aliran pada batas mantel-kerak

8/7/2019 Aliran Pada Batas Mantel-Kerak

http://slidepdf.com/reader/full/aliran-pada-batas-mantel-kerak 1/8

1

Mekanika Fluida – Aliran Pada Batas Diskontinu ( Bidang Batas Mantel – Kerak )

Muhamad Wildan Perdana

08/270075/PA/12201

Geofisika - Universitas Gadjah Mada

Aliran Pada Batas Diskontinu

( bidang batas mantel – kerak )

Pendahuluan

Semenjak lebih dari 200 tahun silam, para ilmuwan melalui perhitungan densitas (rasio

massa terhadap volume) material-material yang ada di Bumi telah mengetahui bahwa planet ini

tidak bersifat homogen. Isaac Newton (1642-1727) memperkirakan densitas rerata Bumi sekitar5,0 – 6,0 gr/cm3. Pada tahun 1797 Henry Cavendish menghitung densitas rerata Bumi sebesar

5,5 gr/cm3. Perhitungan modern menunjukkan densitas rerata planet ini adalah sebesar 5,52

gr/cm3. Volume Bumi dapat dihitung dengan mudah karena radius planet ini telah lama

diketahui secara akurat. Massa Bumi hanya dapat diperkirakan secara tidak langsung

berdasarkan perbandingan gaya tarik gravitasi antara Bulan dan Bumi dengan bola metal yang

telah diketahui massa-nya.

Batuan dan mineral yang dipelajari oleh para geoscientist hanyalah mineral dan batuan yang

ter-ekspos ke permukaan bumi dan sampel – sampel yang diperoleh dari eksplorasi tambang dan

lubang bor. Pemboran yang terdalam yang pernah dilakukan manusia hanyalah sekitar 12 km

yaitu di Semenanjung Kola, Rusia Baratlaut.

Dengan demikian jika diperhitungkan hanya sekitar 0.18% saja data yang dapat diperoleh

secara langsung mengenai kondisi dalaman bumi. Oleh karena itulah pengetahuan mengenai

kondisi dalaman bumi secara keseluruhan hanya dapat diperoleh dengan bukti – bukti tak

langsung, sebagian besar disajikan oleh empat jenis sifat fisika, yaitu : penjalaran gelombang

(wave transmission), penyebaran panas (heat transmission), sifat kemagnetan (magnetism), dan

gravitasi.

Dengan kombinasi dari sifat – sifat fisika tersebut maka para ahli – ahli ilmu bumi dapat

memodelkan bentuk serta susunan interior bumi.



2


Gelombang gempa bumi

Petunjuk utama untuk memperkirakan susunan dalaman bumi diperoleh dari perambatan

gelombang getar yang menjalar melalui tubuh bumi. Sedangkan getaran gelombang tersebut

diperoleh dari dua sumber, yakni : gelombang buatan yang dihasilkan oleh manusia dengan

menggunakan ledakan dinamit atau energi nuklir, yang kedua adalah gelombang yang

disebabkan oleh gempabumi, yang bergerak secara natural menjalari tubuh bumi. Petunujuk

melalui rambatan gelombang gempa bumi inilah merupakan petunjuk yang paling banyak

memberikan informasi dibandingkan dengan petunjuk yang diperoleh dari sifat - sifat fisika yang

lainnya seperti gravitasi, kemagnetan, dan penyebaran panas.

Gambar 1.1 . Gelombang gempa bumi ( gelombang seismik ).

Penelitian yang dilakukan terhadap waktu tiba ( arrival time ) gelombang seismik yang

diperoleh dari ribuan data gelombang seismik yang terekam pada beberapa observatorium

menyajikan data untuk perhitungan kurva velocity-depth ( kecepatan-kedalaman ), yang

menunjukkan bahwa terjadi perubahan kecepatan pada gelombang P dan gelombang S dengan

semakin meningkatnya kedalaman menuju ke inti bumi. Kurva inilah ( gambar 1.2 ) yang

digunakan sebagai acuan utama untuk menginterpretasi interior bumi.



3


Gambar 1.2 . Kurva velocity-depth.

Berdasarkan bukti – bukti tidak langsung yang sebagian besar merupakan interpretasi dari

penelitian gelombang seismik diperoleh model susunan interior bumi yang telah disepakati para

ahli ilmu kebumian

Kurva velocity-depth tersebut ( gambar 1.2 )menunjukkan bahwa pada kedalaman tertentu

yaitu pada kedalaman sekitar 30 km dan kedalaman sekitar 2900 km kecepatan gelombang

seismik mengalami perubahan secara tiba – tiba. Batas perubahan kecepatan gelombang seismik

pada kedalaman yang relatif dangkal sekitar 30 km tersebut dikenal dengan nama bidang batas



4


‘Moho’ . Sedangkan pada kedalaman sekitar 2900 km dikenal dengan bidang batas C-M (core-

mantle) yang jaraknya separuh dari jarak menuju ke inti bumi.

