Indonesia

Indonesia is the beautiful country in the universe

Rabu, 14 Desember 2011

Geofisika_Fisika Bumi dan Ilmu Falak_Materi dan Energi


Oleh: Andrias Widiantoro
MAKALAH
Materi Dan Energi
Ilmu Bumi dan Falaq




Dosen Pengampu:
Abdul Basid, M.Si



Oleh:
Faslucky Afifudin
NIM. 07640011



JURUSAN FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI
MAULANA MALIK IBRAHIM MALANG
2009
A.    Materi dan Energi
Ketika gunung St. Helens meletus, berton-ton debu partikel dari ledakan menyelimuti udara di Washington. Dan pada saat gunung Mauna Loa  di Hawaii meletus, lava berpijar mengalir seperti sungai. Terbentuk dari apakah lava dan debu-debu tersebut ? Apa yang membuat batu meleleh di dalam bumi dan memaksanya keluar ke permukaan sebagai lava ? Dari berbagai jenis proses yang berbeda, di dalam aliran sungai Mississippi, di dalam Teluk Mexico, tercatat bahwa ada berjuta-juta kerikil, pasir dan material lainnya yang terlarut di dalamnya. Terbentuk dari apakah pasir-pasir tersebut ? Apakah material-material tersebut sama dengan material-material yang terkandung dalam lava di Hawaii dan debu-debu vulkanik di Alaska ? Apakah yang terbentuk di aliran sungai Mississippi ?
Peristiwa-peristiwa yang dijelaskan diatas adalah contoh dari berbagai jenis proses yang terjadi di bumi yang dipelajari dalam ilmu geologi. Letusan vulkanik dan aliran sungai-sungai terlihat jenis yang berbeda dari proses yang terjadi di permukaan. Tetapi pertanyaan yang di ajukan adalah sama, yaitu apakah material-material yang menyusun bumi ? Apa yang menyebabkan proses di dalam bumi ? Dua pertanyaan yang mendasari geologi dan harus terjawab sebelum ada proses tunggal atau batu yang dipelajari.

Terbentuk dari apakah bumi ?
Semua material, gas-gas di atmosfer, air di samudra, dan batu-batu di pegunungan tersusun dari materi yang kecil yang disebut atom. Untuk mengetahui bumi, kita harus mengetahui apakah atom itu dan bagaimana atom dapat bergabung satu sama lain membentuk zat-zat yang berbeda.

Struktur atom
Atom terdiri dari partikel-partikel kecil yang berbeda, yaitu elektron, proton dan neutron. Elektron adalah partikel yang mempunyai massa terkecil dan memiliki muatan negatif. Proton mempunyai massa sekitar 1832 kali massa elektron dan memiliki muatan positif, besarnya muatan ini sama dengan muatan elektron. Neutron memiliki massa sedikit lebih besar yaitu sekitar 1833 kali massa elektron, tetapi tidak bermuatan. Proton dan neuton terkumpul di dalam inti (inti) setiap atom dan dikelilingi oleh awan elektron. Semua massa dan muatan positif dari atom dapat ditemukan pada inti atom dan muatan negatif terkonsentrasi pada awan elektron. Meskipun elektron megorbit dan berpindah dengan cepat, namun elektron tidak dapat melarikan diri (lepas) dari inti atom. Elektron terikat dengan muatan positif proton dan menarik seperti kutub-kutub magnet satu sama lain. Gaya tarik ini disebut gaya elektrostatis. Jadi keseluruhan muatan atom adalah nol, hal ini dikarenakan jumlah muatan positif proton harus sama dengan jumlah muatan negatif elektron yang mengorbit.

Tidak semua atom sama, boleh jadi atom berbeda dalam nomor atom (jumlah proton dalam inti atom) atau nomor massa (jumlah proton dan neutron dalam inti atom). Satuan massa atom adalah amu (atomic massa unit), yang masing-masing sama dengan massa proton. Pengaruh elektron pada atom umumnya kecil dan diabaikan. Atom juga berbeda dalam ukuran. Umunya elektron mengelilingi di sekitar inti atom, dan atom dengan nomor atom yang lebih besar akan mempunyai ukuran yang lebih besar dengan atom yang mempunyai nomor atom lebih kecil.

Unsur
Semua atom yang memiliki nomor atom yang sama dapat disebut unsur yang sama, mereka mempunyai sifat fisik yang sama dan bertingkah dengan cara yang sama dalam proses alam. Seperti bersifat gas dan beracun yaitu unsur clorin mempunyai 17 proton dan semua atom berat, padat dan unsur tidak stabil seperti uranium yang memiliki 92 proton. 88 elemen telah ditemukan di bumi dan di atmosfer dan 18 di antaranya dibuat oleh fisikawan inti. Meskipun demikian, hanya sebagian kecil yang berperan penting dalam proses-proses di bumi, sebagaimana ditunjukkan pada gambar tabel.

Isotops
Semua atom dari unsur-unsur mungkin mempunyai nomor atom yag sama, tetapi tidak perlu pula mempuyai mempunyai nomor massa yang sama. Atom-atom hidrogen (dengan nomor atom 1) boleh jadi mempunyai nomor massa 1, 2, atau 3 amu, tergantung dari berapa neutron (nol, satu atau dua) yang berada di dalam intinya. Atom-atom uranium (dengan nomor atom 92) mungkin mempunyai nomor massa 234, 235, atau 238 amu. Atom-atom dari satu unsur yang sama yang memiliki nomor massa yang berbeda disebut isotop. Untuk mengetahui isi atom, kita harus mengetahui nomor atom dan nomor massa.

