TEKTONIK
LEMPENG
A. Teori Tektonika Lempeng
Teori
Tektonika Lempeng (bahasa Inggris: Plate Tectonics) adalah teori dalam
bidang Geologi yang dikembangkan
untuk memberi penjelasan terhadap adanya bukti-bukti pergerakan skala besar
yang dilakukan oleh litosfer
(kerak bumi). Teori ini telah mencakup dan juga menggantikan Teori Pergeseran Benua yang lebih
dahulu dikemukakan pada paruh pertama abad ke-20 dan konsep seafloor spreading yang dikembangkan pada tahun 1960-an.
gambar 1. Lempeng-lempeng tektonik di
bumi barulah dipetakan
pada paruh kedua abad ke-20. Bagian terluar dari interior bumi
terbentuk dari dua lapisan. Di bagian atas terdapat litosfer yang terdiri atas
kerak dan bagian teratas mantel bumi yang kaku dan padat. Di bawah lapisan
litosfer terdapat astenosfer yang berbentuk padat tetapi bisa mengalir seperti
cairan dengan sangat lambat dan dalam skala waktu geologis yang sangat lama
karena viskositas dan kekuatan geser (shear
strength) yang rendah. Lebih dalam lagi, bagian mantel di bawah
astenosfer sifatnya menjadi lebih kaku lagi. Penyebabnya bukanlah suhu yang
lebih dingin, melainkan tekanan yang tinggi.
Lapisan
litosfer dibagi menjadi lempeng-lempeng tektonik (tectonic plates). Di bumi,
terdapat tujuh lempeng utama dan banyak lempeng-lempeng yang lebih kecil. Lempeng-lempeng litosfer ini menumpang di atas astenosfer.
Mereka bergerak relatif satu dengan yang lainnya di batas-batas lempeng, baik
divergen (menjauh), konvergen (bertumbukan), ataupun transform (menyamping).
Gempa bumi, aktivitas vulkanik, pembentukan gunung, dan pembentukan palung
samudera semuanya umumnya terjadi di daerah sepanjang batas lempeng. Pergerakan
lateral lempeng lazimnya berkecepatan 50-100 mm/a.
gambar 2. Peta dengan detail yang
menunjukkan lempeng-lempeng tektonik dan arah vektor gerakannya
Pada akhir abad ke-19 dan awal abad
ke-20, geolog berasumsi bahwa kenampakan-kenampakan utama bumi berkedudukan
tetap. Kebanyakan kenampakan geologis seperti pegunungan bisa dijelaskan dengan
pergerakan vertikal kerak seperti dijelaskan dalam teori geosinklin. Sejak
tahun 1596, telah diamati bahwa pantai Samudera Atlantik yang berhadap-hadapan
antara benua Afrika dan Eropa dengan Amerika Utara dan Amerika Selatan memiliki
kemiripan bentuk dan nampaknya pernah menjadi satu. Ketepatan ini akan semakin
jelas jika kita melihat tepi-tepi dari paparan benua di sana. Sejak saat itu
banyak teori telah dikemukakan untuk menjelaskan hal ini, tetapi semuanya
menemui jalan buntu karena asumsi bahwa bumi adalah sepenuhnya padat
menyulitkan penemuan penjelasan yang sesuai.
Penemuan radium dan sifat-sifat
pemanasnya pada tahun 1896 mendorong pengkajian ulang umur bumi,karena
sebelumnya perkiraan didapatkan dari laju pendinginannya dan dengan asumsi
permukaan bumi beradiasi seperti benda hitam. Dari perhitungan tersebut dapat
disimpulkan bahwa bahkan jika pada awalnya bumi adalah sebuah benda yang
merah-pijar, suhu Bumi akan menurun menjadi seperti sekarang dalam beberapa
puluh juta tahun. Dengan adanya sumber panas yang baru ditemukan ini maka para
ilmuwan menganggap masuk akal bahwa Bumi sebenarnya jauh lebih tua dan intinya
masih cukup panas untuk berada dalam keadaan cair.
Teori
Tektonik Lempeng berasal dari Hipotesis Pergeseran Benua (continental drift) yang dikemukakan Alfred Wegener tahun 1912. dan
dikembangkan lagi dalam bukunya The
Origin of Continents and Oceans terbitan tahun 1915. Ia mengemukakan
bahwa benua-benua yang sekarang ada dulu adalah satu bentang muka yang bergerak
menjauh sehingga melepaskan benua-benua tersebut dari inti bumi seperti
‘bongkahan es’ dari granit yang bermassa jenis rendah yang mengambang di atas
lautan basal yang lebih padat. Namun, tanpa adanya bukti terperinci dan
perhitungan gaya-gaya yang dilibatkan, teori ini dipinggirkan. Mungkin saja
bumi memiliki kerak yang padat dan inti yang cair, tetapi tampaknya tetap saja
tidak mungkin bahwa bagian-bagian kerak tersebut dapat bergerak-gerak. Di
kemudian hari, dibuktikanlah teori yang dikemukakan geolog Inggris Arthur Holmes tahun 1920 bahwa tautan
bagian-bagian kerak ini kemungkinan ada di bawah laut. Terbukti juga teorinya
bahwa arus konveksi di dalam mantel bumi adalah kekuatan penggeraknya.
Bukti pertama bahwa lempeng-lempeng
itu memang mengalami pergerakan didapatkan dari penemuan perbedaan arah medan
magnet dalam batuan-batuan yang berbeda usianya. Penemuan ini dinyatakan
pertama kali pada sebuah simposium
di Tasmania tahun 1956.
Mula-mula, penemuan ini dimasukkan ke dalam teori ekspansi bumi , namun
selanjutnya justeru lebih mengarah ke pengembangan teori tektonik lempeng yang menjelaskan pemekaran (spreading)
sebagai konsekuensi pergerakan vertikal
(upwelling) batuan,
tetapi menghindarkan keharusan adanya bumi yang ukurannya terus membesar atau berekspansi (expanding earth) dengan memasukkan zona subduksi/hunjaman (subduction
zone), dan sesar translasi
(translation fault). Pada waktu
itulah teori tektonik lempeng
berubah dari sebuah teori yang radikal menjadi
teori yang umum dipakai dan kemudian
diterima secara luas di kalangan ilmuwan. Penelitian lebih lanjut
tentang hubungan antara seafloor
spreading dan balikan medan
magnet bumi (geomagnetic
reversal) oleh geolog Harry
Hammond Hess dan oseanograf Ron
G. Mason menunjukkan dengan tepat mekanisme yang menjelaskan pergerakan vertikal
batuan yang baru.
Seiring dengan diterimanya anomali magnetik bumi yang ditunjukkan
dengan lajur-lajur sejajar yang simetris dengan magnetisasi yang sama di dasar
laut pada kedua sisi mid-oceanic ridge,
tektonik lempeng menjadi diterima secara luas. Kemajuan pesat dalam teknik pencitraan
seismik mula-mula di dalam dan sekitar zona
Wadati-Benioff dan beragam observasi geologis lainnya tak lama kemudian
mengukuhkan tektonik lempeng sebagai teori yang memiliki kemampuan yang luar
biasa dalam segi penjelasan dan prediksi.
Penelitian
tentang dasar laut dalam, sebuah cabang geologi kelautan
yang berkembang pesat pada tahun 1960-an memegang peranan penting dalam
pengembangan teori ini. Sejalan dengan itu, teori tektonik lempeng juga dikembangkan pada akhir 1960-an dan
telah diterima secara cukup universal di semua disiplin ilmu, sekaligus juga
membaharui dunia ilmu bumi dengan memberi penjelasan bagi berbagai macam
fenomena geologis dan juga implikasinya di dalam bidang lain seperti
paleogeografi dan paleobiologi
B. Jenis-jenis batas lempeng
gambar 3. Tiga jenis batas lempeng (plate boundary).
Ada tiga jenis batas lempeng yang
berbeda dari cara lempengan tersebut bergerak relatif terhadap satu sama lain.
Tiga jenis ini masing-masing berhubungan dengan fenomena yang berbeda di
permukaan. Tiga jenis batas lempeng tersebut adalah:
1. Batas transform (transform
boundaries) terjadi jika lempeng bergerak dan mengalami gesekan satu sama
lain secara menyamping di sepanjang sesar transform (transform fault).
Gerakan relatif kedua lempeng bisa sinistral (ke kiri di sisi yang berlawanan
dengan pengamat) ataupun dekstral (ke kanan di sisi yang berlawanan dengan
pengamat). Contoh sesar jenis ini adalah Sesar San Andreas di California.
2. Batas divergen/konstruktif
(divergent/constructive boundaries) terjadi ketika dua lempeng bergerak
menjauh satu sama lain. Mid-oceanic ridge dan zona retakan (rifting)
yang aktif adalah contoh batas divergen
3. Batas konvergen/destruktif (convergent/destructive
boundaries) terjadi jika dua lempeng bergesekan mendekati satu sama lain
sehingga membentuk zona subduksi jika salah satu lempeng bergerak di bawah yang
lain, atau tabrakan benua (continental collision) jika kedua lempeng
mengandung kerak benua.
C. KEKUATAN PENGGERAK PERGERAKAN
LEMPENG
Pergerakan
lempeng tektonik bisa terjadi karena kepadatan relatif litosfer samudera dan
karakter astenosfer yang relatif lemah. Pelepasan
panas dari mantel telah didapati sebagai sumber asli dari energi yang
menggerakkan tektonik lempeng.. Pada waktu pembentukannya di mid ocean ridge,
litosfer samudera pada mulanya memiliki kepadatan yang lebih rendah dari
astenosfer di sekitarnya, tetapi kepadatan ini meningkat seiring dengan penuaan
karena terjadinya pendinginan dan penebalan. Besarnya kepadatan litosfer yang
lama relatif terhadap astenosfer di bawahnya memungkinkan terjadinya penyusupan
ke mantel yang dalam di zona subduksi sehingga menjadi sumber sebagian besar
kekuatan penggerak pergerakan lempeng. Kelemahan astenosfer memungkinkan
lempeng untuk bergerak secara mudah menuju ke arah zona subduksi. Meskipun
subduksi dipercaya sebagai kekuatan terkuat penggerak pergerakan lempeng, masih
ada gaya penggerak lain yang dibuktikan dengan adanya lempeng seperti lempeng
Amerika Utara, juga lempeng Eurasia yang bergerak tetapi tidak mengalami
subduksi di manapun. Ada dua jenis gaya yang utama dalam pengaruhnya ke
pergerakan planet, yaitu friksi dan gravitasi.
1.
Gaya Gesek
Basal drag
Arus konveksi berskala besar di mantel atas disalurkan melalui astenosfer,
sehingga pergerakan didorong oleh gesekan antara astenosfer dan litosfer.
Slab suction
Arus konveksi lokal memberikan tarikan ke bawah pada lempeng di zona subduksi
di palung samudera. Penyerotan
lempengan (slab suction) ini bisa terjadi dalam kondisi
geodinamik di mana tarikan basal terus bekerja pada lempeng ini pada saat ia
masuk ke dalam mantel, meskipun sebetulnya tarikan lebih banyak bekerja pada
kedua sisi lempengan, atas dan bawah
2.
Gravitasi
Runtuhan gravitasi: Pergerakan
lempeng terjadi karena lebih tingginya lempeng di oceanic ridge. Litosfer
samudera yang dingin menjadi lebih padat daripada mantel panas yang merupakan
sumbernya, maka dengan ketebalan yang semakin meningkat lempeng ini tenggelam
ke dalam mantel untuk mengkompensasikan beratnya, menghasilkan sedikit
inklinasi lateral proporsional dengan jarak dari sumbu ini. Dalam teks-teks
geologi pada pendidikan dasar, proses ini sering disebut sebagai sebuah
doronga. Namun, sebenarnya sebutan yang lebih tepat adalah runtuhan karena
topografi sebuah lempeng bisa jadi sangat berbeda-beda dan topografi pematang
(ridge) yang melakukan pemekaran hanyalah fitur yang paling dominan.
Sebagai contoh, pembengkakan litosfer sebelum ia turun ke bawah lempeng yang
bersebelahan menghasilkan kenampakan yang bisa mempengaruhi topografi. Lalu,
mantel plume yang menekan sisi bawah lempeng tektonik bisa juga mengubah
topografi dasar samudera.
Slab-pull (tarikan lempengan)
Pergerakan lempeng sebagian disebabkan juga oleh berat lempeng yang dingin dan
padat yang turun ke mantel di palung samudera.[21] Ada bukti yang cukup banyak
bahwa konveksi juga terjadi di mantel dengan skala cukup besar. Pergerakan ke
atas materi di mid-oceanic ridge mungkin sekali adalah bagian dari konveksi ini.
Beberapa model awal Tektonik Lempeng menggambarkan bahwa lempeng-lempeng ini
menumpang di atas sel-sel seperti ban berjalan. Namun, kebanyakan ilmuwan
sekarang percaya bahwa astenosfer tidaklah cukup kuat untuk secara langsung
menyebabkan pergerakan oleh gesekan gaya-gaya itu. Slab pull sendiri sangat
mungkin menjadi gaya terbesar yang bekerja pada lempeng. Model yang lebih baru
juga memberi peranan yang penting pada penyerotan (suction) di
palung, tetapi lempeng seperti Lempeng Amerika Utara tidak mengalami subduksi
di manapun juga, tetapi juga mengalami pergerakan seperti juga Lempeng
Afrika, Eurasia, dan Antarktika. Kekuatan penggerak utama untuk pergerakan
lempeng dan sumber energinya itu sendiri masih menjadi bahan riset yang sedang
berlangsung
3.
