GEOLOGI DASAR 04 WAKTU GEOLOGI DAN FOSIL
WAKTU GEOLOGI
Untuk menginterpretasi umur geologi yang perlu dipelajari
adalan batuan, terutama batuan sedimen, merupakan penentuan umur relatif. Salah
satu cara yang digunakan yaitu dengan menghitung endapan sedimen yang masih
secara rata-rata atau terakumulasi dan menghitung total ketebalan batuan
sedimen yang terendapkan selama sejarah bumi, perkiraan itu tidak selamanya
metode ini dapat dipergunakan, sering kali dijumpai kesulitan berupa :
1. Adanya akumulasi sedimen
yang berbeda di bawah kondisi yang berubah-ubah.
2. Tidak adanya lokasi
geologi yang komplit yang dapat diperkirakan peta ketebalan batuan sedimen.
3. Kompaksi sedimen ketika
terlitifikasi, sehingga koreksi untuk kompaksi dapat dilakukan.
Untuk
kedua menghitung kadar air laut. Tetapi kelemahan di dalam menghitung
pertumbuhan kadar garam yaitu sebelum sampai di laut, garam akan hilang akibat
tertiup angin.
Radioaktif dan Penanggulangan Radioaktif
Beberapa
isotop yang mempunyai inti yang tidak stabil dan bila energi memisahkan proton
dan netron sangat kuat, maka secara spontan terjadilah pelepasan inti, proses
ini disebut dengan radiokatifitas.
Ada
dua jenis radioaktif yang melepaskan inti, yaitu:
1. Partikel alpha (α), dipancarkan dari inti
atom. Partikel alpha tersebut disusun oleh 2 proton dan 2 neutron. Hal ini
berarti pancaran partikel alpha menyebabkan nomer massa isotop akan berkurang 4
dan nomer atomnya diturunkan 2.
2. Ketika partikel beta (β) atau elektron,
dikeluarkan dari inti atom, nomer massa tidak mengalami perubahan, karena
elektron tidak memiliki massa. Tetapi karena elektron berasal dari neutron
(ingat neutron merupakan kombinasi antara proton dan elektron). Inti atom akan
mendapat tambahan satu proton. Akibatnya nomer atomnya akan bertambah satu.
Isotop
radioaktif sering disebut sebagai induk, dan isotop yang dihasilkan dari proses
peluruhan induk tersebut disebut anak. Sebagai contoh pada induk radioaktif
uranium-238 (nomer atom 92, nomer massa 238) luruh, akan memancarkan 8 partikel
alpha dan 6 partikrl beta sebelum menjadi anak yang stabil yaitu Pb-206 (nomer
atom 82, nomer massa 206).
Diantara
hasil yang sangat penting dari penemuan radioaktivitas ini adalah proses
tersebut dapat digunakan untuk menentukan umur dari batuan dan mineral yang
mengandung isotop radioaktif yang dikandungnya. Cara ini disebut dengan
penentuan umur dengan radiometrik. Dengan ini lebih mutlak karena tidak
dipengaruhi oleh faktor kimia maupun fisika.
Waktu
yang dibutuhkan untuk meluruhkan setengah dari inti atom disebut waktu paruh
(half-time). Artinya apabila proses peluruhan dimulai pada satu kilogram
material radioaktif, material tersebut akan luruh menjadi setengah kilogram
dari unsur tersebut. Selanjutnya setengah kilogram material tersebut akan
menjadi setengahnya lagi setelah waktu paruhnya dan seterusnya.
Tabel
di bawah menggambarkan prinsip penganggalan radioaktif dengan menggunakan induk
radioaktif yang luruh langsung menjadi anak radioaktif yang stabil. Waktu paruh
dari induk radioaktif tersebut adalah 1 juta tahun. Dengan mengkalkulasi
persentase dari induk radioaktif dan anak radioaktif yang stabil yang
dihasilkannya, umur dari contoh capat ditentukan. Pada contoh ini pada waktu
jumlah induk radioaktif dan anaknya jumlahnya sama (perbandingan 1:1), dapat
diketahui bahwa satu waktu paruh telah melalui dan contoh tersebut berarti
telah berumur 1 juta tahun. Apabila perbandingannya mencapai 1:15, berarti
contoh tersebut telah berumur 4 juta tahun.
Tabel. Peluruhan
isotop radioaktif dengan waktu paruh 1 juta tahun
Awal
|
|
Induk radioaktif mula |
|
Setelah 1 juta tahun |
Sisa ½
|
½ luruh |
|
Setelah 2 juta tahun |
¼ |
¾ luruh |
|
Setelah 3 juta tahun |
1/8 |
7/8 luruh |
|
Setelah 4 juta tahun |
1/16 |
15/16 luruh |
Diantara sekian banyaknya isotop radioaktif di alam ini,
hanya 5 isotop saja yang sangat sering digunakan untuk menentukan umur batuan.
Tabel di bawah menunjukkan ke lima isotop tersebut, beserta waktu paruh dari
masing-masing isotopnya. Selain isotop tersebut yang lainnya kebanyakan
mempunyai waktu paruh yang terlalu panjang atau terlalu pendek. Rubidium-87 dan
dua isotop uranium digunakan hanya untuk menentukan umur batuan yang umurnya
jutaan tahun, tetapi kalium-40 digunakan lebih versatile. Meskipun waktu paruh
kalium-40 adalah 1,3 milayr tahun, teknologi sekarang ini telah dapat
mendeteksi hasil peluruhan radioaktif yang jumlahnya sangat kecil, argon-40, di
dalam batuan yang umumnya 50.000 tahun.
Untuk menentukan umur materi yang lebih muda lagi,
karbon-14 (juga disebut radiokarbon) yang merupakan isotop yang sering
digunakan. Karena waktu paruh dari isotop ini hanya 5730 tahun. Isotop tersebut
dapat digunakan untuk mennetukan kejadian-kejadian sejarah masa lalu atau untuk
umur geologi muda (resen). Sampai sekitar tahun 1970-an, radiokarbon sangat berguna
untuk menetukan kejadian antara 40.000 sampai 50.000 tahun yang lalu. Tetapi
sekarang karbon-14 dapat digunakan untuk kejadian sampai 75.000 tahun lalu.
