dan Perkiraan umur Bumi Kegiatan terbaru situs Dunia Berpikir
Radioaktivitas dan Perkiraan Umur Bumi
Radioaktivitas dan Perkiraan umur Bumi
Siswo Purnomo (0920903011)
Fisika FMIPA Universitas Brawijaya, Malang, Indonesia.
Abstrak, Kelvin berpendapat bahwasanya bumi yang kita tempati saat ini berumur
kurang lebih 25 juta tahun yang lalu, pendapat ini didasarkan pada teori tempatur
bumi mulai dari terbentuknya sampai dengan sekarang. Akan tetapi para ahli
geologis membantah akan teori tersebut. Teori mengenai perkiraan penghitungan
umur bumi lebih menitik beratkan pada unsur radioaktif yang berada di bumi.
Peluruhan dari radioaktif khususnya Uranium yang sekarang ini dipakai sebagai
penentuan umur bumi, sehingga bisa didapatkan perkiraan umur bumi sekarang ini
sekitar 4,54 x 109 tahun.
A. The Preradioactivity Age
Problem
C 3R 25 J mole -1deg -1 2.5 x 104 J(3)
Kg -1deg -1
Selama lebih dari satu dekade studi
mengenai panas internal bumi dan
perkiraan umur bumi telah dilakukan [1].
Debat sengit umur Bumi pernah terjadi
di abad ke-19 ketika ahli fisika terkenal
saat itu, Lord Kelvin,
menyimpulkan bahwa
umur
Bumi
adalah
sekitar 25 juta tahun
saja
berdasarkan
tingkat
pendinginan
sejak Bumi lahir sampai
temperaturnya
sekarang. Akan tetapi Para geologis
tidak percaya akan hitungan Kelvin[2].
Kelvin membayangkan bumi dipadatkan
dari
suatu
keadaan
awal
yang
[3]
merupakan cairan . Perhitungan Kelvin
ini didapatkan dari perhitungan tidak
dapat dipertahankannya temperatur
dari matahari yang menurut Kelvin, tiap
tahunnya ada penurunan sebesar 0.25
deg. Dimana konstanta surya yang kita
ketahui adalah
S=1360 Wm-2,
(1)
sehingga dapat diketahui besarnya
panas totalnya adalah 3,8 x 1026 W
dengan
melihat
Energi
gravitasi
sebesar
3 GM 2
41
Esehingga
2
.
4
x
10
J
G
bisa didapatkan
panas 5
spesifik
R sebesar
(2)
besarnya
Dari
panas
spesifik
ini
Kelvin
mendapatkan kapasitas panas total
sebesar 4,8 x 1034 J deg-1. Laju aliran
panas melalui permukaan sebanding
dengan
gradien
dari
temperatur.
Fourier
menunjukkan
perubahan
temperatur
pada
suatu
padatan
mematuhi persamaan difusi,, dimana
perubahan dari temperatur pada satu
titik sebanding dengan turunan kedua
dari temperatur[3].
Kelvin mengutip, terjadi peningkatan
temperatur 1/110 dan 1/15 tiap derajat
Fahrenheit pada setiap penopang dari
bumi. Kelvin memilih gradien rata-rata
1/50 tiap derajat Fahrenheit atau
sekitar 36 0C/km. Kelvin memperkirakan
temperatur dari bumi adalah sekitar
3900 0C dari pencairan batuan melalui
suatu percobaan[3]. Dari perhitungannya
maka didapatkan umur dari bumi
Page 1 of 7
Radioaktivitas dan Perkiraan Umur Bumi
adalah sekitar 25 Juta tahun yang
lalu[2].
Pada
tahun
1906,
Strutt
menerbitkan
tulisannya
mengenai
sanggahan terhadap pendapat Kelvin.
Dalam tulisannya Strutt mengatakan
konsentrasi radioaktivitas dalam batuan
jauh melampaui apa yang diperlu-kan
di bumi secara keseluruhan untuk
menghasilkan
panas
bumi
yang
diamati, Radioaktif pada bumi terbatas
hanya pada keraknya/ kedalaman
puluhan kilometer saja dan distributsi
sumber panas yang terbatas inilah
yang
menyebabkan
dipatahkannya
kesimpulan dari Kelvin[2].
B. Radioactivity Elements and The
Principles of Radiometric Dating
Radioaktif
Sebelum membahas lebih jauh
mengenai
radioaktivitas,
kita
menyegarkan ingatan kita terlebih
dahulu mengenai sifat-sifat inti. Inti
dapat dikelompokkan menjadi tiga
kategori, yakni isotop, inti dengan
nomor atom yang sama, isoton, inti
dengan neutron yang sama, serta
isobar, inti dengan nomor massa yang
sama[4]. Pada radioaktivitas, inti-inti
dengan jumlah proton yang sama
(isotop) lebih sering digunakan, akan
tetapi tidak mengabaikan yang lainnya.
