MAGMA MENGALIR LEBIH MUDAH SAAT DITEKAN — TAPI BUKAN ITU SEBABNYA IA MENUMPUK

Lempeng tektonik Bumi meluncur di atas astenosfer, lapisan mantel atas yang luar biasa lunak. Sebuah gagasan lama menyatakan bahwa sejumlah kecil batuan cair — magma basal — membantu melunakkannya. Seberapa mudah lelehan itu bergerak di kedalaman bergantung pada viskositasnya. Dan di situlah sebuah hasil aneh telah memecah belah para ahli kebumian.

Tekan sebagian besar material dan ia akan menjadi lebih kaku. Namun eksperimen bertekanan tinggi, terutama oleh Sakamaki dan rekan-rekannya pada 2013, melaporkan bahwa basal cair justru menjadi kurang kental di bawah tekanan, hingga mencapai titik minimum pada kedalaman sekitar 90 sampai 150 kilometer, sebelum kembali mengeras. Gagasan ini telah dipakai untuk menjelaskan pergerakan magma, keanehan seismik di mantel, dan kimia yang berlapis-lapis. Pada 2025, Russell dan rekan-rekannya membantah bahwa titik minimum itu adalah artefak eksperimen, akibat suhu yang tidak terkendali dengan baik: setelah dikoreksi, menurut mereka, viskositas hanya naik seiring tekanan.

Mengapa eksperimen kesulitan

Pada tekanan setinggi ini, suhu dan tekanan sulit dipisahkan. Termometer di dalam alat tekan bertekanan tinggi memiliki ketidakpastian 50 hingga 100 kelvin atau lebih, dan metode klasiknya — mengukur waktu jatuhnya sebutir bola kecil melalui lelehan — terganggu oleh dinding kapsul berukuran milimeter. Efek yang dicari sangat halus; derau (noise)-nya tidak.

Miliaran langkah atomik

Hongkun Zeng, Liang Yuan, dan rekan-rekan di China University of Geosciences di Wuhan, Universitas Bayreuth, dan Universitas Sichuan beralih ke simulasi. Mereka memodelkan basal yang disederhanakan (campuran mineral diopsida dan anortit) atom demi atom, dengan gaya yang dihitung dari mekanika kuantum dan ditiru oleh sebuah jaringan saraf tiruan, sehingga simulasi dapat berjalan lebih dari 1.000 kali lebih lama dibanding metode kuantum standar.

Kuncinya adalah statistik. Untuk setiap tekanan dan suhu, mereka menjalankan 150 hingga 600 simulasi independen masing-masing selama 5 nanodetik, total sedikitnya 7,5 mikrodetik per lintasan, setelah memastikan bahwa metode mereka mereproduksi densitas mineral nyata yang terukur dengan selisih di bawah 1%. Hal ini menekan ketidakpastian viskositas menjadi 1 hingga 3%, dibandingkan hingga 50% pada studi-studi sebelumnya.

Huruf U yang landai

Pada suhu tetap 2.073 kelvin, viskositas membentuk huruf U yang landai: 0,108 pascal-detik pada tekanan nol, minimum 0,088 pada 3 gigapascal, lalu 0,104 pada 6 gigapascal — penurunan sekitar 19%.

Sebaliknya, di sepanjang kurva leleh, seperti dalam eksperimen, viskositas turun dengan faktor sekitar 23 antara 0 dan 6 gigapascal — tetapi itu terutama akibat suhu yang meningkat. Pada tekanan nol, pendinginan dari 2.073 ke 1.619 kelvin melipatgandakan viskositas sekitar 18 kali. Galat eksperimen yang lazim sebesar 100 kelvin dengan demikian menggeser viskositas lebih dari dua puluh kali ukuran huruf U itu. Pantas saja sulit terlihat.

Penyebabnya terletak pada struktur atom. Silikon sebagian besar tetap terkunci dalam kelompok kaku berisi empat oksigen. Aluminium, sebaliknya, menata ulang dirinya secara kuat di bawah tekanan — kelompoknya yang berisi lima oksigen naik dari sekitar 20% menjadi 50% dari total — dan situs aluminium yang langka serta cepat berubah ini sesuai dengan waktu yang dibutuhkan lelehan untuk berelaksasi. Merekalah, bukan kerangka silikon, yang menentukan laju aliran.

Panas, bukan penurunan itu

Tim kemudian memodelkan bagaimana lelehan merembes naik melalui mantel. Mobilitasnya meningkat seiring kedalaman, mencapai puncak di dekat 150 kilometer, dan menurun ketika lelehan naik dan mendingin, sehingga magma cenderung terhenti dan menumpuk tepat di bawah lempeng yang kaku — sejalan dengan tanda-tanda seismik dan listrik akan adanya lapisan kaya lelehan pada kedalaman 45 hingga 70 kilometer.

Namun para penulis menekankan sebuah nuansa yang justru dikecilkan oleh abstrak mereka sendiri: puncak mobilitas ini berasal dari persaingan antara tekanan dan suhu di sepanjang profil suhu Bumi, bukan dari titik minimum pada 3 gigapascal. Minimum viskositas itu nyata, simpul mereka, tetapi “tidak perlu dan tidak cukup” untuk menjelaskan penggenangan lelehan; suhu saja sudah memadai. Basal mereka disederhanakan — tanpa besi, tanpa natrium, dengan air sebagai satu-satunya zat volatil — dan posisi titik minimum bergantung pada komposisi.