Geodinamika bumi

9. GEODINAMIKA

Geodinamika adalah cabang ilmu geofisika yang menjelaskan mengenai dinamika bumi. Ilmu matematika, fisika dan kimia digunakan dalam geodinamika berguna untuk memahami arus konveksi yang ada di mantel bumi yang berperan dalam pergerakan lempeng yang ada di bumi. Dan juga berguna untuk memahami fenomena geologi seperti pemekaran samudra, pembentukan pegunungan, gunung api, patahan dan masih banyak lagi. Selain itu juga dapat digunakan untuk menyelidiki interior di bawah permukaan bumi dengan cara pengukuran medan magnet, gravitasi, gelombang seismic, dan mineral yang terkandung dalam batuan. Geodinamika tidak hanya berlaku dibumi saja melainkan dapat diaplikasikan di planet lain.

Geodinamika secara umum mempelajari tentang proses perpindahan material yang ada di bumi dan perpindahan yang terjadi ketika batuan meleleh atau terdeformasi. Deformasi dapat berupa brittle, elastik, dan plastis. Deformasi adalah perubahan bentuk, dimensi dan posisi dari suatu materi baik merupakan bagian dari alam ataupun buatan manusia dalam skala waktu dan ruang. Tergantung dari besarnya stress dan sifat fisik materialnya. Batuan dan geomaterial lainnya memiliki struktur dan komponen yang berbeda-beda. Serta mendapatkan stress yang berbeda-beda pula tergantung sifat fisiknya. Hal ini yang menyebabkan jenis deformasi batuan.
Data yang digunakan dalam studi geodinamika biasanya adalah data GPS, seismik, model numerik, dan data hasil studi mengenai interior bumi.

1.      Manfaat Mempelajari Geodinamika

Dalam pengembangannya, geodinamika dapat berguna untuk :

a.       Mengetahui model deformasi material geologi termasuk brittle atau ductile

b.      Memprediksikan pola continental akresi dan apa yang terjadi pada lithosfer

c.       Mencari dan memahami mekanisme pergerakan lempeng tektonik

Geodinamika mempelajari proses-proses fisika yang mengatur gerakan kerak bumi (atau kerak dari suatu planet lain)  yang membentuk pegunungan tinggi dan fenomena di permukaan bumi. Ilmu ini termasuk bidang multidisiplin yang memberikan hubungan antara bidang-bidang tektonika, paleomagnetisme, seismologi, fisika mineral, geokimia dan gedesi. Banyak hal yang berkaitan erat antara bidang-bidang ilmu ini. Hubungan ini disebabkan oleh adana fenomena konveksi di dalam mantel bumi dan inti bumi yang menjadi sumber aktifitas geologi di planet kita ini. Konveksi yang terjadi di dalam bumi merefleksikan fenomena kehilangan panas secara gradual, seiring dengan bertambah dinginnya material bumi sebagai fungsi waktu.

Metode yang digunakan dalam Geodinamika secara prinsip didasari pada konsep dalam fisika, utamanya mekanika medium kontinyu. Seiring dengan kemajuan dalam bidang komputasi dan komputasi parallel berunjuk kerja tinggi, pemodelan di bidang geodinamik menjadi semarak dan menghasilkan banyak termuan baru yang berhubungan dengan struktur bagian dalam bumi.

geodinamika ialah studi tentang proses - proses dasar fisika untuk memahami lempengan tektonik dan berbagai fenomena geologi (D.L. Turcotte dan G. Schubert, 2002).

Ilmu geodinamika lebih banyak mempelajari sejarah terbentuknya bumi dengan didukung adanya teori - teori lempeng tektonik.

a)      Teori Lempengan Tektonik

Lempengan tektonik : gerakan hipotesis lempengan kerak bumi yaitu suatu teori yang menjelaskan pergeseran benua, aktivitas seismik dan vulkanik, dan pembentukan jalur pegunungan hingga gerakan lempengan kerak bumi di atas lithosfer (bantuan mantel yang kurang rigid) (microsft encarta reference libary 2005) .

Tahun 1912, Alfred Wegener mencetuskan teori pengapungan benua, yang “menduga” bahwa pada mulanya benua Amerika Selatan dan Afrika bersatu, dan kemudian berpisah menjadi seperti saat sekarang yang terpisah oleh samudra Atlantik. Sejak tahun 1960 berkembanglah Teori Pengapungan Benua (Continental Drift)  yang sekarang di kenal dengan Teori Tektonik Lempeng. Teori ini dapat menjelaskan dan menyederhanakan banyak hal mengenai gejala-gejala alam yang semula di anggap misterius. Seperti gempa bumi yang datangnya secara tiba-tiba dan gunung api yang tiba-tiba meletus.

