书籍暂未推出简体中文版——当前显示 Bahasa Indonesia 版。

Ilmu Kebumian dan Antariksa Sekolah Menengah Atas · 10–12 年级

20Pembentukan Pegunungan

Para pendaki yang mencapai puncak Gunung Everest, $8848.86\,\mathrm{m}$ di atas permukaan laut, berdiri di atas batu kapur. Ahli geologi yang membawa turun contoh-contoh batuan dari puncak itu menemukan di dalamnya pecahan-pecahan trilobit, ostrakoda, dan krinoid: makhluk laut yang hidup lebih dari 440 juta tahun yang lalu, pada zaman Ordovisium. Batuan tertinggi di dunia diendapkan di dasar sebuah laut. Bab ini menjelaskan bagaimana dasar laut sampai ke atap dunia: dua benua bertumbukan, dan kerak di antara keduanya terjepit, terlipat, tertumpuk, dan menebal menjadi sebuah pegunungan.

Gunung Everest dan banyak gletser di sekitarnya, dilihat dari pesawat ulang-alik Columbia pada 30 November 1996. Foto NASA (domain publik).

Yang sudah kamu ketahui

Lempeng litosfer samudra, yang dibuat di punggungan, tenggelam kembali ke dalam mantel di palung; lempengannya menariknya ke bawah (Bab 15). Kerak benua tebal dan ringan, rata-rata sekitar $2830\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ dibandingkan dengan $3380\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ untuk mantel di bawahnya, sehingga kerak itu mengapung tinggi, dan kerak yang tebal berdiri lebih tinggi daripada kerak yang tipis, di atas sebuah akar (Bab 19 dan 12). Sesar adalah rekahan yang di sepanjangnya kedua blok telah bergerak; pada sesar normal, blok di atas bidang sesar telah bergerak turun, seperti di tempat kerak teregang pada punggungan yang lambat (Bab 14).

20.1 Dari subduksi ke tumbukan

Samudra yang dihabiskan di palung lebih cepat daripada dibuat di punggungannya akan menyusut. Benua yang menumpang pada lempeng yang tenggelam makin mendekati palung dengan kecepatan lempeng itu, dan akhirnya tiba di sana. Litosfer samudra di depannya telah turun; benua itu tidak dapat mengikutinya, karena keraknya terlalu ringan untuk tenggelam ke dalam mantel yang lebih rapat. Subduksi berhenti. Kedua benua terjepit satu sama lain, dan lempengan yang tergantung dari dasar samudra itu akhirnya patah lepas dan tenggelam ke dalam mantel.

Definisi 20.1 (Tumbukan benua)

Yang disebut tumbukan benua adalah pertemuan dua benua di batas lempeng konvergen, setelah litosfer samudra di antara keduanya tersubduksi. Tidak ada benua yang tenggelam: kerak di antara keduanya terdeformasi dan menebal menjadi sebuah sabuk pegunungan.

Dari subduksi ke tumbukan (tidak berskala). 1: sebuah samudra menutup ketika dasarnya tenggelam di palung. 2: benua tiba di palung dan tidak dapat tenggelam; irisan-irisan dasar samudra terdorong ke atas tepinya. 3: kerak di antara kedua benua memendek dan menebal menjadi sabuk pegunungan yang berdiri di atas sebuah akar; garis tempat kedua benua bersatu, yang ditandai oleh irisan-irisan dasar samudra, adalah sutura; lempengan itu patah lepas dan tenggelam.

20.1.1 Jejak samudra yang lenyap

Setelah samudra itu menutup, kedua benua terlas di sepanjang sebuah garis.

Definisi 20.2 (Sutura)

Yang disebut sutura adalah garis, atau zona sempit, yang di sepanjangnya dua benua telah disatukan oleh tumbukan, setelah subduksi di antara keduanya berhenti: jejak sebuah batas lempeng masa lalu. Sutura menandai tempat samudra di antara keduanya dahulu berada.

Apa yang menandai sebuah sutura? Di sepanjang banyak sutura terdapat tubuh-tubuh batuan yang tidak termasuk di bagian mana pun dari sebuah benua: dari atas ke bawah, sedimen laut, basalt bantal, sekumpulan retas tegak yang berdiri berdampingan, gabro, dan di dasarnya peridotit mantel: lapisan-lapisan dasar samudra (Bab 14), dengan bagian atas mantel di bawahnya.

Definisi 20.3 (Ofiolit)

Yang disebut ofiolit adalah sepotong litosfer samudra — sedimen, basalt bantal, retas berlapis, gabro, dan peridotit mantel — yang terdorong ke atas kerak benua.

Ofiolit adalah dasar samudra yang terdampar: seiris samudra yang lenyap, yang terdorong ke atas sebuah benua alih-alih tenggelam bersama bagian lainnya. Pegunungan yang terangkat oleh tumbukan umumnya mengandung sebagian kerak samudra dan mantel atas, karena di situlah sebuah samudra menutup. Di Tibet selatan, ofiolit-ofiolit yang berjajar di sepanjang sutura Indus–Tsangpo adalah sisa-sisa samudra yang disebut Neo-Tethys, yang dahulu terletak di antara India dan wilayah Lhasa; sebuah gabro di sana telah ditentukan umurnya 243 juta tahun.

Lava bantal ofiolit Semail di Wadi Jizzi, Oman: lava yang mendingin di bawah air sebagai bantal-bantal yang membulat, kini berada di darat. Foto Lionel Duchoiselle (CC BY-SA 3.0).

20.2 Memendekkan kerak

Bila terjepit dari samping, tubuh batuan akan patah jika dingin dan getas; jika cukup hangat untuk berperilaku plastis, tubuh batuan itu terlipat. Sabuk pegunungan penuh dengan lipatan maupun sesar.

