Bumi dan Alam Semesta

A.    Pembentukan Alam Semesta dan Tata Surya

1.      Teori Terbentuknya Alam Semesta

Alam semesta yang kita ketahui sekarang ini awal mulanya berasal dari gas yang berserakan secara teratur di angkasa kemudian menjadi kabut (menjadi kumpulan kosmos). Dalam pengertian alam semesta mencakup tentang mikro kosmos dan makro kosmos. Mikro kosmos yaitu benda-benda yang berukuran kecil seperti atom, sel, elektron, dan benda-benda kecil lainnya. Sedangkan makro kosmos yaitu benda-benda yang berukuran besar seperti bintang, planet, dan matahari.

Ada dua teori tentang bagaimana terbentuknya alam semesta. Teori tersebut adalah sebagai berikut.

a.       Teori Keadaan Tetap (Steady-State Theory)

Teori ini mengatakan bahwa alam ini ada tanpa awal dan aka nada selama-lamanya. Teori ini berdasarkan prinsip kosmologi sempurna yang menyatakan bahwa alam semesta di mana pun dan bagaimana pun selalu sama. Berdasarkan prinsip ini alam semesta terjadi pada suatu saat tertentu yang telah lalu dan segala sesuatu di alam semesta selalu tetap sama walaupun galaksi-galaksi saling bergerak menjauhi satu sama lain.

b.      Teori Dentuman Besar (Big-Bang Theory)

Teori ini menyatakan bahwa alam ini ada dari suatu ketiadaan dan akan berakhir dengan ketiadaan pula.  Pada awalnya semua objek di alam semesta adalah satu dan kemudian terpisah karena sebuah ledakan yang sangat dahsyat. Teori ini berlandaskan pada asumsi massa yang sangat besar dan mempunyai massa jenis yang sangat besar, karena adanya reaksi inti kemudian meledak dengan hebat. Massa tersebut kemudian mengembang dengan sangat cepat menjauhhi pusat ledakan.

Menurut teori ini ada beberapa masa yang penting selama terjadinya alam semesta yaitu:

1)      Masa  batas dinding Planck, yaitu masa pada saat alam semesta berumur 10^-43 detik berdasarkan hasil perhitungan Planck.

2)      Masa Jiffy, yaitu masa pada saat alam semesta berumur 10^-23 detik, dengan jari-jari alam semesta 10^-13 cm dengan kerapatannya 10⁵⁵ kali kerapatan air.

3)      Masa Quark, yaitu maka pada saat alam semesta berumur 10^-4 detik. Pada masa ini partikel-partikel saling bertumpang tindih dan tidak berstruktur serta diikuti dengan terbentuknya hadron yang mempunyai kerapatan 10⁹ ton tiap sentimeter kubik.

4)      Masa pembentukan Lipton, yaitu masa pada saat alam semesta berumur setelah 10^-4 detik.

5)      Masa radiasi, yaitu masa alam semesta berumur 1 detik sampai satu juta kemudian pada saat terbentuknya fusi hydrogen menjadi helium mempuyai suhu 10⁹ derajat Kelvin. Pada saat usia alam semesta berumur 10⁵ sampai 10⁶ tahun mempunyai suhu 3000 derajat Kelvin.

6)      Masa pembentukan Galaksi, yaitu pada usia alam semesta 10⁸-10⁹ tahun. Pada saat usia ini galaksi masih berupa kabut pilin yang berputar membentuk piring raksasa.

7)      Masa pembentukan tata surya yaitu pada usia 4,4 x 10⁹ tahun. (Purnama, 2003:131).

2.      Teori Terbentuknya Galaksi dan Tatasurya

Berikut ini akan dijelaskan teori-teori pembentukan Tata Surya.

a.       Permulaan Perhitungan Ilmiah

Perhitungan secara ilmiah pertama kali dilakukan Aristachrus dari Samos (310-230 BC). Ia mencoba menghitung sudut Bulan-Bumi-Matahari dan mencari perbandingan jarak dari Bumi-Matahari, dan Bumi-Bulan. Aristachrus juga merupakan orang pertama yang menyimpulkan Bumi mengelilingi Matahari dalam lintasan berbentuk lingkaran yang menjadi awal teori heliosentrik. Jadi heliosentrik bukanlah teori yang baru muncul di masa Coprnicus, melainkan sebelumnya dasar teori heliosentrik sudah diletakkan oleh Aristachrus.

