Bumi tersusun atas beberapa lapisan yakni, lapisan kerak, selubung bumi, lapisan antara dan inti bumi. Inti bumi terbagi lagi menjadi dua macam, yakni inti luar dan inti dalam. Inti luar berupa cairan, sedangkan inti dalam berupa padatan dengan suhu yang sangat tinggi. Bumi berputar pada porosnya (rotasi) dengan periode selama 24 jam, perputaran ini mengakibatkan pergerakan material di dalam bumi, terutama inti bumi. Pergerakan inti bumi akan mengahasilkan arus listrik yang kemudian menimbulkan medan magnet bumi. Medan magnet bumi merupakan medan atau daerah dimana dapat terdeteksi distribusi gaya magnet. Sama halnya dengan medan magnet biasa, medan magnet bumi juga memiliki dua kutub, yakni kutub utara magnetik dan kutub selatan magnetik. Kutub utara magnetik terletak disekitar kutub selatan geografik dan kutub selatan magnetik terletak di sekitar kutub utara geografik. Perbedaan letak kutub ini menjadi prinsip kerja dari kompas.
Medan magnet bumi berfungsi sebagai perisai kehidupan di bumi, medang magnet ini melindungi bumi dari bahaya radiasi kosmis oleh matahari. Radiasi kosmis sebagian direfleksikan oleh medan magnet bumi dan sebagian lagi akan terus ke daerah kutub mengakibatkan peristiwa aurora. Letak kutub magnetik bumi dapat berubah-ubah, perubahan kutub ini pada suatu titik mengakibatkan medan magnet sepenuhnya hilang dan kehidupan bumi pun akan terancam. Proses perubahan medan magnet berasal dari mekanisme alami dan juga aktivitas manusia yang terlalu mengeksploitasi alam. Oleh karen itu, studi tentang medan magnet bumi tentu sangat penting agar manusia selalu menjaga alam sehingga keseimbangannya tetap terjaga.
B. Tujuan Penulisan
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah agar mahasiswa dapat lebih memahami mengenai medan magnet bumi, berkaitan dengan teori-teori pembentukannya, faktor-faktor penyebab medan magnet bumi, fungsi medan magnet bumi dan pengaruh medan magnet bumi.
BAB II
PEMBAHASAN
1. 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.
2. 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”.
2. Faktor-Faktor Penyebab Kemagnetan Bumi
a. 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 :
a. Kutub negatif magnet terletak di Pulau Canadian Arktik dengan posisi lintang 75.50 LS dan bujur : 100.40 BB
b. Kutub positif magnet terletak di Pantai Selatan Antartika dan Tasmania.
b. 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 :
a. 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.
b. 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.
c. 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)
3. 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, magnetosferabentuknyamenjadi seperti komet karena adanya hembusan angin surya tersebut. Perhatikan gambarberikut ini:
(Palen, Stacey E. 2002 :70 )
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.
(Strobel, Nick. 2013)
· Sabuk Van Allen (Van Allen Belts)
Magnetosfera merupakan perisai Bumi terhadap partikel-partikel dari Matahariyang dapat membahayakan kehidupan makhluk hidup di Bumi. Partikel-partikel yangdatang ke arah Bumi dihadang oleh magnetosfera sehingga terkungkung di dalam medanini. Daerah tempat terkungkungnya partikel-partikel tersebut dinamakan Sabuk VanAllen (Van Allen Belts) sesuai dengan nama yang menemukannya, James A. Van Allen.Jadi Van Allen belts adalah pita-pita radiasi yang berbentuk kue donat terbuat daripartikel-partikel bermuatan yang terperangkap dalam medan magnetik Bumi.