20.2.1 Lipatan

Definisi 20.4 (Lipatan; antiklin; sinklin; sumbu lipatan)

Yang disebut lipatan adalah lengkungan pada lapisan-lapisan batuan. Sisi-sisinya yang miring adalah sayap; sayap-sayap itu bertemu di engsel, tempat lapisan-lapisan paling melengkung, dan garis di sepanjang engsel adalah sumbu lipatan. Yang disebut antiklin adalah lipatan yang lapisan-lapisannya melengkung ke atas, dengan sayap-sayap yang miring menjauhi sumbu; yang disebut sinklin adalah lipatan yang lapisan-lapisannya melengkung ke bawah, dengan sayap-sayap yang miring menuju sumbu.

Bidang yang melalui engsel-engsel lapisan yang berurutan adalah bidang sumbu. Antiklin dan sinklin biasanya muncul berpasangan, dengan sayap yang satu sekaligus menjadi sayap yang berikutnya. Lipatan ada dalam segala ukuran, dari yang mikroskopis sampai yang lebarnya puluhan kilometer. Setelah tererosi, antiklin memperlihatkan lapisan-lapisan tertuanya di intinya dan sinklin lapisan-lapisan termudanya; antiklin belum tentu berupa punggung bukit, dan sinklin belum tentu berupa lembah, karena erosi mengikuti lapisan yang keras dan yang lunak, bukan bentuk lipatannya.

Sebuah antiklin dan sebuah sinklin, yang terpotong oleh permukaan erosi yang datar (diagram blok, tidak berskala). Sumbu-sumbu lipatan berjalan di sepanjang engsel; garis-garis putus-putus adalah jejak bidang-bidang sumbu. Di permukaan atas, antiklin yang tererosi memperlihatkan lapisan yang lebih tua di intinya, sinklin lapisan yang lebih muda.

Lapisan-lapisan batuan yang terlipat pada sebuah tebing di Himalaya, sekitar 3\, km di timur laut Jomsom di ngarai Kali Gandaki, Nepal. Foto Jean-Marie Hullot (CC BY 2.0). — Lapisan-lapisan batuan yang terlipat pada sebuah tebing di Himalaya, sekitar $3\,\mathrm{km}$ di timur laut Jomsom di ngarai Kali Gandaki, Nepal. Foto Jean-Marie Hullot (CC BY 2.0).

Batuan penutup Perbukitan Varden terlipat dengan cara yang sama, tetapi jauh lebih landai. Batu pasir, batu kapur, serpih, dan kapurnya diendapkan mendatar, lalu dilengkungkan menjadi sebuah antiklin dan sebuah sinklin yang sayap-sayapnya miring $12{}^{\circ}$ ; sebuah sesar normal yang lebih muda memotongnya.

sekis batu pasir batu kapur serpih kapur Penampang A–B melintasi Perbukitan Varden, dari barat daya ke timur laut. Batuan penutup terletak di atas batuan dasar sekis dan terlipat menjadi sebuah antiklin dan sebuah sinklin; sesar normal, yang lebih muda daripada lipatan-lipatan itu, menurunkan blok timur laut. Skala vertikalnya diregangkan 2.5 kali, sehingga sayap-sayapnya tampak lebih curam daripada kenyataannya. Data: model wilayah dari seri buku ini. — sekis batu pasir batu kapur serpih kapur *eksagerasi vertikal $\times 2.5$* Penampang A–B melintasi Perbukitan Varden, dari barat daya ke timur laut. Batuan penutup terletak di atas batuan dasar sekis dan terlipat menjadi sebuah antiklin dan sebuah sinklin; sesar normal, yang lebih muda daripada lipatan-lipatan itu, menurunkan blok timur laut. Skala vertikalnya diregangkan 2.5 kali, sehingga sayap-sayapnya tampak lebih curam daripada kenyataannya. Data: model wilayah dari seri buku ini.

20.2.2 Sesar naik, sesar anjak, dan nappe

Di tempat kerak terjepit ketika masih dingin dan getas, kerak itu patah di sepanjang sesar dari jenis yang berbeda dengan sesar normal pada kerak yang teregang.

Definisi 20.5 (Sesar naik; sesar anjak)

Yang disebut sesar naik adalah sesar miring yang di sepanjangnya blok di atas bidang sesar telah bergerak naik terhadap blok di bawahnya. Sesar naik terbentuk di tempat kerak terjepit. Yang disebut sesar anjak adalah sesar naik dengan kemiringan landai, kurang dari $45{}^{\circ}$ .

Sesar anjak dapat membawa selembar batuan sejauh puluhan kilometer, sehingga batuan yang lebih tua akhirnya terletak di atas batuan yang lebih muda, berlawanan dengan urutan pengendapannya. Di Pegunungan Rocky, Sesar Anjak McConnell telah mendorong setumpuk batuan sedimen setebal sekitar $800\,\mathrm{m}$ sejauh kira-kira $40\,\mathrm{km}$ dari barat ke timur: batu kapur yang berumur sekitar 500 juta tahun kini terletak di atas batu lumpur yang berumur sekitar 75 juta tahun.

Definisi 20.6 (Nappe)

Yang disebut nappe adalah lembaran batuan yang besar yang telah terbawa jauh, sering kali puluhan kilometer, di atas batuan di bawahnya di sepanjang sesar anjak yang hampir datar.

Nappe dapat membawa batuan yang terbentuk jauh dari situ, bahkan irisan dasar samudra; nappe itu sendiri dapat terlipat, dengan lapisan-lapisan yang terbalik. Sabuk pegunungan menumpuk nappe yang satu di atas yang lain. Erosi kemudian melubangi sebuah nappe, membuka jendela ke batuan di bawahnya, dan meninggalkan kepingan-kepingan nappe yang terpisah di atas batuan yang lebih muda.

Sebuah nappe (tidak berskala): lembaran batuan yang lebih tua yang terbawa di sepanjang sesar anjak yang hampir datar di atas batuan yang lebih muda yang tetap di tempatnya. Erosi telah memotong sebuah jendela menembusnya dan meninggalkan sekeping darinya yang terpisah di sebelah kiri. Gigi-gigi pada sesar anjak menunjuk ke arah blok yang bergerak naik di atasnya.

