Lapisan Bumi,Gempa Bumi dan Gunung Api

Lapisan Bumi, Gempa Bumi dan Gunung Api merupakan Materi Fisika SMP kelas 7 kurikulum 2013. Rangkuman ini semoga dapat membantu adik adik memahami lebih baik lagi terkait.

Lapisan Bumi

Struktur bagian dalam Bumi dapat diketahui berdasarkan studi gelombang seismik (gempa). Ada dua jenis gelombang gempa,yaitu gelombang badan (body waves) dan gelombang permukaan(surface waves).

Gelombang badan dibangkitkan oleh pembebasan energi pada pusat gempa dan bergerak di bawah permukaan tanah ke segala arah menempuh keseluruhan badan bumi.

Gelombang badan berinteraksi dengan batuan permukaan dan membangkitkan sederetan gelombang-gelombang baru yang menjalar sepanjang permukaan Bumi yang disebut gelombang permukaan.

Dua Jenis Gelombang badan

Ada dua jenis gelombang badan, yaitu gelombang P(P-waves) dan gelombang S(S-waves). Gelombang P bergerak lebih cepat sehingga gelombang ini tiba pertama kali di permukaan bumi dan disebut gelombang P(singkatan dari primer).

gelombang P

Gelombang Pmerupakan gelombang longitudinal seperti gelombang bunyi sehingga gelombang P dapat melalui zat padat, cair, dan gas.

Mekanisme pembangkitan gelombang P melalui stres (tegangan) yang dialami oleh struktur batuan dan lapisan tanah yang memberikan tanggapan dalam bentuk rapatan dan renggangan lapisan tanah di sepanjang jalur perambatan gelombang. Kerapatan batuan dan lapisan tanah berperan penting dalam kecepatan perambatan gelombang P.Semakin rapat medium yang dilalui, semakin besar kecepatan rambat gelombang P.

Gelombang S

Gelombang S tiba di permukaan lebih lambat daripada gelombang P sehingga disebut gelombang S(singkatan dari sekunder). Mekanisme pembangkitan gelombang S melalui simpangan vertikal lapisan tanah tegak lurus terhadap arah rambat gelombang (gelombang transversal).

Sebagai gelombang mekanik transversal, seperti gelombang transversal pada tali,gelombang S hanya dapat melalui zat padat saja sehingga gelombang S inilah yang membantu ilmuwan untuk memahami struktur bagian dalam Bumi.

Tiga lapisan utama Bumi

Berdasarkan studi gelombang gempa diketahui bahwa Bumi dibagi menjadi tiga lapisan utama yang sepusat (Gambar 8.1), yaitu kerak bumi (crust), selubung Bumi atau mantel (mantle), dan inti Bumi (core).

Stuktur Bumi dapat kamu miripkan dengan telur, yaitu cangkangnya sebagai kerak, putihnya sebagai mantel (selimut atau selubung), dan kuningnya yang berbentuk bola sebagai inti bumi.

gambar lapisan bumi
Gambar 8.1 Lapisan-lapisan pembentuk Bumi

Lapisan Kerak Bumi

Lapisan kerak Bumi (crust)adalah lapisan Bumi padat paling luar tempat kamu tinggal. Ketebalan rata-rata kerak Bumi adalah 32 km. Suhu di bagian bawah kerak Bumi mencapai 1.100°C.

Kerak Bumi dibentuk oleh batuan-batuan dengan massa jenis sekitar 3 g/cm3. Lebih dari 90% kerak Bumi hanya disusun oleh lima unsur, yaitu oksigen, silikon, aluminium, besi, dan kalsium.

Ada dua macam kerak Bumi, yaitu kerak benua dengan ketebalan mencapai 65 km dan kerak samudera dengan ketebalan hanya 8 km.

Walaupun kerak samudera lebih tipis daripada kerak benua, massa jenis rata-rata kerak samudera sekitar 3,3 g/cm3. Bandingkan dengan kerak benua,yang massa jenis rata-ratanya sekitar 2,83 g/cm3.Perbedaan massa jenis ini disebabkan oleh unsur-unsur penyusunnya.

Kerak benua disusun oleh unsur-unsur ringan silisium dan aluminium sehingga kerak benua disebut sial. Kerak samudera disusun atas silisium dan magnesium (lebih besar massa jenisnya daripada aluminium)sehingga kerak samudera disebut sima.

