Berputar-putar di sekitar inti bagian dalam planet kita, lebih dari 1.800 mil di bawah permukaan, besi cair panas menghasilkan medan magnet yang membentang di luar atmosfer. Bidang ini memberi kita segala sesuatu dari arah kompas hingga perlindungan dari sinar kosmik, jadi tidak mengherankan bahwa para ilmuwan khawatir awal tahun ini ketika mereka memperhatikan bahwa kutub magnet utara dengan cepat melayang ke arah Siberia. Sementara ahli geofisika bergegas untuk merilis model medan magnet Bumi yang diperbarui sebelum jadwal lima tahun, kutub yang bermigrasi mengajukan pertanyaan mendesak: Apakah medan magnet Bumi bersiap untuk membalik?
Keadaan magnet dunia kita terus berubah, dengan kutub utara dan selatan yang magnetis berkeliaran beberapa derajat setiap abad. Kadang-kadang medan magnet mengalami pembalikan polaritas lengkap, menyebabkan kutub utara dan selatan magnetik untuk berpindah tempat, meskipun tidak ada yang tahu persis apa yang menyebabkan halangan ini. (Faktanya, kutub utara planet ini adalah kutub selatan yang magnetis saat ini, tetapi masih disebut sebagai "utara magnetik" yang berhubungan dengan pengukuran geografis kita.)
Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan hari ini di Science Advances, para peneliti melaporkan perkiraan waktu baru dari pembalikan polaritas terakhir, bernama pembalikan Brunhes-Matuyama, yang terjadi sekitar 780.000 tahun yang lalu. Dengan menggunakan kombinasi sampel lava, sedimen laut dan inti es, mereka dapat melacak perkembangan pembalikan ini dan menunjukkan bahwa polanya lebih panjang dan lebih kompleks daripada yang disarankan oleh model sebelumnya. Temuan ini dapat memungkinkan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana lingkungan magnetik planet kita berkembang dan mudah-mudahan memandu prediksi untuk gangguan besar berikutnya.
"[Pembalikan polaritas] adalah salah satu dari beberapa fenomena geofisika yang benar-benar global, " kata Brad Singer, profesor geosains di University of Wisconsin-Madison dan penulis utama penelitian ini. “Ini adalah proses yang dimulai di bagian terdalam Bumi, tetapi itu memanifestasikan dirinya dalam batuan di seluruh permukaan planet dan efek atmosfer dengan cara yang sangat penting. ... Jika kita dapat menetapkan kronologi untuk waktu pembalikan, kita memiliki penanda yang dapat kita gunakan untuk menentukan tanggal batuan di seluruh planet ini dan mengetahui titik waktu umum di seluruh bumi. "
Generasi medan magnet bumi dimulai dari pusatnya. Panas dari inti bagian dalam yang dihasilkan oleh peluruhan radioaktif menghangatkan zat besi di sekitarnya, membuatnya bersirkulasi seperti pot air di atas kompor. Gerakan fluida, atau konveksi, dari besi menciptakan arus listrik, yang menghasilkan medan magnet. Saat Bumi berputar, medan magnet secara kasar sejajar dengan sumbu rotasi, menciptakan kutub utara dan selatan yang magnetis.
Selama 2, 6 juta tahun terakhir, medan magnet Bumi terbalik 10 kali dan hampir membalik lebih dari 20 kali selama peristiwa yang disebut kunjungan. Beberapa peneliti percaya pembalikan polaritas disebabkan oleh gangguan keseimbangan antara rotasi bumi dan suhu di inti, yang mengubah gerakan cairan besi cair, tetapi proses pastinya tetap menjadi misteri.
Ilustrasi skematis dari garis medan magnet tak kasat mata yang dihasilkan oleh Bumi, direpresentasikan sebagai medan magnet dipol. Pada kenyataannya, perisai magnet kita terjepit lebih dekat ke Bumi di sisi yang menghadap Matahari dan sangat memanjang di sisi malam karena angin matahari. (Peter Reid / NASA) Singer dan rekannya memperoleh estimasi kronologis yang lebih tepat untuk pembalikan polaritas terakhir dengan menggunakan teknik baru untuk menentukan tanggal lava yang mengeras. Lava basaltik, yang meletus sekitar 1.100 derajat Celcius (2.012 derajat Fahrenheit), mengandung magnetit, oksida besi yang elektron terluarnya mengorientasikan diri di sepanjang medan magnet bumi. Ketika lava mendingin hingga 550 derajat Celcius (1022 derajat Fahrenheit), "arah magnetisasi terkunci, secara harfiah dimasukkan ke dalam aliran, " kata Singer. Akibatnya, sejarah medan magnet dicap ke dalam lava padat, yang dapat dibaca oleh Singer dan timnya menggunakan proses khusus untuk mengukur isotop argon dari sampel lava yang membusuk.
Sayangnya untuk ahli geologi (tapi untungnya bagi kita semua), gunung berapi tidak meletus sepanjang waktu, membuat lava menjadi pemelihara catatan terbaik dari evolusi medan magnet. Untuk menjahit tanggal yang hilang, tim peneliti menggabungkan pengukuran baru dari tujuh sumber lava yang berbeda di seluruh dunia dengan catatan masa lalu dari unsur-unsur bermagnet dalam sedimen laut dan inti es Antartika. Tidak seperti lava, lautan memberikan catatan magnetisasi yang terus-menerus, karena butiran-butiran bahan magnetik secara konstan menetap di dasar laut dan sejajar dengan medan planet. "Tapi catatan ini menjadi halus dan berubah bentuk karena pemadatan, dan ada banyak makhluk hidup di dasar laut ... jadi catatannya akan hancur sedikit, " kata Singer.