Radioaktivitas ditemukan oleh ahli
fisika Perancis Henri Bequerel, Dalam
percobaannya
Becqurel
menghubungkan pemancaran sinar x
dengan sinar fluoresensi. Sebuah
lempeng fotografi dibungkus oleh
kertas hitam tebal. Sejumlah zat kristal
tertentu (uranium dan kalium disulfat)
di tempatkan di luar kertas, dan
seluruhnya diletakkan di bawah cahaya
matahari. Seperti yang diharapkan,
lempeng fotografi menjadi terekspose.
Becquerel
mengira
bahwa
sinar
matahari menyebabkan benda itu
mengeluarkan fluoresen atau bersinar,
dan sebagian dari radiasi fluoresen ini
(sinar x) menembus kertas sehingga
lempeng fotografi terekspose. Pada
kesempatan lain, ketika ia mencoba
mengulangi
percobaan-nya,
langit
mendung, dan Becquerel mencoba di
atas meja gambar, dan dibiarkan
beberapa
hari.
Untuk
menilai
percobaannya
ia
bermaksud
mengambil
lempeng
fotografi,
diharapkan hanya sedikit lempeng
fotografi itu terekspose. Tetapi di luar
dugaan
lempeng
tersebut
telah
terekspose sangat kuat seperti pada
percobaan
awalnya.
Becquerel
membuat hipotesis bahwa radiasi yang
menyebabkan tereksposenya lempeng
fotografi bukan karena fluoresensi sama
sekali, dan dia merancang percobaan
untuk membuktikan hipotesisnya. Dia
menemukan
bahwa
radiasi
itu
dipancarkan terus-menerus oleh kristal
yang digunakan dalam percobaannya,
terutama oleh unsur uranium. Saat
itulah diketemukannya radioaktivitas[5].
Jadi, radioaktivitas merupakan kemampuan inti atom yang tak stabil
memancarkan radiasi untuk menjadi
inti yang stabil. Proses perubahan ini
disebut dengan peluruhan[6]. Dalam
suatu peluruhan radioaktif yang khas,
sebuah inti pada mulanya tak stabil,
yang
disebut
induk
(parent),
memancarkan sebuah partikel dan
meluruh menjadi sebuah inti yang
disebut anak (daughter)[4].
Waktu Paro
Page 2 of 7
Radioaktivitas dan Perkiraan Umur Bumi
Waktu paro merupakan waktu yang
dibutuhkan suatu radionuklida untuk
meluruh sehingga jumlahnya tinggal
setengahnya[6].
Gambar di atas menunjukan grafik
peluruhan radioaktif.
peluruhan
dari
inti
tidak
stabil
merupakan proses acak dan tidak
mungkin untuk memperkirakan kapan
sebuah atom tertentu akan meluruh,
melainkan ia dapat meluruh sewaktu
waktu.
Karenanya,
untuk
sebuah
sampel radioisotop tertentu, jumlah
kejadian peluruhan –dN yang akan
terjadi pada selang (interval) waktu dt
adalah sebanding dengan jumlah atom
yang ada sekarang. Jika N adalah
jumlah atom, maka kemungkinan
(probabilitas)
peluruhan
(–
dN/N)
sebanding dengan dt
dN
N
dt
(4)
Masing-masing
inti
radioaktif
meluruh dengan laju yang berbeda,
masing-masing mempunyai konstanta
peluruhan sendiri (λ). Tanda negatif
pada persamaan menunjukkan bahwa
jumlah N berkurang seiring dengan
peluruhan.
N N 0 e t
(5)
Fungsi di atas menggambarkan
peluruhan
exponensial,
yang
merupakan penyelesaian pendekatan
atas dasar dua alasan. Pertama, fungsi
exponensial
merupakan
fungsi
berlanjut, tetapi kuantitas fisik N hanya
dapat bernilai bilangan bulat positif.
Alasan kedua, karena persamaan ini
penggambaran dari sebuah proses
acak, hanya benar secara statistik.
Akan tetapi juga, dalam banyak kasus,
nilai N sangat besar sehingga fungsi ini
merupakan pendekatan yang baik.
Hubungan waktu paruh dengan
konstanta peluruhan adalah sebagai
berikut:
t1
2
ln 2 0,69315
(6)
Hubungan waktu paruh dengan
konstanta
peluruhan
menunjukkan
bahwa
material
dengan
tingkat
radioaktif yang tinggi akan cepat habis,
sedang materi dengan dengan tingkat
radiasi rendah akan lama habisnya.
Waktu paruh inti radioaktif sangat
bervariasi, dari mulai 1024 tahun untuk
inti hampir stabil, sampai 10-6 detik
untuk yang sangat tidak stabil.
Radioaktif dan Usia Bumi
Banyak metode perhitungan usia
bumi
yang
digunakan,
dengan
menghitung usia batuan tertua di muka
bumi,
dengan
menghitung
usia
beberapa batuan sedimen yang ada
sampai dengan menghitung peluruhan
dari radioaktif.