Pada era Alexandria, Eratoshenes (276-195 BC) dari Yunani berhasil menemukan cara mengukur besar bumi dengan mengukur panjang bayangan dari kolom Alexandria dan Syene. Eratoshenes menyimpulkan, perbedaan lintang keduanya merupakan 1/50 dari keseluruhan revolusi. Hasil perhitungannya memberikan perbedaan 13% dari hasil yang ada saat ini.

b.      Ptolemy dan Geosentrik

Ptolemy (c 150 AD) menyatakan bahwa semua objek relatif terhadap bumi (geosentrik). Teori ini pun dipercaya hampir 1400 tahun. Tapi geosentrik mempunyai kelemahan, yaitu matahari dan bulan bergerak dalam jejak lingkaran menngitari bumi. Sementara itu planet bergerak teidak teratur dalam serangkaian simpul kea rah timur. Untuk mengatasi ini, Ptolemy mengajukan dua komponen gerak, yakni deferent dan epicycle. Deferent adalah gerak dalam orbit lingkaran yang seragam denggan periode satu tahun pada titik. Sedangkan epycycle adalah gerak seragam dalam lintasan lingkaran dan berpusat pada deferent.

c.       Teori Heliosentrik dan Gereja

Nicolass Copernicus merupakan orang yang pertama yang secara terang-terangan menyatakan bahwa matahari merupakan pusat system tata surya, dan bumi mengelilinginya dalam orbit lingkaran. Teori heliosentrik disampaikan Copernicus dalam publikasinya yang berjudul De Revolutionimbus Orbium Coelestium kepada Paus Pope III dan diterima oleh gereja.

Tapi setelah kematian Copernicus pandangan gereja berubah, yaitu pada akhir abad ke-16 ketika Giordano Bruno, filsuf Italy, menyatakan semua bintang mirip matahari dan masing-masing memiliki iistem planetnya yang dihuni oleh jenis manusia yang berbeda. Pandangan inilah yang menyebabkan ia dibakar dan teori heliosentrik dianggap berbahaya karena bertentangan dengan pandangan gereja yang menganggap manusia pusat di alam semesta.

d.      Lahirnya Hukum Kepler

Ternyata tidak semua orang setuju dengan Teori Heliosentrik yang dicetuskan Copernicus. Salah satunya Tycho Brahe (1546-1601) dari Denmark yang mendukung teori matahari dan bulan mengelilingi bumi sementara planet lain mengelilingi matahari. Tahun 1576, Brahe membangun sebbuah observatorium di Pulau Hven, di Laut Baltic dan melakukan penelitian di sana sampai kemudian dia indah ke Prague pada tahun 1596.

Di Prague, Brahe menghabiskan sisa hidupnya menyelesaikan table gerak planet dengan bantuan asitennya Johanes Kepler (1571-1603). Setelah kematian Brahe, Kepler menelaah data yang ditiggalkan Brahe dan menemukan bahwa orbit planet tiduk sirkular melainkan eliptik.

Kepler kemudian mengeluarkan tiga hukum gerak orbit, yaitu sebagai berikut.

1)      Planet bergerak dalam orbit elipis mengelilingi matahari sebagai pusat system.

2)      Radius vector menyapu luas yang sama dalam interval waktu yang sama.

3)      Kuadrat kala edar planet mengelilingi matahari sebanding dengan pankat tiga j arak rata-rata dari matahari.

e.       Teori Nebulata

Teori Nebulata menyatakan bahwa tata surya terbentuk dari awan panas atau kabut gas yang panas. Teori ini dikemukakan oleh Immanuel Kant (1755) dan Pierre Simon (1796). Menurut Kant kabut tersebut berputar lambat dan memaddat karena adanya gaya tarik-menarik dan tolak-menolak. Dari bagian-bagiannyalah terbentuklah pada pusatnya sebuah inti besar matahari dan sekelilingnya inti-inti kecil dari planet-planet.

