STRUKTUR BAGIAN DALAM BUMI

Banyak ahli astronomi  dan geologi berpendapat bahwa bumi dan planet lainnya terbentuk dari proses aglomerasi massa jagad raya yang telah mendingin (planetisimal) atau proses pendinginan dan kondensasi gas panas matahari (nebular). Dalam teori nebular ini dianggap bahwa selama perkembangannya, gas panas akan mengalami radiasi dan kehilangan partikel tenaga sehingga lama-lama mendingin, terkondensasi hingga akhirnya memadat. Gaya tarik bumi terjadi diferensiasi antara hasil kondensasi dengan gas pada saat proses pendinginan berlangsung, sehingga akhirnya akan terbentuk magma primer yang diselubungi selaput gas, yang sangat berbeda dengan atmosfer sekarang yang disebut pneumatosfer. (Rittmann, 1962). Selanjutnya, proses pendinginan akan semakin mempercepat proses kristalisasi di permukaan bumi.

Bumi terbentuk sekitar 4.600 juta tahun yang lalu, berwujud massa batuan yang pijar dan cair. Setelah berjuta-juta tahun lamanya massa batuan itu mendingin sehingga lapisan permukaan menjadi padat dan membentuk lapisan kerak bumi yang retak-retak akibat proses pendinginan. Batuan yang meleleh dari dalam ada yang keluar melalui retakan-retakan kerak bumi dan membeku di permukaan bumi.

Gas yang terbentuk waktu proses pendinginan sebagian menjadi uap. Gas-gas pada permukaan akhirnya menjadi lapisan atmosfer. Gaya graitasi bumi mencegah gas tersebut tidak keluar dari permukaan bumi.

Sekitar 1.000 juta tahun yang lalu, permukaan bumi berupa satu daratan yang sangat luas dikelilingi oleh samudra. Daratan tersebut kemudian terpecah menjadi beberapa daratan akibat adanya pergeseran lempeng permukaan bumi.

Tabel 2.1. Jenis batuan penyusun kerak bumi

Batuan	Berat jenis (gram / cm3)
Granit	2,5 - 2,7
Andesite	1,6 - 2,6
Diorit	2,8 - 2,9
Gabro	3
Peridotit	2,6 - 2,8
Dunit	3,2 - 3,3
Batupasir	2,2 - 2,8
Batugamping	2,5 - 2,7
Marmer	2,7
Gneis	2,6 - 3,1

Gambar 2.1. Susunan bumi

Para ahli setuju bahwa bumi terbentuk pada ± 4.6 milyard tahun yang lalu, diameter ekuator bumi ± 12.756 km  diameter di polar ± 12.714 km. Bj = 5,5 gr/cm².

Bumi terdiri dari tiga bagian yang berbeda yaitu kerak bumi, mantel, inti luar dan inti dalam. Selain itu secara fisik, bumi juga bisa di bagi menjadi lapisan Litosfer dan Astenosfer.

Lapisan Litosfer merupakan lapisan teratas yang meliputi kerak bumi dan bagian atas dari mantel bumi. Litosfer merupakan bagian padat, solid tetapi mudah patah. Litosfer bergerak terapung di atas lapisan Astenosfer.

Astonosfer merupakan lapisan cair yang meliputi mantel bawah dan inti luar bumi. Lapisan ini “lemah” dengan temperature yang sangat tinggi. di lapisan ini terjadi arus konveksi yang menggerakan lempeng-lempeng permukaan bumi.

A.    Struktur Penyusun Bumi

Secara umum bumi terdiri dari beberapa bagian lapisan yang berbeda yaitu:

1.      Kerak

Kerak bumi (crush) merupakan kulit bumi bagian luar (permukaan bumi).  Tebal lapisan kerak bumi mencapai 30 - 70 km dan merupakan lapisan batuan yang terdiri dari batu-batuan basa dan asam. Dengan berat jenis ± 2,7. 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.

Gambar 2.2. Lapisan Lithosphere dan Asthenosphere

Kerak bumi terdiri dari lempeng benua dan lempeng samudra.

