MATERI PELAJARAN SEKOLAH : MEDAN MAGNETIK BUMI

Download Materi Lainnya

1. Pengertian Medan Magnet Bumi

Medan magnetik bumi, disebut juga medan geomagnetik, adalah medan magnetik yang menjangkau dari bagian dalam bumi hingga ke batas di mana medan magnet bertemu angin matahari. Besarnya medan magnet bumi bervariasi antara 25 hingga 65 mikrotesla (0.25 hingga 0.65 gauss).

 Kutub-kutub medan magnetik bumi diperkirakan miring sepuluh derajat terhadap aksis bumi, dan terus bergerak sepanjang waktu akibat pergerakan besi paduan cair di dalam inti luar bumi. Kutub magnet bumi bergerak begitu lambat sehingga kompas masih dapat berfungsi dengan baik sejak digunakan pertama kali (abad ke 11 masehi). Namun setiap beberapa ratus ribu tahun sekali, kutub magnetik bumi berbalik antara utara dan selatan. Pembalikan ini terekam di dalam pola bebatuan purbakala bumi yang mengandung unsur yang bersifat ferromagnetik. Pergerakan lempeng benua juga dipengaruhi oleh medan magnetik.

Lapisan di atas ionosfer disebut juga dengan magnetosfer, yaitu lapisan di mana medan magnetik bumi melindungi bumi dari radiasi kosmik yang dapat mengionisasi setiap partikel di atmosfer dan membuatnya terlepas dari medan gravitasi. Tanpa magnetosfer, atmosfer bumi termasuk lapisan ozon akan hilang dan menjadikan kehidupan di bumi tidak dapat berkembang sekompleks sekarang.

2. Peran medan magnetik bumi

Medan magnetik bumi memantulkan sebagian besar angin matahari, yaitu arus partikel bermuatan dari matahari yang mampu mengionisasi lapisan atmosfer bumi.  Gas-gas yang terkena angin matahari dapat terperangkap dalam gelembung medan magnet yang dapat terbawa arus angin matahari, sebuah proses yang mungkin pernah terjadi di planet Mars.   

Studi mengenai medan magnetik bumi pada masa lalu disebut dengan Paleomagnetisme.  Polaritas dari medan magnetik bumi terekam dalam bebatuan, dan pembalikan medan magnetik bumi terkema di dalam garis-garis yang terbentuk ketika pembentukan bebatuan terjadi. Paleomagnetisme juga dapat menjadi sarana perekaman geokronologi batuan dan sedimen.  Medan mangetik bumi juga menyebabkan bebatuan yang mengandung bijih tambang dari unsur ferromagnetik lebih mudah dicari karena menyebabkan anomali magnetik bumi.

Manusia telah menggunakan kompas yang bergantung pada medan magnetik bumi untuk menentukan arah, sejak abad ke 11 masehi.  Hewan juga diketahui memanfaatkan medan magnetik bumi sebagai sarana untuk bermigrasi.  Variasi medan magnetik bumi diketahui berhubungan dengan variasi curah hujan di negara tropis.

3. Teori Pembentukan Medan Magnet Bumi

Sifat kemagnetan bumi ditimbulkan karena bumi berotasi, kutub utara magnet bumi berada di sekitar kutub selatan bumi, sedangkan kutub selatan magnet bumi berada di sekitar kutub utara bumi. Antara kutub utara magnet bumi dengan kutub selatan bumi tidak berhimpit, hal ini juga terjadi pada kutub selatan magnet bumi. Akibat hal tersebut maka bila kita melihat kompas menunjukkan arah selatan ini berarti tidak menunjukkan arah selatan persis tetapi mengalami penyimpangan sedikit dari kutub selatan bumi. Penyimpangan ini membentuk sudut yang disebut dengan sudut deklinasi.

Apabila kita membawa kompas dari khatulistiwa menuju kutub bumi maka jarum kompas akan condong bergerak ke bawah atau ke atas. Kecondongan ini karena jarum kompas tertarik oleh kutub magnet bumi. Sudut yang dibentuk dari kecondongan kompas terhadap arah horizontal disebut dengan sudut inklinasi.

Pada tahun 1893, Gauss pertama kali melakukan analisa harmonik dari medan magnetik bumi untuk mengamati sifat-sifatnya. Analisa selanjutnya yang dilakukan oleh Ahli mengacu pada kesimpulan umum yang dibuat oleh Gauss yaitu :

1. Intensitas medan magnetik bumi hampir seluruhnya berasal dari dalam bumi.
2. Medan magnet yang teramati di permukaan bumi dapat didekati dengan persamaan harmonik yang pertama yang berhubungan dengan potensial dwikutub di pusat bumi. Dwi kutub Gauss ini mempunyai kemiringan 11.5 0 terhadap sumbu geografi.