Sesar Anjak Glarus di Pegunungan Alpen di Swiss timur. Batuan gelap di puncak-puncaknya, yang diendapkan pada zaman Perm, antara sekitar 299 dan 252 juta tahun yang lalu, terletak di atas batuan yang lebih terang dan jauh lebih muda; sesar anjak itu adalah batas tajam di antara keduanya. Batuan bagian atas telah berpindah sekitar 40 sampai 50\, km. Foto Christian Heine (CC BY-SA 3.0). — Sesar Anjak Glarus di Pegunungan Alpen di Swiss timur. Batuan gelap di puncak-puncaknya, yang diendapkan pada zaman Perm, antara sekitar 299 dan 252 juta tahun yang lalu, terletak di atas batuan yang lebih terang dan jauh lebih muda; sesar anjak itu adalah batas tajam di antara keduanya. Batuan bagian atas telah berpindah sekitar 40 sampai $50\,\mathrm{km}$ . Foto Christian Heine (CC BY-SA 3.0).

20.2.3 Mengukur pemendekan

Lipatan dan sesar anjak sama-sama membuat kerak lebih pendek ke arah kerak itu terjepit.

Definisi 20.7 (Pemendekan)

Yang disebut pemendekan sebuah lapisan adalah fraksi panjangnya yang telah hilang: bila panjangnya semula $L_0$ dan kini membentang sejauh $L$ ,

e = \frac{L_0 - L}{L_0}.

Untuk mengukurnya, diperlukan panjang semula $L_0$ . Pada banyak lipatan, lapisan-lapisannya mempertahankan tebalnya ketika melengkung, saling menggeser seperti halaman-halaman buku yang dibengkokkan; lapisan seperti itu tidak teregang di sepanjang panjangnya. Hal ini memberikan panjang semulanya.

Proposisi 20.8 (Pemendekan lapisan yang terlipat)

Bila sebuah lapisan terlipat tanpa teregang atau terjepit di sepanjang dirinya, panjang semulanya $L_0$ adalah panjangnya yang diukur di sepanjang lapisan yang terlipat itu. Untuk lipatan dengan sayap lurus yang miring dengan sudut $\theta$ ,

e = 1 - \cos\theta .

Bukti. Bila lapisan itu dibuka lipatannya, tanpa diregangkan, lapisan itu terbentang datar dengan panjang yang tidak berubah; jadi $L_0$ adalah panjang di sepanjang lapisan. Pada sayap lurus sepanjang $\ell$ yang miring dengan sudut $\theta$ , jarak mendatar yang ditempuh adalah $\ell\cos\theta$ (segitiga siku-siku). Dengan menjumlahkan semua sayap, lapisan yang panjangnya $L_0$ membentang sejauh $L = L_0\cos\theta$ , dan $e = (L_0 - L_0\cos\theta)/L_0 = 1 - \cos\theta$ . ∎

Kiri: sebuah lapisan yang terlipat membentang sejauh L; bila dibentangkan datar, tanpa diregangkan, panjangnya L_0 (di sini tinggi lipatan seperempat panjang gelombangnya, dan L adalah 68\,\% dari L_0). Kanan: pemendekan lipatan dengan sayap lurus, 1 -, terhadap kemiringan sayapnya. Lipatan yang landai hanya sedikit memendekkan lapisan. — Kiri: sebuah lapisan yang terlipat membentang sejauh $L$ ; bila dibentangkan datar, tanpa diregangkan, panjangnya $L_0$ (di sini tinggi lipatan seperempat panjang gelombangnya, dan $L$ adalah $68\,\%$ dari $L_0$ ). Kanan: pemendekan lipatan dengan sayap lurus, $1 - \cos\theta$ , terhadap kemiringan sayapnya. Lipatan yang landai hanya sedikit memendekkan lapisan.

Metode 20.9 (Mengukur pemendekan pada penampang)

Periksa bahwa penampang itu digambar menurut skala yang sebenarnya. Bila skala vertikalnya diregangkan, kemiringan dan panjang di sepanjang lapisan menjadi terlalu besar: gambarlah ulang, atau koreksi dahulu setiap kemiringan.
Pilih satu batas lapisan yang dapat diikuti melintasi penampang; di tempat sebuah sesar memotongnya, sambungkan kedua ujung yang terpotong seperti keadaannya sebelum sesar itu bergerak.
Ukur panjangnya di sepanjang lapisan, $L_0$ : ikuti dengan seutas benang, atau jumlahkan potongan-potongan lurus yang pendek.
Ukur jarak mendatar antara kedua ujungnya, $L$ .
Hitung $e = (L_0 - L)/L_0$ ; untuk sayap lurus yang kemiringannya diketahui, $e = 1 - \cos\theta$ langsung memberikannya.

Contoh 20.10 (Lipatan-lipatan Varden)

Sayap-sayap lipatan Varden miring $12{}^{\circ}$ , sehingga batuan penutupnya memendek sebesar $e = 1 - \cos12{}^{\circ} = 1 - 0.978 = 0.022$ , sekitar $2.2\,\%$ : sebuah jalur wilayah itu yang kini selebar $10\,\mathrm{km}$ dahulu selebar $10/\cos12{}^{\circ} \approx 10.22\,\mathrm{km}$ sebelum terlipat. Bila diukur pada penampang A–B seperti yang digambar, sayap-sayap itu akan tampak miring sekitar $28{}^{\circ}$ , karena skala vertikalnya diregangkan 2.5 kali: $\tan\theta$ dikalikan 2.5, dan $\arctan(2.5 \tan12{}^{\circ}) \approx 28{}^{\circ}$ . Bila dibaca apa adanya, hal itu akan memberikan pemendekan $12\,\%$ , lebih dari lima kali terlalu besar.

Lipatan yang landai hanya menyerap sedikit. Sabuk yang terlipat ketat, dengan sayap-sayap yang miring $60{}^{\circ}$ , telah memendek setengahnya; dan satu sesar anjak yang hampir datar yang telah membawa sebuah nappe sejauh $40\,\mathrm{km}$ menyerap pemendekan $40\,\mathrm{km}$ , sama banyaknya dengan sabuk lipatan landai yang sangat lebar.

