STRUKTUR DAN KANDUNGAN BUMI


Bumi merupakan salah satu dari sembilan planet yang terdapat dalam tata surya. Apa bila dibandingkan dengan alam semesta yang tak terbatas luasnya, Bumi sebenarnya hanyalah benda yang terlalu kecil sehingga dengan mudah dapat hilang dari pengelihatan, dan hanya tampak sebagai titik yang tidak kelihatan. Bumi disebut juga planet biru karena tampak berwarna biru apabila dilihat dari luar angkasa. Planet ini sangat unik dalam tata surya karena terdapat air dalam tiga fasa (padat, cair dan gas) sehingga bumi memiliki lautan dan kutub es serta terjadinya siklus hidrologi (diantaranya hujan) yang berkesinambungan. Di bumi juga berlangsung proses-proses secara aktif, yaitu terjadinya daur (siklus) geologi yang menyebabkan permukaan Bumi terus mengalami perubahan dan peremajaan (rejufenation) sepanjang waktu.
Bahwa bumi itu bulat dan berapa ukurannya, telah diketahi manusia sejak 250 tahun sebelum masihi. Pada waktu itu, Erastosthenes dari Yunani menggunakan azas-azas geometri untuk memecahkan masalah seluruh matra Bumi. Dengan menghitung arah matahari yang masuk ke dalam lubang sumur di Syene dan membandingkannya dengan bayangan yang terjadi di Alexandria (berjarak 5000 stades atau 800 km), maka ia tentukan keliling Bumi 40300 km dan garis tengahnya 12756,4 km). Setelah lebih dari satu millennium, barulah kemudian teori Geosentris disanggah oleh Nicolaus Coprnicus (1473-1543) dan Johanes Kepler (1571-1630) serta Galileo Galilei (1564-1642). Sejak saat ini orang baru sadar Bumi hanyalah sebuah planet dari beberapa planet lainnya yang bergerak bersama-sama mengitari Matahari (heliosentris). Bumi mengitari (mengorbit) Matahari dalam lintasan berbentuk elips dengan jarak rata-rata terhadap Matahari 149.500.000 km. bentuk lintasan elips ini mengakibatkan jarak Bumi terhadap matahari berubah-ubah. Perbedaan jarak bumi di titik terdekat (perihelium) dan titik terjauh (aphelium) adalah 5 juta mil (3,3%).
Kedudukan equator Bumi tidak sebidang dengan bidang orbit Bumi, tetapi miring sekitar 23027 sehingga menyebabkan empat musim pada tempat-tempat yang letaknya jauh dari equator. Miringnya equator bumi diduga akibat tertumbuk meteorit raksasa pada awal pembentukannya.
Bumi memiliki sebuah satelit namanya Bulan, berdiameter 3.456 km, sedang jaraknya dari bumi 384.395 km. Bulan berotasi sambil mengelilingi Bumi.Waktu yang dibutuhkan untuk sekali rotasi sama tepat untuk revolusinya, sehingga permukaan Bulan yang tampak dari Bumi selalu sama.
Volume Bulan hanya 1/82 dari volume Bumi dan gravitasi 1/6 dari gravitasi Bumi. Tak ada air dan udara, oleh sebab itu permukaan Bulan tetap abadi karena tidak terjadi siklus geologi layaknya Bumi.
Sebagai anggota dari tata surya, Bumi dipengaruhi oleh Matahari dan planet-planet serta benda-benda lainnya yang terdapat dalam tata surya. Walaupun demikian pengaruh yang berdampak lansung untuk kehidupan di Bumi berasal dari Matahari dan Bulan.
