10Dari Pergeseran Benua sampai Pemekaran Dasar Samudra

Pada awal tahun 1950-an, di laboratorium Lamont milik Universitas Columbia, seorang ahli geologi muda bernama Marie Tharp duduk di depan deretan angka yang panjang. Setiap angka adalah kedalaman Atlantik Utara, yang diukur dengan perum gema sebuah kapal, satu demi satu di sepanjang lintasan kapal itu. Dengan memplot angka-angka itu satu per satu, ia menggambar bentuk dasar samudra di sepanjang lintasan kapal-kapal yang telah menyeberangi samudra itu. Di tengah samudra, dasarnya naik menjadi barisan pegunungan — dan pada setiap lintasan, di sepanjang puncak barisan itu, dasarnya turun lagi ke dalam sebuah celah yang dalam, seolah-olah pegunungan itu telah terbelah di tengahnya. Bab ini mengikuti bagaimana pengukuran-pengukuran dasar samudra seperti itu mengubah sebuah gagasan yang ditolak, yaitu pergeseran benua, menjadi sebuah teori: dasar samudra dibuat di punggung-punggung samudra dan bergerak menjauhinya, dan dasar itu membawa dalam batuannya catatan umurnya sendiri.

Yang sudah kamu ketahui

Pergeseran benua adalah gagasan bahwa benua-benua bergerak; Alfred Wegener mempertahankannya sejak 1912 dengan kecocokan garis pantai, fosil, batuan, dan iklim purba, tetapi tidak dapat menjelaskan apa yang menggerakkannya. Permukaan Bumi tersusun atas lempeng-lempeng kaku, yang bertemu di batas divergen, konvergen, dan transform; lempeng-lempeng itu bergerak beberapa sentimeter setahun, dan $1\,\mathrm{cm}$ setahun sama dengan $10\,\mathrm{km}$ per sejuta tahun (Buku 1, kelas 7). Dasar samudra memiliki paparan benua, dataran abisal, punggung samudra, dan palung samudra (Buku 1, kelas 8). Bumi memiliki medan magnet, dengan kutub utara dan kutub selatan magnetik, yang diikuti jarum kompas; pulsa bunyi yang dikirim ke dalam air kembali sebagai gema setelah selang waktu yang memberikan jaraknya (buku-buku fisika).

10.1 Mengapa pergeseran benua ditolak

Bukti-bukti Wegener memperlihatkan bahwa benua-benua dahulu pernah bersatu. Yang tidak diperlihatkannya adalah bagaimana benua-benua itu dapat bergerak. Wegener membayangkan benua-benua membajak batuan dasar samudra, dan para ahli fisika menjawab bahwa tidak ada gaya yang dikenal yang dapat mendorong sebuah benua menembus batuan padat tanpa menghancurkannya. Selama setengah abad, sebagian besar ahli geologi menyimpulkan bahwa benua-benua sama sekali tidak bergerak.

Ada dua hal yang belum ada. Yang pertama adalah mekanismenya. Yang kedua, yang kemudian mengarah ke yang pertama, adalah pengetahuan tentang dasar samudra, yang meliputi sebagian besar permukaan Bumi dan yang, pada tahun 1912, hampir belum pernah dilihat siapa pun: dasar samudra dianggap berupa dataran yang hampir tanpa bentuk.

10.2 Memetakan dasar samudra

Perum gema mengirim pulsa bunyi yang singkat dari lambung kapal ke dasar laut dan mengukur waktu gemanya. Bunyi merambat melalui air laut dengan laju sekitar $1500\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$; pulsa itu turun dan kembali, sehingga selang waktu $t$ berarti kedalaman

Selang waktu $6.0\,\mathrm{s}$, misalnya, berarti $1500 \times 6.0/2 = 4500\,\mathrm{m}$ air. Pada abad kesembilan belas, kedalaman diukur satu per satu, dengan menurunkan tali berpemberat sampai ke dasar. Setelah Perang Dunia Pertama, perum gema mengambil alih, dan rekaman gemanya memperlihatkan dasar yang jauh lebih kasar daripada yang dibayangkan siapa pun; pada tahun 1950-an survei-survei kapal dari banyak negara memperlihatkan bahwa sebuah barisan pegunungan raksasa di dasar samudra membentang hampir mengelilingi seluruh Bumi.

Sejarah — Marie Tharp dan lembah retakan, 1952

Sejak 1947, ahli geofisika Bruce Heezen telah mengumpulkan profil-profil perum gema melintasi Atlantik Utara. Marie Tharp, yang pada masa itu tidak diizinkan naik ke kapal-kapal riset, mengubah apa yang belakangan disebutnya “deretan angka perum yang tak ada habisnya” menjadi gambar-gambar dasar laut. Pada tahun 1952, setelah menyusun lintasan-lintasan timur–barat itu berurutan dari utara ke selatan, ia melihat bahwa satu bentuk berjajar dari lintasan ke lintasan: sebuah celah di sepanjang puncak Punggung Tengah Atlantik, yaitu lembah retakan. Heezen mula-mula mengira itu sebuah kesalahan. Lalu episentrum gempa-gempa bumi di Atlantik, yang diplot pada skala yang sama, ternyata jatuh di dalam lembah retakan itu sendiri. Peta dasar samudra dunia buatan Tharp dan Heezen, yang dilukis oleh seniman Heinrich Berann pada tahun 1977, memberi orang gambaran realistis yang pertama tentang dasar samudra; pada tahun 1997 Perpustakaan Kongres Amerika Serikat menyebutnya salah satu dari empat kartografer besar abad kedua puluh.

