Oğuz Pancar

Su, yaşamın ta kendisi. Tıpkı bir ağacın kök salması gibi, biz insanlar da varoluşumuzun her anında suya bağımlıyız. Gezegenimizin dörtte üçünü kaplayan uçsuz bucaksız okyanuslar, göller ve nehirler sayısız canlı türüne ev sahipliği yapıyor. Hatta bedenimizin de büyük bir kısmı sudan ibaret: yeni doğmuş bir bebeğin ağırlığının yaklaşık %78'i, yetişkinlerin ise %60-65'i su. Vücudumuzdaki hücrelerin işleyişi, besinlerin taşınması, atıkların atılması ve vücut sıcaklığımızın düzenlenmesi gibi yaşamsal işlevler su olmadan düşünülemez. Açlığa haftalarca ama susuzluğa ancak birkaç gün dayanabiliyoruz.

Su, yeryüzündeki tüm yaşam formlarının ortaya çıkışı ve evrimi için vazgeçilmez bir ön koşul. İlk tek hücreli organizmaların okyanusların derinliklerinde hayat bulduğunu, fotosentez yapan canlıların atmosferimizi oksijenle doldurarak karmaşık yaşamın yolunu açtığını düşündüğümüzde, suyun bu roldeki önemi daha da belirginleşiyor. Su, sadece bir bileşen değil, yaşamın temelini atan, onu besleyen ve şekillendiren mucizevi bir molekül.

Suyun Yaşamı Mümkün Kılan Eşsiz Özellikleri

Peki, basit görünen bir molekül olan su (H₂O), yaşamı nasıl mümkün kılıyor? Yanıt, onun eşsiz yapısında ve özelliklerinde saklı.

Su, polar bir moleküldür. Oksijen atomu hafif negatif, iki hidrojen atomu ise hafif pozitif yüke sahiptir. Bu kutupluluk sayesinde su molekülleri birbirleriyle ve diğer polar veya iyonik maddelerle hidrojen bağları kurabilirler. İşte bu özellik, suyu yaşamın en temel çözücüsü (solvent) yapar.

Suyun bu polar yapısı, tuzlar, şekerler, proteinler ve nükleik asitler gibi birçok farklı maddeyi kolayca çözebilmesini sağlar. Bedenimizde gerçekleşen tüm kimyasal tepkimeler, bu çözünmüş maddelerin su bazlı bir ortamda etkileşime girmesiyle gerçekleşir. Besinler, oksijen ve atık ürünler, kanımızdaki su yardımıyla hücrelere taşınır veya hücrelerden uzaklaştırılır. Su olmasaydı, bu maddelerin hareketi ve buna bağlı tüm biyolojik süreçler tamamen olanaksız olurdu.

Su, yalnızca bir çözücü ortam sağlamakla kalmaz, aynı zamanda birçok biyokimyasal tepkimede de doğrudan rol alır. Örneğin, büyük moleküllerin parçalandığı hidroliz tepkimelerine katılırken, küçük moleküllerin birleşerek büyük moleküller oluşturduğu dehidrasyon sentezi tepkimelerinde bu kez su molekülleri açığa çıkar. DNA sentezi, protein üretimi ve karbonhidratların parçalanması gibi temel hücresel süreçler, suyun kimyasal katılımı olmadan düşünülemez.

Suyun yüksek özgül ısı kapasitesi, canlıların iç sıcaklıklarını sabit tutmalarına yardımcı olur. Su, büyük miktarda ısıyı emebilir veya salabilirken, kendi sıcaklığında çok az değişiklik gösterir. Bu özellik, hem tek hücreli organizmalardan karmaşık canlılara kadar tüm canlılarda hem de Dünya'nın ikliminin dengelenmesinde yaşamsal bir rol oynar.

Ayrıca, suyun yüzey gerilimi ile adezyon ve kohezyon özellikleri, bitkilerin suyu taşımasında ve hücrelerin yapısal bütünlüğünün korunmasında önemlidir. Hücrelerin büyük bir kısmı sudan oluşur ve su, hücre zarları da dahil olmak üzere hücresel yapıların şeklini ve işlevini korumasına yardımcı olur.

Kısacası, suyun benzersiz kimyasal yapısı, onu sıradan bir bileşik olmaktan çıkarıp, yaşamın temel taşı haline getirir. Yaşam, ancak suyun kimyasal tepkimelerin gerçekleştiği uygun bir ortam sağlaması veya bu tepkimelere doğrudan katılması sayesinde ortaya çıkabilmiştir.

Büyük Bilmece

Peki, gezegenimize bu kadar su nereden geldi? Bu soru, sadece bilimsel bir merak konusu değil, aynı zamanda Dünya'daki yaşamın nasıl başladığını anlamamızın ve ötegezegenler de dahil olmak üzere evrenin diğer köşelerinde yaşam olasılıklarını belirlememizin de anahtarıdır.

Dünya'daki suyun kaynağı hakkında temelde iki ana kuram bulunuyor:

Yer kökenli kuram: Su, gezegenimiz ilk oluştuğunda yerkürede hapsoldu ve sonradan yüzeye salındı.