Struktur dari unsur
Aspek tertentu dari struktur unsur sangat penting untuk diketahui material bumi, singkatnya atom dari suatu unsur akan digambarkan dalam bentuk model. Model paling sederhana adalah model atom hidrogen, intinya tediri dari proton tunggal (dengan nol, satu atau dua neutron), dan satu elektron yang mengelilingi intinya. Helium H mempunyai 2 buah proton dan dua buah neutron di dalam intinya, kedua atom tersebut memiliki jarak orbit elektron yang sama dari inti. Meskipun  tiga buah elektron dari atom Lithium  tidak mempunyai jarak yang sama dari intinya. Dua-duanya mengelilingi inti dengan jarak yang sama, tetapi yang ketiga lebih jauh lagi jaraknya. Elektron yang megelilingi inti akan memiliki jarak yang sama jika elektron tersebut dalam satu kulit yang disebut kulit elektron. Dalam kulit ini haya dapat terisi dua buah elektron, sama halnya untuk kulit terdalam dari atom Lithium, dan untuk elektron ke tiga harus berada di kulit yang berbeda. Sifat yang sama juga terjadi pada unsur dengan nomor atom 4 (Beryllium) dan 10 (Neon). Ke empat dari sepuluh elektron kira-kira memiliki jarak yang sama dari inti sama halnya untuk kulit yang ketiga, dan kulit elektron kedua berada diluar kulit yang pertama.

Sodium  juga berbeda, atom ini memiliki dua elektron di bagian kulit terdalam sebagaimana atom dari elemen dengan nomor atom 2 dan 10, dan 8 elekktron di kulit ke dua sebagaimana neon, tetapi elektron kesebelas berada di kulit ketiga. Hal ini dikarenakan hukum yang mengatur jumlah elektron yang mengisi setiap kulit, 2 buah elektron untuk kulit yang pertama, 8 buah untuk kulit yang ke dua dan 18 buah untuk kulit yang ke tiga, namun hukum ini tidak menjadi topik pembahasan kita.

Reaksi-reaksi yang melibatkan atom-atom
Atom-atom mengalami dua jenis perubahan yaitu reaksi kimia yang hanya melibatkan elektron yang berada di sekitar inti atom dan reaksi inti yang mempengaruhi inti dari atom itu sendiri. Pada  reaksi kimia, atom-atom berikatan satu sama lain tanpa merubah struktur inti. Sedangkan pada reaksi inti, inti atom berubah dengan bertambah atau kehilangan partikel inti, dalam proses ini unsur berubah menjadi unsur lainnya. Atom-atom dari semua unsur mengalami reaksi kimia dan hanya isotop tertentu dari unsur khusus yang mengalami reaksi inti. Tiga isotop dari potasium, sebagai contohnya, 
semuanya dapat mengalami reaksi kimia, tetapi hanya yang tengah yang dapat mengalami reaksi inti, kedua reaksi ini sangat penting untuk material bumi dan proses geologi.

Reaksi-reaksi inti
Dalam reaksi inti, inti atom dari suatu unsur terbentuk kembali menjadi inti atom dari unsur yang lain, sebagai contohnya reaksi inti dari salah satu isotop uranium :
Inti uranium berubah menjadi inti Thorium dengan kehilangan bagian dari materi penyusun inti yaitu dua proton dan dua neutron. Partikel ini disebut partikel alfa dan jenis reaksi ini disebut peluruhan alfa. Dan pada reaksi ini dilepaskan energi juga. Reaksi inti seperti ini, yang mana inti terpecah disebut reaksi fisi. Sedangkan reaksi inti yang melibatkan dua atom dari unsur yang sama dan membentuk unsur lainnya disebut reaksi fusi, reaksi fusi terjadi di matahari yang mana dua inti hidrogen bergabung membentuk inti helium, reaksi ini tidak terjadi di bumi.

Ketika terjadi reaksi inti terjadi secara spontan tanpa campur tangan manusia, dilepaskan beberapa energi dan proses ini disebut radioaktifitas. Unsur yang terlibat dalam reaksi ini disebut unsur radioaktif. Reaksi uranium akan dijelaskan lebih lanjut pada bab 8, di mana pemanfaatan dari radioaktivitas ini digunakan untuk mengukur umur dari material bumi yang akan didiskusikan.

Reaksi kimia dan senyawa
Atom dari beberapa unsur di alam adalah atom yang terisolasi dan tidak bergabung satu sama lain dengan atom lain, seperti atom-atom dari gas mulia : helium, neon dan argon. Meskipun demikian kebanyakan atom di alam ini dapat dijumpai dalam bentuk senyawa, beberapa unsur tersebut disebut dalam keadaan asli, yang mana atom-atom tersebut bergabung satu sama lain. Contoh umumnya adalah emas, sulfur, karbon dan oksigen, meskipun atom-atom dari unsur lain berkombinasi satu sama lainnya. Seperti air adalah gabungan dari atom oksogen dan hidrogen, dan garam dapur adalah gabungan dari atom natrium dan klorida. Tanpa memperhatikan bagaimana itu terjadi, beberapa gaya mungkin mengikat mereka bersama.

Ketika atom dari dua unsur yang berbeda berikatan bersama, umumnya mereka kehilangan sifat khususnya,dan menjadi senyawa dengan sifat yang berbeda. Sebagai contohnya adalah garam dapur, NaCl yang penting bagi manusia, namun sodium murni dan clorin murni akan berakibat fatal bagi tubuh manusia. Clorin murni adalah jenis gas hijau yang beracun dan sodium padat kuning akan meledak dan menimbulkan api jika diletakkan di dalam air.

