waktu_geologi_dan_geokronologi (Good+++)

8/15/2019 waktu_geologi_dan_geokronologi (Good+++)

1/41

WAKTU GEOLOGI

DAN

GEOKRONOLOGI


2/41

shddin © 2007

Pendahuluan

• Konsep waktu (yang benar) ditemukan di Edinburgh pada dekade 1770-an

oleh sekelompok ilmuwan yang dipimpin oleh James Hutton.

• Mereka menantang konsep waktu konvensional yang telah ada di sepanjang

sejarah hidup manusia, yang menyatakan bahwa unit waktu terukur adalah

rentang hidup manusia dan bahwa umur planet Bumi hanya 6000 tahun (yangdihitung oleh Uskup Ussher berdasarkan kronologi alkitab).

• Hutton dan kawan-kawan telah mempelajari batuan di sepanjang pesisir

Skotlandia dan menyimpulkan bahwa setiap formasi batuan, betapapun tua,adalah hasil erosi dari batuan lain, yang jauh lebih tua.

• Penemuan mereka memperlihatkan bahwa waktu terentang sangat jauh

melebihi manusia mampu bayangkan. Penemuan tersebut merubah cara

pandang manusia terhadap Bumi, planet, bintang, dan juga terhadap

kehadiran manusia itu sendiri.

• Sesungguhnya, konsep waktu yang berdasarkan observasi formasi batuan

tersebut berakar dari prinsip paling dasar dalam ilmu Geologi, yaitu prinsip

keseragaman (uniformitarianisme), yang menjadi dasar Geologi modern.


3/41

shddin © 2007

Konsep-Konsep tentang Waktu Geologi

• Pendapat paling dominan sebelum abad ke-18 dimiliki oleh kelompok gereja

berdasarkan kajian tekstual terhadap alkitab, mereka menyatakan umur Bumitidak lebih tua dari 6.000 tahun. Penciptaan Bumi dan segala isinya dalam

waktu sedemikian singkat dipercaya melibatkan proses katastropis. Pendapat

ini lazim disebut sebagai teori penciptaan.

• Salah seorang ilmuwan pendukung teori penciptaan adalah Baron Georges

Cuvier (1769-1832). Pengamatannya terhadap kumpulan fosil pada setiap

lapisan batuan dianggapnya sebagai bukti adanya peristiwa bencana alam

bersifat katastropis yang memusnahkan setiap makhluk hidup di setiap kurunwaktu tertentu.

• Upaya ilmiah untuk menentukan umur Bumi telah dilakukan oleh beberapa

ilmuwan. Georges Louis de Buffon (1707-1788) menyatakan Bumi mendingin

perlahan-lahan dari suatu bola panas. Dengan membuat percobaan

laboratorium dengan beberapa bola besi berbagai diameter dan dibiarkan

dingin mengikuti temperatur kamar, de Buffon melakukan ekstrapolasi

terhadap diameter Bumi sesungguhnya dan menentukan usia Bumi sekitar

75.000 tahun.


4/41

shddin © 2007


• Sekelompok ilmuwan lainnya pada paruh abad ke-18 menghitung kecepatan

pengendapan berbagai sedimen dan melakukan ekstrapolasi terhadapketebalan batuan sedimen yang diketahui saat itu, menghasilkan rerata umur

Bumi sekitar 1 juta tahun.

• John Joly, seorang geolog Irlandia, pada abad ke-19 berasumsi bahwa airlaut pada mulanya bersifat tawar namun kemudian menjadi asin akibat

mineral garam yang dibawa oleh sungai. Dengan menghitung volume seluruh

airlaut yang ada di Bumi, dia menentukan waktu 90 juta tahun untuk lautan

mencapai kadar salinitas saat ini, yang kemudian dianggap sebagai umurBumi.

• Pada tahun 1785, James Hutton (1726-1797), seorang geolog Skotlandia,

berdasarkan studi detail terhadap singkapan batuan dan proses alam yang

tengah berlangsung saat itu, mengemukakan prinsip keseragaman

(uniformitarianisme). Konsep tersebut menyatakan proses geologi yang sama

telah bekerja pula pada waktu lampau, dan Hutton menuliskannya sebagai

“we find no vestige of a beginning, and no prospect of an end”. Keunggulan

prinsip ini lah yang mengantarkan Hutton sebagai Bapak Geologi Modern.


5/41

shddin © 2007


• Pada tahun 1830, Charles Lyell, seorang murid James Hutton, menerbitkan

buku “Principles of Geology”. Konsep keseragaman menjadi diterima secaraluas oleh kalangan ilmuwan dan usia Bumi yang sangat tua diterima oleh

masyarakat. Kelak, buku tersebut juga sangat mempengaruhi teori

evolusi yang dikembangkan oleh Charles Darwin pada tahun 1859.

