Intensitas Medan Paleomagnetik

Variasi-variasi dalam kekuatan medan geomagnetik pada masa beberapa ribu tahun silam dibahas pada bagian 9.4. Metode yang sama dari perbandingan antara remanen alami dan termoremanen laboratorium di banyak batuan, ditandai pada awal pre-Cambrian, sekitar 2700 juta tahun yang lalu.

Karena banyak sebab, seperti keradioaktifan Potassium yang menjadi lebih sering pada awal Pre-Cambrian. Itu menjadi fakta dari suatu penurunan rata-rata kekuatan medan menurut waktu geologi. Kekuatan panas yang dihasilkan 2.5 x 10⁹ tahun yang lalu diperbaiki oleh suatu massa tetap dari potassium di dalam suatu inti  menjadi lebih besar dari sekarang oleh suatu faktor dan karena disipasi ohmik oleh variasi arus inti sebagai kuadrat dari kekuatan medan, saat ini hubungan suatu medan hanya memiliki kekuatan dua kali lipat, yang tidak cukup di luar garis untuk menetapkan satu pengaruh mengingat bahwa hamburan yang lebar dari data di dalam Gambar 9 .20. Tetapi konduksi panas inti yang akan menjadi sama seperti sebuah remote dan daun-daun suatu faktor yang lebih besar untuk perubahan pada konveksi panas. Lebih lanjut, jika konveksi menjadi lebih cepat

Gambar 1.  Plot dari nilai intensitas medan geomagnetik melalui waktu geologi. menggunakan data dari beberapa peneliti (Briden, 1966; P. J.Smith, 1967;Charmichael, 1967; Kobayashi, 1968; McElhinny dan Evans, 1968; Schwarz dan Symons, 1969)

Nilai-nilai diplot dari Bo seperti di Persamaan 8.8. Sejak perubahan intensitas medan sangat cepat, pertimbangan hamburan pada diharapkan pada skala waktu yang luas. Meskipun pernyataan variasi panjang juga dari data ini, kesimpulan yang penting adalah bahwa Bumi mempunyai suatu medan magnetik yang dapat dibandingkan dengan pada keadaan saat ini dengan sejarah sebelumnya. Nilai dari medan saat ini diindikasikan oleh suatu garis putus dan garis utuh yang sama dengan kuadrat terkecil dan tepat untuk semua data: menyatakan bahwa telah ada penurunan secara umum pada rata-rata kekuatan medan.

Kita mengharapkan medan poloid diamati menjadi relatif kuat dari total (toroidal+poloidal) medan di dalam inti. Jadi, Dengan demikian kita harus mencari suatu pengurangan yang substansial berapa lama kemudian di dalam rata-rata pernyataan jangka panjang kekuatan medan. Garis linear di dalam Gambar 9.20 adalah kuadrat terkecil yang tepat untuk semua data. Kita tidak memiliki alasan untuk mengharapkan suatu garis linier yang tepat, tetapi hamburan sedemikian hingga perlakuan lebih canggih dari data itu akan dengan susah dibenarkan. Bagaimanapun, kita dapat menyimpulkan itu, yang dipandang di  skala waktu ini, bukti itu adalah konsisten dengan penurunan secara umum kekuatan medan. Tetapi periode dari medan sangat lemah sekitar 500 juta tahun yang lalu menghilang menjadi sangat panjang dan mungkin termasuk suatu kondisi khusus di dalam bagian dalam bumi pada waktu itu. Jika pengaruh ini dihilangkan, adanya penurunan umum dengan waktu adalah sangat diragukan. 

Penyimpangan Kutub Dan Continental Drift

Ketika kita memperhatikan data paleomagnetik pada skala waktu berjuta-juta tahun kita bisa melihat sedikit perubahan dari apa yang ditafsirkan sebagai bukti dari penyimpangan kutub dan/atau continental drift.  Pada skala  waktu ini variasi sekular secara relatif dirata-ratakan ke luar (dengan jumlah rata-rata batuan yang umurnya mungkin ribuan atau bahkan jutaan tahun) bahkan sering kali mengalami pembalikan, sehingga perbedaan arah hanya pada polarisasi dihilangkan secara ekuivalen. hipotesis dipol yang di berada di sekitar axial (Bagian 9.3) rata-rata kutub paleomagnetik  juga kutub geografi atau rotasi kutub dan mengkondisikian perpindahan kutub bagian kerak bumi dimana ditemukan batuan yang sesuai untuk pengukuran paleomagnetik.  Bukti paleomagnetik untuk continental drift telah mengubah pemikiran geofisikawan dan geologi. Sementara faktanya menjadi sangat luas (Bagian 10.1) dimana ada sedikit keraguan  bahwa itu tidak akan diakui tanpa perkembangan dari paleomagnetik.  Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.9, posisi kutub ditentukan dari batuan yang lebih muda dari 20 juta tahun yang mengumpul disekitar kutub geografis saat ini. awal substansi dari kutub saat ini terlihat hanya pada data dari batuan yang berumur lebih dari sekitar 30 juta tahun (lebih rendah dari jaman tersier atau sebelumnya).

Sejak ada perbedaan antara data dari perbedaan continent, kita harus mempertimbangkan secara terpisah hasil paleomagnetik dari masing-masing dataran yang besar. Istilah "continent" biasanya digunakan untuk daratan bermassa, batasan tidak nyata dimana-mana bersamaan waktu dengan bagian-bagian continent. Suatu plot dari suatu urutan kutub untuk sebuah daerah tertentu telah diartikan kembali koheren selama periode pada  pertanyaan yang diberikan garis kutub untuk suatu daerah (Gambar 9.16). kurva penyimpangan kutub di indikasikan sebagai sebuah pergerakan yang relatif dari kutub dengan tanggapan continent, tanpa adanya indikasi yang nyata dari sebuah perpindahan. orientasi absolut dari kutub di ruang angkasa ditetapkan (kecuali sejauh pengaruh dari efek astronomi, mempertimbangkan pada bab 3 tetapi tidak relevan di sini) dan pergerakan koheren dari semua ciri-ciri bola bumi dengan tanggapan seperti itu kemungkinan terjadi secara mekanika (Goldreich dan Toomre. 1969); ini adalah penyimpangan kutub yang benar. Sebagai alternatif contoh daerah mungkin telah bergerak (mengapung) dengan bebas dari bumi,  jadi garis kutub nyata adalah pembalikan sederhana dari pergerakan dari suatu daerah. Penyimpangan dari suatu kutub dan continental drift atau setiap kombinasi tidak dibedakan. meskipun kejadian nyata dari penyimpangan kutub sekarang diragukan (Jurdy dan Van der Voo, 1975).

Gambar 1.  Phanerozoik (Cambrian hingga waktu sekarang) garis kutub untuk Amerika bagian Utara, dengan dua data untuk Greenland. Berdasarkan pada plot oleh McElhinny (1973) dikoreksi oleh Ordovician oleh McElhinny dan Opdyke (1973).

Ketika kita membandingkan fakta-fakta garis kutub pada daerah yang berbeda untuk continental drift, diakibatkanmunculnyapenyimpangan kutub. Blok-blok continental pertama dibandingkan dengan Eropa bagian Barat dan Amerika bagian Utara dan perbandingan diperbaharui dari penyimpangan garis kutub yang nyata untuk daerah ini diperbaharui pada Gambar 9.17.  dua kurva dapat di rekonsiliasi dengan medan dipol hanya oleh perkiraan dua daerah yang bersebelahan 200 juta tahun yang lalu dan sudah mengapung terpisah sejak itu. Yang lebih dramatis adalah drift yang relatif dari continent bagian selatan, yang ada sejak Gondwanaland sampai sekitar 150 juta tahun yang lalu, sebelum mengapung terpisah. Gambar 9.18 menunjukkan kejadian kutub dari periode Cambrian sampai Mesozoik untuk suatu rekonstruksi Gondwanaland.  McElhinny (1973) sudah meninjau bukti paleomagnetik untuk disposisi continent selama waktu Phanerozoik (sejak permulaan periode cambriann) dan menyimpulkan bahwa selama Waktu Silurian Gondwanaland bergabung dengan blok sebelumnya secara independen yang sekarang dikenal sebagai Eropa dan Amerika bagian Utara, Blok-blok yang berisikan Siberia yang bukan bagian dari Pangaea, tetapi ditabrak dengan Eropa pada waktu hancurnya Pangaea. Pre-Cambrian drift sedikit di dokumentasikan. tetapi muncul pemisahan dan penggabungan dengan berbagai cara mengukuran blok continental yang merupakan proses berulang (McElhinny dan Briden. 1971; Spall. 1972).

