Sekitar 2.890 kilometer di bawah kaki kita terdapat bola logam cair raksasa: inti planet kita.

Ilmuwan seperti menggunakan gelombang seismik yang dihasilkan oleh gempa bumi sebagai semacam ultrasound untuk “melihat” bentuk dan struktur inti.

Dengan menggunakan cara baru untuk mempelajari gelombang ini, Xiaolong Ma dan Hrvoje Tkalčić telah membuat penemuan yang mengejutkan: ada wilayah inti berbentuk donat yang besar di sekitar Khatulistiwa, setebal beberapa ratus kilometer, tempat gelombang seismik bergerak sekitar 2% lebih lambat daripada di bagian inti lainnya.

Wilayah ini mengandung lebih banyak unsur yang lebih ringan seperti silikon dan oksigen, dan mungkin memainkan peran penting dalam arus besar logam cair yang mengalir melalui inti yang menghasilkan medan magnet Bumi. Hasil ini dipublikasikan di Science Advances.

‘Gelombang korelasi-koda’

Sebagian besar studi tentang gelombang seismik yang dihasilkan oleh gempa bumi mengamati gelombang-gelombang awal yang besar yang bergerak mengelilingi dunia dalam waktu sekitar satu jam setelah gempa.

Ilmuwan dapat mempelajari sesuatu yang baru dengan mengamati bagian gelombang yang lebih lambat dan lebih redup, yang dikenal sebagai koda—bagian yang mengakhiri sebuah karya musik.

Secara khusus, ilmuwan mengamati seberapa mirip koda yang terekam di berbagai detektor seismik, beberapa jam setelah dimulai.

Dalam istilah matematika, kesamaan ini diukur dengan sesuatu yang disebut korelasi.

Bersama-sama, mereka menyebut kesamaan-kesamaan ini di bagian akhir gelombang gempa bumi sebagai “medan gelombang korelasi-koda.”

Dengan mengamati medan gelombang korelasi-koda, mendeteksi sinyal-sinyal kecil yang berasal dari beberapa gelombang yang bergema yang tidak akan kami lihat sebelumnya.

Dengan memahami lintasan yang diambil gelombang-gelombang yang bergema ini dan mencocokkannya dengan sinyal-sinyal di medan gelombang korelasi-koda, ilmuwan menghitung berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk bergerak melalui planet ini.

Mereka kemudian membandingkan apa yang dilihat di detektor seismik yang lebih dekat ke kutub dengan hasil dari yang lebih dekat ke Khatulistiwa.

Secara keseluruhan, gelombang yang terdeteksi lebih dekat ke kutub bergerak lebih cepat daripada yang dekat dengan Khatulistiwa.

Peneliti kemudian mencoba banyak model dan simulasi komputer tentang kondisi apa di inti yang dapat menghasilkan hasil ini.

Pada akhirnya, ditemukan pasti ada torus—wilayah berbentuk donat—di inti luar di sekitar Khatulistiwa, tempat gelombang bergerak lebih lambat.

Ahli seismologi belum pernah mendeteksi wilayah ini sebelumnya. Namun, dengan menggunakan medan gelombang korelasi koda, kita dapat "melihat" inti luar secara lebih rinci, dan lebih merata.

Penelitian sebelumnya menyimpulkan bahwa gelombang bergerak lebih lambat di mana-mana di sekitar "langit-langit" inti luar.

Namun, peneliti telah menunjukkan dalam penelitian ini bahwa wilayah kecepatan rendah hanya berada di dekat Khatulistiwa.

Inti luar dan geodinamika

Inti luar Bumi memiliki radius sekitar 3.480 km, yang membuatnya sedikit lebih besar dari planet Mars.

Inti luar sebagian besar terdiri dari besi dan nikel, dengan beberapa jejak unsur yang lebih ringan seperti silikon, oksigen, sulfur, hidrogen, dan karbon.

Bagian bawah inti luar lebih panas daripada bagian atas, dan perbedaan suhu membuat logam cair bergerak seperti air dalam panci yang mendidih di atas kompor.

Proses ini disebut konveksi termal, dan kpeneliti pikir gerakan konstan ini berarti semua materi di inti luar tercampur dengan baik dan seragam.

Namun, jika di mana-mana di inti luar penuh dengan materi yang sama, gelombang seismik juga akan bergerak dengan kecepatan yang hampir sama di mana-mana.

Jadi, mengapa gelombang ini melambat di wilayah berbentuk donat yang ditemukan?

Peneliti pikir pasti ada konsentrasi unsur-unsur ringan yang lebih tinggi di wilayah ini.

Unsur-unsur ini mungkin dilepaskan dari inti dalam Bumi yang padat ke inti luar, di mana daya apungnya menciptakan lebih banyak konveksi.

Mengapa unsur-unsur yang lebih ringan lebih banyak terbentuk di wilayah donat khatulistiwa?

Para ilmuwan berpikir hal ini dapat dijelaskan jika lebih banyak panas yang ditransfer dari inti luar ke mantel berbatu di atasnya di wilayah ini.

Ada pula proses berskala planet lain yang bekerja di inti luar. Rotasi Bumi dan inti dalam padat yang kecil membuat cairan inti luar mengatur dirinya sendiri dalam pusaran vertikal panjang yang berjalan ke arah utara-selatan, seperti puting beliung raksasa.

Gerakan turbulen logam cair dalam pusaran ini menciptakan "geodinamika" yang bertanggung jawab untuk menciptakan dan memelihara medan magnet Bumi.

Medan magnet ini melindungi planet dari angin dan radiasi matahari yang berbahaya, sehingga memungkinkan kehidupan di permukaannya.

Pandangan yang lebih rinci tentang susunan inti luar—termasuk donat baru yang terdiri dari unsur-unsur yang lebih ringan—akan membantu kita lebih memahami medan magnet Bumi.

Secara khusus, bagaimana medan tersebut mengubah intensitas dan arahnya seiring waktu sangat penting bagi kehidupan di Bumi dan potensi kelayakhunian planet dan eksoplanet.