Volkanisme dan Tektonik Lempeng 2018 120 PDF

Preview

Summary

Volkanisme dan Tektonik Lempeng 2018 7. VULKANISME DAN TEKTONIK LEMPENG 7.1. SUMBER PANAS BUMI Panas yang terdapat di dalam Bumi berasal dari kombinasi antara sisa panas yang berasal dari akresi planet (sekitar 20%) dan panas yang dihasilkan melalui peluruhan radioaktif (80%). Panas yang dihasilkan ...

Description

Volkanisme dan Tektonik Lempeng

2018





7. VULKANISME DAN TEKTONIK LEMPENG

7.1.

SUMBER PANAS BUMI Panas yang terdapat di dalam Bumi berasal dari kombinasi antara sisa panas yang berasal

dari akresi planet (sekitar 20%) dan panas yang dihasilkan melalui peluruhan radioaktif (80%). Panas yang dihasilkan dari isotop-isotop yang ada di Bumi terutama berasal dari Kalium-40, Uranium-238, Uranium-235, dan Thorium-232. Di pusat dari planet, temperatur kemungkinan mencapai 7000 K dan tekanannya mendekati 360 Gpa.

Tabel 7- 1 : Isotop isotop utama penghasil panas











Isotop

Panas yang dilepaskan(W/kg)

Waktu paruh(tahun)

Nilai tengah Konsentrasi mantel(kg isotop/kg mantel) −9 30.8 × 10

Panas yang dilepaskan(W/kg)

238

U 235 U 232 Th 40 K

-5

9.46 x 10

9

4.47 x 10

-4

7.04 x 10

-5

10

1.40 x 10

-5

1.25 x 10

9

36.9 × 10

5.69 x 10 2.64 x 10 2.92 x 10

8

−9



2.91 × 10

−12



1.25 × 10

−13

−9

124 × 10

3.27 × 10

−12



−9

1.08 × 10

−12



0.22 × 10

Dikarenakan panas yang dihasilkan kebanyakan berasal dari peluruhan radioaktif, maka para ilmuwan menduga bahwa panas tersebut berasal dari sejarah pembentukan bumi, yaitu sebelum isotop-isotop yang memiliki waktu paruh pendek berkurang dan panas yang dihasilkan bumi lebih tinggi. Tambahan panas yang dihasilkan 2 kali lipat dari panas bumi saat ini dan hal ini terjadi lebih kurang 3 milyar tahun lalu, yang menyebabkan meningkatnya gradien temperatur yang ada di Bumi, meningkatkan kecepatan konveksi mantel bumi dan tektonik lempeng, dan menghasilkan pembentukan batuan beku seperti batuan komatiites yang pada saat ini tidak terbentuk. Tercatat bahwa total jumlah keseluruhan panas yang dilepaskan oleh setiap isotop termasuk jumlah total energi yang dilepaskan di dalam rantai peluruhan tersebut; sebagai contoh, kontribusi U238 masuk dari U234. Rata-rata panas yang hilang dari Bumi adalah 87 mW/m2, sedangkan rata-rata panas yang hilang secara global adalah 4,42 × 1013 W. Bagian energi panas yang berasal dari Inti Bumi dipindahkan kearah bagian kerak bumi melalui proses Mantle Plume, yaitusuatu bentuk arus konveksi yang terdiri dari material batuan pijar yang naik kebagian kerak bumi. Plume ini dapat 120

Copyright@2018 by Djauhari Noor

Volkanisme dan Tektonik Lempeng

2018

menghasilkan hotspot (titik-titik panas) dan lelehan basalt. Cara lain dari pelepasan panas yang terjadi di Bumi adalah melalui pergerakan lempeng tektonik, terutama naiknya material mantel ke permukaan Bumi yang berhubungan dengan pemekaran lantai samudra terutama yang terjadi di Punggung Tengah Samudra. Cara terakhir dari model pelepasan panas adalah melalui proses konduksi, yaitu panas yang mengalir dari mantel ke bagian litosfir dan proses ini sebagian besar terjadi di lautan dikarenakan kerak samudra lebih tipis dibandingkan dengan kerak benua.

7.2.

