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 dari sisa energi saat pembentukan Bumi dan energi dari radioaktivitas batuan.
  • Lapisan interior Bumi dapat diklasifikasikan menurut 2 karakteristik: sifat kimiawi dan sifat fisiknya. Klasifikasi struktur interior Bumi
    Klasifikasi Struktur Interior Bumi Berdasarkan Sifat Kimiawi (kiri) dan Sifat Fisik (kanan).

1.1. Klasifikasi Menurut Sifat Kimiawi

Klasifikasi interior Bumi menurut sifat kimiawi yaitu sebagai berikut:

  1. Kerak (Crust): 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 (Mantle): terbentuk dari mineral dengan massa molekul tinggi (miskin silika)
    • Batas antara lapisan mantel dan inti dinamakan diskontinuitas Gutenberg.
  3. Inti (Core): 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.
    • Batas antara astenosfer dan mesosfer disebut diskontinuitas Repetti.
  3. Mesosfer
    • Fase zat padat.
    • Bersifat kaku (rigid).
    • Meskipun suhu tinggi, memiliki sifat kaku disebabkan karena tekanan tinggi.
  4. Inti Luar (Outer Core)
    • Fase zat cair.
    • Arus konveksi besi cair membentuk medan magnet Bumi.
    • Batas antara inti luar dan inti dalam dinamakan diskontinuitas Lehmann.
  5. Inti Dalam (Inner Core)
    • Fase zat padat.
    • Bersifat kaku.

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). Blok batuan yang bergerak turun ke dalam Astenosfer menarik blok batuan di belakangnya. Sehingga, kecepatan gerakan lempeng bisa lebih tinggi daripada gerakan Astenosfer.

  • Berdasarkan arah geraknya, pertemuan lempeng Bumi dapat diklasifikasikan menjadi:

    1. Divergen

    • Batas lempeng divergen terbentuk pada lokasi arus naik konvergensi Mantel (Astenosfer) Bumi, lempeng bergerak menjauhi satu sama lain.
    • Di lokasi ini, kerak Bumi pecah, membentuk rekahan, dan magma keluar membentuk batuan kerak Bumi baru.
    • Meskipun material di Astenosfer bersifat padat, ketika keluar dari rekahan akan menjadi magma karena tekanannya berkurang (mengalami pelelehan dekompresi).
    • Batuan yang terbentuk pada lokasi ini memiliki karakteristik batuan kerak samudra, Si-Mg, karena berasal dari material dengan densitas (berat jenis) tinggi dan miskin silika (bersifat basa) di Astenosfer.
    • Batas lempeng divergen membentuk igir tengah samudera, gunungapi perisai, dan erupsi linear. Morfologi Batas Lempeng Divergen
      Gambar paling atas menunjukkan fase awal gerakan lempeng divergen. Magma bergerak ke atas di Astenosfer menyebabkan kerak Bumi terangkat dan membentuk lembah retakan (rift valley). Lama kelamaan, lembah akan bertambah lebar sehingga terisi air laut (gambar tengah) dan ketika proses sudah mencapai tahap dewasa, akan membentuk samudera dengan pematang tengah samudera di bagian tengahnya (gambar bawah).

    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 atau kedua lempeng yang bertemu terbentuk dari material kerak samudera.
      • Lempeng dengan densitas lebih tinggi (kerak samudera atau kerak samudera dengan usia lebih tua) menunjam ke bawah lempeng lain.
      • Lempeng yang menunjam batuannya meleleh sebagian (partial melting) karena batuannya mengandung air. Air menyebabkan penurunan titik leleh batuan, membuat batuan meleleh di suhu relatif dingin di Astenosfer atas.
      • Karena magma pada zona subduksi terbentuk dari batuan permukaan, maka magmanya bersifat intermediet, mengandung lebih banyak silika daripada material yang langsung keluar dari Astenosfer. Sifat magma juga dapat menjadi lebih asam jika bergerak melalui lapisan batuan asam.
      • Proses subduksi membentuk palung dan barisan gunungapi kerucut tinggi (stratovolkanik/gunungapi komposit).
        Morfologi Batas Lempeng Subduksi 1
        Kerak samudera berusia lebih tua (kanan) menunjam ke bawah kerak samudera berusia lebih muda (kiri). Zona subduksi ditandai lembah dalam di samudera, disebut palung (trench). Bagian antara busur gunungapi (volcanic arc) dengan palung disebut Lembah Busur Depan (forearc basin). Sementara itu, bagian di busur gunungapi ke kiri disebut Lembah Busur Belakang (Backarc Basin).
        Morfologi Batas Lempeng Subduksi 2
        Kerak samudera yang densitasnya lebih tinggi (kiri) menunjam di bawah kerak benua (kanan). Pada subduksi kerak samudera-kerak benua, terdapat bentukan Prisma Akresi (accretionary wedge), yang terbentuk dari akumulasi hasil erosi batuan kerak benua yang memiliki densitas rendah, sehingga tidak dapat terbawa menunjam oleh subduksi.

      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 rendah sehingga tidak dapat tenggelam masuk ke dalam mantel Bumi.
      • Kolisi membentuk pegunungan tinggi. Morfologi Batas Lempeng Kolisi
        Bagian atas kerak yang memiliki densitas rendah materialnya terkakumulasi sehingga membentuk pegunungan tinggi. Proses ini membentuk banyak sesar dari blok-blok batuan yang proses pengangkatannya tidak seragam.