· Inklinasi Magnetik
Inklinasi magnetik adalah sudut inklinasi (kemiringan) antara jarum magnetterhadap horizontal. Di daerah belahan Bumi Utara, titik Utara jarum magnet berinklinasike arah vertikal, sedangkan di belahan Bumi Selatan, titik selatan jarum magnetberinklinasi ke arah horizon. Perhatikan gambar berikut:
Sudut inklinasi berbeda-beda untuk setiap tempat yang berlainan. Dari ekuator kearah kutub magnet, sudut inklinasi semakin besar dan tepat di kutub magnet harganyamaksimum, yaitu jarum magnet berhenti pada posisi tegak lurus. Garis yangmenghubungkan tempat-tempat di Bumi yang berinklinasi sama dinamakanisoclines(garis isoklin). Deklinasi magnetis adalah besarnya sudut yang dibentuk antara arahjarum magnet dengan garis bujur geografis, baik di sebelah timur maupun sebelah barat.Besarnya deklinasi berbeda-beda untuk setiap tempat. Garis yang menghubungkantempat-tempat di Bumi yang berdeklinasi sama dinamakan isogon. Isogon yangdeklinasinya nol disebut meridian magnetis.
Garis-garis isogon membujur dari satu titik di Utara menuju satu titik di Selatan.Titik-titik itu tidaklah sama dengan titik kutub-kutub geografis. Koordinat kutub Utaramagnet adalah 70° 05’ 03’’ Lintang Utara dan dan 96° 45’ 03’’ Bujur Barat, sedangkankoodinat kutub Selatan magnet adalah 740 06¢ Lintang Selatan dan 1540 08¢ Bujur Timur.
Secara definitif kita tidak dapat memberikan jawaban mengapa kutub-kutubmagnet Bumi bukanlah kutub-kutub Bumi? Mungkin penyebabnya tidak meratanyadistribusi daratan dan air. Pada beberapa tempat di muka Bumi, arah garis isoklinik danisogonik mengalami variasi definitif yang berhubungan dengan anomali-anomalimagnetis. Anomali magnetis telah dibuktikan adanya batuan atau massa besar yangmengandung magnet, misalnya biji besi dan mineral-mineral logam lainnya yang terletakdekat permukaan Bumi. Juga hal itu dapat disebabkan adanya struktur patahan yangdapat memindahkan batuan dengan sifat-sifat megnetis berbeda menjadi salingbersentuhan.
Intensitas dan sifat magnetis Bumi berbeda untuk setiap tempat dan berubahrubahsesuai posisi Bumi terhadap Matahari. Apabila jarum magnet secara tiba-tibabergerak di luar batas variasi yang normal, hal ini menandakan adanya magnetic storm(badai magnetik). Gejala ini berlangsung dalam waktu yang singkat tetapi kadang-kadangsampai beberapa hari, biasanya akibat terjadinya petir, gempa bumi, atau letusan gunungberapi. Alat untuk mengukur intensitas kemagnetan dinamakanmagnetometer.Pengetahuan mengenai kemagnetan Bumi dapat digunakan untuk eksplorasi(pencarian) mineral dan bahan tambang lainnya dengan azas geofisika.(Mulyo, Agung,2004 : 1-3 )
BAB III
KESIMPULAN
Medan magnet bumi merupakan daerah yang masih dipengaruhi distribusi gaya magnet. Terdapat dua teori pembentukan medan magnet bumi, yakni teori dinamo dan teori alternatif. Teori dinamo menjelaskan bahwadi dalam inti bumi terdapat aliran fluida yang terionisasi sehingga menimbulkan aksi dinamo oleh dirinya sendiri yang dapat menimbulkan medan magnet bumi, inti bumi cair yang bersifat konduktif akan bergerak bersamaan dengan gerak rotasi bumi menghasilkan arus listrik yang pada akhirnya menimbulkan medan magnet. Sedangkan teori alternatif menganggap bahwa terdapat 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. Seperti halnya dengan magnet biasa, medan magnet juga memiliki dua kutub yaitu kutub utara magnetik dan kutub selatan magnetik. Kutub utara magnetik terletak di sekitar kutub selatan geografik dan kutub selatan magnetik terletak di sekitar kutub utara geografik. Perbedaaan ini mengakibatkan apa yang disebut dengan sudut inklinasi dan sudut deklinasi. Sudut inklinasi adalah sudut yang dibentuk dari kecondongan kompas terhadap arah horizontal, sedangkan sudut antara kecondongan kompas terhadap arah utara dan selatan disebut dengan sudut deklinasi.
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. Lapisan ini 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.