Lapisan selimut Bumi (mantel)

Lapisan selimut Bumi atau mantel adalah lapisan Bumi yang terletak tepat di bawah kerak Bumi. Ketebalannya mencapai 2.900 km sehingga lapisan ini merupakan lapisan terbesar yang menempati volume Bumi,yaitu kira-kira 80%.Bagian atas mantel disebut astenosfer (asthenosphere) merupakan bagian bawah dari lapisan litosfer (lithosphere), lihat Gambar 8.2.

Astenosfer memiliki ketebalan antara 100-400 km dengan suhu 1.500-3.000C.Astenosfer merupakan tempat terbentuknya magma. Kerak bumi dan astenosfer disebut sebagai litosfer (lithos = batuan, sphere = lapisan, sehingga lithosphere berarti lapisan batuan) dan memiliki ketebalan bervariasi 10-200 km.Mantel atas dan mantel bawah di bawah astenosfer memiliki ketebalan 2.400-2.700 km.Massa jenis mantel 3,4 g/cm3 sedikit lebih besar daripada massa jenis kerak Bumi.

lapisan selimut bumi

lapisan inti bumi – core

Lapisan inti Bumi (core) berada di bawah mantel Bumi. Lapisan inti dibagi dua, yaitu lapisan inti luar (outer core) dan lapisan inti dalam (inner core).

Inti luar memiliki ketebalan sekitar 2.000 km dan suhu mencapai 3.800℃ dan disusun oleh besi cair.Di inti luar inilah aktivitas magnetik Bumi dibangkitkan.

Adapun inti dalam berbentuk seperti bola dengan diameter 2.700 km,suhu 6.000°C, serta disusun oleh besi dan nikel padat. Massa jenis inti dalam merupakan yang paling besar,yaitu 10-13 g/cm3 jika dibandingkan dengan di perbatasan antara mantel dan inti luar dengan massa jenis sekitar 5 g/cm3.

Tenaga Geologi

Tenaga geologi dibedakan atas dua, yaitu tenaga endogen dan tenaga eksogen.

Tenaga Endogen

Tenaga endogen (tenaga asal dalam) adalah tenaga geologi yang berasal dari dalam Bumi yang membentuk bangunan baru di permukaan Bumi.

Tenaga endogen ada tiga, yaitu tektonisme, vulkanisme (berkaitan dengan gunung api), dan gempa Bumi.

Tektonisme

Tektonisme adalah peristiwa pergeseran dan perubahan letak kerak Bumi dalam skala besar, yang pada umumnya meliputi lipatan, patahan, dan tektonik lempeng. Dalam teori tektonik lempeng (plate tectonics),

litosfer dibagi atas beberapa lempeng-lempeng pejal yang dapat bergerak pada astenosfer (litosfer bagian bawah). Ada tujuh lempeng utama di Bumi, yaitu lempeng Pasifik, Amerika Utara, Eurasia, Afrika, Antartika, Lempeng Indo-Ausralia, dan Amerika Selatan.

Gerak relatif lempeng ini dibagi atas tiga jenis, yaitu divergen (saling menjauh), konvergen (saling mendekat), dan geseran. Pada batas antara kedua lempeng yang bergerak divergen terjadi pelebaran dasar samudera. Begitu kedua lempeng saling menjauh, material lebur panas dari mantel naik untuk mengisi celah yang terbentuk.

Material lebur yang naik ini mendingin di dekat permukaan Bumi dan menjadi bagian dari litosfer yang membentuk sederetan gunung-gunung api di daerah samudera (mid-oceanic ridge volcanoes). Gerak konvergen akan menghasilkan tumbukan antara dua lempeng tektonik,baik kerak samudera-kerak samudera, kerak samudera-kerak benua maupun kerak benua-kerak benua, seperti ditunjukkan pada Gambar

divergen (saling menjauh)
(b) konvergen (saling mendekat)
(c) geseran

Tenaga Eksogen

Tenaga eksogen (tenaga asal luar) adalah tenaga geologi yang berasal dari luar Bumi yang merombak bangunan yang dibentuk oleh tenaga endogen.Kita hanya akan membahas tenaga endogen.

Gunung Api

 Gunung api (volcano) berasal dari kata dalam bahasa Romawi, vulcanus yang berarti Dewa Api. Gunung api merupakan istilah untuk tempat mana saja di permukaan Bumi, tempat magma (batuan cair panas) dikeluarkan (dierupsi) atau telah dikeluarkan pada masa lalu.

Gunung api di Bumi terbentuk dikarenakan kerak Bumi terpecah menjadi 17 lempeng tektonik utama yang kaku yang mengambang di atas astenosfer (mantel atas) yang lebih panas dan lunak. Oleh karena itu, gunung api di Bumi sering ditemukan di batas divergen dan konvergen dari lempeng tektonik.

