Interior Bumi dan Seismologi

Gelombang Gempa sebagai Bukti Pelapisan Bumi

Bukti bahwa bumi TIDAK homogen diperoleh dari pola penjalaran gelombang gempa (seismik). Gelombang Badan (Body waves) terdiri dari dua jenis. Gelombang Primer (P-wave) dapat merambat pada semua medium (padat, cair, gas) dan merupakan gelombang kompresional, yang menyebabkan partikel bergerak searah dengan arah rambat gelombang. Kecepatannya berubah ketika memasuki medium dengan fase atau komposisi yang berbeda. Sementara itu, Gelombang Sekunder (S-wave) hanya merambat pada medium padat dan merupakan gelombang geser (shear wave), menyebabkan partikel bergerak tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. S-wave membutuhkan medium yang kaku (rigid) untuk merambat dan akan menghilang ketika memasuki medium cair atau semi-cair.

Zona Bayangan (shadow zone) adalah area pada permukaan bumi yang TIDAK menerima gelombang tertentu akibat refraksi dan penyerapan oleh lapisan-lapisan bumi. Ketiadaan S-wave pada sudut lebih dari 103^\circ secara khusus menegaskan adanya lapisan cair, yaitu inti luar, yang sepenuhnya menyerap S-wave. Selanjutnya, reduksi atau seleksi P-wave pada sudut 103^\circ-142^\circ menunjukkan refraksi kuat di inti luar cair, yang membengkokkan jalur P-wave. Kesimpulannya, bumi memiliki lapisan dengan fase dan komposisi berbeda yang secara signifikan mengubah atau menahan gelombang seismik.

Kerak Bumi

Kerak Bumi adalah lapisan terluar bumi yang bersifat kaku (rigid) tetapi rapuh. Sifat rapuhnya menyebabkan kerak mudah pecah dan menjadi sumber patahan serta gempa kerak dangkal. Terdapat dua tipe utama kerak: Kerak Benua dan Kerak Samudera. Kerak Benua memiliki ketebalan rata-rata 35-40\,\text{km}, namun dapat mencapai 60-70\,\text{km} di bawah pegunungan. Umurnya sangat tua, lebih dari 1500\,\text{juta tahun}, dan umumnya terdiri dari batuan seperti granit, gneis, dan sekis. Kerapatan rata-ratanya ringan, yaitu 2.6\,\text{g/cm}^3, dengan komposisi asam–granitik yang kaya akan \text{Si} dan \text{Al} (sering disebut SIAL). Kecepatan Gelombang P di kerak benua sekitar 6\,\text{km/s}.

Sebaliknya, Kerak Samudera memiliki ketebalan rata-rata yang lebih tipis, yaitu 6-10\,\text{km}. Umurnya relatif muda, kurang dari 200\,\text{juta tahun}, karena terus-menerus terbentuk di punggungan tengah samudra dan didominasi oleh batuan seperti basal dan gabro. Kerapatannya lebih besar dari kerak benua, rata-rata 3.0\,\text{g/cm}^3. Komposisinya basa–basaltik, kaya akan \text{Fe} dan \text{Mg} (sering disebut SIMA), dengan kecepatan Gelombang P sekitar 7\,\text{km/s}.

Mantel Bumi (Selubung / Mesosfer)

Mantel Bumi, atau Selubung/Mesosfer, menempati sekitar 80\% dari volume bumi dan 2/3 dari total massanya, membentang dari Moho hingga kedalaman 2900\,\text{km}. Komposisinya dominan silikat yang kaya akan \text{Fe} dan \text{Mg}, terutama terdiri dari mineral olivin dan piroksen. Suhu di mantel meningkat secara drastis hingga mencapai 5000^\circ\text{C} di dekat inti, memicu arus konveksi. Arus konveksi ini merupakan mekanisme utama transfer panas dan menjadi motor penggerak pergerakan lempeng tektonik. Kecepatan Gelombang P di mantel atas sekitar 8\,\text{km/s}, yang menunjukkan perbedaan jelas dari kerak. Di mantel juga terdapat zona khusus seperti Astenosfer, yang merupakan bagian mantel atas yang bersifat plastis atau kental. Astenosfer berperan sebagai ‘bantalan’ bagi litosfer yang bergerak, memungkinkan pergerakan lempeng tektonik di atasnya. Batas antara mantel dan inti luar adalah Bidang Diskontinuitas Gutenberg, tempat terjadi perubahan drastis sifat material dan hilangnya S-wave.

