Semua anak sekolah mengetahui bahwa planet bumi terbagi menjadi tiga (atau empat) lapisan besar: kerak bumi, mantel, dan inti. Hal ini secara umum benar, meskipun generalisasi ini tidak memperhitungkan beberapa lapisan tambahan yang diidentifikasi oleh para ilmuwan, salah satunya, misalnya, adalah lapisan transisi di dalam mantel.
Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan pada 15 Februari 2019, ahli geofisika Jessica Irving dan mahasiswa master Wenbo Wu dari Universitas Princeton, bekerja sama dengan Sidao Ni dari Institut Geodesi dan Geofisika di Tiongkok, menggunakan data yang diperoleh dari gempa bumi dahsyat tahun 1994 di Bolivia untuk menemukan pegunungan tersebut. dan fitur topografi lainnya di permukaan zona transisi jauh di dalam mantel. Lapisan yang terletak 660 kilometer di bawah tanah ini memisahkan mantel atas dan bawah (tanpa nama resmi untuk lapisan ini, para peneliti hanya menyebutnya sebagai “batas 660 kilometer”).
Untuk “melihat” jauh di bawah tanah, para ilmuwan menggunakan gelombang paling kuat di planet ini, yang disebabkan oleh gempa bumi yang kuat. “Anda memerlukan gempa bumi yang kuat dan dalam untuk mengguncang planet ini,” kata Jessica Irving, asisten profesor geosains.
Gempa bumi besar jauh lebih dahsyat daripada gempa biasa—energinya meningkat 30 kali lipat setiap kenaikan skala Richter. Irving mendapatkan data terbaiknya dari gempa bumi berkekuatan 7.0 ke atas karena gelombang seismik yang ditimbulkan oleh gempa besar tersebut menyebar ke berbagai arah dan dapat merambat melalui inti ke sisi lain planet dan sebaliknya. Untuk penelitian ini, data penting berasal dari gelombang seismik yang tercatat dari gempa berkekuatan 8.3 skala Richter—gempa terdalam kedua yang pernah dicatat oleh para ahli geologi—yang mengguncang Bolivia pada tahun 1994.
“Gempa bumi sebesar ini tidak sering terjadi. Kami sangat beruntung karena kini terdapat lebih banyak seismometer yang dipasang di seluruh dunia dibandingkan 20 tahun yang lalu. Seismologi juga telah banyak berubah dalam 20 tahun terakhir, berkat instrumen baru dan kekuatan komputer.
Seismolog dan ilmuwan data menggunakan superkomputer, seperti superkomputer cluster Tiger milik Princeton, untuk mensimulasikan perilaku kompleks hamburan gelombang seismik jauh di bawah tanah.
Teknologi didasarkan pada sifat dasar gelombang: kemampuannya untuk dipantulkan dan dibiaskan. Sama seperti gelombang cahaya yang dapat memantul (memantul) dari cermin atau membelok (membiaskan) ketika melewati prisma, gelombang seismik merambat melalui batuan homogen tetapi dipantulkan atau dibiaskan ketika bertemu dengan permukaan kasar yang dilaluinya.
“Kita tahu bahwa hampir semua benda memiliki permukaan yang tidak rata sehingga dapat menghamburkan cahaya,” kata Wenbo Wu, penulis utama studi tersebut, yang baru-baru ini memperoleh gelar doktor di bidang geonomy dan saat ini sedang mengejar beasiswa postdoctoral di California Institute of Technology. “Berkat fakta ini, kita dapat “melihat” objek-objek ini - gelombang hamburan membawa informasi tentang kekasaran permukaan yang ditemui di jalurnya. Dalam studi ini, kami mengamati hamburan gelombang seismik yang berjalan jauh di dalam bumi untuk menentukan “kekasaran” batas 660 kilometer yang ditemukan.”
Para peneliti terkejut dengan betapa “kasarnya” batas ini – bahkan lebih kasar dibandingkan lapisan permukaan tempat kita hidup. “Dengan kata lain, lapisan bawah tanah ini memiliki topografi yang lebih kompleks dibandingkan Pegunungan Rocky atau sistem pegunungan Appalachian,” kata Wu. Model statistik mereka tidak dapat menentukan ketinggian pasti dari pegunungan bawah tanah ini, namun ada kemungkinan besar gunung tersebut jauh lebih tinggi dari apapun yang ada di permukaan bumi. Para ilmuwan juga memperhatikan bahwa perbatasan sepanjang 660 kilometer juga tidak merata. Sama halnya dengan lapisan daratan yang memiliki permukaan laut halus di beberapa bagian dan pegunungan besar di bagian lain, batas sepanjang 660 km juga memiliki zona kasar dan strata halus di permukaannya. Para peneliti juga mengamati lapisan bawah tanah pada kedalaman 410 kilometer dan di bagian atas mantel tengah, tetapi tidak dapat menemukan kekasaran serupa di permukaan tersebut.
