Transcript
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
1/89
1
BAB 1
SEJARAH TEORI LEMPENG TEKTONIK
1.1Pendahuluan
Apakah geodinamika itu, Geodinamika adalah studi tentang proses-proses dasar fisika
untuk memahami lempeng tektonik dan berbagai fenomena geologi (Turcotte dan Schubert,
2002). Melalui pendekana-pendekatan di dalam geodinamika, dapat diketahui segala aspek
yang berkaitan dengan proses dinamis pada lapisan lapisan bumi. Terutama menyangkut
tentang lempeng litosfer. Proses-proses yang berkaitan dengan lempeng litosfer sangat penting
untuk diketahui agar teori-teori mengenai proses dinamis pada kerak bumi dapat selaras dan
dengan pendekatan-pendekatan yang ada, dapat pula dipahami tentang proses pembentukan
berbagai bentuk topografi di kerak bumi.
Lempeng tektonik menjadi pembahasan yang cukup masif di dalam geodinamika.
Lempeng tektonik merupakan suatu medel dimana kulit luar dari bumi dibagi menjadi beberapa
lempeng tipis dan rigid yang bergerak relatif antara satu dan yang lain. Pergerakan relatif ini
memiliki kecepatan dengan derajat puluhan milimeter per tahun.
1.2Teori Lempeng Tektonik
Kata tektonik berasal dari bahasa Yunani tektonikos yang berarti bangunan atau
konstruksi. Teori lempeng tektonik adalah teori yang menjelaskan struktur kerak bumi sebagai
hasil pemisahan litosfer ke dalam beberapa lempeng semi-tegar (semi-rigid), yang bergerak
didorong oleh arus konveksi di dalam astenosfer.
Gerakan lempeng litosfer ini mengakibatkan proses geodinamik, misalnya : terjadinya
gempabumi, pembentukan pegunungan, proses metamorfosis batuan dan aktivitas vulkanik.
Definisi dari teori lempeng tektonik menurut Microsoft Encarta adalah teori tentang
gerakan hipotesis lempeng kerak bumi, suatu teori yang menjelaskan pergeseran benua,
aktivitas seismik dan vulkanik, pembentukan jalur pegunungan hingga gerakan lempeng kerak
bumi di atas bantuan mantel yang kurang rigid. Sedangkan lempeng tektonik merupakan suatu
medel dimana kulit luar dari bumi dibagi menjadi beberapa lempeng tipis dan rigid yang
bergerak relatif antara satu dan yang lain. Pergerakan relatif ini memiliki kecepatan dengan
derajat puluhan milimeter per tahun. (Turcotte dan Schubert, 2002).
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
2/89
2
Lempeng tektonik terdiri dari batuan dingin dan memiliki ketebalan rata-rata sekitar
100 km. Lempeng tektonik secara terus menerus terbentuk dan didaur ulang. Pada punggung
samudra, lempeng yang bersebelahan terpisah satu sama lain dalam sebuah proses yang
dinamakanseafloor spreading. Pada zona inilah bagianmantel yang terangkat dan mendingin
akan membentuk bagian baru dari lempeng samudra.
Lapisan paling luar dari bumi yang mencakup kerak dan sebagian mantel sering disebut
sebagai litosfer. Litosfer merupakan bagian terluar lapisan bumi yang bersifat tegar (rigid)
dalam interval waktu geologi. Karena suhunya yang rendah, batuan litosfer dapat bertahan
terhadap deformasi hingga stu miliar tahun. Lapisan batuan dibawah litosfer (yang disebut
astenosfer) cukup panas sehingga dapat mengalami rayapan (creeping) jika dikenai suatu gaya.
Dalam merespon gaya, rayapan tersebut mirip gerakan fluida namun dalam skala waktu
geologi.
Batas bawah dari litosfer dapat didefinisikan sebagai sebuah isotermal (permukaan
temperatur konstan). Dengan suhu diperkirakan mencapai 1600 K. Batuan yang berada di atas
daerah isotermal ini cukup dingin untuk bersifat rigid, sedangkan batuan dibawah daerah
isotermal cukup panas untuk dapat terdeformasi. Litosfer memiliki ketebalan sekitar 100 km
dibawah cekungna samudra dan 200 km dibawah kerak benua. Ketebalan litosfer hanya 2-4 %
dari radius bumi, maka dari itu litosfer merupakan kerak yang tipis. Kerak ini dapat dibagi
menjadi beberapa bagian dan miliki kecepatan relatif satu sama lain. Rigiditas dari litosfer
menjadikan interior lempeng tidak terdeformasi secara signifikan.
Gambar 1.1 Ilustrasi struktur lapisan luar bumi yang mencakup litosfer dan astenosfer
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
3/89
3
1.3Sejarah Teori Lempeng Tektonik
Teori lempeng tektonik diawali oleh hipotesa pengapungan benua (continental drift)
yang sudah diusulkan sejak tahun 1915. Namun pada waktu itu masih banyak yang meragukan
kebenaran dari teori pengapungan benua. Salah satu penyebabnya adalah bahwa ketika itu
semua bukti u=yang mendukung hipotesa pengapungan benua hanya berasal dari data daratan
saja. Padahal, di kemudian hari terbukti bahwa sumber penggerak utama pergeseran benua
berada di dasar samudra.
Secara komprehensif teori pergeseran benua pertama kali disampaikan oleh Alfred
Wegener, seorang ahli meteorologi bangsa Jerman, dalam bukunya tahun 1915 : The Origin of
Continents and Ocean ( Asal-usul Benua dan Samudera). Wegener mendasarkan teorinya tidak
hanya pada bentuk benua, tetapi juga pada bukti geologi, misalnya kemiripan fosil-fosil yang
ditemukan di Brazil dan Afrika. Wegener menggambar sejumlah peta yang memperlihatkan
tahapan-tahapan proses pergeseran benua. Diawali dengan sebuah massa daratan yang sangat
besar, yang disebutnya Pangea ( artinya samudera daratan ). Diyakininya bahwa benua-benua
yang terdiri atas batuan granit yang relatif ringan mengapung di atas batuan dasar samudera
(basalt) yang lebih berat.
Dalam buku Our Wondering Continents, Du Toit (1937) menyatakan bahwa asal-usul
super benua bukan satu, melainkan dua : Laurasia di bagian utara dan Gondwanaland di bagian
selatan. Kedua benua tersebut dipisahkan oleh samudera Tethys. Herry Hess (1962) membuat
hipotesa bahwa dasar samudera terbentuk pada poros punggung samudera dan bergerak
menjauhi poros tersebut untuk membentuk suatu dasar samudera baru dalam proses yang
disebut pemekaran dasar samudera ( sea floor spreading).
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
4/89
4
Gambar 1.2 Rekaan yg dibuat Wegener ttg rekonstruksi perge-seran benua sejak 225 juta tahun yg
lalu hingga saat ini (Sumber: www.usgs.org)
Teori lempeng tektonik baru berkembang setelah 1960-an, ketika survei oseanografi
telah cukup banyak memiliki data untuk membuat peta topografi regional dasar samudera. Data
ini menunjukkan bahwa dasar samudera itu tidak datar, juga tidak mirip dengan permukaan
daratan. Di dasar samudera ada suatu sistem retakan di sepanjang punggung samudera, dan ada
sistem palung laut dalam di sepanjang pinggiran batas samudera. Kedua bentuk struktur ini
merupakan daerah yang aktifitas seismiknya paling tinggi di dunia. T.J. Wilson pada 1965
menemukan gagasan baru dari transform faultyang melengkapi jenis patahan yang dibutuhkan
untuk menjelaskan mobilitas dari lempeng tektonik. Setahun setelah itu, T.J. Wilson
mempublikasikan pemutakhiran mengenai teori lempeng tektoniknya serta mengenalkan
konsepnya mengenai siklus lempeng tektonik yang dikenal sebagai siklus wilson.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
5/89
5
1.4Bukti-bukti Pendukung Hipotesa Pergeseran Benua
Untuk membuktikan kebenaran dari teori pergeseran benua, maka juga diperlukan
untuk menyusun teori mengenai rekronstruksi dari benua yang bergeser itu sendiri. Agar dapat
merekronstruksi secara akurat dan logis, diperlukan suatu model matematis yang dapat
diterapkan dalam menjelaskan pergerakan dari lempeng tektonik. Hal ini dapat dipenuhi
dengan menerapkan teorema Euler, yang dapat menjelaskan pergerakan suatu bidang pada
permukaan bola. Setelah didapatkan suatu pendekatan dari rekronstruksi suatu benua, maka
perlu dibuktikan bahwa mekanisme pergerakan benua memang benar-benar terjadi dan sesuai
dengan teori-teori yang ada. Beberapa cakupan yang dapat memberikan bukti dari hipotesa
pergeseran benua antara lain :
1. Paleontologi
2. Struktur dan jenis batuan
3. Paleoglasiasi
4. Paleoklimatik
1.4.1 Bukti Paleontologi
Pergeseran benua telah memberikan dampak pada distribusi dari binatang dan
tanaman purba (Briggs, 1987) dengan membuat batas untuk memisahkan antar populasi. Salah
satu contoh yang jelas adalah pertumbuhan pemekaran antara dua pecahan superkontinen yang
mencegah migrasi antara kedua sisi kontinen yang terpisah. Distribusi masa lampau dari
tetrapoda menandakan bahwa ada suatu hubungan antara Gondwana dan Laurasia. Sisa dari
reptil Mesosaurus ditemukan di Brazil dan Afrika selatan. Walaupun hewan ini dapat
beradaptasi dengan berenang, namun sangat tidak mungkin Mesosaurus dapat menjelajahi
samudera Atlantik untuk dapat bermigrasi dari selatan Afrika menuju Brazil atau sebaliknya.
Tentu saja hal ini dapat terjadi dan sangat mudah untuk dijelaskan jika kedua bagian tersebut
dulunya merupakan satu kesatuan.
Contoh lain adalah reptil mirip mamalia yg termasuk dlm genus Lystrosaurus yang
hanya dapat hidup di daratan. Ternyata fosilnya ditemukan dlm jumlah besar di Afrika Selatan,
Amerika Selatan dan Asia, serta pd tahun 1969 tim ekspedisi Amerika Serikat menemukannya
juga di Antartika. Jadi genus tersebut menghuni semua benua bagian selatan.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
6/89
6
Ada pendapat yang menyatakan kemungkinan dulu ada daratan yang menjadi jembatan
penghubung benua-benua tersebut sehingga memungkinkan penyebaran Lystrosaurus di
berbagai bagian dunia yang berjauhan. Pendapat ini terbantah oleh kenyataan bahwa survei
dasar samudera menunjuk-kan tidak pernah ada bekas jembatan daratan yang telah tenggelam.
Paleobotani juga menunjukkan pola yang mirip dari pemisahan benua. Fosil biji-bijian
pakis Glossopteris telah ditemukan dlm batuan-batuan yg berumur sama di Amerika Selatan,
Afrika Selatan, Australia dan India, serta di Antartika sekitar 480 km dari Kutub Selatan. Biji-
bijian matang tanaman pakis tersebut berdiameter beberapa milimeter, terlalu besar untuk dapat
disebarluaskan oleh angin menyeberangi samudera Atlantik.
Sedikit bukti yang jelas lainnya adalah keterkaitan suatu populasi makhluk hidup
dengan iklim. Sebagai dampak dari pergeseran benua secara latitudinal akan menyebabkan
kondisi iklim yang tidak sesuai untuk organisme tertentu. Dan juga proses dari lempeng
tektonik dapat menyebabkan perubahan topografi dan merubah habitat yang tersedia untuk
organisme tertentu.
