Bab 5. Geodinamika Bumi dan Tektonik Lempeng 2018 68 PDF

Preview

Summary

Bab 5. Geodinamika Bumi dan Tektonik Lempeng 2018 5. GEODINAMIKA BUMI DAN TEKTONIK LEMPENG 5.1. PENDAHULUAN Pada dasarnya geodinamika adalah sebagai disiplin terpadu yang menggabungkan aspek- aspek geologi, geofisika, geodesi dan geokimia. Geodinamika berkembang dilatarbelakangi oleh: (1). perkemban...

Description

Bab 5. Geodinamika Bumi dan Tektonik Lempeng

2018



5. GEODINAMIKA BUMI DAN TEKTONIK LEMPENG

5.1. PENDAHULUAN Pada dasarnya geodinamika adalah sebagai disiplin terpadu yang menggabungkan aspekaspek geologi, geofisika, geodesi dan geokimia. Geodinamika berkembang dilatarbelakangi oleh: (1). perkembangan paradigma baru tentang teori tektonik lempeng (plate tectonics) sejak tahun 1960-an telah mementahkan teori-teori dinamika bumi sebelumnya; (2). Berkembangnya teknologi penginderaan jarak jauh (remote sensing) dari satelit, komputer, telekomunikasi dan penentuan posisi di atas bumi dari satelit; (3). Berkembangnya Ilmu Sistem Bumi sejak 1996; (4). Kesadaran manusia untuk mengatasi bencana kebumian, seperti gempa bumi, peletusan gunung api, tsunami, dll; (5). meningkatkan usaha penelitian secara internasional dan interdisipliner untuk menjawab proses-proses dinamis yang terjadi dalam tubuh bumi dan (6). Berkembangnya Ilmu Sistem Bumi (Earth System Science). Lingkungan Bumi yang terkait dinamika fisik: (1). Dinamika Bumi Padat (Solid Earth Dynamics); (2). Dinamika Lautan (Ocean Dynamics) - Dinamika Hidrosfer ; (3). Dinamika Atmosfer (Atmospheric Dynamics) ; (4). Dinamika Lingkungan Kehidupan (Dynamics of the Biosphere). Lingkungan Bumi terkait dengan reologi (aliran zat) : (1). Dinamika Kerak Bumi (Crustal Dynamics) ; (2). Dinamika Litosfer (Kerak Bumi termasuk Mantel Atas) ; (3). Dinamika Tubuh Dalam dari Bumi (Mantel Dynamics atau Dinamika Mantel atau Dinamika Bumi bagian dalam (Earth’s Interior). Dalam buku ini yang dibahas hanya menyangkut Dinamika Litosfer , yaitu pembahasan yang menyangkut dinamika kerak bumi (lithosfer).

5.2.

TUJUAN STUDI GEODINAMIKA 1. Fisika dari Interior Bumi, sifat dan perilakunya, serta sumber energi yang menggerakkannya. 2. Pengetahuan tentang gerakan kerak bumi dalam wilayah seismik aktif serta hubungannya dengan struktur bumi masa kini. 3. Pengetahuan tentang gerakan paleodinamika (dinamika masa purba) yang catatannya terawetkan dalam batu-batuan dalam jalur orogenik (pegunungan).

68 Copyright @2018 By Djauhari Noor





Bab 5. Geodinamika Bumi dan Tektonik Lempeng

2018

4. Pengetahuan tentang gerakan, khususnya gerakan vertikal masa lalu dan masa kini yang terjadi dalam wilayah yang lebih stabil. 5. Pengetahuan tentang mekanisme terjadinya gempa bumi dan usaha-usaha prediksi bencana tektonik. 6. Pengetahuan tentang rotasi bumi, magnetisme bumi dan gayaberat bumi.

5.3.

RUANG LINGKUP BAHASAN



1. Studi tentang dinamika bumi padat (lithosfer) 2. Gaya dan proses (internal dan eksternal) yang mempengaruhi bumi 3. Studi tentang struktur bumi dan gerakannya serta keterkaitannya dengan: a.

Struktur, komposisi, evolusi dan deformasi bumi padat

b.

Medan magnet bumi dan medan gayaberat bumi

c.

Pasut laut dan pasut bumi padat

d.

Variasi waktu dalam rotasi bumi dan orientasi sumbu putarnya



5.4.

STRUKTUR INTERIOR BUMI

5.4.1 Lapisan-lapisan fisik Bumi §

Bumi terdiri dari 3 lapisan konsentris, yaitu: 1.

Inti Bumi (Core)

§

Inti Bumi padat (Solid Core) = 1100 km

§

Inti Bumi cair (Liquid Core) = 2400 km

§

2.

