Pusat bumi 1.000 derajat lebih panas daripada yang diperkirakan sebelumnya

Pandangan ini menggambarkan berbagai lapisan bumi dan suhu yang mewakilinya : kerak, atas dan bawah mantel (coklat sampai merah), inti luar cair (oranye) dan  inti solid dalam (kuning). Tekanan pada batas antara cairan dan inti padat (disorot) 3.3 juta atmosfer, dengan suhu sekarang dikukuhkan sebagai 6000 derajat Celcius. Kredit: ESRF

Para ilmuwan telah menentukan suhu dekat pusat bumi menjadi 6000 derajat Celcius, 1000 derajat lebih panas daripada percobaan sebelumnya pada 20 tahun yang lalu. Pengukuran ini mengkonfirmasi model geofisika bahwa perbedaan temperatur antara inti yang solid dan mantel atas, harus minimal 1.500 derajat untuk menjelaskan mengapa Bumi memiliki medan magnet. Para ilmuwan bahkan mampu menetapkan mengapa percobaan sebelumnya telah menghasilkan angka suhu yang lebih rendah. Hasilnya diterbitkan pada 26 April 2013 di Science. Tim peneliti dipimpin oleh Agnès Dewaele dari nasional Perancis penelitian teknologi organisasi CEA, bersama anggota dari Perancis Pusat Nasional untuk Penelitian Ilmiah CNRS dan European Synchrotron Radiation Facility di Grenoble ESRF (Perancis)



Inti bumi sebagian besar terdiri dari sebuah bola besi cair pada suhu di atas 4000 derajat dan tekanan lebih dari 1,3 juta atmosfer. Dengan kondisi tersebut, besi begitu lcair seperti air di lautan. Hal ini hanya terjadi di tengah-tengah bumi, di mana tekanan dan kenaikan suhu lebih tinggi. Analisis gempa memicu gelombang seismik melewati Bumi, memberi tahu kita ketebalan inti padat dan cair, dan bahkan bagaimana tekanan dalam bumi meningkat dengan kedalaman. Namun gelombang ini tidak memberikan informasi mengenai suhu, yang memiliki pengaruh penting pada pergerakan materi dalam inti cair dan mantel yang solid di atas. Memang perbedaan suhu antara mantel dan inti adalah pendorong utama gerakan termal skala besar, yang bersama-sama dengan rotasi bumi, bertindak seperti dinamo menghasilkan medan magnet bumi. Profil temperatur melalui interior bumi juga mendasari model geofisika yang menjelaskan penciptaan dan aktivitas gunung berapi intens hot-spot seperti Kepulauan Hawaii atau La.

Menciptakan inti besi cair bumi di laboratorium: sepotong  besi termal berukuran setitik terisolasi dan ditempatkan di antara ujung dua berlian berbentuk kerucut kecil. Menekan dua berlian bersama-sama menghasilkan tekanan 2 juta atmosfer lebih. Sinar laser memanaskan sampel dengan suhu 3000-5000 derajat, sinar tipis sinkrotron sinar-X digunakan untuk mendeteksi apakah besi telah mulai mencair. Ini akan mengubah struktur kristalnya, pada gilirannya memodifikasi "pola difraksi" dari  belokkan sinar-X di belakang sampel. Kredit: ESRF / Denis Andrault.

Untuk menghasilkan gambaran yang akurat tentang profil suhu dalam pusat bumi, para ilmuwan dapat melihat titik leleh besi pada tekanan yang berbeda di laboratorium, menggunakan landasan sel berlian untuk menekan sampel berukuran setitik terhadap tekanan dari beberapa juta atmosfer, dan sinar laser untuk memanaskannya 4000 atau bahkan 5000 derajat Celcius. "Dalam prakteknya, banyak tantangan eksperimental harus dipenuhi," jelas Agnès Dewaele dari CEA, "sebagai sampel besi, harus termal terisolasi dan juga tidak boleh dibiarkan reaksi kimia bereaksi dengan lingkungannya. Bahkan jika sampel mencapai suhu ekstrim dan tekanan di bagian pusat bumi, hal itu hanya akan terjadi dalam hitungan detik. Dalam rentang waktu singkat sangatlah sulit untuk menentukan apakah besi sudah mulai meleleh atau masih padat ".


Di sinilah sinar-X ikut bermain. "Kami telah mengembangkan teknik baru di mana berkas intens sinar-X dari sinkrotron tersebut dapat menyelidiki sampel dan menyimpulkan apakah itu padat, cair atau sebagian cair dalam sesedikit satu detik, menggunakan proses yang dikenal difraksi", kata Mohamed Mezouar dari ESRF, "dan ini cukup pendek untuk menjaga suhu dan tekanan konstan, dan pada saat yang sama menghindari reaksi kimia apapun".
Para ilmuwan ditentukan secara eksperimental titik leleh besi hingga 4800 derajat Celcius dan 2,2 juta atmosfer tekanan, dan kemudian menggunakan metode ekstrapolasi untuk menentukan bahwa pada 3,3 juta atmosfer, tekanan di perbatasan antara inti cair dan padat, suhu akan menjadi 6000 + / - 500 derajat. Nilai ini diekstrapolasikan bisa sedikit berubah jika besi mengalami fase transisi tidak diketahui antara terukur dengan nilai-nilai ekstrapolasi.

Gambar ini menunjukkan eksperimental set-up eksperimen di ESRF beamline ID27 dimana peta difraksi dicatat. Berlian sel anvil ada di dalam silinder kuningan di tengah. Gambar foto Guillaume Morard, salah satu co-penulis publikasi, mengenakan kacamata keselamatan laser. Kredit: ESRF / Blascha Faust

Ketika para ilmuwan mengamati seluruh daerah tekanan dan suhu, mereka mengamati mengapa Reinhard Boehler, pada MPI for Chemistry in Mainz (Germany), diterbitkan pada tahun 1993 memiliki nilai-nilai sekitar 1000 derajat lebih rendah. Mulai dari 2400 derajat, efek rekristalisasi muncul di permukaan dari sampel besi, yang menyebabkan perubahan dinamis struktur kristal besi padat itu. Percobaan dua puluh tahun yang lalu menggunakan teknik optik untuk menentukan apakah sampel padat atau cair, dan itu sangat mungkin bahwa pengamatan rekristalisasi di permukaan ditafsirkan sebagai pencairan.
"Kami tentu sangat puas bahwa percobaan kami divalidasi teori terbaik hari ini dalam perpindahan panas dari inti bumi dan generasi medan magnet bumi. Saya berharap bahwa dalam waktu yang tidak begitu jauh, kita dapat mereproduksi di laboratorium kami, dan menyelidiki dengan sinkrotron sinar-X, setiap keadaan materi dalam bumi, "menyimpulkan Agnès Dewaele.

(Source : http://phys.org/news/2013-04-earth-center-degrees-hotter-previously.html#firstCmt)
(Translate : Rhido Kurni Awan)