BAB V GEOLOGI FISIK.docx

21
BAB V GEOLOGI FISIK 5.1 Pendahuluan Kerekayasaan sipil mempunyai hubungan dengan permukaan bumi, karena pekerjaan yang dilaksanakan rekayasa sipil didukung dan terletak pada kerak bumi. Baik perencanaan maupun konstruksi yang dibangun. 5.2 Planit Bumi Bumi merupakan salah satu planit dalam sistem matahari (solar system), yang merupakan salah satu sistem dalam jagad raya yang tidak terhingga besarnya. Sistem matahari terbentuk dari gumpalan gas yang berputar. Sebagian besar massa terkumpul dipusatnya menjadi matahari sedangkan sisanya terakumulasi dan memadat menjadi planit-planitnya (teori Nebula) pada 15000 juta tahun yang lalu. GE0LOGI TEKNIK V-1

Transcript of BAB V GEOLOGI FISIK.docx

BAB VGEOLOGI FISIK

5.1 PendahuluanKerekayasaan sipil mempunyai hubungan dengan permukaan bumi, karena pekerjaan yang dilaksanakan rekayasa sipil didukung dan terletak pada kerak bumi. Baik perencanaan maupun konstruksi yang dibangun.

5.2 Planit BumiBumi merupakan salah satu planit dalam sistem matahari (solar system), yang merupakan salah satu sistem dalam jagad raya yang tidak terhingga besarnya. Sistem matahari terbentuk dari gumpalan gas yang berputar. Sebagian besar massa terkumpul dipusatnya menjadi matahari sedangkan sisanya terakumulasi dan memadat menjadi planit-planitnya (teori Nebula) pada 15000 juta tahun yang lalu.

Gambar 5.1 Pembentukan Sistem Matahari model Nobular (Carla W. Montgomery)5.2.1 Atmosfir Bumi diselubungi oleh lapisan atmosfir yang terdiri dari campuran bermacam-macam gas yang tetap berada disekeliling bumi akibat gaya tarik gravitasi. Bagian atmosfer paling padat terdapat di atas permukaan laut, dan menipis dengan cepat ke atas. Ketebalan lapisan atmosfir mencapai 10 km dan terbagi dalam beberapa lapisan :0 20 km Troposfir20 40 km Stratosfir40 80 km Mesosfir80 < Thermosfir.Komposisi atmosfir : Pure, dry air terdiri dari 78% volume Nitrogen, 21% volume Oksigen dan 1% volume terdiri dari Argon, Karbon dioksida dan gas-gas lain.Fungsi atmosfir, lapisan terdekat permukaan bumi adalah trofosfir, selain terdiri dari pure, dry air, terdapat juga uap air yang bersirkulasi (penguapan, kondensasi dan turun ke permukaan bumi sebagai hujan atau salju). Uap air dalam atmosfir mengandung suhu permukaan bumi, sehingga tidak terlalu panas dan juga tidak terlalu dingin, pada siang dan malam hari.Lapisan Ozon (O3) terdapat pada ketinggian 20 km ke atas permukaan bumi terbentuk dari Oksigen akibat radiasi sinar Ultra violet. Fungsinya adalah menyaring radiasi sinar ultra violet yang dipancarkan matahari. Sinar ultra violet membahayakan bagi kehidupan, menyebabkan kanker kulit manusia dan membunuh bakteri-bakteri dipermukaan bumi.Gas CO2 dalam atmosfior berfungsi sebagai penyerap panas yang dipancarkan matahari dan diperlukan tumbuh-tumbuhan. Selain sangat dibutuhkan manusia sebagai sumber oksigen dan filter, atmosfir sangat besar perannya dalam proses pelapukan.Angin adalah aliran udara dipermukaan bumi akibat perbedaan tekanan udara satu tempat dari tempat lain, atau gradien tekanan. Pada umumnya bergerak horisontal dan secara global angin mempengaruhi iklim suatu daerah.

