BAB IIURAIAN MATERI

2.1.Menentukan Struktur Internal Bumi Dengan Menggunakan Gelombang Seismik

Pengetahuan tentang lapisan dalam bumi sebagian besar didasarkan pada bukti tidak langsung. Bukti-bukti tersebut didapatkan melalui penelitian-penelitian, terutama dengan cara geofisika.Salah satu peneliti yang berhasil mengetahui lapisan dalam bumi adalah Andrija Mohorovicic (1909) seperti pada gambar 1.1. Andrija Mohorovicic.

salah satu cara untuk menetukan lapisan bumi adalah dengan jalan menggunakan gelombang seismik. gelombang seismik tersebut dapat diperoleh dengan menggunakan gelombang gempa. gelombang seismik tersebut akan menjalar ke seluruh permukaan bumi, yang mana apabila gelombang tersebut melalui suatu batasan antar medium dimana densitas dari setiap lapisan bumi tersebut berbeda-beda tergantung dari karakteristik batuan, maka gelombang seismik tersebut akan mengalami perlakuan pembiasan ataupun pemantulan yang mana energi dari gelombang tersebut akan diserap oleh setiap lapisan bumi. selanjutnya gelombang pantul yang dipantulkan menuju ke permukaan bumi akan ditangkap dengan menggunakan sensor yang disebut dengan geophone. dari gelombang pantul tersebut yang selanjutnya akan dilakukan analisa berdasarkan kecepatan gelombangnya yang digunakan untuk menentukan lapisan yang terdapat didalam bumi.

Gelombang seismik merupakan gelombang yang merambat melalui bumi. Perambatan gelombang ini bergantung pada sifat elastisitas batuan. Gelombang seismik ada yang merambat melalui interior bumi yang disebut gelombang body wave, dan juga yang merambat melalui permukaan bumi yang disebut surface wave. Body wave dibedakan menjadi dua berdasarkan pada arah getarnya.

Gelombang P (longitudinal) merupakan gelombang yang arah getarnya searah dengan arah perambatan gelombang sedangkan gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah perambatanya disebut gelombang S (transversal). Surface wave terdiri atas Reyleigh wave (ground roll) dan Love wave (Telford,et.al, 1990)

Gelombang seismik dapat dibangkitkan oleh gempa bumi maupun suatu ledakan yang besar. Dimana gelombang tersebut selanjutnya akan ditransmisikan ke seluruh bagian bumi melalui penjalaran gelombang seismik, baik yang berupa gelombang-gelombang badan maupun gelombang-gelombang permukaan. Gelombang badan akan menjalar dipermukaan bumi. Karena karakteristik gelombang badan yang menjalar ke seluruh bagian dalam bumi. Maka tipe gelombang ini memegang peranan yang dominan pada proses pendugaan dan penentuan struktur bagian dalam bumi. Gelombang-gelombang badan tersebut terdiri dari gelombang P dan juga gelombang S.

Pada saat terjadi gempa bumi, gelombang seismik akan menjalar dari sumber gelombang menembus bagian dalam bumi kemudian diterima oleh berbagai detektor yang berada di permukaan bumi. Ilustrasi penjalaran gelombang badan badan bumi ditunjukan pada gambar di bawah. gambar ini merupakan penampang melintang bumi yang diasumsikan berbentuk lingkaran. Misalkan saja gelombang tersebut berasal dari titik O maka gelombang tersebut akan diterima secara berurutan oleh seismograf pada stasiun perekaam di permukaan bumi yang berkedudukan di titik A,B,C,D dan E. Dari waktu tiba energi gelombang P pada titik-titik tersebut, dapat digambarkan mukia gelombang yang ditunjukan oleh garis terputus dalam gambar dibawah (a) . muka gelombang yang dihasilkan berbentuk lingkaran-lingkaran konsentris, sehingga lintasan berkas seismiknya merupakan garis lurus. Hal ini menunjukan media penjalarannya bersifat homogen isotropis, yang berarti kecepat seismiknya serba sama (uniform).

Dalam kenyataanya tidaklah demikian, dan biasanya akan dijumpai kaeadan seperti ditujukan pada gambar dibawah (b). Berdasarkan indikasi lintasan berkas sinar yang berbentuk kurva naik pada titik A,B,dan C, dapat ditafsirkan bahwa kecepatan seismik akan semakin besar dengan bertambahnya kedalaman. Pada titik D dan E terjadi pembelokan arah berkas seismik dan penurunan kecepatan seismik. Berdasarkan fakta ini dapat diinterpretasikan bahwa material bumi sebagai media penjalaran gelombang-gelombang badan tidak homogen isotropis secara keseluruhan, akan tetapi merupakan struktur perlapisan yang tersusun atas material dengan kecepatan seismik yang tidak sama.

Sumber :susilawati.2008. Penerapan Penjalaran Gelombang Seismik Pada Penelaahan Struktur Bagian Dalam Bumi. USU e-repository 2008.

Survei seismik merupakan metode yang saat ini digunakan untuk menentukan struktur dasar laut, kedalaman laut, minyak dan gas maupun sendimen. Ada dua macam metode dasar seismik yaitu seismik refraksi dan seismik refleksi. Seismik refleksi bekerja terhadap perubahan kecepatan sebagai fungsi kedalaman serta merekan dan menggunakan semua medan gelombang yang direkam. Namun seismik refleksi juga punya beberpa kelemahan seperti hilangnya sinyal yang disebabkan kondisi geologi wilayah objek serta mahalnya biaya akuisisi karena lokasi sumber dan penerima yang cukup lebar yang bertujuan supaya citra yang ditampilkan lebih bagus. Eksplorasi seismik refleksi dibagi menjadi dua yakni seismik dangkal dan seismik dalam yang biasanya digunakan untuk mencari minyak dan gas hidrokarbon (Trabant,1984)

Metode seismik merupakan salah satu bagian dari seismologi eksplorasi yang dikelompokan dalam metode geofisika aktif, dimana pengukuran dilakukan dengan menggunakan sumber seismik (palu,ledakan, dan lain-lain). Setelah usikan diberikan, terjadi gerakan gelombang di dalam medium yaitu batuan yang memenuhi hukum-hukum elastisitas ke segala arah dan akan mengalami pemantulan atau pembiasan akibat munculnya perbedaan kecepatan, kemudian pada suatu jarak tertentu gerakan partikel tersebut direkam sebagai fungsi waktu. Berdasar data rekaman inilah dapat diperkirakan bentuk lapisan/ struktur dibawah permukaan bumi.

