OSEANOGRAFI

Kata “Oseanografi” di dalam Bahasa Indonesia adalah terjemahan dari kata Bahasa Inggris “Oceanography”, yang merupakan kata majemuk yang berasal dari kata “ocean” dan “graphy” dari Bahasa Yunani atau “graphein” dari Bahasa Latin yang berarti “menulis”. Jadi, menurut arti katanya, Oseanografi berarti menulis tentang laut.

Selain “Oseanografi” kita juga sering mendengar kata “Oseanologi”. Kata “Oseanologi” di dalam Bahasa Indonesia adalah terjemahan dari kata Bahasa Inggris “Oceanology”, yang juga merupakan kata majemuk yang berasal dari kata “ocean” dan “logia” dari Bahasa Yunani atau “legein” dari Bahasa Latin yang berarti “berbicara”. Dengan demikian, menurut arti katanya, Oseanologi berarti berbicara tentang laut.
 

Menurut Ingmanson dan Wallace (1973), akhiran “-grafi” mengandung arti suatu proses menggambarkan, mendeskripsikan, atau melaporkan seperti tersirat dalam kata “Biografi” dan “Geografi”. Akhiran “-ologi” mengandung arti sebagai suatu ilmu (science) atau cabang pengetahuan (knowlegde). Dengan demikian “Oseanologi” berarti ilmu atau studi tentang laut, sedang “Oseanografi” berati deskripsi tentang laut. Meskipun demikian, kedua kata itu sering dipakai dengan arti yang sama, yaitu berarti sebagai eksplorasi atau studi ilmiah tentang laut dan berbagai fenomenanya. Negara-negara Eropa Timur, China dan Rusia cenderung memakai kata Oseanologi, sedang negara-negara Eropa Barat dan Amerika cenderung memakai kata Oseanografi.

Istilah “Hidrografi” yang berasal dari kata Bahasa Inggris “Hydrography” kadang-kadang digunakan secara keliru sebagai sinonim dari Oseanografi. Hidrografi terutama berkaitan dengan penggambaran garis pantai, topografi dasar laut, arus, dan pasang surut untuk penggunaan praktis dalam navigasi laut (Ingmanson dan Wallace, 1985). Oseanografi meliputi bidang ilmu yang lebih luas yang menggunakan prinsip-prinsip fisika, kimia, biologi, dan geologi dalam mempelajari laut secara keseluruhan.

DISIPLIN ILMU TERKAIT

Secara sederhana, oseanografi dapat disebutkan sebagai aplikasi semua ilmu (science) terhadap fenomena laut (Ross, 1977). Definisi tersebut menunjukkan bahwa oseanografi bukanlah suatu ilmu tunggal, melainkan kombinasi berbagai ilmu.
Untuk mempermudah mempelajari laut, para ahli oseanografi secara umum membagi oseanografi menjadi lima kelompok, yaitu:

1. Oseanografi kimia (chemical oceanography): mempelajari semua reaksi kimia yang terjadi dan distribusi unsur-unsur kimia di samudera dan di dasar laut.
2. Oseanografi biologi (biological oceanography): mempelajari tipe-tipe kehidupan di laut, distribusinya, saling keterkaitannya, dan aspek lingkungan dari kehidupan di laut itu.
3. Oseanografi fisika (physical oceanography): mempelajari berbagai aspek fisika air laut seperti gerakan air laut, distribusi temperatur air laut, transmisi cahaya, suara, dan berbagai tipe energi dalam air laut, dan interaksi udara (atmosfer) dan laut (hidrosfer).
4. Oseanografi geologi (geological oceanography): mempelajari konfigurasi cekungan laut, asal usul cekungan laut, sifat batuan dan mineral yang dijumpai di dasar laut, dan berbagai proses geologi di laut. Kata lain untuk menyebutkan oseanografi geologi adalah geologi laut (marine geology).
5. Oseanografi meteorologi (meteorological oceanography): mempelajari fenomena atmosfer di atas samudera, pengaruhnya terhadap perairan dangkal dan dalam, dan pengaruh permukaan samudera terhadap proses-proses atmosfer

Pengelompokan oseanografi menjadi lima kelompok seperti di atas menunjukkan bahwa oseanografi adalah ilmu antar-disiplin. Sebagai contoh, proses atau kondisi geologi suatu kawasan laut dapat mempengaruhi karakteristik fisika, kimia dan biologi laut tersebut.

MENGAPA MEMPELAJARI OSEANOGRAFI?

Orang mempelajari oseanografi antara lain karena alasan-alasan berikut ini:

1. Memenuhi rasa ingin tahu. Di masa lalu, ketika otoritas ilmu pengetahuan masih terbatas pada kalangan tertentu, hal ini terutama dilakukan oleh para filosof. Sekarang, di masa moderen, ketika semua orang memiliki kebebasan berpikir dan berbuat yang lebih luas, mempelajari laut hanya untuk memenuhi rasa ingin tahu dapat dilakukan oleh siapapun.
2. Kemajuan ilmu pengetahuan. Mempelajari oseanografi untuk kemajuan ilmu pengetahuan banyak dilakukan di masa sekarang. Berbeda dari mempelajari untuk memenuhi rasa ingin tahu di masa lalu, mempelajari untuk kemajuan ilmu pengetahuan dilakukan secara sistimatis dan ilmiah berdasarkan hasil-hasil penelitian atau pengetahuan yang telah ada sebelumnya. Kemudian, hasil-hasil dari kegiatan ini dipublikasikan secara luas di dalam jurnal-jurnal atau majalah-majalah ilmiah.
3. Memanfaatkan sumberdaya hayati laut: seperti memanfaatkan ikan-ikan dan berbagai jenis biota laut sebagai sumber bahan pangan, dan bahan obat-obatan. Mempelajari oseanografi untuk tujuan ini secara umum dilakukan berkaitan dengan upaya untuk mengetahui keberadaan sumberdaya, potensinya, cara mengambil dan, dan upaya-upaya melestarikannya.
4. Memanfaatkan sumberdaya non-hayati laut: seperti mengambil bahan tambang (bahan galian dan mineral), minyak dan gas bumi, energi panas, arus laut, gelombang dan pasang surut. Berkaitan dengan tujuan ini, studi oseanografi dilakukan untuk mengetahui kehadiran, potensi, dan karakter sumberdaya.
5. Memanfaatkan laut untuk sarana komunikasi: seperti membangun sistem komunikasi kabel laut. Studi dilakukan untuk menentukan bagaimana teknik atau cara atau lokasi untuk meletakkan alat komunikasi itu di laut.
6. Memanfaatkan laut untuk sarana perdagangan: misal untuk pelayaran kapal-kapal dagang. Studi oseanografi perlu dilakukan untuk menentukan dan merawat alur-alur pelayaran, serta tempat-tempat berlabuh atau pelabuhan.
7. Untuk pertahanan negara menentukan batas-batas negara. Studi oseanografi untuk pertahanan negara terutama berkaitan dengan keperluan pertahanan laut, seperti untuk menentukan alur-alur pelayaran baik untuk kapal di permukaan laut maupun kapal selam, tempat-tempat pendaratan atau berlabuh yang aman, kehadiran saluran suara. Sementara itu, untuk keperluan menentukan batas-batas negara di laut perlu dilakukan studi oseanografi berkaitan dengan penentuan batas landas kontinen yang dipakai sebagai dasar untuk menentukan batas-batas negara di laut.
8. Menjaga lingkungan laut dari kerusakan dan pencemaran lingkungan karena aktifitas manusia. Berkaitan dengan tujuan ini, oseanografi dipelajari untuk mengetahui bagaimana respon lingkungan laut terhadap berbagai bentuk aktifitas manusia.
9. Mitigasi bencana alam dari laut, seperti erosi pantai oleh gelombang laut, banjir dan bencana karena gelombang tsunami. Bencana alam dari laut berkaitan erat dengan prosesproses yang terjadi di laut. Dengan demikian, untuk dapat menghindari atau mengurangi kerugian karena bencana tersebut, kita perlu memahami karakter proses-proses tersebut dan hasil-hasilnya.
10. Untuk rekreasi. Sekarang, kegiatan rekreasi banyak dilakukan di laut atau daerah pesisir, seperti menikmati pemandangan laut, berenang di laut, berjemur di pantai, menyelam, berselancar, berlayar. Untuk dapat menentukan lokasi yang sesuai untuk berbagai kegiatan rekreasional tersebut perlu dilakukan studi oseanografi. Sebagai contoh, untuk kegiatan wisata selam untuk menikmati keindahan terumbu karang, perlu dilakukan penelitian mengenai terumbu karang itu sendiri sehingga dapat diketahui lokasi keberadaan tempat-tempat yang menarik. Selain itu, untuk keamanan selama menyelam perlu dipelajari kondisi arus dan hewan-hewan yang berbahaya di lokasi wisata menyelam tersebut