5.2.2 Hidrosfir Lapisan hidrosfir termasuk semua air bebas (tidak terikat senyawa) yang ada di bumi, baik dalam fase uap, cair atau es. Hampir 97% merupakan air asin di laut, sisanya air tawar, tersimpan sebagai es atau salju abadi sebanyak hampir 2%. Sedangkan yang cair adalah yang terdapat baik di atas maupun di bawah permukaan bumi. Air yang menempati rongga-rongga batuan atau tanah dinamakan air bawah permukaan (subsurface water), kebanyakan terdapat dikedalaman sebagai air tanah (ground water), kira-kira 0,6% dari hidrosfir. Air yang terkandung dalam tanah sedalam akar tumbuhan hanyalah 0,005% saja. Sedangkan yang mengalir di permukaan bumi, sungai, danau atau rawa-rawa dinamakan air permukaan (surface water), sebanyak 0,02% dari hidrosfir. Uap air yang terdapat dalam atmosfir hanya sebanyak 0,001%, namun demikian, ini penting karena merupakan sumber air tawar.Air di sungai-sungai mengalir karena perbedaan ketinggian, secara laminer atau turbulen. Aliran arus dikatakan laminer apabila partikel-partikel air bergerak menurut garis lurus, sedangkan arus turbulen lintasan geraknya melengkung bukan melingkar.Faktor-faktor yang mempengaruhi aliran adalah :1. Debit atau discharge, volume air yang melalui suatu titik tertentu dalam satu satuan waktu (m3/det).2. Kecepatan rata-rata (m/det).3. Ukuran dan bentuk alur.4. Gradient, kemiringan alur.5. Beban arus, material yang terbawa oleh arus, terdiri dari fragmen-fragmen batuan dan batuan bahan yang terlarut.

5.2.3 Litosfir Dari pengamatan perambatan gelombang gempa pada beberapa pencatatan stasiun gempa diketahui bahwa bumi tidak merupakan satu massa yang homogen. Akan tetapi terdiri dari lapisan-lapisan dengan densitas berbeda, seperti gambar 5.2.

Gambar 5.2. Penampang kerak bumi. Sebelah kanan memperlihatkan hubungan kerak bumi, selubung dan inti bumi. Sebelah kiri lapisan-lapisan bumi berdasarkan sifat fisiknya ( Richard F. & Brian J,S)

Kerak bumi dan bagian atas selubung (mantle) bersifat padat. Lapisan terluar bumi yang padat ini disebut Litosfir, lithos berarti batuan. Sesuai dengan namanya, lapisan ini terdiri dari batuan. Tebal lithosfir tidak sama pada suatu tempat, di bawah lautan tipis, sekitar 30 km dan di bawah benua lebih tebal sampai 100 km .Lapisan di bawah lithosfir, sampai 500 km ke dalam selubung disebut Astenosfir, merupakan lapisan yang tidak kaku (rigid), tetapi plastis namun tidak cair.

Gambar 5.3. Penampang kerak bumi. Kerak benua lebih tebal dibandingkan dengan Kerak samudra. ( Richard Foster & Brian J.S. 1976)

5.3 Bumi selalu bergerakLebih dari seabad yang lalu seseorang mengamati di peta bumi bentuk pantai Timur Amerika Selatan mirip dengan pantai Barat Afrika. Timbullah suatu ide bahwa kedua benua ini pernah bersatu, kemudian terpisah. Maka terbitlah teori Pengapungan Benua, yang saat itu sulit diterima dan menjadi bahan tertawaan.Ternyata ide tersebut memang genial. Sejak tahun 1960 an dari pengumpulan berbagai data membuktikan bahwa memang benar adanya pergeseran benua. Dan berkembanglah teori Tektonik Lempeng atau Plate Tectonics. Pada dasarnya mengatakan bahwa lapisan terluar bumi terdiri dari lempeng-lempeng (plates) yang bergerak.Ada 6 lempeng utama di bumi, lempeng Eurasia, Hindia Australia, Fasifik, Afrika, Amerika utara dan Amerika selatan. Selain itu masih banyak lempeng-lempeng kecil yang disebut micro plates (Gambar 5.4).Kecepatan gerak lempeng berkisar dari 3 sampai 10 cm per tahun. Batas lempeng; beberapa keadaan dapat terjadi pada batas lempeng, tergantung pada kecepatan relatif, dan atau jenis lempeng.

