Bumi, planet yang kita tinggali, memiliki berbagai lapisan yang menunjang kehidupan dan aktivitas makhluk hidup diatasnya. Mulai dari lapisan atmosfer yang melindungi kita dari bahaya luar angkasa, hingga lapisan dalam bumi yang mendinamisasi kehidupan kita dengan tektonik lempeng dan gaya endogen serta eksogennya.
Struktur bumi terdiri dari lapisan yang berbeda-beda dan memiliki fungsi yang berbeda pula. Struktur ini terdiri dari lapisan luar berupa kerak bumi silikat padat, diikuti oleh lapisan astenosfer kental, mantel yang agak kental, inti luar yang cair, dan inti dalam yang padat.
Pengetahuan mengenai struktur bumi didapatkan dari observasi topografi, batimetri, batuan ekstrusif, dan juga gelombang seismik yang melewati interior bumi.
Dari observasi ini, didapatkan bahwa bumi terdiri dari berbagai lapisan baik padat maupun cair, dengan tingkat kekentalan yang berbeda-beda serta komposisi kimiawi yang berbeda-beda pula.
Struktur Bumi
Secara umum, struktur lapisan bumi dapat didefinisikan melalui dua sudut pandang yaitu dari sifat mekanis atau sifat kimiawinya.
Pembagian secara mekanis menjelaskan mengenai sifat-sifat fisik yang ada pada tiap lapisan. Sifat fisik tersebut meliputi kepadatan dan suhu. Secara mekanis, bumi dapat dibagi menjadi litosfer, astenosfer, mantel, inti luar, dan inti dalam.
Pembagian secara kimiawi menjelaskan sifat-sifat kimiawi yang ada pada tiap lapisan. Sifat kimiawi tersebut meliputi material penyusun dan kandungan mineral yang ada pada tiap lapisan. Secara kimiawi, bumi dapat dibagi menjadi kerak, mantel atas, mantel dalam, inti luar, dan inti dalam.
Gambar disamping merupakan grafik yang menunjukkan perubahan berat jenis dari lapisan bumi seiring dengan bertambahnya kedalaman.
Dapat dilihat bahwa semakin dalam suatu lapisan, semakin besar pula berat jenis lapisan tersebut. Artinya, lapisan tersebut dengan volume yang sama menjadi semakin berat karena kepadatannya meningkat.
Hal ini dipengaruhi oleh tekanan yang lebih besar pada lokasi tersebut. Ketika tekanannya besar, maka lapisan akan cenderung terkompaksi, sehingga memiliki berat jenis yang lebih tinggi. Tekanan yang tinggi menjadi salah satu alasan mengapa inti bumi bagian dalam bersifat padat.
Lapisan yang ada di Bumi
Gambar diatas merupakan ilustrasi potongan samping dari lapisan-lapisan yang ada di muka bumi secara lebih mendetail. Lapisan-lapisan tersebut terdiri dari
- Kerak Benua
- Kerak Samudra
- Mantel Atas
- Mantel Bawah
- Inti Luar
- Inti Dalam
Selain itu, terdapat pula zona-zona perbatasan yang dilambangkan oleh huruf A, B, dan C
- A. Diskontinuitas Mohorovicic
- B. Diskontinuitas Gutenberg
- C. Diskontinuitas Lehman Bullen
Mari kita simak secara lebih detail mengenai lapisan lapisan yang ada di perut bumi.
Kerak Bumi
Kerak bumi merupakan lapisan terluar yang bersentuhan langsung dengan lapisan atmosfer. Bersama dengan mantel, kerak bumi menyusun lapisan zona litosfer yang memiliki kedalaman hingga 80 km dibawah permukaan bumi.
Lapisan ini merupakan lapisan dimana manusia tinggal, beraktivitas, serta menghembuskan nafasnya. Selain itu, lapisan ini juga menjadi tempat terjadinya gerakan-gerakan lempeng yang disebabkan oleh tektonik lempeng. Oleh karena itu, umumnya gempa bumi terjadi pada lapisan kerak bumi.
Lapisan kerak bumi ini sangat kaya akan barang tambang. Hal ini terjadi karena batuan yang telah melewati siklus batuan pada mantel bumi pada akhirnya akan muncul kembali di kerak bumi lewat arus konveksi.
Pada lapisan ini, suhu terus meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman. Berdasarkan penelitian yang dilakukan, gradien suhunya adalah sekitar 30 Celcius per km, artinya suhu akan bertambah 30 derajat Celsius tiap kita masuk lebih dalam sejauh 1 km.
Pada lapisan terdalam kerak bumi, suhunya mencapai 1100 ‘C. Namun, suhu sepanas ini belum mampu untuk membuat batuan yang ada mencair, sehingga kerak bumi bersifat padat dan plastis, belum elastis dan cair.
