Para ilmuwan telah menemukan bahwa salah satu peristiwa vulkanik paling ekstrem dalam sejarah bumi tidak hanya menciptakan dataran tinggi bawah air. Hal ini juga mengubah struktur dan kimia lempeng samudera di bawahnya.
Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Profesor Azusa Shito dari Universitas Sains Okayama, bekerja sama dengan Profesor Madya Akira Ishikawa dari Institut Sains Tokyo dan Profesor Masako Yoshikawa dari Universitas Hiroshima, menggunakan gelombang seismik untuk mempelajari struktur dalam di bawah Dataran Tinggi Jawa Ontong. Hasilnya menunjukkan bahwa sejumlah besar magma melewati lempeng yang ada, menciptakan jaringan intrusi vertikal dan secara kimia mengubah batuan di sekitarnya.
Hasilnya dipublikasikan di Surat penelitian geofisika.
Struktur tersembunyi di bawah Dataran Tinggi Ontong Jawa
Lempeng samudera di bawah Dataran Tinggi Ontong Jawa (OJP) tampaknya tidak memiliki struktur yang relatif sederhana seperti yang diharapkan dari lempeng samudera pada umumnya. Sebaliknya, para peneliti menemukan bukti interior komposit yang terdiri dari lapisan horizontal yang dilintasi oleh jalur magma vertikal.
Elemen vertikal ini disebut tanggul. Tanggul terbentuk ketika batuan cair menerobos retakan dan kemudian mendingin di dalamnya. Kelompok besar intrusi ini, yang disebut kawanan tanggul, dapat menyimpan catatan aktivitas vulkanik yang intens lama setelah magma memadat.
Tim juga mendeteksi kecepatan gelombang seismik yang sangat rendah di dalam lempeng tersebut. Hal ini menunjukkan bahwa magma yang muncul dari dalam bumi tidak hanya melewati lempeng tersebut. Hal ini mungkin juga mengubah komposisi kimia plak.
Dataran tinggi samudera terbesar di planet ini
Dataran Tinggi Ontong Jawa (OJP) terletak di bawah Samudera Pasifik bagian barat dan merupakan dataran tinggi samudera terluas di dunia. Dataran tinggi samudera adalah daerah tinggi yang sangat luas di dasar laut yang terbentuk akibat letusan lava dalam jumlah besar.
OJP terbentuk sekitar 110 hingga 120 juta tahun yang lalu selama periode vulkanisme bawah air yang luar biasa. Peristiwa ini dianggap sebagai letusan gunung berapi terbesar yang diketahui dalam sejarah bumi.
Para ilmuwan berpendapat bahwa letusan tersebut melepaskan cukup banyak panas, gas, dan material vulkanik yang dapat mengganggu lingkungan global secara serius. Hal ini mungkin juga berkontribusi terhadap kepunahan massal karena perubahan kimia laut, iklim, dan jumlah oksigen yang tersedia di air laut.
Penelitian terbaru menunjukkan bahwa peristiwa vulkanik tersebut mungkin disebabkan oleh gumpalan termokimia yang muncul dari dalam mantel. Bulu mantel adalah kolom material panas luar biasa yang bergerak ke atas di dalam interior bumi. Gumpalan termokimia juga berbeda secara kimia dari mantel di sekitarnya dan mungkin membawa bahan daur ulang dari kerak samudera purba.
Meskipun semburan tersebut dapat menghasilkan magma dalam jumlah besar, para ilmuwan belum sepenuhnya memahami bagaimana magma ini mempengaruhi lempeng samudera yang sudah ada di atasnya.
Gelombang seismik memperlihatkan bagian dalam lempeng
Untuk memeriksa lempeng di bawah OJP, para peneliti mempelajari sinyal seismik frekuensi tinggi yang disebut gelombang Po dan So. Gelombang tersebut direkam oleh seismometer dasar laut yang ditempatkan di sekitar beting dan oleh instrumen yang dipasang di pulau-pulau laut terdekat.
Gelombang Po dan So merambat melintasi lempeng samudera, bukan hanya bergerak melalui mantel di sekitarnya. Karena kecepatan dan kekuatannya bergantung pada batuan yang dilewatinya, mereka dapat mengungkap lapisan tersembunyi, retakan, dan struktur lain jauh di bawah dasar laut.
Dalam kondisi tertentu, gelombang Po dan So terbentuk ketika gelombang P dan S berulang kali menyebar melalui struktur berlapis di dalam lempeng samudera. Siaran berulang ini memungkinkan sinyal menyebar beberapa ribu kilometer.