Gambar 5.4. Lempeng-lempeng utama di bumi. Indonesia terletak pada pertemuan 3(tiga) lempeng yang bergerak (Carla W. Montgomery)

Lempeng benua atau samudra. Gambar 5.5 memperlihatkan hubungan antar lempeng-lempeng yang bergerak.Batas Divergen, lempeng lithosfir bergerak saling menjauh, pada pematang tengah samudra, contohnya pematang tengah Samudra Atlantik. Magma dari astenosfir menerobos ke atas dan membentuk lapisan lithosfir baru.Batas Konvergen, lempeng bergerak saling mendekat dan bertemu. Lempeng samudra karena lebih berat dibandingkan dengan lempeng benua, maka ia menekuk dan menyusup ke bawah lempeng benua. Seperti yang terjadi disepanjang barat P. Sumatra, menerus di selatan P. Jawa terus ke kepulauan Nusa tenggara. Sedangkan lempeng benua yang saling bertemu, tidak terjadi penekukan melainkan baku dorong atau bergeseran.Bila baku dorong yang terjadi adalah penebalan pada lempeng tersebut, contohnya pegunungan Himalaya. Dan apabila pergeseran terjadi gesekan lempeng, dan membentuk sesar mendatar, contohnya sesar mendatar San Andreas di California.

Gambar 5.5. Batas-batas lempeng. Pada batas divergen terjadi pemekaran lantai samudra, sedangkan pada batas konvergen terjadi tumbukan lempeng, subduksi (Carla W. Montgomery)

5.3 Pelapukan Denudasi adalah satu istilah umum untuk perusakan /perubahan permukaan bumi yang disebabkan oleh proses-proses yang berasal dan berlangsung di permukaan bumi atau disebut sebagai proses eksogen. Salah satunya adalah dan sangat penting adalah proses pelapukan.Pelapukan (Weathering) adalah suatu gejala perubahan material dipermukaan bumi atau didekatnya, akibat berhubungan dengan air, atmosfir atau kehidupan. Sebagai contoh, batuan beku dalam, terbentuk dikedalaman bumi pada suhu dan tekanan sangat tinggi. Proses pelapukan dapat berlangsung secara mekanis dan atau kimiawi.Pelapukan mekanis (disintegrasi).Batuan pecah/hancur secara mekanis menjadi kecil dan lebih kecil lagi tanpa perubahan komposisinya (disintegrasi). Gambar 5.6.

Gambar 5.6. Penghancuran batuan menjadi partikel-partikel, makin lama menjadi makin kecil

Penghancuran secara mekanis dapat terjadi dengan berbagai cara :1. Pergantian suhu, pada daerah beriklim ekstrim seperti gurun, perbedaan suhu antara siang dan malam sangat besar. Pada siang hari batuan menerima panas matahari dan memuai, sedangkan pada malam hari suhu sangat rendah sehingga batuan mengkerut kembali. Pemuaian dan pengkerutan yang berlangsung sepanjang waktu ini menyebabkan daya tahan batuan menjadi lemah yang mengakibatkan hancurnya batuan tersebut. 2. Pembekuan air, akibat suhu sangat rendah air yang terdapat di dalam pori-pori atau rongga-rongga dalam batuan membeku. Air yang membeku mempunyai volume lebih besar. Perubahan volume ini menekan batuan kesegala arah yang mengakibatkan hancurnya batuan.3. Abrasi, penggerusan oleh partikel-partikel yang terbawa oleh air, gletsyer atau angin.

Pelapukan kimiawi (dekomposisi).Pada proses ini komposisi kimia mineral mengalami perubahan (dekomposisi) akibat reaksi kimia dengan air, zat-zat kimia yang terlarut dalam air atau gas-gas di udara. Beberapa proses yang berlangsung di antaranya adalah :Proses Oksidasi, reaksi dengan oksigen dari udara. Contoh : Ferro Ferri Fe2 SO4(Olivin) +O2 2 Fe2 O3(Hematic) + 2SiO2Proses Hidrasi, pembentukan mineral baru yang mengandung airKAlSi2 O8(fetsfor) + H2O (Al2Si2 (OH)4 (mineral lempung) + Oksida K siPelarutan mineral, batu gamping yang mineral utamanya CaCO3 dapat larut dalam air. Pelarutan ion logam oleh asam alam H2O +CO2 H2CO3Kedua proses pelapukan tersebut sukar dipisahkan karena keduanya saling menunjang, terutama di daerah tropis. Curah hujannya sangat tinggi.Pelapukan Organik. Akar tumbuhan selain menekan batuan disekitarnya, juga mengeluarkan asam yang memperlemah ikatan kimia mineral.Proses pelapukan yang sifatnya merusak, terutama pada batuan dasar dapat membahayakan dan merugikan. Namun ada beberapa yang menguntungkan manusia. Contohnya endapan Nikel dan Bauxit merupakan bahan tambang yang dihasilkan akibat pelapukan.Hasil akhir proses pelapukan adalah tubuh tanah atau sering disebut soil. Istilah soil dalam geologi tidaklah sama dengan rekayasa sipil. Dalam rekayasa sipil mempunyai pengertian lebih luas. Di diskripsikan sebagai endapan permukaan yang dapat dikeruk/digali tanpa pemboran atau peledakan. Termasuk hancurnya batuan (debris).Keberadaan soil dapat digolongkan sebagai :Trasforted soil, merupakan soil yang telah mengalami transfortasi. Tidak terbentuk dimana ia berada. Insitu soil, soil yang belum atau tidak mengalami transfortasi. Terbentuk pada tempat dimana ia berada.Intensitas pelapukan melemah kearah dalam bumi. Demikian pula hasilnya. Dengan kata lain, tingkat pelapukan tertinggi adalah di permukaan dan mengecil ke dalam. Penampang tubuh tanah dibagi dalam tiga horizon (Gambar 5.7).

Gambar 5.7 Penampang tubuh tanah, memperlihatkan horizon-horizon A, B dan C.Horizon A, lapisan teratas, berwarna hitam akibat adanya humus atau bahan organik. Sebagaian bahan telah hilang. Mineral-mineral yang terlarut terbawa air ke bawah. Proses ini disebut leaching atau pencucian, karena zona ini dikatakan zona leaching.Horizon B, merupakan horizon dimana hasil leaching zona A di atasnya terakumulasi, sedikit sekali dijumpai bahan organik.Horizon C, pada horizon ini masih dijumpai sisa-sisa batuan asal atau bahan dasar.Faktor-faktor yang mempengaruhi pelapukan.1. Jenis batuan; batuan yang terbentuk dari mineral-mineral yang mudah larut atau terbentuk pada suhu dan tekanan tinggi (kebalikan deret reaksi Bowen, lihat bab batuan beku) akan lebih mudah lapuk.2. Struktur batuan; batuan yang banyak rekahan, permukaan yang bersentuhan dengan atmosfir atau hidrosfir lebih luas dibandingkan dengan yang kompak, karena itu pelapukannya lebih intensif.3. Kemiringan lereng; pada lereng landai soil yang dihasilkan tebal karena tidak melengser ke bawah. Sebaliknya pada lereng terjal, besar kemungkinan melengser sehingga soil disini tipis.4. Iklim; pada daerah beriklim trofis dimana curah hujan tinggi, maka pelapukan juga tinggi.5. Waktu sangat berpengaruh pada proses pelapukan ini. Makin lama proses berlangsung makin tebal soil yang dihasilkan.

5.4 ErosiProses denudasi lain yang bekerja sama dengan proses pelapukan adalah erosi, yaitu proses pengikisan dan pengangkutan bahan lepas hasil pelapukan, dilakukan oleh air, gletsyer atau angin.Erosi Air. Sungai dan laut mempunyai daya erosi dan andil besar dalam pengubahan muka bumi. Di sungai, partikel-partikel air yang mengalir, fragmen batuan yang terbawa serta dan asam alam terlarut mengikis atau melarutkan permukaan yang dilaluinya. Tebing dan dasar sungai.Gambar 5.8 memperlihatkan perkembangan penampang sungai dari yang semula berbentuk huruf V menjadi huruf U, setelah mengalami pengikisan.

Gambar 5.8 Perkembangan penampang sungai, akibat erosi Lateral.

