Pendinginan interior bumi ‘jauh lebih cepat dari yang diharapkan’

Para peneliti di ETH Zurich telah menunjukkan di laboratorium seberapa baik logam biasa di batas antara inti bumi dan mantel menghantarkan panas. Hal ini membuat mereka curiga bahwa panas bumi mungkin menghilang lebih cepat dari yang diperkirakan sebelumnya.

Evolusi planet kita adalah kisah kesejukan: 4,5 miliar tahun yang lalu, suhu ekstrem terjadi di permukaan Bumi muda, dan ditutupi dengan lautan magma yang dalam. Selama jutaan tahun, permukaan planet mendingin untuk membentuk kerak yang rapuh. Namun, energi panas yang sangat besar yang berasal dari interior bumi mendorong proses dinamis, seperti konveksi mantel, tektonik lempeng, dan vulkanisme.

Namun, pertanyaan tentang seberapa cepat Bumi akan mendingin dan berapa lama waktu yang diperlukan untuk pendinginan terus-menerus ini untuk menghentikan proses termal di atas tetap tidak terjawab.

Satu jawaban yang mungkin mungkin terletak pada konduktivitas termal mineral yang membentuk batas antara inti dan mantel bumi.

Lapisan batas ini relevan karena di sinilah batuan lengket mantel bumi bersentuhan langsung dengan lelehan panas besi dan nikel di inti luar planet. Gradien suhu antara dua lapisan cukup curam, sehingga kemungkinan besar akan banyak panas yang mengalir di sini. Lapisan batas terutama terdiri dari mineral bridgemanite. Namun, para peneliti mengalami kesulitan memperkirakan berapa banyak panas mineral ini berpindah dari inti bumi ke mantel karena verifikasi eksperimental sangat sulit.

Sekarang, Profesor ETH Motohiko Murakami dan rekan dari Carnegie Institution for Science telah mengembangkan sistem pengukuran canggih yang memungkinkan mereka mengukur konduktivitas termal bridgemanite di laboratorium, di bawah kondisi tekanan dan suhu yang berlaku di dalam Bumi. Untuk pengukuran, mereka menggunakan sistem pengukuran absorbansi optik yang baru dikembangkan dalam unit berlian berpemanas laser berdenyut.

Alat pengukur untuk menentukan konduktivitas termal bridgemanite di bawah tekanan tinggi dan suhu maksimum. Kredit: Dari Murakami M, dkk, 2021

“Sistem pengukuran ini memungkinkan kami untuk menunjukkan bahwa konduktivitas termal bridgemanite sekitar 1,5 kali lebih tinggi dari yang diasumsikan,” kata Murakami. Ini menunjukkan bahwa fluks panas dari inti ke mantel juga lebih tinggi dari yang diperkirakan sebelumnya. Aliran panas yang lebih besar, pada gilirannya, meningkatkan konveksi di mantel dan mempercepat pendinginan Bumi. Hal ini dapat menyebabkan pergerakan lempeng tektonik, yang ditopang oleh gerakan konvektif di mantel, melambat lebih cepat dari yang diperkirakan para peneliti berdasarkan nilai konduktivitas termal sebelumnya.

Murakami dan rekan juga menunjukkan bahwa pendinginan mantel yang cepat akan mengubah fase mineral yang stabil pada batas inti-mantel. Saat mendingin, bridgemanite berubah menjadi mineral pasca-perovskit. Tapi begitu post-perovskite muncul di batas inti-mantel dan mulai mendominasi, pendinginan mantel sebenarnya bisa dipercepat, para peneliti memperkirakan, karena mineral ini menghantarkan panas lebih efisien daripada bridgemanite.

“Hasil kami dapat memberi kami perspektif baru tentang evolusi dinamika Bumi. Mereka menyarankan bahwa Bumi, seperti planet berbatu lainnya Merkurius dan MarsMendingin dan menjadi lembam jauh lebih cepat dari yang diharapkan, ”jelas Murakami.

Namun, dia tidak bisa mengatakan berapa lama, misalnya, arus konvektif di mantel berhenti. “Kami masih belum cukup tahu tentang jenis peristiwa ini untuk menentukan waktunya.” Untuk melakukannya pertama membutuhkan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana konveksi bekerja di mantel ruang dan waktu. Selain itu, para ilmuwan perlu mengklarifikasi bagaimana peluruhan unsur-unsur radioaktif di bagian dalam bumi – salah satu sumber panas utama – mempengaruhi dinamika mantel.

Referensi: “Konduktivitas termal radiasi bridgemanite kristal tunggal pada batas inti-mantel dengan implikasi untuk evolusi termal Bumi” oleh Motohiko Murakami, Alexander F. Goncharov, Nobuyoshi Miyajima, Daisuke Yamazaki, dan Nicholas Holtgrove, 8 Desember 2021, Surat Ilmu Bumi dan Planet.
DOI: 10.1016 / j.epsl.2021.117329