Kemungkinan sisa bahan kimia dari Bumi awal berada di dekat inti

  • Share


Mari kita melakukan perjalanan ke kedalaman Bumi, turun melalui kerak dan mantel hampir ke inti. Kami akan menggunakan gelombang seismik untuk menunjukkan jalannya, karena mereka bergema di seluruh planet setelah gempa bumi dan mengungkapkan struktur internalnya seperti gelombang radar.

Di dekat inti, ada zona di mana gelombang seismik lambat merangkak. Penelitian baru dari Universitas Utah menemukan bahwa zona kecepatan ultra-rendah yang penuh teka-teki dan diberi nama deskriptif ini secara mengejutkan berlapis-lapis. Pemodelan menunjukkan bahwa mungkin beberapa zona ini adalah sisa dari proses yang membentuk Bumi awal—sisa-sisa pencampuran yang tidak sempurna seperti gumpalan tepung di dasar mangkuk adonan.

“Dari semua fitur yang kita ketahui di mantel dalam, zona kecepatan sangat rendah mewakili apa yang mungkin paling ekstrem,” kata Michael S. Thorne, profesor di Departemen Geologi dan Geofisika. “Memang, ini adalah beberapa fitur paling ekstrem yang ditemukan di mana pun di planet ini.”

Studi ini dipublikasikan di Geosains Alam dan didanai oleh National Science Foundation.

Ke dalam mantel

Mari kita tinjau bagaimana interior Bumi terstruktur. Kita hidup di kerak, lapisan tipis batuan padat. Antara kerak dan inti besi-nikel di pusat planet adalah mantel. Ini bukan lautan lava – melainkan lebih seperti batuan padat, tetapi panas dan dengan kemampuan bergerak yang mendorong lempeng tektonik di permukaan.

Bagaimana kita bisa tahu apa yang terjadi di mantel dan inti? Gelombang seismik. Saat mereka riak melalui Bumi setelah gempa bumi, para ilmuwan di permukaan dapat mengukur bagaimana dan kapan gelombang tiba di stasiun pemantauan di seluruh dunia. Dari pengukuran tersebut, mereka dapat menghitung kembali bagaimana gelombang dipantulkan dan dibelokkan oleh struktur di dalam Bumi, termasuk lapisan dengan kepadatan berbeda. Begitulah cara kita mengetahui di mana batas-batas antara kerak, mantel, dan inti – dan sebagian bagaimana kita tahu terbuat dari apa.

Zona kecepatan ultra-rendah berada di bagian bawah mantel, di atas inti luar logam cair. Di daerah ini, gelombang seismik melambat sebanyak setengahnya, dan kepadatannya naik sepertiga.

Para ilmuwan awalnya mengira bahwa zona ini adalah area di mana mantel sebagian meleleh, dan mungkin menjadi sumber magma untuk apa yang disebut wilayah vulkanik “hot spot” seperti Islandia.

“Tetapi sebagian besar hal yang kita sebut zona kecepatan sangat rendah tampaknya tidak terletak di bawah gunung berapi titik panas,” kata Thorne, “jadi itu bukan keseluruhan cerita.”

Jadi Thorne, sarjana postdoctoral Surya Pachhai dan rekan dari Australian National University, Arizona State University dan University of Calgary berangkat untuk mengeksplorasi hipotesis alternatif: bahwa zona kecepatan ultra-rendah mungkin merupakan daerah yang terbuat dari batuan yang berbeda dari yang lainnya. mantel—dan bahwa komposisi mereka mungkin kembali ke awal Bumi.

Mungkin, kata Thorne, zona kecepatan sangat rendah bisa menjadi kumpulan oksida besi, yang kita lihat sebagai karat di permukaan tetapi dapat berperilaku sebagai logam di mantel dalam. Jika itu masalahnya, kantong oksida besi di luar inti dapat mempengaruhi medan magnet bumi yang dihasilkan tepat di bawah.

“Sifat fisik zona kecepatan sangat rendah terkait dengan asalnya,” kata Pachhai, “yang pada gilirannya memberikan informasi penting tentang status termal dan kimia, evolusi, dan dinamika mantel paling bawah Bumi—bagian penting dari konveksi mantel yang mendorong lempeng tektonik.”

Gelombang seismik rekayasa balik

Untuk mendapatkan gambaran yang jelas, para peneliti mempelajari zona kecepatan sangat rendah di bawah Laut Koral, antara Australia dan Selandia Baru. Ini adalah lokasi yang ideal karena banyaknya gempa bumi di daerah tersebut, yang memberikan gambaran seismik resolusi tinggi dari batas inti-mantel. Harapannya adalah bahwa pengamatan resolusi tinggi dapat mengungkapkan lebih banyak tentang bagaimana zona kecepatan ultra-rendah disatukan.