1.4.2 Struktur dan Jenis Batuan
Rekronstruksi dari benua yang terpisah berdasarkan pada kecocokan geometri pada
pinggir dangkalan benua. Jika hal tersebut sesuai dengan keadaan masa lampau, maka sangat
mungkin untuk menelusuri jejak-jejak geologi yang sesuai sepanjang jalur pemisah antara
bentuk geometri yang cocok. Namun tidak semua lokasi dapat ditelusuri dengan baik. Jejak-
jejak geologi yang diperkirakan akan muncul akibat pergeseran benua dapat menghilang atau
tidak ditemukan akibat adanya proses gelogi yang juga mempengaruhi struktur batuan di suatu
tempat. Beberapa contoh yang dapat ditelusuri antara lain :
1. Jalur lipatan, lipatan Appalacian di Amerika Utara yang berkesinambungan dengan lipatan
Caledonian di Eropa utara. Dalam endapan sedimen pada jalur lipatan, terdapat bukti-bukti
pergeseran benua. Ukuran butiran, komposisi, serta penyebaran umur mineral dalam
sedimen dapat digunakan untuk mengidentifikasi sumber dari sedimen tersebut. Sumber
dari sedimen Caledonian di Utara Eropa berada di sebelah Barat di lokasi yang sekarang
ditempati samudera Atlantik, menandakan bahwa pada masa lampau lokasi tersebut
ditempati oleh lempeng benua. (Rainbird et al, 2001; Cawood et al., 2003).
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
7/89
7
2. Umur batuan. Hubungan pola umur batuan sepanjang selatan Atlantik menandakan adanya
kecocokan struktur pada bagian barat Afrika dengan bagian Timur Amerika Selatan
(Hallam, 1975).
Gambar 1.3kesamaan struktur umur usia batuan
3. Irisan stratigrafi. Jalur stratigrafi khusus juga dapat dikorelasikan dengan pergeseran benua.
Seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini menunjukkan irisan stratigrafi pada benua
Gondwana. Adanya kesamaan pada fosil yang terdapat di lapisan batuan menunjukkan
bahwa batuan tersebut dulunya merupakan satu bagian.
Gambar 1.4 Stratigrafi benua Gondwana (redrawn from Hurley, 1968, the Confi rmation of Continental
Drift. Copyright 1968 by Scientifi c American, Inc. All rights reserved.)
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
8/89
8
4. Struktur metalogenic. Wilayah yang memiliki material seperti magnese, besi, dan emas,
dan perak memiliki kemiripan sepanjang jalur pantai dari rekronstruksi benua sebelum
terjadinya pemisahan. (Evans, 1987).
1.4.3 Paleoglasiasi
Gambar 1.5Rekronstruksi benua berdasarkan paleoglasiasi
Selama akhir era Paleozoikum (~300 juta tahun lalu), lapisan es menutup sebagian
besar benua-benua di bumi bagian selatan. Endapan yang ditinggalkan oleh lapisan es purba
ini masih dapat dikenali, alur-alur dan lekuk-lekuk batuan yang ada di bawahnya menunjukkan
arah pergerakan lapisan es purba tersebut. Kecuali Antartika, semua benua di bumi bagian
selatan sekarang terletak di dekat ekuator.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
9/89
9
Gambar 1.6Bukti aliran es purba sesuai dengan rekonstruksi yang diusulkan Wegener
Sebaliknya, benua-benua di bumi bagian utara tidak menunjukkan bekas-bekas jejak
glasiasi purba tersebut. Justru sebaliknya, fosil-fosil tanaman di tempat tersebut menunjukkan
adanya sisa-sisa tanaman iklim tropis. Padahal, wilayah iklim ditentukan oleh garis lintang
setempat. Hail ini merupakan indikasi bahwa benua-benua di bumi bagian utara dahulu berada
di dekat ekuator, sesuai dengan bukti-bukti paleoklimatik.
Yang lebih sulit dijelaskna adalah arah aliran es purba tersebut. Pemetaan regional alur-
alur dan lekuk-lekuk glasisai menunjukkan bahwa di Amerika Selatan, India dan Australia,
aliran es mengarah ke daratan dari lautan. Arah aliran seperti ini tidakmungkin terjadi, kecuali
dahulu ada daratan di tempat-tempat yang sekarang berwujud lautan. Jika benua-benua
digabungkan seperti yang diusulkan Wegener, wilayah glasiasi akan menyatu dengan rapi di
dekat Kutub Selata, dan arah aliran es purba dapat dijelaskan dengan mudah.
Pola glasisai purba dipertimbangkan sebagai bukti kuat pergeseran benua, dan para ahli
geologi yang bekerja di bumi bagian selatan sangat mendukung teori pergeseran benua. Karena
mereka dapat melihat buktinyalangsung dengan mata sendiri.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
10/89
10
1.4.4 Paleoklimatik
Distribusi wilayah klimatik pada permukaan bumi dipengaruhi oleh interaksi kompleks
dari beberapa fenomena, seperti penyinaran matahari, arah angin, arus samudera, ketinggian ,
dan batas topografi. Sebagian besar fenomena ini hanya sedikit yang diketahui dalam rekaman
geologi. Secara umum, posisi lintang merupakan faktor yang paling dominan untuk
mempengaruhi kondisi iklim di suatu wilayah, dengan mengabaikan wilayah mikro klimatik
yang bergantung pada kombinasi fenomena lain yang langka, sehingga studi mengenai iklim
purba dapat menjadikan indikator dimana dulunya batuan purba berada. Maka dari itu,
paleoklimatik, yang merupakan studi mengenai iklim dimasa lampau (Frakes, 1979), dapat
digunakan untuk menyelidiki bahwa benua mengalami pergeseran setidaknya dalam arah utara
selatan.
Bukti-bukti tentang perubahan iklim yang mecolok, mendukung teori pergeseran
benua. Endapan batu bara yang sangat besar di Antartika menunjukkan bahwa dahuu daerah
ini ditumbuhi oleh tanaman berkayu dari daerah tropis, dan sekarang sebagian besar tertutup
es. Di benua-benua lain, endapan garam, formasi batuan pasir (sandstone) dan terumbu karang,
memberikan putunjuk tambahan yang memungkinkan untuk merekronstruksi zona iklim purba.
Pola iklim purba sangat mengherankan jika diandang dari posisi benua-benua saat ini,
tetapi bila benua-benua tersebut dikelompokkan seperti sebelum terjadinya pergeseran, maka
pola iklim tersebutdapat dijelaskan dengan mudah.
Gambar 1.7Rekronstruksi benua berdasarkan fosil iklim purba
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
11/89
11
Contoh lainnya adalah endapan karbonat dan terumbu karang yang dibatasi pada
perariran hangat (sekitar 300 c) dari ekuator, saat ini temperatur berada di batas yang lebih luas
antar 25-300 c. Evaporite yang terbentuk dalam kondisi yang panas dan kering pada region
dimana evaporasi melewati arus air laut dan/atau presipitasi, dan biasanya berada pada
cekungan yang berbatasan dengan laut, saat ini tidak terbentuk di dekat ekuator, tetapi lebih ke
daerah subtropis yang kering dengan tekanan yang tinggi dimana kondisi yang seharusnya
berlaku. Diyakini bahwa fosil evaporite terbentuk pada wilayah dengna garis lintang yang
serupa (Windley, 1984).
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
12/89
12
BAB 2
PERKEMBANGAN TEORI LEMPENGAN TEKTONIK
2.1Landasan Teori Lempeng Tektonik
Menurut Cox (1972) dlm buku Plate tectonics and geomagnetic reversals, teori Lempeng
Tektonik berlandaskan empat himpunan data independent:
1. Peta topografi dasar samudera
2. Peta magnetik batuan dasar samudera
3. Hasil pengukuran umur batuan magnetik dasar samudera
4. Pemetaan rinci episenter gempabumi global
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
13/89
13
2.1.1 Topografi dan Geologi Dasar Samudera
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 2.1Pemetaan topografi dasar samudera
Pada antara tahun 19501960-an, dikembangkan peralatan echo-soundingbaru sehingga
para ahli geologi dan geofisika kelautan dapat memetakan topografi dasar samudera dengan
sangat rinci, dan terungkap bahwa :
1. cekungan samudera terbagi oleh barisan punggung samudera yang panjangnya mencapai
84.000 km dan lebarnya sekitar 1.500 km. Pada puncak terdapat lembah ditengah atau lembah
retakan (rift valley) dengan kedalaman 1-3 km yang mengembang ke dua arah terpisah ke
samping karena adanya tarikan.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
14/89
14
2. Kerak samudera yang utamanya tersusun dari basalt memiliki komposisi yang sama sekali
berbeda dengan kerak benua dan jauh lebih tipis
3. Kerak samudra tidak mengalami deformasi menjadi struktur pegunungan lipatan dan tidak
mengalami gaya kompresi yang kuat
Pada tahun 1960, Harry Hammond Hess mengembangkan hipotesisnya yaitu dasar
samudera mengalami pemekaran ke samping, didorong oleh arus konveksi di dalam mantel
bumi, dan bergerak secara simetris menjauhi punggung samudera. Menurut teori ini pemekaran
yang kontinyu tersebut menghasilkan rekahan-rekahan dalam lembah retakan (rift valley),
sehingga magma dari mantel bumi menerobos melalui rekahan-rekahan tersebut untuk
membentuk kerak samudera yang baru. Arus konveksi dari mantel bumi ini membawa kerak
samudera tersebut menjauhi punggung samudera dan menuju ke palung samudera (oceanictrench). Di zona subduksi, kerak samudera menunjam ke dalam mantel bumi bersama dengan
arus konveksi yang mengalir ke bawah, dan ditelan kembali oleh mantel bumi. Keseluruhan
dasar samudera mengalami regenerasi selengkapnya dalam waktu sekitar 200 - 300 juta tahun.
(a) (b)
Gambar 2.2Pemetaan Topografi dasar samudera
1.
Penelitian Geologi Sedimen di Dasar Samudera
Bukti yang paling meyakinkan untuk teori lempeng tektonik ialah pengeboran yang
dilakukan pada sedimen di dasar samudera menggunakan kapal khusus Glomar Challenger.
Pengeboran laut tersebut menarik kesimpulan bahwa sedimen yang termuda terdapat didekat
punggung samudera tempat terbentuknya kerak bumi yang baru. Semakin jauh dari punggung
samudera, sedimen yang diendapkan langsung diatas basalt semakin tua, sedimen yang tertua
terletak didekat perbatasan benua.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
15/89
15
Pengukuran laju pengendapan sedimen di laut terbuka menunjukkan bahwa antara 0,9
1,2 cm lempung merah dan lumpur organik berakumulasi setiap 1000 tahun. Jika cekungan
samudera terbentuk pada masa Cambrium (540 juta tahun yang lalu), maka ketebalan sedimen
minimal 5 km, tetapi pada kenyataannya ketebalan maksimum sedimen laut dalam yang terukur
saat ini hanya 300 m. Hal ini menunjukkan bahwa cekungan samudera adalah struktur geologi
yang masih muda. Sedimen tertua yang ditemukan di dasar samudera hanya berumur 200 juta
tahun. Sedangkan batuan metamorf pada blok benua umurnya ada yang sudah mencapai 3,8
milyar tahun.
Gambar 2.3Periode Geologi
Beberapa hal yang mengindikasi pemekaran dasar samudera yaitu : ketebalan dan umur
sedimen yang semakin bertambah dengan bertambahnya jarak dari punggung samudera;
plankton yang berkembang di zona ekuatorial pasifik, setelah plankton itu mati lalu membentuk
lapisan lunak kapur didasar laut. Namun dengan Glomar Challanger menunjukkan bahwa jalur
kapur di [asifik memanjang ke utara dari ekuator saat ini yang berarti dasar samudera pasifik
sudah bermigrasi kearah utara sekurang-kurangnya sejak 100 juta tahun yang lalu.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
16/89
16
Gambar 2.4 (A) Tanpa pemekaran dasar samudera, keseluruhan dasar samudera akan tertutup oleh tumpukan
lapisan tebal sedimen laut. Masing-masing lapisan menunjukkan polari-tas yang berselang-seling. (B) Dg
pemekaran dasar samudera, tumpukan sedimen laut menipis ke arah punggung samudera.
