THE FRAMEWORK OF PLATE TECTONICS

Plates and plate margins

Lempeng berada dalam keadaan bergerak kontinu, baik relative terhadap yang lain maupun terhadap sumbu rotasi bumi.

Kegiatan gempa, vulkanik dan barisan gunung berada di sekitar tepi lempeng dan berkaitan dengan gerakan berbeda antara lempeng yang berdekatan.

Macam-macam tepi lempeng:

OCEAN RIDGES(TEPI KONSTRUKTIF) TRENCHES (TEPI DESTRUKTIF) TRANSFORM FAULTS (TEPI KONSERV

ATIF)

OCEAN RIDGES (TEPI KONSTRUKTIF)

• Secara geografis tepi konstruktif ini sesuai dengan lokasi punggung tengah lautan. Dalam proses pembentangan sepanjang punggung ini, terbentuklah kerak baru yang bergerak menjauhi sumbu punggung. Jadi punggung tengah lautan merupakan suatu jalur di mana sepanjang jalur tadi dua lempeng bergerak saling menjauhi. Tetapi kedua lempeng tidak saling berpisah karena di belakang masing-masing lempeng terbentuk kerak lempeng baru secara kontinu.

• Aktivitas seismic rendah dan gempanya bersifat dangkal. Ini disebabkan litosfer di sini sangat tipis dan lemah sehingga tidak dapat terbentuk tegangan yang cukup untuk menyebabkan gempa besar.

• Pada tepi lempeng kontruktif terdapat pula aktivitas vulkanik bawah laut sepanjang punggung.

• Lava yang dimuntahkan terutama adalah basal.

Iceland

TRENCHES (TEPI DESTRUKTIF)

• Pada tepi ini dua lempeng bertumbukan. Satu lempeng menunjam di bawah tepi lempeng yang lain dengan sudut sekitar 45°.

• Lempeng samudera biasanya menunjam di bawah tepi lempeng benua. Ini disebabkan lempeng benua lebih tebal dan mengalami gaya angkat lebih besar.

• Secara geografis lokasinya sesuai dengan lokasi palung lautan. Palung lautan terbentuk karena penunjaman lempeng lautan di bawah tepi lempeng benua dan masuk ke dalam mantel bumi. Penunjaman ini dinamakan subduksi.

• Peleburan parsial dari lempeng penunjam menimbulkan aktivitas vulkanik di atas jalur subduksi.

Contoh :• terciptanya kepulauan Indonesia pada

subduksi lempeng Australia di bawah tepi lempeng Eurasia.

• terbentuknya kepulauan Jepang pada penunjaman lempeng Pasifik di bawah tepi lempeng Eurasia. Dalam kasus ini kegiatan vulkanik timbul pada bagian lempeng benua.

• Terbentuknya pegunungan Andes di pantai barat Amerika Selatan timbul karena subduksi lempeng Nazca di bawah lempeng Amerika Selatan.

Proses penunjaman dapat memberikan dua penampilan permukaan yang berbeda. Busur benua terbentuk bila benua stasioner terhadap mantel dan dasar lautan bergerak di bawahnya. Barisan pegunungan muncul bila benua bergerak menindih lempeng lautan yang stasioner terhadap mantel bumi

Ocean-ocean Convergence Ocean-continent Convergence

Continent-continent Convergence

Himalaya mountain range

Volcanic arcs and oceanic trenches partly encircling the Pacific Basin form the so-called Ring of Fire, a zone of frequent earthquakes and volcanic eruptions. The trenches are shown in blue-green.

Zona subduksi di Indonesia

TRANSFORM FAULTS (TEPI KONSERVATIF)

• Tepi di mana lempeng tidak mengalami penambahan maupun pengurangan luas permukaan. Kedua lempeng hanya bergesek satu terhadap yang lain pada perbatasannya. Gesekan antara kedua lempeng dapat begitu besar sehingga dapat menimbulkan tegangan yang besar dan menghasilkan gempa besar. Kegiatan tektonik ini tidak disertai dengan aktivitas vulkanik.

