Dinamika Lempeng Tektonik

Abstraksi

Teori tektonik lempeng adalah suatu teori yang menjelaskan mengenai sifat-sifat dinamis bumi yang disebabkan oleh gaya endogen yang berasal dari dalam bumi. Selain itu, menurut ahli tektonik lempeng, lapisan litosfer 20 pecahan yang disebut sebagai lempeng bumi dengan memiliki ketebalan sekitar 70 km. Lempeng-lempeng yang berupa pecahan litosfer saling bergerak diatas lapisan astenosfer dengan pergerakan lempeng mencapai 2-20 cm per tahunnya. Pergerakan lempeng terbagi oleh 3 macam yakni, secara konvergen, divergen dan transformasi. Adanya pergerakan lempeng menghasilkan batas pertemuan (parit atau trench, punggungan ridge, dan sesar atau fault). Lempeng bergerak secara relatif antara satu dengan yang lainnya, dan yang menghasilkan pertemuan antara 2 lempeng dan 3 lempeng (triple junction). Pergerakan relatif lempeng dapat dihitung menggunakan metode euler. Metode euler mengikuti aturan tangan kanan dengan arah jempol adalah kutub euler, jari keempatnya merupakan arah rotasi.

Kata kunci : litosfer, pergerakan lempeng, batas lempeng, dan teori euler. 

Pendahuluan

Bumi berbentuk bulat seperti bola, namun rata di kutub-kutubnya. Jari-jari Khatulistiwa adalah 6.378 km, jari-jari kutub 6.356 km. lebih dari 70% permukaan bumi diliputi oleh lautan. Bumi memiliki struktur dalam yang hampir sama dengan telur. Kuning telurnya adalah inti, putih telurnya adalah selubung, dan cangkang telurnya adalah kerak.

Menurut teori tektonik lempeng, bagian luar bumi merupakan kulit yang tersusun oleh lempeng-lempeng tektonik yang saling bergerak. Di bagian atas disebut lapisan litosfer merupakan bagian kerak bumi yang tersusun dari material yang kaku. Lapisan ini mempunyai ketebalan sampai 80 km di daratan dan sekitar 15 km di bawah samudra. Lapisan di bawahnya disebut astenosfir yang berbentuk padat dan materinya dapat bergerak karena perbedaan tekanan.

Bila dua buah lempeng bertumbukan maka pada daerah batas antara dua lempeng akan terjadi tegangan. Salah satu lempeng akan menyusup ke bawah lempeng yang lain, masuk ke bawah lapisan astenosfir. Pada umumnya lempeng samudra akan menyusup ke bawah lempeng benua. Hal ini disebabkan lempeng samudra mempunyai densitas yang lebih besar dibandingkan dengan lempeng benua.

Litosfer

Sebelum mempelajari litosfer, akan mempelajari bagian-bagian dari lapisan bumi. Bumi terdiri oleh beberapa bagian yaitu:

1.    Inti bumi, inti dalam dan inti luar. Inti dalam memiliki sifat yang padat, unsur penyusun utama adalah besi, dengan jari-jari 1216 Km. Inti luar, berbentuk lelehan (cair), dengan unsur–unsur metal dengan ketebalan 2270 Km.

2.    Mantel Bumi dengan ketebalann 2885 Km; terdiri dari batuan padat

3.    Kerak Bumi, atau “kulit terluar” dari Bumi, dengan ketebalan berkisar antara 100 Km, kulit terluar ini biasanya disebut sebagai litosfer.

 

Litosfer yang merupakan terluar dari bumi berbentuk padat, kaku (rigid) dan dingin, serta  berada dibawah Atmosfir dan terletak diatas Samudra. Litosfer memiliki ini, memiliki kemampuan menahan beban permukaan yang luas misalkan gunung berapi . Menurut tektonik lempeng, lapisan litosfer 20 pecahan yang disebut sebagai lempeng bumi dengan memiliki ketebalan sekitar 70 km. Lempeng-lempeng yang berupa pecahan litosfer saling bergerak diatas lapisan astenosfer dengan pergerakan lempeng mencapai 2-20 cm per tahunnya.