Kecuali jika kita mengambil posisi ekstrim yang tidak mungkin dari hipotesis dipol di sekitar axial adalah tidak sesuai dan bahwa medan geomagnetik telah menjadidipolar hanya untuk 20 juta tahun yang lalu dengan masing-masing daerah mempunyai satu medan tersendiri sebelumnya. Continental drift adalah satu kesimpulan yang tak terelakkan dari paleomagnetik. Untuk tujuan ini tidak diperlukan medan di sekitar axial. Tetapi hanya dipolar yang sederhana. Bukti bahwa kenyataannya di sekitar axial diperoleh dengan membandingkan data paleoklimatik dan paleomagnetik. Yang merupakan kumpulan komponen-komponen dari Gondwanaland di sekitar daerah kutub selatan. seperti yang ditandai oleh deviasi sudut utara-selatan ketinggian paleomagnetic dari continent bagian selatan, sesuai dengan luas glasiasi daerah tersebut pada massa Permian dan Carboniferous.

Gambar 2.Perbandingan dari lintasan-lintasan polar wander untuk Eropa (bentuk kotak) dan Amerika Utara (lingkaran-lingkaran). Yang diperbaharui. oleh ijin dari McElhinny (1973). 

Hubungan umum dari indikator paleoklimatik dengan paleomagnetik dipisahkan oleh garis lintang yang keduanya diharapkan maupun ditemukan (Briden dan Irving, 1964). Pengaruh yang paling mencolok adalah adanya kenaikan glaciasi dari tudung kutub zaman es, yang sekarang dihubungkan dengan indikator lain, terutama identifikasi jenis yang dominan dari pohon-pohon dari serbuk sari fosil dan estimasi dari suhu air laut dari rasio isotop oksigen di dalam cangkang-cangkang zat kapur (Emiliani dan Shackleton, 1974). Perubahan-perubahan ini disebabkan oleh keadaan yang tidak jelas, meski beberapa usul mempunyai bukti yang kuat. Bryson (1974) telah meninjau medan.

Suatu saran bahwa kenaikan iklim global berubah dari suatu superposisi dari beberapa periode astronomi antara 10⁴-10⁵ tahun, berdasarkan presisi dari superposisi bumi pada orbit elipsnya seperti interaksi gravitasi planet, mula-mula dikemukakan oleh M. Milakovitch. Meski insolasi rata-rata tahunan atau tenaga radiasi surya yang menimpa Bumi konstan, perkirakannya adalah bahwa ketidaksamaan massa lahan antara ketidakseimbangan belahan bumi adalah tanggapan dari Bumi kepada variasi tahunan pada insolasi. Emiliani dan Shackleton (1974) mengemukakan bahwa siklus perubahan suhu yang mereka temukan konsisten dengan  siklus Milankovitch.

Gambar 3. Glaciation continent-continent selatan selama Carboniferous. Panah-panah menandai adanya arah pergerakan es. Yang diperbaharui, oleh ijin dari Holmes (1965). 

Tetapi alternatif pendapat yang terakhir yang lebih meyakinkan. Jika keseksamaan kita mengharapkan hasil zaman es menjadi pergeseran fase pada kebalikan hemisphare. Sedangkan observasi-observasi mengindikasikan bahwa mereka disamakan (Mercer, 1972). Opik (1967) mengabaikan variasi-variasi orbital yang tidak cukup penting dalam perhitungan kasar, variasi-variasi yang lebih panjang di dalam iklim dan bahkan meragukan efektivitas mereka di dalam pembentukan glacial jangka pendek, mendukung satu keseragaman intrinsik matahari, seperti ketika keseragaman  antar bintang disapu ke dalam matahari dalam suatu  pergerakan galaksi. Variasi-variasi istilah yang lebih pendek muncul untuk dihubungkan dengan injeksi debu vulkanis ke dalam stratosfer (Lamb, 1970; Schofield, 1970) sebagai akibat meningkatnya pantulan cahaya matahari dari bumi.

Hal ini menjelaskan tentang pendinginan yang sangat mendadak. Bukti hubungan antara pembalikan geomagnetik dan pendinginan dijelaskan di Bagian 9.4. Tetapi semua  efek ini bersifat cepat bila dibandingkan dengan penghanyutan continent dan menunjukkan kebisingan frekuensi tinggi bila dibandingkan antara kutub-kutub dengan paleoklimat-paleoklimat. 

Pembalikkan Medan Geomagnetik

Urutan specimen dari formasi geologi  tunggal, adalah rangkaian aliran lava atau lapisan sedimen, yang mengalami peningkatan umur geologi, sering digunakan untuk mengulangi pertukaran-pertukaran polarisasi magnetis. Penjelasan yang nyata bahwa medan geomagnetik mengalami pembalikan berulang dikenal dalam awal sejarah dari paleomagnetis, tetapi ada keraguan dari penemuan lava Mt. Haruna, Jepang, yang diperoleh laboratorium TRM dalam beberapa hal yang berlawanan pada medan di mana lava terdinginkan (Nagata et aI., 1952). Ini menjadi penting untuk mengetahui bagaimana kemungkinan mekanisme pembalikan sendiri untuk mengetahuinya dilakuan secara teoritis dengan mekanisme-mekanisme yang mungkin diperoleh oleh Neel (1955). Stacey dan Banerjee (1974) menyimpulkan bahwa pembalikan medan magnetik hanya terjadi secara alami, tentu saja terjadi mekanisme pembalikan sendiri yang penting adalah proses pengulangan ion-ion di dalam larutan padat hematit (Fe₂O₃) dan ilmenit (FeTiO₃). Ishikawa dan Syono (1963) menemukan bahwa pembalikkan thermoremance adalah suatu fitur dari suatu keadaan secara parsial yang keduanya memiliki suhu tinggi dan kesetimbangan suhu rendah. keadaan thermoremanence normal. Jadi; Dengan demikian kekuatan pembalikan kemagnetan adalah suatu fungsi dari kedua komposisi dan laju pendinginan. pembalikan dari suatu negatif (antiferomagnetik) menggabungkan antara ion-ion dan itu sesuai untuk keadaan model sederhana dari dua interaksi (A dan B) subkisi atomik, yang menjaga orientasinya dari magnetisasi spontan hingga selama proses pertukaran, tetapi satu magnetik yang penting yang pada awalnya lemah menjadi lebih kuat selama proses pembagian kembali ion. Ini membalikkan magnetisasi spontan kisi dan sebagai konsekwensi juga remanen.

Pembalikan Sendiri, kemungkinan dari kasus lain susah untuk diamati di dalam laboratorium. Tetapi penting pada skala waktu geologi, mengharuskan suatu penilaian yang seksama dari bukti untuk pembalikan dari medan  geomagnetik. Ada empat macam dasar pembalikan :

1. Adanya suatu hubungan antara pembalikan yang diamati dalam perbedaan continent dan perbedaan tipe batuan. Baik batuan beku maupun batuan sedimen.
2. Sedimen yang dipanasi oleh lapisan batuan beku yang kemudian telah mendapatkan TRM dengan polaritas yang sama seperti batuan beku dalam semua kasus, dengan mengabaikan polarisasi remanen di dalam sedimen yang tidak terpanasi. Jika faktanya kira-kira 50% dari batuan magnetis stabil ditemukan untuk pembalikkan yang dijelaskan dengan menggunakan istilah pembalikan sendiri. Kemudian diharapkan 50% dari kontak-kontak yang dipanasi untuk tidak setuju dengan penggangguan polarisasi batuan.
3. Proses yang nyata dari pembalikan telah dilakukan baik dalam urutan lava-lava dan di dalam sedimen bawah samudra.
   