• Salah satu contoh adalah patahan San Andreas. Patahan ini berada di antara lempeng Pasifik dan lempeng Amerika Utara. Tegangan sangat besar yang terkumpul pada patahan ini, secara periodik dilepaskan sebagai gempa besar.

Tetapi aktivitas ini tidak selalu terjadi di sepanjang patahan. Misalnya pada gempa San Francisco 1906 kegiatannya hanya terjadi di sepanjang ujung utara patahan San Francisco. Perpindahan sepanjang patahan San Francisco ini rata-rata 6.5 cm tiap tahun.

Aerial view of the San Andreas fault slicing through the Carrizo Plain in the Temblor Range east of the city of San Luis Obispo. (Photograph by Robert E. Wallace, USGS.)

A satellite view of the Sinai shows two arms of the Red Sea spreading ridge,exposed on land.

Distribution of earthquakes• Teori lempeng tektonik memprediksikan bahwa

mayoritas aktivitas tektonik bumi terdapat di tepi lempeng

• Lokasi episentrum gempa bumi dapat digunakan untuk menentukan tepi lempeng. Jika episentrum gempa kita gambarkan sebagai titik di dalam peta dunia, maka akan terlihat bahwa titik tersebut tidak tersebar merata di permukaan bumi, tetapi terletak di dalam beberapa daerah sempit tertentu. Daerah sempit ini disebut sabuk seismik.

Beberapa sabuk seismik: Sabuk seismik lingkar pasifik

Sabuk ini mengelilingi lautan Pasifik melewati Irian, Sulawesi Utara, Filiphina, Jepang, Kep. Kuril, Kamchatka Timur, Kep. Aleutan, Alaska Selatan, Pantai Barat Amerika Utara, Amerika Tengah, Amerika Selatan, daerah Kutub Selatan, Selandia Baru, pulau-pulau Tonga, Fiji, Salomon, dan kembali ke Irian

Sabuk seismik mediteran atau alpideSabuk ini membujur dari Azores melalui daerah mediteran, termasuk Alpen, Kaukasus, Laut Kaspia, Irian, Himalaya, Birma, Kep. Andanian, Nicobar, Sumatera, Jawa, Nusa Tenggara

• Selain kedua sabuk seismik tersebut di atas terdapat pula sabuk seismik yang melintasi lautan, misalnya Samudera Atlantik. Sabuk seismik ini melintang dari utara ke selatan, seolah-olah membelah Samudera Atlantik. Letak sabuk ini berimpit dengan suatu gejala geografis yang dikenal sebagai punggung Tengah-Atlantik. Punggung ini merupakan barisan pegunungan yang memanjang di dalam Samudera Atlantik. Selain di Atlantik, punggung tengah-lautan serupa terdapat pula di dasar lautan yang lain seperti di Pasifik dan Samudera Hindia

Berdasarkan kedalaman, gempa bumi dibagi menjadi tiga, yaitu:

• Gempa dangkal, fokus gempa terletak pada kedalaman 0-70 km

• Gempa menengah, fokus gempa terletak pada kedalaman 70-300 km

• Gempa dalam, fokus gempa terletak pada kedalaman di atas 300 km

NISQUALLY EARTHQUAKE

Focal depth 58 km; in subducting Juan de Fuca plate

Konfigurasi lempeng lithosphere bergerak di atas asthenosphere dan mesosphere. Salah satu bagian yang menarik adalah bagian punggungan samudra (ocean ridges) di bagian tengah gambar, hanya secara kotinu naik (up-melling pada punggungan samudra). Batuan ini secara perlahan bergerak melintasi permukaan bumi sebagai lantai samudra (sea floor) yang baru di kedua sisi punggungan.

Dengan cara seperti ini lempeng-lempeng tersebut mekar dan bergerak dengan kecepatan yang sama melintasipermukaan, seperti sabuk berjalan yang besar (great conpeyor belt), mendingin, memeram (aging) dengan menjauhnya terhadap punggungan tersebut. Karena alasan inilah punggungan samudra disebut daerah pemekaran (spreading zone).