Hal tersebut menunujukkan bahwa interior bumi tidak tersusun atas susunan yang homogen.

Secara umum bumi tersusun atas 3 (tiga) bagian, yaitu :

Kerak bumi (crust). Merupakan lapisan yang paling atas yang ditempati oleh manusia dan

makhluk hidup yang lainnya, bersifat rigid ( tipis dan keras) dengan tebal sekitar 30 – 70 km.

Mantel bumi. Lapisan antara kerak dan inti yang memiliki tebal sekitar 2900 km

Inti Bumi, terbagi menjadi dua bagian, yaitu inti luar (outer core) yang bersifat cair-pijar

tersusun sebagian besar oleh besi dan sulfur dan inti dalam (inner core) yang bersifat padat

tersusun oleh campuran besi-nikel.

Bidang batas diskontinu ( bidang Mohorovicic )

Pada tahun 1909 Andrija Mohorovicic menemukan bidang diskontinyuitas gelombang

seismik pada kedalaman sekitar 30 km. dimana gelombang seismik yang lebih dalam dan

mengalami pembiasan ternyata tiba lebih dahulu di stasiun seismograf dibandingkan dengan

gelombang seismik dangkal yang tidak mengalami pembiasan.

Bidang diskontinyuitas tersebut kini dikenal dengan nama bidang Moho, memisahkan antara

kerak dan mantel Bumi. Diatas bidang tersebut, gelombang seismik merambat dengan kecepatan

6,75 km/s, sedangkan dibawahnya mencapai 8 km/s.

Gambar 1.3. Bidang Batas Moho



5


Aliran fluida

Aliran fluida dapat dikategorikan:

1. Aliran laminar

Aliran dengan fluida yang bergerak dalam lapisan – lapisan, atau laminar – laminar dengan

satu lapisan meluncur secara lancar . Dalam aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk

meredam kecendrungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan. Sehingga aliran laminar

memenuhi hukum viskositas Newton. yaitu :

2. Aliran turbulen

Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat tidak menentu karena

mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar

momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam

keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang

merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian aliran.

3. Aliran transisi

Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliranturbulen.

Konsep Dasar

Teori mengenai aliran fluida didasari oleh beberapa konsep, yaitu :

• Bilangan reynold .

• Viskositas



6


• Densitas

• Debit aliran, dan

• Koefisien gesek

Aliran Pada Bidang Batas Moho

Berdasarkan pemodelan bentuk dan struktur interior bumi dapat diketahui bahwa terdapat

suatu bidang antara yang membatasi kerak bumi dengan mantel, yaitu bidang Moho. Bidang

moho membatasi kerak bumi yang bersifat tipis namun keras dengan mantel bumi bagian atas

yang dikenal dengan asthenosphere. Asthenosphere merupakan zona dimana kecepatan

gelombang seismik menurun, pada zona ini batuan berada pada keadaan mendekati titik

lelehnya. Pada zona ini pula diduga terjadi arus konveksi yang menyebabakan terjadinya

pergerakan lempeng yang dikenal dengan teori tektonik lempeng. Arus konveksi di bawah

bidang Moho tersebut yang menjadi konsep dasar teori tektonik lempeng.

Gambar 1.4. Konveksi pada Asthenosphere



7


Syarat - Syarat Konveksi

Terjadinya arus konveksi dapat dianalisa dengan mengetahui kuantitas – kuantitas penting

yang mempengaruhinya, yaitu :

Bilangan Rayleigh : Bilangan ini menentukan kapan proses konveksi mulai terjadi.

Ra > 658 : konveksi terjadi

Upper mantle : Ra=106

Lower mantle : Ra=3×107

Whole mantle : Ra=108

Bilangan Taylor : Menggambarkan efek dari rotasi bumi terhadap arus konveksi mantel efek

rotasi tidak signifikan pada konveksi mantel.

Bilangan Nusselt : Menyatakan tingkat efisiensi dari arus konveksi. Kondisi mantel, Nu ~ 10,

maka sebagian besar panas dialirkan melalui mekanisme konveks.

Bilangan Prandtl : merupakan suatu nilai / harga yang dipakai untuk menentukan distribusi

temperatur pada suatu aliran.

Dilihat dari kecepatan aliran, menurut bilangan Reynolds diasumsikan/dikategorikan :

Aliran laminar bila aliran tersebut mempunyai bilangan Re kurang dari 2300,

Untuk aliran transisi berada pada pada bilangan Re 2300 dan 4000 biasa juga disebut

sebagai bilangan Reynolds kritis

Aliran turbulen mempunyai bilangan Re lebih dari 4000.



8


Daftar Pustaka

Katili, J. A. dan Marks, P., GEOLOGI, Kilatmadju Bandung.

McAlester, A. Lee, The Earth, Prentice Hall, Inc., Englewood cliffs, New Jersey 1933.

Husein Salahuddin, Jurusan Teknik Geologi Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada

2007

Earthmax’s Blog

aliran pada batas mantel-kerak

Documents