Geologi fisik

1.       Pengertian Ilmu Geologi

Geologi (berasal dari Yunani: γη- [ge-, "bumi"] dan λογος [logos, "kata", "alasan"]) adalah Ilmu (sains) yang mempelajari bumi, komposisinya, struktur, sifat-sifat fisik, sejarah, dan proses pembentukannya.

2.       Ilmu Dasar yang Mendukung Disiplin Keilmuan Geologi

·            Geofisika merupakan bagian dari ilmu bumi yang mempelajari bumi menggunakan kaidah atau prinsip – prinsip  fisika. Di dalamnya termasuk juga meteorologi, elektrisitas atmosferis dan fisika ionosfer. Dalam aplikasinya, geofisika sering dimanfaatkan sebagai ilmu pendukung dalam melakukan eksplorasi minyak dan gas bumi, air tanah dan lain sebagainya.

·         Geokimia merupakan cabang ilmu geologi yang mempelajari komposisi-komposisi kimia bagian dari bumi.  

·         Geologi Struktur merupakan studi mengenai distribusi tiga dimensi tubuh batuan dan permukaannya yang datar ataupun terlipat, beserta susunan internalnya. Menurut John Suppe dalam bukunya “Principle of Structural Geology”, 1985; geologi struktur merupakan studi yang mempelajari mengenai deformasi (perubahan bentuk) batuan yang menyusun lapisan atas bumi.

·                 Geologi Sejarah merupakan ilmu dasar geologi yang menggunakan prinsip – prinsip geologi untuk merekonstruksi dan memahami sejarah bumi. Seorang ahli geologi dapat menganalisa sejarah pembentukan batuan di suatu daerah atau lokasi penelitian dengan memperhatikan umur batuan penyusun daerah penelitian tersebut.

·         Geomorfologi merupakan sebuah studi ilmiah terhadap permukaan bumi dan poses yang terjadi terhadapnya. Secara luas, berhubungan dengan landform (bentuk lahan) tererosi dari batuan yang keras, namun bentuk konstruksinya dibentuk oleh runtuhan batuan, dan terkadang oleh perilaku organisme di tempat mereka hidup. “Surface” (permukaan) jangan diartikan secara sempit; harus termasuk juga bagian kulit bumi yang paling jauh. Kenampakan subsurface terutama di daerah batugamping sangat penting dimana sistem gua terbentuk dan merupakan bagian yang integral dari geomorfologi.

·           Hidrogeologi (hidro- berarti air, dan -geologi berarti ilmu mengenai batuan) merupakan bagian dari hidrologi yang mempelajari penyebaran dan pergerakan air tanah dalam tanah dan batuan di kerak Bumi (umumnya dalam akuifer).

·                  Mineralogi merupakan ilmu bumi yang berfokus pada sifat kimia, struktur kristal, dan fisika (termasuk optik) dari mineral. Studi ini juga mencakup proses pembentukan dan perubahan mineral.

·                   Oseanografi merupakan (berasal dari bahasa Yunani oceanos yang berarti laut dan γράφειν atau graphos yang berarti gambaran atau deskripsi juga disebut oseanologi atau ilmu kelautan) adalah cabang dari ilmu bumi yang mempelajari segala aspek dari samudera dan lautan. Secara sederhana oseanografi dapat diartikan sebagai gambaran atau deskripsi tentang laut.

·                Paleontologi, berasal dari kata paleo, yang berarti purba dan logos yang berarti ilmu, jadi paleontologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang sejarah kehidupan di bumi termasuk hewan dan tumbuhan zaman lampau yang telah menjadi fosil. Fosil dalam disiplin ilmu geologi digunakan sebagai parameter penentuan umur suatu daerah atau lokasi penelitian.