Punggung-punggung tengah samudra membentuk satu sistem tunggal yang hampir bersambung, panjangnya sekitar $65\,000\,\mathrm{km}$, dan lebih dari sembilan persepuluhnya berada di bawah air; puncaknya rata-rata berada $2500\,\mathrm{m}$ di bawah permukaan. Di sepanjang Punggung Tengah Atlantik yang lambat, puncaknya terbelah oleh lembah retakan; di sepanjang Tinggian Pasifik Timur yang lebih cepat, puncaknya berupa puncak yang mulus dan landai. Gempa-gempa bumi di samudra mengikuti punggung-punggung itu dengan ketat. Segala sesuatu menunjuk punggung samudra sebagai tempat sesuatu sedang terjadi — tetapi apa?

10.3 Pemekaran dasar samudra

Sejarah — Hess dan ban berjalan, 1962

Pada tahun 1962 Harry Hess, seorang ahli geologi di Universitas Princeton dan laksamana cadangan angkatan laut, menerbitkan History of Ocean Basins. Ia mengusulkan bahwa batuan panas naik di bawah punggung-punggung samudra dan menjadi dasar samudra yang baru, yang lalu bergerak menjauh di kedua sisi seperti ban berjalan, dan tenggelam kembali ke dalam mantel di palung-palung. Robert Dietz, yang sampai pada gagasan yang sama, memberinya nama: pemekaran dasar samudra. Gagasan itu menjelaskan mengapa Bumi tidak membesar meskipun dasar baru terus dibuat, mengapa begitu sedikit sedimen yang terletak di dasar samudra, dan mengapa batuan dasar samudra jauh lebih muda daripada batuan benua.

Definisi 10.1 (Pemekaran dasar samudra)

Yang disebut pemekaran dasar samudra adalah proses yang membentuk dasar samudra baru di sepanjang puncak punggung tengah samudra, tempat batuan cair naik dari mantel dan membeku, lalu bergerak menjauhi punggung itu di kedua sisi, sehingga dasar samudra makin tua dengan bertambahnya jarak dari punggung itu.

Definisi 10.2 (Laju pemekaran)

Yang disebut laju pemekaran penuh sebuah punggung samudra adalah laju dua lempeng di kedua sisinya saling menjauh. Yang disebut laju setengah pemekaran adalah laju dasar di satu sisi menjauhi sumbu punggung. Bila pemekarannya simetris, laju penuh sama dengan dua kali laju setengahnya.

Punggung-punggung samudra memekar dengan laju yang sangat berbeda. Punggung Tengah Atlantik membuka dengan laju $2\text{ sampai }5\,\mathrm{cm}$ setahun, Tinggian Pasifik Timur dengan laju $6\text{ sampai }16\,\mathrm{cm}$ setahun. Dari dasar samudra yang ada saat ini, sekitar sepertiganya dibuat di punggung yang lambat (laju penuh $20\text{ sampai }55\,\mathrm{mm}$ setahun) dan sekitar dua perlimanya di punggung yang cepat ($75\text{ sampai }180\,\mathrm{mm}$ setahun).

Gagasan Hess berani, dan mula-mula hanya sedikit bukti langsung yang mendukungnya. Bukti itu datang dari dua arah yang tak terduga: kemagnetan dasar samudra dan sedimen-sedimennya.

10.4 Pembalikan magnetik dan dasar laut yang bergaris-garis

10.4.1 Batuan mengingat medan magnet

Basalt dasar samudra mengandung butir-butir kecil magnetit, yaitu oksida besi yang bersifat sangat magnetis. Ketika lava basalt meletus, lava itu terlalu panas untuk mempertahankan magnetisasi yang langgeng; ketika mendingin, butir-butirnya termagnetisasi sejajar dengan medan Bumi di sekitarnya, dan arah itu lalu terkunci di dalam batuan.

Definisi 10.3 (Magnetisasi remanen; suhu Curie)

Yang disebut suhu Curie sebuah mineral magnetis adalah suhu yang di atasnya mineral itu tidak dapat mempertahankan magnetisasinya sendiri: sekitar $580\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ untuk magnetit. Batuan yang butir-butir magnetisnya mendingin melewati suhu Curie-nya di dalam medan Bumi mempertahankan magnetisasi yang sejajar dengan medan pada masa itu, yaitu magnetisasi remanen. Magnetisasi itu bertahan lama setelah medannya berubah, kecuali batuan itu dipanaskan lagi di atas suhu Curie.

10.4.2 Medan magnet berbalik

Pada awal abad kedua puluh, Bernard Brunhes (pada tahun 1906) dan kemudian Motonori Matuyama (pada tahun 1920-an) menemukan bahwa batuan vulkanik terbagi menjadi dua kelompok. Pada sebagian, magnetisasinya mengarah sama seperti medan masa kini; pada yang lain magnetisasinya mengarah berlawanan, seolah-olah kutub utara dan kutub selatan magnetik telah bertukar tempat. Medan itu sendiri telah berbalik, berulang-ulang.