Metode seismik refraksi merupakan salah satu metode geofisika untuk mengetahui penampang struktur bawah permukaan, merupakan salah satu metode untuk memberikan tambahan informasi yang diharapkan dapat menunjang penelitian lainya. Metode ini mencoba menetukan kecepatan gelombang seismik yang menjalar di bawah permukaan. Metode seismik refraksi didasarkan pada sifat penjalaran gelombang yang mengalami refraksi dengan sudut kritis tertentu yaitu bila dalam perambatanya, gelombang tersebut melalui bidang batas yang

memisahkan suatu lapisan dengan lapisan yang dibawahnya yang mempunyai kecepatan gelombang lebih besar. Parameter yang diamati adalah karakteristik waktu tiba gelombang pada masing-masing geophone.

Seismik refraksi dihitung berdasarkan waktu yang dibutuhkan oleh gelombang untuk menjalar pada batuan dari posisi sumber sesimik(sesmic source) menuju penerima (receiver) pada berbagai jarak tertentu. Pada metode ini, gelombang yang terjadi setelah usikan pertam (first break) diabaikan, sehingga data yang dibutuhkan hanya data first break saja saja. Gelombang yang datang setelah first break diabaikan karena gelombang seismik refraksi merambat paling cepat dibandingkan dengan gelombang lainya kecuali pada jarak offset yang relatif dekat sehingga yang dibutuhkan adalah waktu pertam kali gelombang diterima oleh setiap geophone. Parameter jarak (offset) dan waktu penjalaran gelombang dihubungkan dengan cepat rambat gelombang dalam medium. Besarnya kecepatan rambat gelombang tersebut dikontrol oleh sekelompok konstanta fisis yang ada dalam material yang dikenal sebagai parameter elastisitas.

Perhitungan yang digunakan dalam metode seismik refraksi adalah dengan menghitung waktu pertam kali gelombang yang berasal dari sumber seismik diterima oleh setiap receiver. Dengan mengetahui jarak setiap receiver dengan sumber seismik dan waktu penjalaran gelombang yang pertama kali sampai receiver kemudian dibuat grafik hubungan antara jarak dengan waktu. Dengan mengetahui kemiringan / gradien dari grafik t5ersebut maka akan didapatkan nilai kecepatan. Kedalaman lapisan batuan dapat ditentukan dengan menggunakan dua cara yaitu berdasarkan waktu penggal(intercept time t) dan berdasarkan jarak kritis (X0) .

Gambar: lintasan penjalaran gelombang refraksi

Jika di bawah permukaan bumi terdapat dua lapisan batuan yang dibatasi oleh interface datar (horizontal) maka waktu tempuh gelombang refraksi (t) untuk merambat dari sumber seismik menuju receiver akan melalui lintasan A-B-C-D (Dobrin & Savit,1988).

Metode selanjutnya adalah dengan menggunakan seismik refleksi. Seismik reflaksi adalah metode geofisika dengan menggunakan gelombang elastis yang dipancarkan oleh suatu sumber getar yang biasanya berupa ledakan dinamit( pada umumnya digunakan di darat, sedangkan dilaut menggunakan sumber getar berupa air gun, bommerr atau sparker). Gelombang bunyi yang dihasilkan dari ledakan tersebut menembus sekelompok batuan dibawah permukaan yang nantinya akan dipantulkan kembali keatas permukaan melalui bidang reflektor yang berupa batas lapisan batuan. Gelombang yang dipantulkan ke permukaan ini diterima dan direkam oleh alat perekam yang disebut geophone(di darat) atau hydrophone (di laut).(Badley,1985).

Secara umum, metode sesimik refleksi terbagi atas tiga bagian penting, pertama adalah akuisisi data seismik yaitu merupakan kegiatan untukl memperoleh data dari lapangan yang disurvei, kedua adalah pemrosesan data seismik yang mewakili daerah bawah permukaan yang siap untuk diinterpretasikan, dan yang ketiga adalah interpretasi data seismik untuk memeperkirakan keadaan geologi di bawah permukaan dan bahkan juga untuk memeperkirakan material batuan di bawah permukaan.

Gambar : metode seismik.

Material pembentuk bumi yang densitasnya lebih rendah, berada pada lapisan terluar, kemudian dikenal sebagai kerak bumi. Material di bawahnya yang mempunyai densitas lebih tinggi dikenal sebagai mantel bumi. Melalui perhitungan densitas yang teliti, Mohorovicic menyimpulkan bahwa kerak samudera basaltik dan kerak benua granitik ditopang oleh material yang serupa dengan batuan, seperti Peridotit.

Sampai saat ini, dalamnya lapisan kulit bumi belum mampu dijangkau oleh siapapun. Meskipun demikian, para ahli sudah mampu menyimpulkan tentang lapisan yang menyusun kulit bumi. kesimpulan tersebut berdasarkan dugaan-dugaan setelah mengamati dan menganalisis hasil penelitian melalui uji coba rambat gelombang seismik di dalam bumi. Berdasarkan hasil penelitian tersebut, para ahli menyimpulkan tentang lapisan penyusun kulit bumi seperti pada gambar 1.2.