20.3 Penebalan dan pengangkatan

Pemendekan tidak menghancurkan batuan. Sejalur kerak yang terjepit sampai sebagian kecil dari lebarnya semula mempertahankan volumenya, sehingga kerak itu pasti menebal: bila kerak setebal $H_0$ dipendekkan dari lebar $L_0$ menjadi $L$ di sepanjang seluruh panjang sabuk, penampangnya mempertahankan luasnya, $H L = H_0 L_0$ , dan

H = H_0\,\frac{L_0}{L} = \frac{H_0}{1 - e}.

Kerak setebal $35\,\mathrm{km}$ yang memendek $50\,\%$ menjadi setebal $70\,\mathrm{km}$ . Lalu isostasi melakukan sisanya: kerak yang lebih tebal mengapung lebih tinggi, di atas akar yang lebih dalam (Proposisi 12.5). Dengan model Airy dan massa jenis dalam ingatan di atas, kerak yang lebih tebal sebesar $\Delta H$ berdiri lebih tinggi sebesar $\Delta H\,(\rho_m - \rho_c)/\rho_m = \Delta H \times 550/3380$ , sekitar seperenam dari tebal tambahannya; lima perenam sisanya membentuk akar. Kerak setebal $35$ sampai $40\,\mathrm{km}$ jauh dari sabuk pegunungan, dan 50 sampai $70\,\mathrm{km}$ di bawahnya: makin tinggi pegunungan, makin tebal keraknya.

Beginilah batu kapur dasar laut sampai ke puncak Everest: diendapkan di dasar sebuah laut, batu kapur itu terbawa ke utara bersama India, tertumpuk dalam lembaran-lembaran sesar anjak Himalaya, dan terangkat ketika kerak di bawahnya menebal dan naik. Gerak vertikal kerak seperti itu disebut pengangkatan.

20.4 Dua pegunungan

20.4.1 Himalaya

Himalaya membentang $2900\,\mathrm{km}$ di sepanjang perbatasan antara India dan Tibet. Sekitar 80 juta tahun yang lalu India terletak kira-kira $6400\,\mathrm{km}$ di selatan Asia, di seberang sebuah samudra, dan bergerak ke utara dengan laju sekitar $9\,\mathrm{cm}$ setahun; India bertemu Asia antara 40 dan 50 juta tahun yang lalu, dan gerak majunya ke utara kemudian melambat. Rekonstruksi lempeng memperlihatkan perjalanan itu secara terperinci: disusun dari banyak jenis bukti, di antaranya jejak titik panas (Bab 13), rekonstruksi itu menggerakkan lempeng-lempeng mundur dalam waktu selangkah demi selangkah.

Kiri: lintang sebuah titik di India tengah (78 BT, 20 LU saat ini) dan Lhasa, di utara sutura, selama 100 juta tahun terakhir, dalam dua rekonstruksi lempeng yang telah diterbitkan (2022 dan 2019). Kanan: kecepatan India ke utara pada setiap langkah 5 juta tahun. Pita yang diarsir menandai 40 sampai 50 juta tahun yang lalu. Data: R. D. Müller dan kawan-kawan (2019, 2022), dihitung dengan GPlates Web Service. — Kiri: lintang sebuah titik di India tengah ( $78{}^{\circ}$ BT, $20{}^{\circ}$ LU saat ini) dan Lhasa, di utara sutura, selama 100 juta tahun terakhir, dalam dua rekonstruksi lempeng yang telah diterbitkan (2022 dan 2019). Kanan: kecepatan India ke utara pada setiap langkah 5 juta tahun. Pita yang diarsir menandai 40 sampai 50 juta tahun yang lalu. Data: R. D. Müller dan kawan-kawan (2019, 2022), dihitung dengan GPlates Web Service.

Kedua rekonstruksi itu sepakat sampai selisih beberapa derajat. Antara 65 dan 50 juta tahun yang lalu India bergerak ke utara dengan laju sekitar $13\,\mathrm{cm}$ setahun; antara 50 dan 40 juta tahun yang lalu kecepatannya turun, dan sejak 40 juta tahun yang lalu India bergerak dengan laju sekitar $4\,\mathrm{cm}$ setahun, kurang dari sepertiga kecepatan semula. Lhasa, di sisi Asia, juga bergerak ke utara, tetapi jauh lebih lambat.

Contoh 20.11 (Kecepatan India)

Dalam rekonstruksi tahun 2022, India tengah berada pada $12.10{}^{\circ}$ LS 60 juta tahun yang lalu dan pada $0.68{}^{\circ}$ LS 50 juta tahun yang lalu. Satu derajat lintang adalah $2\pi R/360 = 2\pi \times 6371\,\mathrm{km}/360 \approx 111.2\,\mathrm{km}$ . India bergerak ke utara sejauh $(12.10 - 0.68) \times 111.2 \approx 1270\,\mathrm{km}$ dalam 10 juta tahun: $127\,\mathrm{km}$ per sejuta tahun, yaitu $127 \times 10^{6}\,\mathrm{mm} / 10^{6}\text{ tahun} = 127\,\mathrm{mm}$ , sekitar $13\,\mathrm{cm}$ , setahun.

Perlambatan itu dibaca sebagai tanda tumbukan: kerak benua yang tiba di palung tidak dapat tenggelam, dan India tertahan. Tanggal persis kontak pertamanya masih diperdebatkan: perkiraannya berkisar dari sekitar 60 sampai 54 juta tahun yang lalu, dan sebagian ahli geologi berpendapat bahwa India mula-mula bertemu dengan serangkaian pulau gunung api dan baru mencapai Asia sendiri sekitar 34 juta tahun yang lalu. India belum berhenti: kutub-kutub rotasi lempeng masa kini menggerakkannya menuju Eurasia dengan laju sekitar $4.5\,\mathrm{cm}$ setahun melintasi Himalaya (Bab 13), dan tekanannya menjepit sebagian Asia ke arah timur.

Di utara Himalaya, Dataran Tinggi Tibet rata-rata setinggi sekitar $4600\,\mathrm{m}$ , di atas kerak setebal sekitar $70\,\mathrm{km}$ (Bab 12). Di antara India dan Tibet terdapat sutura Indus–Tsangpo dengan ofiolit-ofiolitnya; di selatannya, Himalaya sebagian besar tersusun dari sedimen yang diendapkan di tepi utara India, lalu tertumpuk, terlipat, dan tersesarkan, termasuk batu kapur puncak Everest.

20.4.2 Pegunungan Alpen, dan seluruh sabuknya

Pegunungan Alpen mempunyai sejarah yang serupa dalam skala yang lebih kecil: pegunungan itu terangkat di tempat Afrika bertumbukan dengan Eropa. Pegunungan itu juga mengandung ofiolit, dan sesar-sesar anjak yang besar: pada Sesar Anjak Glarus, batuan zaman Perm telah terbawa ke atas batuan yang jauh lebih muda. Pegunungan Alpen dan Himalaya termasuk dalam satu sabuk pegunungan yang panjang, melalui Zagros di Iran, tempat Afrika dan India bertumbukan dengan Eurasia.

Sabuk pegunungan muda dari Atlantik sampai Tibet: daerah tinggi (setiap persegi adalah sel 1 derajat), gempa bumi dangkal bermagnitudo 6 atau lebih dari tahun 1976 sampai 2025 (lebih dangkal dari 70\, km), dan batas-batas tumbukan antarlempeng (garis biru). Panah menunjukkan gerak India menuju Eurasia. Data: ETOPO1, katalog gempa bumi USGS, batas lempeng dari Bird (2003), daratan dari Natural Earth. — Sabuk pegunungan muda dari Atlantik sampai Tibet: daerah tinggi (setiap persegi adalah sel 1 derajat), gempa bumi dangkal bermagnitudo 6 atau lebih dari tahun 1976 sampai 2025 (lebih dangkal dari $70\,\mathrm{km}$ ), dan batas-batas tumbukan antarlempeng (garis biru). Panah menunjukkan gerak India menuju Eurasia. Data: ETOPO1, katalog gempa bumi USGS, batas lempeng dari Bird (2003), daratan dari Natural Earth.

Daerah tinggi dan gempa bumi mengikuti pita sempit yang sama. Tumbukan itu belum selesai: gempa-gempa bumi menunjukkan bahwa kerak masih terus patah di sepanjang seluruh sabuk, dan bahwa pegunungan masih terus terbentuk.

20.5 Latihan

Latihan 20.1 ★

Pasangkan setiap istilah dengan perinciannya: antiklin, sinklin, sesar anjak, nappe, sutura, ofiolit. (a) sesar naik dengan kemiringan landai; (b) sepotong dasar samudra yang ditemukan di darat; (c) lipatan yang sayap-sayapnya miring menuju sumbunya; (d) garis tempat dua benua bersatu; (e) lipatan yang sayap-sayapnya miring menjauhi sumbunya; (f) lembaran batuan yang besar yang terbawa jauh di sepanjang sesar anjak.

Solusi

Solusi Latihan 20.1.

(a) sesar anjak; (b) ofiolit; (c) sinklin; (d) sutura; (e) antiklin; (f) nappe.

Latihan 20.2 ★

Di seberang sebuah lembah, lapisan-lapisan di sisi barat miring $20{}^{\circ}$ ke barat dan lapisan-lapisan di sisi timur miring $20{}^{\circ}$ ke timur. (1) Apakah lipatan di antara keduanya antiklin atau sinklin? (2) Setelah erosi, apakah lapisan tertua atau termuda yang dijumpai di sepanjang sumbunya? (3) Apakah lembah itu harus terletak di atas sebuah sinklin?

Solusi

Solusi Latihan 20.2.

(1) Sayap-sayapnya miring menjauhi sumbu lipatan: sebuah antiklin. (2) Lapisan yang tertua. (3) Tidak: erosi mengikuti lapisan yang keras dan yang lunak, bukan bentuk lipatannya; inti sebuah antiklin dapat terkikis menjadi lembah.

Latihan 20.3 ★

Sebuah lapisan terlipat dengan sayap-sayap lurus yang miring $30{}^{\circ}$ . (1) Hitung pemendekannya. (2) Kini lapisan itu membentang $6.0\,\mathrm{km}$ . Berapa panjangnya semula?

Solusi

Solusi Latihan 20.3.

(1) $e = 1 - \cos30{}^{\circ} = 1 - 0.866 = 0.134$ , sekitar $13\,\%$ . (2) $L_0 = 6.0/\cos30{}^{\circ} \approx 6.9\,\mathrm{km}$ .

Latihan 20.4 ★

(1) Di sepanjang sebuah sesar, blok di atas bidang sesar telah bergerak turun. Apakah sesar itu sesar normal atau sesar naik, dan apakah kerak itu teregang atau terjepit? (2) Sebuah sesar naik miring $25{}^{\circ}$ : apakah sesar itu sesar anjak?

Solusi

Solusi Latihan 20.4.

(1) Sesar normal; kerak itu teregang. (2) Ya: sesar itu adalah sesar naik yang miring kurang dari $45{}^{\circ}$ .

Latihan 20.5 ★

(1) Urutkan batuan-batuan ofiolit ini dari atas ke bawah: gabro, sedimen laut, peridotit, basalt bantal, retas berlapis. (2) Mengapa basalt bantal menunjukkan bahwa batuan itu terbentuk di bawah air? (3) Mengapa ofiolit dijumpai di sepanjang sutura?

Solusi

Solusi Latihan 20.5.

(1) Sedimen laut, basalt bantal, retas berlapis, gabro, peridotit. (2) Lava membentuk bantal hanya bila mendingin di dalam air. (3) Ofiolit adalah sepotong samudra yang dahulu terletak di antara dua benua; ketika kedua benua itu bertumbukan, irisan-irisan dasarnya terdorong ke atas tepi-tepinya alih-alih tenggelam, sehingga irisan-irisan itu dijumpai di tempat samudra itu menutup, di sepanjang sutura.

Latihan 20.6 ★★

Pada penampang berskala sebenarnya, sebuah batas batu pasir diikuti melalui empat potongan lurus yang panjangnya $2.1\,\mathrm{km}$ , $1.8\,\mathrm{km}$ , $2.4\,\mathrm{km}$ , dan $1.6\,\mathrm{km}$ ; kedua ujungnya berjarak $6.0\,\mathrm{km}$ . (1) Hitung pemendekannya. (2) Bila keempat sayap itu miring dengan sudut yang sama, berapa sudutnya?

Solusi

Solusi Latihan 20.6.

(1) $L_0 = 2.1 + 1.8 + 2.4 + 1.6 = 7.9\,\mathrm{km}$ ; $e = (7.9 - 6.0)/7.9 \approx 0.24$ , $24\,\%$ . (2) $\cos\theta = 6.0/7.9 \approx 0.759$ , $\theta \approx 41{}^{\circ}$ .

Latihan 20.7 ★★

Blok atas sebuah sesar anjak yang miring $10{}^{\circ}$ telah bergerak $45\,\mathrm{km}$ di sepanjang bidang sesar. (1) Seberapa jauh blok itu bergerak mendatar? (2) Seberapa tinggi blok itu naik? (3) Selebar apa sabuk lipatan dengan sayap-sayap yang miring $12{}^{\circ}$ yang akan menyerap pemendekan mendatar yang sama?

Solusi

Solusi Latihan 20.7.

(1) $45\cos10{}^{\circ} \approx 44.3\,\mathrm{km}$ . (2) $45\sin10{}^{\circ} \approx 7.8\,\mathrm{km}$ . (3) Lipatan seperti itu memendek sebesar $1 - \cos12{}^{\circ} \approx 0.0219$ : sebelum terlipat, sabuk itu pasti selebar $44.3/0.0219 \approx 2000\,\mathrm{km}$ .

Latihan 20.8 ★★

Di sepanjang Sesar Anjak McConnell, batu kapur yang berumur sekitar 500 juta tahun terletak di atas batu lumpur yang berumur sekitar 75 juta tahun. (1) Prinsip penentuan umur relatif mana yang akan menyesatkan ahli geologi yang mengabaikan sesar itu? (2) Berapa tahun lebih tua batuan bagian atas? (3) Lembaran sesar anjak itu setebal sekitar $800\,\mathrm{m}$ dan berpindah $40\,\mathrm{km}$ : berapa kali tebalnya sendiri jarak itu?

Solusi

Solusi Latihan 20.8.

(1) Superposisi: bila dibaca tanpa memperhitungkan sesar, batuan bagian atas akan dianggap yang lebih muda. (2) $500 - 75 = 425$ juta tahun. (3) $40\,000\,\mathrm{m} / 800\,\mathrm{m} = 50$ kali.

Latihan 20.9 ★★

Dalam rekonstruksi tahun 2022, India tengah berada pada $30.23{}^{\circ}$ LS 80 juta tahun yang lalu dan pada $19.38{}^{\circ}$ LS 66 juta tahun yang lalu. (1) Seberapa jauh India bergerak ke utara? (2) Dengan kecepatan rata-rata berapa, dalam $\mathrm{cm}$ setahun? (3) Bandingkan dengan ringkasan dari US Geological Survey, sekitar $9\,\mathrm{m}$ seabad.

Solusi

Solusi Latihan 20.9.

(1) $(30.23 - 19.38) \times 111.2 = 10.85 \times 111.2 \approx 1207\,\mathrm{km}$ . (2) $1207/14 \approx 86\,\mathrm{km}$ per sejuta tahun, $86\,\mathrm{mm}$ atau sekitar $8.6\,\mathrm{cm}$ setahun. (3) $9\,\mathrm{m}$ seabad sama dengan $9\,\mathrm{cm}$ setahun: keduanya sesuai dengan selisih sekitar $5\,\%$ .

Latihan 20.10 ★★

Kerak setebal $35\,\mathrm{km}$ memendek $40\,\%$ di sepanjang seluruh sebuah sabuk. (1) Berapa tebalnya kemudian? (2) Dengan $\rho_c = 2830\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ dan $\rho_m = 3380\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ , seberapa lebih tinggi kerak itu berdiri, dan seberapa dalam akar tambahannya?

Solusi

Solusi Latihan 20.10.

(1) $H = 35/(1 - 0.40) \approx 58\,\mathrm{km}$ . (2) $\Delta H \approx 23.3\,\mathrm{km}$ ; kerak itu berdiri lebih tinggi sebesar $23.3 \times 550/3380 \approx 3.8\,\mathrm{km}$ , dan akar tambahannya sedalam $23.3 - 3.8 \approx 19.5\,\mathrm{km}$ .

Latihan 20.11 ★★

Pada penampang yang skala vertikalnya diregangkan 3 kali, sebuah sayap tampak miring $40{}^{\circ}$ . (1) Berapa kemiringan sebenarnya? (2) Hitung pemendekan dari kemiringan sebenarnya dan dari kemiringan yang dibaca pada gambar. (3) Mengapa penampang yang dipakai untuk mengukur pemendekan harus digambar menurut skala yang sebenarnya?

Solusi

Solusi Latihan 20.11.

(1) Gambar itu mengalikan $\tan\theta$ dengan 3: $\tan\theta = \tan40{}^{\circ}/3 \approx 0.280$ , $\theta \approx 15.6{}^{\circ}$ . (2) Sebenarnya: $1 - \cos15.6{}^{\circ} \approx 0.037$ , $3.7\,\%$ ; dibaca pada gambar: $1 - \cos40{}^{\circ} \approx 0.234$ , $23\,\%$ . (3) Skala vertikal yang diregangkan mencuramkan kemiringan dan memperpanjang lapisan, sehingga pemendekan tampak beberapa kali terlalu besar.