Mantel Bumi (Mantle) = 2900 km

3.

Kerak Bumi (Crust) = 5 - 65 km

Bahwa struktur interior bumi itu berlapis-lapis, di-deduksi dari 2 kumpulan data geofisika: 1. Data gelombang seismik yang dibangkitkan oleh gempa. 2. Data medan gayaberat bumi; densitas bumi bertambah menurut kedalaman

§

Radius Bumi: 6.378.136 meter

§

Tebalnya Kerak Bumi: Kerak Benua = 35-65 km dan Kerak Samudera = 5 km

69 Copyright @2018 By Djauhari Noor





2018

Bab 5. Geodinamika Bumi dan Tektonik Lempeng

Mantel

5-65 km

2900 km

Inti Luar (Padat) 1100 km

2400 km

Inti Dalam (Cair)

Kerak Padat

Mantel

Gambar 5-1 Bagian bagian Interior Bumi : Inti Bumi; Mantel Bumi; Kerak Bumi

Kerak Samudra

Lautan

Pegunungan

Benua

KERAK BENUA BENUABENUABe nua

MANTEL

Gambar 5-2 Ketebalan Kerak Bumi 35 - 65 km dan Kerak Samudra 5 km

5.4.2. Lapisan-lapisan Bumi berdasarkan sifat-sifat reologi •

Reologi adalah ilmu tentang deformasi dan mengalirnya materi (zat)

•

Diperkenalkan dua lapisan baru dari bumi: (a) Litosfer (Lithosphere) dan (b) Astenosfer (Astenosphere)

•

Litosfer adalah kaku (rigid) dan Astenosfer adalah lunak (plastis)

70 Copyright @2018 By Djauhari Noor





2018

Bab 5. Geodinamika Bumi dan Tektonik Lempeng

Lapisan-lapisan Bumi berdasarkan sifat reologi ada 2 atau mungkin 3 lapisan Bumi: o

Litosfer § §

Kerak bumi dan mantel bumi bagian atas (upper mantle); bersifat rigid Tebalnya tidak uniform: • Di bawah benua : 30 km - 50 km • Di bawah barisan gunung : 65 km • Di bawah basin samudera: 5 km

o

Astenosferberadadibawah litosfer, bersifat lunak (plastis), mudah deformasi, viskositas rendah, tebalnya beberapa ratus km

o

Mesosfer. Mesosfer berada dibawah astenosfer (lapisan yang paling dalam dari mantel sampai batas inti

Palung

Kerak Benua

Punggung

K E R A K

LITHOSPHERE

ASTHENOSPHERE

M A N T E L

MESOSPHERE Gambar 5-3 Lapisan lapisan Kerak Bumi : Lithosphere; Asthenosphere dan Mesosphere

5.4.3. Litosfer dan Astenosfer •

Suhu bertambah dengan kedalaman bumi sampai kedalaman 80 km dalam mantel, suhu mencapai 1400 0 C, adalah suhu yang dekat dengan titik cair.

•

Material yang terdiri dari satu mineral mencair dan kehilangan kekuatannya apabila dipanasi.

•

Material yang terdiri dari lebih dari satu mineral tidak mencair pada saat yang sama; mungkin dalam rentan satu atau dua derajat perbedaannya.

•

Mantel terdiri dari kumpulan banyak mineral dengan titik cair yang berbeda-beda dan tidak mencair sempurna pada kedalaman apapun juga.

•

Namun demikian pada kedalaman astenosfer, suhu mendekati titik cair dari mineral mantel yang rendah titik cairnya dan hasilnya litosfer menjadi lunak dan mudah berobah bentuk (bersifat plastis) 71 Copyright @2018 By Djauhari Noor





Bab 5. Geodinamika Bumi dan Tektonik Lempeng

2018

5.5. TEORI TEORI DINAMIKA BUMI

Ada 4 teori yang mencoba untuk menjelaskan tentang dinamika bumi, yaitu: 1. Teori Kontraksi dan Ekspansi (Contraction and Expansion Theory) - Teori “Big Bang” 2. Teori Pengapungan Benua (Continental Drift Theory) - berkembang sejak tahun 19121930 3. Teori Perpindahan Kutub Magnet Bumi (1950) (Magnetic Polar Wandering Theory) 4. Teori Tektonik Lempeng (Theory of Plate Tectonics) berkembang sejak tahun 1960

5.5.1 Teori Kontraksi dan Ekspansi (Contraction and Expansion Theory) §

Abad ke-19 orang percaya Bumi mula-mula panas dan kemudian dingin pelan-pelan. Terjadi kontraksi