1. Kerak Bumi (Crush)

Kerak bumi merupakan lapisan kulit bumi paling luar

(permukaan bumi). Kerak bumi terdiri dari dua jenis, yaitu kerak benua

dan kerak samudra. Lapisan kerak bumi tebalnya mencapai 70 km dan

tersusun atas batuan-batuan basa dan masam. Namun, tebal lapisan ini

berbeda

antara di

darat dan

di dasar

laut. Di

darat

tebal

lapisan kerak bumi mencapai 20-70 km, sedangkan di dasar laut

mencapai sekitar 10-12 km. Lapisan ini menjadi tempat tinggal bagi

seluruh makhluk hidup. Suhu di bagian bawah kerak bumi mencapai

1.100°C.

Kerak bumi merupakan bagian terluar lapisan bumi dan

memiliki ketebalan 5-80 km. Kerak dengan mantel dibatasi oleh

Mohorovivic Discontinuity. Kerak bumi dominan tersusun oleh feldsfar

dan mineral silikat lainnya. Kerak bumi dibedakan menjadi dua jenis

yaitu :

Kerak samudra, tersusun oleh mineral yang kaya akan Si, Fe,

Mg yang disebut sima. Ketebalan kerak samudra berkisar antara 5-15 km

(Condie, 1982) dengan berat jenis rata-rata 3 gm/cc. Kerak samudra

biasanya disebut lapisan basaltis karena batuan penyusunnya terutama

berkomposisi basalt.

Kerak benua, tersusun oleh mineral yang kaya akan Si dan Al,

oleh karenanya disebut sial. Ketebalan kerak benua berkisar antara 30-80

km (Condie !982) rata-rata 35 km dengan berat jenis rata-rata sekitar

2,85 gm/cc. kerak benua biasanya disebut sebagai lapisan granitis karena

batuan penyusunya terutama terdiri dari batuan yang berkomposisi granit.

Disamping perbedaan ketebalan dan berat jenis, umur kerak

benua biasanya lebih tua dari kerak samudra. Batuan kerak benua yang

diketahui sekitar 200 juta tahun atau Jura. Umur ini sangat muda bila

dibandingkan dengan kerak benua yang tertua yaitu sekitar 3800 juta

tahun. Tabel Skala waktu geologi dapat dilihat di  Skala Waktu Geologi. 

2. Selimut Bumi (Mantle)

Selimut atau selubung bumi merupakan lapisan yang letaknya di

bawah lapisan kerak bumi. Sesuai dengan namanya, lapisan ini berfungsi

untuk melindungi bagian dalam bumi.Selimut bumi tebalnya mencapai

2.900 km dan merupakan lapisan batuan yang padat yang mengandung

silikat dan magnesium. Suhu di bagian bawah selimut mencapai 3.000 °C,

tetapi tekananannya belum mempengaruhi kepadatan batuan.

Inti bumi dibungkus oleh mantel yang berkomposisi kaya

magnesium. Inti dan mantel dibatasi oleh Gutenberg Discontinuity. Mantel

bumi terbagi menjadi dua yaitu mantel atas yang bersifat plastis sampai

semiplastis memiliki kedalaman sampai 400 km. Mantel bawah bersifat

padat dan memiliki kedalaman sampai 2900 km.

Mantel atas bagian atas yang mengalasi kerak bersifat padat dan

bersama dengan kerak membentuk satu kesatuan yang dinamakan litosfer.

Mantel atas bagian bawah yang bersifat plastis atau semiplastis disebut

sebagi asthenosfer. Selimut bumi dibagi menjadi 3 bagian, yaitu litosfer,

astenosfer, dan mesosfer.

a. Litosfer merupakan lapisan terluar dari selimut bumi dan tersusun atas

materi-materi padat terutama batuan. Lapisan litosfer tebalnya

mencapai 50-100 km. Bersama-sama dengan kerak bumi, kedua

lapisan ini disebut lempeng litosfer. Litosfer tersusun atas dua lapisan

utama, yaitu lapisan sial (silisium dan aluminium) serta lapisan sima

(silisium dan magnesium).

1) Lapisan sial adalah lapisan litosfer yang tersusun atas logam

silisium dan alumunium. Senyawa dari kedua logam tersebut

adalah SiO2 dan Al2O3. Batuan yang terdapat dalam lapisan

sial antara lain batuan sedimen, granit, andesit, dan metamorf.

2) Lapisan sima adalah lapisan litosfer yang tersusun atas logam

silisium dan magnesium. Senyawa dari kedua logam tersrsebut

adalah SiO2 dan MgO. Berat jenis lapisan sima lebih besar jika

dibandingkan dengan berat jenis lapisan sial. Hal itu karena

lapisan sima mengandung besi dan magnesium.

b. Astenosfer merupakan lapisan yang terletak di bawah lapisan litosfer.

Lapisan yang tebalnya 100-400 km ini diduga sebagai tempat formasi

magma (magma induk).

c. Mesosfer merpakan lapisan yang terletak di bawah lapisan astenosfer.

Lapisan ini tebalnya 2.400-2.700 km dan tersusun dari campuran

batuan basa dan besi.

3. Inti Bumi (Core)

Dipusat bumi terdapat inti yang berkedalaman 2900-6371 km.

Terbagi menjadi dua macam yaitu inti luar dan inti dalam. Inti luar berupa

zat cair yang memiliki kedalaman 2900-5100 km dan inti dalam berupa zat

padat yang berkedalaman 5100-6371 km. Inti luar dan inti dalam

dipisahkan oleh Lehman Discontinuity.

Dari data Geofisika material inti bumi memiliki berat jenis yang

sama dengan berat jenis meteorit logam yang terdiri dari besi dan nikel.

Atas dasar ini para ahli percaya bahwa inti bumi tersusun oleh senyawa

besi dan nikel.