Alur sungai tidaklah selalu lurus, pada saat terjadi belokan. Kecepatan arus pada belokan sungai sebelah luar lebih besar dibandingkan sebelah dalamnya. Akibatnya adalah disebelah luar berlangsung pengikisan, sedangkan sebelah dalam terjadi pengendapan material yang terbawa arus. Demikianlah proses ini berlangsung sepanjang waktu sehingga alur sungai berpindah-pindah ke arah hilir (Gambar 5.9).Kecepatan arus sungai dari hulu sampai hilir tidak sama, tergantung pada beberapa faktor, banyaknya air yang mengalir, bentuk alur dan permukaan sungai serta kemiringan lembahnya atau gradient sungai. Dihitung dari perbedaan ketinggian (atau ) per satuan panjang ().Satuan panjang diukur sepanjang permukaan air atau dasar sungai. Gradient di hulu lebih besar daripada di hilir/muara.Di muara sungai kecepatan arus hampir nol, dapat dikatakan berhenti, sehingga tidak terjadi erosi, bahkan material yang terbawa arus (sedimen) diendapkan. Endapan sedimen di muara sungai berbentuk segi tiga dan sebab itu dinamakan delta.

Gambar 5.9 Sungai berkembangan ke arah hilir akibat erosi

Tempat-tempat dimana tidak berlangsung kegiatan erosi, seperti muara sungai, dinamakan dasar erosi (base level of erosion atau base level ). Apabila pada lintasan alur sungai terdapat penghambat, misalnya lapisan batuan keras (gambar 5.10), danau atau bendungan, kecepatan arus akan jauh berkurang dan berhenti (sementara), dan akan mengalir kembali di belakangnya.Perhentian sementara arus atau kegiatan erosi ini disebut dasar erosi lokal atau local base level.Di laut /pantai erosi terjadi karena adanya arus dan gelombang. Arus di laut disebabkan oleh adanya perbedaan suhu atau salinitas. Sedangkan gelombang terjadi karena angin.

Gambar 5.10 Perhentian erosi sementara karena gangguan.Adanya lapisan keras atau bendungan

Dari percobaan di laboratorium diketahui bahwa partikel air dalam gelombang tidak maju mengikuti gerak gelombang, tetapi tetap pada tempatnya. Gambar 5.11 memperlihatkan gerak partikel-partikel air berkenaan dengan kedalaman laut. Pada laut dalam gelombang tidak mencapai dasar laut, kedalaman maksimum adalah sedalam setengah panjang gelombang (), jarak antara 2 (dua) puncak gelombang. Sehingga praktis tidak terjadi erosi. Mendekati pantai, lintasan gerak partikel air berubah dari lingkaran menjadi ellips. Dan kecepatan lebih besar sehingga daya erosinya makin besar.Oleh karena itu daya erosi gelombang lebih besar di pantai. Demikian pula benturan pecahan ombak pada tebing di pantai. Selain benturan, juga partikel-partikel yang terbawa mengikis tebing tersebut dari waktu ke waktu. Hasilnya adalah mundurnya garis pantai ke arah darat, seperti yang berlangsung di pantai Marunda dan Padang.

Gambar 5.11 Perubahan bentuk lintasan partikel air dalam gelombang yang terpengaruh oleh kedalaman dasar laut

Erosi gletsyer.Di Indonesia salju hanya terdapat di Irian Jaya, merupakan salju abadi. Maksudnya adalah salju yang tidak mencair pada setiap musim, terdapat di atas garis batas salju. Garis ini tidak terdapat pada ketinggian yang sama pada setiap daerah. Di khatulistiwa terletak di atas ketinggian 4000 meter, sedangkan di Utara atau Selatannnya lebih rendah.Erosi yang dilakukan longsoran salju beserta material-material yang dibawa berupa bongkah-bongkah batuan adalah suatu lembah lebar dengan dasar rata serta goresan-goresan sajajar searah lembah. Sering terlihat adanya onggokan-onggokan material yang tertinggal.Apabila pengikisannya sangat kuat maka terjadilah cekungan-cekungan membundar, bila terisi air menjadi danau-danau dan dinamakan sebagai cirque.

Erosi angin. Angin sambil bergerak membawa partikel-partikel yang besarnya tergantung pada kecepatan angin.Partikel-partikel ini mengiklis benda-benda yang dilaluinya. Karena itulah pada dinding-dinding tebing atau tiang banyak tererosi pada bagian bawah. Hal ini disebabkan oleh gaya tarik bumi maka partikel-partikel yang besar berada di bawah, sedangkan yang di halus di atas. Sehingga pengilisan lebih kuat dui bagianm bawah.GE0LOGI TEKNIK V-16