HUBUNGAN PULAU SAMOSIR DENGAN KALDERA GUNUNG TOBA

Deskripsi geologis dari jawaban ini bisa dilihat pada peta yang sudah saya terbitkan di tautan ini: Geological Map of Samosir Island (with Geophysical Map of Toba Caldera).

>edit: kalimat-kalimat rancu sudah diperjelas.

Saya pilih pertanyaan ini karena kalimatnya terlihat sederhana tapi ternyata sulit untuk dijawab. Demi menjawab pertanyaan ini, saya berusaha membaca hampir semua pustaka terkait sejarah geologi Sumatra Utara yang dibuat sejak tahun 1955 hingga sekarang. Walaupun kerak mikro benua Sibumasu, tempat pembentukan Pulau Samosir, telah ada sejak ±1 Milyar tahun yang lalu, para peneliti hanya bisa menggambarkan sejarah geologi Sumatra Utara yang terjadi sejak 350 juta tahun belakangan ini . Mengapa begitu? Karena semua batuan berumur > 350 juta tahun di Sumatra Utara telah termetamorfkan sehingga struktur, tekstur, dan komposisi kimia batuan aslinya sudah tidak bisa diketahui lagi.

Gambar 1. Contoh Fosil Aviculopecten sp. Fosil seperti inilah yang ditemukan oleh Hagerup di dalam batu sabak di dekat Teluk Panahatan, Kabupaten Simalungun, Sumatra Utara (Klein, 1917). Keberadaan Fosil Aviculopecten sp. menunjukkan bahwa batuan tersebut berasal dari Zaman Karbon (sekitar 300 - 350 juta tahun yang lalu. Sumber gambar dari Aviculopecten - Alchetron, The Free Social Encyclopedia.

Oke, saya tidak akan menceritakan keseluruhan sejarah geologi Sumatra Utara (dan Danau Toba secara khusus) sejak 350 juta tahun lalu, karena bakal kepanjangan. Saya melihat bahwa orang Indonesia sukanya mengobrol, jadi saya akan obrolkan panjang lebar mengenai sejarah geologi Toba ini di forum-forum informal Quora apabila diminta. Sampai bertemu di sana!

Pembentukan Pulau Samosir

Sekarang kita masuk pada cerita utama, yaitu proses pembentukan Pulau Samosir. Apakah Pulau Samosir terbentuk dari lahar sisa Gunung Toba zaman purba? 30% ya, karena terdapatnya batuan gunung api pra Toba di Batuguru Pangaloan dan di sisi utara Pulau Samosir dekat kantor desa Marlumba*[8][9]. Batuan gunung api tersebut berumur kira-kira 1 - 3 juta tahun dan diperkirakan berasal dari material yang menggelontor dari puncak gunung api strato (bayangkanlah seperti Gunung Merapi di Yogya). 

Gambar 3. Asal muasal batuan gunung api pra Toba menurut Chesner dan Rose (1991).

Danau Toba sendiri adalah kompleks kaldera yang terbentuk melalui tiga fase: OTT, MTT, dan YTT. Fase OTT terjadi pada 840 ribu tahun yang lalu dan menyebabkan terbentuknya Kaldera Porsea, kemudian disusul dengan fase MTT pada 500 ribu tahun yang lalu, dan yang terakhir, fase YTT pada 74 ribu tahun yang lalu. Setelah letusan YTT tersebut, terjadi pembentukan Gunung Pusukbuhit, Pulau Pardepur, Kubah Lava di Tuktuk, Ambarita, dan Marlumba pada kurun 70 sampai 55 ribu tahun lalu, barulah kemudian diikuti oleh proses pengisian Danau Toba sampai penuh selama 1500 tahun†.

Gambar 4. Tiga buah kaldera penyusun Danau Toba. HDT adalah kaldera Haranggaol yang terbentuk karena letusan hebat gunung api pra Toba pada 1,2 juta tahun yang lalu. TT adalah kubah lava Tuktuk, PV adalah Gunung Pusukbuhit, SV adalah Gunung Singgalang, TV adalah Gunung Tandukbenua, dan PD adalah kubah lava Pardepur. SF adalah Patahan Besar Sumatra (Chesner, 2012).

