Penyebab Gravitasi Bumi Lebih Rendah di Berbagai Tempat

Penyebab gravitasi bumi lebih rendah di berbagai tempat. 
Selama lebih dari 40 tahun, para ilmuwan telah mencoba untuk mencari tahu apa yang menyebabkan sebagian besar dari Kanada, terutama wilayah Hudson Bay kehilangan gravitasi. Dengan kata lain, gravitasi di wilayah Hudson Bay dan daerah sekitarnya lebih rendah daripada di bagian lainnya di dunia. Fenomena ini pertama kali diidentifikasi pada tahun 1960 ketika diadakan pemetaan gravitasi global bumi.

Ada dua teori yang dikemukakan untuk menjelaskan anomali ini. Tapi sebelumnya kita perlu tahu sekilas apa yang menyebabkan gravitasi. Pada tingkat dasar, gravitasi sebanding dengan massa. Jadi ketika massa suatu wilayah lebih kecil, gravitasi pun akan lebih kecil. Gravitasi dapat bervariasi di berbagai bagian Bumi. Meskipun kita biasanya berpikir bahwa bentuk bumi itu bulat, akan tetapi tidak selalu demikian, bumi memiliki bentuk yang menonjol di Ekuator dan lebih datar di kutub karena rotasi. Massa bumi tidak menyebar secara proporsional, dan posisinya bisa berubah dari waktu ke waktu. Dengan demikian para ilmuwan mengemukakan dua teori untuk menjelaskan bagaimana massa wilayah  Hudson Bay mengalami penurunan dan menyebabkan gravitasi yang lebih rendah di sekitarnya.

Salah satu teori berpusat pada proses yang dikenal sebagai konveksi terjadi pada mantel bumi. Mantel adalah lapisan batuan cair yang disebut magma yang berada antara 60 dan 124 mil (100 sampai 200 km) di bawah permukaan bumi. Magma sangat panas dan terus-menerus berputar dan bergeser, naik dan turun, untuk menciptakan arus konveksi. Konveksi menyeret lempeng permukaan bumi turun, yang juga menurunkan massa di daerah tersebut dan menyebabkan gravitasi lebih rendah.

Teori baru yang menjelaskan rendahnya gravitasi Hudson Bay berkaitan dengan Laurentide Ice Sheet yang menutupi sebagian besar Kanada dan bagian utara Amerika Serikat. Lapisan es ini tebalnya hampir 2 mil (3,2 km) di sebagian besar wilayah tersevyt, dan di dua wilayah Hudson Bay tebalnya mencapai 2,3 mil (3,7 km). Lapisan es ini sangat berat dan membebani Bumi. Selama periode 10.000 tahun, Laurentide Ice Sheet meleleh, akhirnya menghilang 10.000 tahun yang lalu dan meninggalkan lekukan yang dalam.

Fakta tersebut di atas dapat digambarkan seperti ini. Apa yang terjadi jika Anda menekankan jari secara perlahan ke dalam permukaan kue atau sepotong roti yang empuk. Bagian kue di sekitar jari Anda  akan bergerak ke samping dan menciptakan lekukan. Tetapi ketika jari ditarik, maka permukaan kue akan memantul dan kembali normal. Hal serupa terjadi dengan Laurentide Ice Sheet,  kecuali bumi tidak "memantul" kembali karena rebound sangat lambat (kurang dari setengah inci per tahun). Sementara itu, wilayah sekitar Hudson Bay memiliki massa yang rendah karena di beberapa tempat permukaan tanah terdorong ke samping oleh lapisan es. Karena massa kecil berarti gravitasi juga rendah.

Lalu teori mana yang benar? Ternyata keduanya benar. Konveksi dan efek rebound lapisan es menyebabkan penurunan gravitasi di sekitar Hudson Bay.

Untuk menghitung dampak dari Laurentide Ice Sheet, para ilmuwan di Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics menggunakan data yang dikumpulkan oleh satelit Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) dari April 2002 sampai April 2006. Satelit GRACE merupakan perangkat yang sangat canggih, yang mengorbit sekitar 310 mil (500 km) di atas Bumi. Satelit dapat mengukur jarak hingga mikron, sehingga dapat mendeteksi variasi gravitasi yang kecil. Ketika satelit mengorbit di atas wilayah Hudson Bay, penurunan gravitasi menyebabkan satelit bergerak sedikit menjauh  dari bumi. Pergeseran jarak terdeteksi oleh satelit dan digunakan untuk menghitung perubahan gravitasi. Setiap pergeseran yang terdeteksi juga dapat digunakan untuk membuat peta bidang gravitasi.

Data yang diperoleh dari satelit GRACE memungkinkan para ilmuwan untuk membuat peta topografi mendekati gambaran Hudson selama zaman es terakhir yang saat itu tertutup oleh Laurentide Ice Sheet. Peta-peta ini mengungkapkan beberapa fitur menarik tentang daerah tersebut, termasuk dua daerah yang menggembung di sisi barat dan timur Hudson Bay dimana lapisan es disana lebih tebal daripada bagian lainnya. Saat ini, gravitasi disana lebih rendah daripada di bagian lainnya.

Temuan penting lainnya dari data satelit GRACE.  Ternyata teori lapisan es hanya sekitar 25 sampai 45 persen berpengaruh terhadap variasi gravitasi di wilayah Hudson Bay dan daerah sekitarnya. Dengan mengurangkan "efek rebound" dari sinyal gravitasi di daerah tersebut, para ilmuwan menyimpulkan bahwa 55 sampai 75 persen variasi gravitasi barangkali diakibatkan oleh konveksi.

Wilayah Hudson Bay akan memiliki gravitasi yang semakin kecil dalam jangka panjang. Diperkirakan bahwa permukaan tanah harus merebound setinggi 650 kaki agar kembali ke posisi semula, yang memakan waktu sekitar 5.000 tahun. Tapi efek rebound masih terlihat. Meskipun permukaan laut naik di seluruh dunia, namun di sepanjang pantai Hudson Bay, permukaan laut malah menurun karena permukaan tanah sedang mengalami pemulihan menuju posisi normal akibat berat Laurentide Ice Sheet.

Meskipun misteri anomali gravitasi tersebut sudah mulai mereda, namun penelitian ini memiliki implikasi yang lebih luas. Para ilmuwan yang terlibat dalam penelitian Harvard-Smithsonian Center heran bahwa mereka dapat melihat bagaimana gambaran Bumi 20.000 tahun yang lalu. Dan dengan mengisolasi pengaruh efek rebound lapisan es tersebut, peneliti lebih memahami bagaimana konveksi mempengaruhi gravitasi dan bagaimana benua-benua berubah seiring waktu. 

Satelit GRACE telah memungkinkan para ilmuwan memperoleh data yang begitu banyak tentang lapisan es dan gletser. Dengan meneliti perubahan iklim yang berlangsung ribuan tahun yang lalu, para ilmuwan mungkin mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana pemanasan global dan naiknya permukaan air laut mempengaruhi planet dewasa ini dan apa dampak di masa yang akan datang.