Definisi 10.4 (Pembalikan magnetik; polaritas normal dan terbalik)

Yang disebut pembalikan magnetik adalah pertukaran kutub utara dan kutub selatan magnetik Bumi. Masa ketika medan mengarah seperti saat ini adalah masa polaritas normal; masa ketika medan mengarah berlawanan adalah masa polaritas terbalik. Batuan yang termagnetisasi selama salah satu masa itu memiliki polaritas yang sama.

Lava-lava yang telah ditentukan umurnya memberikan urutan selang-selang normal dan terbalik: skala waktu polaritas geomagnetik. Selang-selangnya yang panjang dinamai menurut ilmuwan yang mempelajari kemagnetan Bumi (Brunhes, Matuyama, Gauss, Gilbert); peristiwa-peristiwa pendek di dalamnya, menurut tempat peristiwa itu pertama kali ditemukan.

10.4.3 Garis-garis di dasar samudra

Sejak tahun 1950-an, kapal-kapal menarik magnetometer di belakangnya melintasi samudra, dan mendapati bahwa medan di permukaan laut bukanlah medan mulus yang diharapkan dari inti Bumi: medan itu sedikit lebih kuat di sini, sedikit lebih lemah di sana.

Definisi 10.5 (Anomali magnetik)

Di suatu titik di permukaan laut, yang disebut anomali magnetik adalah kuat medan magnet yang terukur dikurangi kuat medan yang diharapkan di sana dari medan Bumi saja. Anomali itu positif di tempat batuan di bawahnya menambah medan, negatif di tempat batuan itu melawannya. Anomali itu kecil dibandingkan dengan medan itu sendiri, dan diukur dalam nanotesla ($\mathrm{nT}$).

Bila dipetakan di atas wilayah yang luas, anomali-anomali itu membentuk garis-garis yang sejajar dengan puncak punggung, berganti-ganti positif dan negatif, seperti belang zebra — dan pola di satu sisi punggung adalah bayangan cermin pola di sisi lainnya.

Sejarah — Vine dan Matthews, 1963

Pada September 1963, Fred Vine dan Drummond Matthews menerbitkan sebuah makalah pendek dalam jurnal Nature, berjudul Magnetic anomalies over oceanic ridges. Keduanya menggabungkan pemekaran Hess dengan pembalikan medan magnet. Jika dasar baru terbentuk di puncak dan bergerak menjauh selagi medan berbalik, setiap jalur dasar merekam polaritas pada masa jalur itu mendingin. Dasar samudra menjadi pita bergaris-garis, yang terbentang di kedua sisi punggung: anomali positif di atas jalur normal, negatif di atas jalur terbalik, dengan urutan yang sama di kedua sisi.

Proposisi 10.6 (Jarak sebuah garis dari sumbu)

Jika sebuah punggung memekar secara simetris dengan laju setengah $u$ yang tetap, dasar yang terbentuk di sumbu selama waktu $t$ yang lalu kini terletak pada jarak

$$x = u\,t$$

di kedua sisi sumbu. Khususnya, batas di antara dua garis yang merekam pembalikan berumur $t$ terletak pada jarak $u\,t$ di kedua sisi.

Anomali-anomali itu dapat dihitung dari skala waktu. Pada profil-profil di bawah, lapisan yang termagnetisasi adalah lembaran batuan setebal $1\,\mathrm{km}$ yang bagian atasnya terletak $3\,\mathrm{km}$ di bawah permukaan laut, dibagi menjadi blok-blok berpolaritas normal dan terbalik menurut proposisi itu; medan setiap blok di permukaan laut dijumlahkan. Di atas jalur yang lebar, anomalinya paling kuat di dekat tepi-tepinya, tempat polaritas berubah, dan lebih lemah di atas bagian tengahnya; tetapi tandanya mengikuti polaritas jalur di bawahnya.

Metode 10.7 (Laju pemekaran dari profil magnetik)

1. Temukan sumbu punggung: pusat simetri profil, di tengah anomali positif pusat.
2. Kenali sebuah batas pembalikan di kedua sisi — perubahan tanda anomali yang umurnya diberikan oleh skala waktu — dan ukur jaraknya dari sumbu di setiap sisi.
3. Bagilah setiap jarak dengan umur pembalikan itu: hasilnya adalah laju setengah di setiap sisi, dalam kilometer per sejuta tahun ($10\,\mathrm{km}$ per sejuta tahun sama dengan $1\,\mathrm{cm}$ setahun).
4. Jumlahkan kedua laju setengah untuk memperoleh laju penuh.

Contoh 10.8 (Punggung cepat)

Pada profil cepat, batas antara selang Gauss dan Gilbert, yang berumur $3.58$ juta tahun, terletak $268.5\,\mathrm{km}$ dari sumbu di setiap sisi. Laju setengahnya $268.5/3.58 = 75\,\mathrm{km}$ per sejuta tahun, yaitu $7.5\,\mathrm{cm}$ setahun; laju penuhnya $15\,\mathrm{cm}$ setahun, laju bagian-bagian tercepat Tinggian Pasifik Timur.