Indonesia adalah suatu negara kepulauan. Diakuinya konsep wawasan nusantara dan negara kepulauan oleh dunia internasional membuat Indonesia menjadi suatu negara kepulauan terbesar di dunia. Dengan wilayah negara yang sangat luas dan sebagian besar berupa laut, dan memiliki daratan berpulau-pulau, maka bagi Indonesia mempelajari oseanografi menjadi sangat penting. Banyak sumberdaya alam Indonesia yang berada di laut, baik sumberdaya hayati maupun sumberdaya non-hayati. Sumberdaya laut yang sangat banyak itu hanya akan dapat dimanfaatkan dengan berkesinambungan bila kita mempelajarinya.

Selain sebagai sumberdaya, laut juga menjadi sumber bencana, terutama bagi penguni daerah pesisir dan pulau-pulau kecil. Bagi Indonesia yang memiliki wilayah laut yang sangat luas dan pulau-pulau yang sangat banyak, tentu akan besar pula potensi bencana dari laut. Oleh karena itu, dalam rangka upaya melakukan mitigasi bencana alam dari laut, maka mempelajari oseanografi juga merupakan suatu keharusan bagi bangsa Indonesia.

DAFTAR PUSTAKA

Ingmanson, D.E. and Wallace, W.J., 1973. Oceanography: An Introduction, Wadsworth Publishing Company, Inc., Belmont, California, 325 p.

Ingmanson, D.E. and Wallace, W.J., 1985. Oceanography: An Introduction, 3rd Edition, Wadsworth Publishing Company, Belmont, California, 530 p.

Ross, D.A., 1977. Introduction to Oceanography, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 438 p.

CTD

CTD (Conductivity Temperature Depth)

CTD (Conductivity Temperature Depth) adalah instrumen yang digunakan untuk mengukur karakteristik air seperti suhu, salinitas, tekanan, kedalaman, dan densitas.. Secara umum, sistem CTD terdiri dari unit masukan data, sistem pengolahan, dan unit luaran.

Unit masukan data terdiri dari sensor CTD, rosette, botol sampel, kabel koneksi dll. Sensor berfungsi untuk mengukur parameter karakteristik fisik air laut yang terdiri dari sensor tekanan, temperatur, dan konduktivitas. Botol sampel berfungsi sebagai wadah sampel air sedangkan rosset berfungsi untuk mengatur penutupan botol. Kabel koneksi berfungsi sebagai penompang, dan juga berfungsi sebagai pengantar sinyal. Telekomando akan memberikan sinyal kepada rosset untuk menutup botol secara berurutan, setelah mengambil sampel air laut.

Unit pengolah terdiri dari sebuah unit pengontrol CTDS (CTD Sensor) dan komputer yang dilengkapi perangkat lunak. Unit pengontrol berfungsi sebagai pengolah sinyal CTD, penampil hasil pengukuran serta pengubah sinyal analog ke digital. CTD mengontrol setiap kegiatan akusisi dan pengambilan sampel serta kalibrasi. Setiap penekanan tombol fungsi sesuai pada menu, maka printer akan mencetak posisi, kedalaman, salinitas, konduktifitas dan temperatur sehingga kronologis kegiatan pengoprasian CTD dapat terekam.

Sensor adalah sebuah piranti yang mengubah fenomena fisika menjadi sinyal elektrik. CTD memiliki tiga sensor utama, yakni sensor tekanan, sensor temperatur, dan sensor untuk mengetahui daya hantar listrik air laut (konduktivitas).

a. Sensor Tekanan.

Sensor tekanan merupakan sensor yang memanfaatkan hubungan langsung antara tekanan dan kedalaman. Sensor ini terdirai dari tahanan yang berbentuk seperti jembatan wheatsrone kemudian dinamakan strain gauge. Strain gauge merupakan alat resistansi yang berubah ketika mendapat tekanan, Tahanan ini akanmemegang peranan ketika mendapat gaya dalam bentuk fisika seperti tekanan, beban (berat), arus dll. (Herunadi, 1998).

b. Sensor Temperatur.

Sensor temperatur adalah sensor yang berpengaruh terhadap suatu hambatan, dalam bentuk termistor. Termistor (tahanan termal) merupakan alat semikonduktor yang berperan sebagai tahanan dengan besar koefisien tehanan temperatur yang tinggi dan biasanya bernilai negative. Alatini terbuat dari campuran Oksida-Oksida logam yang diendapkan seperti mangan, nikel, kobalt dll.

c. Sensor Konduktifitas.

Sensor konduktofitas merupakan sensor yang mendeteksi adanya nilai daya hantar listrik di suatu perairan. Sensor ini merupakan sensor yang terdiri dari tabung berongga danempet buah terminal elektroda platina-rhodium di belakang sisinya. Sebagai sensor yang melewati nilai konduktifitas maka rata-rata hasil proses dalam pengukuran akan melewati nilai rendah (low pass fliter). Sensor ini akan mulai mengukur ketika alat telah bergerak masuk kedalam air sampai pada posisi yang diinginkan. Sebenarnya sensor ini mengukur nilai konduktifitas untuk mengetahui nilai salinitas atau kadar garam di sebuah perairan sacara tidak langsung.

Prinsip Pengukuran CTD.

Pada Prinsipnya teknik pengukuran pada CTD ini adalah untuk mengarahkan sinyal dan mendapatkan sinyal dari sensor yang menditeksi suatu besaran, kemudian mendapatkan data dari metode multiplexer dan pengkodean (decode), kemudian memecah data dengan metode enkoder untuk di transfer ke serial data stream dengan dikirimkan ke kontrolunit via cabel.

CTD diturunkan ke kolom perairan dengan menggunakan winch disertai seperangkat kabel elektrik secara perlahan hingga ke lapisan dekat dasar kemudian ditarik kembali ke permukaan. CTD memiliki tiga sensor utama, yakni sensor tekanan, sensor temperatur, dan sensor untuk mengetahui daya hantar listrik air laut (konduktivitas). Pengukuran tekanan pada CTD menggunakan strain gauge pressure monitor atau quartz crystal.

Tekanan akan dicatat dalam desibar kemudian tekanan dikonversi menjadi kedalaman dalam meter. Sensor temperatur yang terdapat pada CTD menggunakan thermistor, termometer platinum atau kombinasi keduanya. Sel induktif yang terdapat dalam CTD digunakan sebagai sensor salinitas. Pengukuran data tercatat dalam bentuk data digital. Data tersebut tersimpan dalam CTD dan ditransfer ke komputer setelah CTD diangkat dari perairan atau transfer data dapat dilakukan secara kontinu selama perangkat perantara (interface) dari CTD ke komputer tersambung.

Bagaimana cara kerja CTD ?

CTD diletakan pada kerangka Rosette. Kemudian probe dihubungkan dengan kabel elektrik yang ada kerangka Rosette. Berat dari kerangka Rosette tersebut sekitar 25 Kg dan menghabiskan panjang kabel sekitar 5 meter untuk mengikat probe ke lengan-lengan kerangka. Setelah semua perangkat di pasang, akan lebih baik jika kita memeriksa keseimbangan peralatan, jika dipastikan fix maka kita dapat mulai memasukan CTD kedalam laut.

Langkah-langkahnya sebagai berikut :

1. Mulai dengan program akusisi data dan dilengkapi profil untuk mengidentifikasi data. Siapkan peralatan yang akan digunakan dan letakkan botol sesuai dengan prosedur paemasangan.
2. Setelah kerangka (Rosette) diletakan pada posisinya dan CTD (Probe atau rangkaian sensor yang sudah di Set) diletakan di dalamnya, maka instrumen ini akan ke sisi (pinggir) kapal, lalu dihubungkan kabel-kabek interkoneksinya maka instrumen tersebut siap diturunkan (lihat gambar 1).