Es Antartika menawarkan cara ketiga untuk menyelesaikan sejarah medan magnet Bumi, karena mengandung sampel isotop berilium yang terbentuk ketika radiasi kosmik sangat berinteraksi dengan atmosfer atas — tepatnya apa yang terjadi ketika medan magnet melemah selama perjalanan atau pembalikan.
Dengan menggabungkan ketiga sumber ini, para peneliti menyatukan cerita menyeluruh tentang bagaimana medan magnet berevolusi selama pembalikan terakhir. Sementara studi sebelumnya menunjukkan bahwa semua pembalikan melewati tiga fase dalam rentang waktu tidak lebih dari 9.000 tahun, tim Singer menemukan proses pembalikan yang jauh lebih kompleks yang membutuhkan waktu lebih dari 22.000 tahun untuk menyelesaikannya.
“Kita bisa melihat lebih banyak nuansa waxing dan memudarnya kekuatan dan perilaku arah selama periode 22.000 tahun ini daripada sebelumnya, ” kata Singer. "Dan itu tidak cocok dengan pola [tiga fase] ... jadi saya pikir mereka harus kembali ke papan gambar."
Temuan mempertanyakan apakah pembalikan lapangan di masa depan akan menunjukkan seluk-beluk dan durasi yang sama. "Ini adalah makalah penting karena mendokumentasikan data vulkanik baru, dan menyatukan rekaman vulkanik dan sedimen yang berkaitan dengan ketidakstabilan bidang geomagnetik sebelum pembalikan polaritas terakhir, " kata James Channell, ahli geofisika dari University of Florida yang tidak terlibat dalam penelitian baru, dalam email. “Apakah ketidakstabilan pra-pembalikan ini merupakan karakteristik dari semua pembalikan polaritas? Sampai sekarang, tidak ada bukti tentang hal ini dari pembalikan yang lebih tua. "
Rekan penulis studi Rob Coe dan Trevor Duarte yang mengorientasikan inti dari situs aliran lava yang merekam pembalikan polaritas magnetik Matuyama-Brunhes di Taman Nasional Haleakala, Hawaii, pada tahun 2015. (Brad Singer) Bahkan dengan tiga set pengukuran, masih ada beberapa pertanyaan mengenai apakah sejarah yang ditambal bersama memberikan informasi yang cukup tentang berapa lama pembalikan berlangsung dan secara tepat bagaimana keadaan medan saat terjadinya flips tersebut. "Selama tidak ada catatan lengkap yang menunjukkan bukti suksesi kompleks dari peristiwa yang digambarkan oleh penulis, saya tidak yakin bahwa ketidakpastian pada zaman memungkinkan kita untuk membedakan lebih dari dua fase yang berbeda, " kata Jean-Pierre Valet, seorang ahli geofisika dari Institut Fisika Bumi Paris yang tidak terlibat dalam penelitian, dalam email. Valet juga mempertanyakan durasi pembalikan, dengan alasan bahwa ketidakpastian dalam data menunjukkan seluruh proses bisa berkisar antara 13.000 tahun hingga 40.000 tahun — masih lebih lama dari perkiraan sebelumnya.
Mempelajari lebih lanjut tentang proses yang mengarah pada pembalikan polaritas bisa menjadi sangat penting bagi peradaban masa depan, karena medan magnet yang bergeser dapat memiliki efek jangkauan luas di planet ini.
"Ketika medan [magnet] lemah, yang selama pembalikan, medan dipol utama runtuh menjadi sesuatu pada urutan sepuluh persen dari kekuatan normalnya, " kata Singer. Keruntuhan ini dapat menyebabkan masalah bagi kehidupan di Bumi, karena medan magnet menstabilkan molekul ozon, melindungi planet dari radiasi ultraviolet. Singer menunjukkan bahwa karya terbaru menunjukkan manusia modern diadaptasi untuk memiliki gen pelindung setelah Neanderthal menderita radiasi selama perjalanan yang memperburuk medan magnet.
"Sudah dibahas cukup lama apakah pembalikan magnet berdampak pada biota di permukaan bumi, " katanya. “Sebagian besar klaim awal agak tidak masuk akal, karena kronologinya tidak cukup baik untuk mengetahui bahwa penemuan fosil Neanderthal, misalnya, berkorelasi dengan perjalanan. Tapi sekarang kita tahu pengaturan waktu itu jauh lebih baik. "
Selama 200 tahun terakhir atau lebih, medan magnet bumi telah membusuk pada tingkat lima persen setiap abad. Jika pelemahan ini dan migrasi kutub magnet utara baru-baru ini menunjukkan pembalikan medan yang menjulang, itu bisa memiliki implikasi serius untuk teknologi yang bergantung pada satelit, yang mungkin rusak oleh radiasi kosmik. Namun, Singer memperingatkan bahwa pembalikan tidak mungkin terjadi selama beberapa milenium berikutnya.
"Apa yang kita lihat sekarang dengan kutub utara bergerak cepat, itu sebenarnya cukup normal, " kata Singer. “Ada makalah yang diterbitkan di sana berdasarkan catatan yang jauh lebih buruk daripada yang kami kerjakan yang menunjukkan pembalikan bisa terjadi dalam waktu kurang dari masa hidup manusia, dan itu tidak didukung oleh sebagian besar catatan. ... Pembalikan yang sebenarnya, pembalikan akhir, membutuhkan beberapa ribu tahun. "
Itu akan memberi manusia waktu untuk lebih melindungi teknologi dari radiasi dengan pembalikan berikutnya. Sampai saat itu, jangan khawatir jika kompas Anda bergeser satu atau dua derajat.