Selain itu, litosfer juga terdiri atas kerak dan selubung atas. Susunan dan komposisi

 

Litosfer  (Kerak Benua dan Kerak Samudra) dapat diketahui dengan cara menganalisa batuan-batuan yang tersingkap di permukaan bumi, atau hasil pemboran inti, maupun produk aktivitas gunungapi. Berdasarkan analisa kimia dari sampel batuan yang diambil di berbagai tempat di bumi, secara umum unsur kimia yang paling dominan sebagai penyusun litosfir adalah sebagai berikut:

Meskipun titik berat dari ilmu geologi adalah studi mengenai bagian-bagian dari Bumi yang padat, tetapi adalah juga penting untuk mengetahui sesuatu tentang bahan-bahan lainnya yang menyelimuti dan berinteraksi dengan berbagai cara dengan bumi. Mereka itu adalah bahan yang berwujud udara dan air, atau yang sehari-hari kita kenali sebagai atmosfera dan hidrosfera. Lapisan-lapisan udara dan air ini dapat kita gambarkan sebagai selaput yang saling menutup, tetapi pada batas-batas tertentu mereka ini saling bercampur. Masing-masing selaput terdiri dari bahan-bahan yang khas dan didalam bahan itu sendiri juga berlangsung proses-proses tertentu.

Pertumbuhan Batas Lempeng

Lapisan litosfer terbentuk di daerah samudra, dimana terdapat dua lapisan samudra yang saling menjauhi satu dengan yang lain dengan kecepatan yang konstan dan menempuh jarak  beberapa puluh milimeter setiap tahun. Terpisahnya dua lapisan ini mengakibatkan lapisan batuan panas naik mengisi antara dua lapisan tersebut. Lapisan batuan panas tersebut mendingin ketika sudah naik ke permukaan kemudian tumbuh dan menyebar menjadi bagian dari lapisan tersebut.Bagian lapisan luar, interior bumi dibagi menjadi lapisan litosfer dan lapisan astenosfer  berdasarkan perbedaan mekanis dan cara terjadinya perpindahan panas. Llitosfer lebih dingin dan kaku, sedangkan astenosfer lebih panas dan secara mekanik lemah. Selain itu, litosfer kehilangan panasnya melalui proses konduksi, sedangkan astenosfer juga memindahkan panas melalui konveksi dan memiliki gradien suhu yang hampir adiabatik. Pembagian ini sangat berbeda dengan pembagian bumi secara kimia menjadi inti, mantel, dan kerak. Litosfer sendiri mencakup kerak dan juga sebagian dari mantel. Suatu bagian mantel bisa saja menjadi bagian dari litosfer atau astenosfer pada waktu yang berbeda, tergantung dari suhu, tekanan, dan kekuatan gesernya. Prinsip kunci tektonik lempengan adalah bahwa litosfer terpisah menjadi lempengan-lempengan tektonik yang berbeda-beda. Lempengan ini bergerak menumpang di atas astenosfer yang mempunyaiviskoelastisitas sehingga bersifat seperti fluida. Pergerakan lempengan bisa mencapai 10-40mm/a (secepat pertumbuhan kuku jari) seperti di Mid-Atlantic Ridge, ataupun bisa mencapai160 mm/a (secepat pertumbuhan rambut) seperti di Lempeng Nazca.Lempeng-lempeng ini tebalnya sekitar 100 km dan terdiri atas mantel litosferik yang diatasnya dilapisi dengan hamparan salah satu dari dua jenis material kerak.Yang pertama adalah kerak samudera atau yang sering disebut dengan "sima", gabungan dari  silikon dan magnesium. Yang kedua adalah kerak benua yang sering disebut "sial", gabungandari silikon dan aluminium. Kedua jenis kerak ini berbeda dari segi ketebalan di mana kerak  benua memiliki ketebalan yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan kerak samudera.Ketebalan kerak benua mencapai 30-50 km sedangkan kerak samudera hanya 5-10 km.