Produk hasil letusan-letusan kompleks kaldera Danau Toba diendapkan di atas batuan-batuan gunung api Pra Toba. Khusus di dalam area kaldera, ketebalan material hasil erupsi Toba diperkirakan mencapai > 1000 meter. Di atas material hasil erupsi kaldera-kaldera Toba itu kemudian diendapkan sedimen hasil pengendapan Danau Toba purba pra pembentukan Pulau Samosir. Sedimen ini dikenal sebagai Formasi Samosir dan terdiri dari lapisan-lapisan lempung, pasir, serta produk hasil longsoran dinding kaldera-kaldera Toba. Umur sedimen ini sekitar >46 ribu hingga 12 ribu tahun (Solada, 2018).

Gambar 5. Endapan Danau Toba purba di 2°38'19.8"N 98°42'39.0"E. (A) Lokasi tambang lempung masyarakat untuk pembuatan batako (ada di Google Street View), (B) - (E) Lapisan-lapisan lempung pada Formasi Samosir di (A). Gambar oleh Katharine Solada (2018).

Lalu kapan Pulau Samosir muncul dari Danau Toba? Menurut Solada (2018), Pulau Samosir mulai terangkat dari dasar Danau Toba selambat-lambatnya 34 ribu tahun lalu dan proses pengangkatan itu mulai berhenti pada 8200 tahun lalu. Saat ini tidak diketahui apakah Pulau Samosir masih terus naik atau tidak (belum ada penelitian terbaru yang membahas soal ini). Laju pengangkatan Pulau Samosir tidak seragam: sisi timur terangkat lebih cepat (sekitar 2 cm/tahun) dibanding sisi baratnya (antara 0.3 sampai 0.5 cm/tahun).

Apa yang menyebabkan terangkatnya Pulau Samosir dari dasar Danau Toba? Galetto dan Caricchi (2017) menduga bahwa naiknya Pulau Samosir dari dasar Danau Toba diakibatkan oleh naiknya pasokan magma baru lewat dapur magma lama di bawah Danau Toba. Dugaan tersebut didasarkan pada dua hal berikut.

• Bukti-bukti kimia batuan gunung-gunung api di dalam Danau Toba itu sendiri. Kubah-kubah lava di Pulau Samosir memiliki kadar alkali dan silika yang mirip dengan endapan letusan Toba pada 74 ribu tahun lalu, berbeda dengan batuan-batuan di Gunung Pusukbuhit dan Pulau Pardepur yang kadar alkali dan silikanya lebih rendah (lihat gambar 6). Hal itu menunjukkan bahwa Gunung Pusukbuhit dan Pulau Pardepur dibentuk oleh pasokan magma baru yang menerobos ke luar sekaligus mendorong magma lama untuk keluar sebagai kubah lava di sisi timur Pulau Samosir (Chesner, 2012).
• Keberadaan gundukan di Tuktuk Mogang dan Mata Air Panas Rianiate. Menurut Aspden (1980), gundukan-gundukan tersebut diduga terjadi karena magma yang menerobos hingga cukup dekat dengan permukaan tanah namun gagal meletus dan membentuk gunung api. Gundukan-gundukan tersebut terbentuk jauh setelah Pulau Samosir terwujud (kira-kira ≤18 ribu tahun yang lalu, menyesuaikan data dari Solada [2018]).

Gambar 6. Skema sederhana dapur magma di bawah Danau Toba pada saat ini.

Keterangan tambahan:

*) Keberadaan singkapan batuan gunung api pra Toba di Marlumba agak meragukan, karena ada kemungkinan batuan tersebut berasal dari kubah lava Marlumba di dekatnya (bukan dari gunung api pra Toba). Kita menunggu hasil pemetaan geologi dan geofisika Pulau Samosir yang lebih detail di masa mendatang.

†) Chesner (2012) mengatakan bahwa Danau Toba terisi dahulu sampai penuh barulah gunung-gunung api pasca YTT terbentuk. Yang manapun urutannya, keduanya sama-sama logis sampai penelitian di masa mendatang membuktikan bahwa salah satunya tidak benar. Pendapat saya bahwa gunung-gunung api pasca YTT terbentuk dahulu baru Danau Toba terisi didasarkan atas fakta bahwa Kaldera Batur, yang meletus pada 20 ribu tahun yang lalu, tidak terisi penuh sampai sekarang. Padahal curah hujan di area Danau Batur (1750,9 mm/tahun) hampir sama dengan di Danau Toba (1972 mm/tahun). Bisa jadi Danau Toba sudah ada saat pembentukan gunung-gunung api pasca YTT namun masih dangkal sehingga gunung-gunung tersebut tidak meletus di dalam air.