Tabel. Isotop radioaktif yang sering digunakan
|
Induk radioaktif |
Produk radioaktif stabil |
Waktu paruh |
|
Uranium-238 |
Pb-206 |
4,5 milyar tahun |
|
Uranium-235 |
Pb-207 |
713 juta tahun |
|
Thorium-232 |
Pb-208 |
14,1 milyar tahun |
|
Rubidium-87 |
Sr-87 |
47 milyar tahun |
|
Potassium-40 |
Ar-40 |
1,3 milyar tahun |
Karbon-14 dihasilkan terus menerus di bagian atas atmosfer
akibat tembakan sinar kosmis (partikel nuklir energi tinggi) di alam. Sinar ini
menyebabkan inti gas melepaskan neutronnya. Neutron tersebut selanjutnya
diserap oleh nitrogen (nomer atom 7 dan nomor massa 14), menyebabkan nukleusnya
memancarkan proton. Akibatnya nomer atom akan turun menjadi 6 dan unsur baru
yaitu karbon-14 akan terbentuk. Isotop karbon ini dengan cepat bergabung dengan
karbon dioksida yang ada di atmosfer yang diserap oleh kehidupan yang tinggal
di permukaan bumi. Hasil dari proses ini adalah semua organisme mengandung
sedikit karbon-14.
Pada waktu organisme masih hidup peluruhan radiokarbon
terus menerus tergantikan. Akibatnya perbandingan antara karbon-14 dan
karbon-12 (isotop karbon yang paling umum) akan tetap konstan. Tetapi setelah
organisme tersebut mati, jumlah isotop karbon-14 secara bertahap akan berkurang
dan berubah menjadi nitrogen-14 oleh pancaran sinar beta. Dengan membandingkan
jumlah karbon-14 dengan karbon-12 didalam contoh, penanggalan dapat dilakukan.
Walaupun karbon-14 hanya digunakan untuk penanggalan kejadian bagian sejarah
geologi yang relatif kecil, tetapi radiokarbon menjadi alat yang sangat berguna
bagi ahli-ahli antropologi, arkeologi atau sejarah ataupun bagi ahli geologi
yang mempelajari peristiwa geologi muda (kuarter).
Meskipun prinsip dasar dari penanggalan radiometri ini
relatif sederhana, tetapi prosedurnya cukup kompleks untuk menganalisa jumlah
induk dan anak radioaktif yang harus dilakukan dengan tepat. Beberapa mineral
radioaktif mengalami peluruhan tidak langsung menjadi mineral yang stabil.
Contohnya mineral uranium-248, ada tigabelas mineral tidak stabil yang
dihasilkan sebelum membentuk hasil akhir mineral yang stabil isotop Pb-206.
Metoda penanggalan radiometri telah menghasilkan beribu
waktu kejadian pada sejarah bumi yang panjang ini. Batuan dari tempat yang berbeda
yang telah ditentukan umurnya menunjukan umur lebih dari tiga milyar tahun, dan
ahli geologi masih berkeyakinan bahwa batuan yang lebih tua dari itu masih ada.
Contohnya granit berasal dari Afrika Selatan yang telah ditentukan umurnya 3,2
milyar tahun, mengandung inklusi kuarsit. Kuarsit merupakan batuan metamorf
yang berasal dari batupasir. Karena batupasir terbentuk dari proses litifikasi
endapan sedimen yang berasal dari hasil rombakan batuan yang telah ada, maka
adanya inklusi kuarsit menunjukkan adanya indikasi adanya batuan yang umurnya
lebih tua dari umur granit.
Penanggalan radiometri telah mempertegas anggapan dari
Hutton, Darwin dan ahli-ahlinya lebih dari 150 tahun yang lalu, bahwa waktu
geologi sangat panjang sekali.
Besaran Waktu Geologi
Besaran waktu geologi sangat sulit sekali untuk
ditetapkan, karena kita mesti belajar berpikir dalam rentang waktu yang sangat
panjang dan sangat jauh dari pengalaman kita yang umum. Kenampakan bumi yang
kenampakan tidak pernah berhenti dan berubah, dan pada kenyataannya orang
melihat hanya ada perubahan yang sangat kecil. Lebih dari berjuta tahun
gunung-gunung tinggi yang tererosi membentuk perbukitan, dan sungai-sungai
mengerus dan membentuk lembah-lembah yang dalam. Bagaimana panjangnya 5 milyar
tahun? Bila kita menghitung satu angka dalam tiap detik, dan dilanjutkan dengan
24 jam per hari, 7 hari seminggu dan tidak pernah berhenti, maka kemungkinan
kita membutuhkan waktu selama 150 tahun untuk mencapai 5 milyar. Maka bila
waktu sepanjang itu dibandingkan dengan umur rata-rata manusia hidup, maka umur
manusia hanya setengah detiknya saja dari skala waktu geologi.
Penentuan Umur Relatif
Penentuan umur secara relatif ini diperkenalkan oleh Steno
dengan menggunakan hukum superposisi. Batuan sedimen yang paling terdahulu
merupakan lapisan yang tertua dari pada lapisan yang ada di atasnya.
Lapisan batuan yang mengalami intrusi disebut dalam
keadaan ketidakselarasan atau unconformity, batuan pada posisi tidak selaras
kemudian ditemukan adanya perlipatan sedimen dapat diindikasi ketidakselarasan
menyudut atau angular unconformity. Ketidakselarasan yang ditemukan paralel
atau menerus disebut disconformity.
Korelasi
Untuk membentuk suatu skala waktu geologi, diperlukan
batuan-batuan yang mempunyai umur yang sama, walaupun berada dalam lokasi yang
berbeda disebut korelasi. Korelasi dapat digunakan fosil.
