CN-SEO

Diadaptasi dari a Siaran Pers Ditulis oleh Marina Naumova untuk Penn State University.

Selama miliaran tahun, benua-benua di bumi tetap stabil, membentuk dasar bagi pegunungan, ekosistem, dan peradaban. Namun rahasia kestabilan mereka telah diketahui oleh para ilmuwan mistik selama lebih dari satu abad. Kini, sebuah studi baru yang dilakukan oleh para peneliti di Penn State dan Columbia University memberikan bukti yang lebih jelas tentang bagaimana bentang alam menjadi dan tetap stabil—dan faktor utamanya adalah panas.

Dalam makalah yang diterbitkan 13 Oktober di Journal Geosains AlamPeneliti-Peter Klemensahli geologi di Lamont-Doherty Earth Observatory, yang merupakan bagian dari Columbia School of Climate, dan Andrew Smye, seorang Profesor Geosains di Penn State—menunjukkan bahwa pembentukan kerak benua yang stabil—jenis yang bertahan. Suhu setinggi itu, kata mereka, penting untuk mendistribusikan kembali unsur-unsur radioaktif seperti uranium dan thorium. Unsur-unsur tersebut menghasilkan panas ketika mereka membusuk, sehingga ketika mereka berpindah dari bawah ke atas kerak bumi, mereka membawa panas bersamanya dan membiarkan kerak dalam mendingin dan mengeras.

Implikasi dari penemuan ini lebih dari sekedar geologi, kata para peneliti, untuk membuka jalan bagi penerapan modern seperti eksplorasi mineral penting – yang penting untuk teknologi modern seperti ponsel pintar, kendaraan listrik dan sistem energi terbarukan – dan pencarian planet yang dapat dihuni.

Proses yang menstabilkan kerak bumi juga menggerakkan unsur tanah jarang – litium, timah, dan tungsten – memberikan petunjuk baru untuk menemukannya. Proses yang sama yang mendorong stabilitas kerak benua mungkin juga terjadi di planet mirip Bumi lainnya, kata para peneliti, sehingga memberikan petunjuk baru kepada para ilmuwan planet untuk mencari kehidupan di dunia lain.

“Benua yang stabil merupakan prasyarat untuk pembiasaan, namun untuk mendapatkan stabilitas tersebut, benua tersebut perlu didinginkan,” kata Smye, penulis utama makalah tersebut. “Untuk mendinginkannya, mereka harus memindahkan semua unsur yang menghasilkan panas – uranium, thorium, dan kalium – ke permukaan, karena jika unsur-unsur ini tetap berada di dalam, mereka akan menghasilkan panas dan melelehkan kerak bumi.”

Kerak benua yang kita kenal muncul di Bumi sekitar 3 miliar tahun lalu, ujarnya. Sebelumnya, kerak bumi memiliki komposisi yang berbeda dibandingkan komposisi kerak modern yang kaya akan silikon. Para ilmuwan telah lama berpikir bahwa mencairnya kerak bumi merupakan unsur penting dalam resep yang menghasilkan lempeng benua stabil yang mendukung kehidupan. Namun, sebelum penelitian ini dilakukan, tidak diketahui bahwa kerak bumi harus mencapai suhu ekstrim agar menjadi stabil.

“Kami pada dasarnya menemukan resep baru untuk membuat benua: suhunya harus lebih panas dari perkiraan sebelumnya, 200 derajat atau lebih panas,” kata Smye.

Pikirkan suspensi baja, katanya.

“Logam tersebut dipanaskan hingga menjadi cukup lunak sehingga dapat dibentuk secara mekanis dengan pukulan palu,” kata Smye. “Proses ini mengubah bentuk logam pada suhu ekstrem, menata ulang struktur logam dan menghilangkan kotoran—keduanya memperkuat logam, yang berpuncak pada ketangguhan material yang menentukan baja tempa.

Untuk mencapai kesimpulan ini, tim mengambil sampel batuan dari Pegunungan Alpen di Eropa dan Amerika Serikat bagian barat daya, serta memeriksa data yang dipublikasikan dari literatur ilmiah. Mereka menganalisis data kimia batuan utuh dari ratusan sampel batuan metasedimen dan metaigneous—jenis batuan yang membentuk sebagian besar kerak bawah—dan kemudian mengategorikan sampel tersebut berdasarkan suhu metamorf puncaknya, saat batuan mengalami perubahan fisik dan kimia saat sebagian besar berupa padat.

Para peneliti membedakan antara kondisi suhu tinggi dan suhu sangat tinggi. Smye dan rekan penulisnya, Kelemen, melihat konsistensi yang menarik dalam komposisi batuan yang meleleh pada suhu di atas 900 derajat C: mereka memiliki konsentrasi uranium dan thorium yang jauh lebih rendah dibandingkan batuan yang meleleh pada suhu lebih rendah.

“Sangat jarang melihat sinyal yang konsisten pada batu dari berbagai tempat,” kata Smye. “Ini adalah salah satu momen Eureka di mana Anda berpikir, 'Alam sedang mencoba memberi tahu kita sesuatu di sini.'”

Ia menjelaskan, pencairan sebagian besar jenis batuan terjadi ketika suhu mencapai di atas 650 C atau sedikit lebih dari enam kali panas air mendidih. Biasanya, semakin dalam Anda masuk ke dalam kerak bumi, suhu akan meningkat sekitar 20 derajat Celsius untuk setiap kilometer kedalaman. Karena dasar lempeng benua yang paling stabil memiliki ketebalan sekitar 30 hingga 40 kilometer, suhu 900 C tidak lazim dan memerlukan pemikiran ulang mengenai struktur suhu.

Smye menjelaskan, pada awal sejarah Bumi, jumlah panas yang dihasilkan dari unsur radioaktif penyusun kerak bumi – uranium, thorium, dan kalium – berjumlah sekitar dua kali lipat dibandingkan saat ini.

“Ada lebih banyak panas yang tersedia dalam sistem,” katanya. “Saat ini, kita tidak mengharapkan terbentuknya kerak yang stabil karena hanya ada sedikit panas yang tersedia untuk membentuknya.”

Dia menambahkan bahwa memahami bagaimana reaksi suhu sangat tinggi ini dapat menggerakkan unsur-unsur di kerak bumi memiliki implikasi yang lebih luas untuk memahami distribusi dan konsentrasi mineral penting, kelompok logam yang sangat dicari namun terbukti menantang dan sulit ditemukan. Jika para ilmuwan dapat memahami reaksi yang pertama kali mendistribusikan kembali unsur-unsur berharga, secara teori mereka dapat menemukan simpanan material baru saat ini.

“Jika Anda mempengaruhi mineral yang mengandung uranium, thorium, dan potasium, Anda juga melepaskan banyak unsur tanah jarang,” katanya.

Yayasan Sains Nasional AS mendanai penelitian ini.