Dış kökenli kuram: Su, gezegenimiz oluştuktan sonra, asteroitler ve kuyruklu yıldızlar gibi buz yüklü gök cisimleri tarafından Dünya'ya taşındı.

Bu iki kuram aslında birbirini dışlamıyor; yani Dünya'nın suyunu birden fazla kaynaktan almış olması da oldukça olası. Bu durum işleri biraz daha karmaşık hale getirse de, bilim insanları Erken Güneş Sistemi'ni ve Dünya'nın ilk oluşumunu modelleyerek bu kuramların doğruluğunu sınamaya çalışıyorlar.

Dünya yaklaşık 4,54 milyar yıl önce, Güneş'in çöken bir gaz ve toz bulutundan oluşmasının ardından meydana geldi. Geriye kalan maddeler, gezegenimiz de dahil olmak üzere Güneş Sistemi'nin geri kalanını şekillendirdi. Peki, bu topaklanan "süprüntüler" yerküreyi oluştururken yüzeyde su molekülleri var mıydı? Büyük olasılıkla hayır; çünkü erken Güneş Sistemi çok sıcak bir yerdi; sıvı haldeki su buharlaşır ve uzaya savrulurdu.

Ancak, su sadece yüzeyde değil, bir gezegenin derinliklerinde de bulunabilir. Bilim insanları, Dünya'nın derinliklerinde, özellikle manto geçiş bölgesinde, ringwoodite gibi minerallerin kristal yapılarına hapsolmuş devasa bir su rezervuarı olabileceğini düşünüyorlar. Suyu sünger gibi emebilme yeteneğine sahip bu minerale, yakın zamana kadar sadece yerküreye ulaşan asteroitlerde rastlanmıştı. Ancak 2014'te Brezilya'da çıkarılan bir elmasın içinde bir tanecik bulunmasından sonra yoğunlaşan çalışmalar, Dünya'nın alt ve üst manto katmanları arasındaki geçiş bölgesinde yoğun ringwoodite tabakaları uzandığına işaret ediyor. Hatta, bu manto geçiş bölgesinde (yaklaşık 410 km ila 660 km derinlikte) ringwoodite ve wadsleyite gibi minerallerin yapısında kilitli halde, okyanuslardakinin 3 katı kadar su bulunabileceği tahmin ediliyor.

Ringwoodite minerali, kendi ağırlığının %1 ila %2.5'i kadar suyu (hidroksil iyonları şeklinde) yapısında tutabilir. Mantodaki yüksek sıcaklık ve basınç altında, minerallerin dehidrasyonu (su kaybetmesi) sonucu su buharı oluşur. Bu buhar, magma ile birlikte yüzeye yükselir ve volkanik patlamalarla atmosfere salınır. Bunun dışında, mantodaki konveksiyon akımları derinlerdeki materyali yüzeye, yüzeydeki materyali de derinlere taşır. Bu döngü sırasında, mantodaki suyun bir kısmı yüzeydeki su döngüsüne katılmış olabilir.

Yaklaşık 4 ila 3,8 milyar yıl önce, Güneş Sistemi'nin dış gezegenlerinin (Jüpiter, Satürn, Uranüs ve Neptün) yörüngeleri değişti. Başlangıçta Güneş'e daha yakın ve birbirlerine daha bitişik yörüngelerde bulunan bu dev gezegenler, özellikle Jüpiter ve Satürn'ün kütleçekimsel etkileşimleri yüzünden daha dış yörüngelere savruldular. Bu yörünge kaymaları, Kuiper Kuşağı ve Oort Bulutu gibi dış Güneş Sistemi'nin daha uzak bölgelerindeki buzlu asteroit ve kuyruklu yıldız popülasyonları üzerinde büyük bir kütleçekimsel etki yarattı. Milyarlarca gök cismi, yörüngelerinden saparak İç Güneş Sistemi'ne doğru hareketlendi ve Merkür, Venüs, Dünya ve Mars gibi iç gezegenlere yöneldi. "Geç Ağır Bombardıman" (Late Heavy Bombardment - LHB) olarak bilinen bu dönemde, bu gezegenler daha önce hiç olmadığı kadar yoğun bir gök cismi yağmuruna tutuldu. Örneğin Ay'ın yüzeyindeki dev kraterlerin çoğu bu evrede oluştu.

Bu dönem, Dünya'nın ve diğer gezegenlerin jeolojik ve atmosferik evriminde çok kritik bir rol oynamıştır. Dünya'daki suyun önemli bir kısmının da bu dönemde asteroitler ve kuyruklu yıldızlar aracılığıyla gelmiş olabileceği düşünülmektedir. Gökbilimciler, yaklaşık 4,51 milyar yıl önce genç Dünya'ya Theia adını verdikleri Mars büyüklüğünde bir gezegenin çarptığına inanıyor. Bu çarpışma yerküre mantosunun bir kısmını eritmiş ve çarpışmayla dış uzaya saçılan maddeler Ay'ı oluşturmuş olmalı. Theia'nın da Dünya'ya su getirmiş olması olasılıklar arasında.