GAMBAR 1

3. Setelah CTD siap untuk diturunkan maka kontrol unit di set untuk kondidi ON. Ketika kontrol unit sedang dipersiapkan maka instrumen (Rosette dan Probe) dapat diturunkan pelan-pelan mendekati permukaan air (lihat gambar 2).
   GAMBAR 2
4. CTD mulai diturunkan kedalam air secara pelan-pelan, dan pada saat inilah rangkaian Probe dan kontrol unit saling berhubungan untuk merekam data dalam benntuk sinyal analog pada tipe recorder. Pada saat ini juga prosedur akusisi dimulai dan kerangka Rosette pada CTD diturunkan dengan kecepatan tertentu sampai pada kedalaman yang diinginkan (lihat gambar 3).

GAMBAR 3

5. Pada saat CTD probe diturunkan maka pengiriman data ke kontrol unit juga di mulai. Perhatikan data yang di dapat dan keaadaan kece[atan penurunannya.
6. Setelah mendapatkan data yang diinginkan maka stop penerimaan data dari Probe. Berhentikan juga perekaman data pada recorder. Kemudian dapat ditarik ke permukaan air, dengan catatan tidak ada lagi data yang di kirim oleh CTD dan dipastikan OFF.
7. Setelah unit data akusisi di-Offkan dan instrument diletakan di atas kapal maka tekan End of Profile data dan diberhentikan akusisi program. Data yang di dapat bisa langsung disambungkan ke personal Computer atau direkam oleh Tipe Recorder.
8. Proses pengambilan data selesai.

ALAT PENGAMBILAN SAMPEL SEDIMEN DASAR LAUT

Secara umum sedimen batuan yang sering kita amati biasanya terletak di atas lapisan bumi yang disebut lithosfera. Pada bagian atas/permukaan dari lapisan ini (biasanya disebut sebagai kerak bumi) tersusun dari unsur-unsur pokok Si dan Al yang bersifat ganitik. Makin ke dalam, akan berubah susunannya menjadi Si dan Mg (atau disingkat sebagai SiMa) yang bersifat basaltic. Lithosfera ini biasa disebut sebagai mantel luar bumi.
Secara geologis bila sedimen berada dekat dengan pinggir kontinen (Continental margin) dikatakan bahwa sediment tersebut terletak di atas lempeng kontinen (Continental Crust). Namun bila berada jauh dari lempeng kontinen, biasanya terletak di atas lempeng samudra (Oceanic Crust).
Bayangkan samudera atau laut yang kering tanpa air. Seperti apakah permukaan dasar laut? Apakah akan kita jumpai rangkaian gunung dan lembah seperti di kontinen? Berapa tua usia batuan dan sedimen di dasar samudera?
Para ahli geologi di awal abad ke-19 berspekulasi bahwa dasar samudera berbentuk datar dan ditutupi oleh endapans lumpur yang tebal. Selama berabad-abad lamanya, mereka juga menyangka bahwa batuan tertua di bumi terletak di dasar samudera. Mereka percaya bahwa cekungan samudera telah terbentuk semenjak awal sejarah bumi dan sepanjang waktu secara perlahan dan kontinyu terisi oleh sedimen dari kontinen.
Data-data yang diperoleh semenjak tahun 1930-an telah memungkinkan para geologiawan untuk melihat dasar samudera yang relatif muda dan dinamis, dengan pegunungan, lembah, dan bentuk-bentuk topografi lainnya serupa dengan yang dijumpai di darat. Dasar samudera tidak lebih tua dari 200 tahun – suatu bagian kulit bumi yang berusia „muda“ dibandingkan dengan kontinen yang mengandung batuan yang berusia hampir 20 kali lipat.

A.Cakupan Geologi Marin
Para peneliti geologi marin mengkompilasi data topografi atau bentuk dasar samudera, distribusi dan jenis sedimennya, komposisi dan struktur batuan dibawahnya, dan proses geologi yang telah bekerja selam sejarah dasar laut. Mempergunakan informasi tersebut, mereka menilai sumberdaya mineral dasar laut, memprediksi lokasi bencana alam, menginvestigasi proses geologi marin, dan, dalam istilah yang lebih estetik, menambah pemahaman ilmiah kita terhadap bumi
Dalam sedimentologi tidak hanya berkaitan dengan masalah dinamika angkutan sedimen di dalam aliran, tetapi juga masalah mineral sedimen.
Beberapa penelitian telah berhasil dilakukan dalam kaitannya dengan angkutan sedimen. Penelitian tersebut dilakukan terhadap pengukuran laju angkutan sedimen suspensi aliran sungai, , pendugaan laju erosi daerah aliran sungai, pendugaan laju sedimen reservoir bendungan, penentuan lokasi rembesan di dasar reservoir bendungan, penentuan lokasi buangan pada pengerukan sedimen di pelabuhan yang telah mengalami pendangkalan , penentuan lokasi buangan pada rencana pengerukan sedimen untuk pembangunan pelabuhan, dan juga pengambilan sampel sedimen dasar laut.
Ketentuan pelaksanaan dalam pengambilan sampel dasar laut dapat dilakukan dengan prosedur sebagai berikut :
• Mengukur dan mencatat posisi pengambilan sampel dasar laut
• Mengamati sampel dasar laut (tekstur) dan penyebarannya di daerah survei.

B. Metode dan Peralatan Secara Umum
Hampir semua peralatan dan metode yang dipergunakan dalam studi dasar samudera ditemukan dan dikembangkan dalam paruh abad terakhir ini. Sehingga bisa dikatakan geologi marin adalah ilmu yang relatif muda dengan banyak hal yang masih belum tereksplorasi. Karena penelitian terhadap dasar laut secara langsung sangat sulit dan menghabiskan banyak waktu, hampir semua penelitian laut membutuhkan kapal dan instrumen oseanografi yang canggih.
Metode pengambilan sampel sedimen dasar laut yang tercepat dan termudah adalah coring.Coring adalah teknik yang digunakan untuk membawa sedimen dari dasar laut ke pemukaan untuk di analisis Coring dilakukan dari atas kapal dan menggunakan pipa metal panjang yang diberi beban diatasnya. Pipa tersebut dikaitkan pada kabel panjang yang multiguna dan bekerja sesuai prinsip “jatuh bebas” (sehingga disebut dengan gravity corer) ke dalam sedimen lunak (unconsolidated) di dasar laut. Data dari sampel core menyediakan banyak informasi tentang sejarah resen geologi bumi – sebagai contoh, perbandingan relatif saat erupsi volkanik dan periode glasiasi. Lapisan yang tidak teratur (highly disturbed) dapat mendokumentasi peristiwa katastropis longsoran bawahlaut yang ditimbulkan oleh gempabumi. Metode pengambilan sampel batuan dasarlaut lainnya adalah dredging dan grab sampling. Batuan dasar yang keras (hard bedrock) disampling dengan dredge yang diseret di sepanjang dasarlaut. Grab sampling dipergunakan untuk mengambil sampel permukaan secara cepat dan efektif.