Bentuk Bumi tidaklah bulat seperti bola sempurna, melainkan menyerupai Oblate spheroid, yaitu agak pepat pada kutup-kutupnya. Panjang jari-jari di kutub 6.356,8 km dan di equator 6.378,2 km, dengan luas permukaan 510.100.954 km2. Bentuk seperti ini disebut Geoid, yaitu suatu bentuk yang berbeda dari planet-planet lainnya , dan hanya dimiliki oleh Bumi (ellipsoid triaxial/krasovsky ellipsoid).
Secara teoritis pepatnya bol Bumi yang terjadi disebabkan adanya rotasi sejak awal pembentukannya sebelum Bumi belum padat. Akibatnya, pada bagian yang searah dengan sumbu rotasi akan terjadi kemampatan, sedangkan yang tegak lurus, yaitu yang searah dengan equator akan mengalami pengembangan.
A.    GRAVITASI BUMI
Bentuk yang unik menyebabkan permukaan Bumi memiliki gaya tarik yang disebut gravitasi. Secara umum di wilayah kutub kekuatan gravitasi lebih besar dari pada di khatulistiwa. Percepatan gravitasi dari arah kutub ke equator perubahannya secara perlahan. Namun di beberapa tempat ada yang gaya tariknya diatas normal (positive gravity anomaly) dan juga di bawah normal (negative gravity anomaly).
Anomali atau penyimpangan gravitasi Bumi dapat disebabkan oleh factor-faktor geologis setempat, seperti adanya batuan-batuan yang berdensitas rendah  dan batuan-batuan yang densitas tinggi. Atau mungkin adanya gejala struktur di dalam Bumi. Besarnya gravitasi Bumi dapat diukur dengan alat Gravity meter.
B.    BERAT JENIS BUMI
Berat jenis lapisan kerak  (permukaan) Bumi berdasarkan dari contoh bebatuan dan tanah keras adalah berkisar 1,5-3,4 gram/Cm3 dengan rata-rata 2,7 gram/Cm3. Sedangkan berat jenis Bumi secara keseluruhan, yaitu berat Bumi dibagi dengan volume Bumi  adalah 5,52gram/Cm3.
Karena rata-rata berat jenis Bumi keseluruhan 5,52 sedangkan berat jenis kerak Bumi hanya  1,5 – 3,4, maka diperkirakan pusat Bumi terdiri atas benda dengan berat jenis tidak kurang dari 12 gram/Cm3. Berat jenis seperti ini hampir menyamai kepadatan logam keras.
Berdasarkan pengamatan terhadap diffusion velocity of seismic oscillation (penyebaran kekuatan gelombang gempa), gelombang-gelombang longitudinal membelok dengan ketajaman tertentu pada kedalaman 2,900 meter, sementara gelombang-gelombang transversal melemah. Ini sebagai pertanda bahwa kedalaman 2,900 meter sifat batuan telah mengalami perubahan yang tajam.
C.     SUHU BUMI
Kita tahu bahwa terdapat perubahan berat jenis dan tekanan di dalam bumi. Perubahan tekanan di dalam bumi juga akan berpengaruh terhadap suhu bumi. Suhu akan meningkat dengan kedalaman, peningkatan ini akibat sifat lapisan kerak bumi dan peningkatan suhu berbeda –beda pada suatu tempat. Suhu meningkat antara 10-500C /km, dengan rata-rata 300C.  Batuan dalam kerak bumi menyimpan panas dan dilepas kearah permukaan sebesar 1,5 x 10-6 kal/(cm2)(saat) atau kurang lebih 50 kal/cm2 setiap tahun, cukup untuk mencairkan lapisan es setebal 6 mm  (panas yang dibutuhkan untuk peleburan es ialah 80 kal/g). Ini menunjukkan bahwa panas dari dalam bumi sangat kecil peranannya terhadap perubahan keadaan iklim.



