KARAKTERISTIK LAPISAN BUMI DAN PERGERAKAN LEMPENG

Lapisan-lapisan Bumi    

Berbagai dugaan dikemukakan orang mengenai bagian dalam bumi misalnya wujud, temperatur dan tekanan. Ada yang mengatakan bahwa makin dalam temperatur makin tinggi dengan gradien geothermis 2⁰/100 m dekat permukaan bumi, namun makin kedalam gradien geothermis makin kecil. Higgins dan Kennedy (1971) mengatakan bahwa bila inti bumi terutama tersusun dari besi maka temperaturnya berkisar 4.000 – 5.000⁰ C. Dibawah tekanan lapisan di atasnya besi akan lebur pada temperatur 3.700⁰C. yaitu pada sekitar perbatasan Mantle dan Inti bumi bagian luar (Allison, 1974). Atas dasar perhitungan temperatur di inti bumi tersebut, muncul pendapat bahwa inti bumi berwujud gas karena pada temperatur 4.000 – 5.000⁰C materi padat akan lebur kemudian berubah menjadi gas. Sebagian ahli lain tidak sependapat dengan alasan bahwa makin kedalam tekanan juga semakin tinggi karena beban lapisan di atasnya. Oleh karena itu dibawah tekanan yang begitu besar (sekitar 3 juta atmosfer), inti bumi akan berwujud padat. Muncul pula pendapat lain yang menggabungkan pandangan di atas, mengatakan bahwa inti bumi berwujud kental karena sekalipun temperatur sangat tinggi namun tekanan yang begitu tinggi akan menghalangi perubahan ke gas.

Dalam perkembangan selanjutnya, atas bantuan penelitian seismik yang makin maju para ahli mengemukakan keterangan-keterangan bagian dalam bumi yang lebih memuaskan dan menyusun gambaran struktur bumi sebagai berikut: bumi dibagi menjadi 3 bagian besar yaitu Kerak bumi (Crust), Selimut bumi (Mantle) dan Inti bumi (Core) (Stokes, 1978).

1. Kerak bumi (Crust). Lapisan ini menempati bagian paling luar dengan tebal berkisar 6 – 50 km. Tebal lapisan ini tidak sama di semua tempat, di benua sekitar 20 – 50 km sedang di dasar laut 0 -5 km atau bersama air laut di atasnya sekitar 10 – 12 km. Tersusun dari materi-materi padat terutama yang kaya silisium dan aluminium. Ada yang membedakan atas 2 lapisan yaitu: a). Lapisan granitis, lapisan yang kebanyakan terdiri dari batuan granit. Kecepatan gelombang longitudinal di lapisan ini sekitar 6,5 km/detik. Tetapi lapisan ini tidak dijumpai di dasar laut.

b). Lapisan basaltis, lapisan yang letaknya di bawah lapisan granitis dan kebanyakan tersusun dari materi basalt. Kecepatan gelombang longitudinal di lapisan ini sekitar 6,5 – 8 km/detik.

2. Selimut bumi (Mantle). Lapisan ini terletak di bawah kerak bumi dan pada umumnya dibedakan atas 3 lapisan:

a). Litosfer, letaknya paling atas dari Selimut bumi, terdiri dari materi berwujud padat dan kaya silisium – aluminium, tebalnya sekitar 50 – 100 km. Bersama-sama dengan kerak bumi sering pula disebut lempeng litosfer yang mengapung di atas lapisan yang agak kental yaitu astenosfer. Batas bawahnya berupa lapisan yang agak lain sifatnya dimana kecepatan gelombang longitudinal lebih lambat dan disebut Low Velocity Layer. Biasanya digabungkan dengan lapisan agak kental di bawahnya yaitu astenosfer.