• Lord Kelvin (1824-1907), seorang fisikawan Inggris yang sangat dihormati,

pada tahun 1866 mengklaim telah mematahkan fondasi uniformitarianisme

geologi. Beranjak dari asumsi umum bahwa Bumi berawal dari sebuah bola

panas, Kelvin menghitung usia terbentuknya Bumi berdasarkan suhu lelehbatuan, dimensi Bumi dan koefisien pendinginan. Dia menyatakan umur Bumi

tidak mungkin lebih tua dari 100 juta tahun. Pendapat Kelvin membuat

masyarakat ilmuwan terbelah, antara mendukung konsep Hutton atau

menerima kalkulasi Kelvin (yang tampak sangat logis).

• Pada akhirnya, kampanye Kelvin selama 40 tahun harus berakhir dengan

ditemukannya unsur radioaktif di penghujung abad ke-19. Materi radioaktif

dipercaya menjaga panas internal Bumi relatif konstan. Penemuan radioaktif

tersebut sekaligus membuat para geolog menghitung umur batuan secara

mutlak dan menemukan bahwa Bumi memang sangat tua!


6/41

shddin © 2007

Pendekatan Waktu Geologi

Para geolog menggunakan dua pendekatan berbeda untuk menentukan waktu

geologi, yaitu:1. Penanggalan relatif (relative dating) yang menempatkan berbagai peristiwa

geologi dalam urutan kronologis berdasarkan posisinya dalam rekaman data

geologi.

2. Penanggalan mutlak (absolute dating) menggunakan berbagai teknik danhasilnya dinyatakan dalam angka tahun sebelum sekarang. Yang paling

lazim adalah penanggalan radiometrik dengan menggunakan unsur-unsur

radioaktif di dalam batuan.


7/41

shddin © 2007

Penanggalan Relatif

Sebelum berkembangnya teknik penanggalan radiometrik, para geologi tidak

memiliki cara untuk menentukan umur mutlak dan hanya berpegang kepadametode penanggalan relatif.

Penanggalan relatif menempatkan berbagai proses geologi dalam urutan

kronologis tertentu, metode ini tidak dapat mengetahui kapan suatu prosesterjadi di masa lampau.

Ada 6 prinsip yang dipergunakan dalam penanggalan relatif:

1. Superposition2. Original horizontality

3. Lateral continuity

4. Cross-cutting relationship

5. Inclusion

6. Fossil succession


8/41

shddin © 2007

Penanggalan Relatif

1. Prinsip superposition (Nicolas Steno, 1638-1686): dalam suatu urutan

batuan sedimen yang belum terganggu, batuan yang paling tua diendapkanpaling bawah sedangkan batuan yang paling muda diendapkan paling atas.

2. Prinsip original horizontality (Nicolas Steno, 1638-1686): dalam proses

sedimentasi, sedimen diendapkan sebagai lapisan horisontal.

3. Prinsip lateral continuity (Nicolas Steno, 1638-1686): sedimen melampar

secara horisontal ke segala arah hingga menipis dan berakhir di tepi

cekungan pengendapan.

4. Prinsip cross-cutting relationship (James Hutton, 1726-1797): intrusi batuan

beku atau patahan harus lebih muda daripada batuan yang diintrusi atau

yang terpatahkan.

5. Prinsip inclusion: suatu inklusi (fragmen suatu batuan didalam tubuh batuan

lain) harus lebih tua daripada batuan yang mengandungnya tersebut.

6. Prinsip fossil succession (William Smith, 1769-1839): fosil yang ada di

lapisan paling bawah lebih tua daripada fosil pada lapisan paling atas.


9/41

shddin © 2007

Principles of Cross-cutting Relationship and Inclusions

(a)Aliran lava (lapisan 4) membakar

lapisan dibawahnya, dan lapisan

5 mengandung inklusi dari aliran

lava, sehingga lapisan 4 lebihmuda dari lapisan 3 namun lebih

tua dari lapisan 5 dan 6.

(b) Lapisan batuan dibawah dandiatas sill (lapisan 3) terbakar,

menunjukkan bahwa sill tersebut

lebih muda daripada lapisan 2

dan 4, namun umur lapisan 5terhadap sill tidak dapat

ditentukan.


10/41

shddin © 2007

Principles of Cross-cutting Relationship and Inclusions

(a) Granit lebih muda daripada batupasir karena batupasir terpanggang pada

bidang kontaknya dengan granit dan granit mengandung inklusi batupasir.(a) Inklusi granit didalam batupasir menunjukkan granit lebih tua daripada

batupasir.