Teori Kabut (nebula) menceritakan kejadian tersebut dalam tiga tahap sebagai berikut.

1)      Matahari dan planet-planet lainnya masih berentuk gas, kabut yang begitu pekat dan besar.

2)      Kabut tersebut berputar dan berpilin dengan kuat, di mana pemadatan terjadi pusat lingkaran yang kemudian membentuk matahari. Pada saat yang bersamaan materi lain pun terbentuk menjadi massa yang lebih kecil dari matahari yang disebut sebagai planet, bergerak mengelilingi matahari.

3)      Materi-materi tersebut tumbuh makin besar dan terus melakukan gerakan secara teratur mengelilingi matahari dalam satu orbit yang tetap dan membentuk Susunan Keluarga Matahari. (Tim, 2007:17).

f.       Hipotesis Planettesimal

Hipotesis ini pertama kali dikemukakan oleh Chamberlin dan Moulton. Hipotesis ini sesuai dengan hukum Newton, yaitu terjadinya tarik-menarik suatu bintang besar yang sedang beredar kemudian terjadi peledakan yang melepaskan sebagian materialnya dan dari material inilah terbentuk Planet dan Planetoida. Teori ini sama dengan hipotesis nebular, hanya saja pembentukan planet-planet tidak harus dari satu sumber, tapi dari sumber lain (bintang) yang kebetulan lewat dekat tata surya, yang mana tata surya merupakan bagian di dalamnya.

g.      Hipotesis Pasang Surut

Astronom Inggris, james Jeans (1877-1946) mengemukakan tata surya merupakan hasil interaksi antara bintang lain dan matahari. Perbedaan ide yang ia munculkan dengan ide Chamberlin-Moulton terletak pada absensinya prominensa. Menurut Jeans dalam interaksi antara matahari dengan bintang lain yang melewatinya, pasang surut yang ditimbulkan pada matahari sangat besar sehingga ada materi yang terlepas dalam bentuk filament. Filament ini tidak stabil dan pecah menjadi gumpalan-gumpalan yang kemudian membentuk proto planet. Akibat pengaruh gravitasi dari bintang proto planet memiliki momentum sudut yang cukup untuk masuk kedalam orbit di sekitar matahari. Pada akhirnya efek pasang surut marahari ada proto planet saat pertama kali melewati perihelion memberikan kemungkinan bagi proses pembentukan planet untuk membentuk satelit.

Tahun 1919, Jeans memperbaharui teorinya. Ia mengatakan bahwa saat pertemuan kedua bintang terjadi, radius matahari sama dengan orbit Neptunus. Pengubahan ini memperlihatkan kemudahan untuk melontarkan materi pada jarak dikehendaki. Materinya juga cukup dingin dengan temperature 20 K dan massa sekitar ½ massa Jupiter.

B.     Bumi Sebagai Planet

1.      Sejarah

Sejalan dengan berkembangnya ilmu pengetahuan, pengertian tentang planet juga terus berubah. Awalnya planet itu didefinisikan sesuatu yang bergerak melintasi langit. Tetapi kemudian didefinisikan lagi menjadi benda yang bergerak mengelilingi bumi. Ketika model heliosentrik ditemukan pada abad ke-16 pengertian planet berubah lagi menjadi sesuatu yang mengorbit matahari, dan bumi hanyalah sebuah planet. Sampai pertengahan abad ke-19, semua obyek apa pun yang ditemukan mengitari matahari didaftarkan sebagai planet.

Selama 1800-an, astronom mulai menyadari bahwa banyak penemuan terbaru tidak mirip dengan planet-planet tradisional. Obyek-obyek seperti Ceres, Pallas, dan Vesta yang telah diklasifikasikan sebagai planet hingga hampir setengah abad, kemudian diklasifikasikan lagi menjadi asteroid.