Gelombang yang terekam di dekat OJP berperilaku tidak biasa. Gelombang Po bergerak secara efisien di wilayah tersebut, sedangkan gelombang So melemah secara signifikan.
Perbedaan ini memberikan petunjuk penting bahwa lempeng di bawah lapisan tersebut memiliki struktur internal yang lebih kompleks dibandingkan kebanyakan lempeng samudera.
Saluran magma kuno menembus lempeng tersebut
Para ilmuwan menggunakan pemodelan gelombang seismik untuk menentukan jenis struktur apa yang dapat menghasilkan pola gelombang yang diamati.
Hasilnya menunjukkan bahwa lempeng tersebut mengandung struktur berlapis (laminasi horizontal) yang dipotong oleh sekumpulan tanggul (intrusi vertikal). Stratifikasi horizontal memungkinkan beberapa gelombang seismik merambat dalam jarak yang jauh, sementara intrusi vertikal tampak mengganggu dan melemahkan gelombang seismik lainnya.
Penemuan ini memberikan bukti bahwa magma pernah bergerak melintasi lempeng samudera melalui banyak jalur berbeda. Bersama-sama, jalur-jalur ini membentuk jaringan bawah tanah yang luas di bawah dataran tinggi yang sedang tumbuh.
Magma mungkin telah mengubah sifat kimia pelat tersebut
Tim menemukan perbedaan besar lainnya antara OJP dan lempeng samudera biasa. Gelombang Po dan So merambat lebih lambat di bawah dataran tinggi.
Gelombang seismik cenderung melambat saat melewati batuan yang lebih panas, tidak terlalu kaku, retak, atau secara kimiawi berbeda dari material mantel pada umumnya. Para peneliti menyimpulkan bahwa struktur saja tidak dapat sepenuhnya menjelaskan kecepatan rendah yang luar biasa ini.
Mereka berpendapat bahwa magma dari gumpalan termokimia melewati lempeng, menciptakan sekumpulan tanggul, dan kemudian bereaksi dengan batuan mantel di sekitarnya. Proses ini menyebabkan modifikasi kimia (yaitu, pemupukan ulang) pada plak.
Refertilisasi terjadi ketika magma memulihkan komponen kimia batuan mantel yang hilang selama pencairan sebagian. Mantelnya sebagian besar terdiri dari batu yang disebut peridotit. Ketika sebagian batuan ini meleleh, beberapa elemen ikut terbuang bersama material cairnya. Magma selanjutnya dapat memulihkan komponen-komponen tersebut sehingga mengubah kandungan mineral dan sifat fisik batuan.
Letusan raksasa dapat mengubah lempeng samudera
Hasilnya menunjukkan bahwa peristiwa vulkanik besar-besaran tidak hanya menutupi dasar laut dengan lapisan lava yang tebal. Magma yang naik dari dalam bumi dapat mematahkan lempeng samudera, membentuk jaringan tanggul yang luas dan mengubah sifat kimiawi lempeng itu sendiri.
Model modifikasi fisikokimia ini dapat meningkatkan pemahaman para ilmuwan tentang perkembangan lempeng samudera dan bagaimana provinsi vulkanik yang besar membentuk kembali interior bumi.
Studi ini dipublikasikan di Geophysical Research Letters.
Temuan utama
- Lempeng samudera di bawah Dataran Tinggi Ontong Jawa (OJP) memiliki struktur kompleks yang tersusun atas lapisan-lapisan horizontal yang dilintasi sekumpulan tanggul.
- Gelombang seismik yang sangat lambat menunjukkan bahwa magma dari gumpalan termokimia telah mengubah lempeng tersebut secara kimia.
- Hasilnya menunjukkan bahwa aktivitas vulkanik skala besar dapat mengubah struktur fisik dan komposisi kimia lempeng samudera secara signifikan.
Perkataan
Bulu-bulu termokimia:
Bulu mantel yang muncul dari kedalaman mantel yang bahan penyusunnya berbeda secara kimia dari mantel di sekitarnya dan mungkin mencakup komponen yang berasal dari kerak samudera purba.
Pemupukan:
Peridotit di dalam mantel menjadi habis komponen cairnya ketika lelehan yang dihasilkan oleh peleburan sebagian diekstraksi. Proses dimana komponen cair dimasukkan kembali ke dalam peridotit yang habis disebut pemupukan ulang.
