Kesan artistik aurora yang lebih luas secara garis lintang sebagai konsekuensi yang diharapkan dari kekuatan medan geomagnetik jauh lebih rendah daripada saat ini. Gambar: Huapei Wang (dengan materi milik Observatorium Bumi NASA) dan diedit oleh MIT News
Penelitian baru dari MIT adalah singkatan dari Massachusetts Institute of Technology. Ini adalah universitas riset swasta bergengsi di Cambridge, Massachusetts yang didirikan pada tahun 1861. Ini diatur dalam lima Sekolah: arsitektur dan perencanaan; rekayasa; humaniora, seni, dan ilmu sosial; pengelolaan; dan sains. Dampak MIT mencakup banyak terobosan ilmiah dan kemajuan teknologi. Tujuan mereka menyatakan adalah untuk membuat dunia yang lebih baik melalui pendidikan, penelitian, dan inovasi.
MIT menunjukkan bahwa intensitas medan geomagnetik Bumi dua kali lipat rata-rata historis jangka panjang, menunjukkan bahwa intensitas medan saat ini memiliki jalan panjang untuk turun sebelum mencapai tingkat yang tidak stabil yang akan menyebabkan pembalikan.
Intensitas medan geomagnetik Bumi telah menurun selama 200 tahun terakhir, pada tingkat yang diduga oleh beberapa ilmuwan dapat menyebabkan medan tersebut mencapai titik terendah dalam 2.000 tahun, untuk sementara membuat planet ini tidak terlindungi dari partikel bermuatan yang merusak dari matahari. Penurunan intensitas ini dikaitkan dengan pembalikan medan geomagnetik berkala, di mana kutub magnet Utara dan Selatan Bumi membalik polaritas, dan itu bisa berlangsung selama beberapa ribu tahun sebelum kembali ke intensitas pelindung yang stabil.
Dengan medan geomagnetik yang melemah, peningkatan radiasi matahari dapat merusak elektronik — mulai dari alat pacu jantung individu hingga seluruh jaringan listrik — dan dapat menyebabkan mutasi genetik. Pembalikan juga dapat memengaruhi navigasi hewan yang menggunakan medan magnet Bumi sebagai kompas internal.
Namun menurut studi MIT baru di Proceedings of the National Academy of Sciences, medan geomagnetik tidak dalam bahaya membalik dalam waktu dekat: Para peneliti menghitung intensitas medan rata-rata Bumi yang stabil selama 5 juta tahun terakhir, dan menemukan bahwa intensitas medan saat ini sekitar dua kali lipat dari rata-rata historis.
Ini menunjukkan bahwa intensitas medan saat ini masih jauh untuk turun sebelum mencapai tingkat yang tidak stabil yang akan mengarah pada pembalikan.
“Itu membuat perbedaan besar, mengetahui apakah bidang saat ini adalah rata-rata jangka panjang atau jauh di atas rata-rata jangka panjang,” kata penulis utama Huapei Wang, postdoc di Departemen Ilmu Bumi, Atmosfer, dan Planet MIT. “Sekarang kami tahu bahwa kami berada jauh di atas zona tidak stabil. Bahkan jika [intensitas lapangan] menurun, kami masih memiliki buffer panjang yang dapat kami andalkan dengan nyaman.”
Flip-flopping melalui sejarah
Bumi telah mengalami beberapa pembalikan geomagnetik selama masa hidupnya, membalikkan polaritasnya secara acak.
“Terkadang Anda tidak akan membalik selama sekitar 40 juta tahun; di lain waktu akan ada 10 putaran dalam 1 juta tahun,” kata Wang. “Rata-rata, durasi antara dua putaran adalah beberapa ratus ribu tahun. Pembalikan terakhir terjadi sekitar 780.000 tahun yang lalu, jadi kita sebenarnya sudah terlambat untuk melakukan pembalikan.”
Tanda yang paling jelas dari pembalikan yang akan datang adalah intensitas medan geomagnetik yang secara signifikan di bawah rata-rata historis jangka panjang – sebuah tanda bahwa planet ini mengarah ke keadaan tidak stabil. Sementara satelit dan observatorium berbasis darat telah membuat pengukuran yang akurat selama 200 tahun terakhir dari intensitas medan saat ini, terdapat perkiraan yang kurang dapat diandalkan selama beberapa juta tahun terakhir.
Wang dan rekan-rekannya, dari Universitas Rutgers dan Prancis, berupaya mengukur medan paleomagnetik Bumi menggunakan batuan purba yang meletus dari gunung berapi di Kepulauan Galapagos — lokasi yang ideal, karena rangkaian pulau tersebut berada di garis katulistiwa. Karena medan magnet Bumi, dalam konfigurasi stabilnya, adalah dipol, intensitas medan harus sama di kedua kutub, dan setengah dari intensitas di ekuator.
