BUMI, dan PERGERAKANNYA

Seorang manusia di muka bumi menjalani pergerakan kompleks di angkasa. Pergerakan ini tersusun oleh mosi orbit bumi mengelilingi matahari dan rotasi bumi yang selalu-berubah. Melalui sebuah pemahaman tentang mosi ini kita dapat mempelajari evolusi dari orbit bumi, struktur internal bumi, serta sifat dasar dan variabilitas tekanan diterapkan ke bagian padat bumi

Pergerakan Orbital

Bumi bergerak mengelilingi matahari dalam orbit lingkar-terdekat, menghabiskan sekitar 365 hari untuk menempuh satu lintasan penuh. Bulan memerlukan waktu 29 hari melengkapi satu orbit mengitari bumi. Ekuator bumi cenderung sekitar 23.5 derajat permukaan datar orbit bumi. Ekuator bumi menetapkan arah pasti orbit Bumi, yang menyebabkan adanya musim-musim di Bumi. Orbit permukaan Bulan cenderung sekitar 5 derajat dari orbit Bumi, dan perubahan posisi dari Matahari dan Bulan menyebabkan ketergantungan waktu pasang laut di bumi dan ketergantungan waktu di bumi itu sendiri. Hal ini hampir dipastikan bahwa orbit dan periode rotasi yang diamati saat ini tidak selalu seperti itu. Memutuskan evolusi orbit Bumi adalah bagian penting dari pemahaman perubahan iklim yang telah berlalu dan menyediakan solusi untuk memprediksi perubahan di masa yang akan datang.

Detail dari memprediksi perubahan pada orbit bulan dan rotasi Bumi tergantung secara kritis dari mekanisme energi hilang dalam sistem Bumi-Bulan. Sebagian besar energi hilang dewasa ini karena friksi antara pasang di laut dangkal dan dasar laut, tetapi lebih dari 3 milyar tahun (Ga) dominasi dari mekanisme ini tidak jelas (Carton, 1989; Comins, 1991; Folger, 1993; Lambeck, 1980). Prediksi dari beberapa tipe dari model mengungkapkan bahwa panjang tahun 3 Ga yang lalu itu mungkin selama 400 hari, dan variasi orbit yang bertanggungjawab atas variasi iklim yang penting di masa lalu (Zimmer, 1992). Namun masalah lain disebabkan oleh model evolusi dari orbit bulan yakni asal dari Bulan. Apakah Bulan pernah menjadi bagian dari Bumi yang terdorong ke orbit karena efek meteor raksasa, teori utama, atau apakah Bulan sebuah planetoid yang tertangkap di oorbit bumi karena Bulan datang terlalu dekat? Berdasarkan studi bertahun-tahun dan beberapa penerbangan antariksa ke Bulan, tak satupun tahu jawaban dari tekateki ini (Hartmann, 1989; Naeye, 1994).

Pergerakan Rotasi

Ketika rotasi Bumi tampak konstan dan seragam, rotasinya bervariasi dalam semua ukuran. Variasi ini terdiri dari tiga tipe: perubahan dalam jumlah rotasi; perubahan arah rotasi axis di angkasa; dan perubahan posisi dimana sumbu rotasi membuat lubang di permukaan Bumi (Wahr, 1986). Hal terbesar dari variasi-variasi ini, disebut lempeng (precession), disebabkan oleh tarikan gravitasi Bulan dan Matahari pada kurva ekuator Bumi. Tarikan ini menyebabkan sumbu rotasi menemukan sebuah kerucut di angkasa, seperti yang terjadi pada perputaran miring ke atas.hal ini menghabiskan 26,000 tahun sumbu rotasi untuk menempuh satu putaran dari kerucut. Dua osilasi alami lainnya dari arah sumbu rotasi terjadi dengan amplitudo yang lebih kecil; dan “nutasi garis inti” (FCN), yang menghasilkan rotasi relative dari cairan inti dan kulit Bumi. Saat keberadaan model FCN secara teoritis diprediksi mendekati akhir abad ke-19, efeknya pada rotasi bumi tidak diamati secara detail hingga pertengahan 1980an. Saat ini, observasi tentang rotasi Bumi, seribu kali lebih akurat daripada observasi astronomi optikal, dibuat menggunakan kekuatan radio teleskop dengan teknik yang disebut standar panjang interferometri. Pengukuran ini tidak hanya mampu mendeteksi keberadaan cairan inti tapi juga dapat memutuskan perbedaan antara radius polar dan ekuatorial inti dengan keakuratan sekitar 50 m. Pengukuran tersebut menunjukkan bahwa inti lebih datar (sekitar 500 m) dari perkiraan, mengindikasi bahwa tekanan dalam Bumi mempunyai peran penting dalam penentuan bentuk Bumi (Weisburd, 1987). Pada 1990, perubahan dalam rotasi Bumi dikarenakan pengukuran arus pasang surut laut. Pengukuran ini dapat digunakan untuk menguji kualitas dari model laut pasang.

