Nationalgeographic.co.id - Benua adalah bagian dari apa yang membuat Bumi layak huni secara unik untuk kehidupan di antara planet-planet tata surya. Namun, secara mengejutkan hanya sedikit yang dipahami tentang apa yang memunculkan potongan besar kerak planet ini dan sifat-sifat khususnya.
Penelitian baru dari Elizabeth Cottrell, ahli geologi penelitian dan kurator batuan di Smithsonian's National Museum of Natural History, juga penulis studi utama Megan Holycross, yang sebelumnya adalah Peter Buck Fellow dan National Science Foundation Fellow di museum dan sekarang menjadi lektor kepala di Universitas Cornell, memperdalam pemahaman tentang kerak bumi.
Para peneliti menguji dan akhirnya menghilangkan satu hipotesis populer tentang mengapa kerak benua lebih rendah besi dan lebih teroksidasi dibandingkan dengan kerak samudra.
Komposisi kerak benua yang miskin zat besi adalah alasan utama mengapa sebagian besar permukaan bumi berdiri di atas permukaan laut sebagai tanah kering, memungkinkan kehidupan terestrial saat ini.
Studi tersebut diterbitkan 4 Mei 2023 di jurnal Science, menggunakan eksperimen laboratorium untuk menunjukkan bahwa bahan kimia teroksidasi yang terkuras besi yang khas dari kerak benua Bumi kemungkinan besar tidak berasal dari kristalisasi mineral garnet. Ini seperti penjelasan populer yang diajukan pada tahun 2018.
Blok bangunan dari kerak benua baru keluar dari kedalaman bumi pada apa yang dikenal sebagai gunung berapi busur benua, yang ditemukan di zona subduksi di mana lempeng samudra menukik di bawah lempeng benua.
Dalam penjelasan garnet untuk keadaan terkuras besi dan teroksidasi kerak benua, kristalisasi garnet dalam magma di bawah gunung berapi busur benua ini menghilangkan besi non-teroksidasi (tereduksi atau besi seperti yang diketahui di kalangan ilmuwan) dari lempeng terestrial, sekaligus menipiskan magma besi cair dan membuatnya lebih teroksidasi.
Salah satu konsekuensi utama dari kandungan besi kerak benua yang rendah relatif terhadap kerak samudra adalah bahwa hal itu membuat benua menjadi kurang padat dan lebih ringan, menyebabkan lempeng benua duduk lebih tinggi di atas mantel planet daripada lempeng samudra.
Perbedaan kepadatan dan daya apung ini adalah alasan utama mengapa benua memiliki daratan kering sementara kerak samudra berada di bawah air, serta mengapa lempeng benua selalu berada di atas saat bertemu lempeng samudera di zona subduksi.
Penjelasan garnet untuk penipisan besi dan oksidasi dalam magma busur benua sangat menarik, tetapi Cottrell mengatakan salah satu aspeknya tidak sesuai dengannya.
"Anda membutuhkan tekanan tinggi untuk membuat garnet stabil, dan Anda menemukan magma rendah besi ini di tempat-tempat di mana kerak tidak terlalu tebal sehingga tekanannya tidak terlalu tinggi," kata Cottrell.
Pada tahun 2018, Cottrell dan rekan-rekannya mulai menemukan cara untuk menguji apakah kristalisasi garnet jauh di bawah gunung berapi memang penting untuk proses pembentukan kerak benua seperti yang dipahami.
Untuk mencapai hal ini, Cottrell dan Holycross harus menemukan cara untuk mereplikasi panas dan tekanan intens kerak bumi di laboratorium, dan kemudian mengembangkan teknik yang cukup sensitif untuk mengukur tidak hanya seberapa banyak besi yang ada, tetapi untuk membedakan apakah besi tersebut teroksidasi.
Kombinasi press piston-silinder dan rakitan pemanas memungkinkan eksperimen yang dapat mencapai tekanan dan suhu sangat tinggi yang ditemukan di bawah gunung berapi.
Dalam 13 percobaan yang berbeda, Cottrell dan Holycross menumbuhkan sampel garnet dari batuan cair di dalam silinder piston di bawah tekanan dan suhu yang dirancang untuk mensimulasikan kondisi di dalam ruang magma jauh di dalam kerak bumi.
Baca Juga: Pembentuk Bentang Alam: Kerak Bumi Juga Bisa 'Menetes' Seperti Madu
Baca Juga: Lempeng Tektonik Mulai Bergerak Jauh Lebih Awal Dari Yang Diprediksi
Baca Juga: Gerakan Lempeng Benua Picu Peristiwa Vulkanik Terbesar di Planet Bumi
Selanjutnya, tim mengumpulkan garnet dari Koleksi Batu Nasional Smithsonian dan dari peneliti lain di seluruh dunia. Yang terpenting, kelompok garnet ini telah dianalisis sehingga konsentrasi besi teroksidasi dan tidak teroksidasi diketahui.
Akhirnya, penulis studi mengambil bahan dari eksperimen mereka dan yang dikumpulkan dari koleksi ke Sumber Foton Lanjutan di Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS di Illinois. Di sana tim menggunakan berkas sinar-X berenergi tinggi untuk melakukan spektroskopi serapan sinar-X, sebuah teknik yang dapat memberi tahu para ilmuwan tentang struktur dan komposisi bahan berdasarkan cara mereka menyerap sinar-X. Dalam hal ini, para peneliti melihat konsentrasi besi teroksidasi dan tidak teroksidasi.
Hasil tes ini mengungkapkan bahwa garnet tidak memasukkan cukup besi yang tidak teroksidasi dari sampel batuan untuk menjelaskan tingkat penipisan besi dan oksidasi yang ada di magma yang merupakan bahan penyusun kerak benua bumi.
“Hasil ini membuat model kristalisasi garnet menjadi penjelasan yang sangat tidak mungkin mengapa magma dari gunung berapi busur benua teroksidasi dan besi habis,” kata Cottrell. "Kemungkinan besar kondisi mantel bumi di bawah kerak benua menyebabkan kondisi teroksidasi ini."
Seperti banyak hasil dalam sains, temuan ini menimbulkan lebih banyak pertanyaan: "Apa yang menyebabkan pengoksidasi atau penipisan besi?" Cottrell bertanya. "Jika bukan kristalisasi garnet di kerak bumi dan ini tentang bagaimana magma tiba dari mantel, lalu apa yang terjadi di mantel? Bagaimana komposisinya bisa berubah?"
Cottrell mengatakan bahwa pertanyaan-pertanyaan ini sulit untuk dijawab, tetapi sekarang teori utamanya adalah bahwa belerang teroksidasi dapat mengoksidasi besi.