Garis-garis episenter tidak ada yang utuh, tetapi terpatah-patah oleh offset horizontal (perpindahan tempat) yang tidak beraturan. Offset-offset tersebut cocok dengan suatu bentuk dari slip horizontal antara dua blok kerak (two crustal blocks). Pada kedua tepi, slip berubah atau ditransformasikan oleh munculnya lantai samudra yang baru sepanjang punggungan. Slip semacam ini disebut transform fault, dan banyak gempa bumi terjadi di sepanjang transform fault tersebut.

The theory states that the Earth's lithosphere is divided into plates (about 100 km thick) that move around on top of the asthenosphere. Continental crust is embedded within the lithospheric plates. The Plates move in different directions, and meet each other at plate boundaries. The plates and their boundaries are shown below.

Dengan tertekuknya lempeng pada saat penunjaman, retakan (fracture) menimbulkan gempa bumi dangkal (shallow earthquakes) di dalamnya. Pada proses pergerakan (downward movement) selanjutnya, gaya-gaya tambahan dibangkitkan, menyebabkan deformasi dan keretakan lebih lanjut, dan menghasilkan gempa bumi dalam (deep earthquakes). Gempa bumi dalam yang terjadi sepanjang bagian lempeng yang menunjam, mempunyai pola yang teratur, yang disebut daerah Benioff (Benioff zone)

Seismology and the Earth’s Deep Interior

Earthquakes around the Globe• worldwide earthquakes 1954-1998 of magnitude >=

4.0• NEIC (National Earthqauake Information Center) • more than 240 000 seismic events with magnitude

>=4.0

BGR Hannover

Gempa di Jogja

Relative plate motions

Plate motion based on Global Positioning System (GPS) satellite data from NASA JPL. Vectors show direction and magnitude of motion.

Pergerakan lempeng di atas permukaan bumi

dapat didiskripsikan oleh teorema Euler,

yang mengatakan bahwa pergerakan relatif

antara dua lempeng secara khusus

digambarkan oleh pergerakan relatif dengan

pemisahan sudut kutub yang dikenal sebagai

“Euler pole”

Kutub dan kutub-lawan nya adalah dua poin yang unik di atas permukaan bumi yang tidak bergerak relative satu dengan lainnya (dari 2 lempeng tersebut) .

Suatu aspek penting dari gerakan lempeng relatif adalah bahwa kutub antara dua lempeng cenderung untuk masih tetap dalam waktu yang lama. Kecepatan lempeng selalu konstan dalam beberapa juta tahun.

Metode untuk menentukan kutub pergerakan relatif dari dua lempeng:

Didasarkan pada fakta bahwa untuk pergerakan tangensial yang sebenarnya yang terjadi selama pergerakan relatif dua lempeng, transform fault sepanjang batas umum harus mengikuti jejak dari lingkaran kecil memusat atas kutub pergerakan relatif

Didasarkan pada variasi laju penyebaran dengan jarak angular dari rotasi kutub

Metoda menentukan arah gerak relatif antara dua lempeng menggunakan solusi mekanisme gempa bumi focal pada tepi lempengnya

Geometry of plate motions. Linear velocity at point r is given by v ji = w x r. The Euler pole is the intersection of the Euler vector with the earth's surface. Note that west longitudes and south latitudes are negative.

" Pusat perputaran lempeng ini ( Euler Pole) seperti suatu poros sumbu, menglilingi lempeng, menuju ke pusat bumi.

" Kutub utara dan selatan, di daerah dimana keseluruhan bumi berputar, mendukung kerja suatu Euler pole

Dekat dengan kutub, perputaran lambat, tetapi jika berpindah/bergerak dari kutub, perputaran semakin cepat. Sama halnya suatu roda sepeda, pada bagian pelek berputar lebih cepat dari bagian porosnya. Seperti bumi berputar pada porosnya, garis katulistiwa berputar lebih cepat dari bagian yang lain, dan 90 derajat garis lintang dari kutub utara dan selatan.

Gerakan lempeng paling cepat pada 90 derajat dari Euler pole, kemudian melambat lagi jika bergerak menjauh dari poros perputaran.