Gaya dari luar
Dalam studi yang dipublikasikan pada
edisi Januari-Februari 2006 dari buletin Geological Society of America
Bulletin, sebuah tim ilmuwan dari Italia dan Amerika Serikat berpendapat
bahwa komponen lempeng yang mengarah ke barat berasal dari rotasi Bumi dan
gesekan pasang bulan yang mengikutinya. Mereka berkata karena Bumi berputar
ke timur di bawah bulan, gravitasi bulan meskipun sangat kecil menarik lapisan
permukaan bumi kembali ke barat. Beberapa juga mengemukakan ide kontroversial
bahwa hasil ini mungkin juga menjelaskan mengapa Venus dan Mars tidak memiliki
lempeng tektonik, yaitu karena ketiadaan bulan di Venus dan kecilnya ukuran
bulan Mars untuk memberi efek seperti pasang di bumi.[22] Pemikiran ini sendiri
sebetulnya tidaklah baru. Hal ini sendiri aslinya dikemukakan oleh bapak dari
hipotesis ini sendiri, Alfred Wegener, dan kemudian ditentang fisikawan Harold
Jeffreys yang menghitung bahwa besarnya gaya gesek oasang yang diperlukan akan
dengan cepat membawa rotasi bumi untuk berhenti sejak waktu lama. Banyak
lempeng juga bergerak ke utara dan barat, bahkan banyaknya pergerakan ke barat
dasar Samudera Pasifik adalah jika dilihat dari sudut pandang pusat pemekaran
(spreading) di Samudera Pasifik yang mengarah ke timur. Dikatakan juga
bahwa relatif dengan mantel bawah, ada sedikit komponen yang mengarah ke barat
pada pergerakan semua lempeng
4.
Signifikansi relatif masing-masing mekanisme
gambar 4. Pergerakan lempeng berdasar pada data satelit GPS NASA JPL. Vektor
di sini menunjukkan arah dan magnitudo gerakan.
Vektor yang sebenarnya pada
pergerakan sebuah planet harusnya menjadi fungsi semua gaya yang bekerja pada
lempeng itu. Namun, masalahnya adalah seberapa besar setiap proses ambil bagian
dalam pergerakan setiap lempeng Keragaman kondisi geodinamik dan sifat setiap
lempeng seharusnya menghasilkan perbedaan dalam seberapa proses-proses tersebut
secara aktif menggerakkan lempeng. satu cara untuk mengatasi masalah ini adalah
dengan melihat laju di mana setiap lempeng bergerak dan mempertimbangkan bukti
yang ada untuk setiap kekuatan penggerak dari lempeng ini sejauh mungkin. Salah
satu hubungan terpenting yang ditemukan adalah bahwa lempeng litosferik yang
lengket pada lempeng yang tersubduksi bergerak jauh lebih cepat daripada
lempeng yang tidak. Misalnya, Lempeng Pasifik dikelilingi zona
subduksi (Ring of Fire) sehingga bergerak jauh lebih cepat daripada
lempeng di Atlantik yang lengket pada benua yang berdekatan dan bukan lempeng
tersubduksi. Maka, gaya yang berhubungkan dengan lempeng yang bergerak ke bawah
(slab pull dan slab suction) adalah kekuatan penggerak yang menentukan
pergerakan lempeng kecuali untuk lempeng yang tidak disubduksikan. Walau
bagaimanapun juga, kekuatan penggerak pergerakan lempeng itu sendiri masih
menjadi bahan perdebatan dan riset para ilmuwan
D. LEMPENG-LEMPENG UTAMA
gambar 5. Peta lempeng-lempeng tektonik
Lempeng-lempeng tektonik utama yaitu:
* Lempeng Afrika, meliputi
Afrika – Lempeng benua
* Lempeng Antarktika, meliputi Antarktika – Lempeng benua
* Lempeng Australia, meliputi Australia (tergabung dengan Lempeng India
antara 50 sampai 55 juta tahun yang lalu)- Lempeng benua
* Lempeng Eurasia, meliputi Asia dan Eropa – Lempeng benua
* Lempeng Amerika Utara, meliputi Amerika Utara dan Siberia timur laut –
Lempeng benua
* Lempeng Amerika Selatan, meliputi Amerika Selatan – Lempeng benua
* Lempeng Pasifik, meliputi Samudera Pasifik – Lempeng samudera
Lempeng-lempeng penting lain yang lebih kecil mencakup Lempeng India, Lempeng
Arabia, Lempeng Karibia, Lempeng Juan de Fuca, Lempeng Cocos, Lempeng Nazca,
Lempeng Filipina, dan Lempeng Scotia.
Pergerakan
lempeng telah menyebabkan pembentukan dan pemecahan benua seiring berjalannya
waktu, termasuk juga pembentukan superkontinen yang mencakup hampir semua atau
semua benua. Superkontinen Rodinia diperkirakan terbentuk 1 miliar tahun yang lalu dan
mencakup hampir semua atau semua benua di Bumi dan terpecah menjadi delapan benua sekitar 600 juta tahun
yang lalu. Delapan benua ini
selanjutnya tersusun kembali menjadi superkontinen
lain yang disebut Pangaea yang
pada akhirnya juga terpecah menjadi Laurasia
(yang menjadi Amerika Utara dan
Eurasia), dan Gondwana (yang menjadi benua sisanya)
REFERNSI