Keluarga Geofisika 47 AMG-BMKG

Data Paleomagnetik Sebagai Salah Satu Bukti Continental Drift

Oleh : Yusuf Hadi P.

Paleomagnetik adalah studi tentang rekaman medan magnetik bumi dalam batuan. Mineral-mineral tertentu dalam batuan menunjukkan rekaman arah dan intensitas medan magnet pada waktu terbebtuknya batuan. Rekaman ini menyediakan informasi keadaan medan magnetik bumi pada masa lampau dan keberadaan lempeng tektonik pada waktu itu. Rekaman pembalikan arah geomagnetik terawetkan dalam batuan vulkanik dan sedimen (Wikipedia, online).  Batuan dapat menjaga kestabilan rekaman arah medan geomagnetik. Berdasarkan arah magnetisasi ini dapat dihitung posisi kutub magnetik pada waktu itu, yang disebut dengan Virtual Geomagnetic Pole (VGP). Dalam suatu benua, batuan-batuan dengan umur berbeda memberikan posisi VGP rata-rata yang berbeda pula. Kenampakan pergeseran kutub terhadap waktu disebut dengan Apparent Polar Wander (APW). Dengan menghubungkan posisi-posisi VGP rata-rata dari periode waktu yang berbeda pada berbagai tempat dalam benua yang sama dapat ditarik garis yang disebut jalur APW (William, 2007:18). Ilustrasi dari jalur APW dapat ditunjukkan pada gambar 1.

Ilustrasi jalur APW. Sumber : geography.lancs.ac.uk

Asumsi dasar yang digunakan dalam paleomagnetik adalah panjang waktu rata-rata medan geomagnetic bersesuaian dengan sumbu dipol geosentrik.  Data yang mendukung hipotesis penting ini sebagian berasal dari studi tentang variasi sekular dan sebagian lagi dari observasi paleomagnetik pada batuan-batuan muda dan sedimen (William, 2007:334-335). Hipotesis ini disebut dengan hipotesis axial geocentric dipole.  Dengan kata lain hipotesis ini menyatakan kesetaraan antara medan magnet bumi dalam jangka panjang dengan lokasi dari suatu dipol yang terletak di pusat bumi dan berorientasi sepanjang sumbu rotasi (William, 2007:336).

Lokasi kutub paleomagnetik yang diperoleh dari observasi pada batuan-batuan zaman Pleistocene dan Pliocene terletak sangat dekat di sekitar kutub geografis (gambar 2). Hal ini mendukung hipotesis axial geocentric dipole. Namun ketika dilakukan perhitungan posisi kutub paleomagnetik untuk batuan-batuan yang lebih tua pada benua yang sama, mereka terletak lebih jauh dari kutub geografis. Kasus ini dapat diilustrasikan oleh posisi kutub paleomagnetik benua Eropa. Pada zaman Pliocene dan Pleistocene kutub magnetik terletak dekat dengan kutub geografis namun pada zaman Permain kutub magnetik terletak menjauh sebesar 45^o (gambar 3).

Gambar 2 (KIRI): Locations of European paleomagnetic poles. Pliocene and Pleistocene poles (data source: McElhinny, 1973) lie close to the present-day geographic pole, while Permian poles (data source: Van der Voo, 1993) are located at about 45N in the northwest Pacific Ocean.

 

Gambar 3 (KANAN) : Average apparent polar wander paths for North America and Europe in the past 350 Ma (after Irving, 1977). Numbers on paths are age in Ma.Voo, 1993) are located at about 45N in the northwest Pacific Ocean.

Jika hipotesis axial geocentric dipole valid untuk batuan-batuan pada semua zaman, distribusi kutub-kutub mengimplikasikan bahwa kutub geografis benua Eropa pada periode Permain (sekitar 250-290 juta tahun yang lalu) seharusnya terletak jauh dari posisinya saat ini. Interpretasi alternatif untuk keadaan ini adalah bahwa kutub geografis tidak berubah, melainkan benua Eropa-lah yang berpindah relatif terhadap kutub. Hal ini menyarankan bahwa lokasi dimana kutub pada zaman Permain tetap berada di sekitar sumbu rotasi. Benua Eropa kemudian berpindah hingga berada pada posisi saat ini terhadap sumbu rotasi (William, 2007:345).

