Apa yang para ilmuwan ketahui tentang Bumi, sebagian besar masih berkisar di kulit dan permukaan planet ini, memberi kita pemahaman yang paling sederhana tentang bagaimana kekuatan geologis menyebabkan kerak yang retak berbenturan dan bergesekan dengan dirinya sendiri.

Baru-baru ini, para peneliti menemukan sesuatu yang baru tentang lapisan batuan cair sebagian yang berada tepat di bawah kulit luar Bumi yang dingin. Temuan ini dapat membantu kita lebih memahami mekanisme di balik aliran yang berputar jauh di bawah tempat kaki kita berpijak.

Lapisan fleksibel dari material panas ini dikenal sebagai astenosfer, dan umumnya dianggap sebagian besar padat, dengan beberapa material cair yang melemahkan struktur keseluruhan. Lapisan atasnya, bagaimanapun, tampaknya lebih lembut dari yang diduga para ilmuwan.

Sebuah studi yang dipimpin oleh para peneliti di University of Texas telah mengidentifikasi kualitas yang berbeda dalam aliran dan kepadatan bagian tipis astenosfer, sehingga menyelesaikan batas zona di dalam lapisan yang dapat meluas ke seluruh dunia.

Memiliki peta yang jelas tentang perbedaan gema gelombang seismik yang melewati perut bumi dapat membantu kita mengetahui aktivitas yang mendorong pergerakan lempeng tektonik yang mengambang di permukaan planet.

Penemuan ini menambah detail penting pada struktur global lapisan paling atas mantel Bumi, yang memungkinkan ahli geologi untuk mengecualikan pengaruh apa pun yang mungkin dimiliki zona lunak mantel atas ini terhadap keseluruhan churn astenosfer.

"Kita tidak dapat mengesampingkan bahwa pencairan lokal tidak masalah," aku ahli geofisika Thorsten Becker dari University of Texas, dikutip dari Science Alert, Selasa (7/2/2023).

"Tapi saya pikir itu mendorong kita untuk melihat pengamatan pencairan ini sebagai penanda apa yang terjadi di Bumi, dan belum tentu merupakan kontribusi aktif untuk apa pun," sambungnya.

Secara praktis, Becker mengatakan bahwa ada satu variabel yang perlu dikhawatirkan dalam model isi perut Bumi di masa depan.

Beberapa penelitian sebelumnya telah memperkirakan astenosfer terganggu oleh semburan aktivitas cair sesekali. Sedangkan pada studi yang dipublikasikan di Nature Geoscience ini, sejauh ini belum diketahui seberapa luas fenomena itu.

Becker dan rekan-rekannya membuat peta global astenosfer dengan menggunakan citra seismik mantel, yang dikumpulkan dari stasiun-stasiun pencitraan seismik di seluruh dunia.

Ketika gelombang seismik yang dikirim dari stasiun di atas tanah ini menghantam bagian atas astenosfer, mereka melambat secara signifikan, dan ini menunjukkan bahwa lapisan atas lebih cair daripada bagian lainnya.

Material dengan fluiditas yang lebih besar biasanya memungkinkan aliran yang lebih besar, tetapi tampaknya tidak berlaku di sini.

Peta astenosfer yang disusun para ilmuwan tidak benar-benar sejalan dengan pergerakan lempeng tektonik di atas. Misalnya, daerah di mana gelombang seismik bergerak lebih lambat tidak menunjukkan aktivitas tektonik yang lebih besar.

"Ketika kita berpikir tentang sesuatu yang meleleh, secara intuitif kita berpikir bahwa lelehan itu pasti memainkan peran besar dalam viskositas material," kata Junlin Hua, yang memimpin penelitian tersebut.

"Tapi apa yang kami temukan adalah bahwa meskipun fraksi lelehnya cukup tinggi, pengaruhnya terhadap aliran mantel sangat kecil," ujarnya.

Anehnya, tampaknya ada beberapa material cair yang tersebar di seluruh astenosfer dan tidak hanya di puncak, di tempat magma panas cenderung menggenang di kedalaman sekitar 100 hingga 150 kilometer.

Di bagian bawah astenosfer, misalnya, biasanya tampak kumpulan materi yang meleleh, kemungkinan akibat pencairan dehidrasi, yang dapat terjadi saat batuan tidak jenuh dengan air.

Sebaliknya, lapisan tengah sedalam sekitar 260 kilometer tidak tersebar luas tetapi muncul secara sporadis dan bisa jadi merupakan hasil dari pencairan mantel yang dibantu karbon.

Para ilmuwan telah lama menduga bahwa lempeng tektonik Bumi bergerak berdasarkan arus batuan cair yang terletak jauh di bawah permukaan, tetapi dinamika yang tepat dari naik dan turunnya gas, cairan, atau batuan masih belum jelas.

Berdasarkan hasil saat ini, para peneliti dari University of Texas menduga bahwa variasi suhu dan tekanan bertahap di astenosfer adalah yang mendorong aliran dalam batuan semi-cair. Viskositas keseluruhan wilayah ini bukanlah faktor yang besar dalam hal pergerakan lempeng tektonik di atasnya.

"Pekerjaan ini penting karena memahami sifat-sifat astenosfer dan asal-usulnya lemah merupakan dasar untuk memahami lempeng tektonik," kata seismolog Karen Fischer, yang kini bekerja di Brown University.