2. Gravitasi Bumi

Suatu fenomena alam yang tidak dapat dipungkiri adanya suatu kekuatan (gaya) yang

senantiasa ke bawah (tegak lurus bumi). Mobil dapat berjalan kecepatan tinggi di jalan

raya, manusia dapat berjalan di permukaan bumi dan tanaman dapat tumbuh dengan

akar menuju ke dalam bumi dapat dipastikan kesemuanya itu berkaitan dengan adanya

gaya gravitasi bumi. Di bulan gaya semacam itu tidak ada, sehingga para astronot tidak

dapat lari kecang dan tidak dapat berdiri tegak di bulan. Pergerakan para astronot

seperti pergerakan orang mabuk dan melayang layang di atmosfer bulan.

Bumi yang mempunyai gaya tarik ke arah intinya yang lebih dikenal sebagai suatu gaya

gravitasi. Dengan adanya gaya tersebut maka kita dan semua benda benda di

permukaan bumi ini tidak sampai melayang ke ruang angkasa. Sebenarnya gaya

gravitasi telah ada semenjak bumi dan jagad raya ini tercipta. Manusia belum berpikir jeli

terhadap fenomena gaya ini. Secara empiris belum ada manusia yang peduli dengan

gaya Gravitasi. Dikenalnya gaya gravitasi baik secara empiris mulai diramaikan orang

pada saat Isaac Newton mengungkapkan teori gravitasinya. Konon menurut sejarah teori

itu diperoleh, karena ketajaman kepedulian pemikirannya terhadap fenomena alam yang

pada saat itu diilhami oleh jatuhnya buah apel dari pohon ke tanah. Konsepsi dasar teori

gaya gravitasi adalah gaya tarik menarik antara 2 massa, secara konsepsi teori tersebut

diformulasikan oleh Isaac Newton.

Gaya gravitasi di setiap tempat permukaan bumi tidak sama, hal ini disebabkan adanya

perbadaan: jari jari ke kutub dan kekatulistiwa (pengaruhnya kecil sekali), Ketinggian

tempat (pengaruhnya juga sangat kecil), Kerapatan batuan yang menyusun kerak bumi

justru sangat menentukan.

Dengan mengetahui besarnya gaya gravitasi di permukaan bumi para pakar dapat

menganalisa keadaan bagian dalam dari bumi. Dengan asumsi bahwa bahwa volume

(massa) bumi besarnya tetap, maka dengan adanya bagian bumi yang rendah seperti

halnya lautan atau lembah akan dikompensasikan oleh adanya benua atau pegunungan

agar volume bumi tetap. Illustrasi tentang konsepsi keseimbangan atau kompensasi

disajikan dalam Gambar 2.2. Konsepsi seperti ini dapat dikatakan sebagai daya lenting

dari bumi. Pada saat kita mengamati globe, jelas terlihat bahwa belahan bumi utara yang

kebanyakan berupa daratan diimbangi oleh lautan di belahan bumi selatan.

Hal yang sama juga terjadi pada barisan pegunungan, bahwa pada jalur pegunungan

tinggi nampak adanya imbangan dari jalur palung laut yang dalam di dekatnya.

Fenomena semacam ini oleh para pakar disebut kedudukan seimbang atau Isostasi.

Selama belum tercapai keseimbangan atau kedudukan isostasi itu, maka kerak bumi

akan bergerak terus mencari keseimbangannya, dan ini merupakan salah satu penyebab

dari gaya tektonik atau labilnya permukaan bumi. Berdasarkan konsepsi tentang isostasi

ini, menimbulkan dua hipotesa yang paling dikenal oleh kalangan para pakar geologi,

yaitu PRATT dan AIRY.

a. Teori Pratt's

Konsepsi awal tentang isostasi yang dikemukaan oleh Pratt's sebenarnya tidak

menggunakan istilah Isostasi, melainkan kompensasi pada saat mengemukakan teori

pertama kalinya pada tahun 1859. Pratt's mengemukakan bahwa adanya kelebihan

massa di atas daratan dikompensasikan oleh adanya kekurangan massa di dasar laut.

