KEGRAVITIANGRAVITATION

STSF1922

Kaedah penentuan kegravitian sesuatu kawasan adalah salah satu cara dalam penerokaan geofizik.

Kaedah ini menggunakan sifat semulajadi medan bumi dengan mengukur sifat fizikal sub-permukaan bumi.

Dengan anomali dalam sifat-sifat ini yang dikesan dan membuat kesimpulan kehadiran dan kedudukan mineral bijih, hidrokarbon, takungan haba bumi, takungan air bawah tanah, dan lain-lain struktur geologi.

Sifat fizikal yang dilihat ialah “ ketumpatan”

Kegravitian

Ialah fenomena semulajadi dimana jasad fizikal menarik antara satu sama lain. Daya tarikan ini berkadar dengan jisim jasad. Kegravitian memberi berat kepada satu jasad yang mengakibatkan ia jatuh ke bawah bila dilepaskan.

Gravitian menyebabkan jirim yang terserak (dispersed) bertaut (coalesce) dan jirim yang bertaut kekal bertaut.

Takrifan - adalah daya yang menarik semua jasad di alam semesta ke arah satu sama lain. Ia adalah daya yang mengekalkan planet dalam orbit mereka di sekitar matahari dan yang membolehkan objek berada di permukaan bumi.

Faktor yang mempengaruhi kegravitian.

Semua benda mempengaruhi medan kegravitian bumi.

Bumi terdiri dari 3 lapisan yang utama1. Kerak (crust)2. Mantel (mantle)3. Teras (core)

Kerak – kerak bumi berbeza-beza ketebalannya dari 40km dibawah dataran dan sekitar 5km dibawah lautan. Walaupun 40 km nampak begitu besar pada kita tetapi saiz ini adalah kecil jika dirujuk kepada alam semesta (universe). Jika bumi dianggap sebagai sebiji epal maka keraknya adalah umpama kulit epal. Kerak bumi terdiri dari pelbagai bahan yang berbeza ketumpatannya. Tidak seperti kulit epal yang seragam tetapi kerak adalah pelbagai bentuk dan saiz. Lapisan ini bergerak perlahan secara berterusan. Bila kerak ini bergerak maka jisim (mass) setiap plat juga bergerak dan mengubah medan graviti.

Mantel – jaraknya sehingga kira-kira separuh ke arah pusat Bumi - kira-kira 2,900 kilometer.

Ia terdiri daripada batu yang sangat rapuh, yang begitu panas sehingga ia cair dan bergerak perlahan-lahan di seluruh mantel. Kadang-kadang rekahan pada plat kerak membenarkan bahan "lebur" untuk keluar - ini adalah apa yang berlaku apabila kita melihat gunung berapi meletus. Ketakserataan dalam ketumpatan mantel bumi secara langsung memberi kesan graviti diukur pada permukaan Bumi.

Teras – jisim pejal(solid) besi dan nikel yang dikelilingi oleh cecair (water-like) di lapisan luar. Makin dekat anda kepada teras, ia menjadi makin panas dan tekanan makin besar.

Faktor lain- Kutub magnet bumi dan medan magnet bumi

memberi kesan kepada medan graviti bumi. ¾ permukaan bumi dilitupi air (lautan). Paras

lautan berubah disebabkan oleh suhu, arus laut, dan ketumpatan garam. Air pasang disebabkan oleh tarikan daya graviti bulan, juga berubah setiap tahun.

Walaupun Bulan adalah lebih kecil daripada matahari, tetapi ia lebih dekat dgn bumi, jadi kesannya terhadap pasang surut, dan medan graviti adalah lebih ketara.

Lapisan ais, seperti yang terdapat di Greenland atau Antartika, memampatkan kerak bumi di bawah mereka. Perubahan dalam bongkah ais, seperti pengurangan saiz kerana kesan rumah hijau, mengubah medan graviti.

Kajian kegravitian dengan 2 kaedah iaitu;1. Berasaskan angkasa

satelit yang mengelilingi bumi mengukur perubahan graviti bumi dengan mengukur ketinggian secara precise setiap sela masa. Kedudukan satelit kehilangan ‘altitude’ bila melalui permukaan bumi yang padu menyebabkan ianya lebih dekat dengan permukaan bumi.

2. Kajian keatas permukaan bumi.

Meter graviti mengukur tarikan graviti ketas satu jisim yang digantung. Dengan mengetahui kedudukan (latitude, longitude and elevation) penyelidik boleh membentuk data medan graviti bumi. Meter ini mampu untuk mengesan perubahan kecil.

Kenapa Graviti?

Graviti memberi kesan dalam kehidupan kita. Dari jam bandul hingga ke empangan hidro, air pasang surut lautan semuanya ada berkait dengan graviti. Graviti mempengaruhi bentuk dan ketinggian kita dan mengekalkan kita sentiasa dipermukaan bumi dari pada terkeluar akibat dari putaran bumi pada kelajuan 1700km/jam (speed at the Equator).

Manakala daya graviti universal adalah konstant, tetapi graviti bumi berubah disebabkan oleh anomali didalam bumi.

Bumi terdiri dari bahan yang berbeza dengan jisim yang mempunyai ketumpatan yang berbeza. Semuanya akan memberi kesan kepada graviti bumi oleh itu untuk memahami bumi kita perlu setiap bahan mesti diterangkan.

Kenapa guna graviti?

1. Mencari potensi kawasan minerals, simpanan minyak dan gas.

2. Meramalkan aktiviti gunung berapi.3. Oseanografi - memantau keadaan purata

paras laut digunakan untuk melihat perubahan arus lautan dan juga memberikan amaran awal banjir.