Gambar 1.  Peristiwa polarisasi magnetis dari suatu batuan intrusi dan sedimen yang dipanasi (dimagnetisasi kembali) secara paksa adalah bukti dari adanya pembalikan medan. Pembalikan polarisasi ditandai oleh pembalikan sendiri. Suatu studi secara statistik mengenai baked contact dilakukan oleh Wilson (1962). seperti di Table 9.1, menampilkan bukti pemaksaan pembalikan medan.

Tabel 9.10 Polaritas/polarisasi Paleomagnetic batuan beku gunung berapi dan kontak-kontak yang dibakar.

* Analisis oleh Wilson (1962) sudah diperluas oleh peneliti yang selanjutnya. Angka-angka di sini adalah dari McElhinny ( 1973). (N =normal, R=reserved/yang dibalikkan, I=intermediate/transisi)

dimana intensitas medan nampak berkurang secara tajam dalam jangka pendek selama suatu proses pembalikan. Ini biasanya diambil untuk menyiratkan bahwa medan dipol lenyap dan muncul kembali dengan pembalikan polarisasi tetapi bahwa medan nondipol tetap berlaku perpindahan. Bagaimanapun, beberapa peneliti sudah mengusulkan bahwa dipol katulistiwa dengan suatu orientasi juga tetap berlaku.

1. Pola-pola dari anomali-anomali magnetis yang mengapit ocean ridges (magnetic stipes) bersifat konsisten dengan penyebaran lantai samudra yang berkelanjutan  dari Ridges dengan polarisasi lantai samudra basaltik bertukar-tukar dengan umur (yang tingkatkannya menuju keluar) dengan menentukan perbedaan keduanya dari umur batuan beku sedimen samudra.

Kekuatan dari observasi ini adalah adanya fakta-fakta nyata yang berarti, perbedaan sistematis dalam kimia atau keadaan oksidasi antara lava pembalikkan dan lava normal yang bersebelahan, telah dilaporkan oleh beberapa peneliti-peneliti (seperti, Ade-Hall dan Wilson. 1963; Wilson dan Watkins, 1967) tetapi bukan oleh yang lain (Larson dan Strangway, 1966; Ade-Hall dan Watkins, 1970), diakui sebagai paradoks tetapi bukan melemahkan hipotesis medan pembalikan. Angka pada Table diatas menunjukan perkiraan statistik secara kasar dari kemungkinan pembalikan sendiri. Tabel mengindikasikan tiga kasus dari polarisasi opposite lebih dari 157, yaitu sekitar 2% atau satu sama lain terdapat perbedaan meliputi dua batuan, nilai pembalikan sendiri adalah sekitar 1% (see Problem 9.2 Appendix J). Ini masuk akal. Juga nilai arah intermediet adalah sekitar 2% dari total dan jika kita mengira bahwa pembalikan terjadi rata-rata setiap 10⁵ tahun, lalu proses pembalikan didapat sekitar 2000 tahun, yang sesuai dengan pengeluaran sedimendari inti.

Pola yang terperinci dari pembalikan sudah menjadi suatu subyek pertimbangan yang penting untuk hubungan stratigraphic, terutama perbedaan umur relatif dari perekaman kejadian di dalam sedimen samudra, dan untuk memperkirakan rata-rata penyebaran lantai samudra dari kenaikan continent. Penanggalan Potassium-argon pada batuan beku dibuat dalam skala waktu mutlak dari pembalikan untuk 5 juta tahun yang lalu, periode alami yang dipelajari dengan sangat intesif. Kesaksamaan penanggalan tidak mencukupi untuk mengidentifikasi kejadian tertentu dari berbagai zaman yang umurnya lebih besar tetapi urutan polarisasi sudah diperluas oleh inti sedimen yang lama (foster dan Opdyke, 1970) dan dsimpulkan dari pola anomali magnetis samudra (Gambar 9.14) sejak 80 milyar tahun yang lalu atau lebih. McElhinny (1971) telah mempelajari variasi frekuensi pembalikan lebih dari 500 juta tahun. Tetapi tidak ada bukti yang nyata.

Gambar 2. Rincian petunjuk dari paleomagnetik yang melewati pembalikan geomagnetik. Didapatkan oleh Van Zijl, Graham, dan Hales (1962) dibuat ulang dari penggambaran ulang dari gambar Irving (1964). Pengukuran itu dilakukan pada batuan dari dua tempat, ditandai oleh garis titik yang berkelanjutan, dari satu deret yang luas dari lava yang rata.

Variasi Sekuler dan Hipotesa Sumbu Dipol

Magnetisasi termoremanen dapat diukur dengan tekhnik paleomagnetik dengan pengukuran yang tidak merusak material, pengukuran seperti ini terdapat sebuah cabang  khusus dalam paleomagnetik yang dikenal dengan arkeomagnetik.

Intensitas medan magnetik yang terukur di atas permukaan bumi senantiasa mengalami perubahan terhadap waktu. Perubahan medan magnetik ini dapat terjadi dalam waktu yang relatif singkat ataupun lama. Berdasarkan faktor-faktor penyebabnya perubahan medan magnetik bumi dapat terjadi antara lain:

1.        Variasi sekuler

Variasi sekuler adalah variasi medan buli yang berasal dari variasi medan magnetik utama bumi, sebagai akibat dari perubahan posisi kutub magnetik bumi. Pengaruh variasi sekur telah diantisipasi dengan cara memperbarui dan menetapkan intensitas medan magnetik utama bumi yang dikenal dengan IGRE setiap lima tahun sekali.

2.        Variasi harian

Variasi harian adalah variasi medan magnetik bumi yang sebagian besar bersumber dari medan magnet luar. Medan magnet luar berasal dari perputaran arus listrik di dalam lapisan ionosfer yang bersumber dari partikel-partikel terionisasi oleh radiasi matahari sehingga menghasilkan fluktasi arus yang dapat menjadi sumber medan magnet. Jangkauan variasi ini hingga mencapai 30 gamma dengan perioda 24 jam. Selain itu juga terdapat variasi yang amplitudonya berkisar 2 gamma dengan perioda 25 jam. Variasi ini diasosiasikan dengan interaksi ionosfer bulan yang dikenal dengan variasi harian bulan (Telford, 1976).

3.    Badai Magnetik

Badai magnetik  adalah gangguan yang bersifat sementara dalam medan magnetik bumi dengan magnetik sekitar 1000 gamma. Faktor penyebabnya diasosiasikan dengan aurora. Meskipun periodanya acak tetapi kejadian ini sering muncul dalam interval sekitar 27 hari, yaitu suatu periode yang berhubungan dengan aktivitas sunspot (Telford, 1976). Badai magnetik secara langsung dapat mengacaukan hasil pengamatan.

Gambar 1. Variasi sekuler inklinasi dan deklinasi magnetik di London

Gambar 2. kombinasi data dari gambar sebelumnya dan beberapa data terakhir yang memperlihatkan jalur variasi sekuler empat abad terakhir 

Kutub Paleomagnetik

Hasil paleomagnetik biasanya dinyatakan dalam posisi kutub. Posisi kutub ini dapat disimpulkan dari pengukuran pada batuan berupa koordinat sumbu dari medan hipotesis dipole yang menghasilkan medan lokal sejajar dari batuan dengan pengukuran langsung dari natural remanence

Hipotesa Sumbu Dipole (dua kutub)

Garis gaya magnet pada medan Axial dipole  simetris terhadap sumbu rotasi bumi  sehingga elemen – elemen medan tidak tergantung terhadap bujur.

