Laut Dalam Melarutkan Cangkang Berbatu dari Planet Air-Es

Apa yang terjadi jauh di bawah permukaan planet es? Apakah ada air cair, dan jika ya, bagaimana air berinteraksi dengan "dasar laut" planet yang berbatu? Eksperimen baru menunjukkan bahwa di planet air-es antara ukuran Bumi kita dan hingga enam kali ukuran ini, air secara selektif melarutkan magnesium dari mineral batuan yang khas. 

Kondisi dengan tekanan ratusan ribu atmosfer dan suhu di atas seribu derajat Celcius diciptakan kembali di laboratorium dan meniru planet serupa, tetapi lebih kecil dari Neptunus dan Uranus.

Gambar: imgsrv2.voi.id

Mekanisme interaksi air-batuan di permukaan bumi telah diketahui dengan baik, dan gambaran siklus kompleks H ₂ O di bagian dalam planet kita dan planet terestrial lainnya terus meningkat. Namun, kita tidak tahu apa yang terjadi pada antarmuka antara H ₂ O yang panas dan padat dan cangkang berbatu yang dalam dari planet es air pada tekanan dan suhu yang lebih tinggi daripada di dasar lautan terdalam di Bumi. Di tata surya Neptunus dan Uranus diklasifikasikan sebagai raksasa es; mereka memiliki lapisan es air eksternal yang tebal, yang dilatarbelakangi oleh lapisan berbatu yang dalam, dan masih dibahas apakah suhu pada antarmuka cukup tinggi untuk membentuk air cair.

Sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Taehyun Kim dari Yonsei University of Seoul, Korea, termasuk ilmuwan dari University of Arizona, dari DESY, dari Argonne National Laboratory, dan Sergio Speziale dari GFZ German Research Center for Geosciences, melakukan serangkaian tantangan percobaan baik di PETRA III (Hamburg) dan Sumber Foton Lanjutan (Argonne, USA) menunjukkan bagaimana air dengan kuat melarutkan magnesium oksida (MgO) dari mineral tertentu, yaitu ferropericlase (Mg,Fe)O dan olivin (Mg,Fe)2SiO ₄pada tekanan antara 20 dan 40 Gigapascal (GPa). Ini sama dengan 200.000 hingga 400.000 kali tekanan atmosfer di Bumi dan suhu di atas 1500 K (? 1230 °C), kondisi yang ada di antarmuka antara lautan dalam dan mantel berbatu di planet air kelas sub-Neptunus. Sergio Speziale mengatakan: "Temuan ini membuka skenario baru untuk sejarah termal planet es besar seperti Neptunus dan Uranus." Hasil penelitian ini dipublikasikan dalam jurnal ilmiah Nature Astronomy .

Pelet kecil baik ferropericlase atau bubuk olivin dimuat bersama dengan air dalam ruang sampel kecil (berdiameter kurang dari satu milimeter) yang dibor dalam foil logam dan diperas di antara dua kulet berlian berkualitas permata menggunakan sel landasan berlian (DAC). Sampel dipanaskan dengan menyinari laser inframerah melalui landasan berlian. Difraksi sinar-x sinkrotron digunakan untuk menentukan transformasi dan pemecahan mineral yang disebabkan oleh reaksi dengan air. Penurunan tiba-tiba sinyal difraksi dari mineral awal, dan munculnya fase padat baru termasuk brucite (magnesium hidroksida) diamati di seluruh siklus pemanasan dan pendinginan penuh. Sergio Speziale menjelaskan: "Ini menunjukkan permulaan reaksi kimia dan pelarutan komponen magnesium oksida dari ferropericlase dan olivin;pembubaran terkuat dalam rentang tekanan-suhu spesifik antara 20 hingga 40 Gigapascal dan 1250 hingga 2000 Kelvin." Rincian proses reaksi dan pemisahan kimia akibat MgO dari fase residu, dikonfirmasi oleh Scanning Electron Microscopy (SEM) menyeluruh. ) dan spektroskopi sinar-X dari sampel yang diperoleh. "Pada tekanan dan suhu ekstrem ini, kelarutan magnesium oksida dalam air mencapai tingkat yang serupa dengan garam pada kondisi sekitar," kata Sergio Speziale.dikonfirmasi oleh Scanning Electron Microscopy (SEM) dan spektroskopi sinar-X dari sampel yang dipulihkan. "Pada tekanan dan suhu ekstrim ini, kelarutan magnesium oksida dalam air mencapai tingkat yang sama dengan garam pada kondisi sekitar," kata Sergio Speziale.dikonfirmasi oleh Scanning Electron Microscopy (SEM) dan spektroskopi sinar-X dari sampel yang dipulihkan. "Pada tekanan dan suhu ekstrim ini, kelarutan magnesium oksida dalam air mencapai tingkat yang sama dengan garam pada kondisi sekitar," kata Sergio Speziale.

Para ilmuwan menyimpulkan bahwa pembubaran intensif MgO pada antarmuka antara H ₂ O layer dan mendasari mantel berbatu bisa menghasilkan, di kaya air sub-Neptunus exo-planet dengan ukuran dan komposisi yang tepat seperti Trappist-1f, gradien kimia dalam fase panas awal dari sejarah planet. Gradien ini dengan distribusi magnesium oksida yang berbeda di dasar laut planet dapat dipertahankan sebagian selama evolusi pendinginannya yang panjang. Jejak interaksi awal yang relatif dangkal antara air dan material berbatu selama pertambahan planet juga dapat dipertahankan selama miliaran tahun di planet es besar seukuran Uranus.