Inti Bumi

Inti Bumi terbagi menjadi dua bagian, berdasarkan analisis gelombang P dan S. Inti Luar (Outer Core) berada dalam fase cair (semi-molten) dengan komposisi dominan besi dan nikel. Sifat cairnya ini menjadi penyebab hilangnya S-wave setelah melintas pada sudut 103^\circ. Aliran turbulen konduktif dari besi cair ini, yang dipengaruhi oleh rotasi Bumi (efek Coriolis), menghasilkan medan magnet bumi, sebuah proses yang dikenal sebagai geodynamo. Inti Dalam (Inner Core), di sisi lain, berada dalam fase padat meskipun suhunya sangat tinggi (mencapai ribuan derajat Celsius). Ini disebabkan oleh tekanan ekstrem yang mencapai sekitar 3.6\,\text{juta atmosfer}. Inti dalam dibatasi oleh Bidang Lehmann.

Ukuran dan proporsi inti secara keseluruhan adalah sekitar 15\% dari total volume bumi dan sekitar 1/3 dari total massa bumi. Suhu di pusat bumi, pada kedalaman 6371\,\text{km}, diperkirakan mencapai sekitar 6200^\circ\text{C}, melebihi suhu permukaan Matahari. Komposisi dominannya adalah besi (Fe) dan paduan nikel (Ni), dengan sejumlah kecil elemen ringan seperti Sulfur (S), Oksigen (O), dan Silikon (Si). Bukti komposisi ini diperkuat dengan analogi terhadap meteorit, yang mana meteorit besi menunjukkan kemiripan komposisi dengan inti bumi.

Bukti Meteorit & Relevansi Geologi

Ada dua jenis meteorit yang kerap jatuh di bumi yang memberikan bukti relevan mengenai komposisi internal bumi. Meteorit berbatu, yang dominan silikat, dianalogikan dengan komposisi kerak dan mantel bumi. Sementara itu, meteorit besi atau nikel-iron alloy, dianalogikan dengan komposisi inti bumi. Kemiripan komposisi ini memperkuat argumen bahwa kerak dan mantel bumi kaya akan silikat, sedangkan inti kaya akan besi dan nikel. Selain itu, medan magnet bumi yang dihasilkan dari inti memiliki peran praktis yang sangat penting, yaitu melindungi permukaan bumi dari radiasi kosmik yang berbahaya dan juga berfungsi sebagai penentu navigasi (kompas).

Implikasi & Keterkaitan Tektonik

Keterkaitan fenomena geologi dengan struktur dalam bumi sangat erat. Arus konveksi di mantel yang dikombinasikan dengan sifat plastisnya astenosfer menjadi pemicu utama pergerakan lempeng tektonik. Pergerakan lempeng ini pada gilirannya menyebabkan berbagai fenomena geologi seperti gempa bumi, aktivitas gunung api, dan pembentukan pegunungan. Oleh karena itu, pemahaman mendalam tentang interior bumi menjadi krusial untuk beberapa tujuan penting. Ini termasuk mitigasi bencana gempa bumi dan tsunami, terutama di zona subduksi, serta eksplorasi sumber daya alam seperti minyak, mineral, dan energi geotermal. Lebih lanjut, pemahaman ini juga esensial untuk studi evolusi planet dan dinamika medan magnet bumi.

Ringkasan Angka Penting

Beberapa angka penting yang berkaitan dengan struktur bumi adalah sebagai berikut. Ketebalan kerak benua berkisar antara 35-70\,\text{km}, sedangkan kerak samudera lebih tipis, yaitu 6-10\,\text{km}. Mantel memiliki ketebalan sekitar 2900\,\text{km}. Jari-jari total bumi adalah sekitar 6371\,\text{km}. Kecepatan Gelombang P bervariasi: di kerak benua sekitar 6\,\text{km/s}, di kerak samudera sekitar 7\,\text{km/s}, dan di mantel atas mencapai sekitar 8\,\text{km/s}. Mengenai suhu, mantel dapat mencapai hingga 5000^\circ\text{C}, dan inti tengah diperkirakan bersuhu sekitar 6200^\circ\text{C}. Dari segi kerapatan, kerak benua memiliki kerapatan sekitar 2.6\,\text{g/cm}^3, dan kerak samudera memiliki kerapatan sekitar 3.0\,\text{g/cm}^3.

Kaitan dengan Olimpiade Sains Nasional (OSN) Geografi

Materi seismologi dan struktur interior bumi seringkali muncul dalam soal-soal Olimpiade Sains Nasional (OSN) Geografi, khususnya dalam bentuk interpretasi grafik travel-time gelombang P dan S untuk menganalisis struktur bumi.