Namun pada abad ke-20, Pluto ditemukan. Setelah pengamatan-pengamatan awal mengarahkan pada dugaan bahwa Pluto berukuran lebih besar daripada bumi, IAU (yang baru saja dibentuk) menerima obyek tersebut sebagai planet. Namun pada peninjauan lebih jauh ternyata Pluto jauh lebih kecil dari dugaan semula, tapi karena ukuarannya lebih besar dibandingkan semua asteroid yang diketahui, statusnya tetap dipertahankan kira-kira 70 tahun.

Pada tahun 1990-an dan awal 2000-an, terjadi banjir penemuan obyek-obyek sejenis Pluto di daerah yang relatif sama. Seperti Ceres dan asteroid-steroid pada masa sebelumnya, Pluto ditemukan hanya sebagai benda kecil dalam sebuah populasi berjumlah ribuan. Semakin banyak astronom yang meminta agar Pluto didefiisikan ulang. Penemuan Eris, sebuah obyek yang lebih masif daripada Pluto, dipublikasikan sebagai planet kesepuluh, membuat hal ini semakin mengemuka. Akhirnya pada 24 Agustus 2006, IAU membuat definisi planet. Jumlah planet dalam tata surya berkurang menjadi 8 yaitu Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Yupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus. Sebuah kelass baru pun diciptakan, yaitu planet katai, yang pada awalnya terdiri dari tiga obyek, Ceres, Pluto, dan Eris.

2.      Galaksi

Galaksi adalah tata bintang. Galaksi kita dikenal dengan Bima Sakti yang kira-kira terdapat 200 milyar bintang. Bima Sakti berbentuk spiral (gulungan), tetapi karena kita berada di dalamnya, kita melihat sebagai pita kabur berisikan bintang-bintang. Bima Sakti kira-kira terbentang selebar 100000 tahun cahaya, dan bagian tengahnya kira-kira setebal 15000 tahun cahaya. Tata surya kita terletak sekitar 30000 tahun cahaya dari pusat galaksi.

Para ahli astronomi mengetahui bahwa selain Bima Sakti terdapat banyak galaksi lain. Beberapa di antaranya dikenal sebagai galaksi kecil. Sekelompok galaksi bersama-sama membentuk galaksi besar.

3.      Tata Surya

Tata surya (solar system) terdiri dari sebuah bintang yang disebut matahari dan semua objek yang mengelilinginya. Objek-objek tersebut termasuk delapan buah planet yang telah dijelaskan sebelumnya dengan membentuk orbit berbentuk elips, meteor, asteroid, komet, planet-planet katai/kerdil dan satelit-satelit alami. Tata surya dipercaya terbentuk sejak 4,6 milyar tahun yang lalu dan merupakan hasil penggumpalan gas dan debu di angkasa yang membentuk matahari dan kemudian planet-planet yang mengelilinginya.

Tata surya terletak di tepi galaksi Bima Sakti dengan jarak sekitar 2,6 x 10¹⁷ km dari pusat galaksi, atau sekitar 25.000 hingga 28.000 tahun cahaya dari pusat galaksi. Tata suurya mengelilingi pusat Bima Sakti dengan kecepatan 220 km/detik dan dibutuhkan 225-250 juta tahun untuk mengelilingi pusat galaksi.

Sebuah planet dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu planet besar dan planet kecil. Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars membentuk empat kelompok planet kecil dan sejenis bumi. Sedangkan yang termassuk planet besar adalah Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus.  

4.      Matahari

Matahari merupakan pusat tata surya. Tata surya terdiri dari Matahari dan delapan planet (salah satunya adalah bumi), dan semua benda lain yang berjalan mengedari matahari. Matahari merupakan bintang terdekat dengan bumi dengan jarak rata-rata 149.680.000 km. matahari berputar 25,04 hari bumi setiap putaran dan mempunyai gravitasi 27,9 kali gravitasi bumi.

