Para Ilmuwan Mendeteksi Struktur Luas Tak Terduga di Dekat Inti Bumi

INIPASTI.COM, IPTEK – Ahli geofisika Universitas Maryland menganalisis ribuan rekaman gelombang seismik, gelombang bunyi yang melintasi Bumi, untuk mengidentifikasi gema dari batas antara inti cair Bumi dan lapisan mantel padat di atasnya. Gema mengungkapkan lebih luas, struktur heterogen – daerah padat, batuan panas yang luar biasa – pada batas inti-mantel daripada yang diketahui sebelumnya.

Para ilmuwan tidak yakin dengan komposisi struktur ini, dan studi sebelumnya hanya memberikan pandangan yang terbatas. Memahami bentuk dan luasnya dengan lebih baik dapat membantu mengungkap proses geologis yang terjadi jauh di dalam Bumi. Pengetahuan ini dapat memberikan petunjuk tentang cara kerja lempeng tektonik dan evolusi planet kita.

Inline Ad

Penelitian baru memberikan pandangan komprehensif pertama dari batas inti-mantel di area yang luas dengan resolusi terperinci tersebut. Studi ini diterbitkan dalam jurnal Science , edisi 12 Juni 2020 .

Para peneliti berfokus pada gema gelombang seismik yang bergerak di bawah cekungan Samudra Pasifik. Analisis mereka mengungkapkan struktur yang sebelumnya tidak diketahui di bawah Kepulauan Marquesas vulkanik di Pasifik Selatan dan menunjukkan bahwa struktur di bawah Kepulauan Hawaii jauh lebih besar daripada yang diketahui sebelumnya.

“Dengan melihat ribuan gema inti-mantel sekaligus, alih-alih fokus pada beberapa waktu, seperti yang biasa dilakukan, kami mendapatkan perspektif yang sama sekali baru,” kata Doyeon Kim, seorang rekan pascadoktoral di Departemen UMD Departemen Geologi dan penulis utama makalah ini. “Ini menunjukkan kepada kita bahwa wilayah batas inti-mantel memiliki banyak struktur yang dapat menghasilkan gema ini, dan itu adalah sesuatu yang tidak kita sadari sebelumnya karena kita hanya memiliki pandangan yang sempit.”

Gambar di atas menunjukkan bagaimana area batuan padat dan panas yang disebut zona kecepatan ultralow jauh di dalam bumi menekuk dan mendifraksi gelombang suara yang dihasilkan oleh gempa bumi. 
Dalam analisis baru tentang gelombang terdifraksi yang direkam oleh seismogram, ahli geologi UMD mengungkapkan ULVZ baru di bawah Marquesas dan ULVZ lebih besar di bawah Hawaii daripada yang diketahui sebelumnya. 
Kredit: Doyeon Kim / Universitas Maryland

Gempa bumi menghasilkan gelombang seismik di bawah permukaan bumi yang melakukan perjalanan ribuan mil. Ketika gelombang menghadapi perubahan dalam kepadatan, suhu atau komposisi batuan, mereka mengubah kecepatan, menekuk atau menyebarkan, menghasilkan gema yang dapat dideteksi. Gema dari struktur terdekat tiba lebih cepat, sementara gema dari struktur yang lebih besar lebih keras. Dengan mengukur waktu perjalanan dan amplitudo gema ini ketika mereka tiba di seismometer di lokasi yang berbeda, para ilmuwan dapat mengembangkan model sifat fisik batuan yang tersembunyi di bawah permukaan. Proses ini mirip dengan cara ekolokasi kelelawar untuk memetakan lingkungan mereka.

Untuk penelitian ini, Kim dan rekan-rekannya mencari gema yang dihasilkan oleh jenis gelombang tertentu, yang disebut gelombang geser, saat bergerak di sepanjang batas inti-mantel. Dalam rekaman dari satu gempa bumi, yang dikenal sebagai seismogram, gema dari gelombang geser yang terdifraksi mungkin sulit dibedakan dari derau acak. Tetapi melihat banyak seismogram dari banyak gempa bumi sekaligus dapat mengungkapkan kesamaan dan pola yang mengidentifikasi gema yang tersembunyi dalam data.

Menggunakan algoritma pembelajaran mesin yang disebut Sequencer, para peneliti menganalisis 7.000 seismogram dari ratusan gempa bumi berkekuatan 6,5 dan lebih besar terjadi di sekitar cekungan Samudra Pasifik dari tahun 1990 hingga 2018. Sequencer dikembangkan oleh rekan penulis studi baru dari Johns Hopkins University dan Tel Aviv. Universitas untuk menemukan pola radiasi dari bintang dan galaksi yang jauh. Ketika diterapkan pada seismogram dari gempa bumi, algoritma tersebut menemukan sejumlah besar gema gelombang geser.

“Pembelajaran mesin dalam ilmu bumi berkembang pesat dan metode seperti Sequencer memungkinkan kita untuk dapat secara sistematis mendeteksi gema seismik dan mendapatkan wawasan baru ke dalam struktur di dasar mantel, yang sebagian besar tetap penuh teka-teki,” kata Kim.

Studi ini mengungkapkan beberapa kejutan dalam struktur batas inti-mantel.

Gempa bumi, dilihat sebagai bintang kuning di sini, mengirimkan gelombang suara melalui Bumi. 
Seismogram, yang terlihat sebagai segitiga biru di sini, merekam gema ketika gelombang itu bergerak di sepanjang batas inti-mantel, berdifraksi dan membungkuk di sekitar struktur batuan padat. 
Penelitian baru dari University of Maryland memberikan pandangan luas pertama dari struktur ini, mengungkapkan mereka menjadi jauh lebih luas daripada yang diketahui sebelumnya. 
Kredit: Doyeon Kim / Universitas Maryland

“Kami menemukan gema di sekitar 40% dari semua jalur gelombang seismik,” kata Vedran Lekic, seorang profesor geologi di UMD dan rekan penulis penelitian. “Itu mengejutkan karena kami mengharapkan mereka menjadi lebih langka, dan apa artinya adalah struktur anomali pada batas inti-mantel jauh lebih luas daripada yang diperkirakan sebelumnya.”

Para ilmuwan menemukan bahwa bidang besar bahan yang sangat padat dan panas di batas inti-mantel di bawah Hawaii menghasilkan gema keras yang unik, menunjukkan bahwa itu bahkan lebih besar dari perkiraan sebelumnya. Dikenal sebagai zona kecepatan ultralow (ULVZs), tambalan semacam itu ditemukan di akar bulu vulkanik, di mana batu panas naik dari daerah batas inti-mantel untuk menghasilkan pulau vulkanik. ULVZ di bawah Hawaii adalah yang terbesar yang diketahui.

Studi ini juga menemukan ULVZ yang sebelumnya tidak diketahui di bawah Kepulauan Marquesas.

“Kami terkejut menemukan fitur besar di bawah Kepulauan Marquesas yang kami bahkan tidak tahu ada sebelumnya,” kata Lekic. “Ini benar-benar menarik, karena itu menunjukkan bagaimana algoritma Sequencer dapat membantu kita untuk mengontekstualisasikan data seismogram di seluruh dunia dengan cara yang tidak bisa kita lakukan sebelumnya.” (University of Maryland)

Sumber Asli di sini

Bottom ad

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.