2.1.2 Batuan sebagai Fosil Kemagnetan Purba
Studi kemagnetan batuan yang dikembangkan selama tahun 1950-an telah dilakukan
dengan menggunakan magnetometer baru yang sudah disempurnakan sehingga sangat peka.
Batuan tertentu, misalnya basalt, agak banyak mengandung besi sehingga termagnetisasi oleh
medan magnetik bumi pada saat batuan basalt tersebut membeku.
Butiran-butiran mineral dalam batuan tersebut menjadi fosil magnetik, yang terorientasi oleh
medan magnet bumi pada saat batuan tersebut terbentuk, sehingga dapat mengabadikan
rekaman paleomagnetik (kemagnetan purba).
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
17/89
17
1. Sumber Geomagnetik
Medan magnetik bumi mirip medan magnetik yang ditimbulkan oleh magnet batang
dipole dengan sumbunya membentuk sudut simpangan sekitar 11,5 terhadap sumbu geografis
(sumbu rotasi bumi). Karena mantel bumi dan inti bumi terlalu panas untuk mempertahankan
medan magnetik permanen, maka medan kemagnetan bumi pasti dibangkitkan secara
elektromagnetik. Teori elektromagnetik / teori dinamo mendalilkan bahwa inti luar bumi yang
berupa besi cair berotasi lambat terhadap mantel di sekitarnya. Gerakan ini membangkitkan
arus listrik kuat sehingga timbul medan magnetik bumi.
Gambar 2.5 Orientasi Kutub Geomagnetik
Sumbu dipole geomagnetik membentuk sudut 11.5 terhadap sumbu rotasi bumi
2. Proses Magnetohidrodinamik
Medan magnetik bumi diyakini berasal dari proses magnetohidrodinamik pada fluida
di dalam inti luar bumi. Magnetohidrodinamik adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari
interaksi gerakan fluida dengan medan elektromagnetik. Proses magnetohidrodinamik
mensyaratkan bahwa bumi berotasi dan sebagian atau seluruhnya terdiri atas fluida yang
bergerak dan merupakan penghantar listrik yang baik.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
18/89
18
Arus turbulen atau konveksi fluida tersebut merupakan dinamo maka Jika fluida
tersebut bergerak dalam medan magnetik maka akan membangkitkan arus listrik maka arus
listrik ini juga akan membangkitkan medan magnetik. Sekali terjadi eksitasi, maka dinamo
tersebut berswadaya menghidupkan-diri terus-menerus (self-perpetuating), selama ada sumber
energi primer untuk mempertahankan arus konveksi. Arus konveksi di dalam inti luar ini
digerakkan oleh proses termal atau gravitasional (Jacobs, 1975).
Gambar 2.6Inti dalam yang padat berputar dengan kecepatan pertahun 0.2 busur lebih cepat daripada rotasi
bumi yang melingkupinya
Inti dalam dikelilingi oleh inti luar (outer core) yang ketebalannya 1,8 kali radius inti
dalam. Medan magnetik bumi berasal dari inti luar yang berupa cairan logam besi penghantar
listrik, yang selalu dalam keadaan bergerak. Akibat pemanasan oleh inti dalam, cairan inti luar
selalu bergolak, seperti air dalam panci yang dipanaskan dengan kompor. Cairan inti luar
mengalami turbulensi oleh gaya Coriolis akibat rotasi bumi. Gerakan yang kompleks tersebut
membangkitkan medan magnetik bumi melalui proses efek dinamo (dynamo effect).
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
19/89
19
Gambar 2.7 Proses magnetohidrodinamik
Arus konveksi dalam model laboratorium inti luar. Bola yang berotasi berisi sel-sel
cairan konsentris dan sebuah bola padat (inti dalam).Konveksi termal dalam fluida terjadi
karena adanya beda suhu inti dalam dan luar. Sel-sel konveksi tersebut berputar lambat dalam
cairan inti luar yang bersifat listrik konduktif, menghasilkan polaritas yang berlawanan di BBU
dan BBS. Ini menghasilkan medan magnetik dipole bumi.
3. Pembalikan Kutub Geomagnetik
Berdasarkan persamaan magnetohidrodinamik, dapat dibuat model interior bumi
dengan menggunakan superkomputer. Dari permodelan ini dapat diketahui bahwa, medan
magnetik bumi menguat dan melemah secara bergantian, bahkan kadang-kadang berbalik
arah sama sekali. Proses pembalikan arah kutub magnetik bumi tersebut berlangsung
beberapa ribu tahun. Selama proses pembalikan arah tersebut, medan magnetik bumi tidak
lenyap, melainkan terjadi komplikasi, terpuntir dan terlipat. Medan magnetik bumi tetap ada,
melindungi bumi dari bahaya radiasi angkasa luar dan badai matahari
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
20/89
20
(a) (b)
Gambar 2.8 Pembalikan kutub geomagnetic
Medan magnetik bumi selama periode normal (kiri a dan kiri b) dan selama periode pembalikan arau reversal
(kanan a dan kanan b)
4. Pengembaraan Kutub (Polar Wanderi ng)
Studi paleomagnetik pada batuan di Eropa dari umur-umur yang sangat berbeda
menunjukkan bahwa kutub utara magnetik bumi terus-menerus berpindah posisi dari waktu ke
waktu. Titik kutub ternyata sudah bermigrasi pelan-pelan ke arah utara dan ke arah barat
menuju posisinya yang sekarang. Perubahan posisi tersebut terjadi secara sistematik, tidak acak
(random).
(a) (b)
Gambar 2.9 Studi paleomagnetik pada berbagai batuan yang berbeda umumnya menunjukkan bahwa kutub utara
magnetic telah berubah posisinya secara terus menerus dan sistematik (a) Migrasi kutub utara magnetic (b) kutub
magnetik bersama untuk rekonstruksi benua sebelum pergeseran
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
21/89
21
Migrasi kutub magnetik dengan pola sejenis juga diperoleh dari hasil studi
paleomagnetik di Amerika Utara, meskipun lintasan migrasinya secara sistematis berbeda,
perpindahannya sejajar dengan yang terjadi di Eropa. Pengamatan ini dapat dijelaskan dengan
baik bila didasarkan pada pergeseran benua, sehingga para peneliti paleo-magnetik menjadi
pendukung terdepan teori continental drift (pengapungan benua). Ternyata bahwa telah terjadi
juga perubahan posisi kutub magnetik selatan bumi dari waktu ke waktu, tetapi dengan lintasan
yang berbeda untuk benua-benua yang berbeda.
Gambar 2.10Pola pengembaraan kutub magnetic purba. Lintasan pengembaraan yang terlacak saat ini
(A). Lintasan pengembaraan jika benus-benua dikelompokkan seperti pada posisi sebelum pergeseran
Tidak mungkin ada banyak kutub magnetik bumi yang bermigrasi secara sistematis dan
akhirnya menyatu.
Alasan yang paling logis ialah bahwa hanya ada satu kutub magnetik bumi yang selalu
tetap posisinya, sedangkan benua-benua bergerak terhadap titik kutub tersebut. Hasil-hasil
studi paleomagnetik bisa masuk akal jika benua-benua tersebut dulunya mengelompok seperti
pada gambar diatas dan kemudian bergeser ke posisi sekarang.
5. Periode Pembalikan Kutub Geomagnetik
Penemuan ini memperbarui pemahaman terhadap teori pergeseran benua dan
mendukung kesimpulan bahwa Samudera Atlantik terbuka relatif belum lama. Studi tentang
sifat magnetik pada sejumlah besar sampel batuan basalt diberbagai tempat di bumi
menunjukkan bahwa medan magnetic bumi sudah berbalik arah berkali-kali sejak 7080 juta
tahun yang lalu.
Zaman polaritas normal (seperti saat ini), sudah berlangsung 13 juta tahun, diikuti
dengan periode serupa tetapi kutub utara dan selatan magnetik bumi saling berbalikan. Minimaltelah terjadi 9 kali pembalikan kutub magnetik selama 4,5 juta tahun yang lalu. Polaritas normal
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
22/89
22
pada periode saat ini dimulai kurang-lebih 700.000 tahun yang lalu. Ini didahului oleh periode
dengan polaritas terbalik, yang dimulai 2,5 juta tahun yang lalu dan berlangsung selama
kurang-lebih 2 juta tahun. Periode dengan polaritas terbalik tersebut berisi dua periode pendek
dengan polaritas normal.
Gambar 2.11 Pembalikan garis gaya medan magnetic terdokuntasikan oleh studi kemagnetan purba
pada berbagai sampel batuan basalt di dasar samudera
Interval utama dari polaritas bolak-balik tersebut ( sekitar 1 juta tahun terpisah) disebut
epoch polaritas, dan interval-interval yang lebih pendek durasinya disebut event polaritas.
Pola pergantian polaritas sudah ditentukan secara jelas, dan bukti-bukti terjadinya epoch
polaritas sudah ditemukan di berbagai tempat di permukaan bumi. Dari deretan anomali
magnetik dan umur radiometriknya, pembalikan magnetik dengan kronologi yang handal
sudah tersusun minimal hingga 4 juta tahun. Jika diekstrapolasi ke belakang hingga 76 juta
tahun, maka deretan pembalikan magnetik telah terjadi minimal 171 kali.
6.
Pola Pita Magnetik Batuan Dasar Samudera
Pada tahun 1963, Fred Vine dan D.H. Matthews melihat suatu cara untuk menguji
gagasan pemekaran dasar samudera yang dikemukakan oleh Hess. Jika pemekaran dasar
samudera memang telah terjadi, maka seharusnya terekam pada kemagnetan basalt di kerak
samudera. Jika medan kemagnetan bumi mengalami pembalikan secara berkala, basalt baru
yang terbentuk pada puncak punggung samudera akan termagnetisasi menurut polaritas
magnetik pada saat batuan tersebut mendingin/membeku.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
23/89
23
Ketika dasar samudera mengalami pemekaran, suatu deretan simetris pita magnetik
dengan polaritas bergantian antara normal dan terbalik akan terabadikan pada kerak bumi
sepanjang kedua sisi punggung samudera. Investigasi lebih lanjut telah membuktikan teori ini,
sebagaimana diusulkan oleh Vine dan Matthewsdan oleh Morley. Untuk dapat memahami
dengan lebih baik asal-usul pola magnetik tersebut, ditinjau bagaimana dasar samudera telah
mengalami evolusi dalam beberapa juta tahun yang lalu.
Gambar 2.12 Pola kemagnetan yang terekam pada batuan kerak samudera yang baru terbentuk dan ditemukan
di dekat punggung samudera
Gambar tersebut menunjukkan dasar samudera pada 2,75 juta tahun yang lalu, selama
epoch polaritas normal Gauss (sesuai dengan nama ahli matematika dari Jerman Karl Friedrich
Gauss). Basalt yang mengisi retakan pada punggung samudera, membentuk dikes, atau
dikeluarkan pada dasar samudera sebagai aliran submarine. Ketika membeku, basalt tersebut
termagnetisasi sesuai dengan arah medan magnet yang ada saat itu (normal), jadi basalt yang
keluar melalui celah punggung samudera membentuk zona kerak bumi baru dengan polaritas
magnetik normal.
Pada saat terjadi pemekaran dasar samudera, zona kerak bumi baru tersebut terbelah
dua, dan masing-masing bermigrasi menjauhi punggung samudera tetapi dalam posisi tetapsejajar dengan punggung samudera. Kurang-lebih 2,5 juta tahun yang lalu, polaritas medan
magetik bumi berbalik arah. Kerak bumi baru yang muncul pada punggung samudera
termagnetisasi pada arah yang berlawanan (Gambar kanan), dan menghasilkan zona kerak
bumi dengan polaritas terbalik. Ketika polaritas kembali normal, material kerak bumi yang
terbaru termagnetisasi pada arah normal. Dengan demikian, urutan pembalikan polaritas akan
meninggalkan jejak sebagai pita magnetik pada batuan dasar kerak samudera.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
24/89
24
Gambar 2.13 Pola perode medan magnet normal dan terbalik
Salah satu manfaat pola pembalikan ini ialah untuk menentukan kecepatan gerakan
lempeng. Pembalikan polaritas magnetik pada urutan batuan di benua telah ditentukan
umurnya secara radiometrik. Studi ini menunjukkan bahwa polaritas normal saat ini sudah ada
sejak 700.000 tahun yang lalu, dan didahului dengan pola seperti yang ditunjukkan pada
Gambar kanan. Pola yang sama juga terdapat pada kerak samudera, maka dapat digunakan
untuk menentukan umur relative anomaly magnetic dasar samudera.