ALIRAN PANAS DAN TEKTONIK LEMPENG Bumi adalah suatu mesin pemanas raksasa, tidak saja sebagai penghasil panas, tetapi juga

sistem tektonik digerakan oleh aliran panas yang berasaal dari bumi. Inti bumi bagian luar bersifat cair yang memiliki tenaga secara luar biasa untuk mencairkan bagian mantel bumi, erupsi lava yang keluar dari gunungapi, gelembung gelembung yang keluar dari sumbermata air panas, endapan bijih logam dari larutan panas. Bukti-bukti tersebut menjadi rujukan penting dalam memahami panas yang berasal dari dalam bumi. Untuk menilai aliran panas yang berasal dari bumi maka para akhli geologi melakukan pengukuran dengan cara menghitung jumlah energi panas yang dilepaskan yang ada di suatu erea tertentu (miliwatt/m2). Aliran panas biasanya diukur dengan menggunakan sebuah termometer yang sensitif yang dilakukan pada lubang pemboran pada bagian bawah lubang bor dan kemudian mencatat temperaturnya atau biasa dikenal dengan sebutan gradien geotermal.

Gambar 7-1 adalah peta rekapitulasi hasil pengukuran secara teliti yang menunjukan hubungan yang mendasar antara aliran panas dan susunan tektonik global. Pada peta terlihat jelas bahwa aliran panas tidak terdistribusi secara seragam ke seluruh planet Bumi, tetapi mengapa polanya terlihat jelas? Darimana asal panas yang ada di dalam Bumi? Marilah kita jawab pertanyaan kedua terlebih dahulu.

Saat ini, hampir semua panas yang dilepaskan dari dalam Bumi dihasilkan dari peluruhan radioaktif dari 3 (tiga) unsur yang jumlahnya dalam semua batuan sangat sedikit sekali, yaitu Potassium, uranium, dan Thorium. Panas dihasilkan ketika sejumlah kecil materi dikonversi menjadi energi. Walaupun mantel bumi berisi konsentrasi yang sangat rendah dari unsur-unsur radioaktif tersebut, namun demikian ternyata sangat tebal dan masif yang mengakibatkan mantel merupakan sumber energi panas yang dominan. Dengan demikian, aliran panas (dan gradien temperatur) akan tetap tinggi ketika mantel berada dekat permukaan Bumi.

Prinsip tersebut diatas membatu kita dalam memahami mengapa aliran panas sangat tinggi di daerah lautan dimana litosfirnya tipis dibandingkan dengan yang terdapat dibawah benua. 121

Copyright@2018 by Djauhari Noor

Volkanisme dan Tektonik Lempeng

2018

Pemikiran dengan cara lain tentang adanya anomali termal yang terdapat di lautan adalah dengan mengingat bahwa litosfir samudra sangat panas saat ketika terbentuk oleh proses pembatuan di pematang tengah samudra. Lempeng ini juga lebih muda umurnya dibandingkan dengan semua litosfir benua dikarenakan belum semua panasnya hilang. Lebih dari pada itu, wilayah wilayah yang aliran panasnya paling tinggi adalah yang berada di pematang tengah samudra, terutama di Pasifik timur dan di pematang samudra India. Pada punggung samudra litosfir masih baru terbentuk dan muda, tipis serta tempat dimana gunungapi bersifat aktif. Zona aliran panas yang terendah berhubungan dengan bagian tengah dari benua-benua yang sudah tua. Diperkirakan sifat litosfir yang dingin dan sangat tebal yang terisolasi serta terproteksi sangat lama. Pola yang menarik lainnya adalah kenampakan aliran panas yang berada disepanjang palung laut (zona subduksi). Sebagai catatan bahwa aliran panas yang berada di zona subduksi relatif rendah seperti yang berada di Indonesia dan pantai barat Amerika Selatan. Mengapa aliran panas rendah pada zona gunungapinya aktif? Kemungkinan karena subduksi litosfir samudra mengalami pendinginan oleh mantel dan menyebabkan berkurangnya aliran panas.



Gambar 7-1. Peta hubungan antara hasil pengukuran aliran panas secara global dengan tektonik lempeng. Pada peta terlihat penyebaran aliran panas tertinggi justru berada di litosfir samudra dan berada di tempattempat batas lempeng divergen. Hal ini dikarenakan ketebalan lempeng samudra yang tidak tebal dan umumnya lempeng samudra berumur lebih muda dibandingkan dengan litosfir benua. Penyebaran aliran panas yang paling rendah berada di bagian tengah dari benua-benua yang tua dan hal ini diduga karena di bagian ini keraknya tebal, dingin dan terisolasi.

122

Copyright@2018 by Djauhari Noor

Volkanisme dan Tektonik Lempeng 7.3.