1.      Lempeng benua berupa lapisan tipis tersusun dari batuan granitik dan merupakan lapisan pembentuk benua.

2.      Lempeng Samudra berupa lapisan tipis tersususn dari batuan basaltik dan merupakan lapisan pembentuk dasar samudra.

          Gambar 2.3. Kerak bumi

2.      Mantel

Selimut atau selubung (mantle) merupakan lapisan yang terletak di bawah lapisan kerak bumi. Dengan berat jenis ± 3,4 - 4 Tabal selimut bumi mencapai 2.900 km dan merupakan lapisan batuan padat.  Suhu di bagian bawah selimut bumi mencapai 3.000 ^oC. Mantel merupakan lapisan yang berbeda di bawah kerak bumi dengan kedalaman kira-kira (40 - 2891) km, mempunyai temperatur sangat tinggi samapai 3.800°C.

                Gambar 2.4.  Bagian – bagian mantel bumi

3. Inti Bumi

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. Dengan berat jenis ± 9,6. Lapisan ini dibedakan menjadi lapisan inti luar dan lapisan inti dalam.  Lapisan inti luar tebalnya sekitar 2.000 km dan terdiri atas   besi cair yang suhunya mencapai 2.200 ^oC.  inti dalam merupakan pusat bumi berbentuk bola dengan diameter sekitar 2.700 km.  Inti dalam ini terdiri dari nikel dan besi yang suhunya mencapai 4.500 ^oC.

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 unsure kimia yang ada di bumi, proses transfer panas dan perpindahan materi padat. 

Gambar 2.5. Inti bumi

B.     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.

Pada lapisan atmosfer terkandung berbagai macam gas. Berdasarkan volumenya, jenis gas yang paling banyak terkandung berturut-turut adalah nitrogen (N₂) sebanyak 78,08%, oksigen (O₂) sebanyak 20,95%,  argon sebanyak 0,93%, serta karbon dioksida (CO2) sebanyak 0,03%.  Berbagai jenis gas lainnya jufga terkandung dalam atmosfer, tetapi dalam konsentrasi yang jauh lebih rendah, misalnya neon (Ne), helium (He), kripton (Kr), hidrogen (H₂), xenon (Xe), ozon (O₃), metan dan uap air.

Di antara gas-gas yang terkandung di dalam atmosfer tersebut, karbon dioksida dan uap air terkandung dalam konsentrasi yang bervariasi dari tempat ke tempat, serta dari waktu ke waktu untuk uap air.

Keberadaan atmosfer yang menyelimuti seluruh permukaan bumi memiliki arti yang sangat penting bagi kelangsungan hidup berbagai organisme di muka bumi.  Fungsi atmosfer antara lain :

1. Mengurangi radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi pada siang hari dan hilangnya panas yang berlebihan pada malam hari.
2. Mendistribusikan air ke berbagai wilayah permukaan bumi
3. Menyediakan okisgen dan karbon dioksida.
4. Sebagai penahan meteor yang akan jatuh ke bumi.

Peran atmosfer dalam mengurangi radiasi matahari sangat penting.  Apabila tidak ada lapisan atmosfer, suhu permukaan bumi bila 100% radiasi matahari diterima oleh permukaan bumi akan sangat tinggi dan dikhawatirkan tidak ada organisme yang mampu bertaham hidup, termasuk manusia.

Dalam mendistribusikan air antar wilayah di permukaan bumi, peran atmosfer ini terlihat dalam siklus hidrologi.  Tasnpa adanya atmosfer yang mampu menampung uap air, maka seluruh air di permukaan bumi hanya akan mengumpul pada tempat yang paling rendah.  Sungai - sungai akan kering, seluruh air tanah akan merembes ke laut, sehingga air hanya akan mengumpul di samudera dan laut saja.  Pendistribusian air oleh atmosfer  ini memberikan peluang bagi semua mahluk hidup untuk tumbuh dan berkembang di seluruh permukaan bumi.Selain itu, atmosfer dapat menyediakan oksigen bagi mahluk hidup.  Kebutuhan tumbuhan akan CO₂ juga dapat diperoleh dari atmosfer. Berdasarkan perbedaan suhu vertikal, atmosfer bumi dapat dibagi menjadi lima lapisan, yaitu :