Apa yang mengontrol ikatan
Sebuah perbandingan dari unsur inert (lembam) yang tidak berikatan satu sama lain dengan unsur reaktif menunjukkah bahwa ikatan dipengaruhi oleh elektron terluar. Gas mulia tidak mengalami reaksi kimia dikarenakan kulit elektron terluar terisi penuh (seperti helium dan neon) atau terisi sebagian dengan jumlah elektron stabil sebagaimana argon. Selain unsur ini mumpunyai kulit terluar atau subkulit yang tidak terisi penuh sehingga berikatan dengan unsur lainnya.
Efek dari elektron terluar dijelaskan ketika unsur diurutkan pada tabel periodik, jadi unsur dengan jumlah elektron sama di bagian kulit terluar di tempatkan pada kolom yang sama. Gas mulia berada di kolom paling kanan dan selanjutnya adalah unsur yang kekurangan satu elektron di kulit terluar atau subkulitnya. Di kolom paling kiri adalah unsur yang mempunyai satu elektron di bagian kulit terluar. Unsur pada kolom yang sama akan berlaku sama dalam reaksi kimia. Hal ini menunjukkan betapa pentingnya elektron terluar mempengaruhi dalam tingkah laku kimia.

Bagaimana ikatan terjadi ?
Empat jenis ikatan dari sebagian terpenting dalam geologi adalah : ikatan ionik, ikatan kovalen, ikatan metallik (logam) dan van der Wall’s. Semua material bumi terikat bersama dengan salah satu atau kombinasi dari beberapa ikatan tersebut.
Ikatan ionik, gas mulia tidak mengalami reaksi kimia dikarenakan kulit elektron terluarnya terisi penuh atau dengan sebagian yang stabil. Dalam ikatan ionik, atom akan bertambah atau kehilangan elektron di kulit terluarnya. Misalnya ikatan antara Lithium dan Flourida, LiF. Sebuah atom litium hanya memiliki sebuah elektron di kulit terluarnya. Atom ini akan stabil seperti atom helium jika melepaskan elektron terluarnya. Sama halnya dengan atom flourida akan stabil seperti atom neon jika menambahkan satu elektron di kulit terluarnya. Transfer elektron dari lithium ke flourin secara serempak menghasilkan susunan elektron yang stabil untuk keduanya tetapi juga menjadikan lithium dengan muatan positif ( tiga buah proton di dalam inti dan hanya mempunyai dua elektron yang mengorbit) dan flourin dengan muatan positif (sembilam proton di dalam inti tetapi dengan sepuluh elektron).
Partikel bermuatan tersebut disebut ion, ion bermuatan positif seperti lithium disebut kation dan ion bermuatan negatif seperti flourin disebut anion. Ion lithium dan flourin mempunyai muatan yang berlawanan dan saling tarik menarik satu sama lain dan saling berikatan degan gaya elektrostatis, ikatan keduanya disebut dengan nama ikatan ion dan paling umum dalam material bumi. Sodium dan clorin sebagai contohnya, keduanya saling berikatan ion dan membentuk garam dapur, NaCl.
Ikatan kovalen, atom-atom dari unsur yang sama atau dari elemen yang dekat satu sama lain dalam tabel periodik, kemungkinan berikatan satu sama lainnya dengan ikatan kovalen, seperti dua atom oksigen yang membentuk senyawa  

. Masing-masing atom oksigen mempunyai dua buah elektron yang mengisi kulit terdalam dan enam buah di kulit terluar yang memungkinkan untuk stabil adalah delapan buah elektron. Pada  dua belas elektron dari kedua atom oksigen di kulit terluar membentuk kulit khusus yang disebut orbit molekuler di sekitar dua inti. Interaksi antara dua inti dan orbit molekuler elektron mengikat dua inti secara bersama-sama, tanpa mempengaruhi elektron di kulit terdalam dan tidak ada ion yang terbentuk.

Dua atom oksigen yang berikatan kovalen tersebut disebut molekul, oksigen adalah unit terkecil dari molekul oksigen yang ada di bumi. Ikatan kovalen juga terjadi dalam bentuk padat, karbon yang terikat bersama-sama dalam mineral intan

Ikatan metalik (logam), ikatan yang terjadi antara atom seperti tembaga, emas dan perak terjadi dengan proses yang mirip dengan ikatan kovalen yang disebut ikatan logam. Seperti halnya ikatan kovalen, elektron terluar digunakan bersama oleh inti yang berbeda, tetapi pada ikatan logam elektron tidak digunakan bersama oleh inti dalam kelompok kecil. Malah semua elektron terluar dari semua atom yang ada digunakan bersama-sama oleh semua inti dalam logam dan bebas berpindah dari satu inti ke inti yang lainnya.

Ikatan van der Wall’s, beberapa senyawa mengalami gaya tambahan yang disebut gaya van der Wall’s. Gaya ini membantu ikatan ionik dan kovalen dalam mengikat atom satu sama lain. gaya ini berbeda dengan jenis ikatan yang ada karena tidak menimbulkan transfer atau penataan ulang elektron dari inti. Gaya van der Wall’s yang ada di dalam semua zat, terjadi antara atom-atom dari gas mulia seperti helium.