Inti bumi merupakan lapisan paling dalam dari struktur bumi.

Lapisan inti dibedakan menjadi 2, yaitu lapisan inti luar (outer core) dan

inti dalam (inner core).

a. Inti luar tebalnya sekitar 2.000 km dan terdiri atas besi cair yang

suhunya mencapai 2.200 °C.

b. Inti dalam merupakan pusat bumi berbentuk bola dengan diameter

sekitar 2.700 km. Inti dalam ini terdiri dari nikel dan besi (NiFe) yang

suhunya mencapai 4500 derajat celcius.

A. Komposisi Kimia Bumi

F. W. Clarke’s Table kerak oksida

Senyawa Formula

Komposisi

Silika SiO2 59,71%

Alumina Al2O3 15,41%

Kapur CaO 4,90%

Magnesia MgO 4,36%

Sodium oxide Na2O 3,55%

Iron(II) oxide FeO 3,52%

Potasium oxide K2O 2,80%

Besi(III) oxide Fe2O3 2,63%

Air H2O 1,52%

Titanium dioxide TiO2 0,60%

Phosphorus pentoxida P2O5 0,22%

Total 99,22%

Massa bumi kira-kira adalah 5,98×1024 kg. Kandungan utamanya adalah

besi (32,1%), oksigen (30,1%), silikon (15,1%), magnesium (13,9%), sulfur

(2,9%), nikel (1,8%), kalsium (1,5%), aluminium (1,4%), dan 1,2%

selebihnya terdiri dari berbagai unsur-unsur langka. Karena proses pemisahan

massa, bagian inti bumi dipercaya memiliki kandungan utama besi (88,8%)

dan sedikit nikel (5,8%), sulfur (4,5%) dan selebihnya kurang dari 1% unsur

langka.

Ahli geokimia F. W. Clarke memperhitungkan bahwa sekitar 47% kerak

bumi terdiri dari oksigen. Batuan-batuan paling umum yang terdapat di kerak

bumi hampir semuanya adalah oksida (oxides). Klorin, sulfur, dan florin

adalah pengecualian dan jumlahnya di dalam batuan biasanya kurang dari

1%. Oksida-oksida utama adalah silika, alumina, oksida besi, kapur,

magnesia, potas dan soda. Fungsi utama silika adalah sebagai asam, yang

membentuk silikat. Ini adalah sifat dasar dari berbagai mineral batuan beku

yang paling umum. Berdasarkan perhitungan dari 1.672 analisa berbagai jenis

batuan, Clarke menyimpulkan bahwa 99,22% batuan terdiri dari 11 oksida.

B. Lapisan Bumi

Menurut komposisi (jenis dari materialnya), bumi dapat dibagi menjadi

lapisan-lapisan sebagai berikut :

1. Kerak Bumi (crust), merupakan kulit bumi bagian luar (permukaan bumi)

dengan massa 0,3% dari massa keseluruhan bumi. Tebal lapisan kerak bumi

mencapai 70 km dan merupakan lapisan batuan yang terdiri dari batu-batuan

basa dan masam. Lapisan ini menjadi tempat tinggal bagi seluruh mahluk

hidup. Suhu di bagian bawah kerak bumi mencapai 1.100°C. Lapisan kerak

bumi yang paling atas disebut litosfer.

Kerak bumi ini terbagi menjadi dua bagian yaitu :

Kerak benua, merupakan benda padat yang terdiri dari batuan granit di

bagian atasnya dan batuan beku basalt di bagian bawahnya. Kerak ini yang

merupakan benua. Kerak benua memiliki kedalaman 40-200 km

Kerak samudera, merupakan benda padat yang terdiri dari endapan di laut

pada bagian atas, kemudian di bawahnya batuan batuan vulkanik dan yang

paling bawah tersusun dari batuan beku gabro dan peridolit. Kerak ini

menempati dasar samudra. Kerak samudra memiliki ketebalan 50-100 km

2. Selimut atau Selubung (mantle), merupakan lapisan yang terletak di bawah

lapisan kerak bumi atau lapisan yang terdapat di atas lapisan nife.

Selimut/selubung (mantle) disebut juga lapisan pengantara atau astenosfer dan

merupakan bahan cair bersuhu tinggi dan berpijar. Tebal selimut bumi

mencapai 2.900 km dan berat jenisnya rata-rata 5 gr/cm3. Suhu di bagian

bawah selimut bumi mencapai 3.000°C.

3. Inti Bumi (barisfer atau core), merupakan bahan padat yang tersusun dari

lapisan nife (niccolum = nikel dan ferrum = besi). Disebut barisfer karena inti

bumi mempunyai massa jenis yang besar yaitu 10,7 gram/cc dibandingkan

dengan kulit bumi (litosfer). Jari-jari ± 3.470 km dan batas luarnya ± 2.900 km

di bawah permukaan bumi. Temperatur di inti bumi diperkirakan tidak lebih

dari 30000C. Adanya bahan nikel dan besi ini yang menyebabkan bumi

mempunyai sifat kemagnetan yang luar biasa. Lapisan inti dibedakan menjadi

inti luar dan inti dalam. Inti luar tebalnya sekitar 2.000 km dan terdiri atas

besi cair yang suhunya mencapai 2.200°C. Inti dalam merupakan pusat bumi

berbentuk bola dengan diameter sekitar 2.700 km. Inti dalam ini terdiri dari

nikel dan besi yang suhunya mencapai 4.500°C.