Fosil
Fosil merupakan sisa-sisa atau jejak organisme yang
ditemukan dari kehidupan masa lampau. Fosil yang ditemukan pada tumbuhan disebut tetrificasi.
Komposisi kayu mengalami pergantian mineral. Mold merupakan bagian dari
organisme yang mempunyai bentuk dan permukaan, tetapi tidak mempunyai struktur
internal. Jika ruang tersebut telah terisi mineral disebut cast. Butir sedimen
sangat halus dapat membentuk refliks yang disebut dengan impresi.
Ada kondisi khusus yang menyebabkan keadaan fosil dalam
keadaan utuh, yaitu :
1.
Pemendaman yang tepat.
2.
Ada bagian-bagian yang keras.
Fosil Indeks
Fosil
indeks, fosil ini mempunyai penyebaran geografis yang luas dan mempunyai waktu
hidup yang pendek.
Skala Waktu Geologi
Sejarah geologi atau dapat juga
disebut sejarah bumi diawali sejak terbentuknya bumi telah dibagi menjadi
beberapa bagian dengan rentang waktu yang bervariasi. Bagian-bagian utama dari
sekala waktu geologi ini telah ditentukan sejak abad ke 19 oleh para pekerja di
Eropa Barat dan Inggris Raya. Karena penentuan umur absolut belum dikenal pada
waktu itu, maka pembagian sekala waktu geologi ditentukan berdasarkan
prinsip-prinsip penentuan umur relatif. Penentuan umur absolut baru ditambahkan
pada tahun-tahun terakhir setelah penentuan umur absolut berkembang dengan
luas.
Bagian yang besar dari sekala
waktu geologi disebut dengan kurun (era). Tiga kurun waktu telah dikenal pada
sekala waktu geologi ini yaitu Paleozoikum (kehidupan purba), Mesozoikum
(kehidupan menengah) dan Kenozoikum (kehidupan modern). Seperti terlihat dari
namanya, kurun waktu ini dibatasi oleh perubahan kehidupan global yang ada di
bumi ini. Setiap kurun dibagi lagi menjadi unit waktu yang disebut zaman
(period). Paleozoikum dibagi menjadi 6 zaman, Mesozoikum dibagi menjadi 3 zaman
dan Kenozoikum dibagi menjadi 2 zaman. Tiap zaman dicirikan oleh adanya
perubahan kehidupan yang lebih kecil dibandingkan dengan perubahan kehidupan
untuk tiap kurun. Kemudian setiap zaman dibagi lagi menjadi urut yang lebih
kecil yang disebut kala (epoch). Kecuali unit kala yang telah diberi nama untuk
Kenozoikum, untuk kurun waktu yang lain bagian ini tidak diberi nama yang
spesifik. Pembagian kala untuk kurun waktu Mesozoikum dan Paleozoikum hanya
disebutkan awal, tengah dan akhir.
Pembagian sekala waktu geologi
tidak dimulai sampai 600 juta tahun lalu, yaitu awal dari zaman Kambrium.
Sekitar lebih dari 4 milyar tahun sebelum Kambrium disebut Prakambrium.
Didasarkan pada bentuk kehidupan yang ada, Prakambrium sering juga disebut
Kriptozoikum (Crytozoic), yang berasal dari bahasa Yunani yang berarti
kehidupan yang tersembunyi. Hal ini disebabkan karena pada rentang waktu yang
panjang ini tidak dijumpai adanya fosil. Sebaliknya zaman Kambrium sampai
sekarang disebut Fanerozoikum (Phanerozoic). Nama ini berasal dari bahasa
Yunani yang berarti kehidupan yang dapat dilihat. Jadi Fanerozoik dicirikan
dengan adanya kehidupan yang sangat melimpah (phaneros = evident, peristiwa;
dan zoon = life, kehidupan).
Sekarang timbul pertanyaan
mengapa pada Prakambrium dengan rentang waktu yang sangat panjang tidak dibagi
menjadi kurun, zaman dan kala ? Hal ini lebih disebabkan karena pada sejarah
waktu itu kurang diketahui dengan jelas. Fosil sebagai jejak atau sisa
kehidupan yang pernah ada hampir tidak dijumpai pada batuan-batuan yang berumur
Prakambrium, sehingga para ahli geologi tidak dapat mengetahui bagaimana
sejarah perkembangan pada waktu itu.
Beberapa kesulitan sering
dijumpai dalam penentuan umur dari sekala waktu geologi tersebut. Penentuan
umur absolut dengan menggunakan unsur radioaktif hanya dapat dilakukan pada
batuan beku. Meskipun pada batuan sedimen atau rombakan batuan lain sering juga
dijumpai mineral-mineral radioaktif, batuan tersebut tidak dapat ditentukan
umur absolutnya. Material penyusun batuan sedimen umurnya tidak sama dengan
umur dari batuan sedimennya karena material penyusun batuan sedimen tersebut
berasal dari batuan yang lebih tua. Jadi umur batuan sedimen hanya dapat
ditentukan tidak lebih tua dari umur material penyusunnya. Sebaliknya
mineral-mineral penyusun batuan beku terbentuk bersamaan dengan pembentukan
batuan bekunya sendiri. Jadi mineral yang mengandung isotop radioaktif mempunyai
umur sama dengan umur batuannya. Untuk menentukan umur batuan sedimen para ahli
geologi kadang harus menghubungkannya dengan massa batuan beku yang dijumpai
didekatnya.
Kurun Waktu Prakambrium
Urut-urut waktu geologi pada
prinsipnya dibagi berdasarkan kandungan fosil yang dijumpai pada kurun Hadean
(dari bahasa Yunani yang berarti di bawah bumi). Kurun waktu ini merupakan
tahun permulaan dari sejarah bumi. Bahwa bumi telah terbentuk pada kurun Hadean
ini didasarkan pada penanggalan radiometrik dari batuan yang sedikir yang
dijumpai di bumi dan batuan yang berasal dari planet lain dari tata surya
matahari. Tidak ada fosil yang dijumpai pada batuan yang berumur Hadean ini.