1.Grab Sampling
Grab sampling adalah proses yang simpel dalam mengangkat sedimen permukaan dari dasar laut.Dalam Grab Sampling alat-alat yang digunakan adalah grab sampler dan core sampler.
Sampel sedimen yang diperoleh dibedakan jenisnya, kemudian diberlakukan sesuai hasil yang ingin dicapai.Misalnya, untuk mengetahui besar butir sedimen.
Untuk mengukur diameter kerakal dan kerikil bisa dilakukan secara langsung dengan alat Bantu vernier calipers. Pengukuran langsung ditujukan untuk mengetahui panjang, lebar, dan tebal setiap partikel. Masing-masing dimensi tersebut kemudian dijumlahkan untuk kemudian dibagi dengan bilangan 3 untuk mendapatkan diameter rata-rata setiap partikel.Cara pengukuran seperti itu dilakukan untuk setiap kelompok (dibuat 3-4 Kelompok) yang terdiri @100 partikel.
Untuk mendapatkan jenis-jenis partikel sediment yang lebih kecil, dapat dilakukan dengan cara ayakan bertingkat menggunakan mata ayakan (meshes) yang sesuai, sedangkan lamanya waktu mengayak bila menggunakan alat mekanis bias 10 menit atau lebih tergantung dari kondisi sedimen. Jumlah sedimen yang akan di ayak khususnya yang sebagian besar terdiri dari pasir diperlukan sekitar 100 gam. Bila melebihi 100 gram bias menyebabkan over loading sehingga bias berakibat timbulnya sumbatan sebagian atau seluruhnya dari lubang mesh. Oleh karena itu, ayakan perlu dicuci bersih lebih dulu sebelum melakukan pengayakan terhadap sampel baru.
Pengayakan dapat dilakukan dengan dua cara, yakni pengayakan cara basah (wet sieving) dan pengayakan cara kering (dry sieving).Pengayakan cara kering lebih disukai walaupun ada beberapa kendala. Cara ini lebih tepat untuk jenis sedimen yang tidak membentuk agregat atau yang sering disebut sebagai unconsolidated sediment atau sebagian peneliti ada pula yang menyebut sebagai noncohesive sediment, walaupun kenyataan di lapangan menunjukkan bahwa kebanyakan sedimen merupakan campuran antara gravel, pasir, dan partikel yang lebih halus.
Pengayakan cara basah yaitu partikel yang lebih halus (lanau atau lempung) sebanyak ±20 gram dimasukkan ke dalam gelas ukur volum 1000 ml, kemudian dituang aquades sebanyak 1 liter yang telah diberikan dispersant (33 gr sodium hexametafosfat dan 7 gr sodium karbonat). Partikel tersuspensi kemudian diaduk dengan pengaduk (stirrer) dimulai dari dasar gelas ukur ke arah atas sehingga seluruh partikel mengumpul membentuk tiang yang berputar-putar dan digunakan pengukur stopwatch. Pengambilan sampel suspensi menggunakan pipet dan kemudian dimasukkan ke dalam tabung Beaker da dikeringkan dalam oven berventikulasi pada suhu 100°C selama 24 jam, lalu didinginkan dalam sebuah desikator, terakhir penimbangan dengan batas ketelitian 0,001 gr.


1.Grab Sampler
Pengambilan contoh (sampel) sedimen dasar laut biasa dilakukan dengan alat yang dinamakan Grab sampler. Pengambilan dengan grab ini biasanya ditujukan untuk keperluan seperti analisa besar butir, analisa organisme bentos, dan analisa kimia sedimen terutama pada lapisan atas dari sedimen sampai beberapa cm kedalaman.Beberapa jenis diantaranya dan perkembangannya dari waktu ke waktu yaitu sebagai berikut :

a. Bottom Sediment Grab Sampler
Alat ini berguna untuk mengambil contoh (sampel) yang tepat dari sebuah konstruksi/bentuk sedimen dasar. Bagian dalam dari sampler (alat pengambil sampel sedimen dasar) harus masuk cukup dalam pada semua kedalaman sampel. Mekanisme tutupan yaitu sama sekali wajib tutup dan pegangan sampel mencegah sebaik mungkin pengeluaran selama pencarian. Demikian juga, selama sampler bagus harus berbentuk untuk mempekecil gangguan sedimen paling atas oleh tekanan gelombang sebagai sesuatu yang menurunkannya ke dasar.
Wilco® Ekman, Ponar dan Van Veen sampler bertemu untuk keperluan ini dan sampler yang istimewa untuk danau dan lambat bergerak dan melambai-lambai. BM-60 dan BM-54 adalah bentuk hidrodimika pada posisinya mempertahankan dalam perpindahan aliran sungai yang sangat cepat.

b. Benthic Sediment Bottom Sampler

• Ekman Bottom Grab Sampler

Ekman Bottom Grab Sampler adalah bentuk dari pengambilan contoh (sampel) dalam dasar danau yang lunak dan sungai tersusun dari kotoran, lanau, dan tanah gemuk yang dipakai bahan bakar (peat) halus. Sebagai alat pengambil sampel sedimen yang ditenggelamkan, dua tutup atas di buka dengan putaran yang tinggi membiarkan air lewat dan tutup pada pencarian dengan mencegah sampel hanyut. Ketika alat pengambil sampel sedimen tersentuh dasar, sebuah kurir mengirim selama perjalanan turun sumber saling dilengkapi yang diisi dengan gayung. Setiap alat pengambil sampel sedimen adalah terdiri dari 316 baja tak berkarat yang memasukkan pegas, kabel, dan pengancing. Juga tersedia yaitu 5 ft dan 10 ft perpanjangan pegangan alat pengambil sampel sedimen eksplorasi pada air yang dangkal sebagai pengganti sebuah kabel dan kurir. Alat pengambil sampel juga tersedia seperti baru dimana memasukkan 300 gm kurir tak bernoda, kabel 100 ft dan membawa tempat (perintah terpisah).

• Ponar Type Grab Sampler

Wildco Ponar Type Grab Sampler adalah alat pengambil sampel sedimen yang biasa dipakai karena sangat serba guna untuk semua tipe dari dasar yang keras seperti pasir, batu kerikil dan lumpur. Dapat juga digunakan dalam aliran, danau, kolam air, dan lautan. Modifikasi tipe Van Veen ini sendiri, perjalanan alat pengambil sampel sedimen memiliki keistimewaan pusat jepitan yang tinggi yang biasanya mencegah kehilangan sampel dari samping.Pada puncak adalah penutup air yang mengalir melalui selama pengendalian penenggelaman dan kurang gangguan dengan sampel. Alat ini dibuat dari baja yang tidak bekarat dengan lengan-lengan seng yang berlapis baja dan berat.
Alat pengambil sampel model Ponar terdapat dalam beberapa ukuran dengan model kecil (1/8” lapisan bersih) dengan mudah digunakan dari sebuah perahu kecil dengan kabel nilon. Model kaliber berat (1/4 ’’lapisan bersih) harus menggunakan sebuah pengukuran dalam air dengan gema suara (saunding reel).

• Van Veen Grab Sampler

Van Veen Grab Sampler adalah sebuah alat pengambil sampel bentuk kecil yang mengambil sampel pada dasar lunak. Memiliki lengan-lengan pengangkat yang panjang dan potongan tepi jelas pada dasar dari gayung-gayung, memungkinkan alat untuk memotong mendalam menjadi dasar yang lunak. Van Veen Grab Sampler adalah mesin dalam dua ukuran dari baja tak berkarat. Jepitan berat, rangkaian suppension, dan pintu-pintu dan sekat membiarkan arus lewat selama penurunan (penggelaman) ke dasar dan pasti turunnya vertical dimana di dalam air yang kuat arus ada. Secara relative area permukaan yang besar dan mekanisme penutupan yang kuat memberikan potongan untuk menggali sedimen secara relative tidak terganggu. Ketik kabel listrik membuat tegang lambat, rangkaian dempet pada puncak, pelepasan menggunakan ketegangan besar pada lengan-lengan panjang memberikan melebihi potongan-potongan , sebab mereka untuk mengangkat, lobang sangat dalam dalam sedimen, dan perangkap material seperti mereka tutup rapat sekali. Baja tak berkarat, 583 mikron, sekat-sekat pintu mempunyai penutup puing yang lunak yang mana selama menurunkan adalah pengangkat. Ketika grab menetapkan dasar, penutup kembali dan tutup sekat sama sekali mencegah sedimen lolos selama pencaian.

• Wash Stand

Wash stand ini adalah bentuk untuk penggunaan dengan Eckman, Ponar, Van Veen sampler yang mana dapat menjadi penyerang puncak dari jeriji palang yang berdiri yang pencucian sampel melalui 30 lubang Aplikasi teknik nuklir dalam sedimentologi telah berkembang melalui penelitian dengan menggunakan perunut dan sumber radioaktif serta pemakaian instrumen nuklir.


2.Core Sampler
Untuk mengetahui beberapa lapisan sedimen pada kedalaman beberapa meter biasanya digunakan alat Core Sampler berbentuk tabung yang diluncurkan dari atas kapal, kemudian dilakukan analisa atau diskripsi atas drill cuttings yang didapat.

