Bagaimana para ilmuwan mengungkap rahasia perairan dalam bumi

Sebuah studi inovatif mengungkapkan bahwa air permukaan bumi mencapai inti bumi, mengubah komposisinya dan menunjukkan interaksi yang lebih dinamis antara inti dan mantel serta siklus air global yang kompleks.

Beberapa dekade yang lalu, ahli seismologi yang melakukan pencitraan planet dalam mengidentifikasi lapisan tipis yang tebalnya hanya beberapa ratus kilometer. Asal muasal lapisan yang dikenal sebagai lapisan primer E ini hingga kini masih menjadi misteri.

Sebuah tim peneliti internasional, termasuk ilmuwan Arizona State University Dan Shim, Taehyun Kim, dan Joseph O’Rourke dari College of Earth and Space Exploration, telah mengungkapkan bahwa air dari permukaan bumi dapat menembus jauh ke dalam planet, sehingga mengubah komposisi planet. Daerah luar logam cair berinti dan membentuk lapisan tipis yang khas.

Penelitian mereka dipublikasikan 13 November di jurnal Ilmu Pengetahuan Alam Bumi.

Proses transportasi air dalam

Penelitian menunjukkan bahwa selama miliaran tahun, air permukaan telah berpindah jauh ke dalam bumi melalui subduksi atau subduksi lempeng tektonik. Mencapai batas antara inti dan mantel, sekitar 1.800 mil di bawah permukaan, air ini memicu reaksi kimia yang mendalam, mengubah struktur inti.

Ilustrasi bagian dalam bumi memperlihatkan air yang menunjam dan kolom magma yang naik. Pada antarmuka tempat pertemuan air yang tertanam dengan inti, terjadi pertukaran kimia untuk membentuk lapisan kaya hidrogen di inti luar atas dan silika padat di bagian bawah mantel. Kredit: Universitas Yonsei

Reaksi kimia pada batas inti-mantel

Bersama dengan Young Jae Lee dari Universitas Yonsei Di Korea Selatan, Shim dan timnya mendemonstrasikan melalui eksperimen bertekanan tinggi bahwa air yang terendam bereaksi secara kimia dengan bahan dasar. Reaksi ini membentuk lapisan yang kaya hidrogen dan kekurangan silikon, mengubah wilayah inti luar atas menjadi struktur seperti film. Selain itu, reaksi tersebut menghasilkan kristal silika yang naik dan menyatu ke dalam mantel. Lapisan mineral cair yang dimodifikasi ini diperkirakan memiliki kepadatan yang lebih kecil, dengan kecepatan seismik yang lebih rendah, konsisten dengan karakteristik anomali yang dipetakan oleh ahli seismologi.

Interaksi inti-mantel dan efek global

“Selama bertahun-tahun, pertukaran fisik antara inti bumi dan mantelnya dianggap kecil. Namun, eksperimen tekanan tinggi baru-baru ini mengungkap cerita yang berbeda. “Kami menemukan bahwa ketika air mencapai batas antara inti dan mantel, ia berinteraksi dengan silikon di intinya,” kata Shim. , membentuk silika.” “Penemuan ini, bersama dengan pengamatan kami sebelumnya terhadap berlian yang terbentuk dari reaksi air dengan karbon dalam besi cair di bawah tekanan ekstrem, menunjukkan interaksi yang jauh lebih dinamis. antara inti dan mantel, menunjukkan adanya pertukaran fisik yang signifikan.”

Penemuan ini meningkatkan pemahaman kita tentang proses internal bumi, dan menunjukkan adanya siklus air global yang lebih luas daripada yang diketahui sebelumnya. Perubahan “lapisan” inti mempunyai implikasi besar terhadap siklus geokimia yang menghubungkan siklus air permukaan dengan inti mineral dalam.

Referensi: “Lapisan kaya hidrogen di inti luar atas berasal dari air yang terendam dalam” oleh Taehyun Kim, Joseph J. O’Rourke, Jeongmin Lee, Stella Chariton, Vitaly Prakapinka, Rachel J. Husband, Nico Giordano, Hans-Peter Lerman, Sang-Hyun Shim, dan Youngjae Lee, 13 November 2023, Ilmu Pengetahuan Alam Bumi.
DOI: 10.1038/s41561-023-01324-x

Studi ini dilakukan oleh tim ahli geosains internasional menggunakan teknik eksperimental tingkat lanjut di Advanced Photon Source di Argonne National Laboratory dan PETRA III dari Deutsches Elektronen-Synchrotron di Jerman untuk mereplikasi kondisi ekstrem di batas inti-mantel.

Anggota tim dan peran kunci mereka di ASU adalah Kim, yang memulai proyek ini sebagai mahasiswa doktoral tamu dan sekarang menjadi peneliti pascadoktoral di Sekolah Eksplorasi Bumi dan Luar Angkasa; Wasim, seorang profesor di Sekolah Eksplorasi Bumi dan Luar Angkasa, yang memimpin penelitian eksperimental bertekanan tinggi; O’Rourke, asisten profesor di Sekolah Eksplorasi Bumi dan Luar Angkasa, menjalankan simulasi komputasi untuk memahami pembentukan dan kontinuitas perubahan lapisan tipis di inti. Lee memimpin tim peneliti dari Universitas Yonsei, bersama dengan ilmuwan peneliti utama Vitaly Prakapinka dan Stella Chariton di Advanced Photon Source dan Rachel Zug, Nico Giordano dan Hans-Peter Lerman di Deutsches Elektronen-Synchrotron.

Pekerjaan ini didukung oleh Program Ilmu Bumi NSF.