Kemungkinan fosil atau jejak kehidupan yang terdapat di batuan ini sudah hancur
oleh proses erosi atau oleh proses metamorfisme, atau memang pada masa ini
belum ada kehidupan sama sekali.
Kurun waktu Archean (bahasa
Yunani yang berarti ancient = kuno) merupakan waktu pembentukan batuan penyusun
bumi yang tertua. Kebanyakan batuan yang dijumpai pada kurun waktu ini adalah
batuan beku dan metamorf, meskipun dijumpai juga batuan sedimen dalam jumlah
yang relatif sedikit. Pada batuan sedimen di bawah mikroskop, mengandung
sisa-sisa bakteri seperti organisme dan sedikit fosil algae. Kemungkinan awal
kehidupan di bumi ini dimulai pada masa Archean ini, meskipun fosil yang
dijumpai tidak begitu banyak dan tidak terawetkan dengan baik untuk dapat
menentukan adanya kehidupan pada kurun waktu ini.
Batuan yang dijumpai pada kurun
waktu Proterozoikum (bahasa Ynani berarti earlier life = kehidupan awal)
mengandung banyak fosil sisa-sisa tumbuhan, terutama algae dan tumbuhan lain
yang sederhana. Fosil hewan yang cukup banyak dan beragam telah dijumpai pada
batuan sedimen yang berumur Proterozoikum Akhir di Australia. Binatang ini
sangat sedikit atau hampir tidak mempunyai bagian yang keras seperti tulang
maupun cangkangnya. Jadi fosil yang dijumpai hanya merupakan jejak dari
tubuhnya yang lunak saja yang tercetak pada batuan yang berbutir halus yang terlithifikasi
membentuk batu lempung.
Pada umumnya kurun waktu Hadean,
Archean dan Proterozoikum digabung bersama-sama dan dikenal dengan nama kurun
Prekambrium, karena terletak sebelum zaman Kambrium, dimana jejak-jejak
kehidupan atau fosil yang pertama dijumpai dalam jumlah yang melimpah.
Kurun Waktu Phanerozoikum
Berasal dari bahasa Yunani,
Phnerozoikum berarti kehidupan nyata (visible life) dan batuan sedimen yang
berumur fanerozoikum mengandung fosil dan mudah sekali dikenali. Pada awal
kurun Fanerozoik, ditandai dengan peningkatan yang sangat dramatis dari
fosil-fosil yang terawetkan. Ada tiga perubahan yang terjadi pada awal
Fanerozoik yang menyebabkan meningkatnya jumlah fosil secara dramatis, yaitu :
1. Spesies-spesies
binatang banyak meninggalkan cangkang, tulang atau bagian yang keras lainnya.
2. Jumlah
individu-individu organisme yang terawetkan meningkat dengan pesat.
3. Jumlah total
spesies yang terawetkan sebagai fosil juga meningkat dengan sangat besar.
Kelimpahan fosil yang lebih tua terdiri dari sisa-sisa
tumbuhan yang sederhana, bakteri dan cetakan bagian lunak dari binatang yang
sangat jarang. Pada awal waktu Fanerozoik, sebaliknya fosil yang sangat
melimpah terdiri dari cangkang, tulang dan bagian keras binatang lainnya, yang
merupakan bagian yang mudah terawetkan sebagai fosil.
Kemungkinan sesuatu telah
terjadi pada awal Fanerozoikum, sekitar 570 juta tahun lalu, yang menyebabkan
terjadinya evolusi kehidupan yang sangat cepat pada binatang yang bercangkang
dan bagian keras lainnya. Hal ini merupakan sesuatu yang tidak diketahui dengan
pasti bagaimana bagian yang keras dari binatang ini terbentuk. Tetapi sesuatu
hal yang pasti adalah dengan bagian yang keras ini, memungkinkan binatang untuk
dapat tetap terlindungi untuk hidup pada suatu tempat dimana binatang dengan
bagian yang lunak saja tidak dapat bertahan hidup.
Kurun waktu Fanerozoik dapat dibagi manjadi tiga era
yang didasarkan pada macam kehidupan yang mendominasi tiap waktu tersebut,
yaitu Era Paleozoikum, Mesozoikum dan Kenozoikum. Batuan sedimen yang terbentuk
selama era Paleozoikum (dari bahasa Yunani berarti kehidupan purba atau tua)
mengandung fosil-fosil dari kehidupan yang berevolusi awal seperti
invertebrata, ikan, amfibi, reptilia dan tumbuhan yang berbentuk kerucut.
Batuan sedimen yang berumur Mesozoikum (kehidupan menengah) juga mengandung
fosil dari sisa-sisa dinosaurus dan tumbuhan berbunga, bentuk-bentuk kehidupan
yang merupakan kelanjutan dari kehidupan pada era Paleozoikum. Selama era
Kenozoikum (kehidupan modern atau masa kini) fosil-fosil mamalia dan tumbuhan
rerumputan merupakan hasil yang sangat mendominasi kelimpahannya.
Era Fanerozoikum dibagi lagi
menjadi beberapa perioda atau zaman yang merupakan pembagian waktu yang sering
digunakan oleh para ahli geologi. Penamaan dari zaman atau perioda tersebut
berdasarkan pada beberapa hal yang berbeda. Seperti Zaman Kapur (Cretaceous
Period), berdasarkan pada kata crea (bahasa Latin berarti kapur), merupakan
batuan yang dominan terbentuk pada zaman tersebut di Eropa. Zaman Karbon (Carboniferous
Period) merupakan zaman dimana pembentukan batubara sangat dominan di seluruh
dunia pada waktu tersebut. Beberapa zaman lainnya dinamakan sesuai dengan nama
geografi dimana batuna yang terbentuk pada zaman itu pertama kali dikenali.
Contohnya zaman Jura berasal dari pegunungan Jura yang terletak di Perancis dan
Swis, zaman Kambrium berasal dari nama Cambria, yaitu sebutan orang Romawi
untuk Wales, dimana batuan yang berumur Kambrium pertama kali diketahui.