§

Baris pegunungan dan jalur seismik dianggap daerah kontraksi

§

Kemudian Bumi makin memanas lagi secara internal oleh pelepasan radioaktif (radioactive decay); Bumi membesar yang menyebabkan terjadi retak-retak (crack) pada kerak benua dan ada yang pecah berkeping-keping

§

Begitu ekspansi berlanjut, crack menjadi basin samudera - magma mengalir ke atas membentuk kerak samudera baru

§

Teori ini hampir sempurna, tetapi teori ekspansi mempunyai kelemahan yaitu : Ø Tidak ada bukti bahwa Bumi makin panas dari dalam Ø Teori tidak menerangkan mengapa benua tidak hanya bergerak lateral tetapi juga memutar

§

Teori ini kemudian ditinggalkan dan orang mulai mencari pendekatan baru

5.5.2. Teori Perpindahan Kutub Magnet Bumi (Polar Wandering Theory) §

Tahun 1950 terjadi titik balik dari teori Wegener (1930), yaitu munculnya teori perpindahan (keluyuran) kutub magnetik bumi.

§

Teori ini menyatakan bahwa begitu batu-batuan terbentuk, maka batu-batuan tersebut termagnetisir dan arah dari magnetisasi merupakan catatan fosil dari arah magnetik bumi dan posisi kutubnya pada waktu atau saat batuan itu membeku.

§

Magnetisme dalam batu-batuan purba dinamakan paleomagnetisme.

•

Dari pengukuran paleomagnetik terbukti bahwa medan magnetik bumi telah ada semasa batu-batuan terbentuk.

72 Copyright @2018 By Djauhari Noor





Bab 5. Geodinamika Bumi dan Tektonik Lempeng

2018

•

Informasi penting dari pengukuran paleomagnetisme pada batuan telah membuktikan bahwa titik kutub magnetik berubah-ubah posisinya (berpindah pindah)

•

Magnetisme terjadi karena inti bumi luar yang cair berputar karena rotasi bumi (bekerja sebagai dinamo)

•

Titik kutub magnetik dapat saja “wobble”, (terhuyung-huyung) namun letak titik kutub tidak akan jauh dari poros kutub bumi dan tidak jauh dari titik magnetik masa kini

•

Kesimpulan: Benua yang bergerak/berputar bersama batuan yang termagnetisir dan bukannya kutub yang bergerak.

5.5.3 Teori Pengapungan Benua (Continental Drift Theory)

5.6.

•

Tahun 1912 Alfred Wegener (Jerman) memperkenalkan teori pengapungan benua (continental drift) secara perlahan-lahan, kadang-kadang pecah dalam lempenglempeng, kadang-kadang saling benturan

•

Seperti sepotong balok es yang mengapung di suatu danau

•

Dibuktikan bahwa fosil-fosil yang sama dari binatang yang mengembara di Amerika Selatan, India, Australia yang di masa lalu berada di wilayah tsb yang menyatu tsb.

•

Benua Pangea (>200 juta tahun lalu)

•

Namun Wegener tidak dapat menjelaskan mengapa Benua bergerak

•

Wegener meninggal tahun 1930, namun perdebatan hangat tentang teorinya masih terus berlanjut

APA YANG MENYEBABKAN LEMPENG BERGERAK •

Adanya arus Konveksi dalam tubuh Bumi

•

Ada 3 macam arus konveksi yang diperdebatkan para ahli, yaitu: 1. Arus konveksi yang terbatas pada permukaan Astenosfer 2. Arus konveksi yang terjadi di seluruh Mantel 3. Semburan termal (Thermal plume): arus konveksi pada batas Inti dan Astenosfer yang muncul ke permukaan Bumi

5.6.1 Arus Konveksi Terbatas pada Permukaan Astenosfer Konsep ini menganggap bahwa arus konveksi terbatas hanya pada permukaan astenosfer saja, dimana sumber panas berada pada bagian bawah lapisan astenosfer yang naik ke arah bagian litosfer dikarenakan masa jenisnya yang lebih rendah dibandingkan 73 Copyright @2018 By Djauhari Noor





2018

Bab 5. Geodinamika Bumi dan Tektonik Lempeng

dengan masa jenis material astenosfer bagian atas, sebaliknya material astenosfer bagian atas yang memiliki masa jenis yang relatif lebih besar akan turun kebagian bawah lapisan astenosfer. Proses ini terjadi secara terus menerus yang menjadikan terjadinya arus konversi dan arus konverksi ini menggerakan litosfer bumi. Palung Dasar Laut Punggung Samudra Sumber Panas

LITOSFER

MANTEL

Punggung Samudra Sumber Panas

ASTENOSFER Palung Dasar Laut INTI

Gambar 5-4. Arus konveksi yang terjadi pada permukaan lapisan astenosfer Bumi.