Penentuan
usia
bumi
melalui
peluruhan
radioaktif
menggunakan
unsur U (Uranium) yang meluruh
menjadi unsur Pb (Lead), U-238
meluruh menjadi Pb-206 dan U-235
meluruh menjadi Pb-207. Berikut ini
merupakan
salah
satu
contoh
peluruhan U-238 menjadi Pb-206[7].
Pb 206 Pb 206 0
238 236t
Pb 204 Pb 204 U e 1
Pb 207 Pb 207 0 U 235 e 235t 1
Pb 204 Pb 204
Page 3 of 7
(7)
Radioaktivitas dan Perkiraan Umur Bumi
di mana,
Dari perbandingan unsur di atas,
didapatkan usia dari bumi adalah 4,5
Milyar tahun yang lalu. Untuk lebih
jelasnya akan disampaikan pada subbab berikutnya.
Berikut ini akan disajikan beberapa
metode penentuan umur dari batuan
secara radiometric.
C. Growth of The Continents and Of
Atmospheric Argon
Teori Perkembangan Dunia
Teori perkembangan benua di bagi
menjadi dua yang pertama geosinklin,
dan yang kedua adalah continental
drift.
Teori Geosinklin bertujuan untuk
menjelaskan
terjadinya
endapan
batuan sedimen yang sangat tebal,
ribuan meter dan memanjang seperti
pada Pegunungan Himalaya, Alpina dan
Page 4 of 7
Radioaktivitas dan Perkiraan Umur Bumi
Andes. Teori ini dikenalkan oleh James
Hall
pada
tahun
1859
dan
dipublikasikan oleh
James D. Dana pada
tahun 1973.
Konsep tersebut
menyatakan bahwa
geosinklin terbentuk
memanjang
atau
seperti
cekungan
dalam skala ribuan
meter, yang terus
menurun akibat dari akumulasi batuan
sedimen
dan
volkanik.Sedangkan
geosinklin adalah suatu daerah sempit
pada kerak bumi mengalami depresi
selama beberapa waktu sehingga
terendapkan secara ekstrim sedimen
yang tebal. Proses pengendapan ini
menyebabkan subsidence (penurunan)
pada
dasar
cekungan.
Endapan
sedimen yang tebal dianggap berasal
dari sedimen akibat proses orogenesa
yang membentuk pengunungan lipatan
dan selama proses ini endapan
sedimen yang telah terbentuk akan
mengalami metamorfosa.
Terdeformasinya
batuan
di
dalamnya dapat dijelaskan sebagai
akibat dari menyempitnya cekungan,
sehingga batuan di dalamnya terlipat
dan tersesarkan. Pergerakan ini terjadi
akibat adanya gaya penyeimbang atau
isostasi.
Beberapa fase yang penting dari
geosinklin, tektogenik dan orogenesa
diantaranya adalah pengakumulasian
sedimen pada palung subduksi yang
hadir bersamaan dengan endapan
marginal atau hasil erupsi submarine
dari lava basa dan ultra basa termasuk
ofiolit,
terdapatnya
lipatan,
sesar
anjakan dan separasi pada batuan di
geosinklin.
Pengangkatan
dan
penggantian sedimentasi pada daerah
palung marginal pada pelebaran zona
geosinklin, metamorfisme regional dam
penggantian oleh batolit; pengangkatan
epirogenik dengan erupsi volkanik dari
basalt, andesit, dan riolit serta intrusi
plutonik
yang
ko-magmatis
dan
peneplasi.
Kelemahan dari teori yakni tidak
bisanya menjelaskan asal-usul vulkanik.
Pada
intinya,
golongan
ilmuwan
menganggap bahwa gaya yang bekerja
pada bumi merupakan gaya vertical.
Artinya, semua deformasi yang terjadi
diakibatkan oleh gaya utama yang
berarah tegak lurus dengan bidang
yang terdeformasi.
Teori Continental Drift menyatakan
bahawa permukaan Bumi terletak di
atas kerak bumi yang tipis. Kerak bumi
ini senantiasa bergerak disebabkan
pergerakan magma dibawah kerak
bumi. Segmen kerak bumi ini dikenali
sebagai plat tektonik.Hipotesa utama
dari continental drift (pengapungan
benua) bahwa adanya satu “super
continent” yang dinamakan pangea dan
dikelilingi panthlasa lalu sekitar 200
juta tahun yang lalu super kontinen ini
pecah menjadi benua yang lebih
kecilyang
kemudian
bergerak
ke
tempatnya.
Sedangkan
hipoptesa
lainnya
menyatakan bahwa pada mulanya ada
dua super kontinen , yaitu pangea utara
yang disebut juga Laurasia, dan pangea
selatan
yang
disebut
juga
Gondwanaland.
Kedua
benua
ini
dipisahkan samudra Tethys.
Argon
Argon ditemukan oleh Lord Rayleigh
and Sir William Ramsey pada tahun
1894. mempunyai nomor atom 18,
dengan massa atom relatif 39.948,
mempunyai titik cair 84 K dan titik didih
87 K. Berikut adalah beberapa isotop
dari Argon dengan nilai massa atom
dan wakto paro dari masing-masing
isotop tersebut.