b). Astenosfer, lapisan di bawah litosfer yang wujudnya agak kental, kaya dengan silisium aluminium dan magnesium. Diduga batuan penyusun lapisan ini lebur sekitar 1 – 10%. Kemungkinan titik lebur silikat yang menyusun lapisan ini turun karena adanya air yang masuk ke lapisan ini sehingga walaupun temperatur di lapisan ini belum cukup tinggi sebagian material silikat mulai lebur. Tebal lapisan ini sekitar 130-160 km, dan dengan lapisan transisi low velocity layer bersama-sama tebalnya sekitar 100 – 400 km.

c). Mesosfer, lapisan yang lebih tebal dan lebih berat, kaya dengan silisium dan magnesium. Tebalnya sekitar 2.400 – 2750 km, kecepatan gelombang longitudinal naik dari sekitar 8 km/detik sampai 13,5 km / detik. Pada perbatasan ke lapisan lebih dalam (inti bumi) terdapat lapisan transisi di mana kecepatan gelombang longitudinal menurun sangat tajam dari 13,5 km/detik ke 8km/detik. Lapisan ini dikenal dengan nama Gutenberg – Wiechert Discontinuety Layer yang biasanya dijumpai pada kedalaman 2698 km.

3. Inti Bumi (Core),  lapisan ini menempati bagian paling dalam dan dapat dibagi 2 bagian:

 a). Inti Bagian luar (Outer Core), diduga berwujud cair sebab lapisan ini tidak dilalui gelombang transversal. Tebal lapisan ini sekitar 2160 km, kemungkinan tersusun dari materi yang kaya silisium, besi, dan magnesium.

b). Inti Bagian Dalam (Inner core) pada kedalaman sekitar 5145 km terjadi perubahan kecepatan gelombang longitudinal dari rendah ke tinggi, sebagai petunjuk batas antara inti bagian luar dan inti bagian dalam. Tebal lapisan ini sekitar 1320 km, diduga berwujud padat, tersusun dari materi yang kaya nikel dan besi dengan densitas lebih besar.   

Gambar 2. 11. Lapisan-Lapisan Bumi

Lempeng litosfer adalah lapisan terluar bumi yang terdiri dari kerak bumi dan litosfer, mengapung di atas lapisan yang agak lunak yaitu astenosfer. Tebalnya berkisar 100 – 250 km (Monroe, Wicander, 2001). Lempeng ini sangat mobil karena terpengaruh oleh arus konveksi yang terjadi di lapisan astenosfer. Akibat arus konveksi di astenosfer maka lempeng litosfer di atasnya terdorong sehingga akhirnya pecah menjadi beberapa bagian yaitu Lempeng Pasifik, Lempeng Amerika Utara, Lempeng Amerika Selatan, Lempeng Hindia dan Australia, Lempeng Afrika, Lempeng Eurasia dan Lempeng Antarktika. Masing-masing lempeng bergerak ke arah tertentu dengan kecepatan berkisar 1 – 13 cm/tahun. Perhatikan gambar 4. 3 yang memperlihatkan peta tektonik lempeng.

Gambar 4. 3. Peta Tektonik Lempeng

Berdasarkan arah gerak lempeng  pada batas interaksi lempeng, dikenal ada 3 tipe batas

lempeng: a. Konvergen, yaitu batas dua lempeng yang saling mendekati/bertabrakan;

                b. Divergen, yaitu batas dua lempeng yang saling menjauhi;

                c. Shear atau Transform, yaitu batas dua lempeng yang saling berpapasan.

Contoh batas lempeng dapat dilihat di gambar 4. 4.

Gambar 4. 4. Tipe-tipe batas lempeng

Ad.a. Batas Lempeng Konvergen.  Pada batas lempeng konvergen, ada dua lempeng yang bergerak kearah satu sama lain. Karakteristik perbatasan sebagian tergantung pada tipe lempeng yang bertabrakan.

