04 Geokronologi

8/17/2019 04 Geokronologi

1/27

1

TKG 1101TKG 1101 – – GeologiGeologi

Geokronologi:Geokronologi:

Relatif & AbsolutRelatif & Absolut

SalahuddinSalahuddin HuseinHusein

Departemen Teknik GeologiDepartemen Teknik Geologi

Fakultas Teknik Universitas GadjahFakultas Teknik Universitas Gadjah MadaMada

: [email protected]

: salahuddin.husein

: 081392148842

shddin © 2008

Pendahuluan

mailto:[email protected]:[email protected]


2/27

2

shddin © 2008

Pendahuluan

• Konsep waktu (yang benar) ditemukan di Edinburgh pada

dekade 1770-an oleh sekelompok ilmuwan yang dipimpin olehJames 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 (yang dihitung oleh Uskup

Ussher berdasarkan kronologi alkitab).

• Hutton dan kawan-kawan telah mempelajari batuan di sepanjang

pesisir Skotlandia dan menyimpulkan bahwa setiap formasibatuan, betapapun tua, adalah hasil erosi dari batuan lain, yang

jauh lebih tua.

shddin © 2008

Pendahuluan

• Penemuan Hutton dkk 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.


3/27

3

shddin © 2008

Konsep-Konsep tentang Waktu Geologi

• Pendapat paling dominan sebelum abad ke-18 dimiliki oleh

kelompok gereja berdasarkan kajian tekstual terhadap alkitab,mereka menyatakan umur Bumi tidak 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 kurun waktutertentu.

shddin © 2008


• 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.

• Sekelompok ilmuwan lainnya pada paruh abad ke-18

menghitung kecepatan pengendapan berbagai sedimen dan

melakukan ekstrapolasi terhadap ketebalan batuan sedimen

yang diketahui saat itu, menghasilkan rerata umur Bumi sekitar 1

juta tahun.


4/27

4

shddin © 2008


• John Joly, seorang geolog Irlandia, pada abad ke-19 berasumsi

bahwa air laut pada mulanya bersifat tawar namun kemudianmenjadi 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 umur

Bumi.

• 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.

shddin © 2008


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

menerbitkan buku “Principles of Geology”. Konsep keseragaman

menjadi diterima secara luas 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 leleh

batuan, 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).


5/27

5

shddin © 2008


• Pada akhirnya, kampanye Kelvin selama 40 tahun harusberakhir 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 dapat menghitung umur batuan secara

mutlak dan menemukan bahwa Bumi memang sangat tua!

shddin © 2008

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 dan hasilnya dinyatakan dalam angka tahun sebelum

sekarang. Yang paling lazim adalah penanggalan radiometrik

dengan menggunakan unsur-unsur radioaktif di dalam

batuan.


6/27

6

shddin © 2008

Penanggalan Relatif

Sebelum berkembangnya teknik penanggalan radiometrik, para

geologi tidak memiliki cara untuk menentukan umur mutlak danhanya berpegang kepada metode penanggalan relatif.

Penanggalan relatif menempatkan berbagai proses geologi dalam

urutan kronologis tertentu, metode ini tidak dapat mengetahui

kapan suatu proses terjadi di masa lampau.

Ada 6 prinsip yang dipergunakan dalam penanggalan relatif:

1. Superposition

2. Original horizontality

3. Lateral continuity4. Cross-cutting relationship5. Inclusion

6. Fossil succession

shddin © 2008

Penanggalan Relatif

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

urutan batuan sedimen yang belum terganggu, batuan yang

paling tua diendapkan paling 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.


7/27

7

shddin © 2008

Penanggalan Relatif

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

intrusi batuan beku atau patahan harus lebih muda daripadabatuan 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.

Principles of Cross-cutting Relationship and Inclusionsshddin © 2008

(a) Aliran lava (lapisan 4)

membakar lapisan

dibawahnya, dan lapisan 5

mengandung inklusi dari

aliran lava, sehingga

lapisan 4 lebih muda dari

lapisan 3 namun lebih tua

dari lapisan 5 dan 6.

(b) Lapisan batuan dibawah

dan diatas sill (lapisan 3)

terbakar, menunjukkan

bahwa sill tersebut lebih

muda daripada lapisan 2

dan 4, namun umur lapisan

5 terhadap sill tidak dapat

ditentukan.


8/27

8

shddin © 2008

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.

(b) Inklusi granit didalam batupasir menunjukkan granit lebih tua

daripada batupasir.

shddin © 2008

Principle of Faunal Succession

William Smith

mempergunakan fosil

untuk mengidentifikasi

perlapisan yang sama

umurnya dari

berbagai lokasi

terpisah, kelak

metode ini dikenal

sebagai prinsip faunal

succession.


9/27

9

shddin © 2008

Ketidakselarasan

Siccar Point, Berwickeshire, Skotlandia tenggara.

Disinilah James Hutton, James Hall dan John Playfair pada tahun

1788 menemukan prinsip ketidakselarasan.

shddin © 2008

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.


10/27

10

shddin © 2008

Ketidakselarasan

shddin © 2008

Ketidakselarasan

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)


11/27

11

shddin © 2008

Disconformity

shddin © 2008

Angular Unconformity


12/27

12

shddin © 2008

Nonconformity

shddin © 2008

Menerapkan Prinsip Penanggalan Relatif


13/27

13

shddin © 2008

Menerapkan Prinsip Penanggalan Relatif

shddin © 2008

Korelasi


14/27

14

shddin © 2008

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.

shddin © 2008

Penanggalan Mutlak

• Prinsip dasar metode ini adalah menggunakan peluruhan

radioaktif dari isotop unsur beberapa mineral yang terdapat

didalam batuan, yang tingkat kecepatan 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 .