Sedangkan menurut sifat mekanik (sifat dari materialnya), bumi dapat dibagi

menjadi lapisan-lapisan sebagai berikut :

a. Litosfer

Lapisan ini pada kedalaman 50-200 km, tebalnya sekitar 50-100 km,

dengan masa jenis rata-rata 2,9 gram/cc. Lapisan ini merupakan lapisan

bebatuan yang mengapung diatas astenosfer.

b. Astenosfer

Astenosfer merupakan lapisan di bawah lempeng tektonik, yang menjadi

tempat bergeraknya lempeng benua. Lapisan ini di kedalaman 700 km,

wujudnya agak kental tebalnya 100-400 km.

c. Mesosfer

Lapisan ini di kedalaman sekitar 2900 km, wujudnya padat, terletak di

bawah astenosfer dengan ketebalan 2400-2750 km.

Berdasarkan susunan kimianya, bumi dapat dibagi menjadi empat bagian,

yakni bagian padat (litosfer) yang terdiri dari tanah dan batuan, bagian cair

(hidrosfer) yang terdiri dari berbagai bentuk ekosistem perairan seperti laut, danau

dan sungai, bagian udara (atmosfer) yang menyelimuti seluruh permukaan bumi

serta bagian yang ditempati oleh berbagai jenis organisme (biosfer).

1. LITOSFER

Litosfer berasal dari bahasa Yunani yaitu lithos artinya batuan, dan sphere

artinya lapisan. Secara harfiah litosfer adalah lapisan bumi yang paling luar atau

biasa disebut dengan kulit bumi. Pada lapisan litosfer pada umumnya terjadi dari

senyawa kimia yang kaya akan SiO2, itulah sebabnya lapisan litosfer sering

dinamakan lapisan silikat dan memiliki ketebalan rata-rata 30 km yang terdiri atas

dua bagian, yaitu litosfer atas (merupakan daratan dengan kira-kira 35% atau 1/3

bagian) dan litosfer bawah (merupakan lautan dengan kira-kira 65% atau 2/3

bagian).

Litosfer bumi meliputi kerak dan bagian teratas dari mantel bumi yang

mengakibatkan kerasnya lapisan terluar dari planet bumi. Litosfer ditopang oleh

astenosfer, yang merupakan bagian yang lebih lemah, lebih panas, dan lebih

dalam dari mantel. Batas antara litosfer dan astenosfer dibedakan dalam hal

responnya terhadap tegangan yaitu litosfer tetap padat dalam jangka waktu

geologis yang relatif lama dan berubah secara elastis karena retakan-retakan,

sedangkan astenosfer berubah seperti cairan kental. Litosfer terpecah menjadi

beberapa lempeng tektonik yang mengakibatkan terjadinya gerak benua akibat

konveksi yang terjadi dalam astenosfer.

Konsep litosfer sebagai lapisan terkuat dari lapisan terluar Bumi

dikembangkan oleh Barrel pada tahun 1914, yang menulis serangkaian paper

untuk mendukung konsep itu. Konsep yang berdasarkan pada keberadaan anomali

gravitasi yang signifikan di atas kerak benua, kemudian beliau memperkirakan

keberadaan lapisan kuat (yang disebut litosfer) di atas lapisan lemah yang dapat

mengalir secara konveksi (yang disebut astenosfer). Ide ini lalu dikembangkan

oleh Daly pada tahun 1940, dan telah diterima secara luas oleh ahli geologi dan

geofisika. Meski teori tentang litosfer dan astenosfer berkembang sebelum teori

lempeng tektonik yang dikembangkan pada tahun 1960, konsep mengenai

keberadaan lapisan kuat (litosfer) dan lapisan lemah (astenosfer) tetap menjadi

bagian penting dari teori tersebut.

Lapisan litosfer terdiri dari dua bagian utama, yaitu :

a) Lapisan sial yaitu lapisan kulit bumi yang tersusun atas logam silisium

dan alumunium, senyawanya dalam bentuk SiO2 dan Al2O3. Pada lapisan

sial (silisium dan alumunium) ini antara lain terdapat batuan sedimen,

granit andesit jenis-jenis batuan metamor, dan batuan lain yang terdapat di

daratan benua. Lapisan sial dinamakan juga lapisan kerak, bersifat padat

dan batu bertebaran rata-rata 35 km.

b) Lapisan sima (silisium dan magnesium) yaitu lapisan kulit bumi yang

tersusun oleh logam silisium dan magnesium dalam bentuk senyawa SiO2

dan MgO. Lapisan ini mempunyai berat jenis yang lebih besar dari pada

lapisan sial karena mengandung besi dan magnesium yaitu mineral ferro

magnesium dan batuan basalt. Lapisan merupakan bahan yang bersipat

elastis dan mepunyai ketebalan rata rata 65 km .

Penyusun utama lapisan litosfer adalah batuan yang terdiri dari campuran

antar mineral sejenis atau tidak sejenis yang saling terikat secara gembur atau

padat. Induk batuan pembentuk litosfer adalah magma, yaitu batuan cair pijar

yang bersuhu sangat tinggi dan terdapat di bawah kerak bumi. Magma akan

mengalami beberapa proses perubahan sampai menjadi batuan beku, batuan

sedimen dan batuan metamorf.

Litosfer memegang peranan penting dalam kehidupan tumbuhan. Tanah

terbentuk apabila batu-batuan di permukaan litosfer mengalami degradasi, erosi

maupun proses fisika lainnya menjadi batuan kecil sampai pasir. Selanjutnya

bagian ini bercampur dengan hasil pemasukan komponen organis mahluk hidup

yang kemudian membentuk tanah yang dapat digunakan sebagai tempat hidup

organisme.

2. ATMOSFER

Atmosfer adalah lapisan uap/udara yang terdiri atas beberapa gas yang

menyelimuti bumi dengan ketebalan lebih dari 650 km. Pengertian atmosfer

berasal dari bahasa Yunani, atmos artinya uap dan sphere artinya lapisan.

Gerakan udara dalam atmosfer terjadi terutama karena adanya pengaruh

pemanasan sinar matahari serta perputaran bumi. Perputaran bumi ini akan

mengakibatkan bergeraknya massa udara, sehingga terjadilah perbedaan tekanan

udara di berbagai tempat di dalam atmosfer yang dapat menimbulkan arus angin.