Latihan 20.12 ★★★

Lipatan-lipatan membulat yang digambar dalam bab ini, yang tingginya seperempat panjang gelombangnya, mempunyai pemendekan $31.7\,\%$ ; kemiringan tercuramnya sekitar $57.5{}^{\circ}$ . (1) Sebuah lapisan yang terlipat dengan cara ini membentang $10\,\mathrm{km}$ : berapa panjangnya semula? (2) Hitung pemendekan lipatan dengan sayap-sayap lurus pada $57.5{}^{\circ}$ . (3) Jelaskan mengapa lipatan bersayap lurus memendek lebih banyak untuk kemiringan tercuram yang sama.

Solusi

Solusi Latihan 20.12.

(1) $L_0 = 10/(1 - 0.317) \approx 14.6\,\mathrm{km}$ . (2) $1 - \cos57.5{}^{\circ} \approx 1 - 0.537 = 0.463$ , $46\,\%$ . (3) Pada lipatan yang membulat hanya sebagian kecil lapisan yang miring $57.5{}^{\circ}$ ; di dekat engsel lapisan itu hampir datar, dan bagian yang datar tidak memendek. Pada lipatan bersayap lurus, seluruh lapisan miring $57.5{}^{\circ}$ .

Latihan 20.13 ★★★

Di utara Himalaya, pada $85{}^{\circ}$ BT $28{}^{\circ}$ LU, kutub-kutub rotasi memberi India kecepatan terhadap Eurasia sebesar $16.6\,\mathrm{mm}/\mathrm{yr}$ ke timur dan $41.8\,\mathrm{mm}/\mathrm{yr}$ ke utara. Selama 5 juta tahun terakhir, rekonstruksi tahun 2022 memberi India tengah kecepatan ke utara yang $23.5\,\mathrm{mm}/\mathrm{yr}$ lebih besar daripada kecepatan Lhasa. (1) Tentukan kecepatan India terhadap Eurasia. (2) Dengan menganggap komponen-komponen ke utara itu dapat dibandingkan, berapa pemendekan utara–selatan per sejuta tahun yang tersisa untuk wilayah di utara Lhasa? (3) Di bagian mana dalam bab ini terdapat tanda bahwa wilayah ini sedang terdeformasi?

Solusi

Solusi Latihan 20.13.

(1) $\sqrt{16.6^2 + 41.8^2} \approx 45.0\,\mathrm{mm}/\mathrm{yr}$ . (2) $41.8 - 23.5 = 18.3\,\mathrm{mm}$ setahun, yaitu sekitar $18\,\mathrm{km}$ pemendekan utara–selatan per sejuta tahun di utara Lhasa. (3) Lhasa sendiri telah bergerak ke utara, dan gempa-gempa bumi di sabuk itu tersebar jauh di utara Himalaya melintasi Asia: kerak di sana masih terus patah.

Latihan 20.14 ★★★

Di Pegunungan Alpen, sebuah nappe telah terbawa $45\,\mathrm{km}$ di sepanjang sesar anjak yang kemiringannya hampir nol. (1) Berapa pemendekan yang diserap sesar anjak itu? (2) Berapa lebar, sebelum terlipat, batuan penutup yang terlipat seperti di Perbukitan Varden (sayap $12{}^{\circ}$ ) yang akan menyerap pemendekan yang sama? (3) Apa yang ditunjukkan hal ini tentang cara sabuk pegunungan menyerap konvergensi yang besar?

Solusi

Solusi Latihan 20.14.

(1) Kemiringannya hampir nol, sehingga pemendekannya sama dengan perpindahannya, $45\,\mathrm{km}$ . (2) $45/(1 - \cos12{}^{\circ}) = 45/0.0219 \approx 2060\,\mathrm{km}$ . (3) Konvergensi yang besar terutama diserap oleh sesar anjak dan nappe serta oleh lipatan yang ketat; lipatan yang landai hanya menyerap sangat sedikit.

Latihan 20.15 ★★★

Batu kapur puncak Everest diendapkan di dasar laut, setidaknya sedikit di bawah permukaan laut, dan kini berada pada ketinggian $8848.86\,\mathrm{m}$ . (1) Dengan menganggap tumbukan dimulai 50 juta tahun yang lalu, berapa laju pengangkatan rata-rata yang terkecil, dalam $\mathrm{mm}$ setahun? (2) Bandingkan dengan kecepatan India sejak 40 juta tahun yang lalu, sekitar $40\,\mathrm{mm}$ setahun. (3) Mengapa pengangkatan batuan itu kemungkinan lebih besar daripada ketinggiannya sekarang?

Solusi

Solusi Latihan 20.15.

(1) $8848.86\,\mathrm{m} = 8\,848\,860\,\mathrm{mm}$ dalam $5 \times 10^{7}$ tahun: sekitar $0.18\,\mathrm{mm}$ setahun. (2) $40/0.18 \approx 220$ : kenaikan itu lebih dari dua ratus kali lebih lambat daripada gerak India. (3) Batu kapur itu diendapkan di bawah permukaan laut, dan erosi telah menyingkirkan batuan yang dahulu berada di atasnya: batu kapur itu telah terangkat lebih tinggi daripada ketinggiannya sekarang.

Soal 20.1

Soal akhir pekan — perjalanan India

Tabel berikut memberikan lintang sebuah titik di India tengah dan Lhasa, di utara sutura, dalam rekonstruksi lempeng tahun 2022 (negatif = selatan). Ambillah satu derajat lintang sama dengan $111.2\,\mathrm{km}$ , dan $1\,\mathrm{km}$ per sejuta tahun sama dengan $1\,\mathrm{mm}$ setahun.

umur ( $\mathrm{Ma}$ )	80	66	60	55	50	45	40	20	0
India ( ${}^{\circ}$ )	$-30.23$	$-19.38$	$-12.10$	$-7.24$	$-0.68$	3.30	5.59	13.40	20.00
Lhasa ( ${}^{\circ}$ )		19.48			21.15				29.65

Bagian I — Lintang dan kecepatan.

