APA ITU GEOID? - FISIK - 2025

The geoid atau sosok Bumi adalah permukaan teoritis planet kita, ditentukan oleh tingkat rata-rata lautan dan dengan bentuk yang cukup teratur. Secara matematis ini didefinisikan sebagai permukaan ekipotensial dari potensi gravitasi efektif bumi, di permukaan laut.

Karena merupakan permukaan imajiner (non-material), ia melintasi benua dan pegunungan, seolah-olah semua samudra dihubungkan oleh saluran air yang melewati daratan.

Gambar 1. Geoid. Sumber: ESA.

Bumi bukanlah bola yang sempurna, karena rotasi di sekitar porosnya mengubahnya menjadi semacam bola yang diratakan oleh kutub, dengan lembah dan pegunungan. Inilah mengapa bentuk spheroidnya masih kurang akurat.

Rotasi yang sama ini menambahkan gaya sentrifugal ke gaya gravitasi bumi, yang gaya resultan atau efektifnya tidak mengarah ke pusat bumi, tetapi memiliki potensi gravitasi tertentu yang terkait dengannya.

Selain itu, kecelakaan geografis menciptakan ketidakteraturan dalam kepadatan, dan oleh karena itu gaya tarikan gravitasi di beberapa daerah pasti tidak lagi menjadi pusat.

Jadi para ilmuwan, dimulai dengan CF Gauss, yang menemukan geoid asli pada tahun 1828, menciptakan model geometris dan matematis untuk merepresentasikan permukaan bumi dengan lebih akurat.

Untuk ini, laut diasumsikan diam, tanpa pasang surut atau arus laut dan dengan kepadatan konstan, yang ketinggiannya berfungsi sebagai acuan. Permukaan bumi kemudian dianggap berombak perlahan, naik di tempat gravitasi lokal terbesar dan tenggelam saat turun.

Dalam kondisi ini biarkan percepatan gravitasi efektif selalu tegak lurus terhadap permukaan yang titik-titiknya berada pada potensial yang sama dan hasilnya adalah geoid yang tidak beraturan karena ekuipotensial tidak simetris.

Fondasi fisik geoid

Untuk menentukan bentuk geoid, yang telah dimurnikan seiring waktu, para ilmuwan telah melakukan banyak pengukuran, dengan mempertimbangkan dua faktor:

- Yang pertama adalah bahwa nilai g, medan gravitasi bumi yang setara dengan percepatan gravitasi , bergantung pada garis lintang: maksimum di kutub dan minimum di ekuator.

- Yang kedua adalah, seperti yang kami katakan sebelumnya, kerapatan bumi tidak homogen. Ada tempat yang bertambah karena bebatuannya lebih padat, ada penumpukan magma atau ada banyak tanah di permukaan, seperti gunung misalnya.

Dimana kepadatan lebih tinggi, begitu juga g . Perhatikan bahwa g adalah vektor dan itulah sebabnya ia dilambangkan dengan huruf tebal.

Potensi gravitasi bumi

Untuk menentukan geoid, dibutuhkan potensial akibat gravitasi, dimana medan gravitasi harus didefinisikan sebagai gaya gravitasi per satuan massa.

Jika massa uji m ditempatkan pada medan tersebut, maka gaya yang diberikan oleh bumi padanya adalah beratnya P = mg, maka besar medannya adalah:

Gaya / massa = P / m = g

Kita sudah mengetahui nilai rata-ratanya: 9,8 m / s ² dan jika Bumi berbentuk bulat, maka akan diarahkan ke pusatnya. Demikian pula, menurut hukum gravitasi universal Newton:

P = Gm M / r ²

Di mana M adalah massa Bumi dan G adalah konstanta gravitasi universal. Maka besar medan gravitasi g adalah:

g = GM / r ²

Ini terlihat sangat mirip dengan medan elektrostatis, sehingga potensial gravitasi dapat didefinisikan dengan analogi elektrostatis:

V = -GM / r

Konstanta G adalah konstanta gravitasi universal. Nah, permukaan di mana potensial gravitasi selalu memiliki nilai yang sama disebut permukaan ekuipotensial dan g selalu tegak lurus seperti yang dikatakan sebelumnya.

Untuk kelas potensial tertentu ini, permukaan ekipotensial adalah bidang konsentris. Usaha yang diperlukan untuk memindahkan massa padanya adalah nol, karena gaya selalu tegak lurus terhadap jalur ekuipotensial.

Komponen lateral percepatan gravitasi

Karena Bumi tidak berbentuk bola, percepatan gravitasi harus memiliki komponen lateral g _l akibat percepatan sentrifugal, yang disebabkan oleh gerakan rotasi planet di sekitar porosnya.

Gambar berikut menunjukkan komponen ini dengan warna hijau, yang besarnya:

g _l = ω ² a

Gambar 2. Percepatan gravitasi efektif. Sumber: Wikimedia Commons. HighTemplar / Domain publik.

