Terbentuknya Medan Magnet Bumi

Bumi mempunyai sistem pertahanan yang dapat melindungi bumi dari radiasi sinar matahari misalnya sinar ultraviolet. Lapisan tersebut dinamakan atmosfer bumi. Selain lapisan atmosfer yang tersusun atas gas-gas, bumi juga memiliki sistem pertahanan terhadap aktivitas antariksa yaitu medan magnet bumi. Fungsi dari medan magnet bumi sebagai pelindung pancaran radiasi kosmis yang berasal dari luar angkasa. Medan magnetik bumi dapat memantulkan sebagian besar angin matahari, yaitu arus partikel bermuatan dari matahari yang mampu mengionisasi lapisan atmosfer bumi.

Ada beberapa teori yang menjelaskan asal dari medan magnet bumi, antara lain :

1. Teori Geomagnet

Seorang fisikawan Inggris bernama Sir William Gilbert menganalogikan bumi sebagai dipole magnetik raksasa dalam bukunya yang berjudul “de magnete”. Pernyataan ini menjadi cikal bakal dipelajarinya suatu teori bernama geomagnet atau kemagnetan bumi. Selanjutnya Gilbert mengatakan bahwa bumi adalah sebuah magnet raksasa dengan sebuah kutub magnet utara dan sebuah kutub magnet selatan.

Penjelasan kemagnetan bumi (geomagnetism) terjadi karena adanya arus listrik di dalam inti bumi yang berbentuk cair dan mudah bergerak. Pergerakan bumi menimbulkan pergerakan relatif dari ion-ion di dalam materi. Ion-ion yang bergerak itu menimbulkan arus listrik dalam inti bumi dan arus yang berputar menimbulkan medan magnet disekitarnya. 

Bumi terbagi atas lapisan inti-dalam yang padat dan diatasnya adalah lapisan inti-luar yang cair. Dari segi kandungan kimia, kandungan bagian inti bumi adalah paduan besi-nikel. Struktur bumi dapat dijelaskan dari faktor suhu dan tekanan. Pada inti bumi, panas yang ditimbulkan oleh peluruhan radioaktif akan melelehkan batuan. Tekanan tinggi, sebaliknya akan cenderung memadatkan batuan. Dengan demikian, walaupun pada inti-dalam suhunya paling tinggi, mencapai 3.000 derajat Celcius, tekanan dari lapisan batuan diatasnya lebih kuat pengaruhnya sehingga inti-dalam berwujud padat. Di lapisan inti-luar, tekanan lapisan batuan diatasnya tidak cukup tinggi untuk mengimbangi kekuatan faktor suhu sehingga dihasilkan wujud cair. 

Menurut Gillbert, sifat magnet bumi ditimbulkan karena adanya arus listrik di lapisan inti luar. Seperti pernyataan di atas, lapisan inti-luar berwujud cair. Suhu permukaan cairan inti-luar yang bersentuhan dengan inti-dalam jauh lebih tinggi daripada lapisan cairan inti-luar yang bersentuhan dengan mantel. Akibatya, seperti memanaskan air, akan terjadi arus konveksi cairan pada inti-luar dan arus konveksi ini menimbulkan arus listrik. Arus listrik inilah yang menimbulkan sifat magnet bumi (Irwan Suhanda, 2013). 

2. Teori Dinamo

Teori dynamo adalah teori pertama kali diajukan oleh Joseph Larmor pada tahun 1919. Teori Dinamo menjelaskan bahwa di dalam perut bumi terdapat besi dalam wujud cair yang bertindak sebagai objek yang sangat konduktif, disebut sebagai dinamo (dynamo). Cairan panas ini mengalir di dalam bumi karena perputaran bumi sejak terbentuknya tata surya. 

Pada kasus ini medan magnet diyakini dihasilkan dari peristiwa konveksi besi cair, di dalam cairan inti bagian luar, sejalan dengan efek coriolis (Coriolis effect) yang disebabkan oleh rotasi planet yang mengarahkan arus bergulung sejajar dengan kutub utara-selatan. Saat cairan konduktif mengalir, arus listrik akan terinduksikan, yang kemudian kembali menghasilkan medan magnet yang lain. Saat medan magnet ini menguatkan medan magnet yang sebelumnya, dinamo terbentuk dan menjadi stabil. 

3. Analogi dengan Teori Efek Termolistik

Peristiwa terjadinya medan magnet bumi yang terjadi dari inti bumi yang panas dijelaskan dengan teori Efek termolistrik. Gejala termolistrik tidak lain ialah suatu gejala pemanasan dan pendinginan akibat dari pengaliran arus listrik di dalam bahan lewat suatu beda potensial yang bukan berasal dari sumber daya luar, melainkan berasal dari bahan itu sendiri akibat tidak meratanya kerapatan muatan di dalam bahan, sedang sumber daya luar yang dikenakan adalah untuk memaksakan pengaliran arus listrik dalam bahan.

Suatu contoh misalnya jika satu ujung kawat dipanaskan sedang satu ujung lainnya didinginkan, maka terjadi gradien suhu sepanjang kawat tersebut dan terdapat gradien kerapatan elektron bebas didalamnya. Gradien kerapatan elektron ini menyebabkan gradien kerapatan muatan dan mengakibatkan terjadinya gradien potensial sepanjang kawat (Peter Soedojo, 1985). 

Analogi dengan teori tersebut inti bumi terdiri dari lapisan inti dalam yang berbentuk padatan dan lapisan inti luar yang berupa cairan mempunyai temperatur yang berbeda. Pada bumi terdapat aliran fluida berasal dari cairan material bumi dan terdapat material berupa padatan yang berbeda konduktivitasnya. Menurut prinsip termolistrik, jika terdapat dua lempeng berbeda konduktivitasnya saling didekatkan dan antar kedua bagian bertemu dengan temperatur yang berbeda mengakibatkan muncul arus elektron. Maka terjadilah tenaga kelistrikan yang berasal dari gerakan zarah bermuatan listrik yakni elektron-elektron melalui suatu beda potensial sehingga di sekelilingnya akan terbentuk medan magnet. 

Berdasarkan teori-teori di atas dapat disimpulkan bahwa :

Terbentuknya medan magnet bumi dipengaruhi oleh komposisi inti bumi terdiri dari inti-dalam dan inti-luar yang didominasi unsur logam yang berbeda temperatur, wujud dan konduktivitasnya. Inti-dalam dan inti cair yang bertemu mengakibatkan pergerakan elektron dan adanya arus konveksi dari rotasi bumi menyebabkan pergerakan cairan pada inti yang menimbulkan arus listrik dan terbentuk medan magnet.

Sekian, Semoga bermanfaat