Dua buah elektron yang mengorbit inti atom helium dengan cepat, secara sederhana mereka dapat diposisikan pada sisi yang sama dari inti. Atom helium adalah unsur yang bermuatan netral, tetapi dengan kedua elektron di salah satu sisi dari atom dapat dipastikan bahwa akan timbul muatan positif dan negatif pada sisinya. Atom-atom bertingkah laku seperti magnet dan mempengaruhi elektron dari atom terdekat. Sisi positif berinteraksi dengan elektron dari atom helium terdekat dengan gaya elektrostatis yang sangat lemah. Tidak semua material bumi berikatan sepenuhnya dengan gaya van der Wall’s, tetapi gaya ini adalah gaya yang penting untuk beberapa zat seperi grafit dan talc.

Wujud zat
Unsur murni dan senyawa dapat dijumpai dalam tiga keadaan yaitu: padat, cair dan gas. Molekul dalam bentuk gas bebas bergerak dikarenakan gas berikatan satu sama lain dengan sangat lemah. Gas mengisi penuh setiap wadah dimana gas ditempatkan dikarenakan molekul gas dapat saling berdekatan dan jauh terpisah. Gaya kohesi pada cairan lebih kuat dari pada gas, molekul dalam bentuk cair juga dapat bergerak bebas, tetapi tidak dapat bergerak jauh terpisah atau lebih banyak dimapatkan. Cairan memiliki perpindahan yang tinggi tetapi tidak seperti gas yang mempertahankan volumenya ketika dalam jumlah kecil di tempatkan di wadah yang besar. Gaya kohesi pada zat padat jauh lebih kuat dari pada zat cair dan gas. Penempatan dari atom dan ion pada material padat bumi dipengaruhi oleh hukum-hukum yang akan di diskusikan pada bab 3.

Komposisi bumi
Planet kita diselimuti oleh tiga wilayah fisik/kimia yang berbeda, yang setiapnya terdiri dari kombinasi unsur yang unik dan jumlah komposisi yang unik dari zat padat, cair dan gas.

Atmosfer adalah bagian gas yang menyelimuti bumi, yang terdiri dari sebagian besar nitrogen dan oksigen tetapi juga sebagai wadah campuran gas-gas dan sejumlah partikel kecil (partikel debu, hujan es dan kepingan salju) dan cairan (hujan). Hidrosfer adalah lapisan cair yang menutupi bumi yang terdiri dari samudra, danau, sungai dan sumber air bawah tanah. Lebih dari 71 persen permukaan bumi adalah air yang berbentuk lautan. Hidrosfer lebih cenderung ke air, tetapi masuk ke  material karena yang zat yang terlarut di lautan dan air tawar seperti ion. Zat padat di bawa dan bercampur dalam air di permukaan bumi, dan gas juga larut di dalam air, tetapi hidrosfer pada dasarnya adalah cairan.

Bumi lebih cenderung ke zat padat dan dibagi dalam 3 bagian yaitu lapisan kerak, lapisan mantel dan inti. Seorang geolog dapat memperoleh sampel sederhana hanya dari lapisan kerak, komposisi dari keadaan mantel dan inti dapat disimpulkan dari metode pengindraan jauh yang akan di deskripsikan pada bab 19 dan 20. Oksigen dan silikon adalah unsur yang melimpah di dalam kerak dan mantel dan banyak material dari bagian tersebut adalah senyawa dari kedua unsur tersebut. Inti diperkirakan terdiri atas kombinasi dari logam nikel dan besi dari kepadatan dan sifat dari medan magnet bumi dan susunan dari meteorit. Pada bab 1 beberapa ratus kilometer pada bumi terbagi ke dalam lithosfer dan asthenosfer yang menjadi dasar kriteria fisik adalah perbedaan material penyusun pada kedua wilayah ini. Pembagian wilayah ke dalam kerak dan mantel adalah berdasarkan kriteria kimia dan hubungan antara lithosfer, asthenosfer, kerak dan mantel ditunjukkan pada gambar. Lithosfer terdiri dari seluruh lapisan kerak dan bagian atas dari mantel sebagaimana pada gambar. Sedangkan lapisan asthenosfer mempunyai ketebalan sekitar 100 sampai 150 km pada bagian mantel.

Atmosfer adalah wilayah yang mempunyai mobilitas paling tinggi tetapi memiliki kepadatan paling rendah, pergerakan sebagian besar massa pada atmosfer menyebabkan perubahan cuaca yang dapat kita ketahui dengan pergerakan angin. Hidrosfer lebih padat dari pada atmosfer tetapi juga memiliki mobilitas yang ditunjukkan oleh arus laut, teluk, sungai dan gerakan pasang surut. Bumi sendiri lebih padat, dan terasa tidak bergerak. Kita lihat pada bab 1, meskipun kelihatannya es itu padat namun masih dapat bergerak. Kita harus melihat beberapa contoh pada bagian bab yang lalu dengan paradoks bahwa material bumi yang padat dapat mengalami pergerakan.
Meskipun padat, cair dan gas adalah bagian dari interaksi bumi, perbedaan itu membawa proses kimia dan fisik yang penting. Sebagai contoh, erosi di garis pantai merupakan interaksi di wilayah laut dan benua yang padat. Batu hancur menjadi tanah dimana atmosfer dan bumi yang padat saling berhubungan, dan gelombang yang menyebrangi lautan dimana atmosfer dan hidrosfer juga berhubungan.

