Para ilmuwan telah menemukan bahwa oksida besi menghantarkan listrik lebih mudah di bawah tekanan dan suhu ekstrem yang ditemukan di bagian dalam bumi.
Para ilmuwan yang bekerja dengan oksida besi telah menemukan bahwa mineral menghantarkan listrik lebih mudah di bawah tekanan dan suhu ekstrem yang ditemukan di bagian dalam bumi. Temuan ini dapat mengubah pemahaman kita tentang perilaku medan magnet Bumi, yang melindungi planet kita dari sinar kosmik yang berbahaya.
Besi oksida (rumus kimia: FeO) adalah komponen berlimpah dari mantel bawah Bumi. Dalam mantel, oksida besi bergabung dengan magnesium untuk membentuk senyawa yang disebut ferropericlase.
Besi oksida bubuk. Kredit Gambar: Wikimedia Commons.
Sementara para ilmuwan tidak dapat melakukan perjalanan ke pusat Bumi untuk mempelajari oksida besi yang berada di sana, mereka dapat menciptakan kembali tekanan dan suhu ekstrem yang ditemukan di mantel di laboratorium berkat teknologi baru.
Untuk mempelajari perilaku oksida besi di bagian dalam bumi, sebuah tim ilmuwan dari Jepang dan Amerika Serikat melakukan sampel mineral dengan tekanan hingga 1,4 juta kali tekanan atmosfer dan suhu hingga 4000 derajat Fahrenheit (2478 derajat Kelvin) - kondisi yang setara dengan yang ada di batas inti-mantel.
Sebagian besar mineral akan mengalami perubahan struktural, kimia, dan elektronik di bawah tekanan dan suhu ekstrem. Berlawanan dengan apa yang diharapkan para ilmuwan untuk diamati, oksida besi tidak mengalami perubahan dalam struktur kimianya di bawah kondisi eksperimental yang diuji, tetapi mineral itu memang menunjukkan kemampuan yang ditingkatkan untuk menghantarkan listrik - properti yang oleh para ilmuwan disebut sebagai metalisasi.
Ronald Cohen adalah ilmuwan senior di Carnegie Institution for Science's Geophysical Laboratory dan rekan penulis studi tentang oksida besi di bagian dalam bumi. Dalam siaran pers, Cohen lebih lanjut menjelaskan hasil penelitian tim:
Pada suhu tinggi, atom-atom dalam kristal besi oksida disusun dengan struktur yang sama dengan garam meja biasa, NaCl. Sama seperti garam meja, FeO pada kondisi sekitar adalah isolator yang baik — ia tidak menghantarkan listrik. Pengukuran yang lebih lama menunjukkan metalisasi dalam FeO pada tekanan dan temperatur tinggi, tetapi diduga struktur kristal baru terbentuk. Sebaliknya, hasil baru kami menunjukkan bahwa logam FeO tidak berubah tanpa perubahan struktur dan diperlukan kombinasi suhu dan tekanan. Lebih jauh, teori kami menunjukkan bahwa cara elektron berperilaku untuk membuatnya menjadi logam berbeda dari bahan lain yang menjadi logam.
Para ilmuwan memperkirakan bahwa peningkatan konduktansi listrik oksida besi pada batas inti-mantel dapat berdampak pada cara medan magnet bumi disebarkan ke permukaan planet. Cohen berkomentar:
Fase logam akan meningkatkan interaksi elektromagnetik antara inti cair dan mantel yang lebih rendah. Ini memiliki implikasi untuk medan magnet Bumi, yang dihasilkan di inti luar. Ini akan mengubah cara medan magnet disebarkan ke permukaan Bumi, karena medan magnet ini menyediakan kopling magnetomekanis antara mantel dan inti Bumi.
Interior Bumi. Kredit Gambar: USGS.
Russell Hemley, direktur Laboratorium Geofisika di Carnegie Institution for Science, mencatat dalam siaran pers:
Fakta bahwa satu mineral memiliki sifat yang sangat berbeda — tergantung pada komposisinya dan di mana ia berada di dalam Bumi — adalah penemuan besar.
Pratinjau studi tentang perilaku oksida besi di bagian dalam bumi dirilis pada 21 Desember 2011, dan studi ini akan dipublikasikan secara penuh dalam edisi mendatang dari Surat Tinjauan Fisik.
Apa yang membuat Bumi terus memasak?
Inti bagian dalam bumi berputar lebih cepat daripada bagian lain planet ini