Akan tetapi densitas batuan yang menyusun daratan lebih kecil daripada densitas

batuan yang menyusun dasar lautan. Dengan kata lain, adanya perbedaan ketinggian

antara daratan dan lautan adalah karena perbedaan kepadatan batuan yang menyusun

kerak bumi di kedua bagian bumi tersebut.

 

Gambar 2.2. Illustrasi Konsep Keseimbangan/Kompensasi

Untuk memberikan gambaran empiris Pratt's membuktikan dengan menggunakan

berbagai logam yang tidak sama berat jenisnya (Gambar 2.3).

 Gambar 2.3. Teori Pratt’s Tentang Adanya Isostasi

Pada penampang dan beratnya dibuat sama, kemudian diapungkan dalam air raksa. Dari

percobaan tersebut ternyata logam yang bobot jenisnya lebih besar hanya sedikit

tersembul di atas permukaan air raksa, sedang logam yang lebih ringan tidak banyak

tenggelam di bawah permukaan air raksa. Analogi yang dapat diambil dari percobaan

tersebut dapat dikatakan bahwa gunung Himalaya itu merupakan hasil isostasi dari

lautan atlantik.

b. Teori Airy's

Konsepsi tentang isostasi dilanjutkan oleh Airy, ia mengemukakan teorinya ini pada

tahun 1865 dengan jalan pikiran yang agak berbeda dengan Pratt. Airy membenarkan

bahwa batuan yang menyusun kerak bumi tidak sama densitasnya, namun perbedaan

itu tidaklah terlalu besar yang dapat menghasilkan perbedaan ketinggian permukaan

bumi sedemikian besarnya.

Keraguan raguan dari Airy berasal dari ketidak puasannya dengan fakta/kenyataan yang

ada bagaimana Gunung Himalaya yang begitu tinggi dapat terbentuk hanya dengan

menurunnya palung palung laut yang sangat dalam. Airy memberikan gambaran yang

serupa dengan Pratt's, tetapi dengan menggunakan logam yang sejenis (dengan kata

lain densitas batuan penyusun kerak bumi dianggap sama), namun ketebalannya tidak

sama. Setelah diamati, ternyata logam yang lebih tebal tersembul lebih tinggi di atas

permukaan air raksa dibanding logam yang tipis (Gambar 2.4). Dengan demikian Airy

mengambil kesimpulan bahwa perbedaan ketinggian permukaan bumi bukan karena

perbedaan densitas batuan tetapi akibat dari perbedaan ketebalan lapisan kerak bumi.

Airy menganalogikan pada konsepsi terbentuknya pegunungan yang tinggi akarnya akan

jauh masuk ke dalam bumi dibandingkan dengan dasar laut yang belum sebanding.

Berdasarkan teori tersebut, maka teori Airy ini lebih dikenal dengan konsepsi akar

pengunungan (The Roots of Mountain hypothesis of isostasy). Sesuai dengan kemajuan

zaman, pendapat Airy lebih banyak dianut dan dipergunakan oleh para ahli geologi pada

saat itu, namun tidak berarti bahwa pendapat Pratt salah, sebab ternyata batuan

penyusun kerak bumi tidak sama densitasnya. Dengan demikian, kedua teori tersebut

pada prinsipnya saling melengkapi dimana dasar kerak bumi tidak rata sebagaimana

diduga oleh Pratt (akar pegunungan menjorok lebih dalam dibandingkaan dasar laut),

dan dipihak lain densitas batuan penyusun kerak bumi juga tidak sama sebagaimana

digunakan Airy dalam mengemukakan teorinya.

Gambar 2.4. Teori Airy tentang adanya Isostasi

Penyimpangan Gravitasi

Berdasarkan hasil pengukuran gravitasi setiap tempat di permukaan bumi dibandingkan

dengan gravitasi teoritis yang seharusnya dimiliki oleh tempat tersebut tidak sesuai dan

cenderung timbul adanya penyimpangan. Atas fenomena ini para pakar sepakat bahwa

di permukaan bumi ini akan dijumpai gaya gravitasi yang agak menyimpang. Para ahli

menyepakati adanya anomali gravitasi/anomali isostasi. Anomali gravitasi adalah

penyimpangan gravitasi di suatu tempat di permukaan bumi dari gravitasi teoritis yang

seharusnya dimiliki. Dengan kata lain selisih antara gravitasi sebenarnya dengan

gravitasi secara teoritis. Berdasarkan perbedaan nilai tersebut, maka penyimpangan

gravitasi dikenal ada dua macam Anomali Gravitasi, yaitu: anomali positif dan negatif.