• Pengerukan (dredging)

Pada tahun 1963, National Science Foundation memulai penelitian berskala internasional yang menyelidiki dasar laut, disebut Deep Sea Drilling Project (DSDP). Dengan menggunakan teknologi khusus yang dikembangkan oleh industri perminyakan, kapal DSDP mengebor dan mengambil banyak core dari dasar samudera, beberapa dengan panjang hingga kilometer. Di tempat-tempat tertentu di dunia, beberapa batuan sedimen tertua pada dasar samudera mencatat sedimentasi yang terus-menerus selama lebih dari 180 juta tahun. Batuan tersebut umumnya disusun oleh kerangka plankton berukuran mikroskopis dan partikel berukuran lempung. Jika ingin mengetahui sejarah bumi dengan lebih baik, adalah penting untuk melihat sedimen di dasarlaut dimana rekaman pengendapannya lebih lengkap dibandingkan sedimen di lingkungan darat. Informasi tentang klimat masalampau bumi, pola arus samudera, dan variasi volkanisme di masa lampau dapat dijumpai pada batuan dasarlaut tersebut.Pipa core yang sangat panjang dari DSDP mampu mengambil kolom sedimen dan batuan secara utuh hingga panjang lebih 1 kilometer.

a. Kapal Keruk Sederhana

• Bucket dredger

Bucket dredger adalah jenis tertua dari suatu kapal keruk. Biasanya dilengkapi dengan beberapa alat seperti timba / bucket yang bergerak secara simultan untuk mengangkat sedimen dari dasar air. Varian dari Bucket dredger ini adalah Bucket Wheel Dredger.
Beberapa Bucket dredger dan Grab dredger cukup kuat untuk mengeruk dan mengangkat karang agar dapat membuat alur pelayar

b.Kapal Keruk Modern

• Kapal Keruk Berisi udara (Pneumatic Dredger)

Kapal Keruk atau dalam bahasa Inggris sering disebut dredger merupakan kapal yang memiliki peralatan khusus untuk melakukan pengerukan. Kapal ini dibuat untuk memenuhi kebutuhan, baik dari suatu pelabuhan, alur pelayaran, ataupun industri lepas pantai, agar dapat bekerja sebagaimana halnya alat-alat levelling yang ada di darat seperti excavator dan Buldoser.

Ada beberapa jenis kapal keruk diantaranya adalah:

Sebuah TSHD membuang material dari hopper, jenis pembuangan ini disebut rainbowing, digunakan untuk melakukan reklamasi

• Kapal keruk penghisap / Suction dredgers

Beroperasi dengan menghisap material melalui pipa panjang seperti vacuum cleaner. Jenis ini terdiri dari beberapa tipe.
a.Sebuah trailing suction hopper dredger atau TSHD
menyeret pipa penghisap ketika bekerja, dan mengisi material yang diisap tersebut ke satu atau beberapa penampung (hopper) di dalam kapal. Ketika penampung suda penuh, TSHD akan berlayar ke lokasi pembuangan dan membuang Trailing suction hopper dredgermaterial tersebut melalui pintu yang ada di bawah kapal atau dapat pula memompa material tersebut ke luar kapal. TSHD terbesar di dunia adalah milik perusahaan Belgia yaitu Jan De Nul TSHD. Vasco Da Gama (33.000 m3 penampung, 37,060 kW total tenaga yang ada) dan perusahaan BelandaBoskalis TSHD. W.D. Fairway (35.000 m3 penampung).Pengerukan Indonesia memiliki pula kapal keruk jenis ini seperti TSHD. Halmahera dan TSHD. Irian Jaya. Digunakan untuk melakukan maintenance dredging di pelabuhan-pelabuhan seluruh Indonesia.Cutter-suction dredger
b. Cutter-suction dredger
Di sebuah cutter-suction dredger atau CSD, tabung penghisap memiliki kepala pemotong di pintu masuk penghisap. Pemotong dapat pula digunakan untuk material keras seperti kerikil atau batu. Material yang dikeruk biasanya diisap oleh pompa pengisap sentrifugal dan dikeluarkan melalui pipa atau ke tongkang. CSD dengan pemotong yang lebih kuat telah dibangun beberapa tahun terakhir, digunakan untuk memotong batu tapi peledakan. CSD memiliki dua buah spud can di bagian belakang serta dua jangkar di bagian depan kiri dan kanan. Spud can berguna sebagai poros bergerak CSD, dua jangkar untuk menarik ke kiri dan kanan.
Dua CSD terbesar di dunia adalah CSD milik Dredging International CSD D'Artagnan (28.200 kW) dan Jan De Nul CSD J.F.J. DeNul (27.240 kW).
c. Auger suction dredger
Ini seperti pemotong kapal keruk penghisap, tetapi alat pemotong yaitu Archimedean screw yang berputar pada pipa penghisap.
d. Jet-lift dredger
Ini menggunakan venturi effect dari sebuah aliran air pekat berkecepatan tinggi untuk menarik air yang dekat, bersama-sama dengan material dasar, dalam sebuah pipa.
e. Air-lift dredger
Sebuah Airlift (alat pengerukan) adalah sebuah tipe kapal keruk penghisap yang kecil. Alat ini kadang-kadang digunakan seperti kapal keruk lainnya.. Pada waktu lain sering sebuah airlift digunakan handheld di dalam air oleh pengemudi. Alat ini berkerja serangan udara dalam pipa, dan tarikan ai dengan alat tersebut.
f. Grab dredger
Sebuah Grab dredger mengangkat material dasar laut dengan sebuah grab berbentuk kulit kerang (clamshell grab), dimana bergantung pada sebuah papan derek, atau dibawa oleh lengan hidraulik, atau mlut seperti atas sebuah dragline. Tehnik ini sring digunakan dalam penggalian Lumpur teluk (bay mud).

•  Backhoe/dipper dredge

Backhoe/dipper dredger memiliki sebuah backhoe seperti excavator. Backhoe dredger dapat pula menggunakan excavator untuk darat, diletakkan di atas tongkang. Biasanya backhoe dredger ini memiliki tiga buah spudcan, yaitu tiang yang berguna sebagai pengganti jangkar agar kapal tidak bergerak, dan pada backhoe dredger yang high-tech, hanya memerlukan satu orang untuk mengoperasikannya.
Dua backhoe dredger terbesar di dunia adalah milik dari Bean L.L.C. yaitu TAURACAVOR dan milik dari Great Lakes Dredge & Dock Co. yaitu NEW YORK. Keduanya dilengkapi dengan Excavator Liebher

•  Water injection dredger

Water injection dredger menembakkan air di dalam sebuah jet kecil bertekanan rendah (tekanan rendah karena material seharusnya tidak bertebaran kemanapun, karena harus secara hati-hati agar material dapat dipindah) ke sedimen di dasar air
agar air dapat mengikat sedimen sehingga melayang di air, selanjutnya di dorong oleh arus dan gaya berat keluar dari lokasi pengerukan. Biasanya digunakan untuk maintenance dredging di pelabuhan. Beberapa pihak menyatakan bahwa WID adalah bukan pengerukan sementara pihak lain menyatakan sebaliknya.
Hal ini terjadi karena pengukuran yang seksama harus dibuat untuk mengukur kedalaman air, sedangkan beberapa alat ukur untuk itu (seperti singlebeam echosounder) kesulitan untuk mendapat hasil yang akurat dan harus menggunakan alat ukur yang lebih mahal (multibeam echosounder) untuk mendapat hasil ukuran yang lebih baik.

Marine Zone

Strands

Beaches or strands are geological formations made up of loose rock like sand, shingle, or cobble and are located along the shore of a body of water. In 1980, William Bascom challenged the idea that a beach is simply a set of sand put in motion by waves to a depth of 10  m or more along coasts. Based on his revised description, beaches also include the submerged longshore bars . In Bascom's description, a beach can either be a small system where rock material moves off and onshore by the force of waves and currents or a geological unit of considerable size.

The beach berm is the part of a beach above water (depending on the tide) that is actively influenced by the waves at some point in the tide. The berm has a crest at the top and a face, which is the slope leading down to the water. A beach berm is also considered a deposit of material (loose rock, sand, shingle or cobble) formed by the forces of the ocean water. At the bottom portion of the face there is usually a trough. Further out to sea at one of the longshore bars, there are underwater embankments where waves break. Sand deposits from the berm crest often extend far inland, the result of large storm waves. At a point higher on the beach where water cannot reach under normal weather circumstances, the wind begins to shape the sand into dunes and other sand formations.

