Rangkuman Geologi dan Bumi

      GEOLOGI

     Geologi adalah studi tentang bumi termasuk material penyusunnya, perubahan fisika dan kimia yang terjadi di permukaan dan di dalamnya (bawah permukaan), sejarah planet dan pembentukannya.

 Material Penyusun Bumi

Gambar 1. Earth Radius (modified from Google Earth)

Radius bumi adalah 6370 Km. Sebagian besar bumi tersusun atas batuan-batuan. Batuan terbentuk atas mineral-mineral. Ahli-ahli Geologi mempelajari asal-usul, karakteristik, dan komposisi batuan dan mineral. Ahli-ahli Geologi juga mengeksplorasi sumber daya- sumber daya yang dibutuhkan dunia teknologi: bahan bakar fosil seperti batu bara, minyak bumi, dan gas alam; sumber daya mineral seperti logam; sand dan gravel, dan fertilizers. 

Gambar 2. Litosfer, hidrosfer, biosfer, dan atmosfer.

Sebagian besar bumi adalah batuan, dikelilingi oleh hidrosfer, biosfer, dan atmosfer. Hidrosfer termasuk air di sungai, tanah basah, danau, dan lautan, air di atmosfer, dan membeku di glasier,  termasuk air tanah yang terdapat pada tanah dan batuan di kedalaman kurang dari 2 Km.

Atmosfer adalah lapisan bumi yang tersusun atas gas-gas, sebagian besar adalah nitrogen dan oksigen. 99% terkonsentrasi 30 Km di permukaan bumi, tapi ada sedikit sekitar 10.000 Km di atas permukaan.

Gambar 3. A fossilised fish (Virtual Fossil Musseum)

Biosfer adalah zona tipis di dekat permukaan yang dihuni oleh kehidupan. Biosfer termasuk bagian bumi paling atas, hidrosfer, dan sedikit bagian atmosfer. Paleontologis adalah ahli geologi yang mempelajari evolusi dan sejarah kehidupan melalui penjelasan tentang fosil dan bukti yang terawetkan pada batuan dan sedimen. Fosil adalah sisa-sisa makhluk hidup yang telah membatu

Proses Permukaan

Gambar 5. Grand Canyon (Grand Canyon Association)

Proses permukaan adalah semua proses yang membentuk atau memahat permukaan bumi. Sebagian besar proses permukaan disebabkan oleh air meskipun angin, es, dan gravitasi juga memiliki peran yang signifikan.

      Uniformitarisme dan Katastropisme

James Hutton adalah seorang petani yang tinggal di Skotlandia akhir 1700-an. Meskipun dilatih sebagai seorang dokter, dia tidak pernah praktek pengobatan malah beralih ke Geologi. Hutton memformulasikan prinsip yang dikenal dengan Uniformitarisme. Prinsip ini menyatakan bahwa perubahan geologi terjadi dalam periode waktu yang sangat lama melalui urutan peristiwa yang hampir tidak terasa.  Hutton menduga proses geologi yang berlangsung sekarang juga berlangsung di masa lampau. Ide ini dikenal dengan The present is the key to the past.

William Whewell yang juga seorang ahli geologi mengatakan perubahan geologi kadang-kadang berlangsung sangat cepat. Dia menulis bahwa geologi masa lampau bisa jadi mengalami kala serangan hebat dan bencana (catastropic), yang terjadi antara periode tenang.

Saat ini, ahli-ahli geologi tahu bahwa Uniformitarisme-nya Hutton dan Katatropisme-nya Whewell keduanya benar. Pada saat waktu geologi yang lama dan lambat, proses uniformitarisme adalah signifikan terjadi tapi mustahil peristiwa katatropis yang sangat radikal berlangsung pada perubahan yang lambat.

      

      Waktu Geologi

Pada pertengahan 1600-an, Archbishop James Ussher menghitung umur bumi di buku Genesis in the Old Testament. Dia menyimpulkan bahwa peristiwa pembentukan terjadi pada siang hari tanggal 23 Oktober 4004 sebelum masehi. Saat ini ahli-ahli geologi memperkirakan usia bumi sekitar 4.6 juta tahun. Ahli-ahli geologi membagi sejarah Bumi ke dalam unit-unit yang terpajang dalam Skala Waktu Geologi.