Relative motion of North America Plate

Batas transform umumnyaberada di dasar laut, namun ada juga yang beradadi daratan, salah satunya adalah Sesar San Andreas (San Andreas Fault)di California, USA. Sesar ini merupakan pertemuan antara Lempeng Amerika Utara yang bergerak ke arah tenggara, dengan Lempeng Pasifik yang bergerak ke arah barat laut.

Hotspots and absolute plate motions

• Jika kita bayangkan satu lempeng tektonik diam, kemudian kita dapat menentukan pergerakan relatif lempeng yang lain terhadap lempeng relatif yang diam

• Hot spots dapat memungkinkan untuk menentukan pergerakan lempeng absolut

• Pergerakan absolut lebih baik ditentukan dengan kerangka acuan bintang

Mayoritas aktivitas vulkanis bumi terjadi pada tepi lempeng. Akan tetapi pecahan yang paling signifikan terjadi di dalam lempeng. Pada samudra, aktivitas vulkanik dalam lempeng membentuk pulau kecil yang memanjang (linier) seperti Hawaiian Emperor dan Pasifik. Selanjutnya banyak dari jenis pulau seperti itu membentuk rantai paralel.

Penjelasan yang mungkin mengenai pusat dari rantai pulau diajukan oleh Wilson (1963). Ia menyatakan bahwa pulau-pulau tersebut dibentuk pada lithosphere melewati hotspots.

Hotspots didefinisikan sebagai pusat dari lapisan plumes yang muncul dari lapisan bawah melewati lithosphere (Olson & Nam, 1986)

Space Shuttle photograph of the Hawaiian Islands, the southernmost part of the long volcanic trail of the "Hawaiian hotspot" (see text).

Kauai is in the lower right corner (edge) and the Big Island of Hawaii in the upper left corner. Note the curvature of the Earth (top edge).

Above: Artist's conception of the movement of the Pacific Plate over the fixed Hawaiian "Hot Spot,"

illustrating the formation of the Hawaiian Ridge-Emperor Seamount Chain.

Distribution of selected hotspots.

The numbers in the figure are related to the listed hotspots on the left.

Hot spots

World map showing the locations of selected prominent hotspots; those labelled are mentioned in the text. (Modified from the map This Dynamic Planet.)

TRUE POLAR WANDER

Teknik paleomagnetik dapat digunakan untuk membentuk jejak edar penyimpangan kutub nyata (True Polar Wander) dari jejak pergerakan lempeng-lempeng terhadap kutub utara magnetik. Sehingga dengan menggunakan model dipol geosentris aksial, pergerakan lempeng-lempeng tersebut dapat dianggap sebagai pergerakan terhadap sumbu putar bumi.

Hotspots hampir tidak bergerak pada lapisan bumi, sehingga pergerakannya menghasilkan rekaman dari pergerakan lempeng terhadap lapisan bumi

Sehingga kombinasi kedua metode tersebut dapat digunakan untuk menentukan pergerakan relatif antara lapisan dengan sumbu rotasi bumi. Fenomena ini dikenal dengan penyimpangan kutub nyata (True Polar Wander/ TPW)

SUPERPLUMES

Hotspots merupakan permukaan hasil perwujudan dari plumes material panas yang muncul dari lapisan dalam. Hotspots tersebut berukuran sedang dan dapat dianggap untuk membentuk bagian dari sistem konveksi lapisan normal. Setelah hotspots tersebut terbentuk, dalam sejarah pembentukan bumi terdapat suatu periode yang terjadi aktivitas vulkanis intensif.

Penyebabnya adalah fenomena superplumes panas, arus panas dari material yang sangat panas yang muncul dari lapisan D” pada dasar lapisan yang mendapatkan panas dari pusat bumi, kemudian menyebar secara lateral pada dasar lithosphere, akibatnya pada daerah tersebut terjadi aktivitas 10 kali lebih besar dari aktivitas plume normal

Lower Mantle: D”

The mid-mantle shows little lateral heterogeneity. The lowermost mantle (D”) hast strong (possibly >10%) lateral velocity perturbations. The may originate in a thermal boundary layer or from subducted lithosphere.