Suyun "Parmak İzi": Döteryum Oranı

Peki, yeryüzündeki suyun kaynağına dair elimizde hiç mi ipucu yok? Elbette var! Döteryum oranı, suyun bir nevi "parmak izi" gibidir. D ya da ²H simgesiyle gösterilen döteryum, bir protona ek olarak bir de nötron içeren hidrojen izotopudur. Dünya'daki okyanuslardaki her 6420 hidrojene karşılık bir döteryum atomu bulunur; yani yerküredeki su, yaklaşık %0.015 oranında ağır su olarak bilinen D₂O molekülü içerir ve bu oran neredeyse tüm okyanuslarda aynıdır.

Ancak, 67P/Churyumov-Gerasimenko ve 81P/Wild gibi kuyruklu yıldızlardan alınan örnekler, bu gök cisimlerinde donmuş haldeki suyun, yeryüzündekinden farklı bir döteryum oranına sahip olduğunu gösterdi. Bu da, yerküredeki suyun farklı kaynaklardan geldiğinin önemli bir işaretidir.

Dünya üstündeki tüm suyu oluşturmak için, Halley kuyruklu yıldızı büyüklüğünde yaklaşık 12-13 milyon gök cisminin gezegenimize çarpması gerekir. Ancak bu devasa sayı bile yeterli olmayabilir. Şöyle ki; 66 milyon yıl önce Dünya'ya çarparak yeryüzündeki canlı türlerinin en az %75'ini yok eden Chicxulub göktaşıyla neredeyse aynı büyüklükte olan Halley’in içerdiği suyun en az yarısının, çarpmanın şiddetiyle buharlaşarak hızla dış uzaya kaçacağını düşünürsek, Dünya'ya düşmesi gereken büyük gök cismi sayısı yaklaşık 25 milyona çıkıyor. Chicxulub'un Meksika Körfezi'nde çapı 180 km'yi bulan bir krater açtığı düşünülürse, Dünya üzerinde bu büyüklükte 25 milyon krater olmadığı açık. Bu nedenle, yerküreye suyu asıl taşıyan gök cisimlerinin, daha küçük boyutlu ve çoğunlukla yerküreye ulaşmadan buharlaşan meteorlar olması daha akla yatkın görünüyor.

Japon Uzay Araştırma Ajansı JAXA'nın 2020'de Ryugu asteroidini incelemek üzere uzaya yolladığı Hayabusa2 tarafından Dünya'ya getirilen örneklerin analizi, asteroidin kayalarında kilitli suyun, Dünya'nın okyanuslarında bulunan su türüyle benzer döteryum oranına sahip olduğunu gösterdi. NASA'nın OSIRIS-REx uzay aracı da, Eylül 2023'te Bennu asteroitinden aldığı örnekleri Dünya'ya geri getirdi. Bu örneklerin ilk analizleri de Bennu'daki suyun yerküredeki suya çok benzer bir içeriğe sahip olduğunu ortaya koydu. Bu bulgular, yerküredeki suyun tümü olmasa da, önemli bir kısmının kaynağının asteroitler olabileceğini gösteriyor.

[Elbette, içeriklerin benzer olması kaynağın belirlenmesinde kesin bir ölçüt değildir; yüksek ve düşük döteryum oranlı iki su kütlesini karıştırdığınızda, elde edeceğiniz suyun döteryum oranı bu iki değer arasında bir yerde olacaktır.]

Buhar Banyosu

Dünya'nın mantosundaki kayaçlar ve dış uzaydan yerküreye düşen gök cisimleri dışında, suyun kaynağıyla ilgili farklı bir kuram daha var. Buna göre, Güneş Sistemi'nin çevresinde dolanan ve büyük ölçüde buzdan oluşan asteroitler, içlerinde bulunan radyoaktif izotopların bozunması sonucu ısınarak su buharına dönüştü. Bu su buharı, Güneş'in kütleçekimiyle İç Güneş Sistemi'ne doğru çekildi. Bu "su buharı banyosuna" giren kimi gezegenler, bu buharın bir kısmını yakalayarak kendi okyanuslarını oluşturdular.

Dünya'nın suyunu tam olarak nasıl aldığını henüz bilmesek de, suyun Dünya'da karmaşık yaşamın, yani bizim de dahil olduğumuz evrimin temelini attığını biliyoruz. 2011 yılında yapılan gözlemler, Dünya'dan yaklaşık 12 milyar ışık yılı uzaklıkta bulunan APM 08279+5255 adlı kuasarın çevresindeki gaz bulutlarında su moleküllerinin varlığını gösterdi. 12 milyar ışık yılı uzaklığa baktığınız zaman, aslında evrenin 1.6 milyar yıl yaşındaki haline bakıyorsunuz. Yani suyun, evrenin erken dönemlerinde bile oluşan bir molekül olduğu anlamına geliyor bu. Evrende en bol bulunan elementler arasında hidrojenin birinci, oksijenin üçüncü sırada olduğunu düşünürsek, tüm evrene yayılmış inanılmaz bir su miktarının olması gerektiği anlaşılır ki bu da yaşamın yalnızca gezegenimize özgü olamayacağının en önemli göstergesi.