    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
      Batas lempeng transform membentuk punggungan atau barisan perbukitan ketinggian rendah dari akumulasi material ketika sesar mengalami gerakan.
  • Perubahan pada pola konveksi mantel menyebabkan suatu batas lempeng dapat mengalami perubahan tipe. Ketika gerakan divergen maka samudera akan terbentuk dan ketika gerakan konvergen maka luas samudera akan berkurang hingga akhirnya hilang. Gerakan ini dideskripsikan dalam Siklus Wilson. Siklus Wilson
  • Siklus Wilson memiliki 6 tahap, A hingga F, dengan 3 tahap pertama dibentuk gerakan lempeng divergen, selanjutnya dibentuk gerakan konvergen subduksi, dan pada 2 tahap terakhir gerakan lempeng berupa konvergen kolisi.
  • Terdapat 7 lempeng utama dunia, ditunjukkan pada peta berikut: Peta Lempeng Dunia

3. Petrografi

3.1. Mineral

Suatu benda dapat disebut mineral apabila memiliki 5 sifat berikut ini:

  1. Berfase padat.
  2. Terbentuk secara alami.
  3. Bersifat inorganik: tidak terbentuk dari senyawa karbon dan hidrogen.

  4. Mempunyai struktur kristalin: atom tersusun membentuk pola dengan geometri tertentu yang berulang. Terdapat 7 sistem kristal, yaitu isometrik (cubic), tetragonal, orthorombik, monoklinik, triclinic, heksagonal, dan trigonal (rhombohedral). 7 sistem kristal

  5. Memiliki komposisi kimia yang tetap: dapat dituliskan sebagai suatu rumus senyawa 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. Sementara itu, pecahan digunakan ketika mineral memiliki ikatan molekul yang sama kuat ke semua arah.
  3. Massa Jenis: massa per volume.

  4. Kilap (luster): karakteristik pemantulan cahaya pada mineral. Kilap mineral dibagi menjadi kilap logam dan non-logam. Kilap non-logam meliputi kilap berlian (adamantine), kilap kaca (vitreous), kilap lemak (greasy/waxy), kilap tanah (earthy/dull), kilap resin, kilap permata (pearly), dan kilap sutra.
    Kilap mineral

  5. Cerat (streak): warna mineral dalam bentuk bubuk.

Mineral dapat diklasifikasikan berdasarkan tingkat kekerasannya menggunakan skala Mohs. Mohs mengklasifikasikan kekerasan mineral secara relatif antara satu sama lain sebagai berikut:
Mohs
Skala Mohs dapat membantu identifikasi sidik cepat lapangan menggunakan benda pembanding. Misal, mineral lunak berwarna putih apabila rusak digores kuku maka ia adalah talc atau gipsum, sedangkan apabila kuku rusak maka ia adalah kalsit.

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: Siklus Batuan

    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.
  • Sifat magma dapat berubah dalam perjalanannya ke permukaan Bumi. Proses ini disebut diferensiasi magma. Magma dapat terdiferensiasi melalui mekanisme:
    1. Kristalisasi fraksional (fractional crystallization): kristalisasi sebagian mineral dengan titik leleh tinggi, mineral tersebut mengkristal terlebih dahulu dalam proses pendinginan.
      • Urutan mineral berdasarkan suhu titik beku/titik leleh disebut Deret Reaksi Bowen.
      • Mineral basa memiliki titik beku lebih tinggi daripada mineral asam. Deret Bowen
        Deret Bowen memiliki 2 sisi, deret kontinyu di bagian kanan dan deret diskontinyu di bagian kiri. Deret kontinyu menunjukkan spektrum penurunan kadar kalsium dan peningkatan kadar sodium dalam mineral plagioklas feldspar ((Ca,Na)(Al,Si)₄O₈). Anortit feldspar memiliki metal kalsium (Ca) dan tidak memiliki sodium (Na), sebaliknya albit feldspar memiliki sodium (Na) dan tidak memiliki kalsium (Ca). Deret diskontinyu memiliki senyawa kimia yang sama sekali berbeda di tiap mineralnya. Mineral kuarsa (quartz, SiO₂) memiliki titik leleh paling rendah.
    2. Asimilasi: pertukaran mineral antara magma cair dan batuan padat di sekitarnya.
    3. Percampuran magma (magma mingling/magma mixing): magma yang lama berada di dapur magma (simpanan/reservoir magma bagian dari gunungapi) bercampur dengan magma baru dari Astenosfer.
  • Klasifikasi komposisi magma berdasarkan mineral yang dibentuk yaitu:
    Klasifikasi Komposisi Mineral Magma
    • Diagram menunjukkan komposisi magma berdasarkan mineral yang dibentuk.
    • Komposisi asam disebut juga magma felsik atau granitik, intermediet disebut juga andesitik, basa disebut juga basaltik atau mafik, dan ultrabasa disebut juga ultramafik.
    • Bagian tengah diagram menunjukkan persentase mineral yang terkandung dalam tiap klasifikasi, misalnya komposisi paling asam mengandung 20% kuarsa, 60% potasium feldspar, dan 20% plagioklas feldspar dan muskovit.
    • Semakin basa komposisi magma, kandungan silika, potasium, dan sodiumnya semakin rendah, sedangkan kandungan besi, magnesium, dan kalsium, serta suhu titik lelehnya semakin tinggi.
  • 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
    • Nama batuan ditunjukkan pada baris 3 - 6 diagram.
    • Cara membaca diagram misalnya, terdapat batuan sedimen dengan warna terang dan tekstur afanitik, maka lihat kolom komposisi kedua (granitik) dan baris keempat (fine-grained), nama batuan beku tersebut adalah riolit (rhyolite).

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.
    • Ukuran sedimen diklasifikasikan berdasarkan klasifikasi skala Wentworth sebagai berikut: image
    • 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. Hukum Steno