Profesor Johan Lissenberg (kiri) dan rekan-rekannya menganalisis inti-inti yang ditemukan dari “jendela tektonik” di Mid-Atlantic Ridge. (Kredit: Lesley Anderson, Exp. 399, JRSO_IODP)
CARDIFF, Wales — Para ilmuwan akhirnya berhasil mengungkap rahasia Bumi. Untuk pertama kalinya dalam sejarah, para peneliti berhasil mengungkap sebagian besar mantel planet kita, lapisan misterius yang terletak di bawah kerak dan menyimpan kunci untuk memahami cara kerja bagian dalam Bumi.
Dalam ekspedisi ilmiah (secara harfiah) yang inovatif, para peneliti menggali lebih dalam ke dalam mantel Bumi daripada sebelumnya, mengungkap harta karun berupa informasi tentang dunia tersembunyi di bawah kaki kita. Pencapaian luar biasa ini, yang dirinci dalam sebuah studi terbaru yang diterbitkan dalam Sainsmemberikan wawasan yang belum pernah ada sebelumnya mengenai komposisi dan proses mantel atas, komponen penting interior planet kita yang memainkan peran vital dalam segala hal mulai dari aktivitas vulkanik hingga evolusi kehidupan itu sendiri.
Mantel atas telah lama menjadi subjek yang menarik bagi para ahli geologi. Di sanalah bahan mentah untuk letusan gunung berapi terbentuk, tempat lempeng tektonik lahir dan didaur ulang, dan tempat reaksi kimia kompleks memengaruhi komposisi lautan dan atmosfer kita. Namun, terlepas dari pentingnya mantel atas, akses langsung ke wilayah ini sangat terbatas. Sebagian besar pengetahuan kita berasal dari pengukuran tidak langsung atau sampel kecil yang dibawa ke permukaan oleh aktivitas gunung berapi.
Ekspedisi 399 International Ocean Discovery Program (IODP) turut serta. Dalam sebuah prestasi teknik dan tekad ilmiah, para peneliti mengebor kedalaman 1.268 meter (sekitar 4.160 kaki) yang mencengangkan ke dasar laut Samudra Atlantik, dan menemukan bagian batuan mantel terpanjang yang pernah diperoleh. Kedalaman ini lebih dari enam kali lipat dari upaya sebelumnya untuk mengambil sampel mantel secara langsung.
Di dalam ekspedisi ke mantel Bumi
Lokasi yang dipilih untuk proyek ambisius ini adalah Atlantis Massif, gunung bawah laut yang terletak di dekat Mid-Atlantic Ridge. Lokasi ini sangat istimewa karena aktivitas tektonik telah membawa batuan mantel lebih dekat ke permukaan, sehingga lebih mudah diakses untuk pengeboran. Lokasi ini juga merupakan rumah bagi ladang hidrotermal Lost City, ekosistem unik tempat cairan hangat dan alkali yang kaya akan hidrogen dan metana mendukung kehidupan yang melimpah tanpa adanya sinar matahari.
Ketika inti bor dibawa ke permukaan, para ilmuwan dengan bersemangat memeriksa bebatuan, yang menceritakan kisah rumit tentang sejarah dan proses mantel. Bagian yang ditemukan sebagian besar terdiri dari peridotitbatuan padat berbutir kasar yang membentuk sebagian besar mantel Bumi. Namun, ini bukan sekadar peridotit biasa – batuan ini menunjukkan tanda-tanda transformasi yang luas.
Sebagian besar peridotit telah mengalami proses yang disebut serpentinisasidi mana mineral asli bereaksi dengan air untuk membentuk mineral baru, khususnya serpentin. Proses ini, yang dapat terjadi ketika batuan mantel terpapar air laut, memiliki implikasi signifikan bagi kehidupan di Bumi dan berpotensi di planet lain. Serpentinisasi menghasilkan hidrogen, sumber energi potensial bagi mikroorganisme, dan dapat menciptakan kondisi yang mendukung pembentukan molekul organik sederhana – kemungkinan langkah pertama dalam asal usul kehidupan.
“Batuan yang ada di Bumi purba lebih mirip dengan yang kami temukan selama ekspedisi ini daripada batuan yang lebih umum yang membentuk benua kita saat ini,” kata Dr. Susan Q. Lang, seorang ilmuwan asosiasi di bidang Geologi dan Geofisika di Woods Hole Oceanographic Institution. Lang adalah salah satu kepala ilmuwan dalam ekspedisi tersebut dan bagian dari tim yang terus menganalisis sampel batuan dan cairan.
“Menganalisisnya memberi kita pandangan kritis terhadap lingkungan kimia dan fisik yang ada di awal sejarah Bumi, dan yang dapat menyediakan sumber bahan bakar yang konsisten dan kondisi yang menguntungkan dalam jangka waktu geologis yang panjang untuk menampung bentuk kehidupan paling awal,” tambahnya.
Para peneliti juga menemukan bukti pola migrasi lelehan yang kompleks di dalam mantel. Saat material panas naik dari dalam Bumi, material tersebut mencair sebagian, menciptakan magma yang akhirnya membentuk kerak samudra baru di punggung tengah samudra. Studi tersebut mengungkap bahwa lelehan ini tidak hanya naik lurus ke atas, tetapi mengikuti jalur rumit yang sering kali miring melalui mantel. Temuan ini menantang beberapa model dinamika mantel dan pembentukan magma yang ada.