Anomali Gravitasi positif terjadi bila gravitasinya lebih besar dari gravi¬tasi teoritis.

Daerah yang mengalami Anomali Gravitasi positif cenderung akan mengalami penurunan

untuk mencapai kedudukan seimbang, sebab kelebihan berat dibanding daerah yang

mengalami Anomali Gravitasi negatif. Anornali Gravitasi negatif terjadi bila gravitasinya

lebih kecil darl gravi¬tasi teoritis. Daerah yang mengalami Anomali Gravitasi negatif

cenderung mengalami pengangkatan agar tercapai kedudukan isostasi.

Gravitasi teoritis yang dimaksudkan dalam teori ini adalah besamya gaya gravitasi pada

Spheroid, yaitu permukaan bumi rata rata yang berbentuk elipsoidal (suatu permukaan

bumi khayal, hanya dibayangkan saja/dilukiskan di atas kertas guna keperluan

perhitungan). Pada semua titik di Spheroid ini nilai gravitasinya sama asal terletak pada

lintang yang sama (jarak ke pusat bumi sama & gaya sentrifugal akibat rotasi bumi juga

sama). Dengan pengukuran gravitasi di permukaan bumi kemudian dianalisa, para pakar

dapat meramalkan peristiwa geologi yang akan terjadi di suatu daerah misalnya

pembentukan pegunungan, penurunan permukaan daratan, dan sebagainya.

Pengukuran gravitasi di Indonesia telah banyak dilakukan sejak zaman penjajahan

Belanda. Salah seorang pakar yang tercatat Vening Meinesz banyak melakukan

penelitian gravitasi di Indonesia. Dari beberapa hasil penelitiannya berkesimpulan bahwa

di daerah Maluku dan sekitarnya merupakan daerah labil, sehingga setiap saat akan

terjadi proses pembentukan pegunungan tinggi dan akan terjadi pula penurunan

permukaan tanah. Terjadinya gempa bumi yang dahsyat yang menelan beberapa korban

pada tahun 1994 di Flores merupakan salah satu peristiwa yang berkaitan dengan

kelabilan daerah tersebut.

Munculnya gunung baru di Negara Tonga pada tanggal 18 Juni 1995 dengan ketinggian

15 menjadi 50 meter dalam kurun waktu 10 hari juga merupakan fenomena

pengangkatan kerak bumi akibat gaya di dalam bumi. Tampaknya aktivitas inti bumi

menjadi lebih nyata peranannya dengan adanya bukti bukti kongkrit ini.

3. Gelombang Seismik.

Gelombang seismik adalah getaran kerak bumi yang diakibatkan adanya gangguan pada

salah satu lapisan bumi, sehingga menyebabkan adanya getaran. Getaran yang sampai

kepermukaan bumi pada umumnya menyebabkan pergerakan keberbagai arah, gerakan

ini sering disebut dengan gempa bumi. Jika terjadi peristiwa gempa baik yang terjadi

secara alamiah maupun yang terjadi karena buatan yang disengaja oleh manusia, maka

tekanan akan diteruskan melalui materi di sekelilingnya berupa rambatan getaran dalam

bentuk gelombang. Secara garis besar, gelombang seismik/gempa dapat dibedakan atas

2 macam yaitu gelombang dalam (Body Wave) dan gelombang permukaan (Surface

Wave).

Gelombang Dalam

Gelombang dalam atau body wave adalah gelombang yang meram¬bat didalam bumi,

dari pusat gempa menuju ke segala arah. Berdasarkan caranya merambat melalui

batuan penyusun bumi, dikenal ada dua tipe, yaitu: (1) gelombang longitudinal dan (2)

gelombang transversal.