Kehadiran fosil yang melimpah
juga merupakan salah satu alasan sejarah geologi pada era Fanerozoikum dapat
dipelajari lebih baik dan lebih detil daripada batuan yang lebih tua dari era
ini. Batuan yang lebih tua dari Fanerozoikum pada umumnya telah mengalami
proses metamorfisme, deformasi dan tererosi dengan kuat. Hal ini merupakan
salah satu kemungkinan bahwa batuan yang tua akan mengalami proses-proses yang
lebih lanjut daripada batuan yang lebih muda, seperti proses metamorfisme dan
erosi, yang merupakan proses-proses yang telah ada sejak awal sejarah bumi.
Batuan yang lebih muda dari Fanerozoikum pada umumnya banyak terawetkan
sehingga memungkinkan untuk dipelajari lebih detail.
FOSIL
Kira-kira 550 juta tahun yang lalu longsoran lumpur terjadi
di dasar laut purba. Tumbuhan dan binatang terangkut pada proses tersebut ke
dasar laut yang lebih dalam dan terjebak dalam lapisan sedimen lumpur yang
kemudian mengalami litifikasi menjadi serpih. Selanjutnya serpih mengalami
pengangkatan membentuk pegunungan yang tinggi pada batuan tersebut ditemukan
sejumlah sisa-sisa organisme tadi yang beberapa jenis diantaranya masih tetap
hidup sampai sekarang sedang lainnya telah musnah.
Sisa-sisa
kehidupan dimasa lampau dan telah mengalami pembatuan disebut fosil. Sampai
saat ini telah dijumpai banyak jenis fosil dari unsur yang berbeda-beda. Fosil
yang tertua adalah jejak yang sangat kecil dari organisme yang menyerupai
bakteri yang pernah hidup 3000 juta tahun lalu. Cabang ilmu geologi yang
mempelajari tentang kehidupan yang pernah ada dimasa lampau disebut
paleontologi. Paleontologi sangat membantu ahli geologi dalam melakukan
interpretasi mengenai sejarah bumi.
1. Proses Pembentukan Fosil
Untuk
mengetahui bagaimana fosil terbentuk, tergantung apa yang terjadi setelah
organisme tersebut mati. Kebanyakan organisme yang telah mati dimakan oleh
binatang atau hancur karena organisme lainnya. Selain itu proses dekomposisi
dapat juga menghancurkan organisme tersebut. Proses tersebut kadang sangat
aktif, sehingga dapat menghilangkan sama sekali jejak-jejak dari organisme yang
telah mati. Tetapi pada kondisi tertentu sisa dan atau jejak dari organisme
yang mati tersebut dapat terawetkan dan menjadi fosil.
a.
Fosil yang terbentuk oleh proses pengawetan
Proses
pengawetan adalah proses yang menyebabkan suatu organisme baik seluruh atau
sebagian dari tubuhnya tetap terawetkan dengan sedikit perubahan sifat kimia
maupun fisikanya.
Di
Siberia pernah ditemukan bayi mammoth (gajah purba) yang berumur sekitar 44.000
tahun terawetkan pada tanah yang membeku. Tubuh mammoth tersebut ditemukan
lengkap dengan kulit dan bulunya. Daging mammoth yang telah terawetkan tersebut
ternyata masih tetap segar dan merupakan salah satu hidangan yang disajikan
pada pertemuan para ahli geologi dan ahli biologi telah mempelajari informasi
genetik dari sel yang mengalami pembekuan. Organisme kecil semacam insekta
dapat pula membentuk fosil. Organisme kecil tersebut dapat terjebak dalam
lapisan-lapisan kayu, dan apabila kayu tersebut mengalami fosilisasi dan
membentuk material yang sebut amber, organisme tersebut dapat terawetkan
didalamnya.
Pada
lingkungan gurun, sisa-sisa binatang dapat mengalami proses dehidrasi yang
disebut proses mummifikasi. Salah satu contoh dari fosil yang mengalami
mummifikasi pernah dijumpai di New Meksiko. Kulit dari organisme tersebut masih
tetap ada dan tulang-tulangnya masih terikat satu dengan lainnya oleh ligament.
Bagian
organisme yang keras seperti tulang, gigi atau cangkang pada umumnya tahan
terhadap proses dekomposisi, dan apabila lingkungan fisika dan kimia
memungkinkan, bagian-bagian tersebut terawetkan untuk jangka waktu yang cukup
lama.
b. Mineralisasi
Pengawetan tanpa perubahan sifat fisika dan kimia sangat
jarang terjadi dan fosil dengan tipe ini sangat jarang terjadi. Pada kondisi
lain, seluruh atau sebagian dari tubuh organisme mengalami penggantian oleh
mineral yang disebut proses mineralisasi. Meski material yang menyusun
organisme tersebut telah digantikan oleh mineral, struktur sel organisme
tersebut masih dapat terlihat jelas dengan menggunakan mikroskop. Proses
mineralisasi dapat terjadi dengan bermacam cara, yaitu rekristalisasi,
permineralisasi dan penggantian (replacement).
Rekristalisasi. Kebanyakan cangkang dari organisme invertebrata
laut seperti koral, kerang dan oyster terutama disusun oleh Kalsium karbonat. Kebanyakan
invertebrata yang masih hidup menyerap kalsium karbonat untuk membuat rangkanya
dengan menghasilkan mineral aragonit. Setelah organisme tersebut mati, struktur
kristal aragonit akan berubah menjadi mineral kalsit yang lebih stabil.
Perubahan ini terjadi karena atom-atom penyusun mineral aragonit akan
menyesuaikan diri dan membentuk kristal yang lebih solid. Fosil yang telah
mengalami proses rekristalisasi akan mempunyai bentuk dan struktur dalam yang
tetap hanya komposisi mineralnya yang berubah.