Gambar 2.14 Pola pita magnetic dasar samudera
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
25/89
25
Gambar 2.15 Sesar disekitar Mid Oceanic Ridge
Dengan survey-servei magnetik sudah berhasil ditentukan pola pembalikan magnetik
pada sebagian besar dasar samudera, dan dari pola-pola tersebut, umur berbagai segmen dasar
samudera sudah dipetakan (lihat Gambar). Studi ini menunjukkan bahwa sebagian besar dasar
samudera yang dalam terbentuk pada masa Cenozoikum ( sekitar 65 juta tahun yang lalu).
Sangat kecil kemungkinannya cekungan samudera yang ada saat ini terbtk sblm masa Jurasik
(sekitar 200 juta tahun yang lalu). Dari pola pembalikan magnetik, dapat ditentukan kecepatan
pemekaran dasar samudera kurang-lebih 116 cm per tahun.
Gambar 2.16 Pola magnetic dasar samudera adalah simetris terhadap punggung samudera. Kerak
benua termuda adalah yang terdekat dengan pungung samudera tersebut
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
26/89
26
7. Pulau Eslandia (Punggung Samudera yang Muncul di Daratan)
Pulau Eslandia di Inggris merupakan sebuah pulau dengan struktur tektonik yang
khusus. Pulau Eslandia merupakan satu-satunya daratan besar tempat munculnya punggung
samudera Atlantik. Di pulau ini dapat dilakukan studi fisik secara rinci mengenai mekanisme
pemekaran dasar samudera.
Gambar 2.17 Pulau Eslandia
Studi geologi di pulau Eslandia menunjukkan bahwa pulau ini sedang mengalami
tarikan akibat pemekaran dasar samudera di bawahnya. Adanya tegangan tarik menyebabkan
terjadinya sesar dan celah retakan yang sejajar dengan poros punggung samudera. Erupsi
vulkanik terjadi pada celah retakan tersebut dan diinjeksikan ke dalam celah retakan sejalan
dengan pemekaran kerak bumi.
Gambar 2.18 Pulau Eslandia
Peta geologi pulau Eslandia menunjukkan bahwa batuan yang tertua berada pada ujung
paling timur dan barat pulau tersebut. Semakin dekat dengan pusat pulau, umur batuan
semakin muda. Di pusat pulau tersebut sekarang banyak terjadi celah retakan dan aktivitas
vulkanik.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
27/89
27
(a) (b)
Gambar 2.19 (a) foto udara sekitar daerah Thingvellir, Eslandia, menunjukkan zona retakan (tertutup baying-
bayang) marupakan singkapan punggung Samudera Atlantik yang mincul di daratan. Sebelah kanan retakan
adalah lempeng Amerika Utara yang tertarik kea rah Barat menjauhi lempeng Eurasia (sebelah kiri retakan) (b)
Batuan di Thingvellir, Eslandia, terbelahakibat gerakan dua lempeng yang saling menjauh. Pecahan batuan juga
disebabkan oleh mekanisme membeku dan mencairnya es yang berulang-ulang.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
28/89
28
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
29/89
29
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
30/89
30
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
31/89
31
BAB III
DINAMIKA PERBATASAN LEMPENG TEKTONIK
3.1Proses Pada Perbatasan Lempengan Tektonik
Menurut teori lempeng tektonik, permukaan bumi terpecah menjadi beberapa
lempeng tektonik besar. Lempeng tektonik adalah segmen keras kerak bumi yang mengapung
diatas astenosfer yang cair dan panas.Lapisan terluar bumi kita terbuat dari suatu lempengan
tipis dan keras. Oleh karena itu, maka lempeng tektonik ini bebas untuk bergerak dan saling
berinteraksi satu sama lain. Gerakan ini terjadi secara terus-menerus sejak bumi ini tercipta
hingga sekarang.Teori Lempeng Tektonik muncul sejak tahun 1960-an, dan hingga kini teori
ini telah berhasil menjelaskan berbagai peristiwa geologis, seperti gempa bumi, tsunami, dan
meletusnya gunung berapi, juga tentang bagaimana terbentuknya gunung, benua, dan
samudra.
Lempeng tektonik terbentuk oleh kerak benua (continental crust) ataupun kerak
samudra (oceanic crust), dan lapisan batuan teratas dari mantel bumi (earths mantle).Kerak
benua dan kerak samudra, beserta lapisan teratas mantel ini dinamakan litosfer.Kepadatan
material pada kerak samudra lebih tinggi dibanding kepadatan pada kerak benua.Demikian
pula, elemen-elemen zat pada kerak samudra (mafik) lebih berat dibanding elemen-elemen
pada kerak benua (felsik).
Daerah perbatasan lempeng-lempeng tektonik, merupakan tempat-tempat yang
memiliki kondisi tektonik yang aktif, yang menyebabkan gempa bumi, gunung berapi dan
pembentukan dataran tinggi. Teori lempeng tektonik merupakan kombinasi dari teori
sebelumnya yaitu: Teori Pergerakan Benua (Continental Drift) dan Pemekaran Dasar Samudra
(Sea Floor Spreading).
Berdasarkan arah pergerakannya, perbatasan antara lempeng tektonik yang satu dengan
lainnya (plate boundaries) terbagi dalam 3 jenis, yaitu divergen, konvergen, dan transform
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
32/89
32
Gambar 3.1 Perbatasan antara lempeng tektonik
3.1.1 Batas Divergen
1 Pengertian
Terjadi pada dua lempeng tektonik yang bergerak saling memberai (break apart). Ketika sebuah
lempeng tektonik pecah, lapisan litosfer menipis dan terbelah, membentuk batas divergen. Pada
lempeng samudra, proses ini menyebabkan pemekaran dasar laut (seafloor spreading).
Sedangkan pada lempeng benua, proses ini menyebabkan terbentuknya lembah retakan (rift
valley) akibat adanya celah antara kedua lempeng yang saling menjauh tersebut. Pematang
Tengah-Atlantik (Mid-Atlantic Ridge) adalah salah satu contoh divergensi yang paling
terkenal, membujur dari utara ke selatan di sepanjang Samudra Atlantik, membatasi Benua
Eropa dan Afrika dengan Benua Amerika.
Gambar 3.2 Batas divergen tektonik lempeng
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
33/89
33
2 Proses pada perbatasan divergen
Batas divergen adalah jalur kerak samudera yg paling muda, semakin jauh dr batas tsb semakin
tua umurnya. Perbatasan lempeng divergen ditandai oleh tegangan tarik yg mengakibatkan
terjadinya blok sesar, retakan, dan terbukanya celah di sepanjang pinggir lempeng yg saling
berpisah. Magma basaltik yg berasal dari sebagian batuan mantel yg melebur diinjeksikan ke
dlm retakan2 tsb atau muncul sbg erupsi pd celah yg terbuka di sepanjang pinggir lempeng.
Kemudian lava mendingin dan menjadi bagian dari lempeng yg bergerak. Perbatasan lempeng
divergen merupakan bagian daerah vulkanik aktif di bumi, umumnya ditandai dg erupsi tenang,
sebagian besar tersembunyi di bwh dasar laut.
Gambar 3.3 Proses perbatasan divergen
3.1.2 Batas Konvergen
2.1 Pengertian
Terjadi apabila dua lempeng tektonik tertelan (consumed) ke arah kerak bumi, yang
mengakibatkan keduanya bergerak saling menumpu satu sama lain (one slip beneath another).
Wilayah dimana suatu lempeng samudra terdorong ke bawah lempeng benua atau lempeng
samudra lain disebut dengan zona tunjaman (subduction zones). Di zona tunjaman inilah sering
terjadi gempa. Pematang gunung-api (volcanic ridges) dan parit samudra (oceanic trenches)
juga terbentuk di wilayah ini.
Zona konvergensi ant dua lempeng adalah zona deformasi, pembentukan pegunungan, dan
aktivitas metamorfose. Jika lempeng penahan berupa kerak benua, proses kompresi
mengakibatkan perbatasan lempeng meng- alami deformasi menjadi jalur pegunungan lipatan
dan akar pegunungan yg dlm mengalami proses metamor- fose. Zona konvergensi biasanya
ditandai oleh palung laut dalam dan gerakan penunjaman (subduksi) lempeng shg
membangkitkan aktivitas seismik yg tinggi.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
34/89
34
Gambar 3.4 Batas konvergen tektonik lempeng
Ditinjau dari lempeng-lempeng yang saling berhadapan, ada tiga jenis perbatasan konvergen,
yaitu:
1 Perbatasan konvergen antara kerak samudera dengan kerak samudera,
2 Perbatasan konvergen antara kerak samudera dengan kerak benua,
3 Perbatasan konvergen antara kerak benua dengan kerak benua.
2.2 Proses pada perbatasan konvergen
1) Perbatasan konvergen antara kerak samudera dengan kerak samudera
Jika kedua lempeng lithosfer pada perbatasan konvergen berupa kerak samudera, maka salah
satu kerak samudera menunjam ke bawah perbatasan kerak samudera yg lain, proses ini disebut
subduksi. Lempeng subduksi menunjam ke bawah dan masuk ke dalam asthenosfer. Di sinilempeng tersebut dipanaskan akhirnya diserap oleh mantel. Sedangkan di atasnya pada dasar
samudera terbentuk busur kepulauan.
Gambar 3.5 Perbatasan konvergen antara kerak samudera dengan kerak samudera
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
35/89
35
2) Perbatasan konvergen antara kerak samudera dengan kerak benua
Salah satu sifat penting material granitik benua ialah bahwa material ini tidak dapat menunjam
ke dlm mantel yg densitasnya lebih tinggi. Bila salah satu lempeng berupa kerak benua, maka
kerak benua yg lebih ringan ini selalu menjadi lempeng penahan (overriding plate). Proses
subduksi tetap berlangsung shg terbetuk jalur pegunungan atau busur gunung api pd pinggiran
kerak benua yg menjadi lempeng penahan tersebut.
Gambar 3.6 Perbatasan konvergen antara kerak samudera dengan kerak benua
3) Perbatasan konvergen antara kerak benua dengan kerak benua
Bila kedua lempeng yg konvergen berupa kerak benua, tidak ada satu pun yg menunjam ke
dlm mantel, masing-masing lempeng saling menahan dlm jarak pendek kemudian terjadi
tumbukan benua. Kedua massa benua akan saling menekan, dan benua-benua tersebut akhirnya
menyatu, tersambung menjadi satu blok, dg barisan pegunungan terbentuk pada garis
sambungan.
Gambar 3.7 Perbatasan konvergen antara kerak benua dengan kerak benua
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
36/89
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
37/89
37
Gambar 3.9 Proses perbatasan divergen
3.2 Gerakan Relatif Lempengan Tektonik
Gerakan relatif suatu lempeng tegar terhadap lempeng di sebelahnya pada permukaan bola
bumi = gerakan lempeng tsb jika lempeng di sebelahnya dianggap diam (atau sebaliknya).