Unsur kimia utama penyusun kerak bumi adalah Oksigen (O) (46,6%), Silikon (Si) (27,7%), Aluminium (Al) (8,1%), Besi (Fe) (5,0%), Kalsium (Ca) (3,6%), Natrium (Na) (2,8%), Kalium (K) (2,6%) dan Magnesium (Mg) (2,1%).
Kerak Benua dan Kerak Samudera
Terdapat dua jenis kerak yaitu benua dan samudra, kerak benua lebih ringan dan terdiri dari silica-alumunium sedangkan kerak samudera lebih berat dan terdiri dari silica-magnesium.
Kerak samudera memiliki umur yang jauh lebih muda (200 juta tahun) dibandingkan dengan kerak benua (1500 juta tahun), selain itu kerak samudra juga memiliki ketebalan yang lebih tipis (6-10 km) dibandingkan kerak benua (35-40 km).
| Kerak Benua | Kerak Samudra | |
| Tebal Batuan |
30-40 km, mencapai 60-70 km di bawah pegunungan | Umumnya 6-10 km |
| Umur Batuan |
Tua, diatas 1500 juta tahun | Muda, Dibawah 200 juta tahun |
| Massa Jenis | Ringan, Rata-rata 2.6 | Berat, Rata rata 3.0 |
| Sifat Batuan |
Warna Cerah, Silika-Aluminium, Batuan Granit | Warna Gelap, Silika-Magnesium, Batuan Basalt |
Diskontinuitas Mohorovicic
Pada lapisan ini terdapat diskontinuitas mohorovicic yang merupakan zona transisi kecepatan gelombang seismik, dan juga merupakan transisi antara litosfer dan mantel.
Zona transisi ini dihipotesakan terbentuk karena adanya transisi antara batu yang mengandung plagioklas di bagian atas transisi dan batu yang tidak mengandung plagioklas di bagian bawah.
Mantel
Lapisan mantel merupakan lapisan yang terletak diantara kerak bumi dan inti bumi. Mantel bumi merupakan lapisan terbesar di perut bumi dan mencakup lebih dari 80% massa otal bumi.
Lapisan ini terdiri dari mantel luar dan mantel dalam. Astenosfer merupakan bagian dari mantel luar yang bersifat plastis dan merupakan tempat dimana kerak bumi bergerak. Zona perbatasan antara mantel luar dan litosfer disebut Mohorovicic discontinuity. Lalu ada zona transisi gutenberg, dan juga mantel dalam.
Secara umum, mantel memiliki sifat fisik yang padat namun plastis, yaitu dapat berubah bentuk/bergerak dalam jangka waktu yang sangat lama. Mengapa mantel bisa bersifat padat padahal suhunya sangat tinggi? Jawabannya adalah karena tekanan.
Tekanan yang ada di mantel sangat tinggi sehingga menyebabkan batuan yang seharusnya mencair menjadi tidak mencair. Batuan tersebut justru berubah menjadi batuan panas yang bersifat plastis atau ductile.
Mantel terdiri dari batuan silikat yang kaya akan besi dan magnesium. Hal ini menyebabkan magma yang berasal dari mantel bersifat basaltic atau lebih basa dibandingkan dengan magma yang berasal dari kerak bumi.
Contoh dari magma mantel yang keluar di permukaan bumi adalah hotspot di Hawaii. Oleh karena itu, gunung api yang berada di hotspot umumnya memiliki magma basaltis.
Secara umum, mantel terdiri dari usur kimiawi berikut
| SiO2 | 44.71 |
| Al2O3 | 3.98 |
| FeO | 8.18 |
| MnO | 0.13 |
| MgO | 38.73 |
| CaO | 3.17 |
| Na2O | 0.13 |
| Cr2O3 | 0.57 |
| TiO2 | 0.13 |
| NiO | 0.24 |
| K2O | 0.006 |
| P2O5 | 0.019 |
Astenosfer
Astenosfer adalah lapisan teratas mantel luar yang langsung bersentuhan dengan kerak bumi dan litosfer. Lapisan ini terletak pada kedalaman 80 – 200 km dibawah permukaan bumi. Lapisan ini memiliki suhu sekitar 1300 ‘C.
Lapisan astenosfer memiliki sifat fisik yang cukup lemah dan kental serta bersifat plastis. Mudah berubah posisi tanpa mengalami keretakan atau kerusakan structural, namun membutuhkan waktu yang lama.
Lapisan astenosfer berfungsi layaknya pelumas atau bantalan “licin” yang memungkinkan terjadinya pergerakan lempeng-lempeng di permukaan bumi.
Mantel Luar dan Mantel Dalam
Secara umum, mantel terbagi menjadi dua yaitu mantel luar dan dalam. Yang membedakan kedua lapisan ini adalah suhu dan komposisi kimiawinya.