Tabel 8. Pengeluaran panas oleh batuan beku


Jenis batuan
Panas dihasilkan oleh U, (erg/g tahun
Panas dihasilkan oleh Th, (erg/g tahun
Panas dihasilkan oleh K, (erg/g tahun)
Jumlah pengeluaran panas (erg/g
Tahun)
Granit
117
84
34
235
Asit
126
109
38
273
Pertengahan
43
36
29
108
Pertengahan
81
81
29
191
Basalt
25
41
6,4
72
Dunit
0,42
0,44
0,01
0,87

D.    STRUKTUR DI DALAM BUMI
Data  seismograf dapat ditafsirkan bahwa bumi dibagi tiga bagian utama yaitu teras, mantel dan kerak. Bukti-bukti geofisik memberikan sifat-sifat fisik dari ketiga bagian itu dan dapat ditentukan kandungan unsur didalam Bumi.
Kerak Bumi heterogen dan ketebalannya berbeda-beda dari satu tempat ke tempat lain. Perbedaan sangat mencolok antara kerak benua dengan lempengan lautan yang dalam. Kerak benua dibagi dua yaitu  bagian atas yang mengandung granit atau gradiorit dan bagian bawah mengandung basalt .Bagian atas dengan kawasan yang dinamai sial (tersusun oleh unsure yang kaya Si dan Al) dan bagian bawah dengan kawasan  yang dinamai sima (tersusun oleh unsure yang kaya Si dan Mg)       

Bumi merupakan proyektil yang terdiri dari besi dan nikel dengan kerak dipermukaannya. Planet lainnya diperkirakan mempunyai komposisi sama, berawal temuan meteorit berbagai ukuran di permukaan Bumi ;
1.     Siderit atau meteorit besi, terdiri dari campuran besi dan nickel
2.     Siderolit, terdiri dari campuran besi-nikel dengan silikat-silikat berat seperti olivine dan piroksin
3.     Aerolit atau meteorit batu, terdiri dari silikat-silikat berat (olivine, piroksin) dan mineral lainnya.
Hasil penelitian geofisika berdasarkan getaran gelombang seismic dan sebaran berat jenis menuntun Suess & Wiechert kearah sebaran pembagian sususunan dan komposisi Bumi sebagai berikut ( gamabar 1)
               Sial
Kerak Bumi (sisik silikat)
1200 km
                                                   Sima
                                   
Lapisan antara (Lapisan sulfida
Oksida) 1700 km

Inti besi nickel 3500 km


1.     Kerak Bumi, mempunyai ketebalan 30-70 km, terdiri dari batuan basa dan asam. Berat jenis lapisan ini kurang lebih 2,7
2.     Selubung bumi atau silikat, mempunyai ketebalan 1200 km dan berat jenis 3,4-4
3.     Lapisan antara atau chalkosfera, merupakan sisik oksida dan sulfide dengan ketebalan 1700 km dan berat jenis 6,4
4.     Inti besi nikel atau barisfera, berjarak 3500km dan berat jenis 8,6
Willamson & Adam membuat kesimpulan tentang susunan bumi sbb:
1.     Kulit bumi mempunyai ketebalan 100 km, terdiri dari silica dan silikat ringan, berat jenis 2,8-3,2
2.     Kulit peridotit, mempunyaim ketebalan 1600 km terdiri dari silikat berat (peridotit) dan berat jenis 3,3-3,35
3.     Kulit palistik, mempunyai ketebalan 1400 km, terdiri campuran nikel dan besi serta siderolitik, berat jenis 6-8
4.     Inti logam nikel-besi, ketebalan 3400 km dan berat jenis 10
Pembagian/susunan dan komposisi bumi menurut Goldschmidt 1933 adalah sbb:
1.     Kulit bumi tebal 120 km, berat jenis 2,8
2.     Kulit eklogit, terdiri dari silikat berat, tebal 1000 km dan berat jenis 3,6-4
3.     Kulit Sulfida dan oksisda, tebal 1700 km, berat jenis 5-6
4.     Inti nikel-besi, tebal 3400 km dan berat jenis 8
Masih mendasarkan pada sebaran kecepatan gelombang gempa dan berat jenis, seperti yang sebelumnya dikemukakan oleh Feffreys & Guttenberg (1992), Ringwood (1975) membuat simpulan bahwa bumi terdiri dari lapisan seri konsentris suatu massa padat, cair-liat dan kerak yang merupakan bagian terluar.
Kerakbumi, dari bagian permukaan hingga bidang diskontinyunitas Mohorovisic, di bawah benua mempunyai kedalaman antara 20 dan 50 km, sedang dibawah samodra kedalaman antara 10 dan 12 km. Kerakbumi tersebut disusun oleh batuan beku, sedimen dan malihan. Di bawah kerakbumi, pada kedalaman 400 km, terdapat selubung atas (uppur mantle) yang tercirikan oleh sebaran gelombang gempa rendah, terutama untuk gelombang S. Bagian selubung atas bumi terutama terdiri dari eklogit atau peridotit yang kaya Fe, Mg, Ca, Na dan silikat aluminium, dengan viskositas rata-rata 8 x 1021 poise. Sebelumnya, Daly (1940) menyebut kerakbumi dengan lithosfera dan selubung atas yang identik dengan low velocity zone disebut astronefera. Zona peralihan (transition zone) terletak antara kedalaman 400 dan 1000 km, ditandai oleh landaian kecepatan gelombang gempa tinggi, dan tersusun dari silikat besi padat, Mg, Ca, Al, oksida besi dan silikat.
Lapisan selubung bawah (lower mantle) terletak pada kedalaman 1000-2900 km, dicirikan dengan kenaikan kecepatan gelombang gempa yang relative sebanding dengan bertambahnya kedalaman.
Lapisan ini disusun oleh oksida besi padat, Mg dan SIO2 dengan viskositas rata-rata 1023 poise. Sedang inti bumi (core) terbagi menjadi dua, yaitu inti bumi luar (outer core) dan inti bumi dalam (inner core). Inti bumi luar terdapat pada kedalaman 2900-5100 km dan inti bumi dalam antara 5100 hingga 6371 km.
Bagian luar inti terdiri dari besi dan sejumlah kecil silica, sulfur dan oksigen; sedang bagian dalam terutama terdiri dari besi padat (solid iron)