There is no distinct line between a beach and dune because sand is always being exchanged between the two features. The drift line is the high point of material deposited by waves and could potentially be called the dividing line between the beach and the dunes. At the drift line, significant sand movement by wind can occur from storm waves when they reach far inland. In storm conditions, however, the drift line can also move inland under the raging waves.

The intertidal zone is located between low and high tide and is affected by tidal movements. The infratidal zone is located below the low tide line. The intertidal or littoral zone (also known as the foreshore) is located between average high tide and average low tide. Where water is trapped in rocky hollows at low tide, tide pools are often found.

The Formation of Beaches

Beaches are landforms that are made by wave loading, a process in which waves or currents move deposition (sand or other loose material) that has been suspended in water onto the land. Deposition can also accrue by the bouncing movement of large particles or saltation, where materials present on the beach come from the erosion process of rocks offshore, from headland erosion (a narrow piece of land jutting offshore), and from the slumping producing deposits of scree (an accumulation of rocks and debris at the bottom of a hill). Coral reefs are also significant sources of sand particles for beaches.

The nature of waves and the material available shapes the beach. Constructive waves add material and move it up the beach while destructive waves wash material down the beach. Sandy beaches are gently sloped due to the removal of sand by the backwash of waves. Shingle beaches are steeper because backwash seeps down between large particles and becomes weaker in force so the material is not as sculpted. The uneven edge of a sandy beach is formed when incoming waves divide, depositing sand as horns and scouring out sand to form cusps.

Marine Life Zones

Organisms living in the foreshore of the beach must be adapted to both wet and dry conditions as this area is underwater at high tide. Animals like sea anemones, barnacles, chitons, crabs, isopods, limpets, mussels, sea stars, snails and whelks have all adapted to survive being smashed by rough waves or carried out to sea.

The littoral zone can refer to the shoreline of a body of fresh or saltwater and also means any area close to the water or influenced by the water. For a freshwater biome, the littoral zone is the area with abundant light close to the shore. The littoral zone in a pond or lake allows for prolific photosynthetic activity and consequently hosts almost all of the aquatic plant life. Because the water is so near to littoral zones, both freshwater and saltwater, the organisms existing here are often found in dunes or estuaries. The large amount of water available helps to create a nice habitat for a variety of plants and animals and adds humidity, a feature that allows for the more unique organisms to survive. Humans also frequently rely on the littoral region as can be observed in the large populations living near the sea.

I. Pelagic - (1) Epipelagic (2) Mesopelagic (3) Bathypelagic (4) Abyssopelagic
II. Benthic - (5) Littoral, Sub-littoral (6) Bathyal (7) Abyssal (8) Ultra-abyssal | Note: depths are in meters

The littoral region consists of three subzones called the supralittoral zone, the intertidal zone and the sublittoral zone. The supralittoral zone or “spray zone” is only underwater during storms, and is located between the high-tide line and dry land. The intertidal zone is located between high and low tides. The sublittoral zone is always underwater and is below the low tide line. This zone extends all the way to where the continental shelf drops off into the abyssal plane.

Everything except areas near the coast and the sea floor is called the pelagic zone. The opposite term is the demersal zone which is the water near to and affected by the coast or the sea floor. The pelagic zone is divided into epipelagic, mesopelagic, bathypelagic, abyssopelagic, and hadopelagic zones.

The epipelagic zone stretches from the surface down to 200  m and is home to the greatest biodiversity in the sea, largely because of the availability of sunlight that enables photosynthetic organisms to thrive. Both marine plants and animals are found here. From 200-1,000  m is the mesopelagic zone, a twilight zone where some light filters through but does not reach a level of brightness necessary for photosynthesis to occur.

The bathypelagic zone is from 1,000-4,000  m and completely dark. Bioluminescent organisms, some of the strangest marine creatures of the deep live here.

Physonect siphonophores, a colony of specialized polyps found 2,000  meters down in the bathypelagic zone. Northern Atlantic Ocean, Oceanographer Canyon. Photographed by M. Youngbluth, OAR/National Undersea Research Program (NURP) ; Harbor Branch Oceanographic Institution  (NOAA Photo Library)

Plants are non-existent in the bathypelagic zone. Animals that can live here survive on the dead material, or detrius, that falls from surface zones on other animals that live in the deep sea. The giant squid is a resident of the bathypelagic zone and serve as a food source for deep-diving sperm whales. Most animals in the abyssopelagic zone, located from 4,000  m down, are blind and colorless due to the complete lack of light. The name, “abyssopelagic” comes from the Greek meaning "bottomless abyss", in times where it was thought that the deep ocean never ended. The hadopelagic zone is the area of deep water in the deepest ocean trenches. Hadopelagic is from the Greek for "Hades ", or the Greek underworld.

The photic zone (with light) of the open ocean consists of the epipelagic and mesopelagic zones. The aphotic zone (without light) of the open ocean consists of all the zones lower in the ocean. The lower zones are often simply grouped into the aphotic zone by marine biologists due to their similarities.

Other Marine Zones

The abyssal plain is a flat or gently sloping part of the ocean floor, reaching a depth between 2,200-5,500  m. In the abyssal plain, rocks are embedded into the ocean floor due to the lack of supporting heat energy below. This effect results in the flattest and smoothest regions of the world. Abyssal plains usually are found between the base of a continental rise (or shelf) and a mid-oceanic ridge. The surface was not always smooth, but became covered in fine-grained sediments like clay and silt deposited from turbidity currents and channeled down underwater canyons into deeper areas. Other sediments adding to the effect are clay particle dust blown into the sea from land and tiny pieces of dead plants and animals falling from surface layers. The Pacific Ocean has the least number of abyssal plains, the direct result of sediments in submarine trenches surrounding the Pacific Ocean becoming trapped.

Ocean Trenches

Trenches in the ocean are narrow and long depressions in the ocean floor. They are the deepest areas of the ocean floor and are usually several hundred kilometers long. Trenches are caused by the movement of tectonic plates, sometimes diving (becoming subducted) under another plate deep into the ocean floor. They usually stretch down 3-4  km below the surrounding ocean floor. The Mariana Trench is the deepest part of the ocean and was discovered during a voyage to the Challenger Deep .

The major ocean trenches are the Cayman Trench at 7,686  m maximum depth, the Japan Trench at 9,000  m maximum depth, the Kermadec Trench, the Aleutian Trench, the Kuril Trench, the Marian Trench, the Middle America Trench, the Peru-Chile Trench at 8,065  m maximum depth, the Puerto Rico Trench, the Ryukyu Trench (or Nansei-Shoto Trench), the Sundra Trench, and the Tonga Trench at 10,882  m maximum depth.

See Ocean depths at the Plankton Forums  for more information.

Geological Makeup of Marine Environments

A multitude of processes occur in the ocean from the movement of huge underwater plates to the conditions that affect the everyday life of the amazing creatures that can exist in some of the ocean's extreme environments.

The Continental Shelf

Most continents extend far beyond the point where ocean meets land. Their extended perimeter is referred to as the continental shelf. The ocean becomes very deep at the steep slope called the shelf break where the continental shelf ends and the abyssal plain, (or flat ocean floor) begins. Most shelves have a width of approximately 80  km and can measure anywhere between 30 m to 600  m in depth.

The largest shelf, the Siberian shelf in the Arctic Ocean, stretches1,500  km wide. Another large shelf is found in the South China Sea called the Sundra shelf. This shelf joins Borneo, Sumatra, and Java to the Asian mainland. The North Sea and the Persian Gulf also contain shelves. Some geographical areas do not have a continental shelf. This common where the leading edge of moving oceanic plates is found beneath the continental crust. There are no shelves off the coast of Chile or the west coast of Sumatra.

Continental shelves are places of great biodiversity and marine life due to the relative abundance of sunlight available in their shallow waters. In contrast, the abyssal plain has been described as a biotic desert. Shelves eventually become a source of fossil fuels if oxygen poor conditions in sedimentary deposits continue over long periods of time.