     Disamping osilasi posisi dari sumbu rotasi Bumi, terdapat pergeseran teratur dari posisinya. Antara tahun 1900 (ketika posisi dari sumbu rotasi dapat didefinisikan dengan akurat) dan 1990, sumbu rotasi bergeser sekitar 8 m ke barat. Sebagian besar perubahan ini dapat dijelaskan dengan pantulan keras Bumi setelah peleburan dari lembaran-lembaran es dari jaman es 10,000 tahun yang lalu. Bagian dari variasi dapat juga dikarenakan tingkatan laut selama seratus tahun, dan perubahan posisi sumbu rotasi menyebabkan satu alat untuk memonitor perubahan tingkatan laut secara umum (Peltier, 1988).

     Pada 1940an telah disadari bahwa tingkat rotasi Bumi tidak konstan terlepas dari perubahan jangka-panjang yang diketahui sebelum waktu ini. Pada saat ini jam kristal kuarsa yang sangat akurat menjadi tersedia, dan seperti jam itu, tingkat rotasi bumi menjadi tampak bahwa perubahan musim pada tingkat rotasi bumi, yakni, Bumi berotasi lebih cepat selama musim dingin di belahan bumi utara daripada musim panasnya. Kejadian ini membutuhkan dua puluh tahun sebelum diumumkan secara rinci bahwa variasi pada tingkat rotasi ini dikarenakan pertukaran momentum angular antara kepadatan Bumi dan atmosfernya. Pada 1990, dengan penemuan teknik pengukuran yang dapat mengukur panjang hari, (waktu, diukur menggunakan jam atom, untuk Bumi menempuh satu rotasi) dengan keakuratan 10 microseconds (µs), dan perkembangan model ramalan cuaca yang dapat digunakan untuk memperkirakan momentum angular dari atmosfer, yang disadari bahwa semua jarak rotasi dengan periode kurang dari dua tahun dapat dijelaskan dengan interaksi antara Bumi dan atmosfernya (Hide and Dickey, 1991). Untuk memastikan perubahan pada jarak rotasi sebelum 1940, bermacam teknik telah dikerahkan. Untuk menghitung perubahan dari tahun 1700an ke atas (setelah penemuan teleskop) observasi untuk Matahari, bagian dalam planet, dan Bulan digunakan. Untuk kalkulasi dari jarak rotasi pada era-era awal, data gerhana kuno digunakan. Semua pengukuran ini mengindikasi bahwa jarak rotasi Bumi menurun, dengan sebagian besar penjelasan penurunan itu menjadi pemborosan energi melalui friksi antara laut pasang dan dasar laut. Satu konsekuensi dari hilangnya energi ini adalah Bulan mundur dari Bumi sekitar 4cm per tahun. Peningkatan jarak ke Bulan telah diukur secara langsung dengan pengukuran jarak laser akurat ke reflector kubus-sudut diletakkan di Bulan oleh astronot Apollo pada awal 1970an. Konsekuensi lain dari penurunan jarak rotasi Bumi yaitu yang kedua, didefinisikan pada 1940an, tidak lama mewakili 1/86,400 dari periode rotasional Bumi (dimana seharusnya 86,400 detik dalam satu hari), dan untuk itu sekitar sekali per tahun kita perlu menambah 1 detik untuk 1 hari (dinamakan “lompatan detik/leap second”) untuk menjaga kesinkronan waktu atom dengan rotasi Bumi (Marshall, 1987; Cleere, 1994).

     Sebagai tambahan untuk variasi sangat cepat yang dikarenakan atmosfer dan variasi jangka-panjang yang dikarenakan hilangnya energi dalam laut, terdapat fluktuasi dalam jarak rotasi pada skala dekade waktu yang terlalu besar disebabkan oleh atmosfer dan terlalu bervariasi disebabkan oleh perubahan tingkatan hilangnya energi. Variasi ini sebagian besar dikarenakan pertukaran momentum angular antara cairan inti dan kepadatan bumi. Perkiraan dari aliran cairan pada puncak inti diturunkan dari pengukuran perubahan bidang magnetik Bumi dikombinasikan dengan bentuk batas mantel inti dari observasi seismic menghasilkan variasi jarak rotasi dengan perjanjian variasi yang diobservasi seperti kembali ke abad 20 (Jault and Le Mouel, 1989).

     Variasi rotasi pada Bumi terjadi pada semua skala waktu dan pengukuran perubahan di planet itu sendiri dan gaya yang bekerja pada planet itu. Memahami variasi saat ini dapat memulai percontohan variasi lampau dan akan bermanfaat dalam memonitor dampak manusia di planet karena variasi gaya dari atmosfer dan perubahan dalam tingkatan laut.