Garis-garis magnetik melakukan lebih dari sekadar menegaskan pemekaran: begitu sebuah profil dicocokkan dengan skala waktu, setiap garis memberikan umur dasar di bawahnya. Pada tahun 1960-an, garis-garis yang lebih tua ditentukan umurnya dengan menganggap lajunya tetap; sebuah uji bagi seluruh teori itu adalah menentukan umur dasar samudra dengan cara yang sama sekali berbeda.

10.5 Umur dari sedimen

Sedimen — cangkang plankton yang mungil, lempung, debu — mengendap perlahan ke dasar samudra dan menumpuk di atasnya. Sedimen tertua yang terletak langsung di atas basalt diendapkan segera setelah basalt itu terbentuk; fosil-fosilnya, yang berubah dari satu zaman ke zaman berikutnya, memberikan umurnya.

Pada tahun 1968, kapal bor Glomar Challenger, yang dibangun untuk mengebor dasar samudra dalam dan membawa kembali inti bor, melintasi Punggung Tengah Atlantik di antara Amerika Selatan dan Afrika. Di tujuh lokasi di sepanjang garis di dekat lintang $30{}^{\circ}$ LS, kapal itu mengebor menembus sedimen sampai ke basalt di bawahnya, pada jarak $191\,\mathrm{km}$ sampai $1270\,\mathrm{km}$ dari sumbu punggung.

Umur-umur itu bertambah secara teratur dengan jarak dari punggung, di kedua sisinya: dua lokasi yang dibor di sisi Afrika jatuh pada garis yang sama dengan lokasi-lokasi di sisi Amerika. Laju setengah tetap yang terbaik adalah $1.9\,\mathrm{cm}$ setahun, dan umur-umur fosil sesuai dengan umur yang diramalkan dari garis-garis magnetik. Para ilmuwan ekspedisi itu menyimpulkan bahwa dasar samudra telah memekar dengan laju sedikit kurang dari $2\,\mathrm{cm}$ setahun di setiap sisi sekurang-kurangnya selama 66 juta tahun terakhir. Pemekaran dasar samudra telah lulus dari sebuah uji yang sebenarnya dapat menggagalkannya.

Sejak itu, ribuan profil magnetik dan ratusan lubang bor telah disatukan menjadi peta umur seluruh dasar samudra.

Peta itu menegaskan segalanya sekaligus. Di sepanjang setiap punggung dasarnya muda, dan umurnya bertambah secara simetris menjauhi punggung itu. Tidak ada dasar samudra yang lebih tua daripada sekitar $190$ juta tahun: yang tertua terletak di Pasifik barat dan di lepas pantai timur Amerika Utara (beberapa cekungan kecil di Laut Tengah bagian timur dihitung terpisah). Umur rata-rata dasar samudra sekitar $64$ juta tahun, dan sekitar tiga perempatnya lebih muda daripada 100 juta tahun — sementara benua-benua menyimpan batuan yang jauh lebih tua. Dasar samudra itu muda karena selalu dibuat di punggung-punggung dan, seperti yang dilihat Hess, dihancurkan di tempat lain: di mana, itulah pokok bahasan Bab 15.

10.6 Latihan

Latihan 10.1 ★

Definisikan pemekaran dasar samudra. Apa perbedaan antara laju pemekaran penuh dan laju setengah pemekaran sebuah punggung?

Solusi

Solusi Latihan 10.1.

Pemekaran dasar samudra adalah pembentukan dasar samudra baru di puncak punggung tengah samudra, tempat batuan cair naik dan membeku, yang diikuti oleh geraknya menjauhi punggung itu di kedua sisi. Laju penuh adalah laju dua lempeng saling menjauh; laju setengah adalah laju dasar di satu sisi menjauhi sumbu. Untuk pemekaran yang simetris, laju penuh $= 2 \times$ laju setengah.

Latihan 10.2 ★

Mengapa lava merekam arah medan Bumi hanya setelah mendingin di bawah sekitar $580\,{}^{\circ}\mathrm{C}$? Apa yang terjadi pada rekaman itu jika batuan itu kemudian dipanaskan sampai $700\,{}^{\circ}\mathrm{C}$?

Solusi

Solusi Latihan 10.2.

Di atas suhu Curie-nya, sekitar $580\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, magnetit tidak dapat mempertahankan magnetisasinya sendiri; hanya ketika mendingin di bawah suhu itu butir-butirnya termagnetisasi searah medan dan mempertahankan arah itu. Bila dipanaskan lagi sampai $700\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, di atas suhu Curie, batuan itu kehilangan rekaman lamanya; ketika mendingin lagi, batuan itu merekam medan pada masa yang baru itu.

Latihan 10.3 ★

Sebuah perum gema mendengar gema pulsanya $5.2\,\mathrm{s}$ setelah mengirimnya. Dengan laju bunyi di air laut $1500\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$, berapa dalam dasar laut itu?

Solusi

Solusi Latihan 10.3.

