BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Geologi Regional Daerah Penelitian Keseluruhan negeri Terengganu terletak dalam Jalur Timur. Batuan yang paling dominan ialah batuan sedimen (termasuk metasedimen) berusia Karbon (paling banyak) dan Perm serta batuan granit. Penelitian terdahulu memetakan seluruh batuan metasedimen Palaeozoik ( terutama Karbon) sebagai Grup Kuantan. Sebagian besarnya dipanggil Lapisan Sungai Perlis. Chand (1978) memperkenalkan nama Lapisan Sungai Perlis untuk rujukan batuan sedimen yang terdapat di kawasan Hulu Paka. Nama formasi batuan ini diambil selaras dengan Sungai Perlis yang mana batuan ini banyak tersingkap di sepanjang sungai. Lapisan Sungai Perlis didefinisikan sebagai satuan batuan yang dominan dengan batuan argilit, terutamanya serpih, sabak, filit, serta sekis bersama-sama dengan sedikit kuarsit, metakonglomerat dan hornfels. Gambar 2.1 Geologi regional Terengganu 4

2 2.2. Stratigrafi Regional Di Semenanjung Malaysia bagian Timur ini terdapat beberapa formasi yaitu: Formasi Dohol dan Formasi Sungai Perlis. Lapisan Sungai Perlis didefinisikan sebagai kumpulan batuan yang dominan dengan batuan argilit, terutamanya serpih, sabak, filit, serta sekis bersama-sama dengan sedikit kuarsit, metakonglomerat dan hornfels. Rohimi (1983) dan Mohd. Zukeri et al. (1985) telah membagi Lapisan Sungai Perlis kepada beberapa unit batuan, yaitu fasies pelitit dan fasies psamitit berumur Karbon. Stratigrafi daerah penelitian Gambar 2.2 Stratigrafi Semenanjung Malaysia Bagian Timur 5

3 2.3 Teori Medan Magnet Gaya magnetik merupakan gaya yang timbul dari hubungan antara dua kutub magnetik pada jarak tertentu, dimana bila tiap kutub magnetik memiliki arah berbeda maka akan terbentuk gaya yang saling menarik satu sama lain, sedangkan bila tiap kutub magnetik memiliki arah yang sama maka akan terbentuk gaya yang saling tolak-menolak satu sama lain (Hinze dkk, 2013). Hubungan antara gaya magnetik dan kutub magnetik dinyatakan dalam hukum Coulomb yang berbunyi bahwa gaya magnetik berbanding terbalik terhadap kuadrat jarak antara dua kutub magnetic F =µo/4µ *q1q2/r2 Persamaan 2.1 F : gaya magnetik pada 1 dan 2 dalam satuan Newton q1 dan q2 : besaran muatan kutub magnetik dalam satuan ampere meter R : jarak antara kedua kutub dalam satuan meter μ0 : permeabilitas magnetik pada ruang hampa (N/A2) Medan Magnet Charles Augustin de Coulomb pada tahun 1785 menyatakan bahwa gaya magnet berbanding terbalik terhadap kuadrat jarak antara dua muatan magnetik, yang persamaannya mirip hukum gaya gravitasi Newton. Dengan demikian, apabila dua buah kutub P1 dan P2 dari monopole magnet yang berlainan terpisah pada jarak r, maka persamaan gaya magnet dinyatakan sebagai Persamaan 2.2 Keterangan: Gm : Gaya magnet monopole pada P1 dan P2 P : Muatan kutub μ : Permeabilitas medium magnetik r 2 : Vektor satuan berarah dari P1 ke P2 Dengan demikian dihasilkan kuat medan magnet pada muatan P1 yang dapat dinyatakan sebagai, 6