Gerakan tersebut dapat bersifat kompleks, masing-masing lempeng bergerak sebagai unit yang
bebas, dalam arah dan kecepatan yang berbeda. Lempeng-lempeng tersebut seperti sepotong
kulit bola yg bergerak di atas permukaan bola. Karena kelengkungan bola, bagian-bagian yang
berbeda pada lempeng tersebut bergerak dengan kecepatan yang berbeda
Geometri tentang lempeng lengkung yang bergerak pada permukaan bola telah dipelajari oleh
ahli matematika Swiss, Leonhard Euler (1707 1773). Lihat Gambar: gerakan lempeng 1
terhadap lempeng 2 adalah gerakan rotasi mengelilingi sumbu AR yang disebut sumbu
pemekaran atau sumbu rotasi lempeng. Salah satu titik kutubnya P => disebut titik kutub
pemekaran atau kutub rotasi lempeng atau kutub Euler.
Gambar 3.10 Gerakan lempengan pada permukaan bola bumi
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
38/89
38
Cara termudah utk memahami gerakan lempeng mengitari poros rotasi lempeng => pilih
lempeng yg sangat besar shg mencakup bola bumi (BBU atau BBS). Jika lempeng tsb
melakukan gerak rotasi di permkn bumi tentu akan mengelilingi sumbu AR dg titk kutub rotasi
lempeng P. Kutub rotasi lempeng P tsb independen thd kutub rotasi bumi dan tidak ada
hubungannya dg kutub magnetik bumi.
Utk menjelaskan gerakan relatif suatu lempeng pd permukaan bola bumi => teorema Euler ttg
Titik Tetap (Fixed Point Theorem). Teorema Euler ttg Titik Tetap: Pergeseran yg paling umum
suatu benda tegar thd sebuah titik tetap adalah ekivalen dg gerakan rotasi mengelilingi suatu
sumbu yg melalui titik tetap tsb. Jika diasumsikan bhw lempeng tektonik = benda tegar, dan
pusat bumi = titik tetap tsb, maka teorema Euler dpt dinyatakan sbg:
Setiap pergeseran dari satu posisi ke posisi lain pd permukaan bumi dpt dianggap sbg
gerakan rotasi mengelilingi suatu sumbu yg melalui pusat bumi.
Sumbu terpilih yg melalui pusat bumi tsb adalah sumbu rotasi lempeng dan titik potong sumbu
ini dg permukaan bumi disebut kutub rotasi lempeng.
Gambar 3.11 Gerakan relatif lempengan pada permukaan bola bumi
Besarnya kecepatan sudut rotasi lempeng () menentukan besarnya kecepatan relatif ant dua
lempeng. positif jika searah jarum jam dilihat dari pusat bumi (berlawanan arah jarum jam
jika dilihat dari luar bumi). Satu kutub rotasi positif dan kutub lainnya negatif. Kecepatan relatif
ant dua lempeng permukaan bumi diukur pd suatu titik X tertentu ialah
v = w.R.sinq
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
39/89
39
= jarak (busur) ant kutub rotasi P dan titik X
R = radius bumi.
Karena faktor sin ada, mk kecepatan relatif ant 2 lempeng yg bersebelahan berubah harganya
sepanjang perbatasan lempeng. Kecepatan relatif = nol di titik kutub P ( = 0) dan kecepatan
= maks di titik T pd ekuator rotasi lempeng ( = 90). Bila perbatasan ant dua lempeng melalui
kutub rotasi lempeng, maka sifat perbatasan lempeng akan berubah (konvergen menjadi
divergen atau sebaliknya). Tempat kedudukan titik2 dg kecepatan konstan ( = konstan) adalah
garis-garis lintang atau lingkaran-kecil di sekitar kutub rotasi lempeng.
Gambar 3.12 Penampang lintang melalui pusat bumi O. P dan N adalah kutub rotasi positif dan negatif,sedangkan X adalah titik di perbatasan lempeng.
3.2.1 Penentuan Kutub Rotasi Lempeng dan Vektor Rotasi Lempeng
1. Berdasarkan arah jurus sesar transform yang aktif
Sesar transform pd punggung samudera lebih mudah diidentifikasi, maka metode ini utamanya
digunakan utk menentukan posisi kutub rotasi lempeng dari gerakan2 di sekitar punggung
samudera. Arah gerakan relatif di sepanjang sesar transform // arah jurus sesar (kecepatannya
konstan sepanjang sesar). Kutub rotasi lempeng terletak pd suatu titik di busur lingkaran besar
yg tegak lurus thd lingkaran kecil yg melalui sesar transform tsb.
Gambar 3.13Penentuan kutub rotasi lempeng
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
40/89
40
Sesar transform pd perbatasan lempeng A dan B (Gambar 13) merupakan lingkaran kecil thd
kutub rotasi lempeng. Sesar transform dpt digunakan utk menentukan lokasi kutub rotasi
lempeng. Berdasarkan survei pd dua atau lebih sesar transform, maka titik potong kedua
lingkaran besar yg diperoleh menunjukkan posisi kutub rotasi lempeng. Contoh: posisi kutub
rotasi lempeng dpt ditentukan dg mengukur orientasi sesar-sesar transform yg ada di punggung
samudera Atlantik bagian selatan yg terletak ant 20 N5 S dan 55 W5 W. Ternyata posisi
kutub rotasi lempeng tsb berada pd koordinat 58 N, 36 W, di Samudera Atlantik bagian utara,
di selatan Tanah Hijau (Greenland).
Gambar 3.14 Penentuan kutub rotasi lempeng punggung samudera Atlantik
3.2.2 Berdasarkan solusi bidang sesar gempa-gempa yg terjadi di sepanjang perbatasan
lempeng
Gempa-gempa yg terjadi pd sesar transform ant lempeng A dan B (Gambar 14)
mengindikasikan adanya gerakan menganan (dextral) di perbatasan lempeng tsb. Dari hasil
analisis data gempa tsb, lokasi kutub rotasi lempeng dan arah gerakan lempeng dpt ditentukan,
(tetapi besarnya kecepatan gerakan lempeng tidak dpt diukur tetap hrs di gunakan metode
magnetik).
Gambar 3.15 Penentuan kutub rotasi berdasarkan solusi bidang sesar gempa
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
41/89
41
3.2.3 Berdasarkan pengukuran presisi di daratan
Bila perbatasan lempeng melintasi daratan, maka dpt dilakukan survei pengukuran pergeseran
lempeng dlm rentang wkt yg lama dan rentang jarak yg jauh, utk menetukan gerakan relatif
lempeng setempat. Fenomena umum yg tampak didaratan misalnya: pipa saluran uap atau gas
atau rel kereta api yg membengkok, titik-dasar pengukuran medan atau bangunan yg bergeser.
Metode pengukuran presisi gerakan lempeng yg teliti dg penginderaan jauh:
1) Metode SLR
Menggunakan suatu jaringan global stasiun pengamatan yg mengukur wkt tempuh bolak-balik
pulsa sinar ultra-pendek ke satelit yg dilengkapi dg retroreflektor. SLR dpt memberikan hasil
pengukuran pergeseran lempeng tektonik sampai ketelitian mm/tahun dlm skala global dg
kerangka acuan geosentris.
Gambar 3.16 Metode SLR
2) Metode VLBI
Menggunakan quasar sbg sumber sinyal dan teleskop radio terestrial sbg penerima sinyal
(receiver). Jarak ant dua teleskop di permukaan bumi diukur terus-menerus selama bertahun-
tahun.Di seluruh dunia, pengukuran gerakan lempeng dg VLBI dan SLR memberikan hasil yg
sesuai dg penentuan secara geologi (tingkat penyimpangan hanya 2%).
3)
Metode GPS
Metode ini dikembangkan utk menentukan posisi navigasi secara real-time dg menggunakan
satelit. Suatu jaringan internasional stasiun penerima GPS dg presisi yg sesuai utk geodinamika
telah dibangun (ketelitian posisi 1 cm dan estimasi posisi kutub < 10-3sekon busur). Jaringan
stasiun penerima GPS presisi tinggi tsb dinamakan IGS (International GPS Services) utk
geodinamika, mrpk suatu jaringan stasiun penerima global permanen. Analisis data GPS
selama kurun wkt 1991 1996 menunjukkan kecocokan ant hasil pengukuran GPS dan hasil
pengukuran geologi, shg disimpulkan bhw lempeng2 tektonik dlm keadaan selalu bergerak.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
42/89
42
BAB IV
MIGRASI PERBATASAN LEMPENG TEKTONIK
PENDAHULUAN
Secara individual, lempeng-lempeng tektonik bukanlah bentuk yang permanen (tetap),
melainkan selalu bergerak dan selalu berubah bentuk atau ukurannya. Ternyata bukan hanya
lempengan-lempengan tektonik yang bergerak, melainkan perbatasan antar lempengan tersebut
bergerak. Perbatasan lempengan bukanlah suatu bentuk yang permanen, tetapi dapat bergeser
dan bermigrasi ke posisi-posisi yang berbeda. Jika suatu perbatasan lempengan bergerak, maka
bentuk dan konfigurasi lempengan juga berubah.
Gambar 4.1 Diagram Pokok Bahasan Modul 4
Migrasi perbatasan lempengan tektonik terjadi baik dalam skala global maupun skala
lokal. Migrasi secara global menyangkut gerakan global lempeng-lempeng tektonik utama dan
sub lempeng yang berbatasan dengan lempeng utama tersebutSedangkan migrasi skala lokal
merupakan bagian kecil dari migrasi skala global. Pembahasan tentang migrasi skala lokal
Migrasi Perbatasan
Lem en Tektonik
Skala
LokalGlobal
Gerakan global lemp.
utama dan sub-lemp.
dekat lemp. utama
Daerah tertentu
Triple Junction
10 Jenis 16 Jenis
Perbatasan lempeng
Trench (T) Ridge (R) Fault (F)
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
43/89
43
biasanya lebih rinci, tetapi hanya ditunjukkan pada daerah tertentu di sekitar titik pertemuan
tiga buah lempeng tektonik. Titik tersebut dinamakan sebagai triple junction.
Pembahasan triple junctionini utamanya mengenai pengujian kestabilan triple junction
dan pentingnya peranan triple junction. Berdasarkan sifat migrasinya, triple junctiondibagi
menjadi dua golongan, yaitu stabil dan tidak stabil. Suatu triple junctiondikatakan stabil jika
kecepatan gerakan relatif antar lempeng dan azimut batas-batas lempeng adalah sedemikian
rupa sehingga konfigurasinya tidak berubah terhadap waktu, meskipun posisi triple junction
itu sendiri dapat bermigrasi di sepanjang salah satu perbatasan lempeng tersebut. Oleh karena
itu, eksistensi triple junctionyang tidak stabil, hanya temporer dalam skala waktu geologi.
4.1MIGRASI PERBATASAN LEMPENG TEKTONIK GLOBAL
Secara individual, lempeng-lempeng tektonik bukanlah bentuk yang permanen (tetap),
melainkan selalu bergerak dan selalu berubah bentuk atau ukurannya. Namun, ternyata bukan
lempeng tektoniknya yang bergerak melainkan perbatasan lempengnya yang bergerak. Istilah
ini dinamakan migrasi. Migrasi perbatasan lempeng tektonik dapat berupa, pergeseran batas
lempeng, perubahan panjang batas lempeng, perubahan bentuk atau jenis batas
lempengan, dan bahkan pemusnahan suatu batas lempengkarena dua lempengan tektonik
bergabung menjadi satu.
Gambar 4.2 Perbatasan Lempeng Tektonik Global
Lempeng Pasifik secara umum bergerak ke arah barat laut dari sistem punggung
Samudera Pasifik yang ada di bagian Timur lempengan menuju ke arah sistem palung
samudera (zona subduksi) yang ada di bagian barat lempengan. Lempeng Amerika secara
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
44/89
44
umum bergerak ke arah Barat dari sistem punggung Samudera Atlantik yang ada di bagian
Timur lempengan, sehingga terjadi konvergensi dengan lempengan Pasifik, Cocos, dan Nazca.
Lempengan Indo-Australia secara umum bergerak ke arah Utara dari sistem punggung
samudera Antartika yang ada di bagian Selatan, sehingga terjadi konvergensi dengan
lempengan Pasifik dan Eurasia. Sedangkan Lempengan Afrika dan lempengan Antartika
memperlihatkan situasi yang berbeda dimana keduanya dilingkungi hampir seluruhnya oleh
punggung samudera.