Seperti telah dijelaskan sederetan gunung api di area samudera (mid-oceanic ridge) terbentuk dari gerak divergen lempeng tektonik yang saling menjauh.

Adapun lokasi gunung api yang paling terkenal, yaitu gunung api di sepanjang busur Cincin Api Pasifik (Pacific Ring of Fire), terbentuk dari gerak konvergen lempeng tektonik yang saling mendekat. Gunung berapi biasanya tidak terbentuk di wilayah dua lempeng tektonik yang bergeser satu sama lain (gerak geseran).

3 Jenis Gunung Api

Ada tiga jenis gunung api di Indonesia, yaitu gunung api strato atau kerucut, gunung api maar, dan gunung api perisai. Kebanyakan gunung api di dunia termasuk Indonesia merupakan gunung api kerucut.

Bentuk gunung api maar seperti danau kering. Gunung api ini dibentuk karena ada letusan besar yang membentuk lubang besar pada puncak, disebut kawah. Gunung api maar memiliki corong. Misalnya, gunung lamongan Jawa Timur dengan kawahnya Klakah. Adapun penampang sebuah gunung api ditunjukkan pada Gambar

gambar gunung api
Gambar Penampang gunung api.

Bentuk Gunung Api

Berdasarkan bentuknya, gunung api di dunia dibagai atas:gunung api strato (stratovolcanoes), gunung api perisai (shield volcanoes), gunung api cinder cone, gunung api kaldera dan gunung api komposit (composite volcanoes).

Gunung api strato

Gunung api strato (kerucut) tersusun dari batuan hasil letusan dengan tipe letusan berubah-ubah sehingga dapat menghasilkan susunan yang berlapis-lapis dari beberapa jenis batuan, sehingga membentuk suatu kerucut besar.

Kadang-kadang bentuknya tidak beraturan karena letusan sudah beberapa ratus kali terjadi. Contoh bentuk gunung api ini, yaitu gunung Merapi dan gunung Ciremai.

Gunung api perisai

Gunung api perisai tersusun dari batuan aliran lava mengandung magma dengan kandungan silika rendah, yang pada saat diendapkan masih cair, sehingga tidak sempat membentuk suatu kerucut yang tinggi (curam) melainkan berbentuk lereng yang landai.

Contoh bentuk ini adalah gunung api yang terdapat di kepulauan Hawai,yaitu Mauna Loa,Mauna Kea, dan Kilauea. Di Indonesia tidak ada.

Gunung api cinder cone

Gunung api cinder cone tersusun atas abu dan pecahan kecil batuan vulkanik yang menyebar di sekeliling gunung. Gunung api ini berupa bukit berbentuk kerucut yang curam dan membentuk mangkuk di. puncaknya.

Tipe gunung api ini jarang memiliki tinggi sampai 500 m dari tanah di sekitarnya.

Gunung api Kaldera

Gunung api Kaldera terbentuk dari ledakan yang sangat kuat yang melempar ujung atas gunung sehingga membentuk cekungan. Contohnya yaitu gunung Bromo.

Gunung api komposit (composite) dikarakteristikkan oleh erupsinya yang lebih dingin dan lava yang lebih kental daripada batu vulkanis yang mengandung magma dengan kandungan silika tinggi.Gunung api ini sering menghasilkan erupsi ledakan.

Bersama dengan lava, sejumlah besar bahan piroklastik(awan panas) dan debu pergi ke tanah. Bahan-bahan ini berkumpul di sekitar lubang kepundan mengarah ke pembentukan lapisan-lapisan, dan ini membuat gunung muncul sebagai gunung api komposit.

Vulkanisme

Vulkanisme adalah peristiwa naiknya magma dari dapur magma (berada di astenosfer) sehingga sebagian muncul ke permukaan Bumi dan sebagian lagi menyusup ke dalam lapisan kerak bumi. Vulkanisme merupakan gejala yang ditunjukkan oleh gunung api.

Magma dapat bergerak naik dari dapur magma karena magma memiliki suhu tinggi dan mengandung gas-gas yang memiliki cukup energi untuk mendorong batuan di atasnya. Kedalaman dapur magma menyebabkan perbedaan kekuatan letusan gunung api yang terjadi. Semakin dalam dapur magma umumnya semakin kuat letusan yang ditimbulkannya.

Adapun lama aktivitas gunung api yang bersumber dari magma ditentukan oleh besar atau kecilnya volume dapur magma.

