Sisa-sisa lautan purba dan tabrakan planet – para ilmuwan memberikan petunjuk baru tentang lapisan D bumi yang misterius

Sebuah penelitian menunjukkan bahwa lapisan D Bumi, di dekat batas inti-mantel, terbentuk dari lautan magma yang tercipta akibat tumbukan besar. Besi dan magnesium peroksida yang terbentuk dari air di lautan ini menjelaskan komposisi unik dan heterogenitas lapisan D.

Penelitian baru menunjukkan bahwa lapisan D misterius di batas inti-mantel bumi mungkin terbentuk dari sisa-sisa dampak besar awal, dengan peroksida yang kaya akan zat besi memainkan peran kunci dalam fitur unik dan abadi tersebut.

Jauh di dalam bumi, terdapat lapisan misterius yang disebut lapisan D. Wilayah ini terletak pada kedalaman sekitar 3.000 kilometer, dan terletak di atas batas antara inti luar planet yang cair dan mantel padatnya. Berbeda dengan bola sempurna, lapisan “D” ternyata tidak lengkap. Ketebalannya sangat bervariasi dari satu tempat ke tempat lain, dan beberapa daerah bahkan tidak memiliki lapisan “D” sama sekali – seperti halnya benua yang berada di atas lautan di bumi. Perbedaan menarik ini menarik perhatian para ahli geofisika, yang menggambarkan lapisan D sebagai area yang heterogen atau tidak seragam.

Sebuah studi baru yang dipimpin oleh Dr. Qingyang Hu (Pusat Penelitian Sains dan Teknologi Canggih Tekanan Tinggi) dan Dr.Universitas Princeton) menunjukkan bahwa lapisan D mungkin berasal dari masa awal Bumi. Teori mereka didasarkan pada hipotesis dampak raksasa, yang menyatakan a MarsSebuah benda berukuran besar bertabrakan dengan proto-Bumi, menciptakan lautan magma seluas planet setelahnya. Mereka percaya bahwa lapisan D mungkin merupakan komposisi unik dari sisa-sisa dampak besar ini, yang berpotensi menyimpan bukti pembentukan Bumi.

Air di lautan magma

Dr Jie Ding menyoroti keberadaan sejumlah besar air di lautan magma global ini. Asal muasal air ini masih menjadi topik perdebatan, karena berbagai teori telah diajukan termasuk pembentukannya melalui interaksi antara gas nebula dan magma, atau pengiriman langsung oleh komet. “Pandangan umum yang ada adalah bahwa air terkonsentrasi di dasar lautan magma saat mendingin,” lanjut Dr. Ding. Pada tahap akhir, magma yang paling dekat dengan inti mungkin mengandung air dalam jumlah yang sama dengan yang ditemukan di lautan bumi saat ini.

Kondisi tekanan dan suhu ekstrem di lautan magma bagian bawah akan menciptakan lingkungan kimia yang unik, sehingga mendorong interaksi tak terduga antara air dan mineral. “Penelitian kami menunjukkan bahwa lautan magma berair ini berkontribusi pada pembentukan fase kaya zat besi yang disebut besi-magnesium peroksida,” jelas Dr. Qingyang Hu. Peroksida ini, dengan rumus (Fe, Mg)O2, memiliki preferensi yang lebih kuat terhadap besi dibandingkan komponen utama lainnya yang diperkirakan terdapat di mantel bawah. “Menurut perhitungan kami, ikatannya dengan besi dapat menyebabkan akumulasi besi peroksida dalam lapisan dengan ketebalan beberapa hingga puluhan kilometer.

Terbentuknya struktur heterogen pada batas mantel inti bumi. Kredit: China Science Press

Kehadiran fase peroksida yang kaya zat besi akan mengubah komposisi mineral lapisan D, menyimpang dari pemahaman kita saat ini. Menurut model baru, mineral dalam D akan didominasi oleh kelompok baru: silikat miskin besi, peroksida kaya besi (Fe, Mg), dan oksida miskin besi (Fe, Mg). Peroksida yang didominasi besi ini juga memiliki kecepatan seismik yang rendah dan konduktivitas listrik yang tinggi, menjadikannya kandidat yang mungkin menjelaskan fitur geofisika unik dari lapisan D. Fitur-fitur ini mencakup wilayah dengan kecepatan sangat rendah dan lapisan yang sangat konduktif, yang keduanya berkontribusi terhadap fenomena yang diketahui. heterogenitas komposisi lapisan D.

“Temuan kami menunjukkan bahwa peroksida kaya zat besi, terbentuk dari air purba di dalam lautan magma, memainkan peran penting dalam pembentukan struktur heterogen lapisan D,” kata Qingyang. Afinitas yang kuat dari peroksida ini terhadap besi menciptakan perbedaan kepadatan yang sangat kontras antara lapisan kaya besi ini dan mantel di sekitarnya. Pada dasarnya, ia bertindak sebagai isolator, mencegah pencampuran dan berpotensi menjelaskan heterogenitas jangka panjang yang diamati di dasar mantel bawah. “Model ini sangat sesuai dengan hasil pemodelan numerik baru-baru ini, yang menunjukkan bahwa heterogenitas mantel yang lebih rendah mungkin merupakan fitur jangka panjang,” tambah Ji.

Referensi: “Batas inti-mantel bumi yang dibentuk oleh kristalisasi lautan air dari magma terestrial” oleh Qingyang Hu, Ji Ding, Yucai Zhuang, Zhenzhong Yang, dan Rong Huang, 13 Mei 2024, Tinjauan Sains Nasional.
doi: 10.1093/nsr/nwae169