Jika dua buah perbatasan lempeng divergen tidak dipisahkan oleh sebuah zona
subduksi, maka selalu ada lithosfer baru yang terbentuk pada punggung samudera. Jadi,
lempengan diantara kedua pusat pemekaran tersebut selalu meluas. Ini berarti pusat-pusat
pemekaran tersebut bergerak saling menjauh. Sedangkan yang terjadi pada perbatasan
konvergen (zona subduksi) adalah zona subduksi tersebut dapat musnah dan zona subduksi
baru dapat terbentuk pada posisi yang lain.
Perubahan penting lain yang dapat terjadi ialah perubahan panjang perbatan
lempengan. Sebuah punggung samudera pada dasarnya ialah sebuah rekahan lithosfer. Struktur
ini disamping dapat mengakibatkan meluasnya lempengan, juga dapat mengakibatkan
memanjangnya perbatasan lempengan. Contoh yang jelas ialah pusat pemekaran pada
punggung samudera Atlantik
4.2MIGRASI PERBATASAN LEMPENG TEKTONIK LOKAL
Untuk memudahkan pemahaman tentang perubahan migrasi lempeng tektonik skala
lokal, akan diberikan dua contoh kasus-kasus yang pertama mengenai palung samudera dan
kasus kedua
punggung samudera.Simbol standar untuk penggambaran batas-batas lempeng tektonik adalah
seperti pada gambar berikut ini.
Punggung samudera (Pusat pemekaran )
Sesar transform (Sesar mendatar )
Palung Samudera (Zona subduksi, bagian yang bergerigi adalah
lempengan penahan).
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
45/89
45
1. Migrasi Palung Samudera
Pada skala lokal perubahan dan migrasi perbatasan lempengan tektonik yang berupa
palung samudera dapat dijelaskan dengan menggunakan diagram pada gambar 3. Antara
lempengan A dan B ada perbatasan konvergen (zona subduksi) yang digambar dengan garis
mendatar bergerigi. Bagian yang polos yaitu lempeng A adalah lempengan yang menunjam,
dan bagian yang bergerigi, yaitu lempengan B adalah lempengan penahan. Perbatasan antar
lempeng A dan C serta lempengan B dan C adalah sesar mendatar
Berdasarkan pandangan pengamat yang berada di lempeng C, bagian perbatasan
lempeng yg ditandai dengan ellips akan berubah terhadap waktu. Perbatasannya dengan
lempeng yang bersebelahan akan berganti, dari lempeng A menjadi lempeng B. Secara fisik,
bentuk perbatasannya tetap sesar mendatar menganan (dekstral), tetapi kecepatan relatifnya
berubah, dari 2 cm/thn menjadi 6 cm/thn.
2. Migrasi Punggung Samudera
Contoh tentang perubahan dan migrasi perbatasan lempeng yang berbentuk punggung
samudera dapat dijelaskan dengan diagram pada Gambar 4di bawah ini.
Perbatasan antara lempengan A dan C adalah sesar mendatar, perbatasan antara
lempengan A dan B adalah punggung samudera (pusat pemekaran) yang digambar dengan dua
buah garis lurus sejajar, sedangkan perbatasan antara lempengan B dan C adalah palung
Gambar 4.3 Migrasi perbatasan
lempengan tektonik yang berupa
palung samudera
Gambar 4.4 Migrasi perbatasanlempengan tektonik yang berupa
punggung samudera
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
46/89
46
samudera (zona subduksi). Diagram ruang kecepatan diperlihatkan di sebelah kanan, dengan
penjelasan sebagai berikut:
BVA=kecepatan lempeng A relatif terhadap B
CVB=kecepatan lempeng B relatif terhadap C
AVC=kecepatan lempeng C relatif terhadap A
Karena gerakan relatif tersebut selalu menyangkut perbandingan gerak antara dua
lempengan yang bersebelahan, maka:
BVA= -AVB
CVB= -BVC
AVC= -CVA
Karena ketiga lempeng bertemu di satu titik, maka:
BVA+ CVB+ AVC= 0
Pergerakan lempengan sedemikian rupa sehingga punggung samudera bermigrasi ke
arah selatan relatif terhadap lempeng C sebagian yang ditandai dengan ellips pada perbatasan
antara B dan C akan berubah terhadap waktu dari zona subduksi menjadi sesar mendatar.
4.3MIGRASI TRIPLE JUNCTION
Triple junctionadalah titik pertemuan 3 buah lempeng tektonik. Karena ada 3 macam
perbatasan lempeng tektonik, yaitu palung samudera atau oceanic trench (disingkat dengan
simbol T), punggung samudera atau oceanic ridge (disingkat dengan simbol R), sesar
transform/mendatar atau transcurrent fault (disingkat dengan simbol F), maka dasar penulisan
jenis-jenis triple junctionn dibuat dengan kombinasi antara tiga huruf tersebut, yaitu: RRR,
TTT, FFF, RRT, RRF, TTR, TTF, FFR, FFT, dan RTF . Jadi, pada dasarnya ada 10 jenis
triple junction, namun jika arah penunjaman pada zona subduksi juga diperhitungkan, maka
ada 14 kemungkinan jenis triple junction.
Syarat adanya triple junction: ketiga vektor kecepatan yang menentukan arah gerakan
relatif lempeng-lempeng yang bersebelahan harus membentuk segitiga tertutup. Suatu triple
junction dikatakan stabil, jika gerakan relatif ketiga lempeng dan azimut batas-batas
lempengnya sedemikian rupa sehingga konfigurasinya tidak berubah terhadap waktu. Jika
suatu triple junction tidak stabil, maka geometri perbatasan lempengnya akan berubah terhadap
waktu sehingga eksistensinya hanya bersifat temporer (dalam skala waktu geologi).
Kestabilan suatu triple junctiondapat diuji dengan menggambarkannya pada diagramruang kecepatan. Apabila ketiga garis lokus (tempat kedudukan titik-titik triple junctionyang
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
47/89
47
dapat bergerak bebas sepanjang perbatasan antara dua lempeng. Jika ada garis lokus tersebut
bertemu pada satu titik, maka triple junctiontersebut adalah stabil.
1. Pengujian Kestabilan Triple Junction
Untuk memudahkan pemahaman tentang pengujian kestabilan triple junction, akan
dibahas dua buah contoh dengan jenis dan kasus yang berbeda, yaitu : 1.triple junctionjenis
RTF, 2.triple junctionjenis TTT. Selain diuji kestabilannya, apabila terbukti tidak stabil atau
stabil bersyarat, maka akan dibahas peluang-peluangnya agar menjadi stabil.
a). Pengujian Kestabilan Triple Junction RTF
Contoh triple junctionjenis RTF. Agar sistem ini stabil, lokus (tempat kedudukan) triplejunction harus dapat bermigrasi di sepanjang perbatasan antara pasangan-pasangan lempeng,
yaitu perbatasan antara lempeng A dan B, B dan C, serta C dan A.
Untuk memudahkan visualisai kondisi kestabilan triple junction, masing-masing
fenomena yang terjadi pada perbatasan setiap pasangan dua lempeng dianalisis secara terpisah.
Gambar memperlihatkan palung samudera (zona subduksi) yang merupakan perbatsan antara
lempengan A dan B. Dalam hal ini lempengan A menunjam ke bawah lempengan B pada arah
Timur Laut.
Gambar 4.5Triple Junction RTF
Diagram Fisik Diagram Ruang Kecepatan
Gambar 4.6 Diagram fisik dan ruang kecepatan pada perbatasan palung samudera
(lempeng A dan B)
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
48/89
48
Diagram di sebelah kiri diagram fisik, memperlihatkan fisik geometri triple junction di
lapangan. Diagram di sebelah kanan, memperlihatkan kecepatan gerakan relatif antara lempeng
A dan B di dalam ruang kecepatan. Arah garis AB menunjukkan arah vektor kecepatan gerakan
relatif antara lempeng A dan B, sedangkan panjang garis AB sebanding dengan besarnya
kecepatan relatif antara lempeng A dan B.
Garis putus-putus abmenunjukkan lokus (tempat kedudukan) titik-titik yang bergerak di
sepanjang zona subduksi. Jadi, garis ab adalah lokus triple junction yang stabil, maka titik B
harus terletak pada garis ab karena lempeng B bersifat menahan sehingga relatif tidak ada
gerakan. Fenomena yg terjadi pd perbatasan sesar mendatar antara lempeng B dan C
diperlihatkan pada gambar
Lempeng B bergeseran secara mendatar sepanjang sesar transform pada arah Barat
LautTenggara. Garis BC adalah vektor kecepatan gerakan relatif antara lempeng B dan C.
Lokus atau tempat kedudukan titik-titik yang bergerak bebas di sepanjang perbatasan sesar
mendatar digambarkan sebagai garis putus-putus bc. Jadi, garis bc adalah tempat kedudukan
triple junction yang stabil. Garis lokus bchrs berhimpit dengan vektor BC karena arah gerakan
relatif antara lempeng B dan C adalah sepanjang perbatasan sesar mendatar tersebut.
Diagram Fisik Diagram Ruang Kecepatan
Gambar 4.7 Diagram fisik dan ruang kecepatan pada perbatasan palung samudera (lempeng
B dan C)
Diagram Fisik Diagram Ruang Kecepatan
Gambar 4.8 Diagram fisik dan ruang keceppatan pada perbatasan palung samudera
(lempeng A dan C)
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
49/89
49
Untuk perbatasan punggung samudera, vektor kecepatan relatif AC adalah tegak lurus
terhadap perbatasan lempeng A dan C. Garis putus-putus ac yang sejajar punggung samudera
adalah lokus (tempat kedudukan) titik-titik yang bergerak di sepanjang punggung samudera.
Puncak punggung samudera harus melalui pertengahan vektor kecepatan CA karena proses
pemekaran punggung samudera simetris, lempeng A dan C masing-masing bergerak dengan
kecepatan setengah kecepatan relatif pemekaran. Penggambaran garis lokus dan vektor
kecepatan relatif untuk setiap jenis perbatasan lempeng tektonik sebagai berikut:
Tabel 1. Perbandingan Diagram Ruang Kecepatan Setiap Jenis Perbatasan Lempengan
Tektonik
Untuk mengetahui kestabilan triple junction jenis RTF tersebut, maka tiga diagram
ruang kecepatan tersebut dikombinasikan. Bila garis-garis lokus tersebut berpotongan pada
satu titik, maka triple junctionnya stabil. Pada kasus triple junctionjenis RTF tersebut (lihat
gambar), kestabilannya tercapai jika garis ab berhimpit dengan garis bc(zona subduksi dan
sesar mendatar berada pada satu garis lurus). Jadi triple junction jenis RTF termasuk dalam
kategori stabil bersyarat.
Secara umum triple junctionjenis RTF adalah tidak stabil (lihat gambar di bawah ini)
garis lokus ab, ac dan bc tidak bertemu pada satu titik.
Diagram Fisik Diagram Ruang Kecepatan
Gambar 4.9 Triple Junction RTF stabil bersyarat, yaitu jika palung samudera dan sesar transform
segaris
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
50/89
50
Cara lain untuk memperoleh kestabilan triple junction RTF yaitu menggeser secara
translasi garis ac sehingga melalui titik B. Kecepatan pemekaran samudera berkurang dan
kecepatan penunjaman lempeng A ke lempeng B berubah arah dan besarnya (vektor BVA
berubah). Konfigurasi diagram fisik triple junction tidak berubah yang berubah adalah vektor-
vektor kecepatan gerakan relatif lempeng. Diagram fisik dan diagram kecepatan triple junction
jenis RTF yang stabil bersyarat:
b). Pengujian Kestabilan Triple Junction TTT
Dari diagram fisik triple junction jenis TTT (Gambar kiri) dapat diperoleh diagram
ruang kecepatan (Gambar kanan). Tampak bahwa triple junction TTT tersebut tidak stabil
karena garis lokus ab, ac dan bc tidak bertemu pada satu titik.
