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.

Klasifikasi Awan

Awan adalah kumpulan titik-titik air yang sangat kecil atau kristal es yang tertahan di udara. Sebagian awan dapat ditemui hanya pada tempat yang tinggi, sebagian lain dapat disentuh di tanah. Tanpa adanya awan, tidak akan ada hujan atau salju, guntur atau petir, pelangi atau halo. Dengan mata yang teliti dan terlatih, anda dapat mengidentifikasikan jenis-jenis awan dengan tepat.

Abercromby dan Hildebrandsson pada tahun 1887 mengklasifikasikan awan kedalam sepuluh jenis utama, yaitu Cirrus (Ci), Cirrocumulus (Cc), Cirrostratus (Cs), Altocumulus (Ac), Altostratus (As), Nimbostratus (Ns), Stratocumulus (Sc), Stratus (St), Cumulus (Cu), dan Cumulonimbus (Cb). Kesepuluh jenis tersebut dikelompokkan ke dalam empat kelompok. masing-masing kelompok didasarkan atas ketinggian dasar awan dari permukaan bumi, yaitu awan tinggi, awan rendah, dan awan dengan pertumbuhan vertikal. Gambaran umum masing-masing kelompok awan adalah sebagai berikut.

Awan tinggi

Awan tinggi di lintang sedang dan lintang rendah umumnya berada dari ketinggian 6000 m. Karena udara pada ketinggian tersebut cukup dingin dan kering, awan tinggi terdiri hampir selurunya dari kristal es dan tentunya ukurannya agak tipis. Awan tinggi umumnya tampak berwarna putih, kecuali pada waktu matahari terbit dan terbenam, ketika komponen cahaya matahari tak terhamburkan (merah, jingga, dan kuning) dipantulkan dari sisi bawah awan.

Awan menengah

Awan menengah memiliki dasar awan antara 2000 hingga 7000 meter pada lintang menengah. Awan menengah terdiri atas titik-titik air dan ketika suhu cukup rendah, awan rendah juga tersusun atas sebagian kristal es.

Awan rendah

Awan rendah memiliki dasar awan di bawah 2000 m, hampir seluruhnya terdiri atas titik-titik air, namun ketika udara sangat dingin awan rendah dapat tediri atas partikel es dan salju.

Awan dengan pertumbuhan vertikal

Awan dengan pertumbuhan vertikal terdiri atas awan cumulus dan cumulonimbus. Awan cumulus memiliki berbagai bentuk, namun kebanyakan berbentuk seperti kapas yang mengapung dengan garis yang tajam dan dasar yang datar. Dasar awan tampak berwarna putih hingga abu-abu menyala dan dalam keadaan yang lembab, dasar awan hanya pada ketinggian 1000 m di atas permukaan. Awan cumulonimbus adalah awan hujan badai. Ketika bagian dasarnya hitam dimungkinkan ketinggiannya hanya 600 m diatas permukaan. Bagian puncaknya dapat meluas ke atas hingga lapisan tropopause, diatas 12.000 m.

Tabel berikut menunjukkan klasifikasi sepuluh jenis awan utama ke dalam masing-masing kelompok

Awan tinggi	Awan menengah	Awan rendah	Awan dengan pertumbuhan vertikal
Cirrus (Ci)	Altostratus (As)	Stratus (St)	Cumulus (Cu)
Cirrostratus (Cs)	Altocumulus (Ac)	Stratocumulus (Sc)	Cumulonimbus (Cb)
Cirrocumulus (Cc)		Nimbostratus (Ns)

Tabel berikut adalah perkiraan ketinggian dasar awan di atas permukaan pada berbagai ketinggian

Kelompok awan	Daerah tropis	Daerah lintang sedang	Daerah kutub
Awan tinggi	6.000 – 18.000 m	5.000 – 13.000 m	3.000 – 8.000 m
Awan menengah	6.500 – 8.000 m	2.000 – 7.000 m	2.000 – 4.000 m
Awan rendah	0 – 2.000 m	0 – 2.000 m	0 – 2.000 m

Penjelasan lebih rinci mengenai ciri-ciri masing-masing jenis awan adalah sebagai berikut.