Dua lempeng akan bertemu di sepanjang batas lempeng ( plate boundary), yaitu daerah dimana aktivitas geologis umumnya terjadi seperti gempa bumi dan pembentukan kenampakantopografis seperti gunung, gunung berapi, dan palung samudera. Kebanyakan gunung berapiyang aktif di dunia berada di atas batas lempeng, seperti Cincin Api Pasifik ( Pacific Ring of  Fire) di Lempeng Pasifik yang paling aktif dan dikenal luas.Lempeng tektonik bisa merupakan kerak benua atau samudera, tetapi biasanya satu lempeng terdiri atas keduanya. Misalnya, Lempeng Afrika mencakup benua itu sendiri dansebagian dasar Samudera Atlantik dan Hindia.Perbedaan antara kerak benua dengan kerak samudera ialah berdasarkan kepadatan material pembentuknya. Kerak samudera lebih padat daripada kerak benua dikarenakan perbedaan perbandingan jumlah berbagai elemen, khususnya silikon.

Kerak benua lebih padat karena komposisinya yang mengandung lebih sedikitsilikon dan lebih banyak materi yang berat. Dalam hal ini, kerak samudera dikatakanlebih bersifat mafik ketimbang felsik. Maka, kerak samudera umumnya berada di bawah permukaan laut seperti sebagian besar Lempeng Pasifik, sedangkan kerak  benua timbul ke atas permukaan laut, mengikuti sebuah prinsip yang dikenal dengan isostasi.

Pertemuan 2 Lempeng

Sudah sejak lama para ahli kebumian meyakini bahwa benua-benua yang ada di muka bumi ini sebenarnya tidaklah tetap di tempatnya, akan tetapi secara berlahan benua benua tersebut bermigrasi di sepanjang bola bumi. Terpisahnya bagian daratan dari daratan asalnya dapat membentuk suatu lautan yang baru dan dapat juga berakibat pada terjadinya proses daur ulang lantai samudra kedalam interior bumi. Sifat mobilitas dari kerak bumi diketahui dengan adanya gempabumi, aktifitas gunungapi dan pembentukan pegunungan (orogenesa). Berdasarkan ilmu pengetahuan kebumian, teori yang menjelaskan mengenai bumi yang dinamis dikenal dengan Tektonik Lempeng.

Teori tektonik lempeng adalah suatu teori yang menjelaskan mengenai sifat-sifat dinamis bumi yang disebabkan oleh gaya endogen yang berasal dari dalam bumi. Dalam teori tektonik lempeng dinyatakan bahwa pada dasarnya kerak-bumi (litosfer) terbagi dalam 13 lempeng besar dan kecil.

1). Lempeng Pasific (Pasific plate),

2). Lempeng Euroasia (Eurasian plate),

3). Lempeng India-Australia (Indian-Australian plate),

4). Lempeng Afrika (African plate),

5). Lempeng Amerika Utara (North American plate),

6). Lempeng Amerika Selatan (South American plate),

7). Lempeng Antartika (Antartic plate)

serta beberapa lempeng kecil seperti :

1). Lempeng Nasca (Nasca plate),

2). Lempeng Arab (Arabian plate), dan

3). Lempeng Karibia (Caribian plate).

4). Lempeng Philippines (Phillippines plate)

5). Lempeng Scotia (Scotia plate)

6). Lempeng Cocos (Cocos plate)

 

Batas-batas dari ke 13 lempeng tersebut diatas dapat dibedakan berdasarkan interaksi antara lempengnya sebagai berikut:

(1). Batas Konvergen: Batas konvergen adalah batas antar lempeng yang saling bertumbukan. Batas lempeng konvergen dapat berupa batas Subduksi (Subduction) atau Obduksi (Obduction). Batas subduksi adalah batas lempeng yang berupa tumbukan lempeng dimana lsalah satu empeng menyusup ke dalam perut bumi dan lempeng lainnya terangkat ke permukaan. Contoh batas lempeng konvergen dengan tipe subduksi adalah Kepulauan Indonesia sebagai bagian dari lempeng benua Asia Tenggara dengan lempeng samudra Hindia–Australia di sebelah selatan Sumatra-Jawa-NTB dan NTT. Batas kedua lempeng ini berupa suatu zona subduksi yang terletak di laut yang berbentuk palung (trench) yang memanjang dari Sumatra, Jawa, hingga ke Nusa Tenggara Timur. Contoh lainnya adalah kepulauan Philipina, sebagai hasil subduksi antara lempeng samudra Philipina dengan lempeng samudra Pasifik.