·              Mikropaleontologi merupakan cabang paleontologi yang mempelajari mikrofosil. Mikrofosil adalah fosil yang umumnya berukuran tidak lebih besar dari empat millimeter, dan umumnya lebih kecil dari satu milimeter, sehingga untuk mempelajarinya dibutuhkan mikroskop cahaya ataupun elektron. Fosil yang dapat dipelajari dengan mata telanjang atau dengan alat berdaya pembesaran kecil, seperti kaca pembesar, dapat dikelompokkan sebagai makrofosil. Secara tegas, sulit untuk menentukan apakah suatu organisme dapat digolongkan sebagai mikrofosil atau tidak, sehingga tidak ada batas ukuran yang jelas.

·                  Petrologi merupakan bidang geologi yang berfokus pada studi mengenai batuan dan kondisi pembentukannya. Ada tiga cabang petrologi, berkaitan dengan tiga tipe batuan: beku, metamorf, dan sedimen. Kata petrologi itu sendiri berasal dari kata Bahasa Yunani petra, yang berarti "batu".

·                 Sedimentologi merupakan ilmu geologi yang mempelajari secara medalam megenai segala sesuatu yang berhubungan dengan material sedimen, mulai dari transportasi metrial sedimen, sifat fisik material sedimen, komposisi material sedimen, struktru sediemen, lingkungan pengendapan dan berbagai hal lainnya berhubungan dengan material sedimen.

·              Stratigrafi, berasal dari dua kata, yaitu strata/ strato yang berarti lapisan, perlapisan dan grafi/ grafik yang berarti gambaran; jadi stratigrafi  merupakan studi mengenai gambaran perlapisan batuan yan dapat menceritakan sejarah pembentukan batuan, komposisi dan umur relatif. Dari hasil perbandingan atau korelasi antarlapisan yang berbeda dapat dikembangkan lebih lanjut studi mengenai litologi (litostratigrafi), kandungan fosil (biostratigrafi), dan umur relatif maupun absolutnya (kronostratigrafi). stratigrafi kita pelajari untuk mengetahui luas penyebaran lapisan batuan.

·                   Tektonik Lempeng (bahasa Inggris: Plate Tectonics) merupakan teori dalam bidang geologi yang dikembangkan untuk memberi penjelasan terhadap adanya bukti-bukti pergerakan skala besar yang dilakukan oleh litosfer bumi. Teori ini telah mencakup dan juga menggantikan Teori Pergeseran Benua yang lebih dahulu dikemukakan pada paruh pertama abad ke-20 dan konsep seafloor spreading yang dikembangkan pada tahun 1960-an. 

             Vulkanologi merupakan studi tentang gunung berapi, lava, magma. 

Struktur planet Bumi terdiri atas 3 (tiga) lapisan utama, yaitu  Barysphere atau centrosphere (inti), Mesosphere atau mantel (selubung) atau Chalkosphere, dan Lithosfer.

 Barysphere atau Centrosphere (Inti Bumi)

  Barysphere atau Centrosphere (Inti Bumi) mempunyai jari – jari ± 3.475 km dan terdiri atas unsur – unsur besi (Fe) dan nikel (Ni), sehingga sering disebut lapisan Ni – Fe. Inti bumi terbagi 2 (dua), yaitu : 

a.   inti dalam (inner core) yang padat, tersusun dari kristal besi atau kristal besi-nikel, jari-jarinya ± 1.200 km dengan  suhu ± 4.800°C.

b.   inti luar (outer core) yang berupa zat cair, sangat kental, ketebalannya ± 2.250 km dengan suhu ± 3.900°C.

·      Mesosphere (Mantel)

 Mesosphere (mantel) adalah lapisan yang menyelubungi inti bumi, karena itu disebut mantel yang berarti selubung. Lapisan ini merupakan lapisan antara lithosfer dan inti, karena itu disebut pula Mesosphere. Ketebalannya ± 2.900 km dengan suhu ± 1500°C - 3000°C, tersusun atas batuan yang mengandung sisik oksida dan sulfida. Karena kandungan kimiawinya ini, disebut Chalkosphere. Mantel terdiri atas mantel dalam dan mantel luar. 