11/41

shddin © 2007

Principle of Faunal Succession

William Smith

mempergunakan fosiluntuk mengidentifikasi

perlapisan yang sama

umurnya dari berbagai

lokasi terpisah, kelakmetode ini dikenal sebagai

prinsip faunal succession.


12/41

shddin © 2007

Ketidakselarasan

Siccar Point, Berwickeshire, Skotlandia tenggara.Disinilah James Hutton, James Hall dan John Playfair pada tahun 1788

menemukan prinsip ketidakselarasan.

hddi © 2007


13/41

shddin © 2007

Ketidakselarasan

Waktu geologis bersifat menerus/kontinyu, namun informasi dimana waktu

tersebut didapatkan berasal dari rekaman batuan yang bersifat tidak

menerus/diskontinyu.

Bidang ketidakmenerusan dalam urutan batuan yang menunjukkan

terganggunya proses sedimentasi dalam waktu yang cukup lama disebut

sebagai bidang ketidakselarasan (unconformity).

Waktu geologi yang hilang dari rekaman batuan, karena tidak adanya

pengendapan batuan, disebut sebagai hiatus.

Sehingga bidang ketidakselarasan bisa juga disebut sebagai bidang dimana

tidak adanya pengendapan (non-deposisi) atau erosi yang memisahkan

batuan yang lebih muda terhadap batuan yang lebih tua.

Terdapat 3 jenis ketidakselarasan:

1. Disconformity (antara 2 unit batuan sedimen yang paralel)

2. Angular unconformity (antara 2 unit batuan sedimen yang menyudut)

3. Nonconformity (antara batuan kristalin dan batuan sedimen)

shddin © 2007


14/41

shddin © 2007

Ketidakselarasan

shddin © 2007

Di f it


15/41

shddin © 2007

Disconformity

shddin © 2007

A l U f it


16/41

shddin © 2007

Angular Unconformity

shddin © 2007

N f it


17/41

shddin © 2007

Nonconformity

shddin © 2007

Menerapkan Prinsip Penanggalan Relatif


18/41


shddin © 2007



19/41


shddin © 2007

Korelasi


20/41

Korelasi

shddin © 2007

Penanggalan Mutlak


21/41

Penanggalan Mutlak

• Pada tahun 1896, Henri Bacquerel (1852-1908) menemukan unsur radioaktif

di alam.

• Pada tahun 1903, Pierre dan Marie Curie menemukan proses peluruhan

radioaktif.

• Lord Rutherford (1871-1937) yang pertamakali mengetahui kegunaan

peluruhan radioaktif untuk menentukan penanggalan geologis secara mutlak.

• Prinsip dasar metode ini adalah menggunakan peluruhan radioaktif dari

isotop unsur beberapa mineral yang terdapat didalam batuan, yang tingkatkecepatan peluruhan telah diketahui dalam satuan waktu-paruh (half-life),

yaitu jumlah waktu yang diperlukan untuk merubah separuh inti isotop,

dengan cara membandingkan jumlah atom unsur yang tersisa (parent

isotope) dengan atom unsur yang dihasilkan oleh proses peluruhan tersebut(daughter isotope).

• Pengukuran waktu paruh ditentukan di laboratorium. Dari sampel batuan,

geolog hanya menentukan rasio isotop induk-anak (parent-daughter ratio)dengan alat bernama mass spectrometer .

shddin © 2007

Isotop


22/41

Isotop

Sebuah atom karbon memiliki nomer atom 6 dan nomer massa atom 12, 13,

atau 14, tergantung pada jumlah neutron didalam intinya.

Meskipun hampir semua isotop dari 92 unsur alam bersifat stabil, namun

sebagian kecil justru bersifat tidak stabil dan secara spontan luruh kedalam

bentuk isotop yang lebih stabil.

shddin © 2007

Jenis-jenis Peluruhan Radioaktif


23/41

Jenis-jenis Peluruhan Radioaktif

shddin © 2007

Peluruhan Radioaktif


24/41

Peluruhan Radioaktif

Uranium 238 meluruh menjadi stabil sebagai timbal 206 melalui delapan

peluruhan alfa dan 6 peluruhan beta.

shddin © 2007

Waktu Paruh


25/41

Waktu Paruh

(A) Hampir semua

proses peluruhan

alamiah berjalan secara

linear. Jika ½ pasir

luruh dalam waktu 1

jam, maka seluruhnya

akan habis dalam waktu2 jam.