B.     Energi
Benua dan lautan di bumi, lava, debu vulkanik dan sungai yang terbentuk dari kombinasi yang berbeda dari 88 unsur yang berbeda di alam. Pada bab 3, 4, 6 dan 7 yang mana dijelaskan lebih umum dari mineral dan batuan, kita mungkin akan kelihatan lebih mendekati kombinasi ini, tetapi pertanyaan pertama pada bab ini harus terjawab, kita tahu bagaimana material bumi dapat terbentuk, dan pertanyaan kedua adalah apa yang membuat proses tersebut dapat terjadi ?
Jawabannya adalah satu kata yaitu energi, energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja atau aktivitas yang menyebabkan perpindahan tempat. Tanpa energi, bumi akan mati, planet yang diam. Dengan energi bumi menjadi dinamis, dunia yang aktiv. Terdapat beberapa jenis energi yaitu energi kinetik yang mencangkup panas dan listrik, radiasi yang meliputi cahaya dan sinar x, nuklir dan kimia. Banyak energi yang memainkan peran yang menyebabkan dan mempertahankan proses-proses di bumi. Untuk memehami faktor-faktor kompleks yang mengendalikan proses di bumi, kita harus melihat pada saling mempengaruhinya bentuk energi yang menyebabkan proses bekerja. Energi tentunya juga bagi proses dan kerja manusia. Sumber dan penggunaan energi untuk memenuhi kebutuhan manusia akan didiskusikan pada bab 22.

Jenis energi
Energi kinetik
Kemampuan perpindahan objek yang menyebabkan aktivitas pada objek lain disebut energi kinetik, komposisi dari objek yang berpindah tidaklah penting. Energi kinetik diperoleh dari pergerakan bukan dari komposisi atau keadaan dari materi. Bola billiard yang menggelinding mempunyai energi kinetik, ketika bola bergerak lurus dan menumbuk bola kedua dan menyebabkannya bergerak. Sama halnya molekul di aliran air sungai misissipi mempunyai energi kinetik oleh karena itu membuat butir pasir di palung bergerak.
Besar dari energi kinetik tergantung dari massa dan kecepatan dari objek yang bergerak :
Energi kinetik =  ½ mv2
 Kecepatan dari objek yang bergerak dan besarnya massa akan mempengaruhi besarnya energi kinetik. Luas dan kecepatan aliran sungai dapat menggerakkan butiran-butiran pasir dan lebih banyak proses geologi lainnya, sedangkan apabila aliran sungai kecil dan lambat energi kinetiknya pun kecil. Bayangkan seberapa besar energi kinetik yang dibutuhkan jika lempeng litosfer seukuran amerika utara dan atlantik sebelah barat bergerak di permukaan bumi sebagaimana membayangkan pada model lempeng tektonik.
Energi panas dan listrik adalah dua energi khusus dari energi yang timbul dari perpindahan partikel kecil. Energi panas adalah salah satu energi terpenting yang menyebabkan proses di bumi, energi listrik kurang penting untuk proses yang terjadi di alam, tetapi salah satu energi yang lebih banyak digunakan oleh manusia.
Panas adalah energi kinetik yang terkait dengan pergerakan dari atom, ion dan molekul dan disebut energi panas. Kecepatan dari atom-atom dan molekul-molekul dari gas dan cairan untuk bergerak akan mempengaruhi besarnya energi panas yang dihasilkan. Ketika dalam keadaan padat, atom-atom dan ion haya dapat sedikit bergerak. Ketika mereka bergetar berpindah dan kembali ke posisi semula mereka mempunyai lebih banyak energi panas pada saat kondisi padat. Temperatur tidak sama dengan panas meskipun mereka terkait. Temperatur dari suatu zat merupakan energi rata-rata dari atom sedangkan energi panas merupakan jumlah total energi dari atom-atom unsur tersebut. Pada sustu pertandingan dan gemuruh dari api unggun keduanya mungkin mempunyai temperatur yang sama tetapi sedikit diragukan pada panas yang dihasilkan. Coba panggang ayam pada suhu di pertandingan. Pada buku ini temperatur akan dinyatakan dengan derajat celsius.Co. Dengan titik beku air 0oC dan titik didih 100oC. Temperatur ruangan 68oF adalah 20oC pada skala celsius.
Energi panas berpindah dari satu tempat ke tempat lainnya, selalu dari benda panas ke benda yang lebih dingin dengan prises konduksi, konveksi dan radiasi. Konduksi adalah perpindahan panas antara benda yang saling kontak satu samalain dikarenakan atom dan ion dalam benda panas bergetar cepat dan berinteraksi dengan benda yang lebih dingin membuat gerakan semakin cepat. Dan beberapa energi akan disalurkan. Sebagai contoh sinar matahari yang menyinari batuan secara langsung di gurun pasir panasnya akan keluar di permukaanya. Energi panas akan menghangatkatkan bagian dalam mulai dari bagian luarnya. Pada konveksi partikel panas tidak bergetar di tempat tetapi bergerak dan berpindah membawa energi panasnya. Seperti udara yang dipanaskan dengan konveksi  dari tanah yang hangat dan naik. Udara dingin akan menempatinya dan menjadi hangat dan naik. Kenaikan panas udara disekitar atmosfer dengan konduksi mendinginkannya dan kembali ke tanah dan mulai berputar lagi. Pola perputaran dari udara ini disebut sel konveksi yang berpindah. Pada radiasi panas dirubah menjadi jenis energi yang berbeda (energi radiasi) dan dapat disalurkan melalui ruang hampa, dimana tidak ada partikel yang dipindahkan. Energi panas dari matahari dipindahkan ke bumi dengan proses radiasi melalui ruang hampa.

Energi listrik, jenis khusus energi kinetik yang dikaitkan dengan pergerakan elektron dari suatu zat disebut energi listrik. Pada kilat memerankan sebagian kecil dari proses di alam hari ini, namun kesepakatan eksperimen pada asal usul kehidupan menyarankan bahwa kilat pada atmosfer di bumi primitif mungkin membantu penciptaan molekul organik.