Gelombang Longitudinal atau Gelombang Primer, nama yang diberikan sesuai dengan

kecepatannya dimana tipe gelombang inilah yang pertama kali tercatat oleh seismograf.

Arah getarannya ke depan dan yang ke belakang sehingga materi yang dilaluinya

mengalami tekanan dan perenggangan (seperti spiral). Oleh karena itu sering pula

disebut "Push pull Wave" ataupun "Com¬pressional Wave". Gelombang ini dikenal pula

sebagai Gelombang Suara karena cara perambatannya seperti cara perambatan suara di

udara. Sifat dari gelom¬bang ini adalah dapat melalui materi dalam wujud padat, cair,

maupun gas. Dan karena arahnya yang kedepan maka tergolong cepat. Bila menembus

materi bumi, kecepatannya berkisar antara 8,5 km/detik di lapisan dalam sampai sekitar

6 km/detik di kerak bumi.

Gelombang Transversal atau Gelombang Sekunder berbeda dengan gelombang

longitudinal. Arah getaran gelombang ini tegak lurus pada garis arah ke mana ia

bergerak. Karena itu maka kecepatannya lebih rendah dibandingkan dengan gelombang

Primer tadi. Akibat lain dari arah gerakannya adalah bahwa tipe gelombang ini hanya

dapat melalui benda yang berwujud padat. Bila melewati materi berwujud cair atau gas,

gelombang ini hilang/tidak tercatat oleh alat Seismograf. Adapun kecepatannya hanya

sekitar 2/3 kecepatan Gelombang Primer atau sekitar 4 6 km/detik.

Gelombang Permukaan

Gelombang permukaan atau Surface Wave, yaitu getaran yang merambat ke permukaan

bumi kemudian melanjutkan perjalannya di permukaan bumi. Jadi jalan yang dilalui lebih

panjang, sehingga gelombang ini tercatat paling akhir oleh seismograf. Kecepatan

perambatannya sekitar 3 4 km/detik. Bentuknya seperti gelombang air, ada yang berupa

gelombang primer dan sekunder. Secara skematik gelombang gelombang yang terjadi di

dalam dan dipermukaan bumi disajikan dalam Gambar 2.5.

 

Gambar 2.5. Illustrasi Gelombang Primer dan Sekunder

Perbedaan prinsip antara Gelombang Primer dan Gelombang Sekunder tersebut dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan untuk memperkirakan wujud bagian dalam dari bumi, maupun pencarian bahan galian, khususnya minyak bumi. Disamping itu dapat digunakan untuk menghitung jarak pusat gempa ke stasion pengamat gempa. Ulasan lebih komprehensif tentang gempa bumi akan diuraikan dalam bab tersendiri.

4. Struktur Bumi/Lapisan Bumi

Sebagaimana yang telah diuraikan sebelumnya bahwa bagian bumi bagian dalam sulit

sekali diketahui secara langsung, sehingga orang berusaha menganalisanya lewat hasil

pengukuran secara tidak langsung.

Wujud bagian dalam dari bumi, menimbulkan beberapa pendapat/dugaan. Ada yang

mengatakan bahwa makin jauh ke dalam bumi temperatur makin tinggi, dimana

kenaikan suhu rata rata 2oC/ 100 meter (gradien geotermis) dan makin dalam makin

kecil gradien geotermis tersebut. Setelah dihitung, para ahli memperkirakan temperatur

inti bumi sekitar 2.000 oC – 3.000 oC. Berdasarkan hasil pengukuran empiris tersebut,

menimbulkan suatu pendapat bahwa inti bumi pasti berwujud gas karena pada

temperatur sedemikian tingginya itu materi padat akan mencair kemudian berubah

menjadi gas.