Diagram Fisik Diagram Ruang Kecepatan
Gambar 4.10 Triple Junction RTF tidak stabil. Garis lokus ab, ac,bc tidak bertemu pada satu titik
Diagram Fisik Diagram Ruang
Kece atan
Diagram Fisik Diagram Ruang Kecepatan
Gambar 4.12 Triple Junction TTT yang diuji kestabilannya
Gambar 4.11 Triple Junction RTF stabil bersyarat garis lokus melewati titik B
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
51/89
51
Ada dua cara agar triple junctionjenis TTT tsb menjadi stabil.Cara pertama:garis
lokus ab dan ac dibuat menjadi satu garis lurus. Ini berarti diagram fisik triple junction tersebut
berubah sedemikian rupa sehingga perbatasan antara lempeng A terhadap lempeng B dan C
menjadi sepenuhnya lurus. Diagram fisik dan ruang kecepatan untuk triple junction TTT yang
stabil bersyarat tsb:
Cara kedua, jika arah kecepatan relatif lempeng C terhadap A (AVC) sejajar dengan
perbatasan antara lempeng B dan C. Dalam hal ini hanya ada perubahan vektor kecepatan gerak
relatif lempeng C terhadap A, tidak ada perubahan fisik konfigurasi triple junction.
2. Eksistensi dan Peranan Triple Junction
Pada masa gerakan lempengan tektonik di bumi saat ini ada 7 jenis triple junction yang
sudah terbukti eksistensinya dari hasil survei lapangan. Ketujuh jenis triple juction tersebut
adalah:
Diagram Fisik Diagram Ruang Kecepatan
Gambar 4.13 Triple Junction TTT stabil dengan syarat perbatasan antara lempeng A dan B
segaris dengan perbatasan lempeng A dan C
Diagram Fisik Diagram Ruang Kecepatan
Gambar 4.14 Triple Junction TTT stabil dengan syarat kecepatan lempeng C terhadap A sejajar
dengan perbatasan lempeng B dan C
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
52/89
52
1. RRR : Terletak di samudera Atlantik Selatan, di samudera India, dan di sebelah barat
kepulauan Galapagos di samudera Pasifik
2. TTT : Kepulauan Jepang bagian tengah
3. TTF : Lepas pantai Chile pada palung samudera Peru-Chile
4. TTR : Lepas pantai pulau Moresby, dan di bagian Barat Amerika Utara
5. RTF : Ujung Selatan teluk California
6. FFR : Padajunctionantara zona patahan Owen dengan punggung samudera Carlsberg.
7. FFT : Pada junctionantara sesar San Andreas dan zona patahan Mendocino di lepas
pantai barat Amerika Serikat
Pentingnya peranan triple junction terungkap dari hasil penelitian terhadap triple
junction Mendocino. Triple junction yang terletak di ujung utara sesar San Andreas ini
merupakan titik pertemuan lempeng-lempeng Juan de Fuca, Pasifik dan Amerika Utara (lihat
gambar). Triple junction ini adalah jenis FFT yg melibatkan sesar San Andreas, sesar transform
Mendocino, dan zona sub-duksi Cascade. Triple junction ini stabil dengan syarat sesar San
Andreas dan zona subduksi Cascade terletak pada satu garis lurus. Pada kenyataannya kedua
perbatasan lempeng ini tidak berada pada satu garis lurus. Jadi triple junction Mendocino
adalah tidak stabil.
Ketidakstabilan tersebut mengakibatkan triple junction Mendocino bermigrasi ke arah
Utara dan terjadi deformasi internal pada kerak benua di bagian Barat Amerika sepanjang zona
pelemahan sebelumnya. Hal ini menjelaskan berbagai fenomena geologi yang terjadi,
misalnya: rotasi searah jarum jam pada blok Sierra Nevada, perluasan regional dan gerakan ke
Timur sesar San Andreas. Geometri rinci tentang triple junction tersebut sangat penting
Gambar 4.15Triple Junction FFTMendocino yang tidak stabil yang
mempengaruhi dinamika geologi didaratan Amerika
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
53/89
53
peranannya dalam memahami evolusi regional Amerika Serikat bagian Barat. Banyak data
historis geologis di wilayah tersebut sekitar 30 juta tahun yang lalu dan berhubungan dengan
proses migrasi triple junction. Pengetahuan rinci tentang gerakan lempeng merupakan latar
belakang penting untuk menjelaskan struktur tersier di wilayah tersebut. Gerakan lempeng di
lepas pantai dapat mengakibatkan perubahan besar struktur geologi di daratan benua.
Contoh lain, yaitu sesar laut Mati. Sistem sesar ini mirip dengan San Andreas dimana
sesar ini merupakan perbatasan lempeng intrakontinental. Sesar ini merupakan perbatasan
antara lempeng Arabia dan Afrika memanjang ke arah Utara dari laut Merah sampai Anatolia
Timur. Sesar tersebut merupakan sesar mendatar sinistral dengan kecepatan slip rata-rata
sekitar 5 mm/tahun. Perbatasan lempeng yang berbentuk sesar mendatar tersebut terletak di
pinggiran benua, tetapi masih di dalam benua. Hal itu disebabkan karena tempat tersebut
merupakan bagian lempeng yang paling lemah.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
54/89
54
BAB 5
KEMAGNETAN PURBA DAN SIKLUS LEMPENG TEKTONIK
2.1Pendahuluan
Kemagnetan purba (paleomagnetism) adalah studi tentang medan magnetik
bumi pada masa lampau berdasarkan rekaman kemagnetan yang terdapat dalam batuan
yang mengalami magnetisasi. Batuan kerak yang berasal dari proses pembekuan
magma basaltik merekam orientasi medan magnetik yang ada pada saat proses
pembekuan batuan tersebut berlangsung. Dengan melakukan survey pengukuran
medan magnetik didalam batuan kerak samudera diberbagai tempat dan dengan
berbagai umur sampel batuan, maka dapat diketahui posisi kutub kemagnetan purba
pada berbagai tempat dan pada berbagai umur geologi. Dengan demikian, hasil survey
kemagnetan purba tersebut dapat digunakan untuk menggambarkan lintasan
pengembaraan kutub kemagnetan purba dan mengukur kecepatan gerakan relatif
lempeng tektonik pada masa lampau.
Hasil penelitian kemagnetan purba
juga menujukkan adanya pola
magnetik pada batuan dasar samudera
berupa pita-pita anomali yang
berselang-seling antara positif dan
negatif atau beganti-ganti antara
polaritas normal dan polaritas reversal
(terbalik). Dengan mengukur jarak
pita-pita anomali tersebut dari pusat pemekaran lantai samudera dan menentukan umur
batuan di tempat anomali yang bersangkutan, maka kecepatan gerakan pemekaran
samudera dapat dihitung.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
55/89
55
Dinamika lempeng tektonik yang meliputi proses pembentukan dasar samudera
baru, pemusnahan lempengan tua dan pergeseran mendatar antar lempengan merupakan
suatu siklus yang dikenal sebagai siklus Wilson yang terdiri dari enam tahap dan periode
ulangnya sekitar 500 juta tahun.
2.2Penentuan Posisi Kutub Kemagnetan Purba
Mineral silikat yang merupakan bagian terbesar pembentuk batuan kerak bumi
terdiri atas mineral paramagnetik (olicivine, pyroxene, gamet, amphibole) atau diamgnetik
(quatrz, feldspar) adalah bersifat tidak dapat memperoleh kemagnetan permanen. Namun
demikian, batuan yang sedikit mengandung mineral ferromagnetik (misalnya magnetite)
atau ferrimagnetik (misalnya hematite) atau besi-sulfida dapat memperoleh kemagnetan
permanen pada saat pembentukannya. Fosil kemagnetan didalam batuan disebut
kemagnetan remanen alami (natural remanent magnetis = NRM).
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
56/89
56
Bila suatu mineral dipanaskan hingga mencapai suhu diatas titik Curie-nya maka
akan kehilangan semua kemagnetannya. Bila batuan yang mengandung mineral magnetit
didinginkan hingga dibawah titik Curie-nya dalam lingkungan yang dipengaruhi oleh
medan magnetik, maka batuan tersebut akan memperoleh kemagnetan remanen termo
(TRM).
Setelah yakin bahwa kemagnetan yang ada dalam batuan adalah kemagnetan
remanen yang diperoleh selama proses pembekuannya, maka dapat dilakukan pengukuran
arah atau orientasi medan magnetik remanennya. Biasanya hasil pengukuran dinyatakan
dalam deklinasi (D) dan inklinasi (I). Deklinasi atau azimut magnetik adalah sudut antara
utara geografis dengan arah medan magnetik yang terekam dalam batuan tersebut. Inklinasi
adalah sudut antara arah horizontal dan arah medan magnetik (positif ke bawah).
Satuan kuat medan magnetik B dalam satuan internasional (SI) adalah tesla atau
weber/. Kuat medan magnetik komponen horizontal () dan vertikal () ialah := .= .sin
Selanjutnya komponen horizontal pada arah utara-selatan ()dan timur-barat () = . cos . cos = . cos . sin
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
57/89
57
Gambar 1. Orientasi vektor medan magnet bumi
dalam sistem koordinat kartesian (Y=utara,
X=timur, Z=bawah) sudut D=deklinasi dan sudut
I=inklinasi.
Secara pendekatan, medan magnetik bumi
dapat diasumsikan sebagai medan magnetik
dipole. Jika bumi diasumsikan berbentuk bola
dengan radius a, maka komponen horizontal dan
vertikal medan geomagnetik dipole dan padapermukaan bumi, dapat dinyatakan sebagai berikut :
= . 4.. sin= . 2.. cos
= permeabilitas magnetik udara = 4.107tesla.m/A= momen dipole (A.)= komplemen lintang geomagnetik
= 90-
dimana
= lintang geomagnetik dititik yang diukur kuat medannya
Dikutub utara geomagnetik (= 0, = 90) maka := 0
= ... (arah medan geomagnetik menuju ke dalam bumi)Di ekuator geomagnetik (= 90, = 0), maka :
= 0= . 4..
Sudut inklinasi medan geomagnetik dipole :
tan =Kuat medan magnetik total :
=+ Dengan mensubtitusi dan diperoleh :
= . 4.. 1 + 3
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
58/89
58
= . 4.. 1 + 3Saat ini sumbu geomagnetik tersebut membentuk sudut 11,5 terhadap sumbu
geografis bumi (sumbu rotasi bumi). Kutub geomagnetik adalah titik potong antara sumbu
dipole tersebut dengan permukaan bumi. Kutub geomagnetik utara terletak pada posisi
(79N,71W) dan kutub geomagnetik selatan terletak pada posisi (79N,109E).
2.3Anomali Magnetik dan Gerakan Lempengan Tektonik
Agar dapat memanfaatkan pengukuran medan magnetik untuk memperoleh
informasi tentang magnetisasi kerak samudera, hasil yang diperoleh dari hasil pengukuran
tersebut harus dikurangi dengan harga medan magnetik regional (misalnya IGRF). Sisanya
adalah anomali magnetik.
Peta anomali magnetik rinci yang pertama kali dipublikasikan pada tahun 1961
menunjukkan adanya pita-pita anomali magnetik yang berganti-ganti antara positif dan
negatif di sepanjang lepas pantai barat Amerika Utara. Pita-pita tersebut tidak pernah
dijumpai pada hasil survey di daratan. Dalam survey geomagnetik kelautan diperoleh hasil
pita-pita anomali magnetik yang memanjang sejajar dan simetris di kanan-kiri punggung
samudera serta tampak bergeser pada zona rekahan (facture zone). Lebar pita anomali
magnetik tersebut beberapa puluh kilometer dan harga kuat medannya 500 nT. Lebar pita
anomali magnetik ditentukan oleh kecepatan pemekaran dasar samudera dan lamanya
interval waktu pembalikan kutub magnetik bumi. Jadi pada saat medan magnetik bumi
berada pada polaritas normal (seperti saat ini), suatu blok batuan lempengan samudera akan
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
59/89
59
terbentuk dengan polaritas normal. Pada saat medan magnetik bumi berbalik polaritasnya,
maka akan terbentuk blok batuan baru dengan polaritas terbalik. Demikian seterusnya.