Teori ini menyatakan bahwa lapisan terluar bumi terbuat dari suatu lempengan tipis dan keras yang masing-masing saling bergerak relatif terhadap yang lainnya. Setiap lempeng tektonik adalah kaku dan bergerak sebagai unit mekanis tunggal. Hal ini mengakibatkan bila sebagian bergerak maka satu unit lempeng akan bergerak. Perubahan kecil akan terjadi pada bagian tengah dan tentu saja kerusakan besar timbul pada bagian tepi karena bersinggungan langsung dengan lempeng yang lain (Gina Andriyani, 2012).

Model tektonik lempeng ini menyebutkan bahwa kerak bumi ini disusun oleh lempeng lempeng yang besar dan kaku. Lempeng lempeng yang menyusun kerak bumi tersebut dapat dibedakan menjadi lempeng kerak benua (continental crust), yaitu lempeng yang menyusun daratan atau benua (kontinen), dan kerak samudera (oceanic crust), yaitu lempeng yang menyusun lantai dasar samudera. Lempeng-lempeng tersebut selalu bergerak walaupun sangat lambat. Pergerakan ini disebabkan karena, adanya perbedaan distribusi panas di bawah kerak bumi (mantel bumi). Panas yang sangat tinggi yang terdapat pada tempat yang lebih dalam akan bergerak naik ke tempat yang temperatumya lebih rendah dan akan menyebar secara lateral. Penyebaran panas secara lateral inilah yang mengakibatkan bergeraknya lempeng-lempeng penyusun kerak bumi. Pergerakan dari lempeng lempeng kerak bumi ini menyebabkan terjadinya gempabumi, aktivitas gunungapi, dan deformasi batuan penyusun kerak bumi yang membentuk pegunungan.

Karena setiap lempeng bergerak sebagai unit yang berbeda, maka interaksi yang sangat besar terjadi pada pertemuan antara lempeng lempeng tersebut. Batas-batas antara lempeng lempeng penyusun kerak bumi merupakan jalur aktivitas gunungapi (vulkanik) dan gempa bumi. Ada tiga macam batas pertemuan lernpeng-lempeng tersebut yang dipisahkan berdasarkan jenis pergerakannya dan setiap lempeng akan dibatasi oleh kombinasi ketiga macam batas tersebut.

1)      Batas divergen, zona dimana lempeng-lempeng saling memisahkan diri (saling menjauh), meninggalkan ruang diantaranya.

2)      Batas konvergen zona dimana lempeng-lempeng bergerak saling mendekati sehingga terjadi tumbukan antara keduanya. Kejadian ini dapat menyebabkan lempeng yang satu menunjam di bawah lempeng lainnya atau hanya tumbukan yang menyebabkan bagian ini akan terangkat bersama-sama.

3)      Batas transform fault, zona dimana, lempeng-lempeng bergerak saling melewati antara satu lempeng dengan lempeng lainnya (bergeseran).

Sebagaimana diketahui bahwa Bumi adalah suatu planet yang dinamis dimana material penyusunnya terdiri dari berbagai jenis lapisan, berada dalam kondisi yang bergerak. Sifat bumi yang dinamis disebabkan oleh adanya 2 sistem yang bekerja di Bumi, yaitu Sistem Hidrologi dan Sistem Tektonik. Dampak dari adanya sistem tersebut secara dramatis terekspresikan pada citra satelit wilayah Amerika Utara (gambar 2-1). Pada citra, pergerakan yang terlihat paling jelas adalah pergerakan fluida yang ada dipermukaan Bumi, yaitu air dan udara. Siklus yang sangat rumit dimana air berpindah dari lautan ke atmosfir kemudian ke daratan dan kembali lagi ke lautan adalah hal yang paling mendasar yang terdapat dalam sistem hidrologi. Sumber energi yang menggerakan sistem ini adalah energi yang berasal dari matahari. Energi panas matahari menguapkan air yang ada di lautan dan juga mengakibatkan atmosfir bersirkulasi sebagaimana diperlihatkan oleh awan badai Dennis pada citra satelit. Uap air yang ada di atmosfir kemudian dibawa bersama atmosfir yang bersirkulasi dan secara teratur uap air terkondensasi yang kemudian jatuh sebagai hujan atau salju. Turunnya hujan atau salju dipengaruhi oleh gaya gravitasi (gayaberat) didalam menarik air kembali kepermukaan bumi. Gayaberat juga berperan dalam mengalirkan air kembali ke lautan melalui beberapa sub-sistem (sungai, air bawah tanah dan gletser). Dalam setiap subsistem tersebut, gayaberat yang menyebabkan air mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah.