4 Persamaan 2.3 Keterangan: H : kuat medan magnet terukur P : Muatan kutub μ : Permeabilitas medium magnetik r 2 F : Vektor satuan berarah dari P1 ke P2 : Gaya magnet Intensitas Magnetik Suatu benda magnet yang berada pada medan magnet luar (H ) akan termagnetisasi dikarenakan adanya proses induksi magnet (Telford dkk, 19 90). Besarnya magnetisasi diukur oleh magnetik polarisasi M atau biasa disebut sebagai intensitas magnetik (dipole momen per unit volume). Keterangan: M : Intensitas magnet (Am - 1) Χ : Nilai suseptibilitas H : kuat medan magnet terukur Persamaan Induksi Magnet Induksi magnetik ( B ) adalah medan maget total yang dihasilkan dari penjumlahan antara medan magnetik benda ( M) dan medan magnetik utama ( H) (Telford dkk, 1990). B = μ0 (H+M) Persamaan 2.5 B : induksi magnet μ0 : permeabilitas medium magnetik pada ruang hampa (μ0 =4π x 10-7 ) H : medan magnet utama 7

5 M : itensitas magnet Suseptibilitas Magnet Suseptibilitas magnet adalah kemampuan suatu material termagnetisasi yang ditentukan oleh nilai suseptibilitas kemagnetan pada Persamaan 3. Faktor yang mempengaruhi nilai suseptibilitas magnet suatu material adalah litologi batuan dan kandungan mineral batuan. Tabel 2.1 menunjukkan nilai suseptibilitas magnet beragam batuan dan Tabel 2.2 nilai suseptibilitas magnet beragam mineral. Tabel 2.1. Nilai Suseptibilitas Batuan (Telford, dkk, 2004) Tipe Susceptibilitasx 10 3 (nt) Range Rata-Rata Sedimen Dolomit Batugamping Batupasir Lanau Methamorf Amphibolit 0.7 Sekis Pilit Gneis Kuarsit Serpentin Sabak Batuan Beku Granit Riolit Dolorit Augit sienit Olivin diabas Diabas Porpirit Gabro Basalt Diorit Pirosin

6 Peridotit Andesit Batu Beku Asam Batu Beku Basa Tabel 2.2. Nilai Suseptibilitas Mineral (Telford, dkk, 2004) Tipe Susceptibility x 10 3 (nt) Range Rata-Rata Mineral Grapit 0 0,1 0.1 Kuarsa 0 0, Anidrit, gipsum 0,01 0, Kalcit ,1 1 Batubara Lempung 0,1-0,4 0.2 Kalkopirit 0,1-0,8 0.4 Spalerit 0,5-0, Kasiterit 0,8-0, Siderit Pirit Limonit Arsenopirit Hematit Kromit Franklinit Pyrrhotit Ilmenit Magnetit Medan Magnet Bumi Komponen medan magnet bumi biasa disebut elemen medan magnet bumi yang mempunyai tiga arah utama dan dinyatakan dalam koordinat kartesian (Gambar 2.1), yaitu komponen arah utara, komponen arah timur, dan komponen arah ke bawah. Isi dari elemen medan magnet bumi adalah deklinasi (D) yaitu sudut utara magnet bumi dengan komponen horizontal yang dihitung dari utara menuju timur (sudut antara utara magnet dan utara geografis), inklinasi (I) yaitu sudut antara medan 9

7 magnet total dengan bidang horizontal yang dihitung dari horizontal menuju ke bidang vertikal ke bawah (sudut antara bidang horizontal dan vektor medan total), intensitas horizontal (H e ) adalah magnitude dari medan magnet total pada arah horizontal, dan medan magnet total (F e ) adalah magnitudo dari vektor magnet total. Karena medan magnet utama berubah terhadap waktu, maka untuk menyeragamkan nilai-nilai medan magnet utama dibuat standar nilai yang dikenal dengan IGRF. Nilai IGRF diperbaharui setiap 5 tahun sekali. Gambar 2.3. Elemen Medan Magnet Bumi (Telford, dkk, 2004) Kemagnetan Material Bumi Medan magnet utama Bumi dihasilkan dari arus elektromagnetik yang berasal dari sirkulasi konveksi antara inti luar dengan inti dalam (Gambar 3.1). Inti dalam Bumi diasumsikan sebagai besi dan nikel yang berbentuk padat dimana keduanya merupakan konduktor listrik yang baik, sedangkan pada inti luar besi bersifat lebih cair. Proses sirkulasi konveksi antara inti luar dan inti dalam ini akan menimbulkan aliran elektron yang menghasilkan medan magnet Bumi atau biasa dikenal sebagai 10

