ulaşan birçok Mars meteoru da ultramafik özellikte olan kayalar. Bunlara ek olarak neredeyse her yıl Mars’ta yeni su sistemlerinin keşfedildiğine dair haberler alıyoruz, yani biliyoruz ki Mars’ta su var. Şimdi elimizde ultramafik kayaçlar ve yüzey suları var. Dünya’daki çalışmalardan öğrendiğimiz kadarıyla bu tip bir sistemde serpentinleşmeyi görme ihtimalimiz düşük değil. Öyle ki yörüngedeki uydular yardımıyla Mars yüzeyince oluşan serpentine mineralleri çoktan tespit edilmiş durumdalar.

     Şekil 3: Mars yüzeyindeki serpentine içeren bölgeleri gösteren harita (Ehlmann et.al, 2010)

Bu serpentinelerin henüz ne zaman oluştuklarını bilmiyoruz fakat hem geçmişte oluşmuş olma ihtimalleri hem de şu an yüzey suları yardımıyla oluşuyor olma ihtimalleri bizler için eşit derecede değerli. Mars’taki yaşam eski Mars okyanuslarının tabanlarında var olan hidrotermal sistemlerin etrafında gelişmiş olabilir veya şu an serpentinleşmenin gerçekleştiği bölgelerde varlığını sürdürüyor da olabilir. Bu konu hakkında gelecekte yapılacak insanlı/insansız araştırmalar bizim bu sistemi daha iyi anlamamıza neden olacak. Aynı şekilde Jüpiter’in uydusu Europa ve Satürn’ün uydusu Enceladus’un kalın buz tabakaları altında bulunan okyanuslar da gelecek astrobiyoloji çalışmaları için çok önemli. Bu tip sistemlerde keşfedilen moleküler hidrojen ve bazı organik moleküllerin varlığı okyanus tabanlarında serpentinleşmenin gerçekleşiyor olma ihtimalini kuvvetli kılıyor.

     Şekil 4: Satürn’ün uydusu Enceladus’taki hidrotermalizm (NASA)

Toparlamak gerekirse serpentinleşme yaşamın dününü, bugününü ve yarınını derinden etkileyen bir süreç. Dünya’daki yaşamın yaklaşık 4 milyar yıllık serüveninin bu tip jeokimyasal bir tepkime ile başlamış olma ihtimali oldukça heyecan verici. Ayrıca çok geçmeden güneş sisteminde Dünya dışı yaşamın keşfedileceğini biliyorum. Gelecekte bu konu hakkında yapılacak yeni çalışmalar ile serpentinleşmenin dinamikleri daha iyi anlaşılacak ve öğrendiğimiz yeni bilgiler sayesinde keşiflerimizi daha çok genişletebileceğiz.

– Serhat

Yararlanılan Kaynaklar

Ehlmann,B.L., Mustard, J.F., Murchie, S. L., (2010), Geologic setting of serpentine deposits on Mars, Geophysical Research Letters, Volume 37, L06201, doi:10.1029/2010GL04259

Schulte, M., Blake, D., Hoehler, T., McCollom, T., (2006), Serpentinization and Its Implications for Life on the Early Earth and Mars. Astrobiology, Volume 6, Number 2

 

2 Replies to “Serpentinleşme: Yaşamın Dünü, Bugünü ve Yarını”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *