Struktur Lapisan Bumi dan Material Pembentuknya

Bumi telah terbentuk sekitar 4,6 milyar tahun yang  lalu. Bumi merupakan planet dengan urutan ketiga dari delapan planet yang dekat dengan  matahari. Jarak bumi dengan matahari sekitar 150 juta km, berbentuk bulat dengan radius ± 6.370 km.  Bumi merupakan satu-satunya planet yang dapat dihuni oleh berbagai jenis mahluk hidup.  Permukaan bumi terdiri dari daratan dan lautan. Secara struktur, lapisan bumi dibagi menjadi tiga bagian, yaitu sebagai berikut :

1. Kerak bumi (crush) merupakan kulit bumi bagian luar (permukaan bumi).  Tebal lapisan kerak bumi mencapai 70 km dan merupakan lapisan batuan yang terdiri dari batu-batuan basa dan masam.  Lapisan ini menjadi tempat tinggal bagi seluruh mahluk hidup.  Suhu di bagian bawah kerak bumi mencapai 1.100 ^oC.  Lapisan kerak bumi dan bagian di bawahnya hingga kedalaman 100 km dinamakan litosfer.

1. Selimut atau selubung (mantle) merupakan lapisan yang terletak di bawah lapisan kerak bumi.  Tabal selimut bumi mencapai 2.900 km, mencakup sekitar 80% total isi bumi, dan merupakan lapisan batuan padat.  Suhu di bagian bawah selimut bumi mencapai 3.000 ^oC.

Berdasarkan konstruksi kimia atau materialnya, mantel bumi dibedakan sebagai berikut.

1. Mantel luar, jauh lebih tipis dari mantel dalam. Mantel luar berada sekitar 10-300 km di bawah permukaan bumi. Temperaturnya sekitar 1.400-3.000⁰C dan berat jenisnya 3,4-4,3 g/cm³.
2. Mantel dalam, berada diantara 300-2.890 km di bawah permukaan bumi. Temperaturnya sekitar 3.000⁰C. Batuannya tidak selalu cair karena tekanan yang tinggi. Berat jenisnya 4,3-5,4 g/cm³.

Berdasarkan arus atau gerakan lapisannya, mantel bumi dibedaka menjadi litosfer dan astenosfer. Astenosfer adalah bagian cair yang liat dari mantel luar. Litosfer adalah bagian kental dari kerak dan mantel luar. Litosfer mengapung di atas astenosfer, seperti halnya es di atas air.

1. Inti bumi (core), yang terdiri dari material cair, dengan penyusun utama logam  besi (90%), nikel (8%), dan lain-lain yang terdapat  pada kedalaman 2900 – 5200 km.  Lapisan ini dibedakan menjadi lapisan inti luar dan lapisan inti dalam.
   1. Inti luar

Berada di kedalaman sekitar 2.890-5.150 km di bawah permukaan bumi. Ketebalan inti sekitar 2.200 km. Inti tersusun dari unsur utama besi, sedikit nikel, serta sekitar 10% sulfur dan oksigen. Inti luar begitu panas sehingga material logamnya mencair. Temperatur nagian inti luar sekitar 4.000-5.000⁰C. Berat jenisnya antara 10-12 gr/cm³.

1. Inti dalam

Berada 5.150-6.370 km di bawah permukaan bumi. Inti dalam yang menjadi pusat bumi bersifat padat dan ketebalannya sekitar 1.250 km. Inti dalam tersusun dari unsur utama besi, nikel, dan unsur ringan seperti sulfur, karbon, oksigen, silikon, dan potasium. Temperatur bagian inti dalam sekitar 5.000-6.000⁰C. Tekanan yang sangat kuat menyebabkan inti bumi bersifat padat meskipun temperaturnya sangat panas. Berat jenis inti dalam sekitar 15 gr/cm³. Perputaran bumi menyebabkan inti luar berputar mengelilingi inti dalam dan bumi menjadi magnetis.
Berdasarkan susunan kimianya, bumi dapat dibagi menjadi empat bagian, yakni bagian padat (lithosfer) yang terdiri dari tanah dan batuan; bagian cair (hidrosfer) yang terdiri dari berbagai bentuk ekosistem perairan seperti laut, danau dan sungai; bagian udara (atmosfer) yang menyelimuti seluruh permukaan bumi serta bagian yang ditempati oleh berbagai jenis organisme (biosfer).
Keempat komponen tersebut berinteraksi secara aktif satu sama lain, misalnya dalam siklus biogeokimia dari berbagai unsur kimia yang ada di bumi, proses transfer panas dan perpindahan materi padat.

1. A.      ATMOSFER

Atmosfer adalah lapisan udara yang menyelimuti bumi secara menyeluruh dengan ketebalan lebih dari 650 km.  Gerakan udara dalam atmosfer terjadi terutama karena adanya pengaruh pemanasan sinar matahari serta perputaran bumi.  Perputaran bumi ini akan mengakibatkan bergeraknya masa udara, sehingga terjadilah perbedaan tekanan udara di berbagai tempat di dalam atmosfer yang dapat menimbulkan arus angin.
B.  HIDROSFER
 Air adalah senyawa gabungan dua atom hidrogen dengan satu atom oksigen menjadi H₂O.  Sekitar 71% permukaan bumi merupakan wilayah perairan.  Lapisan air yang menyelimuti permukaan bumi  disebut hidrosfer.
C.  LITHOSFER
Lithosfer berasal dari bahasa yunani yaitu lithos artinya batuan, dan sphera artinya lapisan. Lithosfer merupakan lapisan kerak bumi yang paling luar dan terdiri atas batuan dengan ketebalan rata-rata 1200 km.  Lithosfer adalah lapisan kulit bumi paling luar yang berupa batuan padat.  Lithosfer tersusun dalam dua lapisan, yaitu kerak dan selubung, yang tebalnya 50 – 100 km.  Lithosfer merupakan lempeng yang bergerak sehingga dapat menimbulkan pergeseran benua.
Lithosfer memegang peranan penting dalam kehidupan tumbuhan.  Tanah terbentuk apabila batu-batuan di permukaan litosfer mengalami degradasi, erosi maupun proses fisika lainnya menjadi batuan kecil sampai pasir.  Selanjutnya bagian ini bercampur dengan hasil pemasukan komponen organis mahluk hidup yang kemudian membentuk tanah yang dapat digunakan sebagai tempat hidup organisme.
Tanah merupakan sumber berbagai jenis mineral bagi mahluk hidup.  Dalam wujud aslinya, mineral-mineral ini berupa batu-batuan yang treletak berlapis di permukaan bumi.  Melalui proses erosi mineral-mineral yang menjadi usmber makanan mahluk hidup ini seringkali terbawa oleh aliran sungai ke laut dan terdeposit di dasar laut.
Lithosfer terdiri dari dua bagian utama, yaitu :
1.    Lapisan sial yaitu lapisan kulit bumi yang tersusun atas logam silisium dan alumunium, senyawanya dalam bentuk SiO₂ dan Al₂O₃. Pada lapisan sial (silisium dan alumunium) ini antara lain terdapat batuan sedimen, granit andesit jenis-jenis batuan metamor, dan batuan lain yang terdapat di daratan benua. Lapisan sial dinamakan juga lapisan kerak, bersifat padat dan batu bertebaran rata-rata 35 km.  Kerak bumi ini terbagi menjadi dua bagian yaitu :
a.     Kerak benua, kerak bumi paling tebal yang berada di bawah benua dengan ketebalan 30-40 km dan ketebalan maksimum 70 km. Umurnya lebih tua dari kerak samudra dengan batuan berumur 3,8 miliar tahun. Tersusun atas batuan induk dan terbagi atas dua lapisan, dengan bagian atas dari batuan granit dan bagian bawah dari batuan basal dan diorit. Berat jenis sekitar 2,7 gram/cm³.
b.    Kerak samudera, berada di bawah samudra dengan ketebalan sekitar 6-11 km. Umurnya sangat muda dibanding kerak benua dengan umur tidak lebih dari 200 juta tahun. Material pembentuk sebagian besar batuan basal, yang berwarna gelap, halus, berpasir, dan lebih berat. Kerak samudra terbentuk dari lava sangat cair yang mendingin cepat. Berat jenisnya sekitar 3 gram/cm³.

2.    Lapisan sima (silisium magnesium) yaitu lapisan kulit bumi yang tersusun oleh logam logam silisium dan magnesium dalam bentuk senyawa Si O2 dan Mg O lapisan ini mempunyai berat jenis yang lebih besar dari pada lapisan sial karena mengandung besi dan magnesium yaitu mineral ferro magnesium dan batuan basalt. Lapisan merupakan bahan yang bersipat elastis dan mepunyai ketebalan rata rata 65 km .
  
Lithosfer merupakan bagian bumi yang langsung berpengaruh terhadap kehidupan dan memiliki manfaat yang sangat besar bagi kehidupan di bumi. Lithosfer bagian atas merupakan tempat hidup bagi manusia, hewan dan tanaman.
Manusia melakukan aktifitas di atas lithosfer.  Selanjutnya lithosfer bagian bawah mengandung bahan bahan mineral yang sangat bermanfaat bagi manusia. Bahan bahan mineral atau tambang yang berasal dari lithosfer bagian bawah diantaranya minyak bumi dan gas, emas, batu bara, besi, nikel dan timah.
D.    Biosfer
Biosfer merupakan sistem kehidupan paling besar karena terdiri dari gabungan ekosistem yang ada di planet bumi.  Sistem ini mencakup semua mahluk hidup yang berinteraksi dengan lingkungannya sebagai kesatuan utuh.

BATUAN PEMBENTUK KERAK BUMI

1. 1.         BATUAN BEKU

Batuan yang terbentuk dari proses pembekuan/pengkristalan magma dalam perjalanannya menuju permukaan bumi, termasuk hasil aktivitas gunungapi.

1. Batuan Beku Dalam                         = batuan plutonik, batuan yg membeku jauh di bawah permukaan bumi, contoh: granit
2. Batuan Beku Korok/Gang             = batuan intrusif / hipabisal, batuan yg membeku sebelum sampai ke permukaan bumi, contoh: granit porfir
3. Batuan Beku Luar/Leleran            = batuan ekstrusif / efusif, batuan yg membeku di permukaan bumi, contoh: batuan vulkanis

2. BATUAN SEDIMEN/ENDAPAN

Batuan sedimen adalah batuan yang terbentuk karena adanya proses pengendapan (sedimentasi). Butir-bitir batuan sedimen berasal dari berbagai macam batuan melalui proses pelapukan, baik pelapukan oleh angin maupun air. Butiran-butiran hasil pelapukan atau pengikisan tersebut mengnedap secara berlapis yang makin lama makin tebal dan padat. Padatnya lapisan itu disebabkan adanya tekanan atau beban yang terlalu berat. Tekanan yang terlalu lama membentuk agregat batuan yang padat. Karena pemadatan dan sedimentasi itulah endapan-endapan berangsur-angsur berubah menjadi batuan sedimen.
Penamaan batuan sedimen biasanya berdasarkan besar butir penyusun batuan tersebut Penamaan tersebut adalah: breksi, konglomerat, batupasir, batu lempung

• Breksi adalah batuan sedimen dengan ukuran butir lebih besar dari 2 mm dengan bentuk butitan yang bersudut
• Konglomerat adalah batuan sedimen dengan ukuran butir lebih besar dari 2 mm dengan bentuk butiran yang membudar
• Batu pasir adalah batuan sedimen dengan ukuran butir antara 2 mm sampai 1/16 mm
• Batu lanau adalah batuan sedimen dengan ukuran butir antara 1/16 mm sampai 1/256 mm
• Batu lempung adalah batuan sedimen dengan ukuran butir lebih kecil dari 1/256 mm

Batuan sedimen dibedakan menjadi tiga kelompok, yaitu menurut tenaga yang mengendapkan, tempat pengendapan, dan cara pengendapan.
a). Menurut Tenaga yang Mengendapkannya
1) Batuan Sedimen Akuatis, yaitu batuan sedimen yang berasal dari pengendapan butiran- butiran batuan oleh air sungai, danau, atau air hujan.
2) Batuan Sedimen Aerolis (Aeris), yaitu batuan sedimen yang berasal dari pengendapan butir-butir batuan oleh angin.
3) Batuan Sedimen Glasial, yaitu batuan sedimen yang berasal dari pengendapan butiran-butiran batuan oleh gletser.
b. Menurut Tempat Pengendapan
1) Batuan Sedimen Terestris, yaitu batuan sedimen yang di endapkan di darat.
2) Batuan Sedimen Marine, yaitu batuan sedimen yang diendapkan di laut.
3) Batuan Sedimen Limnis, yaitu batuan sedimen yang diendapkan di danau.
4) Batuan Sedimen Fluvial, yaitu batuan sedimen yang diendapkan di sungai
5) Batuan Sedimen Sedimen, yaitu batuan sedimen yang diendapkan di daerah-daerah yang terdapat es atau gletser.
c. Menurut Cara Pengendapannya
Batuan Sedimen Mekanis, yaitu batuan sedimen yang diendapkan secara mekanis  tanpa   mengubah susunaan kimianya. Sebuah pengamatan menunjukkan bahwa batuan kerikil ataun pasir merupakan potongan sederhana dari batuan dan mineral.

1. Batuan Sedimen Kimiawi, yaitu batuan sedimen yang diendapkan secara kimiawi. Pada proses pembentukan batuan ini terjadi perubahan susunan kimianya. Contohnya batu kapur.
2. Batuan Sedimen Organik, yaitu batuan sedimen yang diendapkan melalui kegiatan organik. Contohnya terumbu karang.
3. Batuan Sedimen Piroklastik, yaitu batuan sedimen hasil erupsi gunung api berupa abu/debu. Contohnya tufa

1. 3.         BATUAN METAMORF/MALIHAN

Batuan yang terbentuk dari proses perubahan batuan asal (batuan beku maupun sedimen), baik perubahan bentuk/struktur maupun susunan mineralnya akibat pengaruh tekanan dan/atau temperatur yang sangat tinggi, sehingga menjadi batuan yang baru.

1. Batuan Metamorf Kontak/Sentuh/Termal , yaitu batuan malihan akibat bersinggungan dengan magma, contoh: marmer, kuarsit, batu tanduk.

2. Batuan Metamorf Tekan/Dinamo/Kataklastik = batuan malihan akibat tekanan yang sangat tinggi, contoh: batusabak, sekis, filit
3. Batuan Metamorf Regional/Dinamo-Termal = batuan malihan akibat pengaruh tekanan dan temperatur yang sangat tinggi, contoh: genes, amfibolit, grafit

SIKLUS BATUAN
Sebelumnya kita sudah tahu bahwa di bumi ada tiga jenis batuan yaitu batuan beku, batuan sedimen, dan batuan metamorf. Ketiga batuan tersebut dapat berubah menjadi batuan metamorf tetapi ketiganya juga bisa berubah menjadi batuan lainnya. Semua batuan akan mengalami pelapukan dan erosi menjadi partikel-partikel atau pecahan-pecahan yang lebih kecil yang akhirnya juga bisa membentuk batuan sedimen. Batuan juga bisa melebur atau meleleh menjadi magma dan kemudian kembali menjadi batuan beku. Kesemuanya ini disebut siklus batuan atau Rock Cycle.
Semua batuan yang ada di permukaan bumi akan mengalami pelapukan. Penyebab pelapukan tersebut ada 3 macam:

1. Pelapukan secara fisika: perubahan suhu dari panas ke dingin akan membuat batuan mengalami perubahan. Hujan pun juga dapat membuat rekahan-rekahan yang ada di batuan menjadi berkembang sehingga proses-proses fisika tersebut dapat membuat batuan pecah menjadi bagian yang lebih kecil lagi.
2. Pelapukan secara kimia: beberapa jenis larutan kimia dapat bereaksi dengan batuan seperti contohnya larutan HCl akan bereaksi dengan batu gamping. Bahkan air pun dapat bereaksi melarutan beberapa jenis batuan. Salah satu contoh yang nyata adalah “hujan asam” yang sangat mempengaruhi terjadinya pelapukan secara kimia.
3. Pelapukan secara biologi: Selain pelapukan yang terjadi akibat proses fisikan dan kimia, salah satu pelapukan yang dapat terjadi adalah pelapukan secara biologi. Salah satu contohnya adalah pelapukan yang disebabkan oleh gangguan dari akar tanaman yang cukup besar. Akar-akar tanaman yang besar ini mampu membuat rekahan-rekahan di batuan dan akhirnya dapat memecah batuan menjadi bagian yang lebih kecil lagi.

Setelah batuan mengalami pelapukan, batuan-batuan tersebut akan pecah menjadi bagian yang lebih kecil lagi sehingga mudah untuk berpindah tempat. Berpindahnya tempat dari partikel-partikel kecil ini disebut erosi. Proses erosi ini dapat terjadi melalui beberapa cara:

1. Akibat grafitasi: akibat adanya grafitasi bumi maka pecahan batuan yang ada bisa langsung jatuh ke permukaan tanah atau menggelinding melalui tebing sampai akhirnya terkumpul di permukaan tanah.
2. Akibat air: air yang melewati pecahan-pecahan kecil batuan yang ada dapat mengangkut pecahan tersebut dari satu tempat ke tempat yang lain. Salah satu contoh yang dapat diamati dengan jelas adalah peranan sungai dalam mengangkut pecahan-pecahan batuan yang kecil ini.
3. Akibat angin: selain air, angin pun dapat mengangkut pecahan-pecahan batuan yang kecil ukurannya seperti halnya yang saat ini terjadi di daerah gurun.
4. Akibat glasier: sungai es atau yang sering disebut glasier seperti yang ada di Alaska sekarang juga mampu memindahkan pecahan-pecahan batuan yang ada.

Pecahan-pecahan batuan yang terbawa akibat erosi tidak dapat terbawa selamanya. Seperti halnya sungai akan bertemu laut, angin akan berkurang tiupannya, dan juga glasier akan meleleh. Akibat semua ini, maka pecahan batuan yang terbawa akan terendapkan. Proses ini yang sering disebut proses pengendapan. Selama proses pengendapan, pecahan batuan akan diendapkan secara berlapis dimana pecahan yang berat akan diendapkan terlebih dahulu baru kemudian diikuti pecahan yang lebih ringan dan seterusnya. Proses pengendapan ini akan membentuk perlapisan pada batuan yang sering kita lihat di batuan sedimen saat ini.
Pada saat perlapisan di batuan sedimen ini terbentuk, tekanan yang ada di perlapisan yang paling bawah akan bertambah akibat pertambahan beban di atasnya. Akibat pertambahan tekanan ini, air yang ada dalam lapisan-lapisan batuan akan tertekan sehingga keluar dari lapisan batuan yang ada. Proses ini sering disebut kompaksi. Pada saat yang bersamaan pula, partikel-partikel yang ada dalam lapisan mulai bersatu. Adanya semen seperti lempung, silika, atau kalsit diantara partikel-partikel yang ada membuat partikel tersebut menyatu membentuk batuan yang lebih keras. Proses ini sering disebut sementasi. Setelah proses kompaksi dan sementasi terjadi pada pecahan batuan yang ada, perlapisan sedimen yang ada sebelumnya berganti menjadi batuan sedimen yang berlapis-lapis. Batuan sedimen seperti batu pasir, batu lempung, dan batu gamping dapat dibedakan dari batuan lainnya melalui adanya perlapisan, butiran-butiran sedimen yang menjadi satu akibat adanya semen, dan juga adanya fosil yang ikut terendapkan saat pecahan batuan dan fosil mengalami proses erosi, kompaksi dan akhirnya tersementasikan bersama-sama.
Pada kerak bumi yang cukup dalam, tekanan dan suhu yang ada sangatlah tinggi. Kondisi tekanan dan suhu yang sangat tinggi seperti ini dapat mengubah mineral yang dalam batuan. Proses ini sering disebut proses metamorfisme. Semua batuan yang ada dapat mengalami proses metamorfisme. Tingkat proses metamorfisme yang terjadi tergantung dari:

