Eksperimen difraksi sinar-X bertekanan dan bersuhu tinggi menunjukkan bahwa anomali seismik di inti bumi mungkin disebabkan oleh lapisan kimia.
Sebuah tim peneliti internasional mungkin telah menemukan penjelasan atas anomali seismik, yaitu penyimpangan nyata dalam perilaku gelombang gempa bumi, di inti bumi. Sebuah tim yang dipimpin oleh para ilmuwan dari Universitas Münster dan terdiri dari anggota tim dari Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Universitas Lille, dan European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) menyimulasikan kondisi tekanan dan suhu tinggi di bagian dalam bumi. Mereka mempelajari perilaku plastik-elastis silikon dan paduan karbon besi menggunakan sumber cahaya PETRA III di DESY di Hamburg. Temuan percobaan ini, ketika diekstrapolasi ke kondisi inti bumi, mengungkapkan bahwa lapisan seperti bawang yang disebabkan oleh campuran karbon-silikon yang ditambahkan ke besi murni dapat menjelaskan anomali seismik yang terdeteksi di inti bumi. Para peneliti mempublikasikan temuan mereka di jurnal Komunikasi Alam.
Inti bumi sebagian besar terdiri dari besi. Namun, konsentrasi kecil unsur ringan yang membentuk paduan besi, seperti silikon, karbon, dan oksigen, juga terdapat di inti. Meskipun inti luarnya cair, inti dalamnya padat dan diperkirakan terdiri dari paduan besi ini. Ahli seismologi telah mengamati di inti bagian dalam bahwa gelombang suara kompresional, yang tercipta melalui peristiwa seperti gempa bumi, merambat 3-4% lebih cepat sejajar dengan sumbu rotasi bumi dibandingkan dengan gelombang yang merambat di bidang ekuator. Anomali kecepatan gelombang seismik yang disebut anisotropi ini memiliki besaran yang berbeda jika membandingkan bagian luar dan dalam inti dalam.
“Ada beberapa hipotesis mengenai asal usul anisotropi ini”, kata Prof. Carmen Sanchez-Valle dari Institut Mineralogi di Universitas Münster. Penjelasan yang mungkin adalah munculnya fenomena yang disebut orientasi preferensi kisi (LPO), dimana kristal paduan mengubah orientasi karena pola konveksi termal atau pertumbuhan preferensi intrinsik. “Sayangnya, hanya ada sedikit data eksperimen tentang bagaimana PUT tersebut mungkin terlihat di inti besi bumi, dan tidak ada data tentang PUT campuran paduan besi-silikon-karbon. Oleh karena itu, kami mulai mempelajari efek gabungan silikon dan karbon terhadap perilaku deformasi besi,” kata Sanchez-Valle.
Untuk mempelajari perilaku deformasi paduan besi, tim di sekitar Sanchez-Valle dan ketua tim Ilya Kupenko mensintesis paduan besi-silikon-karbon. Pada beamline Sains Kondisi Ekstrim P02.2 di PETRA III, tim memasukkan paduan tersebut ke dalam perangkat generasi keadaan ekstrem yang disebut sel landasan berlian, yang terdiri dari 2 berlian berlawanan dengan ujung pipih yang memampatkan sampel hingga tekanan luar biasa dan kondisi suhu tinggi. Untuk percobaan ini, paduan tersebut awalnya dikompresi, kemudian dipanaskan hingga lebih dari 820°C, kemudian dikompresi lebih lanjut hingga sekitar satu juta kali tekanan atmosfer.
Para ilmuwan mengamati dari analisis sinar-X di PETRA III bahwa selama kompresi paduan besi polikristalin, sampel mengembangkan LPO. “Kami dapat memecahkan kode PUT melalui difraksi sinar-X yang tegak lurus terhadap sumbu kompresi,” jelas penulis pertama Efim Kolesnikov, yang merupakan kandidat doktor di Universitas Münster ketika percobaan dilakukan. Metode sinar-X yang digunakan pada sampel, yang dikenal sebagai difraksi radial, telah dikembangkan secara luas di P02.2. “Pola difraksi dianalisis setelah percobaan untuk mendapatkan sifat plastik – khususnya, kekuatan luluh & viskositas – dari paduan besi-silikon-karbon, yang selanjutnya dimodelkan melalui teori untuk mengekstrapolasinya ke kondisi inti dalam.”
Dari sifat plastisitasnya, tim menghitung perbedaan antara kecepatan suara kompresi pada paduan besi-silikon-karbon pada kondisi inti dalam dan membandingkannya dengan besi murni. Hasilnya: perbedaan anisotropi mungkin terkait dengan gradien komposisi, karena persentase kandungan besi meningkat seiring bertambahnya kedalaman inti. “Ini cocok dengan perbedaan kecepatan anisotropi yang diamati pada profil seismik,” kata ketua tim Kupenko.
Publikasi asli
Kolesnikov, E., Li, X., Müller, SC dkk. Anisotropi yang bergantung pada kedalaman di inti bumi terkait dengan stratifikasi kimia. Nat Biasa (2025). https://doi.org/10.