Sebagian pakar lain tidak sependapat dengan alasan bahwa makin ke dalam tekanan

juga akan makin tinggi karena tekanan lapisan dari atas semakin besar. Oleh karena itu

di bawah tekanan yang begitu besar (sekitar 3 juta atmosfir) maka inti bumi tentunya

berwujud padat. Timbul pendapat lain yang menggabungkan kedua pendapat di atas

mengatakan bahwa inti bumi wujudnya kental sebab sekalipun temperatur tinggi namun

tekanan yang begitu tinggi akan menghalangi perubahan zat menjadi gas

Dalam perkembangan selanjutnya atas bantuan pengetahuan gelombang gempa, para

ahli mengemukakan keterangan keterangan yang diperoleh tidak saja dari analisa

tentang gelombang gempa, melain¬kan juga dengan hasil analisis parameter yang

lainnya. Perkiraan perkiraan merupakan metode pendekatan yang tidak dapat dihindari.

Karena itu para pakar bersepakat bahwa kemungkinan materi yang menyusun masing

masing lapisan bumi tersebut harus di identifikasikan.

Berdasarkan penelitian dengan bantuan berbagai ilmu pengetahuan dan teknologi yang

telah disebutkan sebelumnya, para pakar menyusun suatu teori tentang kerangka bumi.

Berdasarkan teori tersebut mereka membagi bumi kedalam 3 bagian besar yaitu:

•    Kerak bumi (Crush), 

•    Selimut (Mantle) 

•    Inti (Core).

Secara skematik ketiga susunan utama bumi tersebut disajikan dalam Gambar 2.6.

1. Kerak Bumi (Crush)

Lapisan ini menempati bagian paling atas/permukaan bumi dengan tebal rata rata antara

10   50 km. Tebal lapisan ini tidak sama di semua tempat. Secara garis besar, di atas

benua tebalnya berkisar antara 20   50 km, namun di bawah dasar laut ketebalannya

hanya mencapai sekitar 10   12 km saja. Jika dihubungkan dengan teori isostasi

tampaknya teori ini masih relevan sekali untuk menjelaskan tentang susunan lapisan

bumi. Wujud lapisan ini pada umumnya berupa materi materi yang padat. Dalam kerak

bumi ini masih terbagi lagi kedalam sublapisan, yaitu: lapisan yang bersifat granitis dan

yang bersifat basaltika.

Lapisan Granitis : density rendah, cerah, menempati posisi di bagian benua

Lapisan granitis merupakan lapisan paling luar dari kerak bumi. Nama yang diberikan

menunjukkan bahwa susunan materi yang menyusunnya kebanyakan berupa batuan

granit. Lapisan ini menempati lapisan paling atas dengan ketebalan sekitar 10   15 km,

dengan kecepatan gelombang primer mencapai 6,5 km/ detik. Akan tetapi lapisan ini

tidak diketemukaan di semua tempat dan pada umumnya di dasar laut tidak dijumpai

lapisan ini.

Gambar 2.6. Susunan Lapisan Utama Bumi

Lapisan Basaltis

Lapisan basaltis merupakan lapisan setelah lapisan granitis. Nama yang diberikan

menunjukkan bahwa susunan materi kebanyakan tersusun dari materi basalt yang

bersifat basa dengan densitas yang lebih besar. Letaknya di bawah lapisan granitis

dengan kedalaman sekitar 30¬ - 50 km. Kecepatan gelombang primer berkisar antara

6,5 km/detik di bagian atas, sedangkan di bagian bawah mencapai 8 km/detik.

2. Selimut (Mantle).

Lapisan bagian dalam setelah kerak bumi adalah mantel, sesuai dengan namanya

lapisan ini bersifat melindungi bagian dalam bumi. Lapisan ini menempati bagian sebelah

bawah dari kerak bumi, pada umumnya dibagi atas 3 bagian lagi yaitu: litosfer,

astenosfer dan mesosfer.

Litosfer

Lapisan paling luar dari selimut disebut dengan litosfer, kata litosfer berasal dari kata

lithos yang berarti batu dan fera berarti sekeliling. Berdasarkan pengertian itu, maka

litosfer berati lapisan pal¬ing luar dari selimut yang didominasi oleh batuan. Letaknya

paling atas dari selimut bumi, terdiri dari materi materi yang berwujud padat dengan

tebal sekitar 50 100 km. Bersama sama dengan kerak bumi sering pula disebut lempeng

lithosfir yang mengapung di atas materi yang agak kental yaitu astenosfir¬. Pada

kedalaman sekitar 60   200 km dari puncak litosfir terdapat lapisan yang agak lain

sifatnya dimana kecepatan gelombang lebih lambat, disebut "Low velocity layer".

