06. Waktu Geologi dan
Geokronologi
MFS 1810
Salahuddin Husein
Jurusan Teknik Geologi
Pendahuluan
• Konsep waktu (yang benar) ditemukan di Edinburgh pada
dekade 1770-an oleh sekelompok ilmuwan yang dipimpin oleh James 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 formasi
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
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 waktu
Konsep-Konsep tentang Waktu Geologi
• 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
Konsep-Konsep tentang Waktu Geologi
• John Joly, seorang geolog Irlandia, pada abad ke-19 berasumsi bahwa air laut pada mulanya bersifat tawar namun kemudian menjadi 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
Konsep-Konsep tentang Waktu Geologi
• 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
Konsep-Konsep tentang Waktu Geologi
• Pada akhirnya, kampanye Kelvin selama 40 tahun harus
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
Penanggalan Relatif
Sebelum berkembangnya teknik penanggalan radiometrik, para geologi tidak memiliki cara untuk menentukan umur mutlak dan hanya 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 continuity
4. Cross-cutting relationship
5. Inclusion
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.
Penanggalan Relatif
4. Prinsip cross-cutting relationship (James Hutton, 1726-1797): intrusi batuan beku atau patahan harus lebih muda daripada batuan 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
Principles of Cross-cutting Relationship and Inclusions
(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.
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.
Principle of Faunal Succession
William Smith
mempergunakan fosil untuk mengidentifikasi perlapisan yang sama umurnya dari
berbagai lokasi terpisah, kelak
metode ini dikenal
Ketidakselarasan
Siccar Point, Berwickeshire, Skotlandia tenggara.
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
Ketidakselarasan
Terdapat 3 jenis ketidakselarasan:
1. Disconformity (antara 2 unit batuan sedimen yang paralel)
2. Angular unconformity (antara 2 unit batuan sedimen yang menyudut)
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
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
Isotop
Sebuah atom karbon memiliki nomer atom 6 dan nomer massa atom 12, 13, atau 14, tergantung pada jumlah neutron didalam intinya.
Meskipun hampir semua isotop dari 92 unsur alam bersifat stabil, namun sebagian kecil justru bersifat tidak stabil dan secara
Peluruhan Radioaktif
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),
Waktu Paruh
(a) Magma mengandung atom stabil dan atom radioaktif.
(b) Ketika magma mendingin dan mengkristal, sebagian atom radioaktif bergabung kedalam mineral. Pada kondisi ini, mineral tersebut mengandung 100% isotop induk dan 0% isotop anak.
Ketidakpastian dalam Penanggalan Radioaktif
• Penanggalan radioaktif yang paling akurat umumnya pada batuan beku, karena mineral hasil kristalisasi magma hanya
mengandung 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
Ketidakpastian dalam Penanggalan Radioaktif
• 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
Ketidakpastian dalam Penanggalan Radioaktif
Umur mutlak
batuan sedimen dapat diperkirakan dari penanggalan mutlak batuan
Ketidakpastian dalam Penanggalan Radioaktif
• 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
Ketidakpastian dalam Penanggalan Radioaktif
• Untuk menjamin penanggalan radiometrik yang akurat, maka sampel harus:
- segar
- tidak lapuk
- tidak pernah terkena tekanan dan temperatur tinggi
- selalu lakukan uji silang dengan isotop lainnya (misal uranium 235/timbal 207 dengan uranium 238/timbal 206; hasil rasio
Ketidakpastian dalam Penanggalan Radioaktif
Pengaruh metamorfisme
terhadap akurasi penanggalan radioaktif:
(a) Mineral ketika terkristal pada 700 jtl.
(b) Mineral ketika 400 jtl. (c) Proses metamorfisme
pada 350 jtl menyebabkan seluruh isotop anak keluar dari mineral.
(d) Penanggalan pada saat ini hanya mendapatkan umur metamorfisme, bukan
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
Penanggalan Jejak Fisi (
Fission Track
)
Jejak fisi
Penanggalan Radiokarbon
• Karbon memiliki 3 isotop, yaitu karbon 12, 13 dan 14. 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 karbon 14 terhadap karbon 12 dan umumnya
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,
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 hingga 14.000 tahun silam.
Penanggalan Cincin Pohon (
Tree-Ring Dating
)
Dengan metode cross-dating, pola cincin-pohon dari berbagai pohon dan kayu dapat saling dicocokkan untuk membuat
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.
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 pergantian