Tabel 9. Struktur dalam bumi menurut Ringwood
Kedalaman
Nama bagian
Susunan batuan
Ketrangan
20-50 km
Di bawah kerak benua

10-12 km di bawah kerak samodra


400 km





400-1000 km



1000-2000 km






2900-5100 km


5100-6371 km





Kerak bumi


Bidang diskontinyu
Selubung atas





Jalur peralihan



Selubung bawah






Inti luar


IInti dalam






Batuan beku, sedimen dan malihan

Mohorovisic
Eklogit & peridotit, kaya Fe, Mg, Ca, Na & silikat Al




Silikat besi padat, Mg, Ca, Al, Oksida besi & Silikat


Oksida besi padat, Mg, SiO2





Besi, sedikit silikat, belerang & oksigen

Besi padat







Dicirikan dengan sebaran gelombang gempa rendah, terutama gelombang S
Viskositas 8 x 1021 poise

Dicirikan  dengan landaian kecepatan gelombang gempa yang tinggi

Kenaikan kecepatan rambat gelombang gempa selaras dengan bertambahnya kedalaman.
Viskositas rata-rata 1023poise




Magma berasal dari peleburan setempat pada kerak atau selubung atas
Ringwood (1975) berhasil menyusun struktur kerak bumi mendasarkan analisisnya atas tafsiran gelombang gempa, pengukuran gaya berat dan magnetic, pemboran inti pada kedalaman tertentu (terbatas); juga deduksi atas sejarah geologi, petrogenesa batuan yang tersingkap dan geokimia.
Lingkungan tektonik kerakbumi adalah benua, cekungan di samodra, pinggiran benua, busur kepulauan dan palung

Tabel 10. Struktur Bumi berdasarkan sifat kimia dan fisiska
Nama
Sifat Kimia yang penting
Sifat Fisika yang penting
Atmosfera
N2,O2,H2O, CO2, gas lain
Gas
Biosfera
H2O, bahan organic dan bahan kerangka
Padat, cair
Hidrosfera
Air tawar, air asin, salju dan es
Cair dan padat
Kerak
Batuan silikat biasa
Padat
Mantel
Bahan silikat, sebagian besar olivine, dan piroksen pada tekanan tinggi
Padat
Teras atau sidorosfera
Aloy besi-nikel
Bagian atas cair bagian bawah mungkin padat

Tabel 11. Ketebalan dan volume bagian Bumi
Ketebalan (km)
Volume (1 x 1027 cm3)
Berat Jenis minimum
Massa Jisim
% jisim
Atmosfer
-
-
-
0.000005
0.00009
Hidrosfer
3,80 (min)
0,00137
1,03
0,00141
0,0024
Kerak
17
0,008
2,8
0,024
0,4
Mantel
2883
0,0899
4,5
4,016
67,2
Teras
3471
0,175
11,0
1,936
32,4
Keseluruhan
6371
1,083
5,52
5,976
32,4