1. Troposfer

Lapisan ini merupakan lapisan yang paling bawah, berada antara permukaan bumi sampai pada ketinggian 8 km pada posisi kutub dan 18 – 19 km pada daerah ekuator.  Pada lapisan ini suhu udara akan menurun dengan bertambahnya ketinggian.  Setiap kenaikan 100 meter temperaturnya turun turun 0,5 ^oC.  Lapisan ini dianggap sebagai bagian atmosfer yang paling penting, karena berhubungan langsung dengan permukaan bumi yang merupakan habitat dari berbagai jenis mahluk hidup termasuk manusia, serta karena sebagain besar dinamika iklim berlangsung pada lapisan troposfer. Susunan kimia udara troposfer terdiri dari 78,03% nitrogrn, 20,99 oksigen, 0,93% argon, 0,03% asam arang, 0,0015% nenon, 0,00015% helium, 0,0001% kripton, 0,00005% hidrogen, serta 0,000005% xenon. Di dalam lapisan ini berlangsung semua hal yang berhubungan dengan iklim.  Walaupun troposfer hanya menempati sebagian kecil saja dari atmosfer dalam, akan tetapi, 90% dari semua masa atmosfer berkumpul pada lapisan ini.  Di lapisan inilah terbentuknya awan, jatuhnya hujan, salju, hujan es dan lain-lain. Di dalam troposfer terdapat tiga jenis awan, yaitu awan rendah (cumulus), yang tingginya antara 0 – 2 km; awan pertengahan (alto cumulus lenticularis), tingginya antara 2 – 6 km; serta awan tinggi (cirrus) yang tingginya antara 6-12 km. Troposfer terbagi lagi ke dalam empat lapisan, yaitu :

a.       Lapisan Udara Dasar

Tebal lapisan udara ini adalah 1 – 2 meter diatas permukaan bumi.  Keadaan di dalam lapisan udara ini tergantung dari keadaan fisik muka bumi, dari jenis tanaman, ketinggian dari permukaan laut dan lainnya.  Keadaan udara dalam lapisan inilah yang disebut sebagai iklim mikro, yang mempengaruhi kehidupan tanaman dan juga jasad hidup di dalam tanah.

b.      Lapisan Udara Bawah

Lapisan udara ini dinamakan juga lapisan-batasan planiter (planetaire grenslag, planetary boundary layer).  Tebal lapisan ini 1 – 2 km.  Di sini berlangsung berbagai perubahan suhu udara dan juga menentukan iklim.

c.       Lapisan Udara Adveksi (Gerakan Mendatar)

Lapisan ini disebut juga lapisan udara konveksi atau lapisan awan, yang tebalnya 2 – 8 km.  Di dalam lapisan udara ini gerakan mendatar lebih besar daripada gerakan tegak.  Hawa panas dan dingin yang beradu di sini mengakibatkan kondisi suhu yang berubah-ubah.

d.      Lapisan Udara Tropopouse

Merupakan lapisan transisi antara lapisan troposfer dan stratosfer terletak antara 8 – 12 km di atas permukaan laut (dpl).  Pada lapisan ini terdapat derajat panas yang paling rendah, yakni antara - 46 ^o C sampai - 80^o C pada musim panas dan antara  - 57 ^o C sampai - 83 ^o C pada musim dingin.  Suhu yang sangat rendah pada tropopouse inilah yang menyebabkan uap air tidak dapat menembus ke lapisan atmosfer yang lebih tinggi, karena uap air segera mengalami kondensasi sebelum mancapai tropopouse dan kemudian jatuh kembali ke bumi dalam bentuk cair (hujan) dan padat (salju, hujan es).

2.      Stratosfer

Merupakan bagian atmosfer yang berada di atas lapisan troposfer sampai pada ketinggian 50 – 60 km, atau lebih tepatnya lapisan ini terletak di antara lapisan troposfer dan ionosfer.  Pada lapisan stratosfer, suhu akan semakin meningkat dengan meningkatnya ketinggian.  Suhu pada bagian atas stratosfer hampir sama dengan suhu pada permukaan bumi.  Dengan demikian, profil suhu pada lapisan stratosfer ini merupakan kebalikan dari lapisan troposfer.