Data paleomagnetik dapat kita gunakan untuk mengatasi ketakpastian ini. Jika posisi kutub paleomagnetik dihitung dari batuan-batuan pada zaman yang berbeda pada benua yang sama, secara sistematis mereka membentuk jalur berkelok tidak teratur. Jalur inilah yang dimaksud dengan jalur APW (apparent polar wander). Hal ini tampak seolah-olah kutub paleomagnetik berpindah secara perlahan sepanjang jalur APW kearah sumbu rotasi saat ini. Data paleomagnetik pada benua tertentu memberikan suatu jalur APW yang unik untuk benua itu. Tiap benua memiliki jalur APW yang berbeda. Hal ini membuat kita memiliki jalur APW untuk benua Eropa, Afrika, Amerika Utara dan sebagainya. Plot skematis jalur APW Eropa dan Amerika Utara sejak awal Paleozoic disajikan pada gambar 4.

Gambar 4 : Average apparent polar wander paths for North America and Europe in the past 350 Ma (after Irving, 1977). Numbers on paths are age in Ma.

Berdasarkan hasil ploting dari posisi yang terlihat sebagai kutub magnet utara untuk benua Eurasia mengindikasikan bahwa selama 500 juta tahun yang lalu, lokasi-lokasi dari kutub utara magnet bumi secara berangsur berpindah-pindah. Hal ini merupakan bukti kuat bahwa kutub magnet bumi telah mengalami berpindahan (Noor, 2009:32). Namun jika sekali lagi kita tinjau hipotesis Axial Geocentric Dipole, tampak jelas tidak mungkin kutub paleomagnetik (yakni sumbu rotasi bumi) dapat berpindah secara simultan melalui dua jalur APW yang berbeda (William, 2007:346). Apabila diperbandingkan hasil dari kedua jalur perpindahan kutub magnet bumi, baik yang ada di Amerika Utara dan Eurasia memperlihatkan kesamaan dan kemiripan dari jalur perpindahan kutub kutub magnet bumi tersebut yang terpisah dengan sudut 30⁰ (gambar 5) (Noor, 2009:32). Terdapatnya dua jalur APW nampaknya menegaskan adanya gerakan berpisah antara benua Eropa dengan Amerika Utara relatif terhadap sumbu rotasi. Penjelasan ini mengangkat bukti paleomagnetik pada "continental drift" (William, 2007:346).

Gambar 5 : Dua kurva Perpindahan Arah Kutub Utara Magnet Bumi

Data paleomagnetik dapat digunakan untuk merekonstruksi posisi-posisi relatif benua dalam setiap interval waktu. Jalur APW (misalnya pada gambar 4) dapat ditentukan cukup tepat dengan merata-ratakan posisi kutub dalam ambang waktu 20-40 juta tahun (William, 2007:349).

Plot lebih detail mengenai dua jalur APW sebelum awal Jurrasic (gambar 6a) menunjukkan bentuk yang sangat mirip pada kedua jalur, terutama pada interval waktu dari carboniferous atas hingga Triassic atas. Hal ini memungkinkan kita untuk menumpangkan dua segmen jalur APW tersebut dengan cara memindahkan Eropa (termasuk Rusia bagian barat dari pegunungan Ural) dan Amerika Utara pada posisi relatif satu dengan yang lain (gambar 6b). Waktu yang direpresentasikan oleh jalur APW dari dua benua yang tumpang-tindih itu membentuk bagian yang lebih luas "supercontinent" yang disebut Euramerica. Ketika bagian pegunungan Ural yang berdekaan dengan Asia timur terlibat, benua-benua belahan bumi utara membentuk Laurasia. Pemisahan jalur APW yang terjadi saat ini (gambar 4, 6a) diinterpretasikan sebagai bukti pergerakan relatif lempeng tektonik antara Eropa dan Amerika utara yang berlangsung sejak interval akhir bertumpang-tindihnya jalur APW tersebut, yaitu sejak awal Jurassic (William, 2007:346).