5.6.2 Konveksi yang yang terjadi di seluruh Mantel Konsep ini menganggap bahwa arus konveksi terjadi diseluruh mantel dengan sumber panas berasal dari bagian inti bumi. Palung Dasar Samudra

Punggung Samudra

LITOSFER

MANTEL

ASTENOSFER Punggung Samudra

Palung Dasar Samudra

INTI



Gambar 5-5 Arus konveksi yang terjadi diseluruh mantel

Terjadinya arus konveksi dikarenakan material bagian bawah mantel yang panas akan memiliki masa jenis yang lebih rendah dibandingkan dengan materialmantel yang terdapat di bagaian atasnya, hal ini menyebabkan material bagian bawah akan naik ke bagian atas dan bagian bagian atas yang relatif lebih dingin dengan masa jenis yang lebih berat akan turun ke bagian bawah mantel. Proses ini berjalan secara terus menerus yang menimbulkan arus konveksi di dalam mantel.

74 Copyright @2018 By Djauhari Noor





2018

Bab 5. Geodinamika Bumi dan Tektonik Lempeng

5.6.3 Adanya panas pada batas Inti Bumi dan Mantel yang muncul ke permukaan bumi sebagai “hotspot” Konsep ini menganggap bahwa arus konveksi terjadi karena adanya semburan panas (thermal plumes) yang muncul ke permukaan bumi yang berasal dari batas inti bumi dan mantel. Arus konveksi ini yang menggerakan litosfer bumi yang terdiri dari lempeng-lempeng dan saling menjauh menghasilkan punggungan samudra, gunungapi pada lempeng interior, palung samudra. Punggung Samudra

Palung Lantai Samudra

Gunungapi Pada Lempeng

Thermal Plumes Palung Lantai Samudra

Punggung Samudra INTI BUMI

Gambar 5-6 Arus konveksi yang terjadi akibat semburan panas (thermal plumes)

5.7.

TEKTONIK LEMPENG Dalam terminologi geologi, lempeng adalah batuan padat, berbentuk menyerupai balok yang

bersifat kaku dan berukuran sangat besar. Kata tektonik berasal dari bahasa Yunani yang artinya “membangun”. Berdasarkan dua suku kata ini maka kata “tektonik lempeng” merujuk pada bagaimana permukaan Bumi dibangun dari lempeng-lempeng. Teori tektonik lempeng menyatakan bahwa lapisan terluar Bumi tersusun dari fragmen-fragmen yang berjumlah lebih dari selusin yang terdiri dari lempeng-lempeng besar maupun kecil, dimana lempeng-lempeng tersebut saling berinteraksi atau bergeser satu dan lainnya diatas lapisan material yang bersifat mobil dan panas. Sebelum diperkenalkannya konsep tektonik lempeng, beberapa akhli kebumian mempercayai bahwa benua-benua yang ada saat ini merupakan hasil pemisahan dari daratan yang sangat luas yang disebut sebagai “supercontinent Pangea”. Terjadinya pemisahan benua-benua dari asalnya telah dijelaskan dalam teori pengapungan benua yang di gagas oleh Alfred Wagener pada tahun 1915.

Tektonik lempeng merupakan konsep dari ilmu geologi yang relatif baru, yang diperkenalkan sekitar tahun 1960-an dan konsep ini telah merubah pandangan dan pemahaman kita terhadap planet bumi yang dinamis. Teori tektonik lempeng telah mempersatukan kajian-kajian tentang Bumi dari berbagai sudut pandang keilmuan yang ada dalam cabang ilmu geologi, mulai dari cabang ilmu yang mempelajari tentang fosil (paleontologi) sampai cabang ilmu yang mempelajari kegempaan

75 Copyright @2018 By Djauhari Noor





Bab 5. Geodinamika Bumi dan Tektonik Lempeng

2018



(seismologi). Konsep atau teori Tektonik lempeng mampu menjelaskan berbagai pertanyaan yang saat itu belum terjawab dan masih bersifat spekulatif serta menjadi perdebatan selama berabad abad, seperti misaalnya pertanyaan-pertanyaan tentang: a. Mengapa gempabumi dan erupsi gunungapi di dunia ini hanya terjadi di tempat tempat tertentu saja?; b. Bagaimana dan mengapa rangkaian pegunungan yang besar-besar, seperti pegunungan Alpin dan Himalaya terbentuk? c. Mengapa Bumi tidak diam? d. Apa yang menyebabkan permukaan bumi berguncang? e. Mengapa bisa terjadi erupsi gunungapi dengan letusan yang sangat dahsyat? f.