Obduksi (Obduction) adalah batas lempeng yang merupakan hasil tumbukan lempeng benua dengan benua yang membentuk suatu rangkaian pegunungan (gambar 2.19 Atas). Contoh batas lempeng tipe obduksi adalah pegunungan Himalaya yang merupakan hasil tumbukan lempeng benua India dengan lempeng benua Eurasia.

(2). Batas Divergen: Batas divergen adalah batas antar lempeng yang saling menjauh satu dan lainnya. Pemisahan ini disebabkan karena adanya gaya tarik (tensional force) yang mengakibatkan naiknya magma kepermukaan dan membentuk material baru berupa lava yang kemudian berdampak pada lempeng yang saling menjauh. Contoh yang paling terkenal dari batas lempeng jenis divergen adalah Punggung Tengah Samudra (Mid Oceanic Ridges) yang berada di dasar samudra Atlantik, disamping itu contoh lainnya adalah rifting yang terjadi antara benua Afrika dengan Jazirah Arab yang membentuk laut merah. 

(3). Batas Transform: Batas transform adalah batas antar lempeng yang saling berpapasan dan saling bergeser satu dan lainnya menghasilkan suatu sesar mendatar jenis Strike Slip Fault. Contoh batas lempeng jenis transforms adalah patahan San Andreas di Amerika Serikat yang merupakan pergeseran lempeng samudra Pasifik dengan lempeng benua Amerika Utara.

Berdasarkan teori tektonik lempeng, lempeng-lempeng yang ada saling bergerak dan berinteraksi satu dengan lainnya. Pergerakan lempeng lempeng tersebut juga secara tidak langsung dipengaruhi oleh rotasi bumi pada sumbunya. Sebagaimana diketahui bahwa kecepatan rotasi yang terjadi bola bumi akan akan semakin cepat ke arah ekuator. Pada gambar 2.20 diperlihatkan prinsip-prinsip dari pergerakan lempeng bumi, dimana pada bagian kutub (Euler pole) masuk kedalam lingkaran besar sedangkan ke arah ekuator masuk kedalam lingkaran kecil. Interaksi antar lempeng dapat saling mendekat (subduction), saling menjauh dan saling berpapasan (strike slip fault).

 

Dua lempeng –berhubungan antara Pelat A dan B menyebar secara simetris rata-rata sebesar setengahnya dari 2 cm / tahun. 

Catatan:
- Pegunungan ditandai oleh dua garis paralel
- Tingkat penyebaran setiap sisi punggungan diberikan
- Tingkat penyebaran penuh adalah jumlah dari kedua pergerakan lempeng
* Menganggap kecepatan relatif adalah dalam cm / tahun, kecuali
dinyatakan lain
Jika Anda duduk di wilayah lempeng A, kecepatan dan arah Plat B adalah:  _AV_B adalah + 4cm/tahun
Jika Anda duduk di wilayah lempeng B, kecepatan dan arah pelat adalah: :  _BV_A adalah -4cm/tahun
Pada ujung utara dan selatan Lempeng B, apa _BV_A? 2 cm/tahun

Apa jenis margin lempeng berada di ujung utara dari B Lempeng? Transfornasi

fault
Apa jenis margin lempeng berada di ujung selatan dari B Lempeng? Transfornasi fault
 Pertemuan 3 Lempeng  

Triple junction-Sebuah persimpangan tiga adalah titik di mana tiga lempeng bertemu. Tiga lempeng adalah jumlah maksimum yang dinamis stabil. Jika empat pelat bertemu, konfigurasi ini hanya bisa ada sesaat sebelum berkembang menjadi dua persimpangan tiga. Persimpangan tiga diberi label dengan menyatakan apa jenis margin lempeng ada pada persimpangan tiga:  R = punggungan, T = parit, F = sesar.

