Bagaimana kita tahu: gelombang seismik

Belum ada pengeboran yang mencapai mantel, tetapi kita tahu inti luar cair karena satu jenis gelombang gempa tidak pernah tiba di sisi seberang planet.

Dua jenis gelombang

Saat sesar bergeser, gelombang merambat ke seluruh planet. Yang tercepat adalah gelombang P, singkatan dari primer. Gelombang ini mendorong dan menarik batuan searah perambatannya, seperti denyut yang merambat sepanjang pegas yang diregangkan, dan dapat melewati zat padat, cair, serta gas. Berikutnya datang gelombang S, yaitu gelombang sekunder. Gelombang ini mengguncang batuan ke samping, tegak lurus arah rambat. Zat cair tidak dapat menahan gaya geser menyamping seperti itu, sehingga gelombang S sama sekali tidak bisa merambat melalui zat cair.

Kedua gelombang merambat lebih cepat dalam batuan yang lebih dalam dan lebih kaku. Karena itu, gelombang yang merambat miring ke dalam akan membelok, seperti cahaya di dalam air, lalu melengkung kembali ke permukaan. Ribuan seismometer di seluruh dunia mencatat waktu tibanya. Dari selisih waktu pada jarak yang berbeda, ahli seismologi menghitung kecepatan gelombang pada setiap kedalaman. Perubahan kecepatan yang mendadak menandai batas antarlapisan. British Geological Survey membandingkannya dengan cahaya yang membelok melalui prisma kaca.

Zona bayangan

Ukur sudut mengelilingi Bumi dari lokasi gempa, sehingga titik tepat di seberangnya berada pada 180°. Gelombang S langsung tercatat hingga sekitar 104°, lalu menghilang sama sekali. Sesuatu di antara mantel dan pusat Bumi menghentikannya. Karena gelombang S hanya terhenti oleh zat cair, lapisan itu pasti cair. Gelombang P berperilaku berbeda. Gelombang ini juga menghilang setelah sekitar 104°, lalu muncul kembali mulai sekitar 140°. USGS menjelaskan bahwa inti cair membelokkannya. Gelombang P melambat tajam saat memasuki inti luar karena besi cair meneruskannya lebih lambat daripada batuan kaku di atasnya. Akibatnya, lintasannya membelok tajam ke arah pusat dan keluar jauh dari lokasi gempa. Cincin permukaan antara 104° dan 140° tidak menerima gelombang P langsung.

Hal ini terlihat dalam model. Amati waktu: gelombang P tiba di sisi seberang Bumi setelah sekitar 20 menit, sedangkan gelombang S tidak pernah tiba. Geser pengatur Gempa dan zona bayangan ikut berpindah bersama gempa. Artinya, zona itu disebabkan oleh bagian dalam Bumi, bukan ciri khusus suatu tempat di permukaan. Dalam model sederhana ini, lintasan P terakhir yang nyaris menyentuh inti muncul di dekat 97°; gelombang sebenarnya juga membelok mengitari tepi inti, sehingga gelombang P lemah dapat mencapai sedikit lebih jauh.