Pada lapisan atmosfer terkandung berbagai macam gas. Berdasarkan volume

dan massa gas yang paling banyak terkandung berturut-turut, seperti tabel

berikut :

Macam Gas Volume (%) Massa (%)

Nitrogen (N2) 78,088 75,527

Oksigen (O2) 20,949 23,143

Argon (Ar) 0,930 1,282

Karbondioksida (CO2) 0,030 0,045

Total 99,997 99,997

Keberadaan atmosfer yang menyelimuti seluruh permukaan bumi memiliki

arti yang sangat penting bagi kelangsungan hidup berbagai organisme di muka

bumi. Fungsi atmosfer, antara lain :

1. Mengurangi radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi pada siang

hari dan hilangnya panas yang berlebihan pada malam hari.

2. Mendistribusikan air ke berbagai wilayah permukaan bumi

3. Menyediakan okisgen dan karbon dioksida.

4. Sebagai penahan meteor yang akan jatuh ke bumi.

Peran atmosfer dalam mengurangi radiasi matahari sangat penting. Apabila

tidak ada lapian atmosfer, suhu permukaan bumi bila 100% radiasi matahari

diterima oleh permukaan bumi akan sangat tinggi dan dikhawatirkan tidak ada

organisme yang mampu bertaham hidup, termasuk manusia.Dalam

mendistribusikan air antar wilayah di permukaan bumi, peran atmosfer ini terlihat

dalam siklus hidrologi. Tanpa adanya atmosfer yang mampu menampung uap air,

maka seluruh air di permukaan bumi hanya akan mengumpul pada tempat yang

paling rendah. Selain itu, atmosfer dapat menyediakan oksigen bagi mahluk

hidup. Kebutuhan tumbuhan akan CO2 juga dapat diperoleh dari atmosfer.

Berdasarkan perbedaan suhu vertikal, atmosfer bumi dapat dibagi menjadi

lima lapisan, yaitu :

a) Troposfer

Lapisan ini merupakan lapisan yang paling bawah, dan terletak pada

ketinggian antara 20-55 km di atas permukaan bumi .Pada lapisan ini suhu udara

akan menurun dengan bertambahnya ketinggian. Setiap kenaikan 100 meter

temperaturnya turun turun 0,5°C. Lapisan ini dianggap sebagai bagian atmosfer

yang paling penting, karena berhubungan langsung dengan permukaan bumi yang

merupakan habitat dari berbagai jenis mahluk hidup termasuk manusia, serta

sebagian besar dinamika iklim berlangsung pada lapisan troposfer. Susunan kimia

udara troposfer terdiri dari nitrogen (78,03%), oksigen (20,99 %), argón (0,93%),

asam arang (0,03%), neon (0,0015%), helium (0,00015%), kripton (0,0001%) ,

hidrogen (0,00005%), serta xenón (0,000005%).

Di dalam lapisan ini berlangsung semua hal yang berhubungan dengan iklim.

Walaupun troposfer hanya menempati sebagian kecil saja dari atmosfer dalam,

tetapi 90% dari semua massa atmosfer berkumpul pada lapisan ini. Di lapisan

inilah terbentuknya awan, jatuhnya hujan, salju, hujan es, dan lain-lain.

Di dalam troposfer terdapat tiga jenis awan, yaitu awan rendah (cumulus),

yang tingginya antara 0-2 km, awan pertengahan (alto cumulus lenticularis),

tingginya antara 2-6 km, serta awan tinggi (cirrus) yang tingginya antara 6-12 km.

Troposfer terbagi lagi ke dalam empat lapisan, yaitu :

Lapisan Udara Dasar

Tebal lapisan udara ini adalah 1-2 meter di atas permukaan bumi.

Keadaan di dalam lapisan udara ini tergantung dari keadaan fisik muka

bumi, dari jenis tanaman, ketinggian dari permukaan laut dan lainnya.

Keadaan udara dalam lapisan inilah yang disebut sebagai iklim mikro,

yang memperngaruhi kehidupan tanaman dan juga jasad hidup di dalam

tanah.

Lapisan Udara Bawah

Lapisan udara ini dinamakan juga lapisan batasan planiter. Tebal

lapisan ini 1-2 km. Di sini berlangsung berbagai perubahan suhu udara dan

juga menentukan iklim.

Lapisan Udara Adveksi (Gerakan Mendatar)

Lapisan ini disebut juga lapisan udara konveksi atau lapisan awan,

yang tebalnya 2-8 km. Di dalam lapisan udara ini gerakan mendatar lebih

besar daripada gerakan tegak. Hawa panas dan dingin yang beradu di sini

mengakibatkan kondisi suhu yang berubah-ubah.

Lapisan Udara Tropopouse

Merupakan lapisan transisi antara lapisan troposfer dan stratosfer

terletak antara 8-12 km di atas permukaan laut (dpl). Pada lapisan ini

terdapat derajat panas yang paling rendah, yakni antara -46°C sampai -

80°C pada musim panas dan antara -57°C sampai 83°C pada musim

dingin. Suhu yang sangat rendah pada tropopouse inilah yang

menyebabkan uap air tidak dapat menembus ke lapisan atmosfer yang

lebih tinggi, karena uap air segera mengalami kondensasi sebelum

mancapai tropopouse dan kemudian jatuh kembali ke bumi dalam bentuk

cair (hujan) dan padat (salju, hujan es).

b) Stratosfer

Merupakan bagian atmosfer yang berada di atas lapisan troposfer sampai

pada ketinggian 50-60 km, atau lebih tepatnya lapisan ini terletak di antara lapisan

troposfer dan ionosfer.

