Pusat bumi yang panas dan lengket serta cangkang luarnya yang keras dan keras keduanya bertanggung jawab atas pergerakan lempeng tektonik yang merayap (dan kadang-kadang menjadi bencana). Tetapi sekarang penelitian baru mengungkapkan keseimbangan kekuatan yang menarik - mantel yang mengalir menciptakan superkontinensia sementara kerak bumi memisahkan mereka.
Untuk sampai pada kesimpulan ini tentang proses lempeng tektonik, para ilmuwan menciptakan model komputer Bumi yang baru dengan kerak dan mantel yang dianggap sebagai satu sistem yang mulus. Seiring waktu, sekitar 60% dari pergerakan tektonik di permukaan planet virtual ini digerakkan oleh kekuatan yang cukup dangkal - dalam jarak 62 mil (100 kilometer) pertama permukaan. Konveksi mantel yang dalam dan bergejolak mendorong sisanya. Mantel menjadi sangat penting ketika benua disatukan untuk membentuk superkontinen, sementara kekuatan dangkal mendominasi ketika superkontinen pecah dalam model.
"Bumi maya" ini adalah model komputer pertama yang "memandang" kerak dan mantel sebagai sistem dinamis yang saling berhubungan, para peneliti melaporkan 30 Oktober dalam jurnal Science Advances. Sebelumnya, para peneliti akan membuat model konveksi berbasis panas di mantel yang cocok dengan pengamatan mantel nyata cukup baik, tetapi tidak meniru kerak. Dan model lempeng tektonik di kerak bumi dapat memprediksi pengamatan di dunia nyata tentang bagaimana lempeng ini bergerak, tetapi tidak cocok dengan pengamatan mantel. Jelas, ada sesuatu yang hilang dalam cara model menggabungkan kedua sistem.
"Model konveksi baik untuk mantel, tetapi tidak untuk pelat, dan lempeng tektonik baik untuk pelat tetapi tidak untuk mantel," kata Nicolas Coltice, seorang profesor di sekolah pascasarjana Ecole Normale Supérieure, bagian dari Universitas PSL di Paris. "Dan keseluruhan cerita di balik evolusi sistem adalah umpan balik di antara keduanya."
Kerak ditambah mantel
Setiap model sekolah dasar dari interior Bumi menunjukkan lapisan tipis kerak yang menunggang lapisan mantel yang panas dan dapat dideformasi. Model yang disederhanakan ini mungkin memberi kesan bahwa kerak hanya berselancar di mantel, dipindahkan dengan cara ini dan itu oleh arus yang tidak dapat dijelaskan di bawah.
Tapi itu tidak benar. Ilmuwan bumi telah lama mengetahui bahwa kerak dan mantel adalah bagian dari sistem yang sama; mereka terkait tak terhindarkan. Pemahaman itu telah menimbulkan pertanyaan apakah kekuatan di permukaan - seperti subduksi dari satu kerak di bawah yang lain - atau kekuatan jauh di dalam mantel terutama mendorong pergerakan lempeng yang membentuk kerak. Jawabannya, Coltice dan rekan-rekannya temukan, adalah bahwa pertanyaannya salah. Itu karena kedua lapisan itu saling terkait, mereka berdua memberikan kontribusi.
Selama dua dekade terakhir, Coltice mengatakan kepada Live Science, para peneliti telah bekerja ke arah model komputer yang dapat mewakili interaksi kerak-mantel secara realistis. Pada awal 2000-an, beberapa ilmuwan mengembangkan model gerakan yang didorong panas (konveksi) di mantel yang secara alami memunculkan sesuatu yang tampak seperti lempeng tektonik di permukaan. Tetapi model-model itu padat karya dan tidak mendapatkan banyak pekerjaan lanjutan, kata Coltice.
Coltice dan rekan-rekannya bekerja selama delapan tahun pada versi model baru mereka. Hanya menjalankan simulasi saja butuh 9 bulan.
Membangun model Bumi
Coltice dan timnya pertama-tama harus membuat Bumi virtual, lengkap dengan parameter realistis: mulai dari aliran panas hingga ukuran lempeng tektonik hingga lamanya waktu yang dibutuhkan oleh superkontinensia untuk terbentuk dan terpisah.
Ada banyak cara di mana model itu bukan tiruan sempurna dari Bumi, kata Coltice. Sebagai contoh, program tidak melacak deformasi batuan sebelumnya, sehingga batuan yang telah terdeformasi sebelumnya tidak mudah berubah bentuk di masa depan dalam model mereka, seperti yang mungkin terjadi dalam kehidupan nyata. Namun model tersebut masih menghasilkan planet virtual yang tampak realistis, lengkap dengan zona subduksi, pergeseran benua, dan bubungan dan parit samudera.
Selain menunjukkan bahwa kekuatan mantel mendominasi ketika benua berkumpul, para peneliti menemukan bahwa kolom panas magma yang disebut bulu mantel bukan alasan utama mengapa benua pecah. Zona subduksi, di mana satu bongkahan kerak dipaksa di bawah yang lain, adalah pendorong pecahnya benua, kata Coltice. Bulu mantel ikut bermain nanti. Gumpalan naik yang sudah ada sebelumnya dapat mencapai batuan permukaan yang telah dilemahkan oleh kekuatan yang dibuat di zona subduksi. Mereka kemudian menyindir diri mereka ke titik-titik yang lebih lemah ini, membuatnya lebih mungkin untuk benua super untuk berderak di lokasi itu.
Langkah selanjutnya, kata Coltice, adalah menjembatani model dan dunia nyata dengan pengamatan. Di masa depan, katanya, model itu dapat digunakan untuk mengeksplorasi segala sesuatu dari peristiwa vulkanisme besar hingga bagaimana batas lempeng terbentuk hingga bagaimana mantel bergerak dalam kaitannya dengan rotasi Bumi.