Mengapa rangkaian pegunungan berada pada ketinggian yang sangat absurd ?

Para ilmuwan, filosof, dan teolog dengan pengetahuan yang dimilikinya berusaha untuk menjelaskan pertanyaan-pertanyaan tersebut selama hampir satu abad. Pada abad ke 17, para pemikir di Eropa mengemukakan bahwa banjir merupakan faktor utama dan berperan penting dalam pembentukan permukaan Bumi. Pemikiran ini kemudian dikenal sebagai faham “katatrofisme”, yaitu faham yang didasarkan pada pemikiran bahwa semua perubahan yang terjadi dimuka bumi terjadi secara tiba-tiba yang disebabkan oleh serangkaian peristiwa katatrofisme. Namun demikian, pada pertengahan abad ke 19, faham katatrofisme kemudian ditinggalkan dan beralih kepada faham “uniformitarianisme” yaitu cara pandang baru tentang prinsip-prinsip keseragaman yang diajukan oleh James Hutton pada tahun 1785, seorang akhli geologi Skotlandia. Prinsip-prinsip uniformitarianisme menyatakan bahwa “The present is the key to the past”, yaitu suatu pemikiran yang menganggap bahwa proses-proses dan gaya-gaya geologi yang bekerja dimuka Bumi saat ini, secara berangsur sebagaimana katatrofisme, juga bekerja pada masa yang lampau .

Tektonik lempeng telah terbukti menjadi sangat penting dalam ilmu kebumian sama halnya ketika diketahuinya struktur atom didalam ilmu fisika dan ilmu kimia atau teori evolusi dalam ilmu biologi. Teori tektonik lempeng saat ini secara luas sudah diterima oleh komunitas ilmuwan, namun demikian beberapa aspek dari teori ini masih menjadi perdebatan sampai hari ini. Ironisnya, satu pertanyaan paling utama yang gagal dijelaskan oleh Wagener dan masih tersisa adalah pertanyaan tentang asal gaya yang dapat menggerakan lempeng-lempeng bumi yang sangat besar itu ? Banyak para ilmuwan juga berdebat tentang bagaimana tektonik lempeng bekerja pada awal dari sejarah Bumi serta proses proses yang selalu bekerja pada planit-planit yang ada pada sistem tata surya kita. 76 Copyright @2018 By Djauhari Noor





Bab 5. Geodinamika Bumi dan Tektonik Lempeng

2018

5.7.1. Dasar Teori Tektonik Lempeng Tektonik adalah cabang dari ilmu geologi yang mempelajari hubungan dan evolusi deformasi skala besar di bagian luar bumi yang diakibat oleh gaya-gaya yang bekerja didalam bumi. Secara umum arti kata tektonik sama dengan strukrur geologi yaitu membangun atau merekonstruksi dalam skala yang lebih besar (global atau regional). Tektonofisik adalah bagian dari ilmu tektonik yang mempelajari mekanisme tektonik dari sudut sifat fisika bumi. Tektonik Lempeng adalah suatu kesatuan teori yang berdasarkan observasi serta bukti-bukti dari fisika, kimia, biologi, mekanika serta kinematika dari bumi. Teori sebenarnya sudah dimulai pada tahun 1920 dan baru dikembangkan secara luas sejak tahun 1960 oleh para ahli kebumian, dimana teori ini dianggap sangat penting karena dapat menjelaskan phenomena alam seperti gempa bumi, vulkanisme, palung, pegunungan lipatan dan juga pengapungan benua (continental drift). Batasan umum adalah bahwa bagian luar dari struktur bumi bersifat rigid yang dinamakan lithosphere yang terpecah-pecah menjadi kira-kira 10 pecahan yang besar dan mungkin 20 pecahan yang kecil-kecil. Pecahan ini dinamakan sebagai Lempeng (Plate) yang biasanya mempunyai ketebalan rata-rata: 60 - 100 km. 5.7.1.1 Kerak Benua dan Kerak Samudra (Continental Crust and Oceanic Crust) § Kerak benua terdiri dari dominasi batuan granitik (felsic). § Kerak benua lebih tebal dari kerak samudra. § Kerak samudra terdiri dari batuan beku mafic (basalt dan gabro). § Batas bawah kerak dinamakan bidang Moho. Bidang Moho ditafsirkan sebagai pertemuan

(interfac...