Pada lapisan stratosfer, suhu akan semakin meningkat dengan meningkatnya

ketinggian. Suhu pada bagian atas stratosfer hampir sama dengan suhu pada

permukaan bumi. Dengan demikian, suhu pada lapisan stratosfer ini merupakan

kebalikan dari lapisan troposfer.

Ciri penting dari lapisan stratosfer adalah keberadaan lapisan ozon yang

berguna untuk menyerap radiasi ultraviolet, sehingga sebagian besar tidak akan

mencapai permukaan bumi.

Serapan radiasi matahari oleh ozon dan beberapa gas atmosfer lainnya

menyebabkan suhu udara pada lapisan stratosfer meningkat. Lapisan stratosfer

tidak mengandung uap air, sehingga lapisan ini hanya mengandung udara kering.

Batas lapisan stratosfer disebut stratopouse.

Lapisan stratosfer dibagi dalam tiga bagian yaitu :

Lapisan udara isoterm; terletak antara 12-35 km dpl, dengan suhu udara

-50°C sampai -55°C.

Lapisan udara panas; terletak antara 35-50 km dpl, dengan suhu -50°C

sampai 50°C.

Lapisan udara campuran teratas; terletak antara 50-80 km dpl, dengan

suhu antara 50°C sampai -70°C. Karena pengaruh sinar ultraviolet, pada

ketinggian 30 km oksigen diubah menjadi ozon, hingga kadarnya akan

meningkat dari 5 x 10-2 cc menjadi 9 x 10-2 cc di dalam 1 m3.

c) Mesosfer

Mesosfer terletak di atas stratosfer pada ketinggian 50-70 km. Lapisan

mesosfer terletak di antara lapisan stratopause dan mesopause. Lapisan ini

melindungi bumi dari meteor yang jatuh. Suhu di lapisan ini akan menurun seiring

dengan meningkatnya ketinggian. Suhunya mula-mula naik, tetapi kemudian

turun dan mencapai -72°C di ketinggian 75 km. Suhu terendah terukur pada

ketinggian antara 80-100 km yang merupakan batas dengan lapisan atmosfer

berikutnya, yakni lapisan mesosfer. Daerah transisi antara lapisan mesosfer dan

termosfer disebut mesopouse dengan suhu terendah - 110°C .

d) Termosfer

Berada di atas mesopouse dengan ketinggian sekitar 75-650 km. Pada lapisan

ini, gas-gas akan terionisasi. Lapisan ini sering juga disebut lapisan ionosfer.

Molekul oksigen akan terpecah menjadi oksigen atomik. Proses pemecahan

molekul oksigen dan gas-gas atmosfer lainnya akan menghasilkan panas, yang

akan menyebabkan meningkatnya suhu pada lapisan ini. Suhu pada lapisan ini

akan meningkat dengan meningkatnya ketinggian. Ionosfer dibagi menjadi tiga

lapisan, yaitu :

Lapisan U dara E

Terletak antara 80-150 km dengan rata-rata 100 km dpl. Lapisan ini

tempat terjadinya proses ionisasi tertinggi. Lapisan ini dinamakan juga

lapisan udara KENNELY dan HEAVISIDE dan mempunyai sifat

memantulkan gelombang radio. Suhu udara di sini berkisar -70°C sampai

50°C .

Lapisan udara F

Terletak antara 150-400 km. Lapisan ini dinamakan juga lapisan udara

APPLETON.

Lapisan udara atom

Pada lapisan ini, benda-benda berada dalam bentuk atom. Letaknya

lapisan ini antara 400-800 km. Lapisan ini menerima panas langsung dari

matahari, dan diduga suhunya mencapai 1200°C .

e) Eksosfer atau atmosfer luar

Merupakan lapisan atmosfer yang paling tinggi. Pada lapisan ini, kandungan

gas-gas atmosfer sangat rendah. Daerah yang masih termasuk eksosfer adalah

daerah yang masih dapat dipengaruhi gaya gravitasi bumi. Garis imajiner yang

membatasi eksosfer dengan angkasa luar disebut magnetopause.

3. HIDROSFER

Hidrosfer adalah lapisan air yang ada di permukaan bumi. Kata hidrosfer

berasal dari kata hidros yang berarti air dan sphere yang berarti lapisan. Hidrosfer

di permukaan bumi meliputi danau, sungai, laut, lautan, salju atau gletser, air

tanah, dan uap air yang terdapat di lapisan udara.

Hampir tiga per empat bumi ditutupi oleh air dengan jumlah yang tetap dan

hanya mengalami perubahan bentuk. Hal ini terjadi karena air mengalami siklus

yang disebut daur hidrologi atau water cycle.

Bentangan air yang terdapat di daratan dipelajari dalam ilmu hidrologi.

Bentangan air yang terdapat di lautan ddipelajari dalam ilmu oceanografi.

Bentangan air yang terdapat di atmosfer, yang mempengaruhi iklim dan cuaca,

dipelajari dalam ilmu meteorologi dan klimatologi.

Siklus Hidrologi

Siklus hidrologi adalah suatu proses peredaran atau daur ulang air dengan

berurutan secara terus-menerus. Pemanasan sinar matahari menjadi pengaruh pada

siklus hidrologi. Air di seluruh permukaan bumi akan menguap bila terkena sinar

matahari. Pada ketinggian tertentu ketika temperatur semakin turun uap air akan

mengalami kondensasi dan berubah menjadi titik-titik air dan jatuh sebagai hujan.