Litosfir Bumi mungkin kelihatan seperti diam ditempat, akan tetapi sebagaimana hidrosfir, litosfir Bumi secara konstan bergerak dengan pergerakan yang sangat lambat (1-10 cm pertahun). Saat ini telah terbukti bahwa seluruh litosfir Bumi saling bergerak, dimana benua-benua saling memisahkan diri dan bagian-bagian dari benua tersebut mengapung bergeser hingga ribuan kilometer melalui permukaan Bumi yang memungkinkan satu dan lainnya saling bertabrakan. Rangkaian pegunungan Appalahian yang terlihat sebagai penjajaran dari punggungan bukit dan lembah terbentuk ketika 2 benua bertabrakan ratusan juta tahun yang lalu. Lapisan-lapisan batuan yang terlipat dan terpatahkan membentuk jalur pegunungan yang tinggi dan kemudian secara berlahan dierosi oleh jaringan sungai yang terdapat di wilayah tersebut. Bersamaan dengan tabrakan ini, dibagian pinggir lempeng Amerika Utara terjadi pembentukan palung (rifting) yang mengakibatkan terpisahnya benua Afrika dengan Amerika. Fakta-fakta yang memperlihatkan bahwa seluruh bentuk-bentuk struktural yang terdapat di planet Bumi kita adalah hasil dari sistem yang sederhana yaitu dari pergerakan lempeng-lempeng litosfir. Gerakan dari sistem tektonik lempeng ini dipicu oleh energi panas yang dilepaskan dari dalam Bumi.

A.    KONSEP KONSEP UTAMA SISTEM BUMI

1)      Sistem alamiah adalah sekumpulan dari komponen komponen yang mandiri (tidak saling tergantung satu dengan lainnya) yang saling berinteraksi membentuk suatu keteraturan terpadu dan berada dalam pengaruh gaya yang saling berhubungan. Material yang berada dalam suatu sistem dapat berubah dalam rangka mencapai dan mempertahankan keseimbangan.

2)      Sistem yang menggerakan dan memindahkan air dikenal sebagai sistem hidrologi, Sistem ini memindahkan air dari sungai, air bawah tanah, gletser, lautan dan uap air di atmosfer. Bersamaan dengan perpindahan air maka air tersebut akan mengerosi, mengangkut, dan mengendapkan sedimen sedimen yang diangkutnya membentuk bentuk-bentuk bentangalam tertentu dan tubuh batuan tertentu.

3)      Radiasi matahari merupakan sumber energi dari sistem hidrologi yang terjadi di bumi sedangkan energi panas yang berasal dari dalam bumi adalah energi yang menggerakan dan memindahkan lempeng-lempeng litosfer (sistem tektonik lempeng). Sistem tektonik menjelaskan kenampakan-kenampakan utama dari bentangalam struktural yang ada di bumi.

4)       Tempat dimana lempeng-lempeng bergerak saling menjauh satu dengan lainnya (divergence), maka material panas yang berasal dari dalam mantel akan naik kepermukaan bumi mengisi ruang kosong yang ditinggalkan oleh lempeng tersebut dan akan membentuk litosfer baru. Kenampakan lempeng-lempeng litosfer yang baru yang diakibatkan oleh lempeng-lempeng yang saling menjauh dapat dilihat pada palung benua (continent rift), punggung samudra dan cekungan samudra yang baru.

5)    Tempat-tempat dimana lempeng saling mendekat (convergence), yaitu salah satu lempeng menyusup dibawah lempeng lainnya dan menunjam kedalam mantel. Fitur utama dari kenampakan pada tepi lempeng yang konvergen akan berupa jalur pegunungan lipatan, busur gunungapi dan palung laut dalam.

6)      Tempat dimana lempeng-lempeng saling bergeser secara horizontal satu dan lainnya, maka akan berkembang menjadi batas-batas lempeng transforms, sesar-sesar mendatar dan umumnya dicirikan oleh pusat-pusat kegempaan dengan epicentrum gempa dangkal.

7)       Lempengan kerak bumi yang terletak jauh dari pinggir lempeng dapat menyebabkan material mantel yang berdensitas rendah naik ke permukaan sehingga memungkinkan terbentuknya gunung-gunungapi yang bersumber dari lempeng.

8)    Kerak bumi mengambang diatas mantel bumi yang berdensitas lebih besar yang terletak dibawah kerak bumi. Kerak bumi akan naik dan tenggelam dalam usahanya mempertahankan keseimbangan isostasi.