Medan magnet utama bumi berubah terhadap waktu, untuk menyeragamkan nilai-nilai medan utama magnet bumi, dibuat standar nilai yang disebut International Geomagnetics Reference Field (IGRF) yang diperbarui setiap 5 tahun sekali. Nilai-nilai IGRF tersebut diperoleh dari hasil pengukuran rata-rata pada daerah luasan sekitar 1 juta km2 yang dilakukan dalam waktu 1 tahun.

Penelitian menunjukkan bahwa bumi memang selalu mengganti kutub magnetnya secara periodik dengan senggang waktu pergantiannya acak antara 5000 tahun sd 250.000 tahun sekali. Ilmuwan menemukan bahwa kuat medan magnet bumi pada jaman akhir kehidupan dinosaurus adalah 2,5 gauss, sekitar 8% lebih tinggi daripada kuat medan magnet bumi saat ini. (Dengan kata lain kuat medan magnet sekarang ini lebih rendah sekitar 8% daripada jaman akhir dulu.Penelitian lebih lanjut menemukan bahwa medan magnet bumi semakin lemah dari waktu ke waktu, walaupun keadaan tanpa medan magnet baru akan tercapai sekitar tahun 3000an Masehi. Tetapi para ilmuwan sangsi bahwa bumi baru akan berbalik kutub magnetnya apabila mencapai keadaan tanpa medan magnet. Ilmuwan memperkirakan bahwa bumi sedang menuju ke momentum yang cukup untuk membalikkan sendiri kutubnya, dalam proses pembalikan itu, tidak dapat diperkirakan/dibayangkan seberapa besar pergolakan alam yang akan terjadi. (dari sejarah, pergolakan itu cukup untuk membuat punah kehidupan raksasa dinosaurus) Setelah proses pembalikan selesai, pergolakan pelan-pelan akan menghilang, bumi kembali menjadi nirvana dan siap untuk kehidupan baru, kutub utara saat ini akan menjadi kutub selatan nanti.

Seperti penjelasan sebelumnya, medan magnet bumi bersumber dari dalam bumi dan medan magnet ini berubah terhadap waktu.Terdapat beberapa teori tentang pembentukan medan magnet bumi, antara lain yaitu :

1. Teori Dinamo

Teori ini menyatakan bahwa di dalam inti bumi terdapat aliran fluida yang terionisasi sehingga menimbulkan aksi dinamo oleh dirinya sendiri yang dapat menimbulkan medan magnet bumi. Fuida yang dimaksud merupakan medium cair yang konduktif, cairan dalam inti bumi tersebut akan berkonveksi sejalan dengan efek Corioli yang disebabkan oleh rotasi planet yang mengarahkan arus bergulung sejajar dengan kutub utara-selatan. Saat cairan tersebut mengalir, arus listrik akan terinduksi yang kemudian menghasilkan medan magnet. Terdapat tiga syarat agar teori dinamo dapar beroperasi, yaitu :

• Medium cair yang konduktif secara elektrik,
• Energi kinetik yang dihasilkan oleh rotasi planet,
• Sumber energi internal untuk mengarahkan gerakan konvektif dalam cairan.
•  Teori Alternatif

Ernest McFarlane dalam artikelnya “Asal muasal medan magnet Bumi” menyebutan sebuah sistem yang terbuat dari sel-sel elektronik di dalam inti logam yang mengkristal dengan titik-titik panas dari logam berat yang memancarkan partikel Alpha dan Beta. Karena suhu yang tinggi partikel Alpha tidak dapat menyatu dengan elektron bebas. “Akibatnya terjadi putaran dari dalam dan luar inti sehingga medan magnet tercipta sebagai akibatnya”.

4. Faktor-Faktor Penyebab Kemagnetan Bumi

1. Gejala dalam Bumi

Menurut teori magnetohidrodinamis penyebab utama kemagnetan bumi sekitar 99% adalah gejala yang terjadi di dalam bumi disebabkan oleh arus listrik yang terbentuk karena adanya proses rotasi bumi dan arus konveksi, sehingga menginduksi material-material bersifat magnetik di dekatnya dan mempengaruhi perubahan variasi medan magnet. Sifat kemagnetan bumi ini terpolarisasi menjadi dua kutub, utara dan selatan, sehingga seolah-olah di dalam bumi terdapat magnet batang yang sangat besar dengan dua kutub yang letaknya terpisah jauh. Medan magnet utama bumi tidak konstan tetapi mengalami perubahan terhadap waktu, sesuai keadaan di dalam bumi. Hal tersebut ditunjukkan dalam studi paleomagnetik bahwa banyak batuan di kerak bumi dengan posisi sebelah meyebelah yang memiliki arah kutub kemagnetan yang berkebalikan. Perubahan kemagnetan bumi akibat aktivitas bumi sendiri ini sangat lamban dan biasa disebut variasi sekuler. Besarnya variasi ini untuk setiap tempat tidak sama, tetapi dalam skala regional masih sama. Beberapa ahli menduga perubahan ini diakibatkan aktivitas arus konveksi yang berada di dalam inti bumi yang menimbulkan arus listrik sehingga medan magnet yang ditimbulkan mempengaruhi medan magnet di sekitarnya. W.M. Elsasser menyimpulkan material inti bumi yang dominan adalah besi yang merupakan konduktor yang baik. Gerakan inti bumi cair inilah yang memungkinkan arus listrik kemudian menimbulkan medan magnet bumi utama.