 Gambar 3. Posisi kutub dari batuan beku lebih dari 20 juta tahun yang lalu

 

KEMAGNETAN BATUAN DAN PALEOMAGTISME

Pendahuluan

Paleomagnetik merupakan studi tentang rekaman medan magnetik bumi dalam batuan. Mineral-mineral tertentu dalam batuan menunjukkan rekaman arah dan intensitas medan magnet pada waktu terbentuknya batuan. Jika magnetik ini berasal dari waktu terbentuknya batuan, pengukuran arah dapat diugunakan untuk menentukan garis lintang dimana batuan dibbentuk. Jika garis lintangnya berbeda dengan garis lintang berikutnya dimana batuan ditemukan, maka bukti yang sangat kuat ini telah mendukung bahwa batuan dapat bergerak melintasi permukaan bumi. Selain itu, jika hal ini dapat ditunjukkan dengan pola pergerakan yang berbeda dari sebelumnya dari batuan pada umur yang sama dan benua yang berbeda, maka pergerakan relatif seharusnya terjadi diantara batuan tersebut. Dalam hal ini pengukuran paleomagnetik menunjukkan bahwa apungan benua terjadi, dan memberikan perkiraan kuantitatif pertama dari pergerakan benua relatif (Kearey, philip.et.all, 2008).

Sifat Magnetik Batuan dan Mineral

Suatu bahan yang bersifat magnetik berada dalam pengaruh kuat medan magnet luar, maka bahan tersebut akan termagnetisasi. Besarnya magnetisasi ini sebanding dengan momen magnetik tiap volume. Magnetisasi yang dihasilkan sebanding dengan kuat medan yang mempengaruhinya dan bergantung pada nilai suseptibilitas magnetik medium tersebut. Suseptibilitas merupakan harga magnet suatu bahan terhadap pengaruh magnet, yang pada umunya erat kaitannya dengan kandungan mineral dan oksida besi. Semakin besar kandungan mineral magnetik di dalam batuan, akan semakin besar harga suseptibilitasnya

Sifat magnetik batuan dipengaruhi oleh kandungan mineral dan atom-atom penyusun batuan tersebut. Proses magnetisasi batuan beku terjadi pada saat batuan beku mengalami pendinginan dan melewati temperatur Curie. Pada umumnya bersumber dari medan amgnet bumi, namun pada beberapa kasus bersumber dari batuan sekitarnya.

Sifat magnetik material pembentuk batuan-batuan dapat dibagi menjadi :

1.        Diamagnetik

Dalam batuan diamagnetik atom-atom pembentuk batuan mempunyai kulit elektron berpasangan dan mempunyai spin yang berlawanan dalam tiap pasangannya. Jika mendapat medan magnet dari luar orbit, elektron tersebut akan berpresesi yang menghasilkan medan magnet lemah yang melawan medan magnet luar tadi mempunyai suseptibilitas negatif dan kecil, dan suseptibilitasnya tidak tergantung pada medan magnet luar. Contoh : bismuth, gypsun, grafit, marmer, kuarsa, garam.

2.        Paramagnetik

Di dalam paramagnetik terdapat kulit elektron terluar yang belum jenuh yakni ada elektron yang spinnya tidak berpasangan dan mengarah pada arah spin yang sama. Jika terdapat medan magnetik luar, spin tersebut berpresesi menghasilkan medan magnet yang mengarah searah dengan medan tersebut sehingga memperkuatnya. Akan tetapi momen magnetik yang terbentuk terorientasi acak oleh agitasi termal, oleh karena itu bahan tersebut dapat dikatakan mempunyai sifat suseptibilitas positif dan sedikit lebih besar dari satu serta suseptibilitasnya bergantung pada temperatur. Contoh : piroksen, olivin, biotit, dll.

3.        Ferromagnetik

Terdapat banyak kulit elektron yang hanya diisi oleh suatu elektron sehingga mudah terinduksi oleh medan luar. Keadaan ini diperkuat lagi oleh adanya kelompok-kelompok bahan berspin searah yang membentuk dipol-dipol magnet (domain) mempunyai arah sama, apalagi jika di dalam medan magnet luar. Ferromagnetik bersifat suseptibilitasnya positif dan jauh lebih besar dari satu serta bergantung pada temperatur. Contoh : besi, nikel, kobalt.

4.        Antiferromagnetik

Pada bahan antiferromagnetik domain-domain tadi menghasilkan dipol magnetik yang saling berlawanan arah sehingga momen magnetik secara keseluruhan sangat kecil. Bahan antiferromagnetik yang mengalami cacat kristal akan mengalami medan magnet kecil dan suseptibilitasnya seperti pada bahan paramagnetik. Sehingga suseptibilitasnya seperti paramagnetik, tetapi harganya naik sampai dengan titik Curie kemudian turun lagi menurut hukum Curie-Weiss. Contoh : hematite.

5.        Ferrimagnetik

Pada bahan ferrimagnetik domain-domain tadi juga saling antiparalel tetapi jumlah dipol pada masing-masing arah tidak sama sehingga masih mempunyai resultan magnetisasi cukup besar. Suseptibilitasnya tinggi dan tergantung temperatur. Contoh : magnetit, ilmenit, pirhotit.

Gambar 1. Klarifikasi unsur atas sifat magnetiknya

Gambar 2. Tipe magnetisasi pada batuan.

Modulasi orbital dari insolasi dan variabilitas matahari (Orbital modulation of insolation and solar variability)

   Observasi satelit yang presisi dari kilau cahaya matahari sekarang ini telah berkembang lebih dari dua siklus 11-tahunan dari jumlah sunspots (bintik matahari). Wilson dan Hudson (1991) tampaknya menjadi orang pertama yang menunjukkan bahwa nilai variasinya adalah sekitar 0,15%, dengan maxima yang bertepatan dengan sunspot maxima.Meskipun rekamannya pendek, kita memiliki bukti independen bahwa sunspot berkorelasi dengan, dan dapat digunakan senagai indicator dari output matahari. Aktivitas minimum dari Maunder (1645-1715), ketika sunspot tidak terlihat secara virtual selama 70 tahun, bertepatan dengan “zaman es kecil” dari menurunnya suhu global, dan kami mencatat laporan Zhang et al. (1994) tentang terkorelasinya luminositas dan aktivitas magnetik dari sepuluh jenis bintang matahari. Meskipun laporan yang jelas dari siklus 11-tahun pada suhu global masih kurang, variabilitas dari matahari harus diizinkan sebagai contributor penting untuk perubahan iklim, mungkin termasuk salah satu yang paling penting, meskipun tidak dapat dimengerti.Efek peningkatan rumah kaca dari karbon dioksida dan gas lainnya harus terlihat berlawanan dengan latar belakang efek alami.

   Seperti yang telah disebutkan dalam pembukaan, orbit bumi di sekitar matahari adalah eksentrik (), memberikan rasio perihelion (terdekat) ke aphelion (paling jauh) jaraknya adalah 0.96709.Intensitas radiasi yang diterima oleh bumi bervariasi berbanding terbalik dengan kuadrat dari factor ini, menjadi lebih kuat pada 4 Januari dibandingkan dengan enam bulan kemudian oleh factor 1.069. Jika kita membuat asumsi sederhana bahwa bumi berperilaku sebagai tubuh hitam yang memancarkan radiasi, memancarkan energy proporsional pada , variasi pada insolasi akan berimplikasi pada osilasi suhu rata-rata global pada 4.6 K. Efek sebesar ini akan sangat jelas, tetapi, selain dari mekanisme umpan balik atmosfer, hal itu dikurangi dan dikaburkan oleh asimetri benua dan lautan, dengan daerah samudra yang jauh lebih besar di selatan. Konsekuensinya termasuk terbentuknay mendung yang lebih besar disana, tetapi keadaan ini tidak permanen.Sumbu rotasi bumi berpresisi (section 7.2) dan penjajaran dari hemisfer dengan simpangan insolasi maksimum.Ini adalah salah satu aspek dari Siklus Milankovitch, yang didiskusikan dibawah.

