Antarktika’daki Kan Şelaleleri Neden Kırmızı?

Colin Harris / era-images/alamy.com/tr

İngiliz jeolog Thomas Griffith Taylor, 1911 yılında Terra Nova keşif seferi sırasında Antarktika’daki McMurdo Kuru Vadileri’nde dikkat çekici bir manzarayla karşılaştı: Bir buzulun içinden koyu kırmızı renkli su akıyordu. Görünümü nedeniyle daha sonra "Kan Şelaleleri" (Blood Falls) olarak adlandırılan bu doğa olayı, uzun yıllar boyunca bilim insanlarının ilgisini çekti. Çünkü Antarktika’nın aşırı düşük sıcaklıklarında suyun nasıl sıvı kalabildiği ve bu çarpıcı kırmızı rengin nasıl oluştuğu uzun süre tam olarak açıklanamamıştı. 

Günümüzde gelişmiş görüntüleme teknikleri ve mikrobiyoloji çalışmaları sayesinde Kan Şelaleleri’nin ardındaki süreçler daha iyi anlaşılmaya başlandı. Araştırmalar, bu sıra dışı sistemin yalnızca ilginç bir doğa olayı olmadığını, aynı zamanda buzul altı ortamları, ekstrem yaşam biçimlerini ve Dünya dışı yaşam arayışında hangi koşullara odaklanılması gerektiğini anlamak açısından önemli ipuçları taşıdığını gösteriyor.

Şelale neden kırmızı? 

Kan Şelaleleri, buzulun altında bulunan çok tuzlu bir su rezervuarının yüzeye sızmasıyla oluşuyor. Bilim insanları bu rezervuarın, yaklaşık beş milyon yıl önce bölge henüz bir fiyortken burada hapsolan eski deniz suyundan oluşan bir buzul altı su sistemi olduğunu düşünüyor. Zamanla Taylor Buzulu’nun ilerlemesiyle buzun altında izole kalan bu su, milyonlarca yıl boyunca atmosferle ve gün ışığıyla temas etmeden varlığını sürdürmüş. Bu nedenle şelaleden çıkan su, Dünya’nın geçmişinden bugüne ulaşan bir zaman kapsülü olarak değerlendiriliyor. 

Uzun yıllar boyunca kırmızı rengin nedeni tam olarak anlaşılamamıştı. Kırmızı alglerden çeşitli minerallere kadar farklı açıklamalar öne sürülüyordu. Ancak bu teoriler, suyun neden donmadan akabildiğini ve yüzeye çıktığında neden kırmızı renge dönüştüğünü bütünüyle açıklayamıyordu.

Yüksek çözünürlüklü elektron mikroskoplarıyla 2023 yılında gerçekleştirilen analizler, bu gizemin çözülmesine yardımcı oldu. Şelaleden alınan örneklerde, bir insan alyuvarının yaklaşık yüzde biri büyüklüğünde mikroskobik parçacıklar bulundu. “Nanoküre” olarak adlandırılan bu parçacıklar demirin yanı sıra silikon, kalsiyum, alüminyum ve sodyum gibi elementler içeriyordu. 

Bu parçacıkların en dikkat çekici özelliği, düzenli kristal yapıda olmamalarıydı. Bilim insanları bu tür düzensiz yapıları “amorf” olarak tanımlar. Buzulun altındaki oksijensiz ortamda su büyük ölçüde berrak görünür. Ancak bu su yüzeye çıkıp havadaki oksijenle temas ettiğinde içindeki çözünmüş demir oksitlenir. Bu süreçte oluşan demirce zengin amorf nanoküreler ve onlarla birlikte bulunan farklı iyonlar, Kan Şelaleleri’ne karakteristik kırmızı-turuncu rengini verir.

Işıksız bir dünyada yaşam 

Kan Şelaleleri yalnızca sıra dışı bir jeolojik oluşum değil, aynı zamanda yaşamın çok zorlu koşullarda bile sürdürülebileceğini gösteren doğal bir araştırma alanı. Buzulun altındaki ortam tamamen karanlık, çok soğuk ve aşırı tuzlu. Üstelik burada oksijen neredeyse hiç bulunmuyor. Buna rağmen burada bazı mikroorganizmalar yaşamını sürdürebiliyor. Çünkü bu canlılar enerjilerini güneş ışığından değil, çevrelerindeki kimyasal maddelerden elde ediyor. “Kemoototrof” olarak adlandırılan bu mikroorganizmalar, demir ve kükürt gibi inorganik maddelerden yararlanarak enerji üretebiliyor. Başka bir deyişle, kayaçlardaki mineraller ve sudaki kimyasal bileşikler burada yaşayan canlıların enerji döngüsünde rol oynuyor. Araştırmalar, özellikle Thiomicrospira arctica ile yakın akraba olan, deniz kökenli ve kükürt oksitleyebilen bakterilerin bu ekosistemde önemli bir yer tuttuğunu gösteriyor. 

