Kemagnetan bumi

Gagasan mengenai bumi sebagai magnet batang raksasa pertama kali dicetuskan oleh William Gilbert pada tahun 1600. Pada gagasan tersebut dijelaskan mengapa jarum magnetik kompas selalu menunjuk ke arah utara. Gilbert menyatakan bahwa medan magnetik bumi memiliki kutub utara dan kutub selatan. Kutub magnet bumi tidak memiliki keterkaitan dengan kutub utara dan selatan geografis. lokasi kutub magnet bumi tidak selalu tetap, ia dapat berpindah-pindah. Saat ini kutub selatan magnet bumi berada pada koordinat 73^oN, 100^oW yakni dekat dengan Pulau Ellef Ringnes di kepulauan Queen Elizabeth dekat perbatasan antara wilayah barat laut Kanada dengan Nunavut. Sedangkan kutub utara magnet bumi terletak pada koordinat 68^oS, 143^oE yakni berada pada lepas pantai pulau Wilkes, Antartika. Karena temperatur mantel bumi dan inti bumi jauh melampaui titik curie sehingga terlalu panas untuk mempertahankan medan magnetik permanen maka medan kemagnetan bumi pasti dibangkitkan secara elektromagnetik. Fluida besi di inti luar bumi adalah instrumen yang menciptakan medan magnet di sekitar bumi dan melindunginya dari sinar kosmis berbahaya dan angin matahari. Dalam tulisan ini akan dijelaskan lebih lanjut mengenai medan magnet bumi, proses pembangkitannya, dan peranan medan magnet bumi dalam menjaga bumi dari angin matahari.

Kutub magnet bumi

Medan magnet bumi adalah garis-garis khayal yang menunjukkan dimana pengaruh gaya magnet bumi dapat dirasakan. Arah garis medan magnet bumi berasal dari kutub utara magnetik menuju ke kutub selatan magnetik. Kutub utara geografis terletak dekat dengan kutub selatan magnet bumi, hal inilah mengapa jarum magnetik kompas selalu menunjuk ke arah utara. arah utara yang ditunjuk oleh jarum kompas menyimpang membentuk deviasi beberapa derajat dari arah utara sebenarnya. hal ini akibat dari sumbu magnet bumi tidak sepenuhnya sejajar dengan sumbu rotasi bumi.  Antara sumbu rotasi bumi dengan sumbu geomagnetik membentuk sudut sebesar 11.5^o. Nilai penyimpangan jarum kompas dapat berbeda-beda di setiap tempat. Sudut deviasi penyimpangan ini disebut dengan deklinasi. Medan magnetik juga tidak sepenuhnya horizontal pada kebanyakan tempat di permukaan bumi. Sudut penyimpangan jarum kompas terhadap arah vetikal disebut inklinasi. Inklinasi terbesar terjadi di kutub magnet bumi dan inklinasi minimum terjadi di ekuator magnet bumi.

Gambar 1. Garis-garis medan magnet bumi.

Tak hanya posisi kutubnya yang dapat berubah, polaritas magnet bumi pun dapat berbalik, yakni kutub utara dapat menjadi kutub selatan dan sebaliknya. pembalikan polaritas magnetik terjadi sedikitnya 170 kali dalam 100 juta tahun. Pembalikan terjadi rata-rata setiap 200 ribu tahun dan berangsur-angsur terjadi lebih dari periode beberapa ratus tahun. pembalikan polaritas magnet bumi ini masih belum diketahui secara pasti penyebabnya, namun diduga pembalikan polaritas berhubungan dengan rotasi bumi dan perubahan aliran besi cair pada inti luar bumi.

 Magnetohidrodinamik dalam pembangkitan medan magnet bumi

Penjelasan secara kualitatif bagaimana medan magnetik bumi dibangkitkan dapat dikembangkan dari teori seismologi bahwa inti luar bumi terdiri atas sebagian besar besi cair. besi cair tersebut berotasi lambat terhadap mantel di sekitarnya. gerakan inilah yang membangkitkan arus listrik kuat.

Sumber energi yang mungkin dalam peristiwa ini adalah peluruhan elemen radioaktif dalam inti, pendinginan inti, pelepasan panas laten terhadap pemadatan inti dalam, dan pelepasan energi gravitasi yang menyertai pemadatan inti dalam. satu atau lebih sumber energi tersebut memicu pergerakan konvektif secara termal dan kimiawi pada besi cair dengan konduktivitas tinggi yang mengakibatkan terjadinya eksitasi-diri dinamo. Arus turbulen atau konveksi fluida tersebut merupakan dinamo. Arus listrik yang bergerak pada dinamo inilah yang membangkitkan medan magnetik bumi sesuai dengan hukum Faraday. sekali terjadi eksitasi maka dinamo tersebut akan berswadaya terus menerus menghidupkan diri.

Gambar 2. Diagram konveksi fluida dalam inti luar bumi. Arah konveksi ditunjukkan oleh panah spiral barna biru dan garis medan magnet ditunjukkan oleh garis panah warna putih.

Magnetosfer dan peranannya melindungi bumi

Medan magnetik bumi yang bekerja pada wilayah di atas permukaan bumi disebut magnetosfer. Magnetosfer berbentuk seperti butir tetesan air dengan ekor panjang  dengan jejak dari bumi akibat tenaga dari angin matahari.

Gambar 3. Kenampakan magnetosfer bumi.

Di dalam magnetosfer terdapat sabuk radiasi Van Allen, yang ditemukan oleh A. Van Allen pada tahun 1958. Sabuk Van Allen adalah wilayah dimana muatan partikel dari matahari dan dari sinar kosmis terperangkap dan disalurkan ke jalur spiral sepanjang garis-garis medan magnetik bumi. Dengan demikian sabuk radiasi melindungi permukaan bumi dari partikel-partikel dengan energi tinggi. namun, akibat medan magnetik pada permukaan matahari yang sangat kuat, yang tampak sebagai bintik matahari, yakni ledakan tiba-tiba yang menghasilkan arus partikel-partikel berenergi tinggi bersamaan dengan angin matahari. Karena selubung garis-garis medan magnet bumi sangat denkat dengan permukaan di daerah kutub, beberapa partikel berenergi itu dapat lolos dan berinteraksi dengan atmosfer bumi menciptakan terjadinya fenomena aurora.

Gambar 4 :

a.    sabuk radiasi Van Allen di sekitar bumi. di sekitar kutub, partikel-partikel bermuatan dari sabuk ini dapat memasuki atmosfer membentuk aurora borealis ("northern lights") dan aurora australis ("southern lights").

b.        kenampakan aurora borealis.

Referensi

Turcotte, Donald L and Gerald Schubert.. Geodinamics. 2nd ed. Cambridge.

Young, Hugh D and Roger A. Freedman. 2012. Sears and Zemansky's university physics with modern physics. 13th ed. California : Pearson Education, Inc

Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation.