1. Struktur Interior Bumi

Pembentukan Bumi terjadi ketika gas yang dilepaskan Matahari saat pembentukannya membentuk cincin dan memadat membentuk benda langit dalam tata surya. Molekul dalam gas yang memiliki massa tinggi berkumpul dan memadat dekat dengan Matahari, membentuk planet berbatu (terestrial). Sementara itu, molekul yang memiliki massa rendah berkumpul di bagian luar, jauh dari Matahari, membentuk planet gas (jovial). Pemisahan molekul menurut massanya juga terjadi pada pembentukan Bumi. Molekul dengan massa tinggi seperti besi (Fe) dan nikel (Ni) berkumpul di dekat pusat Bumi. Sementara itu, molekul penyusun Bumi berangsur-angsur berkurang massanya hingga akhirnya lapisan terluar tersusun atas atmosfer dengan molekul bermassa rendah, nitrogen (N). Setelah Bumi terbentuk, bagian luar Bumi mendingin, membentuk lapisan padat dan rigid. Lapisan dalam Bumi memiliki energi panas karena sisa energi pembentukan dan sifat radioaktif batuan.

1.1. Klasifikasi Menurut Sifat Kimiawi

Klasifikasi interior Bumi menurut sifat kimiawi yaitu sebagai berikut:

  1. Kerak: terbentuk dari mineral dengan massa molekul rendah (kaya silika)
    • Berdasarkan kandungannya, kerak Bumi dibagi menjadi kerak benua dan kerak samudera.
    • Kerak benua memiliki kandungan mineral kaya silikat aluminium (sial/Si-Al) sedangkan mineral kerak samudera kaya silikat magnesium (sima/Si-Mg).
    • Perbedaan ini disebabkan karena aluminium dan mineralnya memiliki berat jenis (densitas) dan titik leleh lebih rendah daripada magnesium, sehingga magma yang membentuk kerak benua cenderung mengkristal lebih dekat dengan permukaan Bumi dan batuannya mengapung di atas kerak samudera.
    • Batas antara lapisan kerak dan mantel dinamakan diskontinuitas Mohorovicic.
  2. Mantel: terbentuk dari mineral dengan massa molekul tinggi (miskin silika)
    • Batas antara lapisan mantel dan inti dinamakan diskontinuitas Gutenberg.
  3. Inti: terbentuk dari material dominan besi (Fe) dan nikel (Ni)

1.2. Klasifikasi Menurut Sifat Fisik

Sifat fisik yang dimaksud adalah fase zat dan kekakuan materialnya. Klasifikasi interior Bumi menurut sifat fisiknya yaitu sebagai berikut:

  1. Litosfer
    • Fase zat padat.
    • Bersifat kaku (rigid).
    • Mencakup kerak Bumi dan mantel Bumi bagian atas.
  2. Astenosfer
    • Fase zat padat.
    • Bersifat lentur/plastis. Material dapat bergerak dan membentuk arus konveksi.
    • Sifat plastis disebabkan karena suhu tinggi.
  3. Mesosfer
    • Fase zat padat.
    • Bersifat kaku (rigid).
    • Meskipun suhu tinggi, memiliki sifat kaku disebabkan karena tekanan tinggi.
  4. Inti Luar
    • Fase zat cair.
    • Arus konveksi besi cair membentuk medan magnet Bumi.
    • Batas antara inti luar dan inti dalam dinamakan diskontinuitas Lehmann.
  5. Inti Dalam
    • Fase zat padat.
    • Bersifat kaku.

Klasifikasi struktur interior Bumi
Klasifikasi Struktur Interior Bumi Berdasarkan Sifat Kimiawi (kiri) dan Sifat Fisik (kanan).

2. Teori Tektonik Lempeng

Teori tektonik lempeng merangkum badan pengetahuan yang terdiri dari berbagai hasil penelitian mengenai proses yang terjadi di dalam Bumi dan pengaruhnya pada vulkanisme dan tektonisme. Lempeng Bumi merupakan istilah yang digunakan untuk menjelaskan bagian kerak Bumi yang memiliki arah dan kecepatan gerak yang sama.

  • Gerakan lempeng Bumi terutama dipicu oleh arus konveksi di Astenosfer.
  • Kecepatan gerak lempeng juga dikontrol oleh gaya berat bagian lempeng yang sedang menunjam (mengalami subduksi).
  • Berdasarkan arah geraknya, pertemuan lempeng Bumi dapat diklasifikasikan menjadi:
    1. Divergen
      • Batas lempeng divergen terbentuk pada lokasi arus naik konvergensi Mantel (Astenosfer) Bumi.
      • Di lokasi ini, kerak Bumi pecah, membentuk rekahan, dan lempeng yang terbentuk dari pecahan tersebut bergerak menjauhi satu sama lain.
      • Magma keluar melalui rekahan tersebut, membentuk kerak samudera baru.
      • Batas lempeng divergen membentuk igir tengah samudera, gunungapi perisai, dan erupsi linear. Morfologi Batas Lempeng Divergen
    2. Konvergen
      • Batas lempeng konvergen terbentuk di pertemuan dua lempeng yang saling mendekati satu sama lain.
      • Menurut proses yang terjadi, batas lempeng konvergen dibagi menjadi 2, yaitu:
        a. Subduksi: terjadi jika salah satu/kedua lempeng yang bertemu terbentuk dari material kerak samudera. Lempeng dengan berat jenis material lebih tinggi (kerak samudera/kerak samudera dengan usia lebih tua) menunjam ke bawah lempeng lain. Proses subduksi membentuk palung dan barisan gunungapi kerucut tinggi (stratovolkanik/gunungapi komposit).
        Morfologi Batas Lempeng Subduksi 1 Morfologi Batas Lempeng Subduksi 2

      b. Kolisi: terjadi jika kedua lempeng yang bertemu terbentuk dari material kerak benua. Material kerak benua bertabrakan dan terakumulasi ke arah atas. Hal ini disebabkan karena material batuan kerak benua memiliki densitas lebih rendah daripada mantel, sehingga tidak dapat tenggelam masuk ke dalam mantel Bumi. Kolisi membentuk pegunungan tinggi. Morfologi Batas Lempeng Kolisi

    3. Transform
      • Batas lempeng transform terbentuk pada pertemuan lempeng yang bergerak bergeser antara satu sama lain.
      • Batas lempeng transform ditandai dengan punggungan perbukitan yang terbentuk karena akumulasi material yang menumpuk saat terjadi gerakan bergeser karena batuan tidak dapat membentuk rekahan yang lurus sempurna. Morfologi batas lempeng transform

3. Petrografi

3.1. Mineral

Mineral memiliki 5 sifat:

  1. berfase padat.
  2. terbentuk secara alami.
  3. bersifat inorganik.
  4. mempunyai struktur kristalin.
  5. dapat disimbolkan dengan satu rumus kimia.

Mineral diidentifikasi berdasarkan senyawa kimia penyusunnya dan sifat fisiknya. Sifat fisik yang digunakan untuk identifikasi mineral yaitu:

  1. warna
  2. belahan (cleavage) dan pecahan (frature): belahan terbentuk dan digunakan untuk klasifikasi mineral dengan ikatan antar molekul yang lemah pada satu atau beberapa bidang tertentu, sedangkan karakteristik pecahan digunakan ketika mineral memiliki ikatan molekul yang sama kuat ke semua arah.
  3. massa jenis
  4. kilap: karakteristik pemantulan cahaya pada mineral.
  5. cerat: warna mineral dalam bentuk bubuk.

3.2. Siklus Batuan

  • Batuan terbentuk dari gabungan mineral dan/atau material padat non-mineral dengan sifat kaku (rigid).
  • Material yang membentuk batuan mengalami siklus hidup, sehingga tidak dapat ditentukan titik awal dan akhirnya. Penjelasan mengenai pembentukan batuan umumnya dijelaskan dari tahap:
    1. Pembekuan dan kristalisasi
      • Pembekuan merujuk pada semua proses pemadatan material dari fase cair menjadi padat. Mencakup pembekuan magma di dalam Bumi maupun pembekuan lava di permukaan Bumi.
      • Kristalisasi merujuk pada proses pembekuan khusus dimana magma atau lava membentuk struktur kristal, sehingga padatan yang terbentuk disebut mineral.
      • Proses ini membentuk batuan beku (igneous rock).
    2. Pelapukan, erosi, transportasi, dan sedimentasi
      • Pelapukan adalah rusaknya suatu struktur batuan yang masif menjadi material yang lebih kecil. Pelapukan terjadi tanpa pemindahan lokasi material.
      • Erosi adalah pelepasan material dari batuan asal dan pemindahan lokasi material ke tempat lain.
      • Transportasi merujuk pada pemindahan material.
      • Sedimentasi, atau deposisi, merupakan pengendapan material yang sebelumnya mengalami transportasi.
      • Proses ini membentuk material lepas-lepas yang disebut sedimen.
    3. Lithifikasi (Pembatuan)
      • Lithifikasi terdiri dari 2 proses, yaitu kompaksi dan sementasi.
      • Kompaksi adalah pemadatan sedimen, sehingga pori-pori di antara butir sedimen menjadi semakin kecil. Kompaksi terjadi karena tekanan ketika sedimen mengalami penimbunan.
      • Sementasi adalah penggabungan butir sedimen oleh mineral sehingga membentuk satu batuan yang masif.
      • Penggabungan butir sedimen terjadi ketika mineral yang terlarut pada air yang terperangkap dalam pori-pori sedimen mengalami presipitasi. Artinya, dalam kurun waktu tertentu, mineral akan keluar dari larutan dan tumbuh pada pori-pori antar sedimen.
      • Terdapat pula lithifikasi yang sepenuhnya terjadi dari keluarnya mineral dari larutan melalui proses presipitasi, contoh: kristal kuarsa, batu gamping, atau evaporasi, contoh: batugaram.
      • Proses ini membentuk batuan sedimen.
    4. Metamorfisme
      • Proses ini membentuk batuan metamorf.
      • Metamorfisme adalah proses perubahan sifat batuan tanpa mengalami proses pelelehan.
      • Metamorfisme terjadi karena suhu dan/atau tekanan tinggi.
      • Metamorfisme akibat tekanan tinggi disebut juga metamorfisme dinamik. Contoh proses ini terjadi di sesar, membentuk batu breksi kataklastik.
      • Metamorfisme akibat suhu yang tinggi disebut juga metamorfisme kontak. Contoh proses ini terjadi di sekitar jalur keluar magma (intrusi).
      • Metamorfisme dapat terjadi di area yang luas, disebut metamorfisme regional. Metamorfisme regional disebabkan karena kombinasi suhu dan tekanan tinggi pada zona subduksi.
    5. Pelelehan
      • Proses ini membentuk magma.