Ciri penting dari lapisan stratosfer adalah keberadaan lapisan ozon yang berguna untuk menyerap radiasi ultraviolet, sehingga sebagian besar tidak akan mencapai permukaan bumi.

Serapan radiasi matahari oleh ozon dan beberapa gas atmosfer lainnya menyebabkan suhu udara pada lapisan stratosfer meningkat.  Lapisanstratosfer tidak mengandung uap air, sehingga lapisan ini hanya mengandung udara kering.  Batas lapisan stratosfer disebut stratopouse. Lapisan stratosfer dibagi dalam tiga bagian yaitu :

a.       Lapisan udara isoterm; terletak antara 12 – 35 km dpl, dengan suhu udara -50^o C  sampai -55^o C.

b.      Lapisan udara panas; terletak antara 35 – 50 km dpl, dengan suhu -50^o C sampai + 50^o C. 

c.       Lapisan udara campuran teratas; terletak antara 50 – 80 km dpl, dengan suhu antara +50^o C sampai -70^o C.  karena pengaruh sinar ultraviolet, pada ketinggian 30 km oksigen diubah menjadi ozon, hingga kadarnya akan meningkat dari 5 menjadi 9 x 10^-2 cc di dalam 1 m³.

3.      Mesosfer

Mesosfer terletak di atas stratosfer pada ketinggian 50 – 70 km.  Suhu di lapisan ini akan menurun seiring dengan meningkatnya ketinggian.  Suhunya mula-mula naik, tetapi kemudian turun dan mencapai -72 ^oC di ketinggian 75 km.  Suhu terendah terukur pada ketinggian antara 80 – 100 km yang merupakan batas dengan lapisan atmosfer berikutnya, yakni lapisan mesosfer.  Daerah transisi antara lapisan mesosfer dan termosfer disebut mesopouse dengan suhu terendah - 110^o C .

4.      Lapisan Termosfer

Berada di atas mesopouse dengan ketinggian sekitar 75 km sampai pada ketinggian sekitar 650 km.  Pada lapisan ini, gas-gas akan terionisasi, oleh karenanya lapisan ini sering juda disebut lapisan ionosfer.  Molekul oksigen akan terpecah menjadi oksegen atomik di sini.  Proses pemecahan molekul oksigen dan gas-gas atmosfer lainnya akan menghasilkan panas, yang akan menyebabkan meningkatnya suhu pada lapisan ini.  Suhu pada lapisan ini akan meningkat dengan meningkaknya ketinggian.

            Ionosfer dibagi menjadi tiga lapisan lagi, yaitu :

a.       Lapisan Udara E

Terletak antara 80 – 150 km dengan rata-rata 100 km dpl.  Lapisan ini tempat terjadinya proses ionisasi tertinggi.  Lapisan ini dinamakan juga lapisan udara KENNELY dan HEAVISIDE dan mempunyai sifat memantulkan gelombang radio.  Suu udara di sini berkisar - 70^o C  sampai +50^o C .

b.      Lapisan udara F

Terletak antara 150 – 400 km.  Lapisan ini dinamakan juga lapisan udara APPLETON.

c.       Lapisan udara atom

Pada lapisan ini, benda-benda  berada dalam lbentuk atom.  Letaknya lapisan ini antara 400 – 800 km.  Lapisan ini menerima panas langsung dari matahari, dan diduga suhunya mencapai 1200^o C .

5.      Ekosfer atau atmosfer luar

Merupakan lapisan atmosfer yang paling tinggi.  Pada lapisan ini, kandungan gas-gas atmosfer sangat rendah.  Batas antara ekosfer (yang pada dasarnya juga adalah batas atmosfer) dengan angkasa luar tidak jelas.  Daerah yang masih termasuk ekosfer adalah daerah  yang masih dapat dipengaruhi daya gravitasi bumi.  Garis imajiner yang membatasi ekosfer dengan angkasa luar disebut magnetopause

Gambar 2.6. Struktur Penyusun Bumi