1)  Jika lempeng dasar laut bertabrakan dengan lempeng dasar laut, salah satunya akan mengalami subduksi, membenam dibawah yang lain. Contohnya adalah lempeng Australia bertabrakan dengan lempeng Asia, dimana lempeng Australia membenam di sebelah barat Sumatera, selatan Jawa – Nusa Tenggara dan Maluku Selatan; lempeng Pasifik bertabrakan dengan lempeng Asia, dimana lempeng Pasifik mengalami subduksi di bawah Irian – Filipina – Jepang. Sepanjang zone subduksi merupakan pusat-pusat gempa, dari gempa dangkal sampai gempa dalam dan biasanya dikenal sebagai zone of Benioff.

Lempeng yang turun menghasilkan palung laut dan pada kedalaman 50 – 100 km sebagian mulai mengalami peleburan menghasilkan magma andesitik. Magma andesit yang terbentuk menyusup keatas melalui retakan-retakan akibat tabrakan antar lempeng, membentuk busur vulkanik berupa deretan pulau-pulau vulkanis sejajar dengan palung. Perhatikan gambar 4. 5.

Gambar 4. 5. (a). Lempeng dasar laut bertabrakan dengan lempeng

dasar laut (b). Busur pulau-pulau vulkanik yang terbentuk

(Sumber: Monroe, James S, Wicander, Reed, 2001)

2)   Jika lempeng dasar laut bertabrakan dengan lempeng benua, maka lempeng dasar laut membenam dibawah lempeng benua karena batuan dasar laut lebih berat. Kenampakan yang dihasilkan sama saja dengan tabrakan dasar laut dengan dasar laut, hanya letak palung dekat tepi benua dan busur vulkanik tidak berupa pulau-pulau vulkanik melainkan pegunungan tepi benua. Sepanjang zone subduksi merupakan pusat-pusat gempa dari gempa dangkal sampai gempa dalam. Subduksi lempeng Nazca dibawah lempeng Amerika Selatan adalah contoh tipe batas lempeng ini. Palung Peru-Chili menandai tempat subduksi dan Pegunungan Andes mewakili busur vulkanik. Lihat gambar 4. 6

Gambar 4. 6. Lempeng Nasca menunjam di bawah 
Lempeng Amerika Selatan Sumber: Skinner, B.J., dkk, 2004

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

3)      Jika lempeng benua bertabrakan dengan lempeng benua, kedua benua saling bertumpuk satu sama lain. Karena batuan kedua benua sama dan keduanya lebih ringan dari batuan di bagian bawah, maka tidak ada yang menunjam dibawah yang lain. Salah satu benua dapat menyelinap dalam jarak pendek dibawah yang lain, tetapi tidak bergerak kebawah sebagai  zone subduksi. Kedua benua menyatu sepanjang suture zone (zone jahitan) yang menandai awal persinggungan kedua benua. Kerak dipertebal lebih lanjut oleh dorongan salah satu benua di bawah yang lain. Hasilnya adalah rangkaian pegunungan di pedalaman benua baru yang lebih besar, hasil penggabungan dua benua. Seluruh daerah tumbukan ditandai oleh pusat-pusat gempa dangkal dalam daerah yang luas sepanjang sejumlah patahan. Pegunungan Himalaya di Asia Tengah terbentuk dengan cara ini, di mana Lempeng India bergerak ke utara bertabrakan dengan Lempeng Asia. Lihat gambar 4. 7.

Gambar 4. 7. Lempeng India tabrakan dengan lempeng Asia.

Sumber: Skinner, B.J., dkk, 2004.

Ad. b. Batas Lempeng Divergen

Batas lempeng divergen adalah batas antar lempeng yang bergerak saling menjauhi. Tipe batas lempeng ini umumnya dijumpai di pegunungan tengah samudera (Mid-oceanic Ridge) seperti Mid-Atlantic Ridge, East Pacific Rise, Atlantic-Indian Ridge, Pacific-Antarctic Ridge.

