Struktur Misterius Terdeteksi di Medan Magnet Bumi

LONDON - Meskipun kita telah mengirimkan wahana antariksa sejauh miliaran kilometer ke ruang angkasa antarbintang, manusia baru sedikit menjelajahi permukaan planet kita sendiri, bahkan belum menembus lapisan kerak yang tipis.

Informasi tentang bagian dalam bumi yang dalam sebagian besar berasal dari geofisika dan sangat terbatas. Kita tahu bahwa bagian dalamnya terdiri dari kerak padat, mantel berbatu, inti luar cair, dan inti dalam padat.


Namun, apa sebenarnya yang terjadi di setiap lapisan – dan di antara lapisan-lapisan tersebut – masih menjadi misteri . Kini, penelitian kami menggunakan magnetisme planet kita untuk menjelaskan antarmuka paling signifikan di bagian dalam Bumi: batas inti-mantelnya.


Sekitar 3.000 km di bawah kaki kita, inti luar Bumi, lautan paduan besi cair yang sangat dalam, terus berputar tanpa henti untuk menghasilkan medan magnet global yang membentang jauh ke angkasa. Mempertahankan "geodinamo" ini, dan medan gaya planet yang telah dihasilkannya selama beberapa miliar tahun terakhir (melindungi Bumi dari radiasi berbahaya), membutuhkan banyak energi.

Panas ini dialirkan ke inti bumi selama pembentukannya. Namun, panas ini hanya dilepaskan untuk menggerakkan geodinamo saat menghantarkan panas ke luar menuju batuan padat yang lebih dingin yang mengapung di atas, di mantel bumi.


Tanpa perpindahan panas internal besar-besaran dari inti ke mantel dan akhirnya melalui kerak ke permukaan, Bumi akan seperti tetangga terdekat kita, Mars dan Venus : mati secara magnetik.

Peta yang menunjukkan seberapa cepat gelombang seismik (getaran energi akustik) yang melintasi mantel batuan Bumi berubah di bagian paling bawahnya, tepat di atas inti.

Yang sangat penting adalah dua wilayah luas di dekat khatulistiwa di bawah Afrika dan Samudra Pasifik, di mana gelombang seismik bergerak lebih lambat daripada di tempat lain

Belum jelas apa yang membuat " struktur basal mantel bawah yang besar " ini, atau disingkat " Blob ", istimewa. Struktur ini terbuat dari batuan padat yang mirip dengan mantel di sekitarnya, tetapi mungkin memiliki suhu lebih tinggi, atau komposisi yang berbeda, atau keduanya.

Variasi suhu yang kuat di dasar mantel diperkirakan akan memengaruhi inti cair di bawahnya dan medan magnet yang dihasilkan di sana.

Mantel padat mengalami perubahan suhu dan mengalir dengan kecepatan yang sangat lambat (milimeter per tahun), sehingga jejak magnetik apa pun dari kontras suhu yang kuat akan bertahan selama jutaan tahun.

Studi kami melaporkan bukti baru bahwa gumpalan-gumpalan ini lebih panas daripada mantel bawah di sekitarnya. Dan ini telah memberikan efek yang nyata pada medan magnet Bumi setidaknya selama beberapa ratus juta tahun terakhir.

Ketika batuan beku , yang baru saja membeku dari magma cair, mendingin di permukaan Bumi di hadapan medan magnetnya, batuan tersebut memperoleh kemagnetan permanen yang sejajar dengan arah medan tersebut pada waktu dan tempat itu.

Sudah diketahui bahwa arah ini berubah seiring dengan garis lintang. Namun, kami mengamati bahwa arah magnetik yang tercatat oleh batuan hingga berusia 250 juta tahun juga tampaknya bergantung pada di mana batuan tersebut terbentuk dalam garis bujur. Efek ini sangat terlihat pada garis lintang rendah. Oleh karena itu, kami bertanya-tanya apakah Blob mungkin menjadi penyebabnya.

Bukti yang meyakinkan datang dari perbandingan pengamatan magnetik ini dengan simulasi geodinamo yang dijalankan pada superkomputer. Satu set simulasi dijalankan dengan asumsi bahwa laju aliran panas dari inti ke mantel sama di mana-mana.

Hasil-hasil ini menunjukkan kecenderungan yang sangat kecil bagi medan magnet untuk bervariasi dalam garis bujur, atau medan yang dihasilkannya runtuh menjadi keadaan kacau yang terus-menerus, yang juga tidak konsisten dengan pengamatan.

Sebaliknya, ketika kami menempatkan pola pada permukaan inti yang mencakup variasi kuat dalam jumlah panas yang diserap ke dalam mantel, medan magnet berperilaku berbeda.

Yang paling penting, dengan asumsi bahwa laju panas yang mengalir ke dalam Blob kira-kira setengah dari laju panas yang mengalir ke bagian mantel lainnya yang lebih dingin, berarti bahwa medan magnet yang dihasilkan oleh simulasi tersebut mengandung struktur memanjang yang mengingatkan pada catatan dari batuan purba.

Temuan selanjutnya adalah bahwa medan-medan ini kurang rentan terhadap keruntuhan. Dengan menambahkan Blob, kita dapat mereproduksi perilaku stabil medan magnet Bumi yang diamati dalam rentang yang lebih luas.

Yang tampaknya terjadi adalah kedua gumpalan panas tersebut mengisolasi logam cair di bawahnya, mencegah kehilangan panas yang jika tidak akan menyebabkan cairan tersebut menyusut secara termal dan tenggelam ke dalam inti. Karena aliran fluida inti inilah yang menghasilkan medan magnet yang lebih besar, genangan logam yang stagnan ini tidak ikut serta dalam proses geodinamo.

Selain itu, sama seperti telepon seluler yang dapat kehilangan sinyal jika diletakkan di dalam kotak logam, area cairan konduktif yang diam ini berfungsi untuk "menghalangi" medan magnet yang dihasilkan oleh cairan yang bersirkulasi di bawahnya.

Oleh karena itu, gumpalan-gumpalan raksasa tersebut memunculkan pola-pola yang bervariasi secara longitudinal dalam bentuk dan variabilitas medan magnet Bumi. Dan ini sesuai dengan apa yang tercatat oleh batuan yang terbentuk di lintang rendah.

Sebagian besar waktu, bentuk medan magnet Bumi sangat mirip dengan yang dihasilkan oleh magnet batang yang sejajar dengan sumbu rotasi planet. Inilah yang menyebabkan kompas magnetik menunjuk hampir ke utara di sebagian besar tempat di permukaan Bumi, hampir sepanjang waktu.

Keruntuhan menjadi keadaan multipolar yang lemah telah terjadi berkali-kali sepanjang sejarah geologi, tetapi kejadian ini cukup jarang dan medan magnet tampaknya pulih dengan cukup cepat setelahnya. Setidaknya dalam simulasi, Blob tampaknya membantu mewujudkan hal ini.

Jadi, meskipun kita masih perlu banyak belajar tentang apa itu Blob dan bagaimana asal-usulnya, mungkin kita berhutang budi kepada mereka karena telah membantu menjaga medan magnet tetap stabil dan bermanfaat bagi umat manusia.