8 geodinamo. Proses tersebut memberikan pengaruh sebesar 99% bagi sumber medan magnet utama Bumi. Medan magnet utama Bumi berubah-ubah nilainya terhadap waktu dan variasi perubahannya sangatlah kecil. Nilai tersebut diseragamkan kedalam standar nilai yang disebut sebagai International Geomagnetics Reference Field (IGRF) dimana nilai tersebut diperbaharui setiap lima tahun sekali Medan Magnet Luar (External Field) Pengaruh medan magnet luar berasal dari aliran arus elektron dikarenakan adanya aktivitas Matahari maupun badai magnetik pada lapisan ionosfer yang merupakan sisi paling atas dari atmosfer. Besarnya perubahan nilai medan magnet luar terhadap waktu terjadi begitu cepat dibandingkan medan magnet utama Bumi (gambar 2.4). Hal tersebut tersebut diakibatkan oleh beberapa hal, yakni: 1. Perubahan konduktivitas listrik di lapisan atmosfer dengan siklus sebelas tahun sekali 2. Variasi aktivitas Matahari dalam kurun waktu 24 jam sehari dengan jangkauan nilai sebesasr 30 nt yang bervariasi terhadap latitude dan musim 3. Variasi harian dalam periode 25 jam yang berhubungan dengan rotasi bulan dengan jangkauan maksimal 2 nt 4. Badai magnetik yang memberikan perubahan nilai signifikan dengan jangkauan maksimal hingga nt 11

9 Gambar 2.4 Sumber kemagnetan Bumi. Inti Bumi terdiri atas dua lapisan besi- nikel (kiri). Arus konveksi di dalam inti Bumi merupakan proses yang menyebabkan timbulnya medan geomagnetik (kanan) (Reeve, 2010) Medan Magnet Anomali Perubahan nilai medan magnet secara lokal dihasilkan dari variasi keterdapatan mineral magnetik yang ada pada batuan di dekat permukaan maupun batuan yang berasosiasi di lapisan kerak paling atas. Besarnya nilai anomali magnetik berkisar puluhan hingga ribuan nano Tesla, namun tidak jarang bahwa besar nilai anomali magnetik bisa mencapai lebih dari nt. Sumber dari anomali magnetik tidaklah mencapai lebih dari 40 km di bawah permukaan dikarenakan adanya efek suhu Currie ( 550 C) yang akan menghilangkan sifat kemagnetan suatu material bila melebihi kedalaman tersebut Komponen Medan Magnet Bumi Medan magnet Bumi terdiri atas tiga komponen (Gambar 2.5), yakni medan magnet komponen berarah utara - selatan (B Y ), komponen berarah timur - barat (B x ), dan komponen berarah vertikal (B z ). 12

10 a. Medan Magnet Horizontal Telford dkk (1990) mendefinisikan medan magnet horizontal sebagai komponen medan magnet Bumi yang sumbunya berada pada permukaan Bumi dan mengarah ke kutub magnet Bumi. Komponen horizontal medan magnet Bumi terdiri dari dua buah komponen yaitu komponen berarah timur - barat (B x ) dan komponen berarah utara - selatan (B Y ). Persamaan 2.6 Bh : medan magnet horizontal Bx : medan magnet arah timur - barat By : medan magnet arah utara - selatan Gambar 2.5. (a) Representasi sumber medan magnetik Bumi dengan model magnet batang, (b) Komponen medan magnet Bumi pada komponen x, y, dan z. I adalah nilai inklinasi dan D adalah nilai deklinasi (Hinze dkk, 2013). 13

11 a.medan Magnet Total Medan magnet total (Bt) merupakan medan magnet yang terukur pada suatu titik di permukaan Bumi yang terdiri atas tiga komponen, yaitu komponen berarah utara - selatan ( By), komponen berarah timur - barat (Bx ), dan komponen berarah vertikal (Bz ). = Persamaan 2.7 Bt : medan magnet total Bh : medan magnet horizontal Bx : medan magnet arah timur - barat By : medan magnet arah utara - selatan Bz : medan magnet vertikal b. Inklinasi Sudut inklinasi (I) menurut Blakely (1996) adalah sudut vertikal yang dibentuk antara medan magnetik total dengan medan magnetik horizontal Bumi (Gambar 2.5 b). I = arctan Persamaan 2.8 I : Inklinasi Bx : medan magnet arah timur - barat By : medan magnet arah utara - selatan Bz : medan magnet vertikal c. Deklinasi Sudut deklinasi ( I) menurut Blakely (1996) merupakan sudut yang dibentuk antara kutub magnetik Bumi dengan kutub utara geografis Bumi (Gambar 2.5b). D = arcsin Persamaan 2.9 D : Deklinasi 14