Bunyi itu turun dan kembali: $d = 1500 \times 5.2/2 = 3900\,\mathrm{m}$.

Latihan 10.4 ★

Pada skala waktu polaritas dalam bab ini: berapa lama selang normal masa kini telah berlangsung? Berapa lama peristiwa Jaramillo berlangsung? Berapa pembalikan yang terjadi dalam lima juta tahun terakhir?

Solusi

Solusi Latihan 10.4.

Selang normal masa kini bermula $0.78$ juta tahun yang lalu: selang itu telah berlangsung $780\,000$ tahun. Peristiwa Jaramillo berlangsung $1.07 - 0.99 = 0.08$ juta tahun, yaitu $80\,000$ tahun. Dengan menghitung batas-batas yang lebih muda daripada lima juta tahun (0.78, 0.99, 1.07, 1.77, 1.95, 2.14, 2.15, 2.581, 3.04, 3.11, 3.22, 3.33, 3.58, 4.18, 4.29, 4.48, 4.62, 4.80, 4.89, 4.98): dua puluh pembalikan.

Latihan 10.5 ★

Punggung-punggung tengah samudra panjangnya sekitar $65\,000\,\mathrm{km}$. Keliling Bumi sekitar $40\,000\,\mathrm{km}$. Berapa kali punggung-punggung itu akan mengelilingi Bumi?

Solusi

Solusi Latihan 10.5.

$65\,000/40\,000 \approx 1.6$: punggung-punggung itu akan mengelilingi Bumi sekitar satu setengah kali.

Latihan 10.6 ★★

Pada sebuah profil magnetik, batas antara selang Brunhes dan Matuyama ($0.78$ juta tahun) terletak $20\,\mathrm{km}$ dari sumbu punggung. Hitung laju setengah dan laju penuhnya dalam sentimeter setahun.

Solusi

Solusi Latihan 10.6.

$20/0.78 \approx 25.6\,\mathrm{km}$ per sejuta tahun, yaitu laju setengah sekitar $2.6\,\mathrm{cm}$ setahun; laju penuhnya sekitar $5.1\,\mathrm{cm}$ setahun.

Latihan 10.7 ★★

Pada profil lain, batas Gauss–Gilbert ($3.58$ juta tahun) terletak $45\,\mathrm{km}$ di barat dan $44\,\mathrm{km}$ di timur sumbu. Hitung laju setengah di setiap sisi dan laju penuhnya. Apakah pemekarannya simetris?

Solusi

Solusi Latihan 10.7.

Barat: $45/3.58 \approx 12.6$ km per sejuta tahun, $1.26\,\mathrm{cm}$ setahun; timur: $44/3.58 \approx 12.3$ km per sejuta tahun, $1.23\,\mathrm{cm}$ setahun. Laju penuh: $1.26 + 1.23 \approx 2.5\,\mathrm{cm}$ setahun. Kedua laju setengah itu berbeda sekitar $2\,\%$: pemekarannya hampir simetris.

Latihan 10.8 ★★

Lokasi 19 pengeboran tahun 1968 terletak $990\,\mathrm{km}$ dari sumbu Punggung Tengah Atlantik. Dengan laju setengah $1.9\,\mathrm{cm}$ setahun, ramalkan umur dasar di sana, lalu bandingkan dengan $49$ juta tahun umur sedimen tertuanya.

Solusi

Solusi Latihan 10.8.

$1.9\,\mathrm{cm}$ setahun sama dengan $19\,\mathrm{km}$ per sejuta tahun: $990/19 \approx 52$ juta tahun, sedikit lebih tua daripada 49 juta tahun umur sedimen tertuanya (sekitar $6\,\%$).

Latihan 10.9 ★★

Sebuah punggung memekar dengan laju setengah $2\,\mathrm{cm}$ setahun. Dengan skala waktu dalam bab ini, sebutkan jarak dari sumbu batas-batas pada 0.78, 0.99, 1.07, 1.77, dan 1.95 juta tahun, lalu gambarlah garis-garis di satu sisi, dengan yang normal berwarna hitam.

Solusi

Solusi Latihan 10.9.

Dengan $20\,\mathrm{km}$ per sejuta tahun: $15.6\,\mathrm{km}$, $19.8\,\mathrm{km}$, $21.4\,\mathrm{km}$, $35.4\,\mathrm{km}$, dan $39.0\,\mathrm{km}$. Dari sumbu: normal dari 0 sampai $15.6\,\mathrm{km}$, terbalik sampai $19.8\,\mathrm{km}$, normal sampai $21.4\,\mathrm{km}$ (Jaramillo), terbalik sampai $35.4\,\mathrm{km}$, normal sampai $39.0\,\mathrm{km}$ (Olduvai), lalu terbalik.

Latihan 10.10 ★★

Umur rata-rata dasar samudra sekitar $64$ juta tahun; umur Bumi sekitar $4.6$ miliar tahun. Berapa bagian dari umur Bumi itu? Argumen Hess yang manakah yang didukungnya?

Solusi

Solusi Latihan 10.10.

