Struktur Bumi

A. Pengetahuan Awal Lapisan Bumi

Pengetahuan tentang lapisan dalam bumi sebagian besar didasarkan pada bukti tidak langsung. Bukti-bukti tersebut didapatkan melalui penelitian-penelitian, terutama dengan cara geofisika. Cara geofisika yang dipakai, yaitu dengan mengamati pola gelombang yang disalurkan ke dalam bumi, dari gempa bumi, atau dari ledakan buatan. Salah satu peneliti yang berhasil mengetahui lapisan dalam bumi adalah Andrija Mohorovicic (1909) seperti pada gambar di bawah ini. Andrija Mohorovicic adalah orang yang menemukan teori Diskontinuitas Mohorovicic (Mohorovicic Discontinuity).

Gambar. Andrija Mohorovicic, sumber: klik di sini

Diskontinuitas Mohorovicic berisi tentang cepat-rambat gelombang seismik di dalam bumi. Cepat rambat gelombang seismik akan mengalami perubahan seiring dengan perbedaan komposisi material dalam bumi. Perubahan kecepatan tersebut disebabkan oleh material dengan densitas yang lebih tinggi pada kedalaman perut bumi. Semakin tinggi densitas suatu material, semakin cepat pula gelombang seismik merambat melaluinya.

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 di bawah ini.

Gambar. Visualisasi lapisan dalam bumi, sumber: Lutgens & Tarbuks, 2012.

Gambar di atas menunjukkan salah satu bentuk visualisasi tentang lapisan penyusun bumi. Lapisan penyusun atau struktur bumi terdiri dari tiga lapisan utama, yakni: lapisan inti, mantel, dan kerak. Masing-masing lapisan memiliki ciri-ciri yang berbeda. Ciri-ciri tersebut akan dijelaskan sebagai berikut.

B. Lapisan Bumi

Secara umum, lapisan penyusun kulit bumi dibagi menjadi 3, yaitu: lapisan kerak, selimut, dan inti. Pembagian lapisan ini didasarkan atas sifat fisik dan kimia material penyusun lapisan-lapisan tersebut. Penjelasan mengenai lapisan penyusun bumi akan diuraikan sebagai berikut.

1. Inti (core)

Lapisan inti disebut juga barisfer. Lapisan inti terdiri dari inti dalam yang padat dan inti luar yang berbentuk likuid. Inti dalam komposisinya berupa besi (ferrum) dan nikel (niccolum) sehingga disebut juga lapisan nife. Inti luar komposisinya berupa besi dan silikat.

Inti bumi memiliki jari-jari setebal 3.470 km dan batas luarnya kurang lebih 2.900 km. Inti dalam dan inti luar dipisahkan oleh lapisan peralihan setebal 140 km. Inti bumi dibungkus oleh mantel yang berkomposisi kaya magnesium. Inti dan mantel dibatasi oleh Gutenberg Discontinuity.

2. Mantel atau Selimut

Lapisan mantel terletak di bawah lapisan kerak bumi. Sesuai dengan namanya, lapisan ini berfungsi untuk melindungi bagian dalam bumi. lapisan mantel tebalnya mencapai 2.900 km dan merupakan lapisan batuan padat yang mengandung silikat dan magnesium. Suhu di bagian bawah mantel mencapai 3.000 °C, tetapi tekanannya belum mempengaruhi kepadatan batuan. Gambaran lapisan mantel dapat dilihat pada gambar 1.3.

Gambar. Ilustrasi bagian dalam bumi, sumber: klik di sini

Gambar di atas menunjukkan lapisan penyusun bumi. Pada gambar tersebut, terlihat bahwa lapisan mantel terdiri dari 3 lapisan, yaitu: litosfer, astenosfer, dan mesosfer. Ketiga lapisan tersebut memiliki sifat fisik dan kimia yang berbeda. Penjelasan mengenai ketiga lapisan tersebut, secara lengkap diuraikan sebagai berikut.

a. Litosfer

Litosfer merupakan lapisan terluar dari mantel bumi dan tersusun atas materi-materi padat, terutama batuan. Lapisan litosfer tebalnya mencapai 100 km. Bersama-sama dengan kerak bumi, kedua lapisan ini disebut lempeng litosfer. Litosfer tersusun atas dua lapisan utama, yaitu lapisan sial dan lapisan sima.

• Lapisan sial adalah lapisan litosfer yang tersusun atas logam silium dan alumunium. Senyawa dari kedua logam tersebut adalah SiO₂dan Al₂O_. Batuan yang terdapat dalam lapisan sial antara lain: Granit, Andesit, dan batuan metamorf.
• Lapisan sima adalah lapisan litosfer yang tersusun atas logam silium dan magnesium. Senyawa dari kedua logam tersebut adalah SiO₂ dan MgO.  Berat jenis lapisan sima lebih besar daripada lapisan sial. Hal itu karena lapisan sima mengandung besi dan magnesium.

b. Astenosfer

Astenosfer merupakan lapisan yang terletak di bawah lapisan litosfer. Lapisan ini tebalnya 100-400 km. Lapisan ini diduga sebagai tempat formasi magma (magma induk). Tingginya suhu di lapisan ini (mencapai antara 1.400^oC sampai 3.000^oC) menyebabkan semua materi dalam keadaan cair atau semicair.

c. Mesosfer

Mesosfer merupakan lapisan yang terletak di bawah lapisan astenosfer. Lapisan ini tebalnya 2.400 sampai 2.700 km. Mesosfer tersusun dari campuran batuan basa dan besi. Secara fisik, material mesosfer bersifat padat. Gambar di bawah ini dapat menjelaskan tentang karakteristik lapisan mantel.

