Bumi mungkin telah memberikan rahasia terdalamnya kepada sepasang ahli geokimia California, yang telah menggunakan simulasi komputer yang luas untuk mengumpulkan sejarah paling awal dari inti planet kita.
Skema kerak bumi dan mantel ini menunjukkan hasil penelitian mereka, yang menemukan tekanan ekstrem akan memusatkan isotop besi yang lebih berat di dekat bagian bawah mantel saat mengkristal dari lautan magma.
Dengan menggunakan super-komputer untuk memeras dan memanaskan mineral yang mengandung besi dalam kondisi yang akan ada ketika Bumi mengkristal dari samudera magma menjadi bentuk padat 4,5 miliar tahun lalu, kedua ilmuwan - dari University of California di Davis - telah menghasilkan gambar pertama tentang bagaimana berbagai isotop besi pada awalnya didistribusikan di Bumi.
Penemuan ini dapat mengantarkan gelombang investigasi ke evolusi mantel Bumi, lapisan material sedalam 1.800 mil yang memanjang dari tepat di bawah kerak bumi yang tipis hingga inti logamnya.
"Sekarang kami memiliki gagasan tentang bagaimana isotop besi ini awalnya didistribusikan di Bumi," kata penulis studi utama James Rustad, "kita harus dapat menggunakan isotop untuk melacak cara kerja bagian dalam mesin Bumi."
Sebuah makalah yang menggambarkan penelitian oleh Rustad dan rekan penulis Qing-zhu Yin telah diposting online oleh jurnalGeosains Alam pada hari Minggu, 14 Juni, sebelum publikasi cetak pada bulan Juli.
Terjepit di antara kerak bumi dan inti, mantel yang luas ini menyumbang sekitar 85 persen dari volume planet ini. Pada skala waktu manusia, bagian yang sangat besar dari bola kami ini tampak padat. Tetapi selama jutaan tahun, panas dari inti cair dan peluruhan radioaktif mantelnya menyebabkannya perlahan-lahan bergolak, seperti sup kental di atas api rendah. Sirkulasi ini adalah kekuatan pendorong di belakang gerakan permukaan lempeng tektonik, yang membangun gunung dan menyebabkan gempa bumi.
Salah satu sumber informasi yang memberikan wawasan tentang fisika massa kental ini adalah empat bentuk stabil, atau isotop, dari besi yang dapat ditemukan di bebatuan yang telah naik ke permukaan bumi di punggung laut tengah di mana penyebaran dasar laut terjadi, dan di hotspot. seperti gunung berapi Hawaii yang menyembul melalui kerak bumi. Ahli geologi menduga bahwa beberapa bahan ini berasal dari batas antara mantel dan inti sekitar 1.800 mil di bawah permukaan.
"Ahli geologi menggunakan isotop untuk melacak proses fisika-kimia di alam seperti cara ahli biologi menggunakan DNA untuk melacak evolusi kehidupan," kata Yin.
Karena komposisi isotop besi dalam batuan akan bervariasi tergantung pada kondisi tekanan dan suhu di mana sebuah batu diciptakan, Yin mengatakan, pada prinsipnya, ahli geologi dapat menggunakan isotop besi dalam batuan yang dikumpulkan di tempat-tempat panas di seluruh dunia untuk melacak sejarah geologi mantel . Tetapi untuk melakukannya, pertama-tama mereka perlu tahu bagaimana isotop awalnya didistribusikan di lautan magma purba bumi ketika didinginkan dan mengeras.
Yin dan Rustad menyelidiki bagaimana efek saingan dari tekanan dan suhu ekstrem jauh di bagian dalam Bumi akan memengaruhi mineral di mantel bawah, zona yang membentang dari sekitar 400 mil di bawah kerak planet hingga batas inti-mantel. Temperatur hingga 4.500 derajat Kelvin di wilayah tersebut mengurangi perbedaan isotop antara mineral ke tingkat yang sangat kecil, sementara tekanan yang menghancurkan cenderung mengubah bentuk dasar atom besi itu sendiri, sebuah fenomena yang dikenal sebagai transisi putaran elektronik.
Pasangan ini menghitung komposisi isotop besi dari dua mineral di bawah kisaran suhu, tekanan dan berbagai kondisi putaran elektronik yang sekarang diketahui terjadi di mantel bawah. Dua mineral, ferroperovskite dan ferropericlase, mengandung hampir semua besi yang terjadi di bagian bumi yang dalam.
Perhitungannya sangat rumit sehingga setiap seri yang dijalankan Rustad dan Yin melalui komputer membutuhkan waktu sebulan untuk menyelesaikannya.
Yin dan Rustad menentukan bahwa tekanan ekstrem akan memusatkan isotop besi yang lebih berat di dekat bagian bawah mantel kristalisasi.
Para peneliti berencana untuk mendokumentasikan variasi isotop besi dalam bahan kimia murni yang mengalami suhu dan tekanan di laboratorium yang setara dengan yang ditemukan pada batas inti-mantel. Akhirnya, kata Yin, mereka berharap untuk melihat prediksi teoretis mereka diverifikasi dalam sampel geologis yang dihasilkan dari mantel bawah.
Sumber: Eurekalert