15/27

15

shddin © 2008

Isotop

Sebuah atom karbon memiliki nomer atom 6 dan nomer massa

atom 12, 13, atau 14, tergantung pada jumlah neutron didalamintinya.

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 © 2008

Jenis-jenis Peluruhan Radioaktif


16/27

16

shddin © 2008

Peluruhan Radioaktif

Uranium 238 meluruh menjadi stabil sebagai timbal 206 melalui

delapan peluruhan alfa dan 6 peluruhan beta.

shddin © 2008

Waktu Paruh

(A) Hampir semua proses

peluruhan alamiah berjalan

secara linear. Jika ½ pasir

luruh dalam waktu 1 jam,

maka seluruhnya akan

habis dalam waktu 2 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 contoh ini adalah 1

jam.


17/27

17

shddin © 2008

Waktu Paruh

(a) Magma mengandung atom stabil dan atom radioaktif.

(b) Ketika magma mendingin dan mengkristal, sebagian atomradioaktif 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 © 2008

Waktu Paruh


18/27

18

shddin © 2008

Ketidakpastian dalam Penanggalan Radioaktif

• Penanggalan radioaktif yang paling akurat umumnya pada

batuan beku, karena mineral hasil kristalisasi magma hanyamengandung isotop induk saja, sedangkan isotop anak jika telah

terbentuk tidak akan masuk kedalam sistem kristal karena

perbedaan ukuran.

• Sehingga yang terukur betul-betul waktu kristalisasi mineral

yang mengandung isotop radioaktif, bukan waktu terbentuknya

isotop tersebut.

shddin © 2008


• 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 hijau yang 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 40 biasanya hilang menguap dari mineral. Sehingga

penanggalan pasangan potassium 40/argon 40 pada glaukonit

harus dipandang sebagai umur minimal.


19/27

19

shddin © 2008


Umur mutlak

batuan sedimendapat diperkirakan

dari penanggalan

mutlak batuan

beku yang ada

didekatnya.

shddin © 2008


• 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 isotop anak 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.


20/27


21/27

21

shddin © 2008

Penanggalan Jejak Fisi (Fission Track)

• 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 mineral dikenai 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 tinggi dimana struktur kristal yang rusak dapat

diperbaiki dan jejak fisinya akan hilang. Umur yang didapat akan

jauh lebih muda dari yang seharusnya.

shddin © 2008

Penanggalan Jejak Fisi (Fission Track)

Jejak fisi

(panjangnya

16 μm) dalam

kristal apatit

dari batuan

beku.


22/27

22

shddin © 2008

Penanggalan Radiokarbon

• Karbon memiliki 3 isotop,

yaitu karbon 12, 13 dan14. Hanya karbon 14 yang

bersifat radioaktif.

• Karbon 14 memiliki waktu

paruh 5.730 ± 30 tahun.

Praktis untuk sampel

berumur >70.000 tahun.

• Penanggalan radiokarbon

berdasarkan rasio karbon14 terhadap karbon 12

dan umumnya

dipergunakan untuk sisa-

sisa makhluk hidup.

shddin © 2008

Penanggalan Radiokarbon

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

penanggalan lainnya, seperti penanggalan cincin pohon,

sebagaimana pada diagram diatas.


23/27

23

shddin © 2008

Penanggalan Cincin Pohon (Tree-Ring Dating)

• 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 cincin dapat dipergunakan sebagai kunci

untuk mencocokkan usia pertumbuhan dari berbagai pohon.

• Prosedur mencocokkan pola cincin dari berbagai pohon di suatu

tempat disebut 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 skala waktu dapat dibuat hingga14.000 tahun silam.

• Metode ini sangat berguna untuk penanggalan peristiwa geologi

muda.

shddin © 2008

Penanggalan Cincin Pohon (Tree-Ring Dating)

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

pohon dan kayu dapat saling dicocokkan untuk membuat

kronologi lebar cincin.


24/27

24

shddin © 2008

Skala Waktu Geologi

shddin © 2008

Beberapa Bukti Pendukung

• 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.


25/27

25

shddin © 2008

Beberapa Bukti Pendukung

• Material tertua di Bumi adalah butiran zircon dari Australia Barat

yang berumur 4,4 milyar tahun lalu.

• Batuan tertua di Bumi adalah gneiss Acasta berusia 4,0 milyar

tahun lalu dari Kanada baratlaut.

• 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-proses tersebut tidak dapat

hanya dilihat dari jangkauan waktu yang dialami indera manusia,

yang hanya mengenal hari, minggu, tahun dan pergantianmusim.

shddin © 2008

Mineral Tertua Planet Bumi

Kristal zirkon dari batupasir yang ditemukan di Australia Barat,

berumur 4.4 milyar tahun (hanya 100-200 juta tahun setelah

planet Bumi terbentuk!).


26/27

26

shddin © 2008

Batuan Tertua Planet Bumi

Gneiss Acasta di Kanada baratlaut terbentuk 4,0 milyar tahun lalu.

shddin © 2008

Skala Waktu Geologi

Namun bagaimana

memahami dan

mengapresiasi

skala waktu

milyaran tahun

tersebut kedalam

perspektifmanusiawi kita?

Salah satunya

adalah dengan

mempergunakan

jam tangan geologi

ini. Kehadiran kita

hanyalah 17 detik

terakhir saja…

Documents

04 Geokronologi