Wang beralasan bahwa mengetahui intensitas medan paleomagnetik di khatulistiwa dan kutub akan memberikan perkiraan yang akurat tentang intensitas sejarah rata-rata planet ini.
Batuan dari dipol
Wang memperoleh sampel lava vulkanik kuno dari Galapagos, sementara rekan-rekannya dari Scripps Institution of Oceanography di University of California di San Diego menggali batuan berumur serupa dari Antartika. Batuan vulkanik semacam itu menyimpan informasi tentang intensitas medan geomagnetik pada saat mereka mendingin.
Kedua tim membawa sampel kembali ke laboratorium masing-masing, dan mengukur magnetisasi remanen alami batuan, atau orientasi partikel feromagnetik. Mereka kemudian memanaskan bebatuan, dan mendinginkannya di hadapan medan magnet yang diketahui, mengukur magnetisasi bebatuan setelah pendinginan.
Magnetisasi remanen batuan sebanding dengan medan magnet di mana ia didinginkan. Oleh karena itu, dengan menggunakan data dari eksperimen mereka, para peneliti dapat menghitung distribusi puncak intensitas medan geomagnet kuno, baik di ekuator – sekitar 15 mikrotesla – maupun di kutub – sekitar 30 mikrotesla. Intensitas lapangan hari ini di lokasi yang sama masing-masing sekitar 30 mikrotesla dan 60 mikrotesla — menggandakan nilai historis jangka panjang.
“Itu berarti nilai hari ini sangat tinggi, dan bahkan jika turun, itu turun ke rata-rata jangka panjang, bukan dari rata-rata ke nol,” kata Wang.
Jauh dari nol
Jadi mengapa para ilmuwan berasumsi bahwa medan geomagnetik bumi turun drastis? Ternyata asumsi ini didasarkan pada data sejarah yang cacat, kata Wang.
Para ilmuwan memperkirakan intensitas paleomagnetik di berbagai garis lintang di sekitar Bumi, tetapi Wang’s adalah data pertama dari wilayah khatulistiwa. Namun, Wang menemukan bahwa para ilmuwan salah menafsirkan bagaimana batu merekam medan magnetnya, yang menyebabkan perkiraan intensitas paleomagnetik yang tidak akurat. Secara khusus, para ilmuwan mengasumsikan bahwa ketika butiran batuan feromagnetik individu mendingin, putaran elektron tidak berpasangan mereka mengasumsikan orientasi yang seragam, yang mencerminkan intensitas medan magnet.
Namun, efek ini hanya berlaku sampai ukuran tertentu. Dalam butiran yang lebih besar, spin elektron tak berpasangan mengasumsikan berbagai orientasi dalam domain butiran yang berbeda, sehingga memperumit gambaran intensitas medan.
Wang mengembangkan metode untuk mengoreksi efek multidomain tersebut, dan menerapkan metode tersebut pada lava Galapagos miliknya. Hasilnya, katanya, lebih dapat diandalkan daripada perkiraan bidang paleomagnetik sebelumnya.
Adapun kapan Bumi mungkin mengalami flip berikutnya, Wang mengatakan jawabannya masih belum jelas.
“Yang bisa saya katakan adalah, jika Anda mempertahankan tingkat penurunan konstan saat ini, dibutuhkan 1.000 tahun lagi agar lapangan turun ke rata-rata jangka panjangnya,” kata Wang. “Dari situ, intensitas lapangan bisa naik lagi. Benar-benar tidak ada cara untuk memprediksi apa yang akan terjadi setelah itu, mengingat sifat acak dari proses magnetohidrodinamik geodinamo.”
Karena temuan menunjukkan bahwa intensitas medan saat ini sangat tinggi, John Tarduno, seorang profesor geofisika di University of Rochester, mengatakan para ilmuwan harus mempertimbangkan kembali kekuatan yang memengaruhi medan geomagnetik Bumi.
“Mereka berbicara tentang perubahan dalam rentang waktu yang jauh lebih singkat – satu juta tahun atau kurang – dan perubahan besar dalam komponen dipol medan magnet,” kata Tarduno. “Itu sebenarnya ide yang menantang. Kalau benar, itu benar-benar membuat kita harus berp
ikir berbeda tentang dinamo dan bagaimana sebenarnya perubahan itu bisa terjadi.”
Publikasi : Huapei Wang, et al., “Bidang paleomagnetik rata-rata aksial dipolar yang lebih lemah berdasarkan paleointensitas terkoreksi multidomain dari lava Galapagos, PNAS, 2015; doi: 10.1073/pnas.1505450112