   Anehnya, salah satu siklus astronomi yang paling lemah memiliki efek yang telah teramati.Ini adalah modulasi lunar dari suhu troposfer (kira-kira paling rendah 6 km dari atmosfer) seperti yang terlihat oleh pengukuran satelit termal radiasi gelombang mikro dari molekul oksigen. Bumi dan bulan mengorbit matahari bersama-sama dan itu adalah pusat massa dari kombinasi yang mengikuti orbit elips disekeliling matahari. Pusat massa bersama adalah sebuah titik dalam bumi 4671 km dari pusat (dengan asumsi bulan berada pada jarak rata-rata,  km). Dengan demikian, ada osilasi bulanan di jarak Bumi-Matahari sebesar km, variasi dari 6.2 bagian di  meneyebabkan osilasi bulanan pada insolasi dari . Ada juga kontribusi oleh cahaya bulan, dimana yang terkuat pada saat bulan penuh/bulan purnama, ketika bumi berada paling dekat dengan matahari, dan sebagainya untuk memeperkuat variasi.Untuk tujuan ini kita dapat mengasumsikan albedo (reflektifitas) dari bulan menjadi suatu kesatuan karena radiasi yang diserap kembali terpancar di infra merah dan terpotong oleh bumi. (sebagian besar radiasi infra merah ini dipancarkan dari sisi bulan yang lebih panas yang diterangi oleh matahari) Memungkinkan untuk ukuran bulan dengan sudut yang sedikit lebih kecil dibandingkan dengan matahari, seperti yang terlihat dari bumi, puncak cahaya bulan adalah  dari radiasi matahari. Hal ini membuat variasai bulanan total pada insolasi menjadi .

   Sebuah siklus bulanan dari suhu troposfer diidentifikasi oleh Balling dan Cerveny (1995) pada rekaman dari rekaman dari satelit pemantau radiasi dari molekul oksigen. Rata-rata suhu troposfer global adalah 269 K dan berosilasi sekitar 0.01% dari ini, tetapi tidak memiliki hubungan fase sederhana dengan siklus insolasi. Selama bulan lunar, puncak suhunya mendahului nilai maksimum dalam insolasi (pada bulan penuh) dan ada variasi lintang yang rumit.Pada khatulistiwa, pengaruh yang sangat kecil dapat terlihat.Pada lintang tinggi dan rendah pada kedua hemisfer, variasi suhu mengikuti trend global, tetapi pada pertengahan garis lintang (kira-kira 408 sampai 608), osilasi terbalik. Pola sirkulasi atmosfer bervariasi sedikit dengan cara yang sistematis selama bulan lunar. Meskipun kemungkinan pengaruh pasang surut tidak bisa terpotong secara aman, poros penggerak yang jelas adalah gaya radiasi, tetapi tidak ada penjelasan teoritis. Hal ini berguna untuk dicatat juga bahwa Gordon (1994) menggunakan pengamatan gelombang mikro yang sama untuk menemukan siklus suhu troposfer mingguan, sebesar 0.01 K (lebih hangat pada hari kerja) di hemisfer utara, tetapi tidak di selatan.

   Pembuktian sensivitas dari suhu troposfer  yang sangat kecil pada insolasi tampaknya bertentangan dengan bukti yang terbatas untuk respon iklim untuk eliptisitas dari orbit bumi, yang menggambarkan kompleksitas system iklim. Mekanisme umpan balik atmosfir, diperparah dengan asimetri laut/belahan benua, membuat sulit untuk mengisolasi hubungan sebab-akibat.Ini adalah alasan untuk kepentingan dalam pengamatan satelit gelombang mikro.Periode bulan adalah unik.Tidak ada jalan dari menghubungkan kemunculan periode ini pada suhu troposfer untuk apapun kecuali pegerakan orbit bumi-bulan.Demikian pula, siklus mingguan, membedakan hari kerja dari akhir pecan, tidak memiliki dasarc atronomis atau dasar alami lainnya dan jelas diidentifikasi dengan aktivitas manusia. Pengamatan memberikan bukti penting bahwa respon atmosfer dengan cara yang dipahami baik variasi dalam insolasi dan pemaksaan dari aktivitas manusia. Kita bisa menjaga atmosfer ini dalam ingatan ketika mencoba untuk memahami efek yang lebih kompleks dengan beberapa penyebab.

   Perubahan iklim alam terjadi sepanjang waktu tetapi variasi dengan karakteristik waktu dari beberapa puluhan ribu tahun telah menarik perhatian khusus.Ini adalah skala waktu dari kemajuan besar dan resesi gletser dan lembaran es selama jutaan tahun terakhir atau hingga (periode kuarter). Gagasan bahwa zaman es dibawa oleh pengurangan insolasi yang timbul dari perubahan orbit yang berasal dari tahun 1800-an, terutama dengan karya James Croll, dan diberi landasan teori suara oleh M. Milankovitch pada awal tahun 1940-an. Dengan perbaikan selanjutnya dalam penanggalan Kuarter terhadap peristiwa geologi dan pada perhitungan detail dari pergerakan orbital, hal itu menjadi jelas bahwa siklus astronomi diharapkan oleh teori Milankovitch yang terlihat dalam perubahan iklim yang teramati (Berger, 1988; Berger dan Loutre, 1992). Bahkan ada laporan bukti geologi dari siklus Milankovitch 500 juta thaun lalu (Williams, 1991). Namun, jelas ada factor lain, termasuk perubahan dalam matahari dan mungkin juga sirkulasi laut, tidak semuanya dapat dipahami.

   Presesi Bumi (Bagian 7.2)menyebabkan sumbu rotasi untuk siklus tentangnormal terhadap bidang ekliptika dengan periode25.700 tahun. Jika ini adalah satu-satunya variasimaka dalam waktu setengah dari waktu tersebut Bumi akan terletak pada jarak terdekatdengan Matahari di belahan bumi utara musim panasbukannya musim panas pada belahan bumi selatan,pada masa kini. Tapi orientasi sumbuelips orbit juga berubah dan efeknya kombinasinya adalah periode presesi iklim dari 21000tahun. Hal ini tergantung pada fakta bahwa orbit adalahperubahan elips, tetapi hal ini juga berubah. Eksentrisitasbervariasi dengan jangka waktu sekitar 96.000 tahun, danketika itu sangat kecil, bukti dari presesi iklim menghilang. Parameter orbital penting lainnya adalah kemiringan (inklinasi sumbu rotasi ke normal terhadap bidang orbit),yang memiliki periode 41000-tahun. Semua Efek iniberinteraksi untuk menghasilkan variasi dalam insolasi dengan lintang serta musim dan Bumimerespon dengan cara non- linear, dengan berbagaiAlbedo karena salju dan es yang menutupi. Namun,indikator iklim, seperti isotop oksigenrasio (Bagian 3.9), memberikan bukti yang cukup dari Periode Milankovitch untuk meyakinkan kita bahwa mereka menghitung untuk bagian penting dari variasi iklim.

   Sangat sulit untuk mencirikan variasi orbitalglasiasi ekstrim berkepanjangan yang terjadipada periode Permian dan juga pada akhirPeriode Prakambrium. Kemungkinan besarperubahan isi gas rumah kaca dari atmosfer harus diperbolehkan, tetapi variabilitas matahari juga terlibat. Jika kita mencirikan perubahan utama pada matahari itu sendiri, kita harus membiarkan efek yang lebih rendah memiliki penyebab yang sama dan dengan inibanyak kebebasan untuk menyalahkan matahari, teori kamimenjadi sangat samar-samar. 

