.webp)
Tanah liat umum di kerak samudra yang disebut talc, menunjukkan cara baru untuk memindahkan air jauh di bawah tanah. Dalam uji laboratorium yang dikontrol dengan cermat, talc berubah menjadi kristal superhidrasi yang menyimpan sekitar 31% air berdasarkan beratnya.
Fase tersebut muncul pada kedalaman sekitar 90 hingga 94 km dan berlangsung hingga sekitar 78 mil di zona subduksi dingin. Penelitian ini berasal dari tim yang terdiri dari berbagai laboratorium di Korea Selatan, Jerman, dan Amerika Serikat.
SCROLL TO CONTINUE WITH CONTENT
Dalam air asin yang agak basa, talc menyerap kelebihan air dan mengembang sekitar 60%, menurut sebuah studi baru. Struktur baru ini memerangkap air di antara lembaran-lembarannya, sehingga total kandungan airnya meningkat menjadi sekitar 31%.
Penelitian yang dipublikasikan di Nature Communications dan dipimpin oleh Yoonah Bang, PhD, dari Universitas Yonsei ini berfokus pada reaksi mineral bertekanan tinggi yang memindahkan air ke dalam interior Bumi.
Air, talc, dan angstrom
Angstrom, setara dengan sepersepuluh miliar meter, digunakan untuk mengukur jarak skala atom di dalam kristal. Ketika para ilmuwan mendeskripsikan fase angstrom, yang mereka maksud adalah tahapan mineral yang ditentukan oleh jarak antar lapisan atomnya.
Angka angstrom yang lebih besar berarti lapisan-lapisan tersebut berjarak lebih jauh, sering kali karena air atau molekul lain telah memasuki celah-celah tersebut.
Fase 15 angstrom bertahan stabil dari sekitar 90 hingga 125 km, kemudian bergeser ke fase 10 angstrom yang familiar di sekitar 165 km. Setelah perubahan tersebut, fase 10 angstrom tetap stabil hingga sekitar 180 km.
"Penelitian kami dengan demikian menunjukkan transformasi mineral dalam lingkungan subduksi yang lebih realistis, yang menuntut evaluasi ulang geokimia dan seismisitas terkait subduksi serta transportasi air ke dalam Bumi yang dalam," kata Bang.
Bagaimana tanah liat menjadi spons
Lapisan tengah, ruang tipis di antara lembaran-lembaran tersebut, terisi dengan molekul air yang berikatan dengan gugus hidroksil dalam kristal. Tim mengamati satu lapisan air pada 10 angstrom dan tiga lapisan pada 15 angstrom.
Percobaan tekanan tinggi sebelumnya menunjukkan bahwa talc dan air membentuk fase 10 angstrom pada tekanan sekitar 5 hingga 7 gigapascal, atau satu miliar pascal. Proses tersebut juga membutuhkan suhu sekitar 450 hingga 650 derajat Celsius.
Di sini, para ilmuwan menguji cairan alkali, sedikit basa, dan asin yang menyerupai air lempengan di dekat palung. Dalam kondisi tersebut, talk terpecah menjadi fase 15 angstrom pada tekanan dan suhu yang jauh lebih rendah.
Di mana dan kapan fase terbentuk
Tim peneliti menempatkan bubuk talc dalam sel landasan berlian, sebuah alat yang menekan sampel-sampel kecil hingga mencapai tekanan ekstrem. Mereka kemudian melacak perubahan kristal dengan sinkrotron, sebuah sumber sinar-X berintensitas tinggi.
Sinar-X mengungkapkan bahwa struktur kristal yang mengembang muncul jauh di bawah tanah, di bawah tekanan yang ditemukan sekitar 96 km di bawah permukaan Bumi dan pada suhu sekitar 662 derajat Fahrenheit.
Tekanan itu selaras dengan kondisi batuan sekitar 90 km di lempeng dingin, berdasarkan model termal global.
Dalam air murni atau garam saja, talk melewati tahap 15 angstrom dan langsung masuk ke fase 10 angstrom. Hasil kontrol ini menunjukkan bahwa garam ditambah alkalinitas ringan sebagai pemicu penyerapan air ekstra.
Perubahan anggaran air dalam
Fase 15 angstrom menyimpan lebih banyak air daripada talc biasa, sekitar delapan kali
lebih banyak berdasarkan air yang terikat struktur saja.
Ketika kemudian menyusut hingga 10 angstrom mendekati 165 km, ia melepaskan sekitar dua pertiga air yang terperangkap ke batuan di sekitarnya.
Penyimpanan ekstra ini berarti lebih banyak air permukaan dapat terseret ke dalam mineral-mineral terhidrasi, mineral yang menahan air dalam kisi kristalnya. Ini juga berarti gelombang air baru mungkin dilepaskan lebih dalam dari yang diperkirakan.
Air di kedalaman menurunkan titik leleh batuan dan melemahkan patahan. Efek tersebut dapat memengaruhi pasokan magma dan jenis gempa bumi yang kita rekam.
Pelajaran dari talc dan air Bumi
Air yang dilepaskan dari lempeng yang tenggelam membantu pembentukan magma yang menyuplai busur magma, catat USGS dalam ikhtisarnya. Pelepasan yang lebih dalam dari talc yang menyusut dapat menggeser lokasi awal pencairan.
Dalam satu contoh lempeng dingin, tim menemukan kedalaman sumber tipikal sekitar 156 km, konsisten dengan batas lab mereka untuk fase 10 angstrom. Kecocokan tersebut menunjukkan bahwa perubahan 15 angstrom menjadi 10 angstrom dapat membantu menentukan lokasi busur.
Jumlah gempa di wilayah yang sama menurun antara sekitar 75 hingga 125 km, kemudian naik antara sekitar 143 hingga 199 km. Pita-pita tersebut sejalan dengan pertumbuhan 15 angstrom dan dehidrasinya di kemudian hari, sebuah pola yang menurut para penulis perlu diuji lebih lanjut.
Ahli geologi lapangan dapat menelusuri batuan purba bertekanan tinggi untuk menemukan jarak 15 angstrom dan perilaku pengembangannya yang mirip smektit. Ahli geofisika juga dapat mencari konduktivitas atau sidik jari seismik air tambahan pada kedalaman tersebut.
Model-model masa depan harus melacak kimia fluida, bukan hanya tekanan dan suhu. Dengan fluida yang tepat, talk mungkin berperan lebih besar dalam siklus air dalam Bumi daripada yang diperkirakan sebelumnya.
(rns/asj)