Erupsi

Letusan gunung api disebut erupsi. Pada erupsi kamu akan melihat ekstruksi magma, yaitu pergerakan magma dari dapur magma ke permukaan Bumi.

Magma yang mencapai permukaan Bumi disebut lava. Ada tiga wujud bahan yang dikeluarkan oleh tenaga vulkanisme, yaitu padat, cair, dan gas. Bahan padat (disebut efflata) yang dikeluarkan oleh tenaga vulkanisme berukuran dari amat halus sampai kasar atau besar berturut-turut adalah debu, pasir, lapili (batu sebesar kerikil), batu-batu besar (bom) dan batu apung.

Bahan cair yang dikeluarkan tenaga vulkanisme ada dua, yaitu lava dan lahar (lahar panas dan lahar dingin).

Lahar adalah lava yang berada di permukaan Bumi yang kemudian bercampur dengan efflata atau bahan piroklastik (awan panas). Lahar panas adalah lahar yang berasal dari erupsi yang memiliki danau kawah (kaldera).

Lahar dingin adalah lava yang mengendap kemudian dihanyutkan oleh hujan lebat. Lahar ini mengalir deras menuruni lereng gunung dan jurang-jurang dan menyapu bersih semua yang dilaluinya.

Tiga komponen gas vulkanik terbanyak yang dikeluarkan gunung api saat erupsi adalah uap air (H,O) sekitar 60%, karbon dioksida (CO,) sekitar 10-40% dan gas sulfur dapat sulfur dioksida (SO,)(suhu tinggi) atau hidrogen sulfida (H,S).

Solfatara dalah lubang yang mengeluarkan gas hidrogen sulfida, fumarol adalah tempat yang mengeluarkan uap air panas, dan mofeta dalah tempat yang mengeluarkan gas karbon dioksida atau gas asam arang, seperti yang ada di gunung Tangkuban Perahu dan gunung Dieng.

.Berdasarkan sifat dan kekuatannya, erupsi gunung api dibedakan menjadi dua, yaitu erupsi ledakan (eksplosif eruptions) dan erupsi leleran (efusif eruptions).

Erupsi ledakan bisa 10.000 kali kekuatan ledakan bom Nagasaki pada akhir perang dunia II yang menelan 40.000 korban tewas. Magma panas di bawah permukaan Bumi berinteraksi dengan air, gas berkumpul, dan tekanan magma terbangun.

Tekanan ini bertambah dan bertambah sampai gas-gas yang larut ini menyebabkan magma pecah berkeping-keping dalam suatu ledakan yang hebat.

Ledakan hebat ini bersamaan dengan ditembakkannya magma dan gas-gas volkanik, yang dapat mencapai beberapa kilometer ke langit dan membentuk suatu awan jamur (seperti yang dibentuk oleh letusan nuklir).

Puing-puing bergerak di udara dengan kecepatan rambat yang sangat tinggi dan kemudian mendingin di atmosfer untuk membentuk partikel-partikel padat yang disebut piroklastik (pyroclasts).

Sejumlah partikel ini dapat berada di atmosfer selama bertahun-tahun, sehingga dapat mengganggu pola cuaca dan mempengaruhi suhu Bumi.Erupsi ledakan terjadi karena dapur magma dalam dan gasnya bersifat asam.

Erupsi leleran (efusif) berupa lelehan lava yang keluar melalui rekahan-rekahan gunung api. Berdasarkan lubang kawahnya, erupsi gunung api dibedakan menjadi tiga, yaitu (a) erupsi linier, keluarnya lava melalui celah-celah atau rekahan-rekahan batuan. (b) erupsi areal, ledakan yang terjadi karena letak magma dekat dengan permukaan Bumi.(c) erupsi sentral, keluarnya magma melalui lubang berbentuk gunung di permukaan Bumi.

Ciri Gunung akan meletus

Ciri-ciri gunung api yang akan meletus adalah sebagai berikut.

(a) Suhu di sekitar gunung api meningkat dari suhu normalnya.

(b) Terjadi kekeringan sumber air yang mendadak.

(c) Daun-daun pada pohon di hutan sekitar gunung api berguguran.

(d) Sering terjadi gempa dalam skala kecil atau besar.

(e) Binatang liar yang hidup di sekitar gunung api mengungsi ke wilayah lain.