Siklus hidrologi dibedakan menjadi tiga, yaitu

a. Siklus pendek

yaitu air laut menguap menjadi gas, mengkondensasi menjadi awan dan

hujan, lalu jatuh ke laut.

b. Siklus sedang

Pada siklus sedang, uap air yang berasal dari lautan ditiup oleh angin

menuju ke daratan. Di daratan uap air membentuk awan yang akhirnya jatuh

sebagai hujan di atas daratan. Air hujan tersebut akan mengalir melalui

sungai-sungai, selokan dan sebagainya hingga kembali lagi ke laut.

c. Siklus panjang

Pada siklus panjang, uap air yang berasal dari lautan ditiup oleh angin ke

atas daratan. Adanya pendinginan yang mencapai titik beku pada ketinggian

tertentu, membuat terbentuknya awan yang mengandung kristal es. Awan

tersebut menurunkan hujan es atau salju di pegunungan. Di permukaan bumi

es mengalir dalam bentuk gletser, masuk ke sungai dan selanjutnya kembali ke

lautan.

Hidrosfer dikelompokkan menjadi dua, yaitu perairan darat dan perairan laut.

1) Perairan Darat

Perairan di daratan tergolong sebagai perairan tawar, yaitu semua perairan

yang melintasi daratan. Air di daratan meliputi air tanah dan air permukaan.

a. Air tanah

Air tanah adalah air yang terdapat di dalam tanah. Air tanah berasal dari

salju, hujan atau bentuk curahan lain yang meresap ke dalam tanah dan

tertampung pada lapisan kedap air.

Air tanah dangkal (air freatis)

Air freatis adalah air tanah yang terletak di atas lapisan kedap air tidak

jauh dari permukaan tanah. Air freatis sangat dipengaruhi oleh resapan air di

sekelilingnya. Pada musim kemarau jumlah air freatis berkurang. Sebaliknya

pada musim hujan jumlah air freatis akan bertambah. Air freatis dapat diambil

melalui sumur atau mata air.

Air tanah dalam (air artesis)

Air artesis adalah air tanah yang terletak jauh di dalam tanah, di antara dua

lapisan kedap air. Lapisan di antara dua lapisan kedap air tersebut disebut

lapisan akuifer. Lapisan tersebut banyak menampung air. Jika lapisan kedap

air retak, secara alami air akan keluar ke permukaan. Air yang memancar ke

permukaan disebut mata air artesis. Air artesis dapat dapat diperoleh melalui

pengeboran. Sumur pengeborannya disebut sumur artesis.

b. Air permukaan

Air permukaan adalah wadah air yang terdapat di permukaan bumi.

Bentuk air permukaan meliputi sungai, danau, rawa, dan gletser.

2) Perairan Laut

Perairan laut menempati sekitar 70 % luas permukaan bumi. Berdasarkan

bentuk daratan yang membatasinya, maka perairan laut dibedakan atas berapa

jenis, yaitu selat, teluk, laut dan samudera .

Selat adalah perairan laut yang berada di antara pulau. Selat umumnya

sempit. Contohnya selat Sunda, Selat Bali, Selat Karimata, dan Selat

Lombok.

Teluk adalah bagian laut yang menjorok ke daratan. Ukuran teluk

umumnya sempit. Contohnya Teluk Cendrawasih di Papua, Teluk Bone di

Sulawesi , dan Teluk Saleh di Sumbawa.

Laut adalah perairan yang berada di antara beberapa daratan.

Perbedaannya dengan selat adalah laut lebih luas, selain itu laut tidak

hanya dibatasi oleh dua pulau namun dibatasi oleh sejumlah pulau dan

daratan. Contohnya Laut Jawa dibatasi oleh Pulau Jawa , Sumatera,

Kaliamantan, Madura Bali dan sebagainya. Namun ada beberapa laut

yang dibatasi oleh daratan sehingga nampak seperti danau yang luas.

Contohnya Laut mati di Timur Tengah, Laut Kaspia di Rusia.

Samudera adalah perairan laut yang sangat luas. Luas samudera melebihi

10 juta kilometer persegi. Dan umumnya dikelilingi oleh benua.

Contohnya : Samudera Artik berada di kutub utara bumi dengan luas

sekitar 13.100.000 km 2 dan dikelilingi oleh benua Amerika, Asia dan

Eropa. Samudera Hindia berda di belahan bumi selatan dengan luas

sekitar 74.900.000 km 2 dikelilingi oleh benua Asia, Afrika dan Australia.

Samudera Atlantik berada di sebelah timur Benua Amerika, dengan luas

93.400.00 km 2 dikelilingi benua Amerika, Afrika dan Eropa/ Samudera

Pasifik berada di sebelah timur benua Asia, dengan luas sekitar

179.900.000 km 2 dibatasi oleh benua Amerika, Asia dan Australia.

DAFTAR PUSTAKA

Ashadi. 2008. KIMIA ( Tentang Bumi dan Ruang Angkasa). Surakarta : Sebelas Maret University Press

Moh. Ma’mur Tanudidjaja. 1996. Ilmu Pengetahuan Bumi dan Antariksa. Jakarta : DepdikbudMoch.Munir. 2003. Geologi Lingkungan. Malang : Bayumedia PublishingProf.Dr.H.Bayong Tjasyono HK.,DEA. 2008. Ilmu Kebumian dan Antariksa. Bandung : PT Remaja Rosdakarya

Sheldon Judson and L. Doon Leet. 1954. Geology Physical (Second Edition). New Jersey : Prentice-hall, Inc

Walter Brown and Norman Anderson. 1977. Earth Science a Search For Understanding. USA: J. B Lippincott company

Ekarizkifitriasih (2011). “Makalah Struktur Bumi.”

http://ekarizkifitriasih.wordpress.com/makalah-struktur-bumi/.

16/Februari/2014

Anonym, (2014). “sejarah bumi.” Http://id.wikipedia.org/wiki/sejarah_bumi.

16/Februari/2014.

Chintya. (2013). “struktur Bumi.” http://9triliun.com/artikel/12148/struktur-

bumi.html. 14/Februari/2014.

Yanne. (2013). “Lapisan Bumi.” http://9triliun.com/artikel/12146/lapisan-

bumi.html. 14/Februari/2014.