 1.  Mantel dalam, memiliki ketebalan 190 mil/ 300 km dan berjarak 1.800 mil/ 2.890 km dari permukaan bumi. Kaya akan sulfida, Si dan Mg. Berat jenisnya antara 4.3g/cm³ dan 5.4g/cm³.

2.  Mantel luar, tebalnya antara 7 mil/ 10 km dan kedalaman 190 mil (300 km) dari permukaan bumi. Mantel bagian luar memiliki dua lapisan yang berbeda. Lapisan yang dibawah tersusun atas batuan yang solid (kompak) dan mengandung besi serta magnesium, temperaturnya antara 2520 ºF/ 1400ºC dan 5400 º F/ 3000ºC dan massa jenisnya 3.4g/cm³ dan 4.3g/cm³. Lapisan yang lainnya mengandung material yang sama dengan lapisan sebelumnya, namun sifatnya kaku akibat temperatur yang lebih rendah. Pada selubung luar yang berbatasan dengan litosfer terdapat lapisan cair yang disebut astenosfer.

                Diantara lapisan – lapisan itu terdapat lapisan-lapisan tak bersambungan (discontinu), yaitu : 

• Mohorovivic Discontinuity (disebut juga lapisan Moho atau M-Discontinuity). Lapisan ini membatasi kerak bumi (crust) dengan mantel bagian atas pada kedalaman + 35 – 60 km. Dikemukakan pertama kali oleh A. Andrija Mohorovivic (1.857 – 1.936) pada tahun 1.909. Kecepatan gelombang gempa bertambah setelah melewati lapisan ini. 

• Gutenberg Discontinuity. Lapisan ini ditemukan oleh Beno Gutenberg, membatasi mantel dengan inti luar dan terletak pada kedalaman + 2.900 km.

·       Litosfer

Litosfer berasal dari kata lithos (= batuan) dan sphere atau sphaira (= lapisan), merupakan bagian luar yang membungkus Bumi. Litosfer terdiri atas batuan yang relatif lebih ringan (light rock) dibanding astenosfer dan mesosfer. Sebagian besar unsur kimianya adalah Silikat (SiO₂) yang merupakan gabungan antara oksigen dan silikon. Unsusr-unsur kimia lainnya adalah oksigen (46,6%), silikon (27,7%), alumunium (8,1%), besi (5%), kalsium (3,6%), natrium (2,8%), kalium (2,6%), dan magnesium (2.1%).

Lapisan litosfer merupakan lapisan yang sangat tipis, padat, keras, kuat, dan paling rigid, namun bersifat elastis (kenyal) di antara semua lapisan Bumi, karena itu disebut kerak (crust). Bentuk kerak ini terjadi karena perbedaan suhu (amplitudo suhu) yang besar antara lapisan astenosfer yang bisa mencapai > 1000⁰ C dengan muka bumi. Tebal litosfer sekitar 100 km, mencakup kerak bumi dan bagian atas lapisan mantel. selain sebagai tempat berpijak, beraktivitas, dan media tumbuh tanaman, litosfer adalah wahana bahan tambang dan mineral.

 Menurut teori tektonik lempeng (plate tectonic theory), litosfer terdiri atas lempengan-lempengan yang saling berpasangan, sehingga muka Bumi menyerupai permainan bongkar – pasang (puzzle). Lempeng – lempeng itu terus menerus bergerak saling menjauh atau saling geser atau saling menumbuk, akibatnya bentuk muka Bumi tidak rata. Lempeng-lempeng litosfer terbagi atas dua macam, yakni lempeng benua dan lempeng samudra.

Lempeng benua adalah lempeng yang tidak terendam air laut dan di atasnya berdiri benua-benua dengan ketebalan rata-rata ± 30 km dan di daerah pegunungan ± 70 km. Lempeng ini terbagi lagi menjadi 3 (tiga) lapisan :

1.       lapisan atas dengan tebal + 15 km (tipe magma granit), unsur kimia utamanya silicium dan aluminium ;

2.        lapisan tengah setebal + 25 km (tipe magma basalt), unsur kimia utamanya silicium dan aluminium ; dan

3.       lapisan bawah setebal + 20 km (tipe magma peridotit dan eklogit), unsur kimia utamanya silicium dan magnesium.