Larson berpendapat bahwa superplumes menyebabkan penyebaran aktivitas vulkanis yang luas dan intrusif panas yang menyebabkan sebagian besar ketidaknormalan dasar samudra selama pertengahan cretareous. Salah satu perwujudan aktivitas ini adalah pembentukan banyak rantai pulau kecil di Pasifik Barat.

Geodynamic Modelling: Plumes

High-resolution numerical study of plumes and the effects of the mantle viscosity structure.

direction of propagation

plumose structure

hackles

DIRECT MEASUREMENT OF RELATIVE PLATE MOTIONSSekarang dimungkinkan untuk memonitor

pergerakan relatif antar lempeng dengan mensurvei secara periodik dasar tepi lempeng

Terdapat tiga metode survey yang tersedia: Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Satelit Laser Raging (SLR) Satelit Radio Positioning

Very Long Baseline Interferometry (VLBI)

VLBI dibuat menggunakan sinyal radio dari sumber-sumber radio extragalactic atau atau quasars. Sinyal dari sebagian galaksi akan direkam secara simultan menggunakan radioteleskop pada bagian akhir garis pangkal yang mungkin sampai sepanjang 10.000 km. Karena lokasinya yang berada pada permukaan bumi, sinyal yang diterima pada teleskop mengalami penundaan. Besarnya waktu tunda antara dua stasiun sebanding dengan jarak keduanya dan arah sinyal datang. Metode ini mempunyai keakuratan sampai 20 mm

Satelit Laser Raging (SLR)

SLR menghitung jarak ke orbit satelit buatan atau reflektor pada bulan dengan menghitung dua waktu tempuh jalan pulsa cahaya laser yang dipantulkan dari satelit. Waktu tempuh diubah menjadi jarak menggunakan kecepatan cahaya. Metode ini mempunyai ketelitian sampai 80 mm. pengulangan periodik observasi metode ini dapat digunakan untuk mengamati pergerakan relatif lempeng

Satelit Radio Positioning (SRP)

Metode ini menggunakan radio Interferometry dari satelit Global Positioning System (GPS). Ini merupakan metode tiga dimensi yang mana posisi relatif instrumen pada bagian akhir garis pangkal ditentukan dari sinyal yang diterima instrumen dari beberapa satelit. Observasi simultan menggunakan banyak satelit akan menghasilkan tingkat akurasi yang tinggi. Saat ini terdapat 21 satelit GPS

INSTANTANEOUS AND FINITE ROTATIONS

Suatu putaran kutub bukanlah suatu keperluan geometris, itu tidaklah luar biasa untuk kutub Euler untuk pindah pada lokasi yang baru. Perputaran plat A dan B pada awalnya pada P1, kemudian menyebabkan transformasi rotasi sesar 300.

• Lokasi kutub yang baru adalah P2, 600 di sebelah utara dari P1, sehingga transformasi sesar sekarang adalah 900 dari P2, pada kondisi tersebut katulistiwa sebagai kutub. Kejadian perpindahan kutub berguna untuk mempermudah penjelasan tentang transformasi sesar.

Triple junctionsIndonesia merupakan daerah pertemuan 3

lempeng tektonik besar, yaitu lempeng Indo-Australia, Eurasia dan lempeng Pasific. Lempeng

Indo-Australia bertabrakan dengan lempeng Eurasia di lepas pantai Sumatra, Jawa dan Nusa

Tenggara, sedangkan dengan Pasific di utara Irian dan Maluku utara. Di sekitar lokasi

pertemuan lempeng ini akumulasi energi tabrakan terkumpul sampai suatu titik dimana

lapisan bumi tidak lagi sanggup menahan tumpukan energi sehingga lepas berupa gempa

bumi.

Map of East Africa showing some of the historically

active volcanoes(red triangles) and

the Afar Triangle (shaded, center) -- a triple junction where three plates are pulling away from one

another: the Arabian Plate, and the

two parts of the African Plate (the Nubian and the

Somalian) splitting along

the East African Rift Zone (USGS).

Terima kasih