$64 \times 10^6/4.6 \times 10^9 \approx 0.014$, sekitar $1.4\,\%$ umur Bumi. Hal ini mendukung argumen Hess bahwa dasar samudra itu muda karena selalu dibuat dan dihancurkan: tidak ada dasar samudra yang bertahan dari sebagian besar sejarah Bumi.

Latihan 10.11 ★★

Jelaskan, dengan sebuah gambar, mengapa pola garis-garis magnetik di satu sisi punggung adalah bayangan cermin pola di sisi lainnya. Apa yang akan merusak simetri ini?

Solusi

Solusi Latihan 10.11.

Pada setiap saat, dasar terbentuk di sumbu dengan polaritas saat itu, lalu terbelah: separuhnya bergerak menjauh di setiap sisi dengan laju yang sama. Karena itu dua jalur yang terbentuk pada saat yang sama terletak pada jarak yang sama dari sumbu, satu di setiap sisi, dengan polaritas yang sama: setiap sisi adalah salinan sisi lainnya, yang dicerminkan pada sumbu. Simetri itu rusak jika dasar bergerak menjauh lebih cepat di satu sisi daripada di sisi lain (pemekaran asimetris), atau jika sumbunya melompat ke kedudukan baru.

Latihan 10.12 ★★★

Misalkan punggung-punggung samudra, yang panjang seluruhnya $65\,000\,\mathrm{km}$, memekar dengan laju penuh rata-rata $5\,\mathrm{cm}$ setahun.

1. Berapa luas dasar samudra baru yang dibuatnya setiap tahun, dalam $\mathrm{km}^{2}$?
2. Dasar samudra meliputi sekitar $2.9 \times 10^{8}\,\mathrm{km}^{2}$. Berapa lama waktu yang diperlukan punggung-punggung itu untuk membuat seluas itu?
3. Bandingkan dengan dasar samudra tertua, sekitar $190$ juta tahun. Apa yang harus terjadi pada dasar samudra secepat dasar itu dibuat?

Solusi

Solusi Latihan 10.12.

(1) $5\,\mathrm{cm}$ sama dengan $5 \times 10^{-5}$ $\mathrm{km}$: setiap tahun ditambahkan jalur seluas $65\,000 \times 5 \times 10^{-5} = 3.25\,\mathrm{km}^{2}$. (2) $2.9 \times 10^8/3.25 \approx 9 \times 10^7$ tahun, sekitar 90 juta tahun. (3) Ini sama ordenya dengan umur dasar tertua (190 juta tahun) dan lebih singkat daripadanya: agar dasar samudra tetap begitu muda, dasar yang dihancurkan, di suatu tempat, harus sebanyak yang dibuat di punggung-punggung.

Latihan 10.13 ★★★

Peristiwa Jaramillo berlangsung dari $0.99$ sampai $1.07$ juta tahun yang lalu. Berapa lebar garisnya di setiap sisi punggung yang laju setengahnya $1.25\,\mathrm{cm}$ setahun, dan di setiap sisi punggung yang laju setengahnya $7.5\,\mathrm{cm}$ setahun? Batuan yang termagnetisasi terletak sekitar $3\,\mathrm{km}$ di bawah permukaan laut. Jelaskan mengapa peristiwa itu tampak jelas pada profil cepat dalam bab ini tetapi hampir tidak tampak pada profil lambat.

Solusi

Solusi Latihan 10.13.

Peristiwa itu berlangsung $0.08$ juta tahun. Dengan $12.5\,\mathrm{km}$ per sejuta tahun garisnya selebar $0.08 \times 12.5 = 1\,\mathrm{km}$; dengan $75\,\mathrm{km}$ per sejuta tahun, $0.08 \times 75 = 6\,\mathrm{km}$. Dilihat dari permukaan laut, $3\,\mathrm{km}$ di atasnya, garis yang jauh lebih sempit daripada kedalamannya hanya menghasilkan medan yang lemah, yang mengabur bersama medan garis-garis tetangganya yang lebar dan berpolaritas berlawanan; garis yang dua kali lebih lebar daripada kedalamannya tampak menonjol.

Latihan 10.14 ★★★

Di lokasi-lokasi tahun 1968, sedimen setebal $176\,\mathrm{m}$ di lokasi 16, yang dasarnya berumur sekitar $11$ juta tahun, dan hanya setebal $72\,\mathrm{m}$ di lokasi 20, yang berumur sekitar $67$ juta tahun. Hitung laju rata-rata penumpukan sedimen di setiap lokasi, dalam meter per sejuta tahun. Dapatkah tebal sedimen dipakai untuk menentukan umur dasar samudra? Apa yang dipakai sebagai gantinya?

Solusi

Solusi Latihan 10.14.

Lokasi 16: $176/11 \approx 16\,\mathrm{m}$ per sejuta tahun; lokasi 20: $72/67 \approx 1.1\,\mathrm{m}$ per sejuta tahun. Sedimen menumpuk dengan laju yang sangat berbeda dari tempat ke tempat dan dari waktu ke waktu, sehingga tebalnya tidak memberikan umur dasar samudra. Umur itu diberikan oleh fosil-fosil sedimen tertua, yang terletak langsung di atas basalt.

Latihan 10.15 ★★★

Pada sebuah profil yang melintasi punggung, batas $2.581$ juta tahun terletak $58\,\mathrm{km}$ di barat dan $70\,\mathrm{km}$ di timur sumbu.