Page 5 of 7
Radioaktivitas dan Perkiraan Umur Bumi
Argon digunakan dalam bola lampu
listrik dan lampu fluorescent tabung
pada tekanan sekitar 3 mm. Pada
bidang Industri, digunakan sebagai
gas inert perisai untuk pengelasan
busur, dan sebagai pelapis untuk
produksi titanium dan unsur reaktif
lainnya.
Atmosfer kita mengandung 6,5 x
1016 Kg Argon, yang didominasi oleh
radiogenic isotop 40Ar.
r 40 t
K (e 1)
r Ca
r 0.105
Ar 40
(8)
Batuan-batuan yang ditemukan di
permukaan bumi antara lain:
a. Greenland, Rhodesia, Minnesota,and
the Kola Peninsula yang berumur 3,7
x 109 tahun yang lalu.
b. Acasta
Gneiss,Northern
Canada
yang berumur 3,96 x 109 tahun yang
lalu, dan
c. Batuan kristal mineral tertua yang
pernah ditemukan di Zircon, Jack
Hills
Conglomerate,
Western
Australia yang berumur 4,4 x 109
tahun yang lalu.
40
Ar merupakan hasil dari peluruhan 40K.
Jika kita mempertimbangan material
dengan
volume
tertentu
dimana
sekarang ini radioaktif kalium diwakili
oleh 40K dan yang terakhir memberikan
kontribusi pada argon yang terkandung
pada atmosfer
Ar 40
r 40 T
K ( e e t )
(9)
Dimana T merupakan umur dari bumi.
jika kita membuat asumsi sederhana
bahwa bagian dari bumi yang telah
telah tumbuh secara progresif dengan
T=4.5 x 109 tahun, kita dapat
menghubungkan kalium total dengan
kandungan
argon
pada
atmosfer
dengan integral langsung
Ar
40
K
40
K 40
r
T
r
T
1 1
e 1 T T
e
0
T
e t
Selain
dari
batuan-batuan
yang
ditemukan, umur bumi juga dapat
diperkirakan dari umur meteorit yang
jatuh pada permukaan bumi, meteoritmeteorit ini mempunyai umur yang
berbeda-beda.
dt
T
(10)
Berikut ini merupakan beberapa jenis
meteorit dan perkiraan umur dari
meteorit tersebut
D. Age of The Earth and of
Meteorites
Penentuan umur bumi, biasanya
didasarkan pada penemuan-penemuan
batuan yang ada dipermukaan bumi,
selain dengan teori radioaktifitas.
Page 6 of 7
Radioaktivitas dan Perkiraan Umur Bumi
[2]
[3]
[4]
[5]
E. Kesimpulan
[6]
a. Awal mula penemuan penentuan
umur bumi diungkapkan oleh Kelvin
dengan
teorinya
dengan
memperkirakan umur bumi adalah
sekitar 25 juta tahun yang lalu,
teori ini didapatkan dari spesifikasi
panas bumi yang terjadi.
b. Setelah
didapatkan
penemuan
radioaktif, maka para ilmuwan
mencoba
memperkirakan
umur
bumi dari radioaktifitas khususnya
peluruhan atom u-238 menjadi Pb206 dan U-235 meluruh menjadi Pb207.
c. Penentuan umur bumi, biasanya
didasarkan
pada
penemuanpenemuan
batuan
yang
ada
dipermukaan bumi dan batuan
mineral yang berumur paling tua
ditemukan di Zircon, Jack Hills
Conglomerate, Western Australia
yang berumur 4,4 x 109 tahun yang
lalu.
d. Batuan
meteorit
juga
dapat
digunakan untuk penentuan, yang
paling tua berumur 4,5 x 109 tahun
dengan jenis meteorit H Chondrites.
e. Penentuan umur bumi yang paling
mendekati adalah menggunakan
peluruhan radioaktif yakni sekitar
4,56 x 109 tahun yang lalu.
[7]
Geophysical Research Vo. 105 No. B6,
Pages 13, 155-13, 158, June 10, 2000.
Stacey, F. D. Physics of The Earth,
Brookfield, Brisbane, Australia, 1992.
England, P. C. dkk. Kelvin, Perry and
The Age of The Earth, Journal of
American Scientist Vo 95 Pages 342349 July-August 2007.
Gautreau, R dan Savin, W, Teori dan
Soal-soal Fisika Modern, Terjemahan
oleh: Hans J. Wopspakirk, Erlangga,
Jakarta, 1995.
Petrucci, R.H, Kimia Dasar: Prinsip dan
Terapan Modern, Ed IV, Jilid 1, 40pp,
Terjemahan oleh: Suminar Achmadi,
Ph.D. Erlangga, Jakarta, 1987.
Anonim, Radioaktivitas, Journal of
BATAN, page 1-3. Tanpa tahun.
Stassen, C. The Age of The Earth,
Journal of The Talk.Origin Archive,
Pages 1-12, April 22 1997.
F. Daftar Pustaka
[1] Stacey, F. D. Kelvin’s Age of The Earth
Paradox
Revisited.