1. Apakah batuan yang ada terkena efek tekanan dan atau suhu yang tinggi.
2. Apakah batuan tersebut mengalami perubahan bentuk.
3. Berapa lama batuan yang ada terkena tekanan dan suhu yang tinggi.

Dengan bertambahnya dalam suatu batuan dalam bumi, kemungkinan batuan yang ada melebur kembali menjadi magma sangatlah besar. Ini karena tekanan dan suhu yang sangat tinggi pada kedalaman yang sangat dalam. Akibat densitas dari magma yang terbentuk lebih kecil dari batuan sekitarnya, maka magma tersebut akan mencoba kembali ke permukaan menembus kerak bumi yang ada. Magma juga terbentuk di bawah kerak bumi yaitu di mantle bumi. Magma ini juga akan berusaha menerobos kerak bumi untuk kemudian berkumpul dengan magma yang sudah terbentuk sebelumnya dan selanjutnya berusaha menerobos kerak bumi untuk membentuk batuan beku baik itu plutonik ataupun vulkanik.
Kadang-kadang magma mampu menerobos sampai ke permukaan bumi melalui rekahan atau patahan yang ada di bumi. Pada saat magma mampu menembus permukaan bumi, maka kadang terbentuk ledakan atau sering disebut volcanic eruption. Proses ini sering disebut proses ekstrusif. Batuan yang terbentuk dari magma yang keluar ke permukaan disebut batuan beku ekstrusif. Basalt dan pumice (batu apung) adalah salah satu contoh batuan ekstrusif. Jenis batuan yang terbentuk akibat proses ini tergantung dari komposisi magma yang ada. Umumnya batuan beku ekstrusif memperlihatkan cirri-ciri berikut:

1. Butirannya sangatlah kecil. Ini disebabkan magma yang keluar ke permukaan bumi mengalami proses pendinginan yang sangat cepat sehingga mineral-mineral yang ada sebagai penyusun batuan tidak mempunyai banyak waktu untuk dapat berkembang.
2. Umumnya memperlihatkan adanya rongga-rongga yang terbentuk akibat gas yang terkandung dalam batuan atau yang sering disebut “gas bubble”.

Batuan yang meleleh akibat tekanan dan suhu yang sangat tinggi sering membentuk magma chamber dalam kerak bumi. Magma ini bercampur dengan magma yang terbentuk dari mantle. Karena letak magma chamber yang relatif dalam dan tidak mengalami proses ekstrusif, maka magma yang ada mengalami proses pendinginan yang relatif lambat dan membentuk kristal-kristal mineral yang akhirnya membentuk batuan beku intrusif. Batuan beku intrusif dapat tersingkap di permukaan membentuk pluton. Salah satu jenis pluton terbesar yang tersingkap dengan jelas adalah batholit seperti yang ada di Sierra Nevada – USA yang merupakan batholit granit yang sangat besar. Gabbro juga salah satu contoh batuan intrusif. Jenis batuan yang terbentuk akibat proses ini tergantung dari komposisi magma yang ada. Umumnya batuan beku intrusif memperlihatkan cirri-ciri berikut:

1. Butirannya cukup besar. Ini disebabkan magma yang keluar ke permukaan bumi mengalami proses pendinginan yang sangat lambat sehingga mineral-mineral yang ada sebagai penyusun batuan mempunyai banyak waktu untuk dapat berkembang.
2. Biasanya mineral-mineral pembentuk batuan beku intrusif memperlihatkan angular interlocking.

Proses-proses inilah semua yang terjadi dimasa lampau, sekarang, dan yang akan datang. Terjadinya proses-proses ini menjaga keseimbangan batuan yang ada di bumi