2018

MAGMA DAN DIFERENSIASI MAGMA



7.3.1 Proses Pembentukan Magma

Magma dalam kerak Bumi dapat terbentuk sebagai akibat dari perbenturan antara 2 (dua) lempeng litosfir, dimana salah satu dari lempeng yang berinteraksi itu menunjam dan menyusup kedalam astenosfir. Sebagai akibat dari gesekan yang berlangsung antara kedua lempeng litosfir tersebut, maka akan terjadi peningkatan suhu dan tekanan, ditambah dengan penambahan air berasal dari sedimen-sedimen samudra akan disusul oleh proses peleburan sebagian dari litosfir (gambar 7-2). Sumber magma yang terjadi sebagai akibat dari peleburan tersebut akan menghasilkan magma yang bersusunan asam (kandungan unsur SiO2 lebih besar dari 55%). Magma yang bersusunan basa, adalah magma yang terjadi dan bersumber dari astenosfir. Magma seperti itu didapat di daerah-daerah yang mengalami gejala regangan yang dilanjutkan dengan pemisahan litosfir.













Gambar 7-2 Interaksi konvergen lempeng litosfir yang menghasilkan pembentukan magma

7.3.2 Diferensiasi Magma Diferensiasi Magma adalah proses penurunan temperatur magma yang terjadi secara perlahan yang diikuti dengan terbentuknya mineral-mineral seperti yang ditunjukkan dalam deret reaksi Bowen. Pada penurunan temperatur magma maka mineral yang pertama kali yang akan terbentuk adalah mineral Olivine, kemudian dilanjutkan dengan Pyroxene, Hornblende, Biotite (Deret tidak kontinu). Pada deret yang kontinu, pembentukan mineral dimulai dengan terbentuknya mineral Ca-Plagioclase dan diakhiri dengan pembentukan Na-Plagioclase. Pada penurunan temperatur selanjutnya akan terbentuk mineral K-Feldspar(Orthoclase), kemudian dilanjutkan oleh Muscovite dan diakhiri dengan terbentuknya mineral Kuarsa (Quartz). Proses 123

Copyright@2018 by Djauhari Noor

Volkanisme dan Tektonik Lempeng

2018

pembentukan mineral akibat proses diferensiasi magma dikenal juga sebagai Mineral Pembentuk Batuan (rock forming minerals). Pembentukan batuan yang berkomposisi ultrabasa, basa, intermediate, dan asam dapat terjadi melalui proses diferensiasi magma. Pada tahap awal penurunan temperatur magma, maka mineral-mineral yang akan terbentuk untuk pertama kalinya adalah Olivine, Pyroxene dan Ca-plagioklas dan sebagaimana diketahui bahwa mineral-mineral tersebut adalah merupakan mineral penyusun batuan ultra basa. Dengan terbentuknya mineral-mineral Olivine, pyroxene, dan Ca-Plagioklas maka konsentrasi larutan magma akan semakin bersifat basa hingga intermediate dan pada kondisi ini akan terbentuk mineral mineral Amphibol, Biotite dan Plagioklas yang intermediate (Labradorite – Andesine) yang merupakan mineral pembentuk batuan Gabro (basa) dan Diorite (intermediate). Dengan terbentuknya mineral-mineral tersebut diatas, maka sekarang konsentrasi magma menjadi semakin bersifat asam. Pada kondisi ini mulai terbentuk mineral-mineral K-Feldspar (Orthoclase), Na-Plagioklas (Albit), Muscovite, dan Kuarsa yang merupakan mineral-mineral penyusun batuan Granite dan Granodiorite (Proses diferensiasi magma ini dikenal dengan seri reaksi Bowen). 7.3.3 Asimilasi Magma Asimilasi Magma adalah proses meleburnya batuan samping (migling) akibat naiknya magma ke arah permukaan dan proses ini dapat menyebabkan magma yang tadinya bersifat basa berubah menjadi asam karena komposisi batuan sampingnya lebih bersifat asam. Apabila magma asalnya bersifat asam sedangkan batuan sampingnya bersifat basa, maka batuan yang terbentuk umumnya dicirikan oleh adanya Xenolite (Xenolite adalah fragment batuan yang bersifat basa yang terdapat dalam batuan asam). Pembentukan batuan yang berkomposisi ultrabasa, basa, intermediate, dan asam dapat juga terjadi apabila magma asal (magma basa) mengalami asimilasi dengan batuan sampingnya. Sebagai contoh suatu magma basa yang menerobos batuan samping yang berkomposisi asam maka akan terjadi asimilasi magma, dimana batuan samping akan melebur dengan larutan magma dan hal ini akan membuat konsentrasi magma menjadi bersifat intermediate hingga asam. Dengan demikian maka batuan-batuan yang berkomposisi mineral intermediate maupun asam dapat terbentuk dari magma basa yang mengalami asimilasi dengan batuan sampingnya.