Journal
of
Page 7 of 7
Radioaktivitas dan Perkiraan umur Bumi
Siswo Purnomo (0920903011)
Fisika FMIPA Universitas Brawijaya, Malang, Indonesia.
Abstrak, Kelvin berpendapat bahwasanya bumi yang kita tempati saat ini berumur
kurang lebih 25 juta tahun yang lalu, pendapat ini didasarkan pada teori tempatur
bumi mulai dari terbentuknya sampai dengan sekarang. Akan tetapi para ahli
geologis membantah akan teori tersebut. Teori mengenai perkiraan penghitungan
umur bumi lebih menitik beratkan pada unsur radioaktif yang berada di bumi.
Peluruhan dari radioaktif khususnya Uranium yang sekarang ini dipakai sebagai
penentuan umur bumi, sehingga bisa didapatkan perkiraan umur bumi sekarang ini
sekitar 4,54 x 109 tahun.
A. The Preradioactivity Age
Problem
C 3R 25 J mole -1deg -1 2.5 x 104 J(3)
Kg -1deg -1
Selama lebih dari satu dekade studi
mengenai panas internal bumi dan
perkiraan umur bumi telah dilakukan [1].
Debat sengit umur Bumi pernah terjadi
di abad ke-19 ketika ahli fisika terkenal
saat itu, Lord Kelvin,
menyimpulkan bahwa
umur
Bumi
adalah
sekitar 25 juta tahun
saja
berdasarkan
tingkat
pendinginan
sejak Bumi lahir sampai
temperaturnya
sekarang. Akan tetapi Para geologis
tidak percaya akan hitungan Kelvin[2].
Kelvin membayangkan bumi dipadatkan
dari
suatu
keadaan
awal
yang
[3]
merupakan cairan . Perhitungan Kelvin
ini didapatkan dari perhitungan tidak
dapat dipertahankannya temperatur
dari matahari yang menurut Kelvin, tiap
tahunnya ada penurunan sebesar 0.25
deg. Dimana konstanta surya yang kita
ketahui adalah
S=1360 Wm-2,
(1)
sehingga dapat diketahui besarnya
panas totalnya adalah 3,8 x 1026 W
dengan
melihat
Energi
gravitasi
sebesar
3 GM 2
41
Esehingga
2
.
4
x
10
J
G
bisa didapatkan
panas 5
spesifik
R sebesar
(2)
besarnya
Dari
panas
spesifik
ini
Kelvin
mendapatkan kapasitas panas total
sebesar 4,8 x 1034 J deg-1. Laju aliran
panas melalui permukaan sebanding
dengan
gradien
dari
temperatur.
Fourier
menunjukkan
perubahan
temperatur
pada
suatu
padatan
mematuhi persamaan difusi,, dimana
perubahan dari temperatur pada satu
titik sebanding dengan turunan kedua
dari temperatur[3].
Kelvin mengutip, terjadi peningkatan
temperatur 1/110 dan 1/15 tiap derajat
Fahrenheit pada setiap penopang dari
bumi. Kelvin memilih gradien rata-rata
1/50 tiap derajat Fahrenheit atau
sekitar 36 0C/km. Kelvin memperkirakan
temperatur dari bumi adalah sekitar
3900 0C dari pencairan batuan melalui
suatu percobaan[3]. Dari perhitungannya
maka didapatkan umur dari bumi
Page 1 of 7
Radioaktivitas dan Perkiraan Umur Bumi
adalah sekitar 25 Juta tahun yang
lalu[2].
Pada
tahun
1906,
Strutt
menerbitkan
tulisannya
mengenai
sanggahan terhadap pendapat Kelvin.
Dalam tulisannya Strutt mengatakan
konsentrasi radioaktivitas dalam batuan
jauh melampaui apa yang diperlu-kan
di bumi secara keseluruhan untuk
menghasilkan
panas
bumi
yang
diamati, Radioaktif pada bumi terbatas
hanya pada keraknya/ kedalaman
puluhan kilometer saja dan distributsi
sumber panas yang terbatas inilah
yang
menyebabkan
dipatahkannya
kesimpulan dari Kelvin[2].
B. Radioactivity Elements and The
Principles of Radiometric Dating
Radioaktif
Sebelum membahas lebih jauh
mengenai
radioaktivitas,
kita
menyegarkan ingatan kita terlebih
dahulu mengenai sifat-sifat inti. Inti
dapat dikelompokkan menjadi tiga
kategori, yakni isotop, inti dengan
nomor atom yang sama, isoton, inti
dengan neutron yang sama, serta
isobar, inti dengan nomor massa yang
sama[4]. Pada radioaktivitas, inti-inti
dengan jumlah proton yang sama
(isotop) lebih sering digunakan, akan
tetapi tidak mengabaikan yang lainnya.