1. Hitung laju setengah di setiap sisi dan laju penuhnya.
2. Dasar di timur sumbu dibuat lebih cepat daripada dasar di baratnya. Setelah 10 juta tahun dengan laju-laju ini, seberapa jauh dari sumbu dasar berumur itu akan terletak di setiap sisi?
3. Jelaskan mengapa jarak di antara kedua batas itu memberikan laju penuh meskipun pemekarannya tidak simetris.

Solusi

Solusi Latihan 10.15.

(1) Barat: $58/2.581 \approx 22.5\,\mathrm{km}$ per sejuta tahun, $2.25\,\mathrm{cm}$ setahun; timur: $70/2.581 \approx 27.1\,\mathrm{km}$ per sejuta tahun, $2.71\,\mathrm{cm}$ setahun; laju penuh $128/2.581 \approx 49.6\,\mathrm{km}$ per sejuta tahun, sekitar $5.0\,\mathrm{cm}$ setahun. (2) Sekitar $225\,\mathrm{km}$ di barat dan $271\,\mathrm{km}$ di timur. (3) Kedua batas itu berimpit di sumbu ketika pembalikan terjadi; sejak itu keduanya saling menjauh dengan laju penuh, bagaimanapun gerak itu terbagi di antara kedua sisi. Jarak pisah keduanya dibagi umurnya adalah laju penuh.

10.7 Soal: Umur Atlantik Selatan

Soal 10.1

Soal akhir pekan — menentukan umur sebuah samudra dengan tiga cara

Pada tahun 1968 Glomar Challenger mengebor tujuh lubang melintasi Punggung Tengah Atlantik di dekat lintang $30{}^{\circ}$ LS. Tabel ini memberikan, untuk setiap lokasi, jaraknya dari sumbu punggung, umur sedimen tertua di atas basalt (dari fosil-fosilnya), dan, bila garis di bawahnya dikenali, umur garis magnetik itu, dalam juta tahun.

lokasi	jarak dari sumbu ($\mathrm{km}$)	umur sedimen tertua	umur garis magnetik
16	191	11	9
15	380	24	21
18	506	26	—
17	643	33	—
14	727	40	38.5
19	990	49	53
20	1270	67	71

Bagian I — Lokasi-lokasi pengeboran.

1. Lokasi manakah yang paling dekat dengan punggung, dan manakah yang paling jauh? Bagaimana perbandingan umurnya?
2. Mengapa umur sedimen tertua yang terletak di atas basalt mendekati umur basalt itu sendiri? Apakah sedimen itu sedikit lebih tua atau sedikit lebih muda?
3. Untuk setiap lokasi, hitung perbandingan jaraknya dengan umur sedimen tertuanya, dalam kilometer per sejuta tahun.
4. Berapa rata-rata ketujuh perbandingan ini? Ubahlah ke sentimeter setahun.
5. Lokasi 17 dan 18 terletak di timur punggung, yang lain di baratnya. Apakah lokasi-lokasi timur mengikuti kecenderungan yang sama dengan lokasi-lokasi barat? Apa artinya bagi pemekaran itu?

Bagian II — Laju dari sedimen.

6. Jika dasar samudra memekar dengan laju setengah $u$ yang tetap, bagaimana umur $t$ dasar itu bergantung pada jaraknya $d$ dari sumbu?
7. Garis yang melalui titik asal dan paling cocok dengan titik-titik itu memiliki kemiringan $u = \sum d\,t / \sum t^2$. Untuk ketujuh lokasi, $\sum d\,t = 208\,276$ dan $\sum t^2 = 10\,952$ (dalam kilometer dan juta tahun). Hitung $u$ dalam kilometer per sejuta tahun dan dalam sentimeter setahun.
8. Berapa laju pemekaran penuh Atlantik Selatan pada lintang ini?
9. Para ilmuwan ekspedisi itu menulis bahwa lajunya “sedikit kurang dari $2\,\mathrm{cm}$ setahun”. Apakah kamu setuju?
10. Dengan laju ini, ramalkan umur dasar di lokasi 20, lalu bandingkan dengan sedimen tertuanya.

Bagian III — Laju dari garis-garis magnetik.

11. Dari lokasi 16 saja ($191\,\mathrm{km}$, garis berumur 9 juta tahun), hitung laju setengahnya.
12. Dari lokasi 20 saja ($1270\,\mathrm{km}$, garis berumur 71 juta tahun), hitung laju setengahnya.
13. Untuk kelima lokasi yang memiliki umur magnetik, $\sum d\,t = 180\,329$ dan $\sum t^2 = 9854$. Hitung laju setengah yang terbaik.
14. Berapa persen perbedaan laju dari fosil dan dari garis-garis magnetik? Apakah kedua metode itu sesuai?
15. Mengapa penting bahwa kedua umur itu diperoleh dengan metode yang sama sekali berbeda?

Bagian IV — Sampai ke tepi samudra.