Di samping sebagai pusat peredaran, matahari juga merupakan pusat sumber tenaga di lingkungan tata surya. Matahari terdiri dari inti dan tiga lapisan kulit, masing-masing fotosfer, kromosfer, dan korona.

  

C.     Struktur Bumi

1.      Lithosfer

Lithosfer adalah lapisan paling luar bumi (tebal kira-kira 100 km) dan terdiri dari kerak bumi dan bagian atas selubung. Lithosfer bersuhu dingin dan kaku.  Di bawah lithofer pada kedalaman kira-kira 700 km terdapat astenosfer. Bagian luar dari lithosfer adalah kerak bumi, tempat manusia tinggal, yaitu merupakan serpihan-serpihan raksasa yang mengambang di atas bubur cair inti bumi. Kerak bumi terbagi menjadi dua kategori, yaitu kerak samudra dan kerak benua.

Unsur-unsur kimia utama pembentuk kerak bumi adalah Oksigen (O) (46,6%), Silikon (Si) (27,7%), Aluminium (Al) (8,1%), Besi (Fe) (5,0%), Kalsium (Ca) (3,6%), Natrium (Na) (2,8%), Kalium (K) (2,6%), Magnesium (Mg) (2,1%).

2.      Astenosfer

Astenosfer bersifat fluida karena hampir berada dalam titik lebur. Astenosfer mengalir akibat tekanan yang terjadi sepanjang waktu. Di bawah lithosfer terdapat lapiasan batuan cair yang dinamakan astenosfer karena suhu dan  tekanan di lapisan astenosfer ini sangat tinggi, batu-batuan di lapisan inibergerak mengalir seperti cairan (fluid).

3.      Mesosfer

Lapisan bumi berikutnya adalah mesosfer. Mesosfer leboh kaku daripada astenosfer namun lebih kental dibandingkan lithosfer. Mesosfer terdiri dari sebagian besar selubung hingga inti bumi.

4.      Inti Bumi

Inti bumi adalah lapisan yang paling dalam dari bumi, lapisan ini diperkirakan mempunyai jari-jari 3500 km yang terdiri dari dua bagian masing-masing inti luar (outer core) dan inti dalam (inner core) laapisan inti luar membujur sampai kedalam 5100km di bawah permukaan bumi dan diperkirakan berupa fluida.

D.    Pembentukan Benua dan Samudera

1.      Teori Pembentukan Lempeng

Teori lempeng tektonik pertama kali dikemukakan oleh Alfred Wegner pada tahun 1912. Dalam teori ini Wegner mengemukakan bahwa lempengan bumi terus bergerak dari waktu ke waktu. Menurut Wegner awalnya di bumi hanya terdapat satu benua besar yaitu Pangea sampai sekitar 300 juta tahun lalu di akhir zaman karbon. Kemudian benua besar Pangae pecah dan terpisah-pisah menjadi benua Asia, Eropa, Afrika, Amerika, Australia, dan Antartika.

Awalnya banyak ilmuwan yang menentang, seperti Rollin Chamberlain yang mengatakan teori ini tidak berdasar. Namun pada tahun 1929 Arhur Holmes mendukung teori Wegner. Pembuktian teori Wegner dikukuhkan pada tahun 1960 oleh Harry Hess yang merupakan pakar geologi. Dan sekarang teori ini merupakan arus utama dalam ilmu kebumian.

2.      Pergerakan Lempeng (Plate Movement)

Berdasarkan arah pergerakannya, perbatasan antara lempeng tektonik yang satu dengan yang lainnya terbagi dalam tiga jenis, yaitu divergen, konvergen, dan transform.

a.       Batas Divergen

Divergen terjadi pada dua lempeng tektonik yang bergerak saling memberai (break apart). Ketika sebuah lempeng tektonik pecah, lapisan lithosfer menipis dan terbelah, membentuk batas divergen.

