Jantung berdetak di planet kita tetap menjadi misteri bagi para ilmuwan yang mencari bagaimana Bumi terbentuk dan apa yang terjadi saat penciptaannya. Tetapi sebuah penelitian baru-baru ini mampu menciptakan kembali tekanan kuat yang mendekati yang ditemukan di pusat Bumi, memberikan para peneliti sekilas ke hari-hari awal planet kita, dan bahkan seperti apa intinya sekarang.
Mereka mengumumkan temuan mereka dalam edisi terbaru jurnal Science . "Jika kita mencari tahu elemen mana yang ada di inti, kita dapat lebih memahami kondisi di mana Bumi terbentuk, yang kemudian akan memberi tahu kita tentang sejarah tata surya awal, " kata penulis studi utama Anat Shahar, ahli geokimia di Carnegie Institution for Science. di Washington, DC Itu juga bisa memberi peneliti sekilas ke bagaimana planet berbatu lainnya, baik di tata surya kita dan di luar, menjadi.
Bumi terbentuk sekitar 4, 6 miliar tahun yang lalu melalui tabrakan yang tak terhitung jumlahnya antara benda-benda berbatu mulai dari benda seukuran Mars hingga asteroid. Ketika Bumi awal tumbuh, tekanan dan suhu internal juga meningkat.
Ini berimplikasi pada bagaimana besi - yang membentuk sebagian besar inti Bumi - berinteraksi secara kimia dengan unsur-unsur yang lebih ringan seperti hidrogen, oksigen, dan karbon ketika logam yang lebih berat dipisahkan dari mantel dan tenggelam ke interior planet. Mantel adalah lapisan tepat di bawah kerak bumi, dan pergerakan batuan cair melalui wilayah ini mendorong lempeng tektonik.
Para ilmuwan telah lama menyadari bahwa perubahan suhu dapat memengaruhi derajat di mana suatu versi, atau isotop, dari unsur seperti besi menjadi bagian dari inti. Proses ini disebut fraksinasi isotop.
Namun, sebelum sekarang, tekanan tidak dianggap sebagai variabel kritis yang memengaruhi proses ini. "Pada tahun 60-an dan 70-an, percobaan dilakukan untuk mencari efek tekanan ini dan tidak ada yang ditemukan, " kata Shahar, yang merupakan bagian dari program Deep Carbon Observatory. "Sekarang kita tahu bahwa tekanan yang mereka uji - sekitar dua gigapascal [GPa] - tidak cukup tinggi."
Sebuah makalah tahun 2009 oleh tim lain menyarankan bahwa tekanan dapat memengaruhi unsur-unsur yang membuatnya menjadi inti planet kita. Jadi Shahar dan timnya memutuskan untuk menyelidiki kembali efeknya, tetapi menggunakan peralatan yang dapat mencapai tekanan hingga 40 GPa — lebih dekat dengan 60 GPa yang menurut para ilmuwan adalah rata-rata selama pembentukan inti awal Bumi.
Dalam percobaan yang dilakukan di Advanced Photon Source dari Departemen Energi AS, fasilitas pengguna Office of Science di Argonne National Laboratory di Illinois, tim menempatkan sampel kecil besi yang dicampur dengan hidrogen, karbon atau oksigen di antara titik-titik dari dua berlian. Sisi-sisi "sel landasan intan" ini kemudian diremas bersama untuk menghasilkan tekanan besar.
Setelah itu, sampel besi yang diubah dibombardir dengan sinar-X berdaya tinggi. "Kami menggunakan sinar-x untuk menyelidiki sifat getaran dari fase besi, " kata Shahar. Berbagai frekuensi getaran memberi tahu dia versi besi apa yang dia miliki dalam sampelnya.
Apa yang tim temukan adalah bahwa tekanan ekstrem memengaruhi fraksinasi isotop. Secara khusus, tim menemukan bahwa reaksi antara besi dan hidrogen atau karbon — dua elemen yang dianggap ada dalam inti — seharusnya meninggalkan tanda tangan pada batuan mantel. Tapi tanda tangan itu belum pernah ditemukan.
"Karena itu, kami tidak berpikir bahwa hidrogen dan karbon adalah elemen cahaya utama dalam inti, " kata Shahar.
Sebaliknya, kombinasi zat besi dan oksigen tidak akan meninggalkan jejak di mantel, menurut eksperimen kelompok itu. Jadi masih mungkin bahwa oksigen bisa menjadi salah satu elemen yang lebih ringan di inti Bumi.
Temuan ini mendukung hipotesis bahwa oksigen dan silikon membentuk sebagian besar elemen cahaya yang terlarut dalam inti bumi, kata Joseph O'Rourke, ahli geofisika di Caltech di Pasadena, California, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.
"Oksigen dan silikon sangat berlimpah di mantel, dan kami tahu mereka larut dalam zat besi pada suhu dan tekanan tinggi, " kata O'Rourke. "Karena oksigen dan silikon pada dasarnya dijamin untuk memasuki inti, tidak ada banyak ruang untuk kandidat lain seperti hidrogen dan karbon."
Shahar mengatakan timnya berencana untuk mengulangi percobaan mereka dengan silikon dan belerang, kemungkinan konstituen inti lainnya. Sekarang mereka telah menunjukkan bahwa tekanan dapat memengaruhi fraksinasi, kelompok ini juga berencana untuk melihat efek tekanan dan suhu bersama-sama, yang mereka perkirakan akan menghasilkan hasil yang berbeda daripada hanya satu. “Percobaan kami semua dilakukan dengan sampel besi padat pada suhu kamar. Tetapi selama pembentukan inti, semuanya meleleh, ”kata Shahar.
Temuan dari eksperimen semacam itu bisa memiliki relevansi untuk planet ekstrasurya, atau planet di luar tata surya kita, kata para ilmuwan. "Karena untuk exoplanet, Anda hanya bisa melihat permukaan atau atmosfernya, " kata Shahar. Tetapi bagaimana interior mereka memengaruhi apa yang terjadi di permukaan, ia bertanya. "Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan itu akan memengaruhi apakah ada kehidupan di sebuah planet."
Pelajari tentang penelitian ini dan lainnya di Deep Carbon Observatory.
Catatan Editor, 5 Mei 2016: Kisah ini awalnya menempatkan situs percobaan di Washington, DC. Mereka dilakukan di laboratorium di Illinois.