Kedua kutub magnet bumi dikenal sebagai “Geomagnetic Poles” yang merupakan kutub teoritis dimana sumbu magnet membuat sudut kurang lebih 11.50dengan sumbu rotasi bumi yaitu pada :

1. Kutub negatif magnet terletak di Pulau Canadian Arktik dengan posisi lintang 75.50 LS dan bujur : 100.40 BB
2. Kutub positif magnet terletak di Pantai Selatan Antartika dan Tasmania.

2. Gejala dari Luar

Sekitar 1 % dari kemagnetan bumi disebabkan oleh pengaruh dari luar bumi. Medan magnet ini disebabkan oleh arus listrik di lapisan ionosfer yang menginduksi medan magnet di permukaan bumi akibat adanya arus listrik yang berasal dari proses ionisasi gas oleh artikel elektromagnetik, terutama sinar ultraviolet yang berasal dari matahari. Medan luar menyebabkan perubahan yang sifatnya periodik. Berdasar periodenya, gejala dari luar dapat dibedakan menjadi :

1. Variasi harian matahari

Matahari memancarkan arus tetap yang terdiri dari atom hydrogen terionisasi (proton) dan elektron yang menjalar melalui tata surya dengan kecepatan supersonik. Angin matahari yang muncul seperti ini berinteraksi secara kuat dengan medan magnet bumi yang menyebabkan terjadinya badai magnetik sehingga nilai medan magnet bumi mengalam perubahan.

2. Variasi harian bulan

Variasi harian bulan disebabkan adanya interaksi bulan dengan lapisan ionosfera dan mempunyai periode 24 jam dengan amplitudo 2 nT. Melalui pengamatan magnet bumi, variasi harian bulan dan matahari menimbulkan pengaruh yang bersifat periodik selama satu hari. Variasi ini dikenal dengan variasi harian (diurnal variation). Perubahan variasi harian ini dicatat oleh stasiun pengamatan magnet bumi menggunakan variometer.

3. Badai magnetik

Badai magnetik adalah gangguan medan magnet bumi secara tiba-tiba disebabkan oleh induksi partikel bermuatan listrik yang sampai pada permukaan bumi. Badai magnetik ini cenderung berulang setiap 27 hari dan kejadiannya dipicu oleh aktivitas sunspot di matahari yang mengarah ke bumi sehingga menginduksi magnetosfera dan mengacaukan medan magnet bumi, akibatnya variasi magnet bumi menjadi terganggu. Ketika terjadi badai magnetik, segala aktivitas yang berkaitan dengan magnet dan memanfaatkan lapisan ionosfer akan mengalami gangguan. (Hidayah, Nurul, 2011)

5. Pengaruh Kemagnetan Bumi

Diatas eksosfer ada satu daerah yang menunjukkan sifat-sifat magnetik bumi danberinteraksi dengan arus radiasi matahari korpuskuler yang mengisi ruang antar planetyang disebut angin surya (solar wind) yang setelah sampai ke Bumi berinteraksi dengan magnet bumi yang disebut magnetosfera. Akibat interaksi ini, magnetosfera bentuknyamenjadi seperti komet karena adanya hembusan angin surya tersebut.

Magnetosfer bumi ditemukan oleh satelit Explorer 1 selama penelitian yang dilakukan pada masa tahun geofisika Internasional.Magnetosfer berfungsi sebagai penangkal petir bagi bumi, yang berarti lapisan ini menangkal radiasi berbahaya yang berasal dari matahari. Ketika radiasi menghujani bumi, magnetosfer akan memantulkan sebagian besar radiasi dan menyerap sisanya dan diarahkan menuju kutub, akibatnya terjadi reaksi tumbukan dengan atmosfer dan menjadi aurora.

Menurut Thomas Djamaludin, peneliti LIPI, lapisan magnetosfer merupakan selubung tak kasat mata yang dibentuk oleh medan magnet bumi. Magnetosfer ini mengelilingi bumi pada jarak 95 ribu km di atas permukaan bumi. Sejak awal terbentuknya bumi, lapisan ini menjadi pelindung semua makhluk dari serangan partikel berbahaya termasuk badai matahari. Magnetosfer bekerja seperti tameng, membelokkan setiap partikel yang menghampirinya, badai matahari sendiri nantinya akan dibelokkan ke arah kutub bumi. Di sini, tameng kedua menunggu untuk menghancurkan badai kiriman matahari. Tameng kedua tersebut adalah lapisan atmosfer yang terdapat pada ketinggian 80 km diatas permukaan bumi. Di daerah ini, badai matahari akan disaring oleh medan magnet bumi yang rapat di sekitar kutub. Akibatnya badai yang semula berbahaya melepaskan energinya melalui cahaya berbagai warna atau dikenal dengan aurora.