Clarke dan Washington (1924) mereka bekerja sangat mendalam menetukan kandungan kimia kerakbumi di semua kawasan kurang lebih sama walaupun pada kawasan yang berlainan . Kandungan % SiO2 batuan yang berasal dari kawasan lautan lebih rendah, seperti batuan pada kepulauan Antlantik dan Pasifik, ini membuktikan bahwa lapisan Sial adalah sedikit/kecil pada lempeng lautan.
 Dari sampel batuan beku, dari 5159 analisis didapakan komposisi utama tanpa  H2O dan unsure-unsur minor sebagai berikut:
Tabel 12. Komposisi kimia utama oksida dalam kerak bumi
SiO2
Al2O3
Fe2O3
FeO
MgO
CaO
Na2O
K2O
TiO2
P2O5
60.18
15.61
3.14
3.88
3.56
5.17
3.91
3.19
1.06
0.30

Kandungan tersebut tidak cocok dengan sebarang batuan igneus (batuan beku) tetapi adalah perantaraan diantara batuan granit dengan basalt, yang secara kebetulan terdapat pada kebanyakan batuan beku.
Terdapat banyak penyimpangan tentang cara pada anilisis untuk mendapatkan rata-rata pada batuan beku. Penyimpangan ini berdasarkan;
1.     Ketidak seimbangan taburan geografi dalam analisis
2.     Taburannya secara statistik tidak dapat ditentukan karena jenis batuan yang berbeda-beda
3.     Terbatasnya jenis batuan yang dikaji dalam analisis


Kerak bumi yang terdiri dari batuan berhablur dari kawasan yang berbeda di daerah selatan Norwegia yang terbentuk pada zaman Fenoscandia, dari 77 analisis batuan memberikan gambaran komposisi kimia kerak bumi sbb;
Tabel 13.
SiO2
Al2O3
Fe2O3
FeO
MgO
CaO
Na2O
K2O
H2O
TiO2
P2O5
59,12
15,82
6,99
3,30
3,07
2,05
3,93
3,02
0,79
0.22
Angka-angka ini sepadan atau sama yang diperkirakan oleh Clark dan Washington terutama pada pelarutan dan penghidratan natrium dan kalsium.
Para ahli sains di Vernadsky Institut of Geochemistry, Moscow telah membuat kajian sistematis tentang kandungan kerak bumi, dengan melakukan ribuan contoh batuan dari daerah Rusia dan geosinklin Caucasia dan mengabungkan data yang diperoleh dari kawasan lainnya. Ronov dan Yaroshevsky membuat kajian yang ringkas, mereka mengenal betul jenis batuan tiga jenis kerak bumi; kerak benua, kerak lautan dan kerak subbenua (terutama daerah antar benua dan lerengnya).
Kerak bumi yang diperkirakan oleh mereka berdasarkan bebas air dan gas karbondioksida sbb;
Tabel 14.
Kerak benua
Komponen
Kerak bumi
61,9
SiO2
59,3
0,8
TiO2
0,9
15,6
Al2SO3
15,8
2,6
Fe2O3
2,6
3,9
FeO
4,4
0,1
MnO
0,2
3,1
MgO
4,0
5,7
CaO
7,2
3,1
Na2O
3,0
2,9
K2O
2,4
0,3
P2O5
0,2