7.4.

VULKANISME Istilah vulkanisme berasal dari kata latin vulkanismus nama dari sebuah pulau yang

legendaris di Yunani. Tidak ada yang lebih menakjubkan diatas muka bumi ini dibandingkan dengan gejala vulkanisme dan produknya, yang pemunculannya kerapkali menimbulkan kesankesan religiuos. Letusannya yang dahsyat dengan semburan bara dan debu yang menjulang 124

Copyright@2018 by Djauhari Noor

Volkanisme dan Tektonik Lempeng

2018

tinggi, atau keluar dan mengalirnya bahan pijar dari lubang dipermukaan, kemudian bentuk kerucutnya yang sangat mempesona, tidak mengherankan apabila dimasa lampau dan mungkin juga sekarang masih ada sekelompok masyarakat yang memuja atau mengkeramatkannya seperti halnya di pegunungan Tengger (Gn.berapi Bromo) di Jawa Timur. Vulkanisme dapat didefinisikan sebagai tempat atau lubang diatas muka Bumi dimana daripadanya dikeluarkan bahan atau bebatuan yang pijar atau gas yang berasal dari bagian dalam bumi ke permukaan, yang kemudian produknya akan disusun dan membentuk sebuah kerucut atau gunung (gambar 7-3 dan 7-4).

Lapisan Piroklastik Lapisan Lava





Gambar 7-3. Kerucut gunungapi yang disusun oleh perselingan material piroklastik dan aliran lava

Adapun sejumlah bahan-bahan yang dikeluarkan melalui lubang, yang kemudian dikenal sebagai pipa kepundan, terdiri dari pecahan-pecahan batuan yang tua yang telah ada sebelumnya yang membentuk tubuh gunung-berapi, maupun bebatuan yang baru samasekali yang bersumber dari magma di bagian yang dalam dari litosfir yang selanjutnya disemburkan oleh gas yang terbebas. Magma tersebut akan dapat keluar mencapai permukaan bumi apabila geraknya cukup cepat melalui rekahan atau patahan dalam litosfir sehingga tidak ada waktu baginya untuk mendingin dan membeku. Terdapat dua sifat dari magma yang dapat memberikan potensi untuk bertindak demikian, dan itu adalah pertama kadar gas yang ada didalam magma dan yang kedua adalah kekentalannya. Sebab sebab terjadinya vulkanisme adalah diawali dengan proses pembentukan magma dalam litosfir akibat peleburan dari batuan yang sudah ada, kemudian magma naik kepermukaan melalui rekahan, patahan dan bukaan lainnya dalam litosfir menuju dan mencapai permukaan bumi (gambar 7-5).

125

Copyright@2018 by Djauhari Noor

Volkanisme dan Tektonik Lempeng

2018







Gambar 7-4. Proses terjadinya vulkanisme melalui tumbukan lempeng konvergen, dimana penyusupan salah satu lempeng kedalam astenosfir akan mengalami pelelehan yang kemudian naik kepermukaan bumi melalui rekahan, patahan atau bukaan menjadi gunungapi.

Wilayah-wilayah sepanjang batas lempeng dimana dua lempeng litosfir saling berinteraksi akan merupakan tempat yang berpotensi untuk terjadinya gejala vulkanisma. Gejala vulkanisma juga dapat terjadi ditempat-tempat dimana astenosfir melalui pola rekahan dalam litosfir naik dengan cepat dan mencapai permukaan. Tempat-tempat seperti itu dapat diamati pada batas lempeng litosfir yang saling memisah-diri seperti pada punggung tengah samudra, atau pada litosfir yang membentuk lantai samudra. Tidak semua gunung-berapi yang sekarang ada dimuka Bumi ini, memperlihatkan kegiatannya dengan cara mengeluarkan bahan-bahan dari dalam Bumi. Untuk itu gunungapi dikelompokan menjadi gunung berapi aktip, hampir berhenti dan gunung-berapi yang telah mati. Gunung-berapi yang digolongkan kedalam yang hampir mati, adalah gunung-gunung-berapi yang tidak memperlihatkan kegiatannya saat ini, tetapi diduga bahwa gunungapi itu kemungkinan besar masih akan aktip dimasa mendatang. Biasanya gunung-berapi ini memperlihatkan indikasiindikasi kearah bangunnya kembali, seperti adanya sumber panas dekat permukaan yang menyebabkan timbulnya sumber dan uap air panas, dll. Gunung-berapi yang telah mati atau punah adalah gunung-berapi yang telah lama sekali tidak menunjukkan kegiatan dan juga tidak memperlihatkan tanda-tanda kearah itu. 7.4.1 Volkanisme dan Tektonik Lempeng Para ahli kebumian sudah lama mengetahui bahwa Bumi memiliki energinya sendiri yang berasal dari dalam bumi. Hal ini dimanifestasikan secara berulangkali dengan terjadinya gempabumi, aktivitas gunungapi, dan jalur pegunungan lipatan. Namun demikian tidak sampai 126