Arus konveksi di Astenosfer naik di tempat ini kemudian bergerak ke arah berlawanan, menyebabkan lempeng litosfer di atasnya pecah dan bergeser ke arah yang berlawanan. Celah yang terbentuk antara kedua lempeng tersebut terisi dengan magma dari lapisan astenosfer membentuk pegunungan tengah samudera.  Lihat gambar 4. 8.

Gambar 4. 8. Pegunungan di  Tengah Samudera Atlantik  (Mid –Atlantic Ridge)

Ad. c. Batas Lempeng Shear atau Transform

Batas lempeng shear adalah batas antar lempeng yang gerakannya horizontal berlawanan arah sepanjang batas keduanya, seperti mobil yang berpapasan di jalan. Contoh batas lempeng ini adalah patahan Anatolia Utara di Turki yang arahnya Barat –Timur di mana sisi utara patahan bergerak ke timur dan sisi selatannya bergerak ke barat, patahan San Andreas di Amerika Utara di mana sisi timur bergerak ke selatan sepanjang patahan, dan sisi barat bergerak ke arah utara. Daerah di batas lempeng semacam ini sering dilanda gempa dangkal karena gesekan batuan antara kedua lempeng. Lihat Gambar 

Gambar 4.9. Patahan San Andreas di Amerika Utara.

Sumber: Monroe, Wicander, 2001.

Penyebab pergeseran lempeng disebabkan oleh arus mkonveksi di dalam selimut bumi, namun ada beberapa mekanisme/cara yang dikemukakan oleh berbagai ahli geologi. Misalnya ada yang mengemukakan bahwa arus konveksi terjadi dalam selimut bagian atas saja yaitu di lapisan Astenosfer, namun ahli lain beranggapan arus konveksi terjadi di seluruh selimut bumi. Perhatikan gambar 4.10. di bawah ini.

Gambar 4. 10. Arus konveksi di lapisan Astenosfer (kiri) dan

arus konveksi di seluruh selimut bumi (kanan).

Adalagi yang berpendapat tempat naiknya batuan panas dari bawah merupakan daerah sempit saja seperti cerobong asap, dan setelah sampai di permukaan tersebar ke segala arah. Lihat Gambar 4. 11. Pendapat ini dikenal sebagai Mantle Plume oleh W. Jason Morgan seorang ahli geologi dari Universitas Princeton.

Tempat di permukaan bumi itu menjadi daerah vulkanis aktif. Menurut pandangan Morgan lempeng bergerak karena beberapa plume yang tidak luas berupa arus konveksi sepanjang seluruh pegunungan. Plume hipotetis ini seakan seperti pipa dari dasar selimut bumi. Aliran radial materi selimut bumi dari dalam ke permukaan akan memecahkan litosfer dan menggerakkan lempeng. Mantle plume yang naik di benua misalnya, akan menyebabkan permukaan benua menggembung ke atas menyebabkan aktivitas vulkanisme.

Gambar 4. 11.  Mantle Plume seperti terlihat dari samping (atas) dan penyebaran secara radial di permukaan bumi seperti terlihat dari atas (bawah).

Penggembungan ini menghasilkan tiga retakan (gambar 4. 12). Aliran dari dalam berlangsung terus menyebabkan kerak bumi terpecah sepanjang dua dari tiga retakan dan retakan ketiga menjadi tidak aktif. Dalam model ini kedua retakan yang aktif akan menjadi pinggiran benua sebagaimana lautan terbentuk antara benua yang terbelah itu. Retakan ketiga menjadi aulacogen, suatu retakan yang tidak aktif yang kemudian terisi dengan sedimen.

Gambar 4. 13.

A Penggembungan permukaan bumi tempat   

    Mantle plume naik.

B. Akibat aliran radial maka permukaan bumi

     retak di tiga tempat.

C. Dua retakan menjadi aktif di mana lempeng  

     bergerak ke arah berlawanan membentuk 

     lautan diantaranya, sedang retakan yang 

     ketiga menjadi tidak aktif dan terisi dengan  

     sedimen (aulacogen)

     

Sebagai contoh dari retakan semacam ini adalah Laut merah (gambar 4. 14).