SUMBER ENERGI ALTERNATIF DAN VARIASI IKLIM

PENDAHULUAN

Energi merupakan kebutuhan dasar manusia, yang terus meningkat sejalan dengan tingkat kehidupannya. Bahan bakar minyak (BBM) memegang posisi yang sangat dominan dalam pemenuhan kebutuhan energi nasional. Komposisi konsumsi energi nasional saat ini adalah  BBM : 52,50%; Gas : 19,04%; Batubara: 21,52%; Air : 3,73%; Panas Bumi : 3,01%; dan Energi Baru : 0,2%. Kondisi demikian terjadi sebagai akibat dari kebijakan subsidi masa lalu terhadap bahan bakar minyak dalam upaya memacu percepatan pertumbuhan ekonomi.  Suatu kenyataan yang tidak dapat dipungkiri bahwa produksi minyak bumi Indonesia mengalami penurunan akibat adanya penurunan secara alamiah dan semakin menipisnya cadangan. Menurunnya produksi minyak mentah kita dan tingginya harga minyak mentah dunia sangat berpengaruh terhadap kemampuan anggaran pembangunan. Selama ini bahan bakar minyak di Indonesia masih disubsidi oleh negara (melalui APBN), sehingga menjadi beban yang sangat berat bagi pemerintah. Untuk mengurangi beban subsidi tersebut pemerintah berusaha mengurangi ketergantungan kepada energi bahan bakar minyak, dengan mencari dan mengembangkan sumber energi lain yang murah dan mudah didapat.   Harus disadari bahwa saat ini Indonesia telah mengimpor minyak mentah maupun BBM untuk memenuhi kebutuhan konsumsi dalam negeri. Hingga saat ini sumber energi minyak bumi masih menjadi sumber energi utama didalam penggunaannya terutama dalam bidang kelistrikan, industri dan transportasi. Ditengah krisis energi saat ini timbul pemikiran untuk penganekaragaman energi (diversifikasi energi) dengan  mengembangkan sumber energi lain sebagai energi alternatif untuk penyediaan konsumsi energi domestik.  Propinsi Sumatera Utara memiliki beranekaragam sumber daya energi, seperti minyak dan gas bumi, panas bumi (geothermal), batubara, gambut,  energi air, biogas, biomassa, matahari, angin, gelombang laut dan lain lain. Potensi sumber daya energi tersebut tersebar diseluruh daerah Kabupaten dan Kota menurut karekteristik dan kondisi geologinya. Secara umum dalam pemakaian/konsumsi energi di Indonesia masih mengandalkan dan bergantung pada sumber daya energi minyak bumi. Kondisi real menunjukkan bahwa sumber daya energi minyak bumi akan habis dan memiliki keterbatasan baik persediaan dalam bentuk cadangannya. Disisi lain permintaan sumber daya energi tersebut semakin meningkat menyebabkan  harga minyak semakin tinggi sehingga mempunyai potensi pasar ekspor yang tinggi. Seharusnya minyak bumi dapat diandalkan sebagai sumber pemasukan bagi pendapatan negara dan hanya sebagai energi untuk keperluan tertentu yang secara teknologi harus menggunakan bahan bakar minyak. 

Energi listrik sebagai energi sekunder sangat populer digunakan diseluruh sektor kegiatan. PT. Perusahaan Listrik Negara (Persero) sebagai badan usaha milik negara, menyelenggarakan tugas negara melakukan penyediaan dan pelayanan tenaga listrik, dalam membangkitkan tenaga listrik masih banyak menggunakan sumber daya energi minyak bumi. Suatu kondisi bahwa, perkembangan teknologi menunjukkan bahwa hampir seluruh peralatan rumah tangga, perkantoran, perhotelan dan peralatanperalatan lainnya menggunakan energi listrik yang kesemua tersebut bergantung pada bahan bakar minyak. Sementara teknologi konversi energi untuk pembangkit listrik telah banyak ditemukan dengan berbagai skala dan kapasitas seperti energi sumber daya air (PLTA), energi sumber daya nuklir (PLTN), energi sumber daya panas bumi (Geothermal), energi biodisel dan lain sebagainya.   Ketergantungan pemanfaatan kepada minyak bumi ini tidak dapat dibiarkan, karena kebutuhan energi terus meningkat sejalan dengan pertumbuhan jumlah penduduk, meningkatnya industrialisasi dan perkembangan teknologi yang serba canggih dan mutakhir seperti pada saat sekarang ini. Komposisi penggunaan energi yang terlalu bersandar pada bahan bakar minyak harus segera difikirkan dengan jalan menganekaragamkan penggunaan sumber daya energi (diversifikasi energi) yang berbasis pada potensi dan kebutuhan yang ada pada saat ini. Dalam upaya tersebut perlu diketahui besaran penggunaan energi persektor kegiatan, jenis sumber daya energi yang dapat digunakan, jenis pemanfaatan dan penggunaan energi, teknologi penggunaan energi, lokasi/penyebaran kegiatan penggunaan energi.

Pemanfaatan sumber energi baru dan terbarukan perlu dikembangkan mengingat peran dan harga BBM terus meningkat dan melambung tinggi sebagai pengganti untuk penyedia energi yang berkesinambungan. Berbagai cara yang dilakukan untuk mengetahui potensi sumber daya energi yang dapat dikembangkan di Sumatera Utara, salah satunya adalah dengan melakukan pendataan. Berdasarkan data yang diperoleh dapat ditentukan langkah serta strategi dalam pemanfaatan dan pengelolaan seluruh potensi  sumber kekayaan alam terutama sumber daya energi yang ada untuk penyediaan kebutuhan energi pada wilayah tertentu dan jenis kegiatan, sehingga dapat ditetapkan strategi pemanfaatannya. Penganekaragaman penggunaan energi dengan memanfaatkan sumber daya energi setempat, diharapkan dapat mengurangi ketergantungan pada sumber daya energi minyak bumi, sehingga dalam pemanfaatan dan pengelolaan sumber daya energi minyak bumi harus benar-benar kepada yang membutuhkannya terutama yang menjadi skala prioritas.

26.1 Sumber Energi Alternatif dialam

Sumber daya energi adalah sumber energi yang outputnya akan konstan dalam rentang waktu yang lama. Berbagai jenis sumber daya energy alternatif dan penggunaannya dapat dilihat sebagai berikut: 

Pada table 1 dan 2 menjelaskan penggunaan energy rata-rata dari sumber energy primer (terawatts) dan energy listrik dari tahun 2005. Dimana, total kenaikan energy primer secara global yaitu 28% dan energy listrik yaitu 2.9%. 

Perbandingan Presentase Sumber Energy Alternatif

Pada perbandingan presentase sumber energy dibawah ini, menjelaskan bahwa energy yang digunakan di Indonesia yaitu energy primer atau disebut energy terbarukan, dapat dilihat kenaikan sumber energy dari tahun 2003 hingga tahun 2030 mengalami peningkatan. Hal ini disebabkan karena kebutuhan manusia yang melonjak tajam hingga tahun 2030, berikut perbandingan presentase kenaikan sumber energy alternative di alam. 

Pada kurva diatas menunjukkan peningkatan konsumsi energi pertahun sejak tahun 1975 dan prediksi konsumsi energi hingga tahun 2300. Hingga saat ini konsumsi energi pertahun dunia adalah 500 x 10¹⁵ BTU/tahun. Energi ini sebagian besar diperoleh dari minyak bumi, gas alam, dan batubara. Ketiga sumber ini tergolong sumber energi yang tidak dapat diperbaruhi dan tidak terbatas jumlahnnya.

       Gambar diatas merupakan perbandingan presentase sumber energy alternative yang digunakan diberbagai dunia, disini dijelaskan bahwa energy alternative yang digunakan yaitu energy primer atau disebut senergi yang terbarukan, bias dilihat pada gambar tersebut bahwa penggunaaan energy alternative yang dipakai di Indonesia pada Minyak bumi sebesar 0.5%, Gas bumi 1.4% dan Batu bara 3.1 %.

Presentase Energy Fosil di Indonesia

Saat ini sebagian besar energy yang digunakan di Indonesa berasal dari bahan fosil, yaitu bahan bakar minyak, gas, batu bara, tenaga air dan panas bumi. Kerugian penggunaan bahan bakar fosil ini selain merusak lingkungan, juga tidak terbarukan dan tidak berkelanjutan. Bahan bakar fosil semakin habis dan sebentar lagi Indonesia akan menjadi penginpor BBM. Dimana dijelaskan pada gambar dibawah ini, energy primer dari tahun 2006 megalami kenaikan dari tahun ketahu hingga tahun 2025. Disini dijelaskan bahwa, sumber energy yang digunakan di Indonesia adalah energy primer atau energy fosil, tingkat kenaikaan mencapai 17%.