(B) Peluruhan radioaktif

berjalan secara

eksponensial. Jika ½-nya meluruh dalam

waktu 1 jam, maka ½

dari sisanya (atau ¼)

akan meluruh dalam 2 jam. Proses ini

diekspresikan dengan

istilah waktu paruh

(half-life), dalam contohini adalah 1 jam.

shddin © 2007

Waktu Paruh


26/41

Waktu Paruh

(a) Magma mengandung atom stabil dan atom radioaktif.

(b) Ketika magma mendingin dan mengkristal, sebagian atom radioaktif

bergabung kedalam mineral. Pada kondisi ini, mineral tersebut

mengandung 100% isotop induk dan 0% isotop anak.(c) Setelah satu waktu paruh terlewati, 50% isotop induk meluruh menjadi 50%

isotop anak yang lebih stabil.

shddin © 2007

Waktu Paruh


27/41

shddin © 2007

Ketidakpastian dalam Penanggalan Radioaktif


28/41

p gg

• Penanggalan radioaktif yang paling akurat umumnya pada batuan beku,

karena mineral hasil kristalisasi magma hanya mengandung isotop induk

saja, sedangkan isotop anak jika telah terbentuk tidak akan masuk kedalamsistem kristal karena perbedaan ukuran. Sehingga yang terukur betul-betul

waktu kristalisasi mineral yang mengandung isotop radioaktif, bukan waktu

terbentuknya isotop tersebut.

• Penanggalan radioaktif pada batuan sedimen tidak dapat dilakukan, karena

yang terukur hanyalah waktu terbentuknay mineral, bukan waktu

berlangsungnya sedimentasi.

Pengecualian berlaku pada mineral glaukonit, suatu mineral berwarna hijauyang mengandung isotop potassium 40 yang akan meluruh menjadi argon 40.

Glaukonit terbentuk di lingkungan laut hasil reaksi kimia dengan mineral

lempung selama proses diagenesa ketika litifikasi.

Meskipun demikian, karena argon adalah gas, maka isotop anak argon 40biasanya hilang menguap dari mineral. Sehingga penanggalan pasangan

potassium 40/argon 40 pada glaukonit harus dipandang sebagai umur

minimal.

shddin © 2007



29/41

p gg

Umur mutlak batuan

sedimen dapat

diperkirakan dari

penanggalan mutlak

batuan beku yang ada

didekatnya.

shddin © 2007



30/41

p gg

• Penanggalan radioaktif pada batuan metamorf harus dilakukan dengan

sangat berhati-hati. Panas yang terjadi selama metamorfisme umumnya

menyebabkan isotop anak keluar dari sistem yang ada. Bila semua isotopanak keluar dan yang tersisa hanya isotop induk, maka rasio yang terukur

kemudian adalah cerminan waktu metamorfisme, bukan waktu kristalisasi

mineral. Namun bila tidak semua isotop anak keluar selama metamorfisme,

maka hasil penanggalan akan menjadi tidak akurat.

• Untuk menjamin penanggalan radiometrik yang akurat, maka sampel harus:

- segar

- tidak lapuk- tidak pernah terkena tekanan dan temperatur tinggi

- selalu lakukan uji silang dengan isotop lainnya (misal uranium 235/timbal

207 dengan uranium 238/timbal 206; hasil rasio keduanya harus mendekati).

shddin © 2007



31/41

Pengaruh metamorfisme terhadap

akurasi penanggalan radioaktif:

(a) Mineral ketika terkristal pada 700

jtl.

(b) Mineral ketika 400 jtl.

(c) Proses metamorfisme pada 350

jtl menyebabkan seluruh isotopanak keluar dari mineral.

(d) Penanggalan pada saat ini hanya

mendapatkan umur

metamorfisme, bukan umurkristalisasi.

shddin © 2007

Penanggalan Jejak Fisi (Fission Track)


32/41

• Pemancaran partikel atom dari peluruhan uranium dalam suatu mineral dapat

menyebabkan rusaknya struktur kristal yang ada. Dampak kerusakan akan

tampak sebagai jejak mikroskopis linear yang hanya tampak apabila mineraldikenai asam hidrofluorik.

• Umur sampel ditentukan berdasarkan jumlah jejak fisi dan jumlah uranium:

semakin tua sampel, semakin besar jumlah jejak fisi.

• Metode ini efektif untuk kisaran 40.000 hingga 1,5 juta tahun.

• Problem kemungkinan muncul apabila batuan terkena temperatur tinggidimana struktur kristal yang rusak dapat diperbaiki dan jejak fisinya akan

hilang. Umur yang didapat akan jauh lebih muda dari yang seharusnya.

shddin © 2007

Penanggalan Jejak Fisi (Fission Track)


34/41

• Karbon adalah unsur penting di

alam dan salah satu unsur

dasar yang dijumpai di segalabentuk kehidupan.