Untuk menentukan gerakan lempengan pada masa lampau, dibutuhkan data
kemagnetan purba dalam jumlah besar. Karena lithosfer samudera tertua adalah berasal
dari periode jurasik (sekitar 160 jua tahun yang lalu), maka anomali geomagnetik hanya
dapat digunakan untuk melacak gerakan lempengan lithosfer pada waktu tersebut. Data
magnetik benua dan data geologi lainnya dapat memberikan bukti gerakan lempengan
tektonik sebelum periode jurasik, tetapi data-data tersebut kurang lengkap dan lebih sulit
dijelaskan
2.4
Siklus Lempengan Tektonik
Berdasarkan hasil penelitian tentang gerakan lepengan tektonik hingga sekitar 250
juta tahun yang lalu, Wilson (1966) mengusulkan teorema bahwa pergerakan benua
merupakan suatu siklus, samudera mengalami proses pembukaan dan penutupan secra
periodik. Konsep ini dinamakan siklus Wilson, dan utamanya didasarkan atas pengamatan
proses pembukaan dan penutupan samudera Atlantik.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
60/89
60
a. Tahap Pertama
Siklus Wilson dimulai dengan retaknya suatu bagian benua yang lemah sehingga
menghasilkan zona retakan (continental drift). Ketika bagian benua ini terbelah akibat
adanya tegangan tarik, maka lembah retakan terbentuk (rift valley) mulai terbentuk.
Blok tengah lembah retakan yang disebut graben bergerak turun, sedangkan blok-blok
di samping kiri dan kanan graben adalah sesar normal. Pergeseran pada sesar normal
tersebut mengakibatkan perluasan horizontal ke samping kiri dan kanan graben.
Contoh lembah retakan yang yang dapat disaksikan saat ini adalah lembah retakan Rio
Grande di Afrika timur.
b. Tahap Kedua
Tahap ini adalah pembentukan punggung samudera atau pusat pemekaran dasarsamudera. Sesar normal yang menjadi batas-batas lembah retakan membentuk dasar
samudera baru. Proses ini terjadi karena batuan mantel panas yang sebagian besar
meleleh mengalir ke atas menembus lembah retakan kemudian membeku dan
membentuk kerak samudera baru. Contoh lautan saat ini yang berada pada tahap awal
pemekaran samudera baru adalah laut Merah.
c. Tahap Ketiga
Tahap ini terjadi ketika dasar samudera pada pinggiran benua tumbuh semakin tua.
Lempengan lithosfer ditempat itu semakin tebal dan semakin padat. Akhirnya lithosfer
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
61/89
61
menjadi tidak stabil sedemikian rupa sehingga bagian ini tenggelam dan terbentuklah
palung samudera serta proses subduksi mulai terjadi.
d. Tahap Keempat
Proses tumbukan palung samudera semakin mendekasi salah satu pinggiran benua,
yaitu dekat kerak samudera yang paling tua, paling dingin dan tidak stabil. Ketika
cekungan samudera di dekat benua semakin tua, bagian ini terus menunjam ke bawah
benua. Proses penunjaman ini tidak merata sehingga ada diferensiasi penunjaman yang
mengakibatkan terjadinya sesar normal pada perbatasan benua. Sesar normal ini terjadi
pada zona-zona yang lemah sehingga berperanan dalam pembentukan palung samudera
yang baru.
e. Tahap Kelima
Tahap ini terjadi jika kecepatan penunjaman lebih besar daripada kecepatan dasar
samudera sehingga ukuran samudera semakin berkurang. Akhirnya punggung
samudera itu sendiri mengalami penunjaman. Contoh yang terjadi saat ini adalah
penunjaman punggung samudera di Pantai barat Amerika Utara. Sisa-sisa punggung
samudera Juan de Fuca dan lempengan Pasifik. Bagian utara punggung samudera
tersebut menunjam ke bawah palung samudera Aleutian.
f. Tahap Keenam
Setelah proses penunjaman punggung samudera berakhir maka lempengan samudera
yang tersisa juga akan menunjam. Sehingga akhirnya terjadi tumbukan antar lempeng
benua. Ini merupakan mekanisme utama terjadinya pembentukan pegunungan lipatan.
Saat ini proses tumbukan benua terjadi pada sebagian besar perbatasan bagian selatan
lempengan Eurasia. Proses pembentukan pegunungan yang disebabkan oleh tumbukan
benua disebut proses orogenesis. Contoh hasil proses orogenesis yang terkenal adalah
pegunungan Alpen (tumbukan antara lempengan benua Eurasia dan Afrika) dan
pegunungan Himalaya (tumbukan antara lempengan benua Eurasia dan India).
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
62/89
62
BAB 6
GERAKAN ABSOLUT DAN GAYAGAYA PADA LEMPENGAN TEKTONIK
6.1Gerakan Absolut Lempeng Tektonik
Gerakan absolut suatu lempeng sebenarnya adalah suatu gerakan relatif terhadap
sebuah titik tetap imajiner. Mengacu kepada gerakan mantel bawah bumi yang jauh lebih
lambat daripada gerakan lempeng tektonik dalam hal ini ialah hotspot Hotspot adalah salah
satu bentuk aktivitas vulkanik intra- lempengan. Komposisi kimiawi material yang dierupsikan
berbeda dengan yang dihasilkan oleh aktivitas vulkanik pada perbatasan lempeng. Deretan
pulau - pulau vulkanik biasanya membentuk suatu garis lurus atau lengkung yang disebut
sebagai rantai pulau pulau vulkanik. Rantai pulau pulau tersebut terbentuk pada saat
lempeng lithosfer bergerak diatas hotspot.Hotspot diyakini sebagai mantle plume (semacam
cerobong magma dari inti luar bumi yang menembus mantel bumi dan lithosfer) terlihat pada
Gambar berikut ini.
Gambar 6.1Berbagai permodelan mantle plume: A sebagai sumber pusat pemekaran (spreading center), B dan
C sebagaisumber hotspot (Sumber:www.nature.com)
http://www.nature.com/http://www.nature.com/7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
63/89
63
Gambar 6.2Rantai pulau vulkanik: HawaiiEmperor (Sumber: uhh.hawaii.edu)
Lempeng pasifik yang bergerak relatif terhadap hotspot Hawaii-Emperor menjadi
lempeng acuan terhadap pergerakan lempeng disekitarnya. Hal ini dikarenakan gerakan relatif
antar lempeng yang berdekatan lebih akurat dari pada gerakan lempeng terhadap hotspot. Hal
tersebut disebabkan karena lebar jejak hotspot >100 km. Sedangkan lebar rata2sesar transform
aktif
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
64/89
64
Tabel 6.1Namanama hotspot
Dalam kerangka acuan hotspot, gerakan lempeng adalah relatif thd hotspotyg
diasumsikan sbg titik tetap di dlm mantel bawah.Jejak hotspottsb berupa rantai lurus
pulau2vulkanik atau gunung laut. Ini mrpk jejak lintasan hotspotthd lempeng lithosfer yg
melintas di atasnya. Sedangkan lintasan gerakan lempeng samudera thd hotspotdisebut grs
aliran (flow line). Akan tetapi grs aliran ini tidak meninggalkan jejak- jejak fisik yg dpt ditemui
di lapangan.
Gambar 4. menunjukkan perbedaan antara jejak hotspot dan garis aliran. Agar dapat
memanfaatkan jejak hotspot untuk menelusuri gerakan lempeng tektonik pd masa lampau,
perlu diketahui umur rantai pulau - pulau samudera dan rantai gununggunung laut seperti
yang telah diteliti di Hawaii.
Gambar 6.4Pergeseran lempeng tektonik relatif terhadap hotspot di daerah Hawaii-Emperor
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
65/89
65
Lempeng benua umumnya bergerak lebih lambat dari pada lempeng samudera.
lempeng yang lebih dari seperempat kelilingnya menunjam ke dalam zona subduksi, cenderung
bergerak lebih cepat dari pada lempeng yang hanya sebagian kecil menunjam ke dalam zona
subduksi.
Sumber ketidak-pastian dalam penentuan gerakan absolut lempeng adalah penentuan
gerakan jejak hotspot, asumsi tentang dinamika mantel dan gaya gaya penggerak lempeng.
Penelitian tentang gerakan absolut lempeng dapat tetap dikembangkan, meskipun ada beberapa
ketidak-pastian.
Lempeng Pasifik dan India bergerak cepat,
Lempeng Amerika Utara dan Selatan bergerak lambat,Lempeng Eurasia bergerak lebih lambat.
Secara keseluruhan, ukuran dimensi dan kecepatan absolut berbagai lempeng
tektonikdirangkum dlm Tabel 2. Sedangkan peta gerakan relatif global dapat dilihat pada
gambar 5.
Tabel 6.2 Ukuran Dimensidan Kecepatan Absolut Lempeng Tektonik
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
66/89
66
Gambar 6.5 Peta gerakan relatif lempenglempeng dunia
6.2GayaGaya Pada Lempengan Tektonik
Gaya yang searah dengan arah gerakan lempeng disebut gaya penggerak (bisa berupa
gaya dorong, gaya tarik atau gaya hisap) dan diberi simbol F (force). Sedangkan Gaya yang
berlawanan arah dengan gerakan lempeng dinamakan hambatan atau penghambat dan diberi
simbol R (resistance).
Gambar 6.6Gayagaya yang bekerja pada lempeng lithosfer.F= gaya penggerak,R= gaya penghambat
(Sumber: openlearn.open.ac.uk).
6.2.1 Gayagaya yang bekerja di bawah Lempeng Lithosfer
1. Gaya penggerak samudera (ocean driving force= FDO) adalah gaya yang mengakibatkan
lempeng lithosfer bergerak terbawa oleh gerakan asthenosfer yang lebih cepat. Gaya
penggerak samudera ini memfasilitasi bergeraknya lempeng samudera tersebut.
7/24/2019 MATERI GEODINAMIKA
67/89
67
2. Hambatan geser samudera (ocean drag resistance= RDO) adalah gaya hambat pada
permukaan bawah lempeng samudera, yang terjadi karena asthenosfer bergerak lebih
lambat dari atau berlawanan dengan gerakan lithosfer. Gaya hambatan geser samudera ini
menghambat gerakan lempeng samudera tersebut.3. Hambatan geser benua (continental drag resistance= RDC) adalah gaya penghambat pada
batas bawah lempengan benua adalah jumlah dari hambatan geser samudera dan hambatan
geser benua (RDO+RDC). Hambatan terhadap gerakan di bawah lempengan benua adalah
lebih besar dari pada yang di bawah lempengan samudera.
6.2.2 GayaGaya yang Bekerja pada Perbatasan Lempeng
1. Hambatan sesar transform (transform fault resistance= RTF).RTF adalah gayagaya di
sekitar punggung samudera, pada sesar transform tempat lempeng lempeng saling
bergesekan mendatar satu terhadap yang lain. Gaya tersebut merupakan penghambat
gerakan sehingga menghasilkan gempa-gempa dengan ukuran relatif kecil.
6.2.3 GayaGaya yang Bekerja pada Perbatasan Divergen
1. Gayadorong punggung samudera (ridgepush force= FRP) adalah gayagaya yang bekerja
di sekitar punggung samudera, tempat lempeng samudera mengalami gaya yang arahnya
menjauhi punggung samudera. Material panas yang bergerak ke atas (upwelling)
menimbulkan suatu efek apungan yang menghasilkan punggung samudera sehingga
menonjol dengan ketinggian 23 km dar
top related