Pada lempeng samudra, proses ini menyebabkan pemekaran dasar laut (seafloor spreading). Sedangkan pada lempeng benua, proses ini menyebabkan terbentuknya lembah retakan (rift valley) akibat adanya celah antara kedua lempeng yang saling menjauh tersebut.

b.      Batas Konvergen

Konvergen terjadi apabila dua lempeng tektonik tertelan (consumed) kearah kerak bumi yang mengakibatkan keduanya bergerak saling menumu satu sama lain. Wilayah di mana suatu lempeng samudra terdorong ke bawah lempeng samudra lain disebut dengan zona tunjaman. Pada zona inilah sering terjadi gempa.

c.       Transform

Transform terjadi bila dua lempeng tektonik bergerak saling meggelangsar (slide each other), yaitu bergerak sejajar namun berlawanan arah. Keduanya tidak saling memberai maupun menumpu. Batas transform umumnya berada di dasar laut, namun ada juga yang berada di daratan.

E.     Gempa Bumi dan Tsunami

1.      Gempa Bumi

Gempa bumi adalah getaran yang terjadi pada permukaan bumi. Gempa bumi biasa disebabkan oleh pergerakan kerak bumi (lempeng bumi). Pada dasarnya gempa bumi dapat dibedakan menjadi gempa bumi gunung apai, gempa bumi tektonik, dan gempa bumi robohan. Terdapat 2 mekanisme utama bagi terjadinya gempa bumi tektonik yaitu mekanisme penujaman (subdunction mechanism) dan mekanisme patahan (fault mechanism).

a.       Intensitas

Intensitas adalah besaran yang dipakai untuk mengukur suatu gempa selain dengan magnitude. Intensitas dapat didefinisikan sebagai besarnya kerusakan di suatu tempat akibat gempa bumi yang diukur berdasarkan kerusakan yang terjadi. Harga intensitas merupakan fungsi dari magnitude, jarak ke episenter, lama getaran, kedalaman gempa, kondisi tanah dan keadaan bangunan.

b.      Tipe Gempa Bumi

1)      Gempa Bumi Tektonik

Gempa bumi tektonik disebabkan oleh pelepasan tenaga yang terjadi karena pergeseran lempengan plat tektonik. Tenaga yang dihasilkan oleh tekanan antara batuan dikenal sebagai kecacatan tektonik. Teori dari plat tektonik menjelaskan bahwa bumi terdiri dari beberapa lapisan batuan, sebagian besar dari lapisan kerak itu akan hanyut di lapisa seperti salju. Lapisan tersebut bergerak perlahan sehingga berpecah-pecah dan bertabrakan satu sama lainnya. Hal inilah yang menyebabkan terjadinya gempa tektonik.

2)      Gempa Bumi Gunung Berapi

Gempa bumi gunung berapi disebabkan oleh pergerakan magma keatas dalam gunung berapi, di mana geseran batu-batuan menghasilkan gempa bumi. Ketika magma bergerak ke permukaan gunung berapi, ia bergerak dan memecahkan batu-batuan serta mengakibatkan getaran berkepanjangan yang dapat bertahan dari beberapa jam hingga beberapa hari. Gempa bumi gunung berapi sering terjadi di kawasan yang berdekatan dengan gunung berapi.

2.      Tsunami

Tsunami berasal dari bahasa Jepang yang terdiri dari dua penggal kata yaitu “tsu” yang berarti pelabuhan dan “nami” yang berarti gelombang. Jadi secara harfiah tsunami berarti gelombang pelabuhan. Tsunami adalah gejala alam yang terjadi dari suatu rangkaian gelombang laut yang terjadi baik di laut maupun di danau karena berpindahnya massa air dalam volume besar dan dalam waktu yang cepat.

Daftar Pustaka

Aly, Abdullah dan Eny Rahma. 1998. Ilmu Alamiah Dasar. Jakarta: Bumi Aksara.

Purnama, Hari. 2003. Ilmu Alamiah Dasar. Jakarta: Rineka Cipta.

Tim MK IAD UNP. 2007. Handout Ilmu Kealaman Dasar. Padang: UPT MKU UNP.