Permineralisasi. Pada tulang dan cangkang binatang kadang
dijumpai rongga arau lubang yang saluran darah, syaraf dan bagian lunak
organisme lainnya. Ketika organisme tersebut mati, air dapat mengalir melalui
rongga-rongga tersebut. Jika air masuk ke dalam rongga tersebut mengandung
ion-ion terlarut seperti silika, kalsium karbonat atau oksida besi, ion-ion
tersebut akan mengalami presipitasi dan mengisi rongga-rongga tersebut dengan
mineral. Proses tersebut disebut proses permineralisasi. Selama proses
tersebut, tulang dan cangkang asli dari organisme tidak mengalami perubahan.
Tetapi karena adanya mineralisasi di dalam rongga dan pori-porinya, maka fosil
organisme tersebut lebih berat dan lebih tahan. Proses permineralisasi dapat juga
terjadi pada bagian lunak dari tumbuhan. Air yang membawa larutan silika masuk
ke dalam jaringan tumbuhan yang tumbang dan mengkristal membentuk mineral
kuarsa. Fosil yang dihasilkan dari proses tersebut disebut fosil kayu atau petrified
wood. Lingkaran tahun dan jaringan pada fosil kayu ini sama dengan yang
terdapat pada pohon yang hidup jutaan tahun yang lalu.
Replacement. Material yang menyusun organisme dapat mengalami
pelarutan dan digantikan oleh mineral lainnya. Proses ini disebut dengan
replacement atau penggantian. Selama proses tersebut volume dan bentuk
organisme yang asli tetap tetapi material penyusunnya mengalami perubahan.
Sebagai contoh cangkang binatang yang tadinya tersusun oleh kalsium karbonat,
pada waktu menjadi fosil cangkang tersebut sudah mengalami perubahan disusun
oleh silika atau pirit.
c.
Mold dan Cast
Bayangkan
cangkang binatang yang tertinggal di dasar laut dan tertutupi oleh sedimen.
Kemudian sedimen tersebut mengalami kompaksi dan membentuk batuan sedimen, dan
cangkang tersebut mengalami pelarutan dan meninggalkan cetakan pada batuan
sedimen tersebut yang disebut mold. Apabila yang tercetak adalah bagian luar
dari cangkang tersebut di sebut eksternal mold, sedangkan bila yang tercetak bagian
dalamnya disebut internal mold. Bila cetakan tersebut terisi oleh material lain maka akan
terbentuk cast.
d.
Carbonisasi
Fosil
dapat juga terbentuk oleh proses karbonisasi. Pada proses ini bagian-bagian
lunak dari organisme seperti daun, ubur-ubur dan cacing, pada waktu mati dengan
cepat mengalami penimbunan oleh sedimen. Karena penimbunan tersebut material
mengalami kompresi sehingga komponen yang berupa gas akan menghilang,
meninggalkan unsur karbon yang tercetak pada batuan sedimen yang terbentuk.
e.
Fosil Jejak
Beberapa fosil tidak terdiri dari sisa tubuh
organismenya, tetapi organisme tersebut meninggalkan jejak, lubang atau sarang
atau tanda-tanda lain yang dibuatnya. Apabila jejak-jejak tersebut terawetkan,
maka disebut fosil ejak (trace fossils). Jejak-jejak binatang telah banyak
dijumpai pada batuan sedimen. Fosil jejak tersebut dapat memberikan informasi
kepada kita bagaimana organisme tersebut bergerak semasa hidupnya, apakah
organisme tersebut berjalan dengan dua kaki atau empat kaki dan memberikan
petunjuk bagaimana kebiasaan hidup dari organisme tersebut.
2. Kegunaan Fosil Dalam Geologi
Para
ahli geologi selalu tertarik terhadap bagaimana batuan, mineral dan bentang
alam mengalami perubahan dengan berubahnya waktu. Ukuran waktu dalam skala
waktu geologi akan di uraikan pada bab lain, tetapi di sini akan diuraikan
bagaimana para ahli geologi menggunakan fosil.
A. Fosil
dan pengukuran umur.
Fosil
dapat digunakan untuk menentukan umur relatif dari batuan sedimen. Lapisan
sedimen yang mengandung fosil tertentu dapat dikatakan bahwa batuan sedimen
berbentuk pada waktu binatang-binatang yang membentuk fosil tersebut hidup.
Jadi batuan sedimen tersebut terbentuk bersamaan rentang waktu kehidupan
binatang tersebut. Setiap organisme mengalami perubahan dengan perubahan waktu,
sehingga setiap organisme mempunyai rentang waktu yang berbeda-beda. Jadi fosil
tertentu akan dapat menunjukkan batuan sediman yang mengandung fosil tersebut
terbentuk pada waktu tertentu. Jadi umur relatif dari batuan sedimen dapat
ditentukan dengan mempelajari fosil-fosil yang terkandung didalamnya.
B. Fosil
dan Korelasi
Korelasi
adalah menghubungkan antara dua alam atau lebih unit batuan yang berada pada
tempat yang berbeda dan mempunyai kesamaan umur. Korelasi merupakan pekerjaan
yang sangat penting dalam geologi, karena pada kenyataannya batuan-batuan yang
menyusun kerak bumi isi tersingkap setempat-setempat dan kadang mempunyai jarak
yang berjauhan.
Jika proses evolusi terjadi
sangat cepat pada suatu organisme tersebut mempunyai jangka waktu hidup yang
pendek. Fosil dan organisme tersebut dapat menunjukkan umur batuan dengan
rentang waktu yang sangat pendek. Fosil dengan rentang waktu hidup yang sangat
pendek tersebut di sebut fosil indeks atau fosil penunjuk, karena fosil
tersebut dapat digunakan untuk menentukan umur batuannya. Fosil indeks yang
sangat baik adalah yang berevolusi dengan cepat, sangat melimpah pada jangka
waktu yang pendek, mempunyai penyebaran yang luas dan dengan cepat mengalami
pemusnahan dan terawetkan dengan baik pada batuan. Bahan-bahan yang mengandung
fosil yang sama dikatakan mempunyai umur yang sama jadi batuan yang mengandung
fosil dengan umum yang sama dan berasal dari tempat yang berbeda dapat
diselesaikan
C. Penyusunan skala waktu Geologi
Tidak
hanya individu spesies tertentu yang dapat mengalami perubahan yang sangat
cepat, tetapi kadang-kadang, seluruh karakter kehidupan pada planet ini dapat
mengalami perubahan dengan sangat cepat pula. Sebagai contoh, meskipun
kehidupan dipercaya telah mengalami evolusi mulai sekitar 4 milyar tahun lalu.