Gempa Bumi

Gempa bumi adalah peristiwa pelepasan energi seismik dari pusat gempa dalam perut bumi. Pelepasan energi tersebut melalui perambatan gelombang seismik dari sumber gempa menuju ke permukaan bumi yang menimbulkan efek dalam bentuk getaran tanah (groundshaking) dimana kamu berpijak yang kadang ratusan kilometer jauhnya.

Gelombang seismik terdiri atas gelombang badan dan gelombang permukaan. Seperti kamu ketahui gelombang permukaan (surface waves) merambat dekat dan sepanjang permukaan tanah. Gelombang ini memiliki frekuensi lebih rendah daripada gelombang P dan S,tetapi amplitudonya lebih besar.

Oleh karena itu, gelombang ini lebih merusak daripada gelombang P dan S. Gelombang permukaan dibagi lagi menjadi dua, yaitu gelombang Rayleigh dan gelombang Love.

Gelombang Rayleigh merambat dipermukaan Bumi dan merupakan kombinasi gerak gelombang P dan S berbentuk elips.Kecepatan gelombang Rayleigh bergantung pada elastisitas permukaan tanah dan lebih kecil dari kecepatan gelombang S. Amplitudo gelombang Rayleigh berkurang dengan bertambahnya kedalaman pusat gempa.

Gelombang Love adalah gelombang permukaan yang merambat dalam bentuk gelombang transversal. Gerakan gelombang Love hampir mirip dengan gelombang S. Kecepatan gelombang Love bergantung pada panjang gelombang, bervariasi sepanjang arah rambatan, dan lebih kecil dari kecepatan gelombang S.

Gelombang Rayieigh
Gelombang Love

Ilmu yang mempelajari tentang gempa Bumi dinamakan seismologi. Orang yang mempelajarinya disebut seismolog. Alat pencatat gempa Bumi disebut seismograf, sedangkan rekaman atau hasil catatan seismograf disebut seismogram.

Adapun kekuatan gempa diukur dengan skala berdasarkan magnitudo atau intensitas dari gempa. Skala magnitudo dikenal sebagai skala Richter (SR). Skala Richter berkaitan dengan energi gempa yang dilepaskan oleh sumber gempa dari kokasi hiposenter.

Magnitudo diukur sebagai nilai tunggal yang tidak bergantung pada jarak episenter dari stasiun gempa. Magnitudo gempa merupakan besaran fisis yang dipilih untuk menyatakan karakteristik gempa karena memberikan peluang untuk perbandingan langsung antara kejadian gempa Bumi yang satu dengan kejadian gempa Bumi lainnya.

Magnitudo dinyatakan dengan angka mutlak 0-10. Skala magnitudo adalah logaritma. Ini berarti pada jarak sama, suatu gempa Bumi dengan SR magnitudo 6 menghasilkan getaran dengan amplitudo 10 kali lipat daripada gempa Bumi dengan SR magnitudo 5 dan 102 = 100 kali lipat daripada gempa Bumi SR 4.

Dalam besaran energi, suatu gempa Bumi SR 6 membebaskan energi kira-kira 30 kali energi yang dibebaskan gempabumi SR 5 dan kira-kira 302 = 900 kali energi gempa Bumi dengan SR 4. Tentu semakin besar angka skalanya umumnya kerusakan yang ditimbulkan lebih merusak. Gempa dengan SR 3 atau sedikit lebih besar sebagian besar hampir tidak terasa.

Adapun gempa dengan SR 7 atau lebih berpotensi menyebabkan kerusakan serius di daerah yang luas, tergantung pada kedalaman gempa. Gempa Bumi terbesar bersejarah besarnya telah lebih dari SR 9. Gempa Bumi besar terakhir besarnya SR 9 atau lebih terjadi di Jepang pada Maret 2011.

Gempa ini juga menimbulkan gelombang tsunami di sepanjang pesisir timur Jepang. Di negara kita mungkin gempa Bumi terbesar adalah yang terjadi pada 26 Desember 2004 berkekuatan 9,0 SR mengguncang Aceh dan Sumatera Utara sekaligus menimbulkan gelombang tsunami di samudera Hindia yang merenggut lebih dari 220.000 jiwa.

Berbeda dengan skala Richter (SR) yang mengukur besaran energi gempa, Modified Mercalli Intensity (MMI) mengukur intensitas dan efek gempa yang ditimbulkan terhadap struktur fisik (misalnya daerah perindustrian) dan makhluk hidup di permukaan Bumi di sekitar sumber gempa. Sesuai defenisi ini maka intensitas gempa yang terukur bervariasi dari satu lokasi ke lokasi lain dalam satu wilayah terdampak bencana. Skala intensitas diberi rentang 1-12