The shelf is the most familiar and well-understood area of the ocean floor to humans due to its great diversity of life. Fish species that inhabit continental shelves are quickly becoming overexploited because they are more easily accessible than deep water species. Continental shelves are also valuable for oil and gas exploration. Consequently, marine nations claimed sovereign rights to their continental shelves in the Convention on the Continental Shelf created by the UN's International Law Commission in 1958.

The law was partially overridden by the 1982 United Nations Convention on the Law of the Sea .

The Mid-Atlantic Ridge

The Mid-Atlantic ridge runs from Iceland to Antarctic and is the longest underwater mountain range on Earth. The ridge was formed by an oceanic rift separating the North American Plate from the Eurasian Plate in the North Atlantic Ocean. In the South Atlantic, the Mid-Atlantic ridge separates the South American Plate from the African Plate. The Mid-Atlantic ridge sits atop of the highest point of the mid-Atlantic rise, a bulge in the ocean floor where upward convective forces in the asthenosphere push up the oceanic crust and lithosphere. The discovery of the Mid-Atlantic ridge in the 1950s by Bruce Heezen  led to the theory of seafloor spreading and the acceptance of Wegener's theory of continental drift . The Mid-Atlantic ridge runs along plates that become increasingly more separated according to plate tectonics, a theory developed to explain continental drift.

There is constant movement in the ocean floor due to tectonic plates shifting, submerging deeper, or, as in the case of the Mid-Atlantic ridge, moving away from each other. In the area left behind, new crust is created when magma pushes up from the mantle. The rate of spreading is about 2.5 cm (~1 inch) per year or 25  km in one million years. Although this rate is relatively slow to humans, in terms of geologic time  the plates have moved thousands of kilometers. A good example of seafloor spreading is the Atlantic Ocean, which has transformed from a small inlet between Europe, Africa, and the Americas into the enormous ocean it is today (» read more ).

Plate Tectonics

Plate Tectonics - Difference between crust and lithosphere: Khan Academy 

Structure of the Earth: Khan Academy 

The Theory of Plate Tectonics  states that plates make up the outer layer of the Earth and have slowly moved long distances throughout the history. This theory explains how the continents once fit together in a single continent called Pangaea . The movement of continents explains how animals became separated onto different continents, and it explains how mountains, volcanoes, and ocean trenches were formed, and why earthquakes occur. The underlying theory behind plate tectonics is that the force of gravity is stronger on a heavy, cooled ocean floor than it is on a hotter and lighter floor. The boundaries at which plate tectonics occur are: convergent boundaries, divergent boundaries, collisional boundaries, and transform boundaries. Crust is formed at divergent boundaries and consumed at convergent boundaries. Crustal plates collide at collisional boundaries and slide against each other at transitional boundaries.

Plate Tectonics - Evidence of plate movement: Khan Academy 

The Theory of Plate Tectonics came about in the 1960s to explain seafloor spreading and continental drift. Around 1915 a scientist named Alfred Wegener published the first edition of "The Origin of Continents and Oceans " in which he proposed that the shapes of the east coast of South America and the west coast of Africa indicate that may have been attached at some point in history.

In 1962, American geologist Harry Hess  suggested that, instead of continents moving through the ocean crust, an entire ocean basin and its connected continent actually moved together as a plate. Once the Theory of Plate Tectonics was accepted, a multitude of questions were explained and a scientific revolution occurred in geophysics and geology.

Other scientific phenomena were explained by plate tectonics as well, such as how the collisions of converging plates had enough force to lift the sea floor into thinner atmospheres.

The Science of Plate Tectonics

Tectonic plates are solid bodies of rock floating on top of theasthenosphere , an area that is partially molten. The plates themselves are what make up the lithosphere , which is the Earth's crust and the solid portion of the upper mantle .

The lithosphere is cooler, heavier, and more rigid than the asthenosphere and is made up of seven large plates including: theAfrican Plate , the Antarctic Plate , the Indo-Australian Plate , the Eurasian Plate , the North American Plate , the South American Plate , and the Pacific Plate .

Continental crust and oceanic crust behave differently due to their varying composition, so scientists named two types of lithosphere: the continental lithosphere and the oceanic lithosphere. Oceanic lithospheres are denser than continental lithospheres due to the high mafic mineral content  in the ocean.

The Details of Plate Boundaries

As mentioned above, plates move in four different ways: convergent , divergent , collisional , and transform boundaries . As these moving plates meet along their boundaries, earthquakes are caused and volcanoes, mountains, and oceanic trenches are formed.

Plate Tectonics - Geological Features of Convergent Plate Boundaries: Khan Academy 

Convergent boundaries occur where two plates slide towards each other and form a subduction zone, where plates slide underneath each other or an orogenic belt (a.k.a. collisional boundary) where plates simply collide and compress. When a dense oceanic plate collides with a less-dense continental plate, the oceanic plate is usually pushed underneath, forming a subduction zone where the ocean floor looks like an oceanic trench on the ocean side and a mountain on the continental side. A subduction zone is found on the western coast of South America where the oceanic Nazca Plate  is in the process of subduction beneath the continental South American Plate. The continental spine of South America is dense with volcanoes. These volcanoes are formed by the transfer and heating (by friction) of organic material from the bottom, a process that releases many dissolved gases that can erupt to the surface.

Another example is the Cascade mountain range  in North America, which extends north from California's Sierra Nevada range. Volcanoes such as these are known for long periods of quiet and episodic eruptions starting with the expulsion of explosive gas containing fine particles of glassy volcanic ash and spongy cinders. A rebuilding of the pressure with hot magma follows this phase. The Pacific Ocean is completely surrounded by volcanoes; hence, it is called The Pacific Ring of Fire . Crumpling of both plates or compression of one plate occurs when two continental plates collide and one overrides the other. For example, the Himalayas were formed when an Indian subcontinental plate was thrust under part of the Eurasian plate. In Japan, it is common to see two oceanic plates converging to form an island arc as one plate is subducted under the other plate.

Plate Tectonics - Geological Features of Divergent Plate Boundaries: Khan Academy 

Divergent boundaries occur where two plates slide apart. The space created here is filled up with crust newly brought up from molten magma below. The East African Great Rift Valley  is an example of a rift formed by a divergent boundary. Divergent boundaries most likely form at hotspots where convective cells bring large quantities of molten material from the asthenosphere up and there is enough kinetic energy to break through the lithosphere. The Mid-Atlantic Ridge is thought to have come from a hotspot that widens a few centimeters every century. Hotspots may be a future source of energy as they are thought to be an abundant source of hydrogen. Countries like Iceland are actively researching geothermal energy  as a source for the world's firsthydrogen economy .

Fracture zones or fault zones in the oceanic ridge system are created by divergent boundaries due to a non-uniform rate of spreading. These fracture zones result in many submarine earthquakes and appear on a map as patterns divided by lines perpendicular to the ridge line. The patterns are caused by a conveyor belt motion away from the center of divergence.

A major piece of evidence supporting the theory of sea-floor spreading was found at the mid-ocean ridges when airborne geomagnetic surveys revealed an odd pattern of symmetrical polar magnetic reversals on opposite sides of the center of each ridge. These reversals corresponded directly with the Earth's polar reversals  and the theory that the sea floor moves in huge plates was confirmed. Additional evidence was supplied by measuring the ages of rocks in each band. With all the evidence combined, it was obvious that huge plates moved away from each other and collided. With the new information it was even possible to create a detailed map of the rate of spreading.

Transform boundaries are formed when plates grind past each other along transform faults. Huge plates grinding past each other cause immense friction and the effects of the stress build-up are highly visible. With transform boundaries, stress builds up in both plates until they reach the slipping point where the built-up potential energy is released in the form of a motion along the fault line. In many cases this energy becomes an earthquake. The San Andreas Fault  is an example of a transform boundary where the movement of the Pacific and North American plates builds potential energy released in the form of earthquakes.

The Movement of Oceanic Plates

Tectonic plates are able to move because they float on the relatively fluid asthenosphere . The source of energy for the movement of tectonic plates is thought to be the loss or dissipation of heat from the mantle  of the Earth. Dissipation of heat from the mantle is converted into two forces, the force of friction and the force of gravity.