   Lempeng samudra memenuhi ± 65% litosfer. Unsur kimia utamanya adalah silicium dan magnesium, sehingga disebut lapisan Si-Ma, ketebalannya di dasar samudra mencapai ± 6 km.

 

 Bagian – bagian atmosfer, yaitu:

1.      Troposfer

Troposfer merupakan lapisan atmosfer terendah dengan ketebalan kurang lebih 7 mil/ 12 km. Lapisan ini mengandung lebih dari 75 % dari keseluruhan gas yang ada di atmosfer dan mengandung banyak air dan debu. Saat panas sampai ke permukaan, semuanya akan bercampur. Cuaca yang ada disebabkan oleh perombakan massa troposfer yang ada. Troposfer merupakan merupakan kondisi secara normal yang paling hangat di bagian permukaan dan akan jauh lebih dingin saat troposfer berada pada batas atas (tropopause). Tropopause bervariasi ketinggiannya. Dari equator berkisar antara 11,2 mil/ 8 km tingginya, pada 50 N dan 50 S; 5,6 mil (9 km) dan dari kutub berkisar antara 3,7 mil/ 9 km tingginya.

2.      Stratosfer

Stratosfer secara meluas terbentuk dari bagian atas tropopause hingga di batasnya (stratopause), jaraknya 31 mil/ 50 km dari permukaan bumi. Pada lapisan ini mengandung 19 % gas dari atmosfer dan mengandung sedikit uap air. Bila dibandingkan dengan troposfer, kondisi lapisan ini lebih tenang pada lapisannya. Pergerakan daripada gas sangat lambat. Lapisan stratosfer merupakan lapisan ozon, kumpulan gas ozon, penyerapan sinar ultraviolet dari matahari sangat berbahaya. Kondisi demikian akan lebih besar dijumpai pada atmosfer, kondisi udaranya lebih hangat. Temperatur meningkat dari -76 ⁰F/ -60 ⁰C di bagian bawah suhunya berkisar 5 ⁰F/ 10 ⁰C pada stratopause.

3.      Mesosfer

Mesosfer merupakan lapisan selanjutnya yang terletak di atas stratopause dan terbentuk secara meluas di bagian batas atas (mesopause), berjarak 50 mil/ 80 km dari atas permukaan. Kandungan gas pada lapisan ini juga tipis yang dapat menyerap banyak panas dari sinar matahari. Temperatur pada lapisan ini menurun ke -184 ⁰F/ -120 ⁰C pada mesopause.

4.      Termosfer

Termosfer merupakan lapisan yang berada di atas mesopause. Gas pada lapisan ini lebih tipis daripada yang terdapat pada mesosfer, namun keduanya menyerap sinarultraviolet dari matahari. Dengan demikian, temperaturnya mengalami peningkatan hingga 3.600 ⁰F/ 2.000 ⁰C di bagian atas. Ketinggian lapisan ini, yaitu 430 mil/ 700 km dari permukaan bumi. Pada lapisan ini terdapat lapisan lain yang terpisah, inosfer. Luasnya antara 62 mil/ 100 km hingga 190 mil/ 300 km dari permukaan bumi.

5.      Inosfer

Lapisan ini merupakan bagian daripada lapisan termosfer. Lapisan ini terbentuk dari pengisian secara elektrik partikel gas (ionised). Partikel mengalami pengisian elektrik oleh sinar ultraviolet dari matahari. Inosfer memberikan pengaruh yang penting terhadap pemantulan sinyal radio yang dipancarkan ke bumi.

6.      Exosfer

Exosfer merupakan merupakan lapisan paling luar dari atmosfer dan terbentuk secara meluas dari 430 mil/ 700 km hingga 500 mil/ 800 km dari atas permukaan. Pada lapisan ini gas terbentuk pada lapisan yang tipis dan mengapung di dalam ruang.