Potensi Geologis Indonesia

Secara geologis, Indonesia memiliki potensi sumber energy alternaif yang dikembangkan dan dikelolah masyarakat. Tujuan penggunaaan energy alternative adalah mengurangi kerisisi energy akibat penggunaan energy yang tidak terbarukan secara terus menerus dan menyebabkan kelangkahan. Perasalahan diindonesia dalam penyediaan energy sebagai berikt:

ü     Produksi minyak bumi dan gas (migas) menurun

ü     Ketersediaan sumber daya energy nasional menurun

ü     Kebutuhan energy listrik yang terus meningkat 

Keuntungan dan Kerugian Energi Alternatif

Adapun keuntungan dan kerugian dari sumber energy alternative antara lain sebagai berikut:

a)        Keuntungan

1.        Energi yang dihasilkan sangat besar.

2.        Mengurangi subsidi BBM.

3.        Sebagai hasil pemasukan suatu Negara.

4.        Energi alternative tidak mencemari lingkungan.

b)      Kerugian

1.        Berpengaruh terhadap musim

2.        Dibutuhkan teknologi tinggi untuk memanfaatkan sumber energy.

3.        Berpengaruh terhadap musim

Dispansi Energi di Alam

   Dispasi energy adaalah energy yang hilang dari suatu system. Hilangnya dalam arti berunah menjadi energy lain yang tidak menjadi tujuan suatu system. Contohnya:

1.                  Energy panas yang timbul akibat gesekan.

2.                  Energy listrik yang terbuang akibat adanya hambatan pada kawat penghantar.

3.                  Energy panas pada trafo.

Sumber energi ‘alternatif’: kemungkinan dan konsekuensinya (‘Alternative’ energi sources: possibilities and consequences)

Variasi dari radiasi matahari dengan siklus sunspot adalah sekitar 0,15%. Walaupun efek ini muncul sangat sedikit dan bukti pengaruh dari siklus 11-tahunan pada iklim tidak meyakinkan, variasi dalam radiasi yang diterima oleh bumi pada akun variabilitas matahari adalah sebesar 20 kali dari 14 tW dari penggunaan energi manusia. Ada beberapa implikasi yang terkait dengan hal tersebut, salah satu yang penting adalah bahwa efek thermal energi yang digunakan tidak tepat ketika dipertimbangkan dalam perspektif global.Kekhawatiran tentang pemanasan global tidak ada kaitannya dengan pelepasan panas tetapi hanya berkaitan dengan perubahan pada opacity infra merah dari atmosfer. Hal ini menjelaskan tidak dapat dibayangkan bahwa pemanfaatan energi matahari akan berdampak langsung pada iklim. Kami memeriksa masukan lain pada tabel 26.3 mengingat bahwa prinsip dari dissipasi alami memberikan ukuran ketersediaan energi ‘alternatif’. Kami juga memperhitungkan konsekuensi dari penggunaannya.

Pembangkit listrik dari gelombang sangat terbatas, walaupun pembangkit listrik tenaga pasang surut telah beroperasi di muara Rance di St. Malo di pantai Atlantik, Prancis selama bertahun-tahun.Bahkan pada beberapa situs di seluruh dunia dengan perbandingan gelombang yang besar, ketersediaan penampungan air sangat kecil dengan standar dari pembangkit listrik hidroelektrik.Persyaratan untuk turbin yang sangat besar dan penampungan air berkali-kali atau fasilitas penyimpanan dipompa tambahan jika daya harus dipertahankan melalui siklus pasang surut membuat nilai ekonomis energi pasang surut diragukan, namun situasi tersebut dapat berubah, jadi kita meneliti beberapa kemungkinannya.

Listrik tenaga pasang surut menjadi menarik pada prinsipnya karena hal tersebut telah diasumsikan bahwa dampak lingkungan lokal adalah satu-satunya konsekuensi negatif dan tidak ada dampak global.Bagaimanapun juga energi pasang surut berasal daro rotasi bumi.Sebagaimana yang telah dibahas pada bab 8, friksi pasang surut memperlambat rotasi dan menyebabkan bulan semakin menjauh dari bumi. Friksi alami menghilangkan energi rotasi pada tingkat sekitar seperempat dari energi yang digunakan manusia pada saat ini, sehingga jika konversi besar dari tenaga pasang surut memungkinkan, hal it akan berefek pertama kali pada perlambatan rotasi. Hal ini masih akan sangat bertahap (pasang yang menyebabkan lamanya hari meningkat 2,4 milidetik per abad), dan, bahkan dengan pemanfaatan serius, skala waktu untuk perubahan utama akan terjadi dalam waktu ratusan juta tahun. Ada kemungkinan jarak jauh yang mempercepat melambatnya rotasi akan mempengaruhi geodynamo (pada skala waktu ribuan tahun), tapi gerakan dalam inti begitu cepat dibandingkan dengan melihat perubahan rotasi manapun sehingga kita menganggap hal ini menjadi tidak mungkin.

Friksi pasang surut menyebabkan phase lag, , dari gelombang, relatif terhadap posisi bulan atau matahari (gambar 8.4), dan nilai disipasinya sesuai dengan nilai sin 2. Phase lag yang terukur melalui satelit adalah 2.9º. Disipasi maksimum yang memungkinkan,akan terjadi pada =45º (sin 2=1) dan jika amplitude pasang surut tidak terpengaruh, disipasinya akan menjadi 1/sin 5.8º=9.9 kali tingkat saat ini, menjadi  W. Tapi, pengurangan amplitude pasang surut akan menyertai ekstraksi energi dan batasan teorinya adalah mendekati nilai  W. Meskipun reservoir energi sangat besar, hal itu dapat diakses hanya dalam cara yang sangat terbatas. Hal ini pada prinsipnya bukan kekuatan super yang sangat berlimpah.

Energi angin mudah dieksploitasi pada ketinggian sampai dengan 1oo m atau lebih, dalam lapisan batas atmosfir, dimana kecepatan angin meningkat seiring dengan ketinggian.Lapisan ini bertanggung jawab pada disipasi alami yang diperkirakan pada section 26.2 dan energi dibawa ke dalam dari ketinggian yang lebih besar.Konsekuensi dari pengekstrakan dari energiangin, dengan turbin di lapisan batas, adalah sedikit berbeda dari efek hambatan seperti, bangunan dan pohon, tetapi perbedaannya tidak terlalu penting. Hal ini jelas tidak mungkin untuk menghapus semua energi dari lapisan batas karena hal itu akan benar-benar menghentikannya, menyisakan tidak ada energi yang terbentuk dan menyebabkan lapisan batas baru terbentuk di bagian atasnya. Konfirmasi ini menegaskan dua poin sebelumnya.Energi angin dihasilkan di atmosfir yang tinggi dan terdisipasi dengan atau tanpa struktur buatan manusia dan tidak ada konsekuensi lingkungan global untuk didipasi dalam struktur buatan manusia.Poin kedua berlaku untuk semua energi pada table 26.3: adalah memungkinkan untuk menangkap hanya sebagian kecil dan untuk sumber yang layak, fraksi yang dibutuhkan harus sangat kecil. Untuk menanggapi pertanyaan ‘Seberapa kecil?’ kami mencatat bahwa pada kasus angin, dengan estimasi kami, 12% akan cukup untuk memenuhi kebutuhan energi global jika ekstraksi energi terbatas pada daerah daratan. Archer dan Jacobson (2005) membuat estimasi langsung yang lebih baik dari energi angin yang tersedia dari rekaman kecepatan angin pada ketinggian 80 m, ketinggian standar untuk turbin angin. Perhatian mereka terkonsentrasi pada area dengan rata-rata kecepatan angin yang tinggi, , karena energi yang dapat diekstrak tergantung pada  (tingkat dimana massa udara yang melalui turbin sebanding dengan  dan energi kinetic per satuan massa sebanding/sesuai untuk . Kesimpulan penting yang didapatkan Archer dan Jacobson adalah bahwa energi yang cukup dan dapat diakses dengan teknologi yang ada sekarang itu adalah, untuk mengubah angin menjadi sumber energi dunia yang dominan.

