Pelemahan Medan Magnet Bumi, Apakah Bumi Mengalami Pembalikan (Reversal ) Kutub ?

Oleh Fitri Nuraeni
01 Juni 2020

Gambar 1. Struktur magnetosfer

Setiap harinya Bumi dihujani oleh partikel-partikel berenergi dari Matahari yang dibawa oleh angin Matahari yang berhembus setiap saat. Meskipun begitu kehidupan di Bumi masih dapat berlangsung hingga saat ini. Hal tersebut karena Bumi dilindungi oleh medan magnet bumi, membentuk selubung yang melingkupi Bumi seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Medan magnet Bumi yang meluas hingga puluhan sampai ratusan kali jari-jari Bumi ke luar angkasa disebut sebagai Magnetosfer. Partikel-partikel berenergi yang dibawa oleh angin matahari sebagian besar sudah diperlambat dan dibelokkan pada daerah yang disebut Bow-shock, sebagian lagi akan terperangkap di daerah sabuk radiasi Van-Allen. Sejumlah kecil partikel yang masih dapat menembus sistem magnetosfer dan memasuki ionosfer Bumi di daerah lintang tinggi. Partikel yang terperangkap di ionosfer lintang tinggi. Ketika intensitas partikel Matahari yang memasuki Bumi lebih tinggi atau mencapai tingkat ekstrim maka akan terjadi badai magnet dan di lintang tinggi dapat kita lihat manifestasinya sebagai aurora.

Jika medan magnet Bumi dapat melindungi Bumi dari partikel-partikel berenergi dari luar angkasa, apa yang akan terjadi ketika medan magnet Bumi itu melemah? Lalu apakah pelemahan ini akan berujung pada pembalikan kutub-kutubnya?

Sebelum menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut, perlu diketahui bahwa medan magnet Bumi bersifat fluktuatif. Hal tersbut karena medan magnet yang terukur di permukaan Bumi adalah akumulasi dari medan magnet internal dan medan magnet eksternal yang berasal dari medan magnet Matahari. Medan magnet yang berasal dari sumber eksternal lebih berfluktuasi daripada sumber internal. Medan magnet bumi dibangkitkan oleh suatu meknisme yang disebut sebagai self-exciting dynamo . Inti Bumi yang tersusun dari bahan konduktif (Besi) bersifat sebagai konduktor, ketika Bumi berotasi ia bekerja sebagai dynamo yang merubah/mengkonversi energy mekanik (pergerakan fluida inti Bumi) menjadi arus listrik dan medan magnet. Medan magnet yang dibangkitkan oleh proses dynamo pada inti Bumi inilah yang kemudian disebut sebagai medan magnet utama yang mengalami perubahan dalam skala waktu jutaan tahun. Selain medan magnet utama, medan magnet Bumi juga memiliki medan magnet secular yang terjadi karena adanya konveksi pada mantel bumi. Medan magnet secular ini mengalami perubahan dengan skala waktu tahunan. Medan utama Bumi memiliki geometri dipol simetri dimana kutub utara-selatan geografik berimpit dengan kutub utara-selatan magnetik, medan secular mengakibatkan terjadinya pergeseran kutub utara-selatan magnetic dari kutub utara-selatan geografis seperti ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Geometri dipole medan magnet bumi pergeseran kutub utara-selatan akibat medan secular.

Dalam studi paleomagnetisme, para ahli geologi meneliti jejak magnet masa lalu yang terekam dalam batuan sedimen dan menemukan ada pola pembalikan kutub magnet, yang dikenal dengan sebutan magnetic reversal. Data medan magnet dari daerah pemekaran lantai samudra memverifikasi adanya perubahan arah/orientasi dominan medan magnet bumi dimasa lampau. Selama 100 juta tahun yang lalu perubahan orientasi medan magnet ini tercatat telah terjadi dalam perioda yang berbeda-beda, dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Pembalikan orientasi medan magnet bumi hingga sekitar 160 juta tahun yang lalu.

Pembalikan orientasi medan magnet bumi yang paling terakhir terjadi sekitar 780.000 tahun yang lalu, dikenal sebagai Brunhes-Matuyama reversal. Penyebab pembalikan orientasi medan magnet bumi ini masih dalam penelitian, tetapi mekanismenya diduga terkait dengan konveksi di batas mantel dan inti bumi yang membangkitkan medan magnet induksi.

Salah satu hasil penelitian menggunakan simulasi komputer, menyatakan bahwa medan magnet yang dibangkitkan oleh aksi dinamo di inti luar adalah kebalikan dari medan magnet inti dalam. Oleh karena itu, tampaknya, medan yang dibangkitkan oleh inti luar cenderung membalikkan dirinya namun distabilkan oleh medan magnet inti dalam. Hanya sterkadang medan magnet yang dibangkitkan di inti luar berhasil meredakan bidang inti dalam cukup untuk membalikkan polaritasnya dan dengan demikian memulai salah satu pembalikan yang ditunjukkan oleh data paleomagnetik. Gambar 4 memperlihatkan hasil simulasi computer pada saat sebelum pembalikan dan ketika terjadi pembalikan.

Gambar 4. hasil simulasi computer pada saat sebelum pembalikan dan ketika proses pembalikan berlangsung (tansisi).

Berdasarkan rekaman data paleomagnetic menunjukkan penurunan kuat medan magnet selama masa transisi ditunjukkan pada Gambar 5. Diperkirakan pelemahan kuat medan selama masa transisi adalah 10%-20% dari kuat medan biasanya pada suatu tempat. Lama waktu berlangsungnya masa transisi ini rata-rata selama 4000 tahun, karena masa transisi ini berlangsung sangat lama terkadang baru diketahui ketika transisi sudah 50% berlangsung.

Gambar 5. Data kuat medan magnet yang terekam pada batuan sedimen ketika masa transisi dari reverse ke normal.

Kekhawatiran yang banyak muncul terkait pembalikan orientasi medan magnet Bumi adalah apakah medan magnet Bumi melemah sehingga membahayakan kesehatan ataupun sistem teknologi. Pada dasarnya medan magnet Bumi tidak hanya berupa medan magnet dipole sederhana, ia jauh lebih kompleks. Ketika terjadi pembalikan orientasi medan magnet bumi, medan magnet tidak menghilang sesuai flux preservation theorem oleh Ned Benton. Selain itu atmosfer Bumi juga dapat bertindak sebagai perlindungan ekstra untuk menahan radiasi dan partikel berenergi dari Matahari. Meskipun begitu, tentu saja sistem teknologi kita saat ini yang sudah banyak berbasis satelit perlu menyiapkan mitigasi untuk menjaga keberlangsungan sistemnya.

Comments