• Karbon memiliki 3 isotop, yaitu

karbon 12, 13 dan 14. Hanyakarbon 14 yang bersifat

radioaktif.

• Karbon 14 memiliki waktu paruh5.730 ± 30 tahun. Praktis untuk

sampel berumur >70.000 tahun.

• Penanggalan radiokarbonberdasarkan rasio karbon 14

terhadap karbon 12 dan

umumnya dipergunakan untuk

sisa-sisa makhluk hidup.

shddin © 2007

Penanggalan Radiokarbon


35/41

Produksi karbon 14 di atmosfer tidaklah konstan di sepanjang waktu, sehingga

perbandingan karbon 14/karbon 12 juga tidak konstan.

Penanggalan radiokarbon kemudian dikoreksi dengan metode penanggalanlainnya, seperti penanggalan cincin pohon, sebagaimana pada diagram diatas.

shddin © 2007

Penanggalan Cincin Pohon (Tree-Ring Dating)


36/41

• Usia sebuah pohon dapat ditentukan dengan menghitung jumlah cincin

pertumbuhan yang ada pada pokok pohon bagian bawah. Setiap cincin

mencerminkan masa pertumbuhan satu tahun. Perbedaan lebar setiap cincindapat dipergunakan sebagai kunci untuk mencocokkan usia pertumbuhan

dari berbagai pohon.

• Prosedur mencocokkan pola cincin dari berbagai pohon di suatu tempatdisebut sebagai penanggalan silang (cross-dating).

• Dengan mengkorelasikan sekuen cincin pohon yang sudah teridentifikasi dari

pohon yang masih hidup hingga sisa-sisa pohon yang telah mati, suatu skalawaktu dapat dibuat hingga 14.000 tahun silam.

• Metode ini sangat berguna untuk penanggalan peristiwa geologi muda.

shddin © 2007

Penanggalan Cincin Pohon (Tree-Ring Dating)


37/41

Dengan metode cross-dating, pola cincin-pohon dari berbagai pohon dan kayu

dapat saling dicocokkan untuk membuat kronologi lebar cincin.

shddin © 2007

Skala Waktu Geologi


38/41

Angka di bagian

kanan dalam juta

tahun silam

sebelum

sekarang.

Analogi terhadap jam tangan (24 jam)

shddin © 2007

Beberapa Bukti Pendukung


39/41

• Pertanyaan tentang umur Bumi sesungguhnya juga pertanyaan tentang usia

Matahari dan benda-benda angkasa lainnya, karena diyakini semuanya

terbentuk bersamaan dari material debu jagad semesta.

• Para ahli astronomi telah menghitung rasio mula-mula hidrogen dan helium di

dalam Matahari dan jumlahnya kini, memperkirakan usia Matahari sekitar 4,6

milyar tahun.

• Meteorit yang jatuh ke Bumi menunjukkan sebagian dari mereka (dan yang

tertua) terbentuk sekitar 4,5 milyar tahun lalu.

• Batuan yang dibawa dari Bulan menunjukkan usia paling tua sekitar 4,53

milyar tahun lalu.

• Material tertua di Bumi adalah butiran zircon dari Australia Barat yangberumur 4,1 – 4,2 milyar tahun lalu.

• Batuan tertua di Bumi adalah granit berusia 3,7 milyar tahun lalu dari

Greenland dan batuan metamorfik berusia serupa dari Minnesota, USA.

shddin © 2007

Beberapa Bukti Pendukung


40/41

• Tanpa mengembangkan konsep waktu geologis, seorang mahasiswa geologi

tidak akan mampu memahami arti besar dari proses geologi yang berjalan

sangat lambat, seperti pelapukan dan pelarutan. Arti dari proses-prosestersebut tidak dapat hanya dilihat dari jangkauan waktu yang dialami indera

manusia, yang hanya mengenal hari, minggu, tahun dan pergantian musim.

• Namun bagaimana memahami dan mengapresiasi skala waktu milyaran

tahun tersebut kedalam perspektif manusiawi kita? Salah satunya adalah

dengan mempergunakan jam tangan geologi dibawah ini. Kehadiran kita

hanyalah 17 detik terakhir saja…

shddin © 2007

Sejarah Bumi (Kita adalah Penghuni Terakhir?)


41/41

waktu_geologi_dan_geokronologi (Good+++)

Documents

Transcript of waktu_geologi_dan_geokronologi (Good+++)