Copyright@2018 by Djauhari Noor

Volkanisme dan Tektonik Lempeng

2018

pertengahan tahun 1960-an suatu teori yang dikembangkan secara bersama sama untuk menjelaskan dinamika Bumi. Teori ini dikenal sebagai tektonik lempeng, yaitu teori yang menyediakan suatu cetak biru dari dinamika bagian dalam Bumi. Istilah tektonik, sebagaimana kata yang berhubungan dengan arsitektur, berasal dari bahasa Yunani, yaitu tektonikos dan merujuk terhadap bangunan atau kontruksi. Dalam geologi, tektonik adalah kajian dari formasi dan deformasi kerak Bumi yang dihasilkan dalam skala yang besar.





Gambar 7.5. Sistem Tektonik digerakan oleh energi panas yang berasal dari dalam Bumi. Astenosfir yang bersifat lebih plastis dibandingkan dengan litosfir yang menutupinya atau yang menutupi mantel bagian bawah. Lempeng litosfir yang berada diatas astenosfir relatif lebih dingin dan kaku bergeser dan terpisah kearah yang berlawanan sebagai suatu satuan mekanis disepanjang punggung samudra. Akibat kejadian ini, lelehan batuan yang berasal dari astenosfir akan naik keatas mengisi kekosongan diantara lempenglempeng litosfir yang saling berpisah dan lelehan batuan ini akan membeku menjadi bagian dari litosfir baru. Arus konveksi yang berjalan sangat lambat terjadi didalam mantel. Beberapa lempeng terdiri dari pelat-pelat yang tebal, kerak benua yang berdensitas lebih ringan tidak dapat tenggelam/menyusup kedalam mantel yang berdensitas lebih berat. Dengan demikian, apabila lempeng benua bertabrakan dengan lempeng lainnya, maka dibagian tepi lempeng benua akan terdeformasi menjadi rangkaian pegunungan. Bagian dari tepi-tepi lempeng adalah area-area yang paling aktif diatas muka Bumi dan merupakan tempat yang sangat intensif terhadap aktivitas volkanisme, aktivitas seismik, dan deformasi kerak. Secara lokal, arus konveksi yang terjadi di bagian mantel yang dalam dapat menghasilkan lelehan mantel (mantle plumes) yang muncul kepermukaan.

Bukti bukti dari revolusi perkembangan teori pergeseran litosfir berasal dari berbagai sumber, termasuk dalam hal ini adalah data-data struktur, topografi, dan pola kemagnetan pada lantai samudra; lokasi-lokasi gempabumi; pola aliran panas didalam kerak bumi; lokasi-lokasi aktivitas gunungapi; penyatuan unsur struktur dan geografi dari benua-benua; serta sejarah pembentukan jalur pegunungan yang ada di Bumi. Unsur-unsur dasar dari sistem tektonik sangatlah sederhana dan mudah dipahami, yaitu apabila kita perhatikan secara seksama gambar 6.6. Litosfir, sebagai bagian dari selaput bumi yang terdiri dari kerak bumi dan sebagian mantel atas adalah bersifat padat dan kaku, sedangkan Astenosfir yang berada dibawahnya bersifat plastis dan cair mengalir secara perlahan lahan. Prinsip dasar dari tektonik lempeng adalah segmen-segmen atau lempeng-lempeng dari litosfir yang padat dan kaku secara konstan bergerak

127

Copyright@2018 by Djauhari Noor

Volkanisme dan Tektonik Lempeng

2018

satu dengan lainnya, termasuk didalam pergerakannya membawa benua-benua yang lebih ringan dengannya. Lempeng samudra yang merupakan bagian dari litosfir berasal dari material mantel panas yang keluar ke permukaan dan membeku di punggung tengah samudra; lempeng samudra ini kemudian akan menyusup kembali di zona subduksi, yaitu suatu zona dimana salah satu lempeng bergerak kearah bawah (menyusup) hingga kebagian mantel yang lebih panas dibawahnya. Penyusupan lempeng ini ditandai oleh palung laut yang di beberapa benua dibatasi oleh busur kepulauan. Ketika lempeng-lempeng saling berpapasan satu dengan lainnya, maka terbentuk rekahan yang ...