16. Di sepanjang $30{}^{\circ}$ LS, sumbu punggung terletak pada bujur $13.8{}^{\circ}$ BB dan dasar samudra berakhir berhadapan dengan Afrika pada $13.8{}^{\circ}$ BT. Berapa derajat bujur yang memisahkan keduanya?
17. Pada bola berjari-jari $6371\,\mathrm{km}$, satu derajat bujur berukuran $111.2\,\mathrm{km} \times \cos(\text{lintang})$. Hitung panjang satu derajat pada $30{}^{\circ}$ LS, dan jarak dari sumbu ke tepi dasar samudra di dekat Afrika.
18. Jika dasar samudra selalu memekar dengan laju pada Bagian II, berapa lama yang lalu dasar di tepi itu terbentuk?
19. Peta umur, yang menentukan umur dasar tua melalui garis-garis magnetiknya, memberikan $130$ juta tahun di tepi itu. Laju setengah rata-rata berapa yang diisyaratkannya? Apakah pembukaan awal samudra itu sedikit lebih cepat atau sedikit lebih lambat daripada pembukaan selama 66 juta tahun terakhir?
20. Simpulkan: berapa umur dasar samudra tertua di dekat Afrika pada $30{}^{\circ}$ LS? Periode Kapur bermula sekitar $143$ juta tahun yang lalu: dalam periode apakah Atlantik Selatan mulai membuka di sana?

Solusi

Solusi Soal 10.1.

1. Lokasi 16 yang paling dekat ($191\,\mathrm{km}$, 11 juta tahun), lokasi 20 yang paling jauh ($1270\,\mathrm{km}$, 67 juta tahun): makin jauh dari punggung, makin tua dasarnya.

2. Sedimen mulai mengendap di atas basalt segera setelah basalt itu terbentuk, sehingga lapisan tertua kira-kira setua basalt itu. Lapisan itu hanya dapat sedikit lebih muda, tidak pernah lebih tua.

3. Dalam kilometer per sejuta tahun: lokasi 16: $191/11 \approx 17.4$; lokasi 15: $380/24 \approx 15.8$; lokasi 18: $506/26 \approx 19.5$; lokasi 17: $643/33 \approx 19.5$; lokasi 14: $727/40 \approx 18.2$; lokasi 19: $990/49 \approx 20.2$; lokasi 20: $1270/67 \approx 19.0$.

4. $129.5/7 \approx 18.5$ km per sejuta tahun, sekitar $1.85\,\mathrm{cm}$ setahun.

5. Ya: perbandingannya (19.5) terletak di antara perbandingan lokasi-lokasi barat. Dasar samudra telah memekar dengan laju yang kira-kira sama di kedua sisi: pemekarannya simetris.

6. $t = d/u$: umurnya sebanding dengan jaraknya.

7. $u = 208\,276/10\,952 \approx 19.0$ km per sejuta tahun, yaitu $1.90\,\mathrm{cm}$ setahun.

8. Sekitar $2 \times 1.9 = 3.8\,\mathrm{cm}$ setahun.

9. Ya: $1.9\,\mathrm{cm}$ setahun sedikit kurang dari $2\,\mathrm{cm}$ setahun.

10. $1270/19.0 \approx 67$ juta tahun, sama dengan umur sedimen tertuanya.

11. $191/9 \approx 21.2$ km per sejuta tahun, $2.1\,\mathrm{cm}$ setahun.

12. $1270/71 \approx 17.9$ km per sejuta tahun, $1.8\,\mathrm{cm}$ setahun.

13. $180\,329/9854 \approx 18.3$ km per sejuta tahun, $1.83\,\mathrm{cm}$ setahun.

14. $(1.90 - 1.83)/1.83 \approx 4\,\%$: kedua laju itu sesuai dalam batas ketidakpastian umur dan jarak.

15. Satu umur berasal dari fosil-fosil dalam sedimen, yang lain dari kemagnetan basalt dan skala waktu pembalikan. Kesalahan dalam satu metode tidak akan muncul dalam metode lainnya: kesesuaian keduanya adalah uji yang kuat bagi pemekaran dasar samudra.

16. $13.8 + 13.8 = 27.6{}^{\circ}$.

17. $111.2 \times \cos 30^\circ \approx 96.3\,\mathrm{km}$ per derajat; $27.6 \times 96.3 \approx 2660\,\mathrm{km}$.

18. $2660/19.0 \approx 140$ juta tahun.

19. $2660/130 \approx 20.5$ km per sejuta tahun, sekitar $2.0\,\mathrm{cm}$ setahun, sedikit lebih besar daripada $1.9\,\mathrm{cm}$ setahun. Karena 67 juta tahun terakhir berlangsung dengan laju sekitar $1.9\,\mathrm{cm}$ setahun, pembukaan awal itu sedikit lebih cepat: dasar di antara lokasi 20 dan tepi samudra, $2660 - 1270 = 1390\,\mathrm{km}$, terbentuk dalam $130 - 67 = 63$ juta tahun, sekitar $2.2\,\mathrm{cm}$ setahun.

20. Dasar samudra tertua di dekat Afrika pada $30{}^{\circ}$ LS berumur sekitar 130 juta tahun (140 juta tahun bila laju masa kini diekstrapolasi): Atlantik Selatan mulai membuka di sana pada periode Kapur.