Energi radiasi
Radiasi cahaya, inframerah dan ultraviolet, sinar x dan gelombang radio adalah jenis dari energi radiasi. Semua gelombang elektromagnetik merupakan bentuk energi yang dibergerak seperti gerakan gelombang. Semua bentuk gelombang elektrimagnetik dapat berpindah melalui ruang hampa dan memiliki kecepatan yang sama (3 x 108 m/s). Perbedaan gelombang satu sama lainnya adalah pada panjang gelombangnya (jarak antara satu titik ketitik lain yang sama pada gelombang) dan frekuensi (jumlah dari panjang gelombang yang melewati pengamat pada tiap selang waktu). Perbedaan sifat dari energi radiasi ditunjukkan oleh besarnya perbedaan pada panjang gelombangnya. Beberapa gelombang radio memiliki panjang gelombang lebih dari beratus-ratus kilometer, dimana sinar x hanya memiliki panjang gelombang sekitar 1 angstrom. satu angstrom sama dengan 10-8 cm. mata kita hanya dapat mengamati energi radiasi pada panjang gelombang 3990 samapai 7700 Amstong (cahaya tampak), dan kita membutuhkan alat untuk mengamati gelombang yang lainnya.


Energi Nuklir (atomik)
Kita telah melihat bahwa beberapa energi yang terkandung dalam inti uranium 238 dilepaskan secara bersamaan ketika atom dirubah menjadi inti thorium. Kenyataannya energi nuklir dihasilkan selama reaksi inti dan disebut energi nuklir atau energi atomik.

Energi kimia
Selama reaksi kimia energi dari ikatan atom dan ion mungkin dilepaskan. Jenis energi ini disebut energi kimia, ketika petrolium digunakan sebagai bahan bakar kendaraan, energi kimia yang dilepaskan berasal dari ikatan molekul organik.digunakan untuk memutar roda.

Perubahan bentuk energi
Banyak jenis energi yang dapat dirubah ke dalam bentuk energi lainnya, hasilnya adalah hubungan yang kompleks dari transfer energi yang mengendalikan semua proses di alam. Energi dapat dirubah tetapi tidak bisa diciptakan atau dimusnahkan. Energi mungkin berubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain namun energi tidak menghilang. Bola yang menggelinding memiliki energi kinetik, tetapi kemana energi pergi ketika bola berhenti ? Beberapa energi digunakan untuk memanaskan atom di dalam material bola dan yang lainnya digunakan untuk menggerakkan molekul udara disekitar bola. Perubahan energi dari energi kinetik ke energi panas disebut friction.

Energi potensial
Ketika energi yang sebenarnya tidak digunakan untuk melakukan aktivitas atau kerja, energi tersebut dapat tersimpan di dalam material pada saat keadaan pasif, penyimpanan energi tanpa memperhatikan jenis zat disebut energi potensial. Baterai sebuah mobil berisi energi potensial listrik yang akan dilepaskan ketika saklar dinyalakan.sebuah atom uranium 238 pada reservoir memiliki energi potensial nuklir yang akan dilepaskan ketika reaksi nuklir terjadi. Molekul organik di dalam petrolium adalah sumber dari energi potensial kimia. Batu besar di puncak memiliki energi potensial kinetik yang siap dilepaskan ketika batu itu bergerak.

Perubahan bentuk energi
Perubahan  jenis energi ke bentuk yang lain seperti dari aktif ke potensial dan potensial ke aktif terjadi selama proses di bumi berlangsung. Lihat  sekilas pada proses geologi yang menunjukkan kekomplekan hubungan energi di bumi.
Apa yang menyebabkan sungai mengalir ? di mulai dari proses yang terjadi di matahari, reaksi fusi inti di matahari melepaskan sebagian besar energi nuklir. Energi ini dirubah dalam bentuk energi radiasi dan ada beberapa yang sampai ke bumi dimana energi ini berubah menjadi energi panas yang ada di atmosfer dan samudra. Energi panas melawan gaya kohesi antara molekul air di lautan dan menyebabkan perubahan wujud dari air cair menjadi uap air (evaporasi/penguapan). Energi panas dan lepasnya energi kimia menjadi energi kinetik menyebabkan uap air naik ke atmosfer. Banyak energi kinetik yang tersimpan di dalam uap air yang bergerak tersebut, tetapi akan lepas ketika gravitasi menariknya jatuh ke tanah. Energi kinetik inilah yang menyebabkan air mengalir di sungai.
Akhirnya air kembali ke lautan di mana air akan memulai siklus lagi, dengan semua perubahan energi, air kembali ke tempat semula dan keadaan (wujud) yang semula juga. Jumlah energi yang masuk dan keluar atau dilepaskan sama ketika terjadi siklus.

Sumber energi untuk proses di bumi
Sebenarnya yang kedua adalah jumlah dari energi yng mengendalikan semua proses di bumi. Semua proses internal seperti gempa bumi, pencairan batuan yang menghasilkan lava dan pergeseran lempeng lithosfer membutuhkan energi. Semua proses di permukaan seperti aliran dari arus laut dan ukiran pemandangan gletser juga membutuhkan energi. Untuk semua bagian , seperti proses internal dikendalikan oleh energi yang bersumber dari dalam bumi dan untuk proses yang terjadi dipermukaan dikendalikan oleh energi dari matahari.

