Dua 'Gumpalan' Raksasa Aneh di Dalam Bumi Akhirnya Dapat Dijelaskan
AlexLMX/Getty Images
Salah satu misteri teraneh tentang Bumi kita adalah keberadaan dua gumpalan raksasa padat yang secara misterius berkumpul di atas inti planet.
Kini, model-model baru mungkin mengungkap asal usulnya, dan ini bukanlah salah satu dari kisah-kisah asal usul yang diharapkan.
Sebaliknya, beberapa material mungkin telah merembes dari inti yang bocor ketika Bumi baru terbentuk ribuan tahun yang lalu, dan bercampur dengan mantel untuk menciptakan apa yang disebut provinsi-provinsi kecepatan geser rendah besar (LLSVP) yang kita lihat sekarang.
Scroll untuk membaca
Scroll untuk membaca
"Ini bukan keanehan acak," kata ahli geodinamika Yoshinori Miyazaki dari Universitas Rutgers.
"Ini adalah sidik jari dari sejarah awal Bumi. Jika kita dapat memahami mengapa mereka ada, kita dapat memahami bagaimana planet kita terbentuk dan mengapa ia menjadi layak huni."
Kedua LLSVP tersebut ditemukan pada tahun 1980-an dalam data seismik yang dikumpulkan dari gempa bumi.
Data ini menunjukkan keberadaan dua wilayah besar di mantel terbawah Bumi, satu di bawah Afrika dan yang lainnya di bawah Samudra Pasifik.
Wilayah ini membentang ke atas dari batas inti-mantel, yang terletak sekitar 2.900 kilometer (hampir 1.800 mil) di bawah permukaan Bumi.
Melalui petak-petak ini, gelombang seismik bergerak dengan kelambatan yang berbeda, menyiratkan komposisi yang berbeda dari material di sekitarnya.
Para ilmuwan sebelumnya telah mengajukan berbagai penjelasan, termasuk sisa-sisa lempeng tektonik tua, samudra magma yang mendingin, atau bongkahan benda raksasa bernama Theia yang pernah bertabrakan dengan Bumi dan membentuk Bulan.
Blob-blob ini bukan sekadar keingintahuan. Blob Afrika, khususnya, telah terlibat dalam melemahnya medan magnet Bumi di atas Samudra Atlantik.
Beberapa ilmuwan berpendapat bahwa blob-blob ini berperan dalam pembentukan lempeng tektonik Bumi.
Apa mereka, dan bagaimana mereka sampai di sana, mungkin terkait dengan cara planet kita berevolusi dan bagaimana ia berperilaku sekarang, dengan kemungkinan yang berbeda berarti hal yang berbeda untuk evolusi dan perilaku tersebut.
Sebuah studi terbaru menemukan bahwa gumpalan-gumpalan tersebut sangat tua dan stabil, yang konsisten dengan teori samudra magma.
Menurut teori ini, Bumi adalah bola cair dan lembek yang ditutupi oleh samudra magma tepat setelah terbentuk.
Saat samudra ini mendingin, ia berdiferensiasi, dengan material yang lebih berat terpisah dan tenggelam.
Hal ini didukung oleh keberadaan jenis struktur lain – bercak-bercak tipis di batas antara inti dan mantel yang dikenal sebagai zona kecepatan ultra rendah (ULVZ), yang berkorelasi dengan tepi LLSVP di mana gelombang seismik merambat hingga satu orde magnitudo lebih lambat daripada yang mereka lakukan melalui provinsi kecepatan geser rendah yang besar.
Agar teori samudra magma benar, Bumi perlu memiliki lapisan-lapisan yang rapi, rapi, dan terdefinisi dengan baik seperti kue, dengan lapisan di atas batas inti-mantel yang terdiri dari ferroperiklas dalam jumlah yang cukup.
Namun, data seismik menunjukkan kandungan ferroperiklas yang jauh lebih rendah, sementara keberadaan dan konfigurasi LLSVP dan ULVZ yang bertumpuk berantakan justru bertentangan dengan model ini.
"Kontradiksi itulah titik awalnya," jelas Miyazaki. "Jika kita mulai dari samudra magma dan melakukan perhitungan, kita tidak mendapatkan apa yang kita lihat di mantel Bumi saat ini. Ada sesuatu yang hilang."
Maka, para peneliti melakukan pemodelan untuk menentukan apa yang hilang.
Mereka mencampur bahan-bahan dasar Bumi dan mensimulasikan bagaimana mereka mendingin, dengan dan tanpa material yang bocor dari inti planet. Hal itu mengungkap bahan rahasia tersebut.
Tidak semua unsur mendingin dan mengkristal pada kecepatan yang sama. Saat inti mendingin dan menyusut di bawah tekanan, menurut model, komponen yang lebih ringan seperti magnesium oksida dan silikon dioksida mengkristal lebih mudah daripada besi dalam campuran tersebut.
Struktur-struktur ini mengapung ke atas dan terdorong keluar melintasi batas inti-mantel menuju samudra magma, tempat mereka larut.
Dari sana, material tambahan ini menggeser komposisi kimia magma sedemikian rupa sehingga mendukung pembentukan bridgmanit dan seifertit yang kaya silikat, yang kemudian mendominasi lapisan bawah sementara kadar ferroperiklas tetap rendah.
Bahkan jauh di dalam planet ini, di mana suhu dan tekanan mencapai titik ekstrem, struktur-struktur ini dapat bertahan selama 4,5 miliar tahun umur Bumi, secara bertahap tersapu bersama oleh konveksi menjadi struktur tumpukan yang diamati para ilmuwan dalam data seismik saat ini.
Hal ini cukup menakjubkan, dan menempatkan samudra magma kembali sebagai penjelasan yang masuk akal untuk bongkahan-bongkahan besar dan padat yang terkubur jauh di bawah permukaan Bumi.
Dan jika LLSVP dan ULVZ berperan dalam pembentukan lempeng tektonik yang sangat vital bagi kelayakhunian Bumi, hal itu mungkin memberi tahu kita lebih banyak tentang bagaimana planet-planet lain berevolusi secara berbeda.
"Meski hanya dengan sedikit petunjuk, kami mulai membangun cerita yang masuk akal," kata Miyazaki. "Studi ini memberi kita sedikit kepastian tentang bagaimana Bumi berevolusi, dan mengapa ia begitu istimewa."
Penelitian ini telah dipublikasikan di Nature Geoscience.