Mantel luar berada pada kedalaman 35 km hingga 410 km dibawah permukaan bumi. Lapisan ini bersifat padat dan plastis karena tekanan yang tinggi dan suhu yang belum cukup panas untuk mencairkan batuan.
Mantel luar terdiri dari mineral 55% olivine, 35% pyroxene dan 5 – 10% mineral kalsium oksida serta alumunium oksida seperti plagioclase, spinel atau garnet, tergantung kedalamannya.
Mantel dalam berada pada kedalaman 410 km hingga 2900 km dibawah permukaan bumi. Lapisan ini, sama seperti mantel luar juga bersifat padat dan plastis. Lapisan ini memiliki suhu hingga 3,700 ‘C pada bagian terdalamnya.
Berdasarkan asumsi pyrolitic, mantel dalam terdiri dari 75% bridgmanite, 17% ferropericlase dan 8% CaSiO3-perovskite. Berdasarkan asumsi Chondritic, mantel dalam didominasi oleh bridgmanite dan CaSiO3-perovskite, dengan jumlah ferropericlase yang tidak terlalu banyak.
Arus Konveksi Mantel
Pada mantel ini terdapat arus konveksi yang menjadi salah satu penyebab dari bergeraknya lapisan litosfer. Pergerakan lapisan litosfer dapat menyebabkan terjadinya gempa bumi atau bahkan aktivitas vulkanisme pada gunung berapi.
Arus konveksi ini disebabkan oleh panas yang diciptakan oleh peluruhan radioaktif pada inti bumi serta panas yang tersisa dari pembentukan bumi. Panas yang sangat tinggi ini menyebabkan mantel yang bersifat cair bergerak menimbulkan arus konveksi.
Sama seperti air, mantel yang panas cenderung memiliki berat jenis yang lebih rendah dibandingkan dengan mantel yang dingin. Oleh karena itu, mantel yang dipanaskan oleh peluruhan radioaktif akan bergerak keatas, digantikan oleh mantel yang sudah mendingin yang bergerak kebawah.
Zona Transisi Gutenberg
Zona gutenberg merupakan zona yang membatasi antara inti bumi bagian luar dengan mantel bagian dalam. Zona ini terdapat pada kedalaman 2981 km di bawah permukaan bumi.
Pada zona ini, terdapat perubahan kecepatan gelombang seismik. Perubahan ini disebabkan oleh perbedaan komposisi batuan mantel yang lebih padat dengan batuan inti luar yang lebih cair.
Inti Bumi
Inti bumi adalah lapisan terdalam di perut bumi. Lapisan ini terletak antara kedalaman 2981 km hingga kedalaman 6378 km atau pusat bumi.
Lapisan ini terdiri dari inti luar dan inti dalam. Inti bumi umumnya terdiri dari unsur Ni-Fe yaitu nikel dan besi sehingga memiliki kepadatan yang sangat tinggi pula (9.9 – 12.8 g/cm3).
Selain itu, suhu di inti bumi juga sangat panas, suhunya dapat mencapai 10,800 F. Panas ini disebabkan oleh aktivitas peluruhan radioaktif dan terdapatnya sisa-sisa panas dari zaman pembentukan bumi.
Inti Luar dan Inti Dalam
Inti bumi terbagi menjadi dua bagian yaitu inti luar dan inti dalam. Inti dalam bumi bersifat padat sedangkan inti luar bumi bersifat cair.
Perbedaan sifat inti ini disebabkan oleh tekanan yang sangat tinggi pada inti dalam dibandingkan inti luar. Tekanan yang tinggi ini disebabkan oleh berat seluruh lapisan bumi diatasnya yang terkonsentrasi menekan inti dalam dari segala arah.
Inti luar bumi terletak antara kedalaman 2981 km hingga sekitar 5100 km dibawah permukaan bumi. Inti luar ini terdiri dari logam Ni-Fe, mirip seperti inti bumi bagian dalam, hanya saja, inti bagian luar bersifat cair karena panas yang sangat tinggi menyebabkan batuan yang ada meleleh.
Inti dalam bumi terletak pada kedalaman 5100 km hingga pusat bumi yaitu pada kedalaman 6378 km dibawah permukaan bumi. Inti dalam bersifat padat karena tekanan yang ada pada zona ini sangat tinggi, sehingga meskipun suhu yang ada sangat tinggi pula, batuan dan mineral yang ada di zona ini tetap dalam kondisi padat.
Zona Lehman Bullen
Zona lehman bullen adalah zona yang membatasi inti bumi bagian luar yang bersifat cair dan inti bumi bagian dalam yang bersifat padat. Pada zona ini, terdapat pembiasan gelombang seismik karena terjadi perpindahan medium rambat dari medium cair ke medium padat.