Gambar 4.14. Laut Merah dan Teluk Aden merupakan dua retakan aktif sebagaimana semenanjung Arab bergeser dari Afrika, sedang retakan yang tidak aktif atau aulacogen ialah patahan Afrika Timur

Tempat di mana mantle plume mungkin naik sekarang di benua adalah di Taman Nasional Yellowstone di barat laut Wyoming. Daerah ini agak tinggi   dan vulkanis, ada arus panas dan kegiatan mata air panas dan geyser, semuanya mungkin disebabkan oleh plume ini.

Beberapa plume naik di bawah lautan misalnya di kepulauan Hawaii. Akan tetapi agak lain dengan yang di benua, plume bertindak seperti pusat erupsi (hot spot) di bawah lempeng yang bergerak. Sebagaimana lempeng bergerak di atas plume terbentuklah sederetan gunung  di mana hanya salah satu gunung tersebut yang aktif yaitu gunung yang persis di atas mantle plume sedang yang lainnya sudah tidak aktif (gambar 4. 15). Perhatikan pula gambar 4. 16 yang menunjukkan peta Kepulauan Hawaii di mana di ujung tenggara saja yang aktif dan makin ke barat laut gunung-gunungnya tidak aktif dan makin tua umur batuannya.

 

Gambar 4. 15. Perhatikan gunung yang aktif hanya yang terletak di atas pusat

erupsi (hot spot) dan makin ke kiri makin tua umurnya.

Kebanyakan ahli geologi menerima konsep tektonik lempeng karena konsep ini dapat menjelaskan banyak kenampakan-kenampakan di permukaan bumi, antara lain:

·   Distribusi gempabumi yang sesuai dengan konsep tektonik lempeng, di mana gempa dangkal umumnya terletak di bawah normal fault yang disebabkan oleh tensional stress yang berasosiasi dengan perbatasan lempeng divergen dan di strike slip fault pada shear boundary di continent convergence. Di sisi lain gempa dangkal, sedang dan dalam dijumpai pada zone of Benioff yang terletak pada patahan terbalik yang terjadi bila salah satu lempeng menunjam di bawah yang lainnya.

Gambar 4. 16. Peta Kepulauan Hawaii yang bergeser ke barat laut dan hanya dua gunung aktif di sebelah tenggara (tempat yang persis di atas pusat erupsi) dan

gunung-gunung makin ke baratlaut makin tua umurnya.

·   Distribusi dan komposisi vulkan-vulkan di dunia: vulkan-vulkan basaltis terjadi di divergent boundary, sedang vulkan-vulkan andesitis terjadi di convergent boundary.

·   Pegunungan muda dunia yang berasosiasi dengan intrusi magma, metamorfosis, lipatan dan patahan yang disebabkan oleh kompressi horisontal terjadi di converging plate boundaries.

·   Relief dasar laut juga dapat dijelaskan dengan konsep tektonik lempeng: Mid Oceanic Ridge dijumpai pada divergent boundaries, palung laut dijumpai di zone subduksi.

·   Tektonik lempeng juga berkaitan dengan pembentukan batuan metamorfosis seperti terlihat pada gambar 4. 17.

Dengan demikian  konsep tektonik lempeng dapat menjawab lebih banyak kenampakan kenampakan yang ada di permukaan bumi daripada hipotesis atau teori-teori lain.

Gambar 4. 17.  Hubungan antara tektonik lempeng dengan metamorfosis

            Pada gambar 4. 18 di bawah ini kita dapat melihat sebaran  pegunungan dan tipe batas lempeng.

Gambar 4. 18. Sebaran pegunungan bertipe andesit dan basaltik

===JPB===

Daftar Pustaka

Buranda, J.P. 2009. Geologi Umum. Malang. Universitas Negeri Malang. UM Pres