Gelombang Seismik dan Struktur Dalaman Bumi

Kita tidak boleh melihat secara langsung hingga ke teras Bumi. Namun, gempa bumi menghasilkan getaran yang merambat melalui bahagian dalam planet. Apabila getaran ini direkodkan di banyak stesen, corak masa ketibaan dan laluan gelombangnya memberi petunjuk tentang bahan yang dilalui. Getaran ini direkodkan oleh seismometer, iaitu alat yang mengesan dan mengukur gerakan tanah.

Gelombang P dan S membawa maklumat yang berbeza

Gelombang P ialah gelombang mampatan. Gerakan zarah bahan berlaku selari dengan arah perambatan, dan gelombang ini biasanya tiba dahulu kerana bergerak lebih pantas. Gelombang S ialah gelombang ricih; gerakan zarah berlaku melintang terhadap arah perambatan dan ketibaannya lebih lewat.

Perbezaan yang sangat penting ialah medium yang boleh dilalui. Gelombang P boleh merambat melalui pepejal dan cecair, manakala gelombang S tidak merambat melalui cecair. Oleh itu, ketiadaan gelombang S pada laluan yang sepatutnya menembusi teras luar menjadi bukti bahawa teras luar bersifat cecair.

Pembiasan menghasilkan zon bayang seismik

Kelajuan gelombang berubah apabila sifat bahan berubah. Laluan gelombang lalu membengkok akibat pembiasan. Pada sempadan mantel dan teras luar, perubahan besar pada sifat bahan membiaskan gelombang P dengan kuat. Akibatnya, terdapat julat jarak tertentu di permukaan Bumi yang tidak menerima gelombang P secara langsung daripada sesuatu gempa besar. Sempadan antara lapisan boleh menghasilkan pembiasan, pantulan atau penukaran jenis gelombang.

Corak global ini bukan sekadar menunjukkan bahawa Bumi berlapis. Masa perjalanan, pantulan, pembiasan dan penukaran antara fasa gelombang membolehkan ahli seismologi menganggarkan kedudukan sempadan serta sifat mekanik lapisan dalaman. Tafsiran moden turut digabungkan dengan eksperimen bahan pada tekanan tinggi dan bukti geofizik lain.

Petunjuk tentang teras luar

Salah satu bukti penting datang daripada gelombang S. Gelombang S tidak dapat merambat melalui teras luar Bumi. Gelombang P pula boleh melalui teras luar, tetapi kelajuan dan arahnya berubah dengan ketara pada sempadan mantel-teras. Corak ketibaan ini menghasilkan kawasan di permukaan yang tidak menerima gelombang langsung tertentu, yang dikenali sebagai zon bayang seismos.

Gabungan pemerhatian ini menyokong kesimpulan bahawa teras luar bersifat cecair. Kesimpulan tersebut tidak bergantung pada satu rekod gempa sahaja. Rekod daripada banyak gempa dan stesen di seluruh dunia menunjukkan pola yang boleh dibandingkan dengan ramalan model fizik bahan dan perambatan gelombang.

Bukan gambar langsung bahagian dalam Bumi

Data seismos ialah bukti tidak langsung. Ahli sains mengukur gelombang di permukaan, kemudian membuat inferens tentang struktur dalaman menggunakan model. Model yang baik mesti menerangkan masa ketibaan pelbagai gelombang, pembiasan pada sempadan dan kawasan yang tidak menerima fasa gelombang tertentu. Data lain, termasuk eksperimen bahan pada tekanan tinggi dan sifat keseluruhan Bumi, turut digunakan untuk menguji tafsiran itu.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?