Gelombang laut merupakan bentuk energi yang lebih terkonsentrasi dibandingkan dengan angin yang mendorongnya, tapi kita hanya tertarik pada disipasi yang terjadi pada garis pantai. Perhitungan yang mengarah pada pers. (26.9) memberikan fluks energi 50 kW per meter dari muka gelombang untuk gelombang yang memiliki amplitude puncak ke puncak sebesar 2 m dan periode 10 s. Konsentrasi dari energi mekanik ini membuat hal itu terlihat atraktif dari perspektif sebuah rekayasa skala kecil, tapi pada skala global masuknya 5 tW pada table 26.3 membuatnya jelas bahwa, terlepas dari masalah teknis, gelombang tidak memiliki kemungkinan untuk menjadi pemain utama dalam permainan energi.

Seperti yang ditunjukkan pada bagian sebelumnya, jika setiap tetes air yang mengalir ke laut di sungai dan semua arus yang mengalir melalui turbin yang memiliki 100%, total pembangkit listrik (table 26.3) jumlahnya akan lebih sedikit dibandingkan dengan setengah dari total penggunaan energi saat ini dan hanya 20 kali dari pembangkit listrik hidroelektrik yang ada saat ini (dimana akan terus meningkat). Ini adalah komentar pada aksesbilitas yang siap dari kekuatan sungai, tetapi juga merupakan indikasi bahwa situs yang paling menguntungkan telah digunakan. Total kapasitas dari bendungan hidroelektrik dunia adalah sekitar  dan penyimpan air pada di darat ini telah menurunkan tinggi permukaan laut sekitar 2 mm (mungkin 10% dari efek semua bendungan kecil). Hal ini tidak signifikan. Peningkatan momen inersia bumi jauh di bawah tingkat yang akan menyebabkan sebuah penelitian tentang efek pada rotasi. Konsekuensi lingkungan dari pemanfaatan energi sungai adalah lokal bukan global. Tetapi, meskipun energi aliran sungai sangat mudah diakses, dalam artian rekayasa, jumlah total pada table 26.3 membuatnya menjadi jelas bahwa hal ini tidak bisa, pada prinsipnya, menjadi sumber energi yang dominan.

Pembangkit listrik panas bumi di Islandia, Italia,Selandia Baru dan California menggunakan uap dariair tanah di daerah vulkanik. Meskipun merekaadalah sumber listrik yang berhargadi daerah-daerah tersebut,mereka membutuhkan kondisi geologi yang sangat khusus.Tujuan dalam penggunaan yang lebih luas dari panas bumi-dalam mengasumsikanbahwa adalah hal yang mungkin untuk mengekstrak panas dari batuan yang panas, keringdi kedalaman tertentu di dalam kerak. Dalam area benua yang stabil secara geologi, nilai rata-rata fluks panas ambiennya adalah sekitar 0.065  dan gradient suhu biasanya sekitar 25 K/km, sehingga pengeboran dalam yang mahal akan diperlukan untuk mencapai sesuatu yang lebih dari sekedar panas yang sangat rendah mutunya. Hanya area dengan gradien suhu yang sangat tinggi yang menawarkan prospek ekonomis dari ekstraksi panas dan seperti pada gambar 20.4, area ini dibatasi hanya pada area yang memiliki batuan beku yang muda secara geologis. Kita bisa melihat lebih dekat pada masalah ini dengan memodifikasi Pers. (20.15) dan (20.16) untuk model sebuah daerah dengan kerak yang seragam, memiliki lapisan granit membentang dari permukaan ke kedalaman . Kami mengasumsikan heat generation  (sesuai untuk , seperti pada Tabel 21.3), konduktivitas  dan heat flux  dari mantel. Relatif terhadap nilai di permukaan , suhu pada kedalaman  adalah

.                                                   (26.11)

Pada kedalaman 3 km yang sesuai untuk pengeboran, pers. tersebut memberikan nilai

                                                   (26.12)

Sehingga granit sepanjang 20 km tersebut akan memberikan suhu kesetimbangan hanya di atas 90 K pada permukaan (atau 150 K pada kedalaman 5 km). kita melihat bahwa batuan dalam kesetimbangan termal pada kedalaman yang masih dapat diakses, panasnya dapat dipergunakan hanya jika itu jauh lebih radioaktif dibandingkan granit normal atau jika meluas ke kedalaman yang tidak masuk akal. 

   Kesimpulan dari persamaan ini adalah bahwaproyek listrik panas bumi yang berasal dari batuan kering dan panas yang mungkin hanya ada di daerah fluks panas tinggi yang timbul darisisa panas dari aktivitas batuan beku. Generasi panas di batuan itu sendiri hanya sedikit relevan dan kita dapat mencatat bahwa, tanpa penghilangan panas, suhu yang muncul pada granitdikarenakan sifat radioaktivitasnya sendiri sehingga hanya akan menghasilkan panas sekitar 40 K per juta tahun. Selain itu, ketebalan luar biasa akan diperlukan untuk menghentikannya menyebar keluar. Tetapi persyaratan geologi tidak seketat seperti persyaratan pembangkit listrik tenaga panas bumi konvensional, dimana air bawah tanah dipanaskan oleh aktivitas vulkanik yang lebih baru.

Kita juga dapat melihat keseimbangan energi dari proyek batuan kering dan panas. Jika kita menganggap bahwa sirkulasi air antara lubang bor pada batuan yang retak mengekstrak panas yang cukup untuk mendinginkan 1 dari batuan bersuhu 100 K, sebelum panas tersebut terdegradasi terlalu jauh untuk menjadi efektif, dan bahwa efisiensi termodinamika rata-rata pembangkit listrik selama kisaran suhu yang dapat digunakan adalah 20%, maka akan menghasilkan 100 megawatt selama 16 tahun. Volume batuan tersebut yang akan terpanaskan akan habis. Pada skala waktu 104-105 tahun, pemulihan parsial dengan difusi panas dari lingkungan sekelilingnya yang panas, termasuk batuan yang lebih dalam, adalah mungkin tetapi tidak terjamin. Seperti pembangkit listrik panas bumi dari ‘batuan panas yang basah’ yang konvensional, hal ini akan menjadi penambangan panas dari sumber batuan beku, bukan eksploitasi dari flux panas bumi yang tercantum dalam table 26.3 dan dibahas di section 20.3. Tetapi panas yang berlimpah berada pada area terlarang dan batasan fundamentalnya adalah distribusi itu sendiri.Batuan yang kering dan panas bisa menyediakan tenaga panas bumi di provinsi yang secara geologi memiliki batuan beku muda, meskipun hal ini sangat dibatasi untuk tetap keluar dari liga besar di permainan energi.

Dengan proses eliminasi, kita mencapai kesimpulan bahwa pelarangan tenaga nuklir, satu-satunya sumber pengganti yang pada prinsipnya dapat memasok energi pada skala penggunaan saat ini dari bahan bakar energi fosil adalah solar dan angin. Bahwa mereka juga sebagian besar tidak memntingkan pendistribusian sumber, kita tidak mempertimbangkan konsentrasi sumber dan distribusi yang luas diperlukan hanya untuk memenuhi total kebutuhan. Oleh karena itu, sebagai sumber ‘alternatif’ dating dalam permainan, pembangkit listrik akan menjadi semakin  terlokalisasi di dalam skala operasi yang lebih kecil dibandingkan dengan cara yang konvensional. Pembatasan beberapa penemuan yang tak terduga, dua sumber ini harus, di antara mereka, akhirnya akan mengambil alih. Kesulitan yang dirasakan dari terputus atau tidak menetunya ketersediaan adalah masalah teknis, yang solusinya ada di tangan, termasuk sistem penyimpanan dipompa yang sudah mapan.

Terima Kasih