“Mereka menemukan bahwa batas sepanjang 660 kilometer sama rumitnya dengan lapisan permukaan,” kata seismolog Christina Hauser, asisten profesor di Institut Teknologi Tokyo yang tidak terlibat dalam penelitian ini. “Menggunakan gelombang seismik yang diciptakan oleh gempa bumi dahsyat untuk menemukan perbedaan ketinggian 3 kilometer pada suatu daerah yang berada di kedalaman 660 kilometer di bawah tanah adalah suatu prestasi yang tak terbayangkan... Penemuan mereka berarti bahwa di masa depan, dengan menggunakan instrumen seismik yang lebih canggih, kita akan mampu untuk mendeteksi sinyal-sinyal halus yang sebelumnya tidak diketahui, yang akan mengungkap kepada kita sifat-sifat baru dari lapisan dalam planet kita.”
Ahli seismologi Jessica Irving, asisten profesor geofisika, memegang dua meteorit koleksi Universitas Princeton yang mengandung besi dan diyakini merupakan bagian dari planet bumi.
Foto diambil oleh Denis Appelwhite.
Apa artinya ini?
Keberadaan permukaan kasar di sepanjang batas 660 kilometer ini penting untuk memahami bagaimana bentuk dan fungsi planet kita. Lapisan ini membagi mantel, yang membentuk sekitar 84 persen volume planet kita, menjadi bagian atas dan bawah. Selama bertahun-tahun, para ahli geologi memperdebatkan betapa pentingnya batas ini. Secara khusus, mereka mempelajari bagaimana panas diangkut melalui mantel - dan apakah batuan yang dipanaskan berpindah dari batas Gutenberg (lapisan yang memisahkan mantel dari inti pada kedalaman 2900 kilometer) hingga ke puncak mantel, atau apakah pergerakan ini terputus pada batas 660 kilometer. Beberapa bukti geokimia dan mineralogi menunjukkan bahwa lapisan atas dan bawah mantel memiliki komposisi kimia yang berbeda, sehingga mendukung gagasan bahwa kedua lapisan tersebut tidak dapat bercampur secara termal atau fisik. Pengamatan lain menunjukkan bahwa lapisan atas dan bawah mantel tidak memiliki perbedaan kimia, sehingga menimbulkan perdebatan tentang apa yang disebut “mantel tercampur dengan baik”, di mana kedua lapisan mantel berpartisipasi dalam siklus pertukaran panas yang berdekatan.
“Studi kami memberikan wawasan baru dalam perdebatan ini,” kata Wenbo Wu. Data yang diperoleh dari penelitian ini menunjukkan bahwa kedua belah pihak mungkin ada benarnya. Lapisan yang lebih halus pada batas sepanjang 660 km mungkin terbentuk karena pencampuran vertikal yang menyeluruh, sedangkan zona pegunungan yang lebih kasar mungkin terbentuk ketika pencampuran mantel atas dan bawah tidak berjalan mulus.
Selain itu, "kekasaran" lapisan pada batas yang ditemukan terdeteksi pada skala besar, menengah dan kecil oleh para ilmuwan penelitian, yang secara teori dapat disebabkan oleh anomali termal atau heterogenitas kimia. Namun karena cara panas diangkut di dalam mantel, Wu menjelaskan, anomali termal skala kecil apa pun akan teratasi dalam beberapa juta tahun. Jadi, hanya heterogenitas kimia yang dapat menjelaskan kekasaran lapisan ini.
Apa yang menyebabkan heterogenitas kimiawi sedemikian signifikan? Misalnya saja kemunculan batuan di lapisan mantel yang berasal dari kerak bumi dan berpindah ke sana selama jutaan tahun. Para ilmuwan telah lama memperdebatkan nasib lempeng dasar laut yang didorong ke dalam mantel oleh zona subduksi yang bertabrakan di sekitar Samudera Pasifik dan belahan bumi lainnya. Weibo Wu dan Jessica Irving menyatakan bahwa sisa-sisa lempeng ini mungkin sekarang berada di atas atau di bawah batas 660 kilometer.
“Banyak orang percaya bahwa cukup sulit mempelajari struktur internal planet dan perubahannya selama 4.5 miliar tahun terakhir hanya dengan menggunakan data gelombang seismik. Irving mengatakan, penelitian ini telah memberi kita informasi baru tentang nasib lempeng tektonik kuno yang turun ke dalam mantel bumi selama miliaran tahun.
Terakhir, Irving menambahkan, “Saya pikir seismologi menjadi paling menarik ketika membantu kita memahami struktur internal planet kita dalam ruang dan waktu.”
Dari penulis terjemahan: Saya selalu ingin mencoba menerjemahkan artikel sains populer dari bahasa Inggris ke bahasa Rusia, tetapi saya tidak menyangka sejauh ini rumit. Hormat kami kepada mereka yang secara teratur dan efisien menerjemahkan artikel di Habré. Untuk menerjemahkan teks secara profesional, Anda tidak hanya perlu mengetahui bahasa Inggris, tetapi juga memahami topik itu sendiri dengan mempelajari sumber pihak ketiga. Tambahkan sedikit “gag” agar terdengar lebih natural, namun juga jangan berlebihan, agar tidak merusak artikel. Terima kasih banyak telah membaca :)
Sumber: www.habr.com