Tabel 15. Jumlah unsure-unsur di dakam kerak bumi dalam ppm
Nomor Atom
Unsur
Kerak bumi
Granit (G1)
Diabes (W1)
1
H
1400
400
600
3
Li
20
22
15
4
Be
2,8
3
0,8
5
B
10
1,7
15
6
C
200
200
100
7
N
20
59
52
8
O
466 000
485 000
449 000
9
F
625
700
250
11
Na
28 300
24 600
16 000
12
Mg
20 900
2 400
39 900
13
Al
81 300
74 300
79 400
14
Si
277 200
339 600
246 100
15
P
1 050
390
246 100
16
S
260
58
610
17
Cl
130
70
123
19
K
25 900
45 100
200
20
Ca
36 300
9 900
5 300
21
Sc
22
2,9
78 300
22
Ti
4 400
1 500
35
23
V
135
17
6400
24
Cr
100
20
114
25
Mn
950
195
1 280
26
Fe
50 000
13 700
77 600
27
Co
25
2,4
47
28
Ni
75
1
76
29
Cu
55
13
110
30
Zn
70
45
86
31
Ga
15
20
16
32
Ge
1.5
1,1
1,4
33
As
1.8
0,5
1,9
34
Se
0,05
0,007
0,3
35
Br
2,5
0,4
0,4
37
Rb
90
220
21
38
Sr
375
250
190
39
Y
33
13
25
40
Zr
165
210
105
41
Nb
20
24
9,5
42
Mo
1,5
6,5
0,57
44
Ru
0,01


45
Rh
0,005

<0,001
46
Pd
0,01
0,02
0,025
47
Ag
0,07
0,05
0,08
48
Cd
0,2
0,03
0,15
49
In
0,1
0,02
0,07
50
Sn
2
3,5
3,2
51
Sb
0,2
0,31
1,0
52
Te
0,01
< 1
< 1
53
I
0,5
< 0,03
< 0,03
55
Cs
3
1,5
0,9
56
Ba
425
1 220
160
57
La
30
101
9,8
58
Cc
60
170
23
59
Pr
8,2
19
3,4
60
Nd
28
55
15
62
Sm
6,0
8,3
3,6
63
Eu
1,2
1,3
1,1
64
Gd
5,4
5
4
65
Tb
0,9
0,54
0,65
66
Dy
3,0
2,4
4
67
Ho
1,2
0,35
069
68
Er
2,8
1,2
2,4
69
Tm
0,5
0,15
0,30
70
Yb
3,4
1,1
2,1
71
Lu
0,5
0,19
0,35
72
Hf
3
5,2
2,7
73
Ta
2
1,5
0,5
74
W
1,5
0,4
0,5
75
Re
0,001
<0,002
<0,002
76
Os
0,005
0,00007
0,0003
77
Ir
0,001
0,00001
0,003
78
Pt
0,01
0,0019
0,0012
79
Au
0,004
0,004
0,004
80
Hg
0,08
0,1
0,2
81
Tl
0,5
1,2
0,11
82
Pb
13
48
7,8
83
Bi
0,2
0,07
0,05
90
Th
7,2
50
2,4
92
U
1,8
3,4
0,58

Tabel. 16 unsur-unsur yang ada di dalam kerak bumi
Unsur
% berat
% atom
Jari2 atom (A0)
% volum
O
46,60
62,55
1,40
91,7
Si
27,72
21,22
0,26
0,2
Al
8,13
6,47
0,53
0,5
Fe
5,002
1,92
0,77
0,5
Mg
2,09
1,84
0,72
0,4
Ca
2,63
1,94
1,12
1,5
Na
2,83
2,64
1,16
2,2
K
2,59
1,42
1,60
3,1










Pada kedua data tersebut memberikan gambaran yang jelas tentang kerak bumi secara keseluruhan karena sampel juga diambil kerak dibawah lautan.
Tabel 17. Unsur-unsur utama dalam kerak bumi
Elemen
%
Elemen
%
Oksigen (O)
46,71
Karbon (C)
0,094
Silikon (Si)
27,69
Mangan (Mn)
0,09
Alumunium (Al)
8,07
Belerang (S)
0,08
Besi (Fe)
5,05
Barium (Ba)
0,05
Calsium (Ca)
3,65
Chlor (Cl)
0,045
Natrium (Na)
2,75
Chrom (Cr)
0,035
Kaluim (K)
2,58
Fluor (Fr)
0,029
Magnesium (Mg)
2,08
Zirkon (Zr)
0,025
Titanium (Ti)
0,62
Nikel (Ni)
0,019
Hidrogen (H)
0,14
Unsur-unsur lain
0,063
Posphor (P)
0,13


0 komentar:

Poskan Komentar