Wednesday, 27 December 2017

Bagaimana Bagian Dalam Bumi Tetap Panas?

Pernahkah teman-teman mendengar istilah Energi Panas Bumi?

Yap, salah satu energi alternatif adalah energi panas bumi. Bagian dalam planet Bumi ternyata memiliki suhu yang sangat tinggi, bahkan inti Bumi memiliki suhu sekitar 6.000 K (sama dengan suhu permukaan matahari). Wah, ternyata panas juga ya. Dengan suhu bagian dalam Bumi yang sangat panas tersebut, ternyata malah mendukung berbagai aktivitas Bumi, seperti letusan gunung berapi dan pusaran arus konveksi mantel bumi yang menghasilkan medan magnet bumi. 
lapisan bumi
Lapisan-Lapisan Bumi

Bayangkan jika panas Bumi tidak ada!
Namun, darimana sih panas Bumi tetap terjaga? Mengapa suhu bagian dalam Bumi kok panas terus, tidak dingin?
Ketika diberikan pertanyaan tersebut, kebanyakan orang akan menjawab kurang lebih begini:

"Karena tertutup oleh permukaan kerak Bumi, maka suhu bagian dalam Bumi akan tetap terjaga, seperti termos air panas yang menjaga suhu air tetap panas."

Jawaban yang bagus, tapi kurang tepat.

Kalor akan tetap merambat keluar permukaan Bumi dan mendinginkan bagian Bumi seluruhnya karena kerak bumi bukan isolator yang bagus, berbeda dengan termos yang memang dirancang agar mengisolasi kalor secara sempurna.
Selain itu, umur Bumi sudah sangat tua, yaitu sekitar 4,5 milyar tahun. Dengan jangka waktu selama itu, seharusnya seluruh bagian Bumi akan kehilangan panasnya jika tidak ada sumber panas yang menjaganya.

Uranium bahan bakar Bumi
batuan uranium

Salah satu unsur yang menjaga panas Bumi adalah Uranium. Uranium menjadi ‘bahan bakar’ yang menghasilkan kalor guna menjaga suhu di dalam Bumi. Unsur ini menempati urutan ke-51 unsur yang melimpah di Bumi. Hampir seluruh tanah dan batuan di Bumi mengandung setidaknya sejumlah kecil uranium. Batuan sedimen, termasuk batu pasir, serpih, batu fosfat, batu kapur dan batu bara, mengandung uranium seperti yang ditemukan pada kebanyakan batuan beku metamorf. Sebagian besar tambang bijih uranium di dunia berada di dalam batu pasir. Bahkan di Indonesia sendiri, menurut Badan Tenaga Nuklir Nasional (Batan) memeperkirakan terdapat cadangan 70.000 ton uranium yang tersebar di sejumlah lokasi di Indonesia.

Melalui proses peluruhan

Uranium menghasilkan kalor melalui reaksi peluruhan U-238 menjadi Pb-206 dan delapan partikel alfa. Sekarang marilah kita analisis laju energi peluruhan yang dihasilkan oleh ‘hanya satu gram’ uranium U-238.

Rantai peluruhan uranium terdiri atas delapan peluruhan alfa dan enam peluruhan beta. Karena untuk peluruhan beta massa partikel beta (elektron) bergabung dengan massa inti dalam perhitungan nilai Q, maka kita dapat menggunakan massa atom. Jadi, untuk seluruh rantai peluruhan energi yang dibebaskan satu atom uranium:


Jika dalam satuan massa atom (sma), maka energinya:

Satu gram U-238 sama dengan 1/238 mol dan mengandung  1/238 x 6 x 1023 atom. Usia paruh peluruhan adalah 4,5 x 109 tahun. Jadi konstanta peluruhan λProbabilitas peluruhan per atom adalah:







Jadi secara rata-rata, jumlah peluruhan satu gram U-238 adalah:


Setiap peluruhan akan membebaskan energi sebesar 51,7 MeV, maka daya atau laju pembebasan energinya adalah:

 
Ini mungkin tampak seperti daya yang kecil, tetapi jika energi ini muncul sebagai energi kalor dan tidak ada yang hilang akibat radiasi ataupun konduksi, maka setiap satu gram uranium U-238 akan mengalami kenaikan suhu 25°C dan akan melebur serta menguap dalam orde satu abad. 

Sehingga perhitungan ini menyarankan bahwa panas bagian dalam planet/Bumi sebagian disebabkan oleh proses radioaktif alam. Oh, ya perlu diingat bahwa perhitungan di atas hanya untuk satu gram uranium U-238, tahu kan satu gram seberapa?

Untuk penaksiran berat bersih bumbu masak satu sachet Royco rasa ayam adalah 9 gram, nah satu gram kira2 sepersembilan bumbu masak Royco rasa ayam. Sedikit sekali ternyata, apalagi kalau uraniumnya ribuan ton atau bahkan jutaan ton, akan menghasilkan laju energi panas yang besar banget pastinya.
 

Sekian, Semoga bermanfaat


EmoticonEmoticon