Radioaktivitas ditemukan oleh ahli
fisika Perancis Henri Bequerel, Dalam
percobaannya
Becqurel
menghubungkan pemancaran sinar x
dengan sinar fluoresensi. Sebuah
lempeng fotografi dibungkus oleh
kertas hitam tebal. Sejumlah zat kristal
tertentu (uranium dan kalium disulfat)
di tempatkan di luar kertas, dan
seluruhnya diletakkan di bawah cahaya
matahari. Seperti yang diharapkan,
lempeng fotografi menjadi terekspose.
Becquerel
mengira
bahwa
sinar
matahari menyebabkan benda itu
mengeluarkan fluoresen atau bersinar,
dan sebagian dari radiasi fluoresen ini
(sinar x) menembus kertas sehingga
lempeng fotografi terekspose. Pada
kesempatan lain, ketika ia mencoba
mengulangi
percobaan-nya,
langit
mendung, dan Becquerel mencoba di
atas meja gambar, dan dibiarkan
beberapa
hari.
Untuk
menilai
percobaannya
ia
bermaksud
mengambil
lempeng
fotografi,
diharapkan hanya sedikit lempeng
fotografi itu terekspose. Tetapi di luar
dugaan
lempeng
tersebut
telah
terekspose sangat kuat seperti pada
percobaan
awalnya.
Becquerel
membuat hipotesis bahwa radiasi yang
menyebabkan tereksposenya lempeng
fotografi bukan karena fluoresensi sama
sekali, dan dia merancang percobaan
untuk membuktikan hipotesisnya. Dia
menemukan
bahwa
radiasi
itu
dipancarkan terus-menerus oleh kristal
yang digunakan dalam percobaannya,
terutama oleh unsur uranium. Saat
itulah diketemukannya radioaktivitas[5].
Jadi, radioaktivitas merupakan kemampuan inti atom yang tak stabil
memancarkan radiasi untuk menjadi
inti yang stabil. Proses perubahan ini
disebut dengan peluruhan[6]. Dalam
suatu peluruhan radioaktif yang khas,
sebuah inti pada mulanya tak stabil,
yang
disebut
induk
(parent),
memancarkan sebuah partikel dan
meluruh menjadi sebuah inti yang
disebut anak (daughter)[4].
Waktu Paro
Page 2 of 7
Radioaktivitas dan Perkiraan Umur Bumi
Waktu paro merupakan waktu yang
dibutuhkan suatu radionuklida untuk
meluruh sehingga jumlahnya tinggal
setengahnya[6].
Gambar di atas menunjukan grafik
peluruhan radioaktif.
peluruhan
dari
inti
tidak
stabil
merupakan proses acak dan tidak
mungkin untuk memperkirakan kapan
sebuah atom tertentu akan meluruh,
melainkan ia dapat meluruh sewaktu
waktu.
Karenanya,
untuk
sebuah
sampel radioisotop tertentu, jumlah
kejadian peluruhan –dN yang akan
terjadi pada selang (interval) waktu dt
adalah sebanding dengan jumlah atom
yang ada sekarang. Jika N adalah
jumlah atom, maka kemungkinan
(probabilitas)
peluruhan
(–
dN/N)
sebanding dengan dt
dN
N
dt
(4)
Masing-masing
inti
radioaktif
meluruh dengan laju yang berbeda,
masing-masing mempunyai konstanta
peluruhan sendiri (λ). Tanda negatif
pada persamaan menunjukkan bahwa
jumlah N berkurang seiring dengan
peluruhan.
N N 0 e t
(5)
Fungsi di atas menggambarkan
peluruhan
exponensial,
yang
merupakan penyelesaian pendekatan
atas dasar dua alasan. Pertama, fungsi
exponensial
merupakan
fungsi
berlanjut, tetapi kuantitas fisik N hanya
dapat bernilai bilangan bulat positif.
Alasan kedua, karena persamaan ini
penggambaran dari sebuah proses
acak, hanya benar secara statistik.
Akan tetapi juga, dalam banyak kasus,
nilai N sangat besar sehingga fungsi ini
merupakan pendekatan yang baik.
Hubungan waktu paruh dengan
konstanta peluruhan adalah sebagai
berikut:
t1
2
ln 2 0,69315
(6)
Hubungan waktu paruh dengan
konstanta
peluruhan
menunjukkan
bahwa
material
dengan
tingkat
radioaktif yang tinggi akan cepat habis,
sedang materi dengan dengan tingkat
radiasi rendah akan lama habisnya.
Waktu paruh inti radioaktif sangat
bervariasi, dari mulai 1024 tahun untuk
inti hampir stabil, sampai 10-6 detik
untuk yang sangat tidak stabil.
Radioaktif dan Usia Bumi
Banyak metode perhitungan usia
bumi
yang
digunakan,
dengan
menghitung usia batuan tertua di muka
bumi,
dengan
menghitung
usia
beberapa batuan sedimen yang ada
sampai dengan menghitung peluruhan
dari radioaktif.
Penentuan
usia
bumi
melalui
peluruhan
radioaktif
menggunakan
unsur U (Uranium) yang meluruh
menjadi unsur Pb (Lead), U-238
meluruh menjadi Pb-206 dan U-235
meluruh menjadi Pb-207. Berikut ini
merupakan
salah
satu
contoh
peluruhan U-238 menjadi Pb-206[7].