Beberapa contoh persimpangan tiga;

Pergerakan relatif lempeng pada triple junction, bisa menggunakan persamaan; _AV_C + + _BV_A+ _CV_­B = 0 .

Contoh soal:

Apa jenis persimpangan tiga ini? FFT

Pentingnya studi tektonik untuk memahami gerakan lempeng relatif dan persimpangan perilaku triple junction. Jumlah pelat dapat ditentukan dengan menggunakan pengukuran gerak lempeng relatif pada hanya beberapa
margin. Kecepatan-kecepatan relatif piring juga dapat digunakan untuk memprediksi bagaimana konfigurasi lempeng tektonik akan melihat beberapa titik di masa depan.

Contoh 2.4: Tektonik dari barat Amerika Utara. Alam dari batas lempeng di ujung utara dari Patahan San Andreas tunduk pada banyak perdebatan selama pengembangan pelat  tektonik teori.

• geologi dan gempa data menunjukkan bahwa Patahan San Andreas
adalah strike-slip fault dextral, dengan kecepatan relatif 4,5 ~ cm / tahun 􀃆 harus ada deformasi tekan signifikan pada ujung utara kesalahan (tidak diamati)

• data anomali magnetik (lebih di ch. 3) menyarankan dasar laut
menyebar sepanjang Juan de Fuca punggungan, beberapa ratus km  lepas pantai. Tingkat penyebaran lengkap ~ 6 cm / tahun.

 Perhitungan Gerakan Mekanik Lempeng   Metode Euler

Gerakan relatif antara dua lempeng kaku seperti rotasi sumbu x melalui pusat dari bumi;

Titik di mana rotasi sumbu x memotong melalui permukaan bumi didefinisikan kutub rotasi atau kutub euler.

Pergerakan dari titik akan mengikuti lingkaran kecil melalui rotasi kutub. Pergerakan relatif lempeng antara lempeng A dan lempeng B dapat didiskripsikan 2 parameter;

• Posisi dari kutub euler.
• Kecepatan sudut rotasi w.
• q jarak rotasi antara titik P sebagai pusat euler dengan titik x.

Kutub euler, mengikuti aturan tangan kanan dengan arah jempol adalah kutub euler, jari keempatnya merupakan arah rotasi.

Menggunakan kutub euler, kecepatan relatifnya (Km/tahun) pada titik x adalah;

Kesimpulan

Bumi memiliki beberapa lempeng yang berada di pisan litosfer. Lempeng bumi, bergerak secara dinamis yang disebabkan oleh aktivitas inti bumi. aktivitas berasal dari aliran magma secara konveksi sehingga dapat menghasilkan tenaga endogen untuk menggerakkan lempeng bumi secara konvergen, divergen dan transform. Adanya pergerakan lempeng menghasilkan pertemuan lempeng yang dikarenakan pergerakan secara konvergen, divergen dan transform menghasilkan batasan pergerakan lempeng berupa, sesar (fault), divergen (ridge), parit (trench). Selain itu untuk memecahkan pergerakan relatif antara dua lempeng diperlukan metode euler dalam penyelesaiannya.

Daftar Pustaka

1.    Atkinson, M. Peter, Foody, M. Giles, Darby, E., Stephen, dan Wu, Fulong. 2004. Geodynamics. New york Washington DC : CRC Press.

2.    Lekkas, E. L. 2003. Earthquake Geodynamics Seismic Case Studies. Boston: Wit press.

3.    Geophysic 210-Fall 2009. Diakses 15 April 2010.

4.     Noor, Jauhari.2009.Pengantar geologi. Copyright @2009 by Djauhari Noor.

5.    Greis Eldy Weny. Geografi. Universitas Negeri Malang.

6.     Tarbuk Lutgens. The Dynamic of Plate Tectonic. Prentice Hall, Earth Science