Simulasi Tiongkok Menduga Inti Dalam Bumi Berada dalam Fase Superionik

Inti dalam Bumi, zona paling sentral planet kita, diyakini menyimpan materi dalam kondisi ekstrem berupa tekanan dan temperatur sangat tinggi, yang memicu terbentuknya keadaan superionik. Kondisi ini memiliki analogi dengan es superionik hipotetis yang diperkirakan ada di pusat raksasa gas seperti planet Uranus dan Neptunus. Inti dalam Bumi merupakan bola besi dengan radius sekitar 2.500 kilometer, yang juga mengandung nikel serta sejumlah kecil elemen ringan seperti oksigen, sulfur, atau karbon.

Penelitian terbaru memberikan perspektif baru mengenai struktur materi di kedalaman planet kita. Para peneliti dari Akademi Ilmu Pengetahuan China (CAS), khususnya dari Institut Geokimia CAS, telah memanfaatkan simulasi komputer canggih yang berlandaskan pada teori mekanika kuantum untuk memodelkan kondisi di pusat Bumi. Tim yang dipimpin oleh ahli geofisika Yu He menemukan bahwa paduan besi yang berinteraksi dengan elemen ringan seperti hidrogen, oksigen, dan karbon bertransisi menjadi fase superionik di bawah tekanan inti dalam. Dalam struktur materi yang unik ini, elemen-elemen ringan tersebut bergerak secara bebas layaknya cairan, sementara atom besi membentuk kerangka kisi yang teratur dan padat. Koefisien difusi untuk karbon, hidrogen, dan oksigen dalam paduan logam superionik ini dilaporkan setara dengan yang ditemukan dalam besi cair.

Profesor Yu He menggarisbawahi bahwa temuan ini adalah sesuatu yang "cukup abnormal" mengingat model konvensional menganggap inti dalam sebagai padatan murni. Keberadaan struktur superionik ini memberikan penjelasan yang lebih baik mengenai kecepatan gelombang geser yang lebih rendah yang terdeteksi melalui seismologi, yang mengindikasikan kelembutan relatif dari inti dalam. Selain itu, model ini berpotensi mengklarifikasi perubahan struktural yang dialami inti dalam seiring waktu dan bagaimana arus konveksi yang berperan dalam menghasilkan medan magnetik Bumi terus berlanjut.

Validasi langsung dari keadaan superionik di bawah kondisi ekstrem tersebut masih berada di luar jangkauan eksperimental saat ini, meskipun eksperimen awal telah melibatkan sampel yang didorong oleh laser pada tekanan dan suhu tinggi. Oleh karena itu, dukungan utama untuk model ini saat ini bersumber dari simulasi dinamika molekuler ab initio, yang merupakan aplikasi dari prinsip mekanika kuantum. Keadaan superionik ini, yang merupakan fase transisi antara padat dan cair, telah lama menjadi hipotesis terkemuka dalam geofisika terapan. Penelitian ini merupakan bagian dari upaya ilmiah yang lebih luas, di mana CAS juga mengoperasikan fasilitas komputasi berkinerja tinggi untuk ilmu kebumian.