Plate Tectonics - Compositional and Mechanical Layers of the Earth: Khan Academy 

Plate Tectonics - The Mohorovicic Seismic Discontinuity: Khan Academy 

BBC News - Goce gravity data traces Moho boundary

The transmission of convection currents in the mantle through the asthenosphere is driven by the force of friction occurring between the asthenosphere and the lithosphere known as mantle drag. Trench suction occurs when local convention currents pull plates at subduction zones and ocean trenches downward with the force of friction.

Plate Tectonics - How we know about the Earth's core: Khan Academy 

Gravity is another force in the movement of tectonic plates. There are several different types of plate motion caused by gravity including ridge-push plate motion and slab-pull plate motion. With ridge-push plate motion plates at oceanic ridges are higher in elevation and are prone to sliding down due to the force of gravity. The name is actually not representative of what is actually happening, since there is no pushing going on but rather the sliding down of plates. The underlying cause of motion is upwelling from the convection occurring in the mantle, and this is what triggers the sliding of plates. Slab-pull plate motion is the other gravitational force and is the result of cold, dense plates sinking into the mantle at places where there is a trench.

Plate Tectonics - Plates Moving Due to Convection in Mantle: Khan Academy 

Convection

The idea that convection, or the circulation of liquid or gas, occurs within the mantle is supported by strong scientific evidence. Scientists are almost certain that the upwelling of materials particularly around the mid-ocean ridges is caused by convection. It is still not clear what forces move tectonic plates. At first, it was thought that the force of friction between the asthenosphere and the lithosphere was key and that plates sit on top of huge convection cells like conveyor belts. As more data was gathered it became clear that the force of friction was not significant enough to drive the motion of tectonic plates alone. Now it is thought that slab-pull is the strongest force and trench suction follows closely in significance.

Plate Tectonics - Hawaiian Islands Formation: Khan Academy 

The Movement of Plates

Over long periods of time, geologic in scale (approx. every 500 million years), supercontinents  form and break up. For example, the supercontinent known as Rodinia  formed approximately a billion years ago and was the starting material for all the current Earth's continents. About 750 million years ago, this supercontinent broke up into eight different continents which then formed two supercontinents called Laurasia  (North America, Europe and Siberia/Asia) and Gondwana  (China, India, Africa, South America, and Antarctica) about 350 million years ago which then reassembled about 275 million years ago to form what is known as the supercontinent Pangaea . Tectonic forces then began breaking Pangaea apart which continues today.

Plate Tectonics - Pangaea: Khan Academy 

The Earth is not the only planet where plate tectonics can occur. It is thought from observations made in 1999 of the magnetic fields of Mars by the Global Surveyor spacecraft  that plate tectonics may have once been at work on Mars.

Hydrothermal Vents

Hydrothermal vents  are fractures (cracks) in Earth's surface where geothermally-heated water pulses through. Usually, a hydrothermal vent is found where hot magma  is close to the surface crust as in volcanically active locations. The Earth has quite a few geothermal vents due to its geologically active nature and the vast amount of water present at the surface. Hot springs , fumaroles , and geysers  are all examples of geothermal vents on land. The Yellowstone National Park  in the United States is home to a spectacular display of hydrothermal vents.

Hydrothermal vents in the ocean floor are called submarine hydrothermal vents or black smokers  and were discovered in 1977 around the Galapagos Islands by the National Oceanic and Atmospheric Administration  using a small submersible calledAlvin . They are usually hundreds of meters wide and are formed when water heated geothermally to extreme temperatures (up to 400°C ) rises through the ocean floor. The water never boils because of the extreme pressure it is under at that depth. They contain many dissolved minerals like sulfides  that usually crystallize into a chimney-shaped structure. The black color comes from the precipitation of minerals when the cold ocean water and the superheated water collide. These black smokers exist in the Pacific and Atlantic Oceans usually at about 2,100  m in depth.

The areas around black smokers contain entire complex communities of organisms who survive using chemicals dissolved in the fluids of the vents. These waters are too deep for sunlight to penetrate, so the vent communities rely on chemosynthesis instead of photosynthesis  where heat, methane , and sulfur compounds  are converted into energy. At the base of the food chain are chemosynthetic microorganisms  that support entire communities of giant tubeworms, clams, and shrimp. Other planets that may have hydrothermal vents are Mars  and Europa .

Fascinating new species are always being discovered in and around black smokers. The Pompeii worm (Alvinella pompejana ) is an animal living exclusively in hydrothermal vents of the Pacific Ocean. This worm was discovered in the early 1980s by French researchers and is known now to be the “hottest animal on Earth” and an example of an extremophile (or an animal that can live in these extreme environments). In 2001, the scaly-foot gastrod (Crysomallon squamiferum ), was discovered during an expedition to the Indian Ocean's Kairei hydrothermal vent field. This animal utilizes pyrite and greigite, iron sulfide compounds, to build it's hardened body parts instead of the usual calcium carbonate . The armor plating is most likely used to defend the animal from predatory snails with huge teeth in the same area. It is thought that iron sulfide is stabilized by the extreme pressure of 2,500  m ocean water allowing the compound to be used by organisms.

The Lost City

In December 2000, a series of hydrothermal vents were discovered during a National Science Foundation  expedition to the mid-Atlantic ocean that are very different from the black smoker hydrothermal vents found in the 1970s. A subsequent expedition in 2003 used Alvin to explore these vents and the details of data recovered were published in March 2005. What is being called The Lost City  is a series of vents located on the seafloor mountain Atlantis Massif , where hydrogen rich fluids and methane are produced by reactions between seawater and the upper mantle peridotite . The fluid produced here is highly basic (pH  9-11) with temperatures that range from 40° to 90°C . The Lost City consists of about 30 chimneys composed of calcium carbonate and standing 30-60  m tall in addition to many smaller chimneys.

The vents found at the Lost City release methane and hydrogen into the ocean water and in contrast to black smokers, they do not release a lot of carbon dioxide, hydrogen sulfide or metals. The Lost City is also much older than black smoker vents, an observation made possible using strontium, carbon and oxygen isotopic data and radiocarbon ages to document 30,000 years of hydrothermal activity. Consequently, organisms living in Lost City vents are completely different from those living near black smokers; hence, Lost City vents do not contain a lot of chemosynthetic microorganisms found near volcanically driven black smokers. The animals that do live near Lost City vents consist of small invertebrates with carbonate structures like snails,bivalves , polychaetes , amphipods  and ostracods . Microorganisms living here include: Methanosarcina -like archaea and bacteria related to the Firmicutes . In addition to the variety of scientifically interesting chemosynthetic organisms supported by black smokers, the Lost City provides scientists with a model of an ecosystem driven by abiotic  methane and hydrogen. A large portion of scientific research into whether life exists on other planets, relies on the study of extremophiles like these here on Earth.

Cold Seeps

A cold seep or cold vent  is a vent that is not superheated but hydrogen sulfide, methane and hydrocarbon-rich fluid still seep out into the surrounding water. The reactions between seawater and methane create carbonate rock formations and reefs over time. Cold seeps do not work in short, unpredictable bursts like many hydrothermal vents but are instead slow and dependable.

Light independent organisms exist in entire communities in and around cold seeps. The organisms that live in cold seeps usually live longer than those at hydrothermal vents due to the relative stability of resources. The longest-lived noncolonial invertebrate is a cold seep tubeworm that lives from 170-250 years. Most of the organisms living in cold seeps are reliant on a symbiotic (each benefits from the other) relationship with chemoautotrophic  bacteria, organisms that process sulfides and methane through chemosynthesis into chemical energy. The chemoautotrophic bacteria are classified into archaea and eubacteria  and power the lives of larger organisms like vesicomyid clams  and vestimentiferan tubeworms . In exchange, the clams and tubeworms provide a safe haven for the bacteria and also a source of food. The entire structure and formation of the reefs and rock formations could be dependent on bacterial reactions. The strategy of some bacteria in cold seeps is to create mats, covering the ocean floor. One example is the beggiatoal  bacterial mat in Blake Ridge , off the coast of South Carolina.

Dr. Charles Paull is credited with the discovery of cold seeps in 1984 at a depth of 3,200  m in the Gulf of Mexico, although the deepest cold seep found is located in the Sea of Japan at a depth of 5,000-6,500  m. Since then, additional cold seeps have been found in the Gulf of Mexico, the Sea of Japan, and in waters off the Alaska's coast.