Sumber energi internal
Sebagai penambang yang berada di dalam bumi, temperatur batuan di sekitar mereka meningkat. Di tambang yang dalam seperti tambang perak di Butte, Montana, dan tambang intan di afrika selatan, temperatur meningkat sangat cepat sehingga udara dingin di permukaan harus disirkulasikan  melewati tingkat yang lebih rendah atau akan menjadi panas untuk manusia yang bekerja di dalamnya. Temperatur di kerak dan mantel paling atas rata-rata meningkat sekitar 15oC sampai 60 odari kedalaman. Perubahan vertikal temperatur di bumi disebut gradien panas bumi. Kenyataannya temperatur meningkat dengan kedalaman dan hal ini menunjukkan bahwa ada sumber panas di dalam bumi.
Sumber energi panas yang penting di dalam bumi adalah radioaktivitas. Sebagian energi dilepaskan ketika terjadi reaksi nuklir yang disebut energi radiasi dan sebagian dilepaskan dalam bentuk energi kinetik yang dibawa oleh partikel alfa yang dikeluarkan dari inti. Tabrakan antara partikel dan interaksi dengan energi radiasi menyebabkan atom dan ion di dalam batuan bergetar dan menghasilkan energi panas. Unsur radioaktif seperti uranium, thorium, pottasium dan rubidium terkonsentrasi di dalam kerak bumi dan mantel bagian atas dimana unsur-unsur tersebut mensuplai energi untuk proses seperti erupsi gunung berapi. Sebagian kecil energi panas disuplai oleh reaksi kimia dan friction dari pergerakan material bumi menyebabkan pasang, tetapi sebagian kecil energi tersebut merupakan masukan dari reaksi nuklir.

Sumber energi eksternal
Semua energi yang dibutuhkan untuk proses di permukaan bumi berasal dari matahari dan mekanismenya akan didiskripsikan di bawah. Beberapa energi internal tidak berasal dari permukaan bumi seperti erupsi gunung berapi, namun kontribusinya sedikit. Beberapa energi kinetik juga berasal dari tabrakan meteorit, namun hal ini juga dampak yang penting.

Gravitasi
Meskipun pendek kata gravitasi bukanlah sebuah sumber energi seperti matahari, namun gravitasi merupakan penyebab aktivitas dan bertanggung jawab atas sebagian besar aktivitas geologi. Kenyataannya mungkin gravitasi telah diajarkan sebagai tema pemersatu dalam pelajaran ilmu bumi. Dalam bab ini kita akan melihat bagaimana gravitasi mengontrol sebagian besar variasi proses-proses seperti angin, sungai, gletser, erosi daratan dan pembentukan kerucut gunung yang berbeda dan jenis dari teori tabrakan yang mungkin tejadi antara  lempeng lithosfer yang berbeda.
Gravitasi adalah gaya yang timbul akibat interaksi dua buah benda atau lebih yang memiliki massa, tidak seperti benda yang timbul akibat interaksi magnet, dimana objek tidak membutuhkan komposisi yang spesifik. Issac newton menunjukkan bahwa gaya gravitasi antara dua benda tergantung massa benda dan jarak benda.
Dimana 𝜸 merupakan tetapan yang dipengaruhi oleh unit massa dan jarak benda. Semakin besar massa atau semakin dekat jarak maka gaya antara benda tersebut semakin besar, semakin kecil massa atau semakin jauh jarak antar benda maka semakin kecil gaya antar benda.
Massa bumi kurang lebih adalah 6,5 x 1021 ton jadi gravitasi merupakan gaya tarik yang kuat untuk di permukaan dan di atmosfer. Sebuah massa yang jatuh dari jurang dikarenakan tarikan gravitasi. Semakin jauh benda tersebut jatuh maka ketika benda tersebut dekat dengan bumi maka gaya yang dialami akan menjadi lebih besar. Kemudian benda yang jatuh bebas tidak jatuh dengan kecepatan tetap, dimana percepatannya adalah 980 cm/s2. Gravitasi juga berperan besar dalam proses yang terjadi di dalam bumi yang menyebabkan batuan tertarik ke bawah dimana tekanan meningkat di dalam planet. Tekanan yang dialami benda di permukaan bumi disebabkan efek dari grafitasi molekul udara di atmosfer. Di wilayah laut tekananya 1033 g/cm3 [14,7 lb/in2] atau 1 atm. Tekanan di dalam bumi jauh lebih besar ribuan kali di atmosfer. Unit standar untuk tekanan yang ada di dalam bumi adalah kilobar (kb), yang hampir sama dengan 1000 atm (987 atm), tekanan meningkat secara terus menerus seiring dengan meningkatnya kedalaman. Dan di dalam  kerak, tekanan meningkat 1 kb untuk setiap 3,3 km.
Pasang surut, gaya tarik gravitasi yang mempengaruhi proses di bumi tidak seluruhnya berasal dari bumi, kombinasi gaya tarik grafitasi bumi, bulan dan matahari menyebabkan salah satu proses utama di bumi, pasang surut, perubahan harian ketinggian lautan, dimana pasang surut ini menyapu sepanjang garis pantai di bumi. Dua kali sehari lautan pasang sampai pantai di teluk amerika utara, dan dua kali sehari laut surut sampai cekungan laut. Di daerah yang lain pasang surut air laut kurang teratur. Dan di beberapa daerah hanya sesekali pasang dan sesekali surut yang terasa dalam hari-hari yang lain. Proses  ini cukup tenang dan bertahap di kebanyakan tepi pantai dengan ketinggian yang berbeda dengan tinggi dan rendah air sekitar 1 atau 2 m sejauh timur dan barat tuluk amerika utara serta sedikit kurang di wilayah teluk pantai. Tetapi tidak semua pasang surut berubah secara drastis atau secara teratur. Sedikit pasang surut yang terjadi seperti kejadian di atas, seperti di pantai fundy. Jangkauan dari pasang surut sekitar 15 m (50 ft) dan di pantai yang berbeda antara pasang dan surutnya sungguh mengagumkan.
Apakah yang menyebabkan pasang dan surutnya lautan ? bumi berotasi, dan gaya sentrifugal menyebabkan laut menonjol keluar di lintang yang lebih rendah. Di waktu yang sama bulan menggunakan gaya gravitasi untuk menarik hidrosfer dan bagian bumi yang padat. Gaya gravitasi bulan menarik lebih kuat pada bagian bumi yang lebih dekat padanya dari pada bagian yang lebih jauh darinya. Gaya sentrifugal dan gaya gravitasi bulan menarik secara bersesuaian pada lautan dan hasilnya adalah cekungan pasang air laut yang disebut pengamat dengan pasang. Di bagian bumi yang berlawanan, gaya sentrifugal yang melawan tarikan bulan dan kenyataannya menguasainya dan air disana juga tertarik sehingga terbentuk tonjolan yang kedua. Ketinggian pasang terasa secara serempak di bagian bumi yang langsung di bawah bulan. Surut air laut akan terasa di bagian tengah antara dua bagian yang pasang. Bumi berotasi pada sumbunya, sehingga posisi geografi wilayah yang mengalami pasang surut berubah. Dan selama 360˚ (1 hari), dua pasang dan dua surut ditemukan.

