Geomagnetik dan Aplikasinya

Sejarah perkembangan Metode Magnetik telah dikenal sekitar 400 tahun

yang lalu. Orang yang pertama kali melakukan penelitian magnetisasi bumi secara

ilmiah adalah Sir William Gilbert(1540 – 1603). Gilbert adalah orang yang

pertama kali melihat bahwa medan magnet bumi ekivalen dengan arah utara –

selatan sumbu rotasi bumi. Penemuan Gilbert kemudian diperdalam oleh Van

Wrede (1843) untuk melokalisir endapan bijih besi dengan mengukur variasi

magnet di permukaan bumi. Hasil penelitiannya kemudian dibukukan oleh Thalen

(1879) dengan judul : “The Examination Of Iron Ore Deposite By Magnetic

Measurement” yang kemudian menjadi pionir bagi pengukuran magnetisasi bumi

(Geomagnet) Metode magnet adalah salah satu metode geofisika yang digunakan

untuk menyelidiki kondisi permukaan bumi dengan memanfaatkan sifat

kemagnetan batuan yang diidentifikasikan oleh kerentanan magnet batuan.

Metode ini didasarkan pada pengukuran variasi intensitas magnetik di permukaan

bumi yang disebabkan adanya variasi distribusi (anomali) benda termagnetisasi di

bawah permukaan bumi. Variasi intensitas medan magnetik yang terukur

kemudian ditafsirkan dalam bentuk distribusi bahan magnetik dibawah

permukaan, kemudian dijadikan dasar bagi pendugaan keadaan geologi yang

mungkin teramati. Pengukuran intensitas medan magnetik dapat dilakukan di

darat, laut maupun udara. Susceptibilitas magnet batuan adalah harga magnet

suatu batuan terhadap pengaruh magnet, yang pada umumnya erat kaitannya

dengan kandungan mineral dan oksida besi. Semakin besar kandungan mineral

magnetit di dalam batuan, akan semakin besar harga susceptibilitasnya. Metoda

ini sangat cocok untuk pendugaan struktur geologi bawah permukaan dengan

tidak mengabaikan faktor kontrol adanya kenampakan geologi di permukaan dan

kegiatan gunungapi. 

Berdasarkan sifat medan magnet bumi dan sifat kemagnetan bahan

pembentuk batuan, maka bentuk medan magnetik anomaly yang ditimbulkan oleh

benda penyebabnya tergantung pada: 1.Inklinasi medan magnet bumi disekitar

benda penyebab 2.Geometri benda penyebab 3.Kecenderungan arah dipol – dipol

magnet didalam benda penyebab 4.Orientasi arah dipole – dipole magnet benda

penyebbab terhadap arah medan bumi. 2.3 Intensitas MagnetisasiGaya magnet (F)

adalah gaya tarik menarik / tolak-menolak dari dua kutub magnet (m1,m2) yang

berjarak r.

Hukum Coloumb:

F = m1.m2/(µ.r2)

Dimana µ = konstanta permeabilitas magnet

Suatu medan magnetik yang ditempatkan pada suatu medan magnet akan

mengalami magnetisasi oleh imbas magnetik yang didefinisikan sebagai:

I = M / V

Dimana : M = momen magnetik deikutub (dipole)

I = jarak antara kutub +m dan –m

V = volum benda

Momen magnet (M) adalah besaran vektor yang memanjang dari kutub negatif ke

kutub positif. Intensitas magnetik (I) adalah momen magnet per satuan volume.

Intensitas magnet ini sebanding dengan kuat medan magnet dan arahnya searah

dengan medan magnet yang menginduksi. Susceptibility/kerentanan magnetik (k)

merupakan tingkat kemagnetan suatu benda untuk termagnetisasi.

I = k. H

Dimana: I = intensitas magnetik

H = kuat medan magnet

Nilai k pada batuan semakin besar jika dalam batuan tersebut semakin banyak

dijumpai mineral-mineral bersifat magnetik. Berdasarkan nilai k dibagi tiga

kelompok jenis material dan batuan peyusun litologi bumi, yaitu:

Paramagnetik : Mempunyai nilai k yang bernilai positif

Contoh : olivine, biotit.

Feromagnetik : Mempunyai nilai k yang sangat besar dan positif

Contoh: besi dan nikel.

Diamagnetik : Mempunyai nilai k yang negative

Contoh: grafit, gysum, quartz

Metode magnetik memiliki kesamaan latar belakang fisika denga metode

gravitasi, kedua metode sama-sama berdasarkan kepada teori potensial, sehingga

keduanya sering disebut sebagai metode potensial. Namun demikian, ditinjau dari

segi besaran fisika yang terlibat, keduanya mempunyai perbedaan yang mendasar.

Dalam magnetik harus mempertimbangkan variasi arah dan besaran vektor

magnetisasi, sedangkan dalam gravitasi hanya ditinjau variasi besar vektor

percepatan gravitasi. Data pengamatan magnetik lebih menunjukkan sifat residual

kompleks. Dengan demikian, metode magnetik memiliki variasi terhadap waktu

lebih besar. Pengukuran intensitas medan magnetik bisa dilakukan melalui darat,

laut dan udara. Metode magnetik sering digunakan dalam eksplorasi pendahuluan

minyak bumi, panas bumi, dan batuan mineral serta bisa diterapkan pada

pencarian prospek benda-benda arkeologi.