Pb 206 Pb 206 0
238 236t
Pb 204 Pb 204 U e 1
Pb 207 Pb 207 0 U 235 e 235t 1
Pb 204 Pb 204
Page 3 of 7
(7)
Radioaktivitas dan Perkiraan Umur Bumi
di mana,
Dari perbandingan unsur di atas,
didapatkan usia dari bumi adalah 4,5
Milyar tahun yang lalu. Untuk lebih
jelasnya akan disampaikan pada subbab berikutnya.
Berikut ini akan disajikan beberapa
metode penentuan umur dari batuan
secara radiometric.
C. Growth of The Continents and Of
Atmospheric Argon
Teori Perkembangan Dunia
Teori perkembangan benua di bagi
menjadi dua yang pertama geosinklin,
dan yang kedua adalah continental
drift.
Teori Geosinklin bertujuan untuk
menjelaskan
terjadinya
endapan
batuan sedimen yang sangat tebal,
ribuan meter dan memanjang seperti
pada Pegunungan Himalaya, Alpina dan
Page 4 of 7
Radioaktivitas dan Perkiraan Umur Bumi
Andes. Teori ini dikenalkan oleh James
Hall
pada
tahun
1859
dan
dipublikasikan oleh
James D. Dana pada
tahun 1973.
Konsep tersebut
menyatakan bahwa
geosinklin terbentuk
memanjang
atau
seperti
cekungan
dalam skala ribuan
meter, yang terus
menurun akibat dari akumulasi batuan
sedimen
dan
volkanik.Sedangkan
geosinklin adalah suatu daerah sempit
pada kerak bumi mengalami depresi
selama beberapa waktu sehingga
terendapkan secara ekstrim sedimen
yang tebal. Proses pengendapan ini
menyebabkan subsidence (penurunan)
pada
dasar
cekungan.
Endapan
sedimen yang tebal dianggap berasal
dari sedimen akibat proses orogenesa
yang membentuk pengunungan lipatan
dan selama proses ini endapan
sedimen yang telah terbentuk akan
mengalami metamorfosa.
Terdeformasinya
batuan
di
dalamnya dapat dijelaskan sebagai
akibat dari menyempitnya cekungan,
sehingga batuan di dalamnya terlipat
dan tersesarkan. Pergerakan ini terjadi
akibat adanya gaya penyeimbang atau
isostasi.
Beberapa fase yang penting dari
geosinklin, tektogenik dan orogenesa
diantaranya adalah pengakumulasian
sedimen pada palung subduksi yang
hadir bersamaan dengan endapan
marginal atau hasil erupsi submarine
dari lava basa dan ultra basa termasuk
ofiolit,
terdapatnya
lipatan,
sesar
anjakan dan separasi pada batuan di
geosinklin.
Pengangkatan
dan
penggantian sedimentasi pada daerah
palung marginal pada pelebaran zona
geosinklin, metamorfisme regional dam
penggantian oleh batolit; pengangkatan
epirogenik dengan erupsi volkanik dari
basalt, andesit, dan riolit serta intrusi
plutonik
yang
ko-magmatis
dan
peneplasi.
Kelemahan dari teori yakni tidak
bisanya menjelaskan asal-usul vulkanik.
Pada
intinya,
golongan
ilmuwan
menganggap bahwa gaya yang bekerja
pada bumi merupakan gaya vertical.
Artinya, semua deformasi yang terjadi
diakibatkan oleh gaya utama yang
berarah tegak lurus dengan bidang
yang terdeformasi.
Teori Continental Drift menyatakan
bahawa permukaan Bumi terletak di
atas kerak bumi yang tipis. Kerak bumi
ini senantiasa bergerak disebabkan
pergerakan magma dibawah kerak
bumi. Segmen kerak bumi ini dikenali
sebagai plat tektonik.Hipotesa utama
dari continental drift (pengapungan
benua) bahwa adanya satu “super
continent” yang dinamakan pangea dan
dikelilingi panthlasa lalu sekitar 200
juta tahun yang lalu super kontinen ini
pecah menjadi benua yang lebih
kecilyang
kemudian
bergerak
ke
tempatnya.
Sedangkan
hipoptesa
lainnya
menyatakan bahwa pada mulanya ada
dua super kontinen , yaitu pangea utara
yang disebut juga Laurasia, dan pangea
selatan
yang
disebut
juga
Gondwanaland.
Kedua
benua
ini
dipisahkan samudra Tethys.
Argon
Argon ditemukan oleh Lord Rayleigh
and Sir William Ramsey pada tahun
1894. mempunyai nomor atom 18,
dengan massa atom relatif 39.948,
mempunyai titik cair 84 K dan titik didih
87 K. Berikut adalah beberapa isotop
dari Argon dengan nilai massa atom
dan wakto paro dari masing-masing
isotop tersebut.