Periksa nilai $111.2\,\mathrm{km}$ untuk satu derajat, dengan $R = 6371\,\mathrm{km}$ .
Kapan India tengah melintasi khatulistiwa?
Seberapa jauh India bergerak ke utara dari 66 sampai 50 juta tahun yang lalu?
Dengan kecepatan rata-rata berapa?
Hitung kecepatannya pada setiap langkah dari 66 sampai 40 juta tahun yang lalu (66 sampai 60, 60 sampai 55, dan seterusnya). Pada langkah mana India paling cepat?

Bagian II — Perlambatan.

Hitung kecepatan rata-rata India dari 40 juta tahun yang lalu sampai kini.
Berapa bagian dari kecepatannya dari 66 sampai 50 juta tahun yang lalu nilai itu?
Di antara dua waktu manakah dalam tabel kecepatannya paling banyak turun?
Mengapa tumbukan memperlambat lempeng?
Seberapa jauh India bergerak ke utara dari 50 juta tahun yang lalu sampai kini?

Bagian III — Konvergensi yang terserap.

Seberapa jauh Lhasa bergerak ke utara dari 50 juta tahun yang lalu sampai kini?
Seberapa banyak jarak utara–selatan antara India tengah dan Lhasa telah menyusut sejak 50 juta tahun yang lalu?
Berapa jarak itu kini, dan berapa jarak itu 50 juta tahun yang lalu?
Misalkan seluruh konvergensi ini diserap oleh pemendekan kerak di antara kedua titik itu. Berapa pemendekan $e$ ?
Sebutkan dua jenis struktur yang menyerap pemendekan seperti itu.

Bagian IV — Kerak yang menebal.

Bila kerak itu setebal $35\,\mathrm{km}$ 50 juta tahun yang lalu, berapa tebalnya sekarang, dengan mempertahankan luas penampangnya?
Dengan $\rho_c = 2830\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ dan $\rho_m = 3380\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ , seberapa tinggi kerak itu akan berdiri di atas arasnya semula?
Dataran Tinggi Tibet setinggi sekitar $4600\,\mathrm{m}$ , di atas kerak setebal sekitar $70\,\mathrm{km}$ . Tebal kerak berapa yang diberikan model Airy untuk $4600\,\mathrm{m}$ ?
Berikan satu alasan mengapa model sederhana pada pertanyaan 16 melebih-lebihkan penebalan itu.
Dengan menjumlahkan jarak pada pertanyaan 3 dan 10, seberapa jauh India telah berpindah ke utara sejak akhir zaman Kapur, 66 juta tahun yang lalu?

Solusi

Solusi Soal 20.1.

1. $2\pi \times 6371/360 \approx 111.2\,\mathrm{km}$ .

2. Antara 50 juta tahun yang lalu ( $0.68{}^{\circ}$ LS) dan 45 ( $3.30{}^{\circ}$ LU): $50 - 5 \times 0.68/3.98 \approx 49$ juta tahun yang lalu.

3. $(19.38 - 0.68) \times 111.2 = 18.70 \times 111.2 \approx 2079\,\mathrm{km}$ .

4. $2079/16 \approx 130\,\mathrm{km}$ per sejuta tahun: $130\,\mathrm{mm}$ setahun, sekitar $13\,\mathrm{cm}$ .

5. 66 sampai 60: $7.28 \times 111.2/6 \approx 135$ ; 60 sampai 55: $4.86 \times 111.2/5 \approx 108$ ; 55 sampai 50: $6.56 \times 111.2/5 \approx 146$ ; 50 sampai 45: $3.98 \times 111.2/5 \approx 89$ ; 45 sampai 40: $2.29 \times 111.2/5 \approx 51$ ( $\mathrm{mm}$ setahun). Paling cepat dari 55 sampai 50 juta tahun yang lalu.

6. $(20.00 - 5.59) \times 111.2/40 = 14.41 \times 111.2/40 \approx 40\,\mathrm{mm}$ setahun.

7. $40/130 \approx 0.31$ : kurang dari sepertiga.

8. Dari langkah 55–50 (146) ke langkah 50–45 (89): sekitar 50 juta tahun yang lalu.

9. Kerak benua terlalu ringan untuk tenggelam: ketika kerak itu mencapai palung, subduksi tidak lagi dapat menarik India dengan bebas, dan benua yang lain menahannya.

10. $(20.00 + 0.68) \times 111.2 = 20.68 \times 111.2 \approx 2300\,\mathrm{km}$ .

11. $(29.65 - 21.15) \times 111.2 = 8.50 \times 111.2 \approx 945\,\mathrm{km}$ .

12. $2300 - 945 \approx 1354\,\mathrm{km}$ .

13. Kini $(29.65 - 20.00) \times 111.2 \approx 1073\,\mathrm{km}$ ; 50 juta tahun yang lalu $(21.15 + 0.68) \times 111.2 = 21.83 \times 111.2 \approx 2427\,\mathrm{km}$ (dan $2427 - 1073 = 1354$ ).

14. $e = 1354/2427 \approx 0.56$ , $56\,\%$ .

15. Lipatan, dan sesar naik: sesar anjak yang membawa nappe.

16. $H = 35 \times 2427/1073 \approx 79\,\mathrm{km}$ .

17. $\Delta H = 79 - 35 = 44\,\mathrm{km}$ ; kerak itu akan berdiri lebih tinggi sebesar $44 \times 550/3380 \approx 7.2\,\mathrm{km}$ .

18. $\Delta H = 4.6 \times 3380/550 \approx 28\,\mathrm{km}$ , kerak setebal $35 + 28 = 63\,\mathrm{km}$ , dekat dengan $70\,\mathrm{km}$ yang terukur.

19. Kerak itu tidak mempertahankan luas penampangnya: sebagian Asia terjepit keluar ke arah timur, dan erosi menyingkirkan batuan dari puncak pegunungan.

20. $2079 + 2300 \approx 4380\,\mathrm{km}$ : sejak akhir zaman Kapur, India telah berpindah sekitar $4400\,\mathrm{km}$ ke utara.

本章定义的术语

在术语表中查看全部 957 个术语