3.3. Identifikasi Batuan

3.3.1. Identifikasi Batuan Beku

Batuan beku diidentifikasi berdasarkan warna dan tekstur mineralnya.

Warna yang dimaksud adalah gelap-terangnya. Warna gelap hingga hijau menunjukkan kadar mineral basa yang tinggi. Sementara itu, warna terang menunjukkan kadar mineral asam yang tinggi. Perbedaan mineral pembentuk pada batuan dipengaruhi oleh asal magma. Magma yang berasal dari kedalaman yang dalam, mantel, inti luar, memiliki kadar mineral yang lebih basa, sedangkan magma yang berasal dari kedalaman dangkal atau alirannya lama terhenti di kedalaman dangkal akan memiliki kadar mineral yang lebih asam. Klasifikasi komposisi mineral magma yaitu: Klasifikasi Komposisi Mineral Magma

Tekstur yang dimaksud adalah ukuran kristal mineral yang membentuk batuan. Kristal mineral berukuran besar berarti pembekuan batuan terjadi secara lambat di kedalaman Bumi, sehingga mineral dapat tumbuh membentuk kristal berukuran besar atau bertekstur kasar (faneritik). Sementara itu, pembekuan yang terjadi di dekat permukaan Bumi tidak memiliki waktu yang panjang untuk pertumbuhan kristal, sehingga membentuk kristal berukuran kecil (tidak kasatmata) atau bertekstur halus (afanitik). Batuan beku juga dapat terbentuk tanpa membentuk kristal. Tekstur batuan tanpa kristal dinamakan tekstur gelas.

Klasifikasi batuan beku yaitu: Klasifikasi Batuan Beku

3.3.2. Identifikasi Batuan Sedimen

Batuan sedimen yang terbentuk dari pecahan batuan lain disebut batuan sedimen klastik atau batuan sedimen detritus. Batuan sedimen yang terbentuk dari pecahan batuan berbagai jenis diklasifikasikan berdasarkan ukuran sedimen pembentuknya. Sementara itu, batuan sedimen klastik yang berasal dari sedimen khas seperti cangkang kerang memiliki nama khusus.

Klasifikasi batuan sedimen yang tidak terbentuk dari pecahan batuan dapat terbentuk dari deposisi mineral dari larutan (batuan sedimen kimiawi) atau dari proses biologis (batuan sedimen biologis). Batuan sedimen kimiawi dan biologis diklasifikasikan berdasarkan jenis mineral pembentuknya.

Klasifikasi batuan sedimen yaitu: Klasifikasi Batuan Sedimen

3.3.3. Identifikasi Batuan Metamorf

Batuan metamorf diidentifikasi berdasarkan batuan induknya dan derajat foliasinya. Batuan induk (protolith) merupakan sebutan untuk batuan asal yang mengalami proses metamorfisme. Foliasi adalah penyejajaran mineral batuan akibat suhu dan tekanan tinggi.

Batuan metamorf dengan tekstur foliasi umumnya terbentuk akibat metamorfisme regional. Batuan metamorf juga dapat ditemukan tanpa tekstur foliasi, terutama yang terbentuk karena metamorfisme kontak atau metamorfisme dinamik.

Klasifikasi batuan metamorf yang umum yaitu sebagai berikut: Klasifikasi Batuan Metamorf

4. Stratigrafi

Ilmu terkait deskripsi strata (lapisan) batuan. Stratigrafi digunakan untuk membantu penentuan asal pembentukan, hubungan, dan sebaran lapisan batuan.

Analisis lapisan (strata) batuan dilakukan berdasarkan hukum stratigrafi Steno. Terdapat 4 hukum Steno, yaitu:

  1. Superposisi (superposition): lapisan batuan yang lebih muda berada di atas lapisan yang lebih tua.
  2. Horizontalitas asli (original horizontality): lapisan batuan membentuk lapisan datar (horizontal) saat pembentukannya.
  3. Hubungan potong memotong (cross-cutting relationship): batuan yang memotong lapisan batuan lain berusia lebih muda daripada batuan yang terpotong.
  4. Kesinambungan lateral (lateral continuity): lapisan batuan berkesinambungan atau terus menerus berlanjut hingga mencapai halangan tertentu atau terkena erosi setelah terjadi deposisi.