Şelalenin donmadan akabilmesinin nedeni ise suyun aşırı tuzlu (hipersalin) olması. Tuz oranı çok yüksek olduğu için suyun donma noktası düşüyor. Böylece su, Antarktika’nın aşırı düşük sıcaklıklarında bile sıvı hâlde kalabiliyor. Bu özellik sayesinde buzul altındaki tuzlu su sisteminde milyonlarca yıldır ışık görmeden yaşamını sürdüren mikroorganizmalar için uygun koşullar korunabiliyor. 

Mars ve Europa için doğal bir laboratuvar

Kan Şelaleleri, yalnızca Dünya’daki sıra dışı bir doğa olayı olarak görülmüyor. Bilim insanları bu bölgeyi Mars veya Jüpiter’in uydusu Europa gibi buzla kaplı gök cisimlerinde yaşam ihtimalini araştırmak için önemli bir model alan olarak değerlendiriyor. Bilim dünyasında "analog bölge" olarak tanımlanan bu tür alanlar, başka gezegenlerde ya da uydularda karşılaşılabilecek koşulların Dünya’daki benzerlerini inceleme fırsatı sunuyor.

Mars’ın yüzeyinin altında da tıpkı burada olduğu gibi tuzlu, demir açısından zengin ve buz kütleleriyle izole olmuş su rezervlerinin bulunabileceği düşünülüyor. Kan Şelaleleri’nde mikroorganizmaların bu kadar ekstrem ve izole bir ortamda yaşamını sürdürebilmesi, belki de benzer koşullara sahip başka gökcisimlerinde yaşam izlerinin nerede ve nasıl aranabileceğine dair önemli ipuçları sağlayabilir.

Bu bölgeyi önemli kılan noktalardan bir diğeri de uzaktan algılama teknolojileri için sunduğu imkânlardır. Bilim insanları, spektroskopi adı verilen yöntemle buzun altındaki suyun ve yüzeydeki mineral birikimlerinin içeriğini doğrudan kazı yapmadan inceleyebiliyor. Kan Şelaleleri’nin yaydığı ışık imzalarını (spektrumları) analiz ederek içerideki mineralleri ve olası yaşam izlerini belirlemeye çalışıyorlar. Bu tür yöntemler, gelecekte Mars ve Europa gibi gök cisimlerine gönderilecek keşif araçlarında da kullanılabilir.

Sonuç olarak Kan Şelaleleri, Dünya’daki en sıra dışı doğal sistemlerden biri olarak kabul ediliyor. Buzulların altında milyonlarca yıl boyunca izole kalan tuzlu su, demir açısından zengin parçacıklar ve bu ortamda yaşamayı başaran mikroorganizmalar, bilim insanlarına hem Dünya’nın geçmişi hem de uzaydaki olası yaşam hakkında önemli bilgiler sunuyor. Bu nedenle Kan Şelaleleri yalnızca etkileyici bir doğa olayı değil, aynı zamanda ekstrem koşullarda yaşamın nasıl sürdürülebileceğini anlamaya yardımcı olan doğal bir araştırma laboratuvarı olarak görülüyor.

Sözlük:

Fiyort: Denizin kara içine doğru uzun, dar ve çok derin biçimde sokulduğu, kenarları genellikle dik yamaçlı kıyı oluşumu

Amorf: Belirli bir kristal yapısı veya düzenli atom dizilimi olmayan, şekilsiz katı maddeleri tanımlar.

Kemoototrof: Enerjisini güneş ışığı yerine çevresindeki inorganik kimyasal maddelerin (demir, kükürt, amonyak vb.) oksidasyonundan elde eden canlılar

Nanoküre: Metrenin milyarda biri ölçeğinde (nanometre) boyutlara sahip, genellikle yuvarlak formdaki mikroskobik parçacıklar

Spektroskopi: Işığın madde ile etkileşimini, maddelerin ışığı emme veya yansıtma özelliklerini inceleyen bilim dalı

Kaynaklar:

• Mikucki, J. Lee, P. A., Dyar, M. D., Sklute, E. C., & Taylor, E. (2018). Ice-covered Chemosynthetic Ecosystems: Mineral Availability and MicroBiological Accessibility (ICE-MAMBA). 49th Lunar and Planetary Science Conference (LPI Contrin. No. 2083)

• Mikucki, J. A., & Priscu, J. C. (2007). Bacterial diversity associated with Blood Falls, a subglacial outflow from the Taylor Glacier, Antarctica. Applied and environmental microbiology, 73(12), 4029-4039.

• Sklute, E. C., Mikucki, J. A., Dyar, M. D., Lee, P. A., Livi, K. J., & Mitchell, S. (2022). A multi-technique analysis of surface materials from Blood Falls, Antarctica. Frontiers in Astronomy and Space Sciences, 9, 843174.

• Darrell, J. (2023). Seeing Red: Researchers Uncover the Centry-old Mystery of Blood Falls. Johns Hopkins University.

• https://www.futura-sciences.com/en/antarctica-the-blood-falls-finally-explained-scientifically_24864/

• https://www.nationalgeographic.com/science/article/blood-falls-antarctica-explained

Yazar Hakkında:

Gülnur Şener

Moleküler Biyolog