Gambar 6 : (a) The Ordovician to Jurassic segments of the North American and European APW paths. (b) The same APW paths after rotating Europe by 38 clockwise about the Euler rotation pole at 88.5N 27.7E, marked by the square symbol in (a)

 Ukuran optimum yang sesuai untuk jalur APW pada benua yang berbeda memungkinkan rekonstruksi dibuat untuk waktu yang terepresentasikan dengan segmen-segmen yang sesuai (gambar 6). Ketika prosedur ini diterapkan pada data paleomagnetik yang mencakup akhir 375 juta tahun, maka diperoleh gambaran continental drift zaman pertengahan Devonian. Berdasarkan skenario ini supercontinent Laurasia dan Gondwana masih terpisahkan oleh lautan Hercyanin. Pada zaman Carboniferous kedua supercontinent tersebut bergabung membentuk Pangea (William, 2007:349).

Berikut disajikan paparan bagaimana data paleomagnetik dapat menjelaskan pergerakan lempeng benua. Andaikan terdapat kutub paleomagnetik P untuk lempeng benua C, kemudian lempeng benua ini berputar dengan sudut Ω sekitar kutub rotasi Euler E. Pertama, lempeng terletak antara kutub paleomagnetik dan kutub rotasi (gambar 7a). Pergerakan lempeng dari C ke C' menyebabkan kutub paleomagnetik P berpindah ke P'. Busur pergerakan kutub PP' lebih panjang daripada busur pergerakan lempeng CC'. Kemudian, bayangkan apa yang terjadi ketika kutub paleomagnetik terletak antara lempeng dan kutub Euler (gambar 7b). Dalam kasus ini lempeng berpindah melalui jalan yang panjang namun kutub paleomagnetik hanya berpindah pada jarak yang pendek. Dalam kasus ekstrim dimana kutub paleomagnetik dan Euler berhimpitan, pergerakan lempeng sama sekali tidak mengubah posisi kutub paleomagnetik. Berdasarkan kondisi spesial tersebut pergerakan lempeng tidak meninggalkan jejak jalur APW.

Gambar 7 : Rotation of a continental plate C about an Euler pole E displaces the paleomagnetic pole P (a) by a large amount, if P is further from E than the continent C, and (b) by only a small amount when P lies close to E.

Dengan jelas, interpretasi jalur APW sebagai rekaman dari pergerakan lempeng relatif terhadap sumbu geografis harus dibuat dengan syarat. laju pergerakan kutub sepanjang jalur APW tidak dapat disamakan secara sederhana dengan laju pergerakan benua induk atau lempeng global. Hal ini mengiringi bahwa kemiripan jalur APW tidak mengimplikasikan solusi yang unik untuk bekas posisi relatif lempeng. namun, jika dua lempeng awalnya berada pada lempenng yang sama pada beberapa waktu tertentu, lempeng-lempeng ini pasti memiliki jalur APW yang sama pada waktu itu. mencocokkan jalur APW saat ini benua-benua pada waktu mereka berada pada lempeng yang sama pastinya memberikan sebuah rekonstruksi yang unik dari posisi saat ini pada satu benua relatif terhadap yang lain. Untuk menghindari ketidakpastian, bukti tambahan (seperti data paleoclimatic, perhitungan kemiripan garis pantai) harus digunakan dalam bersamaan dengan data paleomagnetik dalam mendukung rekonstruksi (William, 2007:347-348).

Daftar rujukan :

Lowrie, William. 2007. Fundamentals of Geophysics Second Edition. Cambridge : Cambridge University Press.

Noor, Djauhari. 2009. Pengantar Geologi edisi pertama. Bogor: CV. Graha Ilmu.

http://en.wikipedia.org/wiki/Paleomagnetism