Gambar 6. Geologic Time Scale (The Geological Society of America)

      BUMI

Awal Tata Surya

Hipotesis asal usul tata surya berdasarkan perhitungan perilaku debu dan gas di jagad raya dan observasi bintang-bintang dan awan debu di galaksi. Hipotesis menyatakan bahwa sekitar 5 miliar tahun lalu materi yang membentuk Tata Surya kita adalah awan besar, menyebar, dan beku dari debu dan gas yang berotasi lambat di jagad raya. Awan ini terbentuk dari materi yang dikeluarkan dari bintang yang meledak. Lebih dari 99%awan terdiri dari Hidrogen dan Helium. Temperatur awan -270⁰C. Atraksi gravitasi yang kecil menjadikan partikel  debu dan gas membentuk bola. Ketika proses kondensasi berlanjut, awan berotasi lebih cepat dan bola berubah bentuk menjadi cakram.

 Gambar 7. Formation of The Solar System (Thompson and Turk, 1997)

Lebih dari 90% materi di awan runtuh ke pusat cakram di bawah pengaruh gravitasi dan membentuk protosun (bayi Matahari). Panas dari protosun menghangatkan bagian dalam cakram. Setelah keruntuhan gravitasi hampir selesai, cakram mendingin. Gas-gas di bagian luar cakram memadat membentuk agregat-agregat kecil. Perkembangan ini berlangsung hingga sejumlah bola-bola batuan kecil yang disebut planetesimal terbentuk dengan diameter kecil hingga sekitar 100 Km. Proses dari cakram hingga menjadi planetesimal. Planetesimal-pnaletesimal kemudian bergabung membentuk beberapa planet besar termasuk Bumi.

Pada waktu yang saat planet terbentuk, atraksi gravitasi mendorong masuk gas dalam protosun. Menciptakan tekanan dan temperatur yang tinggi. Inti Bumi menjadi sangat panas di mana nuclei hidrogen bergabung membentuk nucleus dari unsur-unsur yang berat yaitu helium. Proses ini disebut fusi nuklir. Fusi nukli membebaskan energi yang sangat banyak. Fusi nuklir menandakan lahirnya Matahari, yang terus menghasilkan energi melalui fusi hidrogen.

Modern Tata Surya

Gambar 8. Schematic of The Solar System (NASA/JPL)

Panas dari Matahari memanaskan Hidrogen, Helium, dan unsur-unsur terang lainnya jauh dari bagian dalam Tata Surya. Hasilnya empat planet yang sangat dekat dengan Matahari terutama tersusun atas batuan dan logam pada pusatnya. Empat planet ini yaitu Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars disebut sebagai planet-planet Terrestrial karena memiliki sifat seperti Bumi. Empat planet lainnya tersusun atas liquid dan gas dengan sedikit batuan dan inti logam. Empat planet ini yaitu Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus disebut planet-planet Jovian.

Evolusi Bumi Modern

Saintis setuju bahwa Bumi dibentuk oleh akresi partikel-partikel kecil. Saintis juga setuju bahwa Bumi modern berlapis-lapis. Pusat Bumi tebal dan inti yang panas tersusun atas besi dan nikel. Mantel yang tipis tersusun terutama oleh batuan padat mengelilingi inti dan merupakan 80% dari volume Bumi. Kerak adalah lapisan tipis di permukaan juga tersusun atas batuan.

Gambar 9. Internal Structure of The Earth

Temperatur dan tekanan bumi meningkat berdasarkan pertambahan kedalaman. 10 meter di bawah permukaan tanah dan batuan, dingin saat di sentuh. Pada kedalaman 100 – 350 Km, batuan pada mantel sangat panas di mana satu sampai dua persen meleleh oleh karena itu seluruh bagian mantel mengalir sangat lambat. Inti luar tersusun atas logam yang meleleh sedangkan bagian inti dalam bersifat solid karena berada di bawah tekanan yang intens.

      PERUBAHAN GEOLOGI DAN LINGKUNGAN

Lingkungan permukaan bumi berubah frekuentif dan dramatis dalam sejarah yang panjang. Komposisi amosfer dan iklim berubah. Glacier menutupi bagian benua yang luas lalu mencair dan meningkalkan tanah yang tertutup oleh rawa tropis atau gurun yang sangat panas. Erupsi gunungapi dan serang meteorit terjadi. Banyak saintis mengatakan peristiwa-peristiwa ini terjadi karena bencana global yang menghasilkan kepunahan spesies di bumi.

Banyak proses-proses geologi menjadikan manusia dalam bahaya. Erupsi gunungapi, gempabumi, banjir, longsor, membunuh manusia dan merusak kota. Aktivitas manusia juga menghasilkan bencana lingkungan yang membahayakan kesehatan. Ahli geologi dan geosaintis lainnya mencoba menganalisis resiko dan biaya dari bencana.

Penilaian resiko adalah penilaian bencana geologi dan imbasnya pada manusia serta implementasi kebijakannya berdasarkan analisis. Analisis biaya adalah membandingkan biaya dari pemecahan masalah dengan keuntungan moneter dari solusi.