Cirrus terisolasi dalam bentuk yang lembut, berkas-berkas putih atau tampak putih yakni sebagian besar titik-titik putih atau pita-pita sempit. Awan ini memiliki kenampakaan berserabut atau kemilau seperti sutera, atau kedua-duanya.

Tipis, titik-titik putih, potongan-potongan kecil atau berlapis-lapis, tidak teduh terdiri atas dasar awan yang sangat sempit, berbintik-bintik, berjalur (atau serupa) yang baik bersatu maupun terpisah-pisah dan lebih atau kurang teratur. Kebanyakan dasar awan cirrocumulus lebarnya kurang dari satu derajat.

Awan transparan dengan kabut keputih-putihan terdiri atas benang-benang (seperti rambut) atau tampak halus menyelubungi langit sebagian atau seluruhnya. Biasanya menyebabkan fenomena halo.

Titik-titik pulih dan/atau abu-abu, berbentuk potongan-potongan kecil atau berlapis-lapis, umumnya teduh. Dasar awan terdiri atas sebagian besar sisik, bola, atau serupa silinder, kadang tampak sebagian berserat, kabur, atau bersatu. Kebanyakan dasar awan terbagi dalam ruang yang teratur dan memiliki lebar nyata antara satu hingga lima derajat.

Abu-abu atau kebiru-biruan, berbentuk potongan-potongan kecil atau berlapis-lapis lepas, tampak berserat atau monoton menyelubungi langit sebagian atau seluruhnya. Di beberapa bagian awan ini sangat tipis sehingga matahari muncul seperti terlihat melalui kaca redup. Fenomena halo tidak terjadi pada altostratus.

Lapisan awan berwarna abu-abu dan seringkali gelap dan tampak kabur sepanjang lebih atau kurang hujan permanen. Lapisannya sangat tebal sehingga matahari tidak kelihatan. Di bawah lapisan ini sering tampak awan rendah dan terpisah-pisah dapat bergabung dengan nimbostratus.

Abu-abu dan/atau titik-titik keputih-putihan, berbentuk potongan-potongan kecil atau berlapis-lapis yang hampir selalu memunculkan area gelap. Awan ini terdiri atas bongkahan mosaik, awan seperti bola atau silinder dengan struktur tidak berserat dan kadang bersatu. Kebanyakan awan ini terbagi dalam ruang yang teratur dan memiliki lebar lebih dari lima derajat.

Lapisan awan keseluruhan abu-abu dengan dasar cukup datar yang mengakibatkan terjadinya gerimis, prisma-prisma es atau butiran salju. Jika matahari tampak melewati awan, garisnya tampak jelas. Fenomena halo hanya terjadi pada suhu yang sangat rendah. Terkadang stratus tampak sebagai awan berpetak-petak.

Tampak dengan jelas, tebal dan terisolasi yang membentuk “bukit”, “kubah” atau “menara” dengan “kembang kol” di atasnya. Bagian-bagian yang disinari matahari kebanyakan tampak sangat putih. Sisi bawahnya relative gelap dan hampir datar. Selain itu awan cumulus terpisah-pisah.

Awan yang padat dan sangat besar dari pertumbuhan yang sangat vertical berbentuk “gunung” atau “menara”. Bagian atas tampak bentuk yang halus, hanya sebagian kecil berserat atau terlepas. Bagian puncaknya umumnya memiliki kenampakan yang datar. Bagian ini sering berbentuk seperti landasan. Seringkali terdapat awan rendah terpisah-pisah di bawah dasar awan yang sangat gelap. Awan-awan tersebut dapat bergabung dengan Cb. Virga yang terkadang tampak sebagai suatu bentuk hujan dari cumulonimbus.

Penjelasan :

Virga adalah nama hujan yang tidak mencapai tanah akibat evaporasi. Vigra tampak seperti bentuk koma mencoreng bagian bawah awan.

Fenomena halo adalah kemunculaan lingkaran cahaya sekitar matahari secara tiba-tiba. Hal ini disebabkan oleh pembelokan sinar matahari oleh kristal es dalam awan.

Referensi :

Ahrens, C. Donald. Meteorology Today, An Introduction to Weather, Climate, and Environment, Ninth Edition. Cengage Learning. CA. 2009.

Samoa Meteorology Division. http://www1.mnre.gov.ws/meteorology/Education/activities/cloudspotting.htm