Sifat-Sifat Kemagnetan Batuan

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

pasangan. Jika mendapat medan magnet dari luar orbit, elektron tersebut akan

berpresesi yang menghasilkan medan magnet lemah yang melawan medan

magnet luar tadi mempunyai Susceptibilitas k negatif dan kecil dan

Susceptibilitas k tidak tergantung dari pada medan magnet luar. Contoh :

bismuth, grafit, gipsum, marmer, kuarsa, garam.

2. Paramagnetisme

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 :

Susceptibilitas k positif dan sedikit lebih besar dari satu. Susceptibilitas k

bergantung pada temperatur. Contoh : piroksen, olivin, garnet, biotit,

amfibolit dll.

Dalam benda-benda magnetik, medan yang dihasilkan oleh momen-

momen magnetik atomik permanen, cenderung untuk membantu medan luar,

sedangkan untuk dielektrik-dielektrikmedan dari dipol-dipol selalu cenderung

untuk melawan medan luar, apakah dielektrik mempunyai dipol-dipol yang

terinduksi atau diorientasikan.

3. Ferromagnetic

Terdapat banyak kulit electron 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 dipole-

dipol magnet (domain) mempunyai arah sama, apalagi jika didalam medan

magnet luar. Mempunyai sifat : susceptibilitas k positif dan jauh lebih besar

dari satu. Susceptibilitas k bergantung dari temperature. Contoh : besi, nikel,

kobalt.

4. Antiferromagnetik

Pada bahan antiferromagnetik domain-domain tadi menghasilkan dipole

magnetik yang saling berlawanan arah sehingga momen magnetic secara

keseluruhan sangat kecil.

Bahan antiferromagnetik yang mengalami cacat kristal akan mengalami

medan magnet kecil dan suseptibilitasnya seperti pada bahan paramagnetic

suseptibilitas k seperti paramagnetic, tetapi harganya naik sampai dengan titik

curie kemudian turun lagi menurut hokum curie-weiss. Contoh : hematit

( Fe2O3 ).

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 ( Fe3O4 ), ilmenit ( FeTiO3 ), pirhotit ( FeS ).

Berdasarkan proses terjadinya maka ada dua macam magnet : Magnet induksi

( bergantung pada suseptibilitasnya menyebabkan anomaly pada medan

magnet bumi ). Magnet permanen : bergantung pada sejarah pembentukan

batuan tadi.

Komponen Medan Magnet Bumi

Medan magnet bumi terkarakterisasi oleh parameter fisis atau disebut juga

elemen medan magnet bumi (gambar I), yang dapat diukur yaitu meliputi arah dan

intensitas kemagnetannya. Parameter fisis tersebut meliputi :

Deklinasi (D), yaitu sudut antara utara magnetik dengan komponen horizontal

yang dihitung dari utara menuju timur

Inklinasi(I), yaitu sudut antara medan magnetik total dengan bidang

horizontal yang dihitung dari bidang horizontal menuju bidang vertikal ke bawah.

Intensitas Horizontal (H), yaitu besar dari medan magnetik total pada bidang

horizontal.

Medan magnetik total (F), yaitu besar dari vektor medan magnetik total.

Gambar I. Tiga Elemen medan magnet bumi

Medan magnet utama bumi berubah terhadap waktu. Untuk

menyeragamkan nilai-nilai medan utama magnet bumi, dibuat standar nilai yang

disebut International Geomagnetics Reference Field (IGRF) yang diperbaharui

setiap 5 tahun sekali. Nilai-nilai IGRF tersebut diperoleh dari hasil pengukuran

rata-rata pada daerah luasan sekitar 1 juta km2 yang dilakukan dalam waktu satu

tahun.

Medan magnet bumi terdiri dari 3 bagian :

1. Medan magnet utama (main field)

Medan magnet utama dapat didefinisikan sebagai medan rata-rata hasil

pengukuran dalam jangka waktu yang cukup lama mencakup daerah dengan luas

lebih dari 106 km2..

2. Medan magnet luar (external field)

Pengaruh medan magnet luar berasal dari pengaruh luar bumi yang

merupakan hasil ionisasi di atmosfer yang ditimbulkan oleh sinar ultraviolet dari

matahari. Karena sumber medan luar ini berhubungan dengan arus listrik yang

mengalir dalam lapisan terionisasi di atmosfer, maka perubahan medan ini

terhadap waktu jauh lebih cepat.

3. Medan magnet anomali

Medan magnet anomali sering juga disebut medan magnet lokal (crustal

field). Medan magnet ini dihasilkan oleh batuan yang mengandung mineral

bermagnet seperti magnetite (Fe7 S8 ), titanomagnetite (Fe2 T i O4 ) dan lain-lain yang

berada di kerak bumi.