Kehidupan awal ini sangat kecil dan tidak mempunyai bagian yang keras seperti
tulang dan cangkang, Sehingga sisa kehidupan organisme ini sebagai fosil sangat
jarang sekali. Kemudian dengan tiba-tiba, seperti ledakan, spesies yang
bercangkang terbentuk sekitar 570 juta tahun lalu. Evolusi yang cepat dari
binatang bercangkang keras ini menandakan awal dari Era Paleozoik dan merupakan
batas utama dari skala waktu geologi. Pembagian utama pada skala waktu geologi
di dasarkan pada perubahan flora dan fauna di planet ini yang terawetkan
sebagai fosil.
D. Interpretasi
lingkungan pengendapan
Leonardo
da vinci (1452-1519) salah seorang filosof, kira-kira 400 tahun yang lalu
menemukan fosil pada batuan di tepi pegunungan dekat dengan laut Adriatik
Italia. Fosil-fosil tersebut mirip dengan organisme yang telah diketahui hidup
di laut yang berdekatan. Ia melihat batuan yang mengandung fosil tersebut
adalah pasir hasil proses pelapukan dari batuan yang ada di pegunungan
mengalami pengangkutan oleh sungai hingga di kawasan pantai dimana pasir
tersebut mengalami pengendapan. Penumpukan pasir tersebut mengubur sisa-sisa
tumbuhan dan binatang yang hidup di kawasan tersebut. Selanjutnya pasir
tersebut mengalami litifikasi menjadi batupasir. Ia juga menyatakan bahwa
daerah tersebut tadinya merupakan laut dimana pasir terendapkan dan mengubur
kehidupan yang pernah ada di tempat tersebut. Kemudian daerah tersebut
mengalami pengangkatan menjadi pegunungan. Jadi fosil yang dijumpai di daerah
tersebut dapat membantu untuk melakukan interpretasi mekanisme pembentukan
batupasir, dan dapat digunakan untuk menjelaskan bahwa pegunungan dapat
dibangun oleh batuan sedimen yang terbentuk di laut.
Ahli
geologi modern kemudian mencontoh yang diberikan oleh Leonardo da Vinci dalam
menggunakan fosil untuk menentukan lingkungan pengendapan batuan sedimen.
Sebagai contoh dengan ditemukannya suatu pegunungan yang tingginya sampai
beribu meter dan disusun oleh sekuen batuan sedimen. Pertanyaan yang timbul
adalah bagaimana suatu perlapisan batuan
sedimen yang sangat tebal tersebut terbentuk. Kemungkinan pertama adalah
pada waktu itu ada cekungan yang sangat dalam (palung) yang terus menerus
terisi oleh sedimen, hingga mencapai ketebalan beribu meter. Tetapi pada batuan
sedimen tersebut ternyata dijumpai fosil dari binatang yang umumnya hidup pada
lingkungan laut dangkal. Jadi sedimen tersebut tentunya diendapkan pada kondisi
lingkungan laut dangkal. Dari keadaan tersebut dapat diketahui bahwa pada waktu
sedimen tersebut terakumulasi, cekungan terus mengalami penurunan bersamaan
dengan terendapkannya sedimen.
3. Proses Evolusi
Proses
evolusi adalah proses perubahan karakteristik fisik dan genetik dari suatu
spesies karena perubahan waktu. Proses ini dapat dipelajari dengan mempelajari
fosil.
Teori
evolusi pertama kali diperkenalkan kepada umum oleh Charles Darwin pada tahun
1858. Darwin mengatakan bahwa proses evolusi terjadi secara bertahap dengan
perlahan-lahan. Setiap tahap terdiri dari perubahan yang sangat kecil dari
karakteristik suatu organisme untuk keuntungan dari organisme tersebut ketika
menyesuaikan dirinya dengan keadaan di sekitarnya. Perubahan tersebut
dimaksudkan agar organisme tersebut tetap hidup dengan adanya perubahan
lingkungannya.
Dengan
Teorinya Darwin menunjukkan bahwa evolusi kehidupan terjadi secara bertahap.
Setiap tahap terdiri dari perubahan kecil pada karakteristik suatu organisme
yang sedikit memberikan keuntungan pada organisme lainnya yang tidak mengalami
perubahan. Perubahan tersebut memberikan keuntungan pada individu organisme
untuk dapat mempertahankan kehidupannya. Perubahan tersebut akan menjadi lebih
umum pada generasi berikutnya. Pada umumnya individu yang mengalami perubahan
tersebut akan mendominasi spesies individu tersebut dan pada akhirnya spesies
pun akan mengalami perubahan. Konsep mengenai perubahan ini disebut dengan
konsep gradualisme, karena perubahan yang terjadi secara bertahap dan sedikit
demi sedikit. Berdasarkan teori ini perubahan akan berlanjut terus dari satu
tahap ke tahap berikutnya dan setiap spesies baru akan menggantikan fasies yang
lebih tua. Dalam beberapa hal teori evolusi cukup memuaskan, tetapi teori
gradualisme ini tetap memberikan pertanyaan yang tidak terjawabkan.
Problem lainnya dari teori yang diusulkan
oleh Darwin ini adalah sangat sedikit fosil yang dijumpai yang menunjukkan
secara langsung adanya perubahan pada kehidupan yang pernah ada. Sebaliknya
studi mengenai fosil menunjukkan bahwa banyak spesies tetap menunjukkan tidak
adanya perubahan fisik untuk jangka waktu yang panjang meskipun ada perubahan
kondisi lingkungan dan iklim. Selanjutnya dalam periode waktu geologi yang
pendek, mungkin sekitar ribuan atau ratusan tahun, spesies baru muncul.
