BOSTON - Lautan magma yang luas di bumi, mendebarkan jauh di bawah kaki kita, seolah-olah memompa oksigen ke dalam teras cecair planet. Dan oksigen itu membentuk gempa bumi dan gunung berapi di seluruh planet kita.
Itulah kesimpulan badan penyelidikan fizik University College London Dario Alfe yang disampaikan pada Selasa (5 Mac) di sini pada mesyuarat Mac American Physical Society. Walaupun tidak mungkin untuk melihat oksigen di teras bumi secara langsung - ribuan batu batu panas menghalang pandangan itu - Alfe dan kolaboratornya menggunakan gabungan data seismologi, kimia dan pengetahuan tentang sejarah purba sistem solar kami untuk membuat kesimpulan mereka.
Sedikit bukti utama bahawa sesuatu seperti oksigen bersembunyi di inti besi? Gempa bumi. Gumpalan yang kita rasakan di permukaan adalah hasil gelombang yang bergerak di seluruh planet kita. Dan kelakuan gelombang itu menawarkan petunjuk kepada kandungan Bumi - hampir seperti ultrabunyi di seluruh planet.
Apabila gelombang gempa melantunkan teras dan kembali ke permukaan, bentuknya menunjukkan bahawa teras luar besi cecair kurang ketara berbanding teras besi pepejal bertekanan di dalamnya. Dan perbezaan ketumpatan itu mempengaruhi bentuk gempa bumi dan tingkah laku gunung berapi di permukaan. Tetapi itu bukan cara besi yang tulen harus bertindak, Alfe memberitahu Live Science selepas ceramahnya.
"Sekiranya teras itu adalah besi tulen, perbezaan ketumpatan antara teras batin pepejal dan cecair itu harus mengikut susunan 1.5 peratus," katanya. "Tetapi seismologi memberitahu kita ia lebih seperti 5 peratus."
Dalam erti kata lain, teras luar kurang padat daripada yang sepatutnya, menunjukkan ada unsur bukan besi bercampur, menjadikannya lebih ringan.
Jadi yang menimbulkan persoalan: Mengapa unsur ringan akan bercampur dengan inti luar tetapi tidak teras batin padat?
Apabila atom berada dalam keadaan cair, mereka mengalir dengan bebas melintasi antara satu sama lain, sehingga memungkinkan campuran unsur-unsur yang berlainan untuk hidup berdampingan, bahkan dalam persekitaran ekstrim Bumi dalam, kata Alfe. Tetapi sebagai tekanan melampau memaksa inti dalam menjadi keadaan padat, atom-atom itu membentuk kisi-kisi ikatan kimia yang lebih tegar. Dan struktur yang lebih ketat ini tidak dapat menampung elemen asing dengan mudah. Apabila teras pepejal terbentuk, ia akan memancarkan atom oksigen dan kekotoran lain ke dalam persekitaran cecairnya seperti tembakau yang menembak dari tiub yang diperas.
"Anda melihat kesan yang sama dalam aiseberg," katanya.
Apabila air garam di laut membeku, ia mengusir kekotorannya. Oleh itu, aisberi berakhir sebagai ketulan air tawar pepejal terapung di lautan yang kaya natrium.
Tidak ada bukti langsung bahawa elemen ringan dalam teras cecair adalah oksigen, kata Alfe. Tetapi planet kita terbentuk dari awan debu sistem suria awal, dan kita tahu unsur-unsur yang hadir di sana.
Pasukan penyelidik mengecualikan unsur-unsur lain, seperti silikon, yang mungkin secara teorinya hadir dalam inti berdasarkan susunan awan itu tetapi tidak menjelaskan kesan yang diperhatikan. Oksigen ditinggalkan sebagai calon yang paling mungkin, katanya.
Selanjutnya, tahap oksigen yang hadir secara teoritis dalam inti kelihatan lebih rendah daripada ramalan kimia berdasarkan kandungan oksigen mantel. Ini menunjukkan bahawa lebih banyak oksigen mungkin akan dipompa secara kimia ke dalam teras luar walaupun pada hari ini dari mantel yang kaya dengan oksigen di sekelilingnya.
Ditanya sama ada oksigen di inti kelihatannya, Alfe berkata tidak membayangkan gelembung atau pun karat yang terbentuk apabila bon besi terus ke oksigen. Sebaliknya, pada suhu dan tekanan itu, atom oksigen akan terapung secara bebas di kalangan atom besi, menghasilkan rumpun besi yang cair.
"Jika anda mengambil sebidang cecair yang mempunyai 90 atom besi dan 10 atom oksigen, bungkusan ini akan kurang padat daripada sebidang besi tulen," dan oleh itu ia akan terapung, kata Alfe.
Untuk membantu mengesahkan keputusan ini, Alfe berkata beliau menantikan hasil usaha untuk mengukur neutrinos yang terbentuk di planet kita dan memancar ke permukaan. Walaupun "geoneutrinos" sangat jarang berlaku, dia berkata, mereka boleh menawarkan banyak maklumat tentang apa yang sedang berlaku di planet ini apabila mereka muncul.
Tetapi tanpa apa-apa cara untuk mengakses teras secara langsung, ahli fizik akan sentiasa tersekat membuat penilaian terbaik mereka tentang soleknya dari data terhad dan sekunder.