Dalam persamaan ini ω adalah kecepatan sudut rotasi bumi dan merupakan jarak antara titik di bumi, pada garis lintang dan sumbu tertentu.

Dan warna merah adalah komponen yang disebabkan oleh gaya tarik gravitasi planet:

g _o = GM / r ²

Akibatnya, dengan menambahkan g _o + g _l secara vektor , dihasilkan percepatan g (berwarna biru) , yang merupakan percepatan gravitasi Bumi yang sebenarnya (atau percepatan efektif) dan, seperti yang kita lihat, tidak menunjuk tepat ke pusat.

Selanjutnya, komponen lateral bergantung pada garis lintang: di kutub nol dan oleh karena itu medan gravitasi maksimum di sana. Di ekuator ia melawan tarikan gravitasi, mengurangi gravitasi efektif, yang besarnya tetap:

g = GM / r ² - ω ² R

Dengan R = jari-jari ekuator Bumi.

Sekarang dipahami bahwa permukaan ekuipotensial bumi tidak bulat, tetapi berbentuk sedemikian rupa sehingga g selalu tegak lurus terhadapnya di semua titik.

Perbedaan antara geoid dan ellipsoid

Berikut adalah faktor kedua yang mempengaruhi variasi medan gravitasi bumi: variasi lokal gravitasi. Ada tempat di mana gravitasi meningkat karena massa lebih banyak, misalnya di bukit pada gambar a).

Gambar 3. Perbandingan antara geoid dan ellipsoid. Sumber: Lowrie, W.

Atau ada akumulasi atau kelebihan massa di bawah permukaan, seperti pada b). Pada kedua kasus tersebut terjadi elevasi pada geoid karena semakin besar massanya maka semakin besar intensitas medan gravitasinya.

Di sisi lain, di atas lautan, kepadatannya lebih rendah dan akibatnya geoid tenggelam, seperti yang kita lihat di kiri gambar a), di atas lautan.

Dari gambar b) juga diketahui bahwa gravitasi lokal, yang ditunjukkan dengan panah, selalu tegak lurus dengan permukaan geoid, seperti yang telah kita bahas sebelumnya. Ini tidak selalu terjadi dengan ellipsoid referensi.

Gelombang geoid

Gambar tersebut juga menunjukkan, dengan panah dua arah, perbedaan ketinggian antara geoid dan ellipsoid, yang disebut undulasi dan dilambangkan sebagai N. Undulasi positif terkait dengan massa berlebih dan yang negatif terkait dengan cacat.

Gelombangnya hampir tidak pernah melebihi 200 m. Sebenarnya nilai-nilai tersebut bergantung pada bagaimana ketinggian permukaan laut yang menjadi acuan dipilih, karena beberapa negara memilih secara berbeda sesuai dengan karakteristik wilayahnya.

Keuntungan merepresentasikan Bumi sebagai geoid

-Pada geoid potensial efektif, hasil potensial akibat gravitasi dan potensial sentrifugal, konstan.

-Gaya gravitasi selalu bekerja tegak lurus terhadap geoid dan horizon selalu bersinggungan dengan geoid.

-Geoid menawarkan referensi untuk aplikasi kartografi presisi tinggi.

-Melalui geoid, ahli seismologi dapat mendeteksi kedalaman di mana gempa bumi terjadi.

-Posisi GPS tergantung pada geoid yang akan digunakan sebagai referensi.

-Permukaan lautan juga sejajar dengan geoid.

-Peninggian dan penurunan geoid menunjukkan kelebihan atau kekurangan massa, yang merupakan anomali gravimetri. Ketika anomali terdeteksi dan bergantung pada nilainya, maka dimungkinkan untuk menyimpulkan struktur geologi lapisan bawah tanah, setidaknya pada kedalaman tertentu.

Ini adalah dasar dari metode gravimetri dalam geofisika. Anomali gravimetri dapat menunjukkan akumulasi mineral tertentu, struktur yang terkubur di bawah tanah, atau bahkan ruang kosong. Kubah garam di bawah tanah, yang dapat dideteksi dengan metode gravimetri, dalam beberapa kasus merupakan indikasi adanya minyak.

Referensi

1. BAHWA. Euronews. Cengkeraman gravitasi di Bumi. Dipulihkan dari: youtube.com.
2. KEGEMBIRAAN. Geoid. Dipulihkan dari: youtube.com.
3. Griem-Klee, S. Eksplorasi pertambangan: gravimetri. Diperoleh dari: geovirtual2.cl.
4. Lowrie, W. 2007. Dasar-dasar Geofisika. 2nd. Edisi. Cambridge University Press.
5. NOAA. Apa itu geoid?. Diperoleh dari: geodesy.noaa.gov.
6. Sheriff, R. 1990. Geofisika Terapan. 2nd. Edisi. Cambridge University Press.