Gambar. Pembagian lapisan mantel, sumber: klik di sini

Gambar di atas menunjukkan pembagian lapisan penyusun bumi yang didasarkan pada sifat fisik dan kimia materialnya. Secara kimia, bumi terbagi dalam 3 lapisan, yaitu: lapisan inti, mantel, dan kerak. Silikat merupakan material penyusun kerak dan mantel, sedangkan besi sebagai material penyusun inti. Sebaliknya, secara fisik bumi terbagi menjadi 5 lapisan, yaitu: lapisan inti dalam, inti luar, mesosfer, astenosfer, dan litosfer. Kelima lapisan tersebut dibedakan bentuk fisiknya, yaitu: padat dan cair.

3. Kerak

Kerak bumi merupakan lapisan kulit bumi paling luar (permukaan bumi). Lapisan kerak bumi tebalnya mencapai 70 km dan tersusun atas batuan basa dan asam. 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. Suhu di bagian bawah kerak bumi mencapai 1.100°C. Kerak dengan mantel dibatasi oleh Mohorovivic Discontinuity (lihat gambar 1.5). Kerak bumi terdiri dari dua jenis, yaitu kerak samudera dan benua.

Gambar. Ilustrasi posisi lapisan moho, sumber: klik di sini

a. Kerak samudera

Kerak samudera memiliki ketebalan sekitar 0-5 km atau bersamaan dengan air di atasnya sekitar 6-12 km. Kerak samudera atau kerak oseanik, merupakan kerak bumi yang menyusun lantai dasar samudera. Kerak ini menyusun sekitar 65% dari luas kerak bumi. Kedalaman dari kerak samudera ini rata-rata sekitar 4.000 meter dari permukaan air laut, meskipun pada beberapa palung laut kedalamannya ada yang mencapai lebih dari 10 km.

Batuan yang menyusun kerak samudera bersifat basa atau mafik. Bagian atas dari kerak samudera dengan ketebalan sekitar 1,5 km disusun oleh batuan yang bersifat basa atau basaltik, sedangkan bagian bawahnya disusun oleh batuan metamorf dan batuan beku Gabro. Permukaan kerak samudera ditutupi oleh endapan sedimen dengan ketebalan rata-rata sekitar 500 meter.

Serpentinit adalah batuan yang berasal dari lantai dasar samudera. Singkapan batuan Serpentinit yang ada di Karangsambung merupakan contoh nyata dari material penyusun kerak samudera. Serpentinit termasuk batuan metamorf yang berasal dari batu ultra basa hasil pembekuan magma pada kerak samudera. Batu ultrabasa sendiri batuan asalnya dari Peridotit dan Dunit. Serpentinit banyak mengandung mineral Olivin yang menyebabkan berwarna hijau. Contoh batuan Serpentinit dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar. Singkapan batuan serpentinit di Karangsambung, sumber: klik di sini

Gambar di atas menunjukkan singkapan Serpentinit di Formasi Pucangan. Batu-batu ini berubah ketika bersentuhan dengan air laut. Batu ultrabasa bergerak bersama lempeng samudera, kemudian masuk zona subduksi. Selanjutnya, terjadi penunjaman disertai metamorfosa kedua menjadi batu Serpentinit. Akhirnya, batuan tersebut muncul ke luar perut bumi disertai retak-retak dikarenakan tekanan.

b. Kerak Benua

Mempunyai ketebalan sekitar 20-50 km. Batuan penyusun kerak benua yang utama adalah granit. Batuan ini tidak sepadat batuan basalt. Kerak benua atau kerak kontinen, merupakan kerak bumi yang menyusun daratan atau benua. Kerak benua ini menyusun sekitar 79% dari volume kerak bumi. Ketinggian permukaan dari kerak benua rata-rata sekitar 800 meter dari permukaan laut, meskipun ada daerah yang ketinggiannya mencapai lebih dari 8000 meter.

Batuan yang menyusun kerak benua pada umumnya granitik atau yang bersifat asam. Bagian atas dari kerak benua ini disusun oleh batuan beku, batuan metamorf dan batuan sedimen. Adapun secara keseluruhan batuan beku dan batuan metamorf menyusun sekitar 95%, sisanya yang 5% merupakan batuan sedimen.(d3d1sasmito)

Referensi:

• Lutgens, Frederick K & Tarbuck, Edward J. 2012. Essentials of Geology 11^th. New Jersey:  Pearson Prentice Hall. Pearson Education, Inc.
• Mc Knight, Tom L & Hess, Darrel, 2008. Physical Geography: A Landscape Appreciation 9^th . Pearson Prentice Hall.