Bahagian terdalam Bumi terletak beribu-ribu kilometer di bawah permukaan. Suhu dan tekanan di sana terlalu tinggi untuk diterokai secara langsung dengan teknologi penggerudian yang ada. Namun saintis telah mengenal pasti bahawa Bumi mempunyai teras luar yang cecair dan teras dalam yang pepejal.
Petunjuk pentingnya datang daripada gempa bumi. Apabila gempa berlaku, getarannya merambat melalui bahagian dalam Bumi dalam bentuk gelombang seismik dan membawa maklumat tentang bahan yang dilaluinya.
Apakah gelombang seismik?
Apabila batuan di sepanjang sesar bergerak secara tiba-tiba, tenaga dilepaskan dan merambat melalui Bumi sebagai gelombang seismik. Gelombang ini ialah gelombang mekanik, iaitu gelombang yang memerlukan medium untuk merambat kerana tenaga dipindahkan melalui gerakan dan interaksi zarah bahan. Antara gelombang yang merambat melalui bahagian dalam Bumi ialah gelombang P dan gelombang S.
Gelombang P, atau gelombang primer, menyebabkan zarah bahan bergetar ke hadapan dan ke belakang, selari dengan arah perambatan gelombang, lalu menghasilkan mampatan dan regangan pada bahan. Gelombang P boleh merambat melalui pepejal dan cecair. Gelombang S, atau gelombang sekunder, pula menyebabkan zarah bergerak melintang, berserenjang dengan arah perambatan. Dalam batuan yang sama, gelombang P lazimnya bergerak lebih pantas daripada gelombang S, maka ia tiba lebih awal di stesen pengukuran. Menurut U.S. Geological Survey (USGS), inilah perbezaan gerakan zarah dan kelajuan antara kedua-dua gelombang.
Mengapakah gelombang S tidak boleh melalui cecair?
Pepejal mampu menahan perubahan bentuk akibat daya ricih. Bayangkan sebuah blok getah. Apabila bahagian atasnya ditolak ke sisi sementara bahagian bawahnya ditahan, blok itu berubah bentuk dan menghasilkan daya yang cenderung mengembalikannya kepada bentuk asal. Sifat keanjalan ricih inilah yang membolehkan gelombang S merambat melalui pepejal.
Cecair biasa tidak mempunyai ketegaran ricih statik seperti pepejal. Apabila dikenakan tegasan ricih secara berterusan, cecair mengalir dan tidak mengekalkan perubahan bentuk seperti pepejal elastik. Oleh sebab itu, gelombang S tidak dapat merambat sebagai gelombang ricih pukal melalui cecair biasa. Sebaliknya, cecair masih boleh dimampatkan dan dikembangkan sedikit, maka gelombang P dapat merambat melaluinya. Perbezaan sifat inilah yang menjadi asas untuk mengkaji keadaan fizikal bahagian dalam Bumi.
Apakah yang berlaku apabila gelombang mencapai teras Bumi?
Gelombang seismik daripada gempa bumi bergerak melalui kerak dan mantel Bumi. Pada kedalaman kira-kira 2,900 kilometer, gelombang yang menuju pusat Bumi sampai ke sempadan antara mantel dengan teras luar, dan di sempadan ini sifat bahan berubah dengan ketara. Gelombang S yang datang melalui mantel tidak dapat meneruskan perambatannya sebagai gelombang S melalui teras luar yang cecair. Gelombang P pula boleh memasuki teras luar, tetapi kelajuannya berubah dengan ketara.
Perubahan kelajuan ini menyebabkan laluan gelombang P dibiaskan, iaitu berubah arah. Akibatnya, terdapat kawasan tertentu di permukaan Bumi yang tidak menerima gelombang P secara langsung daripada sesuatu gempa, dan kawasan itu dikenali sebagai zon bayang seismik. British Geological Survey menyatakan bahawa ketiadaan gelombang S yang melalui teras luar merupakan bukti penting bahawa bahagian tersebut ialah cecair.
Apakah yang dimaksudkan dengan zon bayang seismik?
Bayangkan satu gempa bumi besar yang getarannya direkodkan oleh stesen di pelbagai tempat di seluruh dunia. Apabila jarak sudut daripada pusat gempa bertambah, corak ketibaan gelombang berubah. Dalam model Bumi yang biasa digunakan, gelombang S langsung tidak dikesan pada jarak sudut melebihi kira-kira 103 darjah, kerana laluannya memerlukan perambatan melalui teras luar yang cecair. Gelombang P langsung pula tidak dikesan dalam lingkungan kira-kira 104 hingga 140 darjah kerana pembiasan pada sempadan mantel dengan teras, dan gelombang P yang melalui teras luar boleh muncul semula pada jarak sudut yang lebih besar.
Jarak sudut ini diukur dari pusat gempa di permukaan Bumi, dengan sudut ditentukan pada pusat Bumi, maka ia bukan ukuran darjah latitud atau longitud yang tetap. Zon bayang juga bukan kawasan yang tidak pernah mengalami getaran. Gelombang pantulan, gelombang yang bertukar jenis dan gelombang permukaan masih boleh dikesan di sana dalam keadaan tertentu.
Apakah yang dapat disimpulkan tentang bahagian dalam Bumi?
Apabila saintis membandingkan rekod gempa daripada banyak stesen, mereka mendapati bahawa corak ketibaan gelombang tidak dapat diterangkan dengan baik menggunakan model Bumi yang seragam. Model yang mengandungi lapisan dengan sifat fizikal berbeza memberikan penerangan yang jauh lebih baik. Ketiadaan gelombang S yang merambat terus melalui teras luar, bersama-sama perubahan kelajuan dan laluan gelombang P, menyokong kesimpulan bahawa teras luar berada dalam keadaan cecair.
Bukti seismik lain menunjukkan bahawa bahagian paling dalam teras Bumi bersifat pepejal, tetapi kesimpulan ini memerlukan analisis yang lebih rumit, termasuk pemerhatian gelombang yang melalui atau berinteraksi dengan teras dalam serta getaran semula jadi seluruh Bumi. Model struktur Bumi oleh itu bukan sekadar tekaan berdasarkan satu jenis gelombang, tetapi dibina daripada pelbagai pemerhatian yang saling menyokong. Kajian seismologi yang diterbitkan pada September 2025 turut menilai semula bukti sejarah dan data getaran semula jadi Bumi yang menyokong kewujudan teras dalam yang pepejal.
Bagaimana kita mengetahui hal ini?
Mengapakah gelombang S tidak dapat merambat melalui teras luar Bumi?