Page 5 of 7
Radioaktivitas dan Perkiraan Umur Bumi
Argon digunakan dalam bola lampu
listrik dan lampu fluorescent tabung
pada tekanan sekitar 3 mm. Pada
bidang Industri, digunakan sebagai
gas inert perisai untuk pengelasan
busur, dan sebagai pelapis untuk
produksi titanium dan unsur reaktif
lainnya.
Atmosfer kita mengandung 6,5 x
1016 Kg Argon, yang didominasi oleh
radiogenic isotop 40Ar.
r 40 t
K (e 1)
r Ca
r 0.105
Ar 40
(8)
Batuan-batuan yang ditemukan di
permukaan bumi antara lain:
a. Greenland, Rhodesia, Minnesota,and
the Kola Peninsula yang berumur 3,7
x 109 tahun yang lalu.
b. Acasta
Gneiss,Northern
Canada
yang berumur 3,96 x 109 tahun yang
lalu, dan
c. Batuan kristal mineral tertua yang
pernah ditemukan di Zircon, Jack
Hills
Conglomerate,
Western
Australia yang berumur 4,4 x 109
tahun yang lalu.
40
Ar merupakan hasil dari peluruhan 40K.
Jika kita mempertimbangan material
dengan
volume
tertentu
dimana
sekarang ini radioaktif kalium diwakili
oleh 40K dan yang terakhir memberikan
kontribusi pada argon yang terkandung
pada atmosfer
Ar 40
r 40 T
K ( e e t )
(9)
Dimana T merupakan umur dari bumi.
jika kita membuat asumsi sederhana
bahwa bagian dari bumi yang telah
telah tumbuh secara progresif dengan
T=4.5 x 109 tahun, kita dapat
menghubungkan kalium total dengan
kandungan
argon
pada
atmosfer
dengan integral langsung
Ar
40
K
40
K 40
r
T
r
T
1 1
e 1 T T
e
0
T
e t
Selain
dari
batuan-batuan
yang
ditemukan, umur bumi juga dapat
diperkirakan dari umur meteorit yang
jatuh pada permukaan bumi, meteoritmeteorit ini mempunyai umur yang
berbeda-beda.
dt
T
(10)
Berikut ini merupakan beberapa jenis
meteorit dan perkiraan umur dari
meteorit tersebut
D. Age of The Earth and of
Meteorites
Penentuan umur bumi, biasanya
didasarkan pada penemuan-penemuan
batuan yang ada dipermukaan bumi,
selain dengan teori radioaktifitas.
Page 6 of 7
Radioaktivitas dan Perkiraan Umur Bumi
[2]
[3]
[4]
[5]
E. Kesimpulan
[6]
a. Awal mula penemuan penentuan
umur bumi diungkapkan oleh Kelvin
dengan
teorinya
dengan
memperkirakan umur bumi adalah
sekitar 25 juta tahun yang lalu,
teori ini didapatkan dari spesifikasi
panas bumi yang terjadi.
b. Setelah
didapatkan
penemuan
radioaktif, maka para ilmuwan
mencoba
memperkirakan
umur
bumi dari radioaktifitas khususnya
peluruhan atom u-238 menjadi Pb206 dan U-235 meluruh menjadi Pb207.
c. Penentuan umur bumi, biasanya
didasarkan
pada
penemuanpenemuan
batuan
yang
ada
dipermukaan bumi dan batuan
mineral yang berumur paling tua
ditemukan di Zircon, Jack Hills
Conglomerate, Western Australia
yang berumur 4,4 x 109 tahun yang
lalu.
d. Batuan
meteorit
juga
dapat
digunakan untuk penentuan, yang
paling tua berumur 4,5 x 109 tahun
dengan jenis meteorit H Chondrites.
e. Penentuan umur bumi yang paling
mendekati adalah menggunakan
peluruhan radioaktif yakni sekitar
4,56 x 109 tahun yang lalu.
[7]
Geophysical Research Vo. 105 No. B6,
Pages 13, 155-13, 158, June 10, 2000.
Stacey, F. D. Physics of The Earth,
Brookfield, Brisbane, Australia, 1992.
England, P. C. dkk. Kelvin, Perry and
The Age of The Earth, Journal of
American Scientist Vo 95 Pages 342349 July-August 2007.
Gautreau, R dan Savin, W, Teori dan
Soal-soal Fisika Modern, Terjemahan
oleh: Hans J. Wopspakirk, Erlangga,
Jakarta, 1995.
Petrucci, R.H, Kimia Dasar: Prinsip dan
Terapan Modern, Ed IV, Jilid 1, 40pp,
Terjemahan oleh: Suminar Achmadi,
Ph.D. Erlangga, Jakarta, 1987.
Anonim, Radioaktivitas, Journal of
BATAN, page 1-3. Tanpa tahun.
Stassen, C. The Age of The Earth,
Journal of The Talk.Origin Archive,
Pages 1-12, April 22 1997.
F. Daftar Pustaka
[1] Stacey, F. D. Kelvin’s Age of The Earth
Paradox
Revisited.
Journal
of
Page 7 of 7