12 Bx By Bz : medan magnet arah timur - barat : medan magnet arah utara - selatan : medan magnet vertikal Setiap jenis material mempunyai sifat dan karakteristik tertentu dalam medan magnet. Hinze, dkk (2012) mengklasifikasikan material menjadi empat jenis berdasarkan nilai suseptibilitas magnet, yaitu diamagnet, paramagnet, ferromagnet, dan ferrimagnet. 1. Diamagnet Diamagnet adalah bahan yang kulit elektronnya lengkap dan terisi oleh elektron yang berpasangan. Jika dipengaruhi oleh medan magnet luar, spin elektron akan menghasilkan arah momen magnet yang berlawanan dengan arah medan magnet luar sehingga akan menghasilkan resultan yang berarah negatif. Diamagnet memiliki nilai suseptibilitas k< 0 dalam satuan cgs. Contohnya adalah bismuth, gypsum, marmer, kuarsa, garam, seng dan emas (Siswoyo, dkk, 2010). 2. Paramagnet Paramagnet adalah bahan yang jumlah elektron pada kulit atomnya tidak lengkap (sebagian ada elektron yang tidak berpasangan). Tanpa pengaruh kuat medan magnet luar, momen magnet memiliki arah orientasi yang acak. Jika ada pengaruh dari medan luar, maka momen magnet akan sejajar dengan medan tersebut. Paramagnet memiliki nilai suseptibilitas 0 <k< 10-6 dalam satuan cgs. Contohnya adalah pyrite, zincblende, dan hematite (Siswoyo, dkk, 2010). 3. Ferromagnet Ferromagnet adalah bahan yang sifat kemagnetannya dipengaruhi oleh temperatur, yaitu pada temperatur di atas temperatur Curie akan kehilangan sifat kemagnetannya. Jika dimasukkan ke dalam medan magnet luar, magnetisasi bahan ini akan meningkat tajam. Ferromagnet memiliki nilai suseptibilitas 1<k<106 dalam satuan cgs. Contohnya adalah besi, nikel, kobalt, dan baja (Siswoyo, dkk, 2010). 15

13 4. Ferrimagnet Ferrimagnet adalah bahan yang sifat kemagnetannya seperti ferromagnet yaitu dipengaruhi oleh temperatur. Tanpa adanya pengaruh kuat medan magnet luar, arah momen magnetnya parallel dan saling berlawanan. Ferrimagnet memiliki nilai suseptibilitas 10-6<k<1 dalam satuan cgs. Contohnya adalah magnetit, ilmenite, pirhotit, dan hematit (Siswoyo, dkk, 2010) Proton Precession Magnetometer Setiap proton adalah massa yang berputar dan membawa muatan listrik positif. Putaran muatan partikel ini menghasilkan momen magnet dan momentum angular pada arah sumbu putarnya. Sebagai akibatnya, sumbu proton akan berpresesi, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.6. Jumlah putaran sumbu proton di sekitar sumbu dalam waktu tertentu disebut frekuensi presesi proton (f ). Nilai f tergantung pada momen magnet proton, momentum angular proton L, dan medan magnet bumi T yang dapat dinyatakan dalam persamaan (Telford, dkk, 2004): Persamaan 2.4 F : Jumlah putaran sumbu proton di sekitar sumbu dalam waktu tertentu L : Momentum angular proton T : Medan magnet bumi m : Kutub Magnet π : Phi Persamaan 2.5 G : gyromagnet ratio Dari, maka persamaan 5 dapat dituliskan sebagai: 16

14 Persamaan 2.6 G : gyromagnet ratio π : Phi Gambar 2.6 Analogi Proton Precession dan Spinning-Top (Telford, dkk, 2004) 17