Kejadian ini memberikan kesan bahwa perubahan bertahap pada spesies kurang umum
daripada seperti yang telah dijelaskan oleh Darwin. Selain itu proses evolusi
mungkin terjadi pada suatu seri yang hancur oleh satu periode panjang dengan sedikit
atau tanpa perubahan. Konsep ini disebut dengan punctuated evolution.
Untuk
memahami bagaimana pertanda evolusi terjadi dengan membayangkan suatu populasi
kecil diisolasi dari anggota spesies lainnya. Selanjutnya dibayangkan perubahan
yang jarang tetapi sangat radikal terjadi di dalam kelompok yang diisolasi ini.
Jika perubahan ini sangat baik, maka akan mendominasi populasi kecil ini dan
akan membentuk spesies yang baru. Spesies baru ini akan hidup bersama dengan
spesies yang lama, khususnya bila populasi keduanya tetap terisolasi satu dan
lainnya. Kemungkinannya spesies baru akan bermigrasi ke dalam wilayah kehidupan
spesies yang lama dan akhirnya akan menggantikannya.
UMUR BUMI DAN
TATASURYA MATAHARI
Batuan Kerak Bumi
Yang Tertua
Batuan tertua penyusun kerak bumi
berdasarkan penanggalan radometri berumur antara 4,1 sampai 4,2 milyar tahun.
Penanggalan tersebut dilakukan pada butiran mineral zirkon yang berasal dari
batupasir di Australia Barat. Zirkon penyusun batupasir tersebut kemungkinan berasal
dari batuan beku granit yang terdapat dekat dengan terbentuknya batupasir.
Granit tersebut mengalami erosi dan hasil erosinya tertransportasi oleh sungai
dan terendapkan dalam lapisan pasir dan mengalami sementasi membentuk
batupasir. Jadi umur 4,2 milyar tahun adalah umur dari proses pembentukan magma
yang membentuk granit, bukan proses pembentukan batupasir. Batuan penyusun
kerak bumi lainnya yang mempunyai umur yang sangat tua berdasarkan penanggalan
radiometri adalah batuan beku granit dari Baratdaya Greeland yang berumur 3,7
sampai 3,8 milyar tahun, batuan metamorf genes granitan yang berumur sama dari
Minnesota, granit yang berumur 3,4 milyar tahun dari Pegunungan Barberton di
Afrika Selatan.
Jika batuan tertua penyusun kerak
bumi adalah 4,1 sampai 4,2 milyar tahun, maka apa yang terjadi pada bumi selama
400 hingga 500 juta tahun sebelumnya.
Umur Batuan Bulan dan Meterorit
Bumi merupakan salah satu planet
dalam tatasurya yang cukup besar untuk menyimpan panas di dalamnya, sehingga
memungkinkan proses-proses geologi tetap aktif sepanjang sejarah bumi itu
sendiri. Dengan kondisi yang demikian, maka batuan awal yang menyusun kerak
bumi telah mengalami pemanasan kembali, sehingga penanggalann radiometri yang
dilakukan pada batuan penyusun kerak bumi harus dikoreksi ulang karena batuan
tersebut terbentuk jauh setelah pembentukan bumi. Jadi suatu hak yang tidak
mungkin menentukan awal pembentuan bumi dengan menggunakan penanggalan
radiometri batuan penyusun kerak bumi. Penelitian mengenai meteorit dan bulan
sebagai satelit bumi memungkinkan untuk mengetahui awal sejarah dari planet
bumi ini. Kebanyakan ahli astronomi mengatakan bahwa meteorit, bulan dan
planet-planet dalam tatasurya matahari ini terbentuk serentak bersama-sama.
Meteorit merupakan fragmen-fragmen
batuan yang dihasilkan dari pecahan planet dalam tatasurya matahari. Meteorit
merupakan fragmen yang relatif kecil, sehingga fragmen tersebut akan membeku
dengan cepat begitu terlepas dari planet. Hal ini mengakibatkan bahwa proses
penanggalan radiometri dari meteorit dapat mengetahui dengan pasti proses
pembentukan meteorit tersebut. Karena meteorit, bulan dan semua planet dalam
tatasurya matahari dianggap terbentuk bersamaan, maka penentuan umur batuan
meteorit dianggap sebagai awal proses pembentukan bumi, bulan dan planet-planet
lainnya. Penanggalan rediometri dari batuan meteorit menghasilkan umur 4,6
milyar tahun, sangat dekat dengan umur batuan penyusun kerak bumi yang tertua.
Bulan mempunyai ukuran yang lebih
kecil dari bumi dan mengalami pendinginan yang relatif lebih cepat. Meskipun
bulan mengalami proses tektonik yang sangat aktif pada awal sejarahnya, tetapi
hal tersebut merupakan kejadian yang cukup lama setelah pembentukannya. Jadi
penentuan umur dari batuan tersebut dapat dianggap sebagai awal proses
pembentukan bulan.
Batuan bulan yang dibawa ke bumi oleh para astronot pada
ekspedisi Apollo ke bulan telah dipelajari dan dianalisa dengan berbagai macam
prosedur analisa yang telah diketahui selama ini. Penanggalan radiometri
lelehan lava di bulan menunjukkan umur antara 3,8 hingga 3,1 milyar tahun. Hal
ini menunjukkan aktivitas tektonik awal menghasilkan panas yang cukup untuk
dapat membentuk magma yang mengalir ke permukaan bulan. Contoh batuan yang
diambil dari dataran tinggi di bulan menghasilkan umur 4,6 milyar tahun. Batuan
ini diketahui sebagai batuan awal (genesis rock). Dengan membandingkan
penentuan umur batuan meteorit yang menghasilkan umur yang sama dengan batuan
bulan tersebut, maka dapat dikatakan bahwa pembentukan bumi terjadi pada 4,6
milyar tahun yang lalu.