“Ketika kami menemukan batuan tersebut tahun lalu, itu merupakan pencapaian besar dalam sejarah ilmu bumi, tetapi, lebih dari itu, nilainya terletak pada apa yang dapat diceritakan oleh inti batuan mantel kepada kita tentang susunan dan evolusi planet kita,” kata penulis utama Profesor Johan Lissenberg dari Sekolah Ilmu Bumi dan Lingkungan Universitas Cardiff.
“Studi kami mulai mengamati komposisi mantel dengan mendokumentasikan mineralogi batuan yang ditemukan, serta susunan kimianya,” lanjutnya. “Hasil kami berbeda dari yang kami harapkan. Mineral piroksen dalam batuan jauh lebih sedikit, dan batuan tersebut memiliki konsentrasi magnesium yang sangat tinggi, yang keduanya merupakan hasil dari jumlah pencairan yang jauh lebih tinggi daripada yang kami prediksi.”
Penemuan mengejutkan lainnya adalah luasnya perubahan hidrotermal di seluruh kedalaman inti. Bahkan pada kedalaman lebih dari satu kilometer, para peneliti menemukan bukti adanya interaksi yang luas antara batuan mantel dan cairan yang bersirkulasi. Hal ini menunjukkan bahwa “sistem perpipaan” di bawah medan hidrotermal Lost City meluas jauh lebih dalam dari yang diperkirakan sebelumnya, dengan implikasi untuk memahami sistem serupa di tempat lain di Bumi dan mungkin di planet lain.
“Semua pihak yang terlibat dalam Ekspedisi 399, mulai dari proposal pertama pada tahun 2018, dapat berbangga atas pencapaian yang didokumentasikan dalam makalah ini,” kata Dr. Andrew McCaig, seorang profesor madya di School of Earth and Environment di University of Leeds. McCaig juga merupakan pendukung utama Ekspedisi 399 dan salah satu kepala ilmuwan dalam ekspedisi tersebut.
“Lubang dalam baru kami akan menjadi bagian dari penelitian selama beberapa dekade mendatang dalam berbagai disiplin ilmu seperti proses pencairan di mantel, pertukaran kimia antara bebatuan dan lautan, geokimia organik, dan mikrobiologi,” tambah McCaig. “Semua data dari ekspedisi akan tersedia sepenuhnya, contoh bagaimana sains internasional seharusnya dilakukan.”
Penemuan batuan mantel ini menandai dimulainya babak baru dalam pemahaman kita tentang Bumi. Saat para ilmuwan dari berbagai disiplin ilmu meneliti sampel-sampel ini dalam beberapa tahun mendatang, kita dapat mengharapkan serangkaian penemuan yang dapat menantang teori-teori kita saat ini dan membuka jalan baru untuk penelitian. Dalam banyak hal, ekspedisi ini tidak hanya membawa batuan dari kedalaman planet kita – tetapi juga membawa kedalaman planet kita kepada kita, mengundang kita semua untuk menjelajahi keajaiban yang ada di bawahnya.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Para peneliti menggunakan kapal pengeboran khusus yang disebut JOIDES Resolution untuk mengebor dasar laut di Atlantis Massif. Mereka mengebor dua lubang: lubang pilot sepanjang 55 meter dan lubang utama sepanjang 1.268 meter. Saat mereka mengebor, mereka menemukan bagian-bagian batu berbentuk silinder (sampel inti) yang dibawa ke permukaan untuk dianalisis. Tim menggunakan berbagai teknik untuk mempelajari inti-inti ini, termasuk pemeriksaan visual, analisis mikroskopis, dan pengujian geokimia.
Hasil
Sampel inti mengungkap gambaran kompleks mantel atas. Batuan tersebut sebagian besar adalah peridotit yang mengalami serpentinisasi, dengan beberapa bagian gabro (sejenis batuan beku). Para peneliti menemukan bukti migrasi lelehan yang luas, dengan variasi komposisi batuan pada skala mulai dari sentimeter hingga ratusan meter. Mereka juga menemukan bahwa perubahan hidrotermal meluas ke seluruh kedalaman inti, dan bahwa orientasi fitur tertentu menunjukkan transportasi lelehan miring melalui mantel.
Keterbatasan
Meskipun penelitian ini menyediakan akses yang belum pernah ada sebelumnya ke mantel atas, penting untuk dicatat bahwa penelitian ini hanya mewakili satu lokasi di Bumi. Komposisi dan proses mantel dapat bervariasi di berbagai area. Selain itu, tindakan pengeboran dan membawa batuan ke permukaan berpotensi mengubah sifatnya, dan beberapa struktur yang lebih rapuh mungkin tidak terpelihara.
Diskusi dan Kesimpulan
Studi ini menantang beberapa model dinamika mantel yang ada dan memberikan wawasan baru ke dalam proses seperti migrasi lelehan dan perubahan hidrotermal. Temuan ini memiliki implikasi bagi pemahaman kita tentang pembentukan kerak, siklus unsur antara bagian dalam dan permukaan Bumi, dan bahkan mungkin asal usul kehidupan. Studi ini juga menunjukkan nilai proyek pengeboran dalam dalam memajukan pengetahuan kita tentang bagian dalam Bumi.
Pendanaan dan Pengungkapan
Penelitian ini didanai oleh berbagai organisasi sains nasional, termasuk Yayasan Sains Nasional AS, Dewan Riset Lingkungan Alam Inggris, dan badan serupa di Jepang, Tiongkok, dan negara-negara lain. Ekspedisi ini dilakukan oleh Program Penemuan Laut Internasional, sebuah konsorsium riset kelautan yang melibatkan lebih dari 20 negara. Para penulis menyatakan tidak ada benturan kepentingan.
