Bumi mungkin telah menyerahkan rahsia terdalamnya kepada sepasang ahli geokimia California, yang telah menggunakan simulasi komputer yang luas untuk mengumpulkan sejarah terawal inti planet kita.
Skema kerak dan mantel Bumi ini menunjukkan hasil kajian mereka, yang mendapati tekanan yang melampau akan memusatkan isotop besi yang lebih berat di bahagian bawah mantel ketika ia mengkristal dari lautan magma.
Dengan menggunakan komputer super untuk memerah dan memanaskan mineral galas besi dalam keadaan yang mungkin wujud ketika Bumi mengkristal dari lautan magma ke bentuk padatnya 4.5 bilion tahun yang lalu, kedua-dua saintis itu - dari University of California di Davis - telah menghasilkan gambaran pertama tentang bagaimana isotop besi yang berbeza pada awalnya diedarkan di Bumi padat.
Penemuan ini dapat membawa gelombang penyelidikan ke atas evolusi mantel Bumi, lapisan bahan sedalam 1.800 batu yang membentang dari bawah kerak tipis planet ini hingga ke inti logamnya.
"Sekarang kita mempunyai beberapa idea tentang bagaimana isotop besi ini awalnya diedarkan di Bumi," kata penulis kajian utama James Rustad, "kita seharusnya dapat menggunakan isotop untuk menelusuri cara kerja dalam mesin Bumi."
Sebuah makalah yang menggambarkan kajian oleh Rustad dan pengarang bersama Qing-zhu Yin disiarkan dalam talian oleh jurnal ituGeosains Alam pada hari Ahad, 14 Jun, sebelum penerbitan cetak pada bulan Julai.
Berpisah di antara kerak bumi dan inti, mantel luas menyumbang sekitar 85 peratus daripada jumlah planet. Pada skala masa manusia, bahagian besar bola ini kelihatan padat. Tetapi selama berjuta-juta tahun, haba dari teras lebur dan kerosakan radioaktif mantel itu sendiri menyebabkannya perlahan-lahan berpusing, seperti sup pekat di atas api yang rendah. Peredaran ini adalah daya penggerak di belakang pergerakan permukaan plat tektonik, yang membina gunung dan menyebabkan gempa bumi.
Salah satu sumber maklumat yang memberikan gambaran mengenai fizik jisim likat ini adalah empat bentuk stabil, atau isotop, besi yang dapat dijumpai di bebatuan yang telah naik ke permukaan Bumi di pergunungan pertengahan lautan di mana penyebaran dasar laut terjadi, dan di titik panas seperti gunung berapi Hawaii yang menerobos kerak bumi. Ahli geologi mengesyaki bahawa sebilangan bahan ini berasal dari sempadan antara mantel dan inti sekitar 1.800 batu di bawah permukaan.
"Ahli geologi menggunakan isotop untuk mengesan proses fisiko-kimia di alam cara ahli biologi menggunakan DNA untuk mengesan evolusi kehidupan," kata Yin.
Kerana komposisi isotop besi dalam batuan akan bervariasi bergantung pada keadaan tekanan dan suhu di mana batu diciptakan, Yin mengatakan, pada prinsipnya, ahli geologi dapat menggunakan isotop besi di batuan yang dikumpulkan di tempat panas di seluruh dunia untuk mengesan sejarah geologi mantel . Tetapi untuk melakukannya, pertama-tama mereka perlu mengetahui bagaimana isotopnya mula-mula diedarkan di lautan magma primordial Bumi ketika ia menyejuk dan mengeras.
Yin dan Rustad menyiasat bagaimana kesan bersaing dari tekanan dan suhu yang melampau jauh di pedalaman Bumi akan mempengaruhi mineral di mantel bawah, zon yang membentang dari sekitar 400 batu di bawah kerak planet ke batas inti-mantel. Suhu hingga 4,500 darjah Kelvin di rantau ini mengurangkan perbezaan isotop antara mineral ke tahap kecil, sementara tekanan penghancuran cenderung mengubah bentuk asas atom besi itu sendiri, fenomena yang dikenali sebagai peralihan putaran elektronik.
Pasangan ini mengira komposisi isotop besi dua mineral di bawah julat suhu, tekanan dan keadaan putaran elektronik yang berbeza yang kini diketahui berlaku di mantel bawah. Kedua-dua mineral tersebut, ferroperovskite dan ferropericlase, mengandung hampir semua besi yang terjadi di bahagian bumi yang dalam ini.
Pengiraannya sangat rumit sehingga setiap siri Rustad dan Yin berjalan melalui komputer yang memerlukan sebulan untuk disiapkan.
Yin dan Rustad memutuskan bahawa tekanan yang melampau akan memusatkan isotop besi yang lebih berat berhampiran bahagian bawah mantel penghabluran.
Para penyelidik merancang untuk mendokumentasikan variasi isotop besi dalam bahan kimia tulen yang mengalami suhu dan tekanan di makmal yang setara dengan yang terdapat di sempadan inti-mantel. Akhirnya, kata Yin, mereka berharap dapat melihat ramalan teori mereka disahkan dalam sampel geologi yang dihasilkan dari mantel bawah.
Sumber: Eurekalert