4. Mengkaji dalaman bumi – ini membolehkan kita melakar teras dan mantel bumi yang boleh digunakan untuk menerangkan geologi bumi.

5. Boleh menganggarkan ketebalan lapisan kutub ais secara persis.

6. Penentuan orbit satelit – orbit satelit bergantung kepada graviti dan dengan pengetahuan medan graviti maka satelit boleh diperbaiki prestasinya.

Daya graviti

Hukum kegravitian Newton menyatakan daya tarikan saling (mutual) antara dua titik jasad M1 dan M2 berkadar dengan satu per jarak antara jasad kuasa dua.

Yang mana G adalah pemalar graviti F – daya tarikan r – jarak antara jisim M1 dan M2.

Titik jisim ialah jasad yang mempunyai dimensi fizikal yang kecil dimana jisim boleh dianggap sebagai satu titik padat.

Pecutan Graviti, g

Kebiasaannya daya graviti tidak diukur dalam pengukuran graviti bumi tetapi pecutan graviti, g yang diukur.

Pecutan graviti adalah kadar perubahan laju di bawah pengaruh daya graviti.

Jika objek dilepaskan dari satu bangunan tinggi, objek itu bukan sahaja jatuh tetapi lajunya bertambah.

Hubungan antara pecutan graviti dengan daya diberikan oleh hukum Newton ke-2 dimana daya berkadar dengan pecutan. Pemalar perkadaran adalah jisim objek tersebut.

F = mg

Pecutan graviti keatas objek M2 boleh ditunjukkan bersamaan dengan jisim objek yang menarik (attracting) M1 per jarak antara objek kuasa dua.

F = M2gF = GM1M2/r2

M2g = GM1M2/r2

g =GM1/r2

• Pecutan graviti adalah malar pada paras laut iaitu 9.8 m/s2.

• Dalam pengukuran graviti, variasi pecutan akibat graviti bumi diukur.

• Variasi pecutan ini boleh disebabkan oleh variasi geologi bawah permukaan bumi.

Pengukuran graviti adalah pengukuran perubahan medan graviti bumi yang disebabkan oleh perbezaan ketumpatan batuan dibawah permukaan bumi.Ia menunjukkan anomali graviti yang nilainya tersesar dari nilai rujukan pada paras permukaan, geoid (paras dimana nilai gravitinya adalah malar)

Unit untuk perbezaan ini dinyatakan dalam unit milligal, 10-5 ms-2.

Variasi perubahan pecutan ini sangat kecil maka unit yang sesuai digunakan ialah miliGal (mGal). Satu Gal adalah bersamaan 1 cm/s2.

Kepentingan pecutan graviti kepada geologi.

• Faham konsep ketumpatan• Ketumpatan adalah jisim per isipadu. • Analogi• Andaikan dalam satu bilik diisi dengan

orang. Ketumpatan diberikan oleh jumlah orang per isipadu ruang dengan unit ketumpatannya ialah orang per isipadu.

Makin besar nilai ketumpatan bermakna makin rapat/ramai orang dalam bilik tersebut.

Unit yang biasa digunakan untuk ketumpatan ialah gram/cm3.

Konsep yang sama untuk menerangkan kegravitian dalam geologi.

Andaikan dibawah permukaan bumi tertanam satu bungkah batu berketumpatan d2.

Dengan mengandaikan ketumpatan tanah d1 lebih kecil dari ketumpatan batu d2.

d1 d2

Dengan menggunakan konsep titik jisim, batuan mempunyai lebih banyak titik jisim berbanding dengan tanah disekitarnya. (batu lebih tumpat berbanding tanah)

o Secara kualitatif jika satu objek dijatuhkan diatas permukaaan bumi maka pecutan graviti akan dialami oleh objek tersebut.

o Nilai pecutan graviti ini bergantung kepada jumlah titik jisim terdekat dibawah objek tersebut.

o Pecutan graviti objek makin besar jika jarak antara titik jisim dan objek makin dekat.

Jika kita menjatuhkan objek pada beberapa kedudukan dibumi, pecutan graviti yang diukur akan berubah (varies) kerana jumlah titik jisim dibawah bumi berbeza.

Profil graviti

Graviti kontras

Lekuk dalam plotan graf diatas bergantung kepada perbezaan ketumpatan antara ketumpatan batuan dengan ketumpatan tanah sekitaran. Perbezaan ini dikenali sebagai graviti kontras.

Bentuk lekuk tetap sama jika perbezaan d2-d1 malar (constant).

Jika mengandaikan ketumpatan tanah sekitaran bernilai sifar maka ketumpatan batuan adalah d2-d1.

Dengan andaian ketumpatan tanah adalah sifar bermakna pecutan graviti adalah sifar bila jauh dari batuan.

Ketumpatan kontras diperlukan dalam mengenalpasti kedudukan dan bentuk batuan.

Bahan Ketumpatan (gm/m3)

Udara ~0

Air 1

Sedimen 1.7-2.3

Sandstone(batu pasir) 2.0-2.6

Shale 2.0-2.7

Limestone (batu kapur) 2.5-2.8

Granite 2.5-2.8

Basalt 2.7-3.1

Metamorphic Rocks(batu metamorf)

2.6-3.0

Ketumpatan beberapa bahan.

Dari jadual ketumpatan bahan didapati variasi relatif ketumpatan batuan sangat kecil, ~0.8 gm/cm3, dan berlaku pertindihan dalam pengukuran ketumpatan.

Dengan hanya mengetahui ketumpatan batuan tidak mencukupi untuk menentukan jenis batuan.

Perbezaan yang kecil ketumpatan antara batuan memberi implikasi variasi pecutan graviti yang dicerap akibat dari struktur geologi dibawah tanah amat kecil dan sukar untuk dikesan.