Tetapi mendapatkan gambar seismik dari sesuatu melalui hampir 1800 mil kerak dan mantel tidaklah mudah. Ini juga tidak selalu meyakinkan—lapisan tebal material berkecepatan rendah mungkin memantulkan gelombang seismik dengan cara yang sama seperti lapisan tipis material dengan kecepatan lebih rendah.

Jadi tim menggunakan pendekatan rekayasa balik.

“Kita dapat membuat model Bumi yang mencakup pengurangan kecepatan gelombang ultra-rendah,” kata Pachhai, “dan kemudian menjalankan simulasi komputer yang memberi tahu kita seperti apa bentuk gelombang seismik jika memang seperti itu rupa Bumi. Langkah kami selanjutnya adalah membandingkan rekaman yang diprediksi dengan rekaman yang sebenarnya kami miliki.”

Lebih dari ratusan ribu model berjalan, metode yang disebut “inversi Bayesian,” menghasilkan model interior yang kuat secara matematis dengan pemahaman yang baik tentang ketidakpastian dan pertukaran asumsi yang berbeda dalam model.

Satu pertanyaan khusus yang ingin dijawab oleh para peneliti adalah apakah ada struktur internal, seperti lapisan, di dalam zona kecepatan sangat rendah. Jawabannya, menurut model, adalah bahwa lapisan sangat mungkin. Ini adalah masalah besar, karena ini menunjukkan cara untuk memahami bagaimana zona-zona ini muncul.

“Sepengetahuan kami, ini adalah studi pertama yang menggunakan pendekatan Bayesian pada tingkat detail ini untuk menyelidiki zona kecepatan sangat rendah,” kata Pachhai, “dan ini juga merupakan studi pertama yang menunjukkan lapisan kuat dalam zona kecepatan sangat rendah. .”

Sebuah simulasi evolusi interior bumi dari waktu ke waktu, menunjukkan evolusi termal (bawah), kimia (tengah) dan termokimia di bawah kondisi simulasi. Bagian bawah setiap bidang adalah batas inti-mantel. Zona kecepatan ultra-rendah dapat dilihat di bidang atas dan tengah, terbentuk di ujung zona biru muda.

Melihat kembali asal usul planet

Apa artinya ada kemungkinan lapisan?

Lebih dari empat miliar tahun yang lalu, ketika besi padat tenggelam ke inti Bumi awal dan mineral yang lebih ringan melayang ke mantel, sebuah objek planet seukuran Mars mungkin telah menabrak planet bayi. Tabrakan itu mungkin telah melemparkan puing-puing ke orbit Bumi yang nantinya bisa membentuk Bulan. Itu juga meningkatkan suhu Bumi secara signifikan—seperti yang Anda duga dari dua planet yang saling bertabrakan.

“Akibatnya, terbentuklah material cair yang besar, yang dikenal sebagai lautan magma,” kata Pachhai. “Lautan” akan terdiri dari batu, gas, dan kristal yang tersuspensi dalam magma.

Lautan akan memilah dirinya sendiri saat mendingin, dengan material padat yang tenggelam dan melapisi bagian bawah mantel.

Selama miliaran tahun berikutnya, saat mantel bergejolak dan berkonveksi, lapisan padat akan didorong ke dalam tambalan kecil, muncul sebagai zona kecepatan ultra-rendah berlapis yang kita lihat sekarang.

“Jadi temuan utama dan paling mengejutkan adalah bahwa zona kecepatan ultra-rendah tidak homogen tetapi mengandung heterogenitas yang kuat (variasi struktural dan komposisi) di dalamnya,” kata Pachhai. “Temuan ini mengubah pandangan kami tentang asal dan dinamika zona kecepatan sangat rendah. Kami menemukan bahwa jenis zona kecepatan sangat rendah ini dapat dijelaskan oleh heterogenitas kimia yang diciptakan pada awal sejarah Bumi dan bahwa mereka masih belum tercampur dengan baik setelah 4,5 miliar tahun konveksi mantel.”

Bukan kata terakhir

Studi ini memberikan beberapa bukti tentang asal usul beberapa zona kecepatan sangat rendah, meskipun ada juga bukti yang menunjukkan asal-usul yang berbeda untuk yang lain, seperti mencairnya kerak laut yang tenggelam kembali ke dalam mantel. Tetapi jika setidaknya beberapa zona kecepatan sangat rendah adalah sisa dari Bumi awal, mereka melestarikan beberapa sejarah planet yang sebelumnya telah hilang.

“Oleh karena itu, penemuan kami menyediakan alat untuk memahami status termal dan kimia awal mantel bumi,” kata Pachhai, “dan evolusi jangka panjangnya.”

Sumber: Universitas Utah





Source link

banner 120x600
  • Share

Leave a Reply

Your email address will not be published.