Dua kali sebulan, ketika bulan dan matahari selaras dengan bumi, gaya gravitasi matahari bekerja dan membantu gaya tarik bulan. Pasang lebih tiggi daripada biasanya dan surutnyapun juga. Yang demikian tersebut dimana jangkauan pasang surut tidak seperti biasanya disebut pasang purnama. Ketika bulan, bumi dan matahari tersusun  sebagaimana di gambar, sebagian gravitasi matahari meniadakan gravitasi bulan. Pasang di laut lebih rendah dari pada biasanya dan surut lebih tinggi disebut pasang perbani.
Kesimpulan
Semua materi terdiri dari partikel kecil yang disebut atom, dimana atom tersusun atas proton, neutron dan elektron. Sebuah atom tunggal terdiri dari inti yang berisi proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan dan dikelilingi oleh awan elektron yang bermuatan negatif. Atom yang memiliki jumlah dapat dikatakan memiliki nomor massa yang sama dan unsur yang sama. Atom dengan nomor atom yang sama tetapi memiliki nomor massa yang berbeda disebut isotop.
Sebuah atom dari unsur boleh jadi berubah menjadi atom dari unsur lain dengan reaksi inti yang menyebabkan peningkatan atau penurunan jumlah proton di dalam inti. Atom mungkin juga bergabung dengan atom lainnya dengan reaksi kimia membentuk senyawa. Gaya yang mengikat atom dalam reaksi kimia dan membentuk senyawa melibatkan elektron terluar dan mungkin adalah ionik, kovalen, logam dan van der wall’s. tergantung dari interaksi alami antara awan elektron. Senyawa  sering bersifat berbeda dalam fisik dan sifat kimia dari unsur pokoknya.
Bumi dibagi menjadi beberapa wilayah yang berbeda secara fisik dan kimia. Atmosfer tersusun dari gas bertekanan rendah dan sebagian besar nitrogen dan oksigen. Hidrosfer menyelimuti seluruh permukaan dan air dalam tanah adalah cairan dan kebanyakan terdiri dari H2O. bagian bumi yang padat dibagi menjadi 3 bagian yaitu kerak, mantel dan inti, kerak sebagian besar tersusun dari 8 unsur yaitu oksigen, silikon, aluminium, besi, kalsium, sodium, potasium dan magnesium. Komposisi dari mantel dan inti adalah dari unsur yang kurang diketahui. Mantel seolah-olah tersusun dari sebagian besar besi dan magnesium dan lebih sedikit sodium, potasium dan aluminium dari pada kerak. Dan inti diyakini tersusun dari logam besi dan nikel.
Energi adalah kapasitas untuk melakukan kerja atau menciptakan aktivitas. Dan dibutuhkan untuk semua proses di bumi dan aktivitas manusia. Ada beberapa jenis energi, energi kinetik adalah energi yang dikaitkan dengan pergerakan. Kalor adalah  bentuk energi kinetik hasil dari getaran atom dalam padatan, cairan dan gas. Kalor mungkin disalurkan melalui benda secara konduksi, konveksi dan radiasi. Energi radiasi merupakan gelombang elektromagnetik yang ditentukan dengan panjang gelombang tertentu. Bentuk energi radiasi meliputi cahaya tampak, infra merah, radiasi ultraviolet, sinar x, sinar gamma dan gelombang radio.
Semua bentuk energi mungkin tersimpan dalam bentuk energi potensial sampai energi tersebut dipergunakan. Energi dapat berubah sehingga proses di bumi dapat berlangsung, energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dihancurkan. Energi untuk proses internal bumi berasal dari reaksi inti unsur radioaktif yang terkonsentrasi di kerak dan mantel, dan energi untuk proses di permukaan berasal dari energi inti dari matahari. Gravitasi adalah penyebab utama mekanisme proses di bumi. Kombinasi gaya tarik gravitasi antara bumi, bulan dan matahari menghasilkan pasang surut air laut.

0 komentar:

Posting Komentar

Share

Twitter Delicious Facebook Digg Stumbleupon Favorites More