Astenosfer

Lapisan setelah litosfer adalah astenosfer, lapisan ini berada di bawah litosfir dengan

wujud agak kental dengan tebal sekitar 100 400 km. Karena itu kecepatan gelombang

pada waktu melewati lapisan ini agak menurun. Diduga batuan disini lebih panas dari

batuan biasa di sekitarnya sehingga 1   10 % lebur.Para pakar menduga mungkin lapisan

ini sebagai tempat formasi magma (magma induk). Dan pada lapisan ini pula sintesa

batuan dan mineral dibentuk. Karena wujudnya tidak padat, maka massa yang ada di

atasnya dapat bergerak. Mungkin kondisi semacam ini yang dipikirkan oleh Pratt dan

Airy pada saat mereka berteori tentang isostasi.

Mesosfir

Wujudnya padat dengan tebal sekitar 2.400   2.750 km terletak di bawah Astenosfir.

Kecepatan gelombang primer bertambah dari sekitar 8 km/detik, di Lithosfir sampai

sekitar 13 km/detik. Karena itu diduga bahwa materi penyusun lapisan ini jauh lebih

berat, kemungkinan berupa mineral Periodotit dan Pallasit (campuran mineral batuan

basa dan besi) dengan densitas sekitar 3,0 di bagian atas sampai 8,0 di bagian bawah.

Pada perbatasan ke inti bumi, terdapat lapisan transisi di mana kecepatan gelombang

primer menurun dengan tajam dari 13 km/detik menjadi 8 km/detik. Lapisan transisi ini

disebut "Gutenberg Wiechert discontinuety layer" yang biasanya dijumpai pada

kedalaman 2.898 km.

3. Inti (Core)

Lapisan paling dalam dari bumi disebut dengan inti bumi (core), lapisan ini dapat pula

dibedakan atas 2 bagian: inti luar (outer core) dan inti dalam (inner core).

Inti Luar

Inti luar adalah inti bumi yang ada dibagian luar (Outer Core), diduga berwujud cair

sebab lapisan ini tidak dapat dilalui oleh gelombang sekunder. Tebal lapisan ini sekitar

2.160 km.

Inti Dalam

Inti dalam adalah inti bumi yang ada di lapisan dalam (inner Core), diduga berwujud

padat, tersusun dari materi berupa besi atau besi dan nikel (Nife) dengan densitas

sekitar 10 gram/cm3 lebih. Pada kedalaman sekitar 5.145 km seismograf menunjukkan

peru¬bahan kecepatan gelombang Primer (naik), sebagai petunjuk batas antara inti

bagian luar dan inti bagian dalam. Tebalnya sekitar 1.320 km. 

Sampai sekarang orang masih berkeyakinan bahwa inti bagian dalam dari bumi ini

berupa padatan, akan tetapi secara termodinamika kondisi tidak menunjang,

masalahnya pada suhu yang sangat tinggi yaitu ribuan derajad celcius, maka besi, nikel

dan beberapa logam lainnya tidak akan berwujud padatan, tetapi berupa senyawa gas.

Dalam kejadian sehari hari tukang las besi dapat melelehkan besi pada suhu ribuan

derajad, bagaimana jika suhunya dinaikkan lagi? belum dapat dibayangkaan oleh

manusia. Mungkin inti bagian dalam bumi berupa sisa sisa reaksi inti nuklir yang tersisa

pada saat bumi terlepas dari pusaran dan ledakan dahsyat (Big Bang).

Jika asumsi itu benar, maka bulan merupakan salah satu planet yang serupa bumi

namun pada saat sekarang intinya telah padam, sehingga dinamika bulan tidak terjadi

lagi dan bentuk bulan menjadi statis. Apakah nasib bumi kita ini akan seperti bulan? atau

planet lainnya yang serupa? belum ada jawaban yang pasti semuanya perkiraan saja.