Bukti “Proto-Bumi” Tersembunyi di Bawah Kaki Kita Mengungkap Sejarah Awal Planet
Bumi ternyata masih menyimpan jejak masa sebelum Bulan ada, tetapi bukan berupa fosil atau tulang yang terlihat di permukaan, melainkan perbedaan sangat kecil antara atom-atom kalium di dalam batuan dalam lapisan mantel bumi.
Sejumlah peneliti telah meneliti karakter atom-atom ini dan menyatakan bahwa sebagian “proto-Earth
,” yaitu bentuk awal planet kita, masih bertahan tersembunyi jauh di dalam mantel bumi hingga kini.
Asal Usul Bumi, Theia, dan Proto-Bumi
Sekitar 4,5 miliar tahun lalu, tata surya muda adalah sebuah awan gas dan debu. Potongan-potongan kecil batuan dan logam saling bergesekan dan melekat, membangun benda-benda yang akhirnya menjadi planet.
Salah satunya adalah proto-Bumi, versi awal bumi sebelum bentuk kini terbentuk.
Pada suatu waktu, tubuh sebesar Mars yang disebut Theia
menabrak proto-Bumi dengan keras, melepaskan energi besar, melelehkan sebagian besar lapisan luar, dan melemparkan puing-puing yang akhirnya membentuk Bulan.
Mayoritas ilmuwan mengira tumbukan hebat ini telah benar-benar “mengaduk” mantel bumi, sehingga tidak tersisa jejak kimiawi bumi sebelumnya. Namun kenyataannya komposisi bumi tidak cocok dengan campuran sederhana meteorit yang dikenal, membuka kemungkinan ada bagian tersembunyi dengan kimia unik di dalam bumi.
Peran Penting Kalium dan Isotopnya
Kalium menjadi kunci dalam penelitian ini. Kalium memiliki tiga isotop utama: potassium-39, potassium-40, dan potassium-41. Ketiganya berperilaku hampir sama, tetapi potassium-40 langka dan bersifat radioaktif, mengalami peluruhan selama miliaran tahun, sehingga bisa dipakai sebagai penanda alami proses dan sumber panas kuno di planet.
Penelitian terdahulu menemukan bahwa meteorit berbeda punya perbandingan isotop kalium yang sedikit berbeda, menjadi “barcode” pembeda asal bahan pembentuk tubuh-tubuh di tata surya.
Hal ini mendorong para ilmuwan menanyakan apakah bagian terdalam bumi masih menyimpan barcode kalium yang mencerminkan proto-Bumi sebelum tumbukan pembentuk Bulan.
Batuan Kuno dan Jejak Proto-Bumi
Untuk mencari jawaban, para peneliti meneliti batuan yang terbentuk sangat awal dalam sejarah bumi atau berasal dari kedalaman mantel yang besar.
Sekelompok batuan mafic sangat tua (batuan gelap dari kerak bumi kuno) dari Greenland, Kanada, dan Afrika Selatan menjadi target. Beberapa batuan ini terbentuk lebih dari tiga miliar tahun lalu, merekam kondisi mantel tak lama setelah kerak mengeras.
Selain itu, mereka juga meneliti batuan vulkanik lebih muda yang disebut batuan basal pulau samudra dari pulau La Réunion di Samudra Hindia dan gunung berapi bawah laut Kama’ehuakanaloa dekat Hawaii.
Gunung berapi ini berada di atas mantle plumes
, yaitu aliran panas sempit dari dalam mantel yang mengangkat material yang mungkin terisolasi sejak lama.
Menghitung Atom Kalium dengan Presisi Tinggi
Di laboratorium, batuan dihaluskan menjadi bubuk, dilarutkan dalam asam kuat, dan kalium dipisahkan dari unsur lain.
Kemudian mereka memakai teknik thermal ionization mass spectrometry
untuk memanaskan dan mengionisasi kalium sehingga instrumen dapat menghitung jumlah atom isotop secara sangat presisi, mampu mendeteksi perbedaan hanya beberapa puluh bagian per sejuta.
Sebagian besar batuan yang diteliti ternyata memiliki rasio isotop kalium yang sesuai dengan mantel bumi rata-rata, yang menjadi acuan standar.
Namun, kelompok spesifik batuan mafic kuno dan lava hotspot dari La Réunion dan Kama’ehuakanaloa menunjukkan kandungan potassium-40 sedikit lebih rendah sekitar 65 bagian per sejuta dibanding standar mantel bumi.
Interpretasi Jejak Proto-Bumi dan Model Evolusi Bumi
Saat batuan mencair dan mengeras, isotop dapat terpisah secara halus, tetapi pola tersebut mengikuti aturan tertentu berdasarkan massa atom.
Para peneliti memeriksa apakah proses magmatik biasa seperti pencairan parsial atau kristalisasi dapat menyebabkan defisit potassium-40 seperti yang ditemukan, dan hasilnya ternyata tidak.
Kemudian mereka memakai model simulasi evolusi bumi yang menggabungkan tumbukan besar Theia, tumbukan kecil berikutnya, dan pergerakan mantel selama miliaran tahun.
Model menunjukkan bahwa sebagian besar mantel bumi memang berbaur hingga komposisinya seperti batuan biasa, tapi ada kantong-kantong mantel yang tetap terisolasi sejak awal dan mempertahankan pola kalium-40 rendah seperti proto-Bumi.
Proto-Bumi Terungkap di Kedalaman Bumi
Para peneliti berargumen bahwa batuan dengan pola isotop kalium khusus berasal dari kantong dalam mantel yang terbentuk jauh sebelum tumbukan pembentuk Bulan dan berhasil selamat dari peristiwa dahsyat itu. Kantong ini sesekali memicu muntahan mantel panas yang muncul lewat gunung berapi hotspot.
Kesamaan pola isotop kalium pada batuan kerak kuno dan lava hotspot modern menandakan keduanya mengakses reservoir batuan dalam bumi yang sama: warisan proto-Bumi.
Pola isotop kalium ini tidak sesuai dengan meteorit manapun yang dikenal, menandakan bahwa meteorit yang kita miliki mungkin tidak mewakili seluruh bahan pembentuk bumi.
Penemuan ini membuka jendela baru untuk mengerti sejarah terbentuknya bumi dan dinamika bagian terdalamnya, menggabungkan kimia, fisika, dan geologi dalam penelitian lintas disiplin.
