Apa yang terjadi di kedalaman dunia yang jauh?

Fisika dan kimia yang terjadi jauh di dalam planet kita sangat mendasar bagi keberadaan kehidupan seperti yang kita kenal. Tapi kekuatan apa yang bekerja di bagian dalam dunia yang jauh, dan bagaimana kondisi ini mempengaruhi kelayakhunian mereka?

Pekerjaan baru yang dipimpin oleh Carnegie Earth and Planetary Laboratory menggunakan metode simulasi laboratorium untuk mengungkap struktur kristal baru yang memiliki implikasi besar bagi pemahaman kita tentang interior planet ekstrasurya yang besar dan berbatu. Temuan mereka telah dipublikasikan sebelumnya Prosiding National Academy of Sciences.

Rajkrishna Dutta, penulis utama dari Carnegie University, menjelaskan, “Dinamika internal planet kita sangat penting untuk menjaga lingkungan permukaan tempat kehidupan dapat berkembang – menggerakkan geodinamo yang menciptakan medan magnet kita dan membentuk komposisi atmosfer kita.” “Kondisi di kedalaman planet ekstrasurya yang besar dan berbatu seperti planet super-terestrial akan lebih ekstrem.”

Mineral silikat membentuk sebagian besar lapisan bumi dan diyakini sebagai komponen utama interior planet berbatu lainnya juga, berdasarkan perhitungan kepadatannya. Di Bumi, perubahan struktural terjadi pada silikat di bawah tekanan tinggi Kondisi suhu menentukan batas-batas utama jauh di bagian dalam bumi, seperti antara mantel atas dan bawah.

Tim peneliti – termasuk Sally John Tracy dari Carnegie, Ron Cohen, Francesca Mussi, Kai Lu dan Jing Yang, serta Pamela Burnley dari University of Nevada Las Vegas, Dean Smith dan Yu Ming dari Argonne National Laboratory dan Stella Chariton dan Can Vitaly Brakabenka dari Universitas Chicago Thomas Duffy dari Universitas Princeton tertarik untuk menyelidiki kemunculan dan perilaku bentuk-bentuk baru silikat di bawah kondisi yang mirip dengan yang ada di dunia yang jauh.

“Selama beberapa dekade, para peneliti Carnegie telah mempelopori menciptakan kembali kondisi bagian dalam planet dengan menempatkan sampel kecil material di bawah tekanan besar dan suhu tinggi,” kata Duffy.

Tetapi ada keterbatasan kemampuan ilmuwan untuk menciptakan kembali kondisi internal planet ekstrasurya di laboratorium. Pemodelan teoritis menunjukkan munculnya fase baru silikat di bawah tekanan yang diperkirakan ada di mantel planet ekstrasurya berbatu yang setidaknya empat kali massa Bumi. Tapi pergeseran ini belum diperhatikan.

Namun, germanium adalah alternatif yang baik untuk silikon. Kedua elemen membentuk struktur kristal yang serupa, tetapi germanium menginduksi transisi antara fase kimia pada suhu dan tekanan yang lebih rendah, yang dapat lebih dikontrol dalam eksperimen laboratorium.

Bekerja dengan Magnesium Granit, Mg₂Geografis₄mirip dengan salah satu mantel yang paling melimpah mineral silikatDalam artikel ini, tim dapat mengumpulkan informasi tentang kemungkinan mineral dari Bumi super dan planet ekstrasurya berbatu besar.

Di bawah sekitar dua juta kali tekanan atmosfer normal, fase baru muncul dengan struktur kristal berbeda yang terdiri dari germanium yang terikat pada delapan oksigen.

“Hal yang paling menarik bagi saya adalah magnesium dan germanium, yang merupakan dua elemen yang sangat berbeda, saling menggantikan dalam strukturnya,” kata Cohen.

Dalam kondisi sekitar, sebagian besar silikat dan germanium tersusun dalam apa yang disebut struktur tetrahedral, satu silikon pusat atau germanium terikat pada empat atom lainnya. Namun, dalam kondisi ekstrim, ini bisa berubah.

Tracy menjelaskan bahwa “penemuan bahwa di bawah tekanan ekstrem, silikat dapat mengambil struktur yang diarahkan ke enam ikatan, bukan empat, adalah pengubah permainan total dalam hal pemahaman ilmuwan tentang dinamika Bumi yang dalam.” “Penemuan tren delapan kali lipat bisa memiliki implikasi revolusioner yang sama untuk bagaimana kita berpikir tentang dinamika planet dalam dan luar.”