Batuan
Sedimen
Provenance,
Proses, dan Diagenesis Sedimen
Batuan sedimen berasal dari pelapukan dan erosi batuan yang telah ada sebelumnya.
Sedimen
tertransportasi oleh bermacam-macam agen termasuk gravitasi, air yang mengalir,
angin dan es yang bergerak (gletser).
Sediment tersebut akan berpindah dari asalnya ke tempat-tempat
pengendapan yang beragam. Di tempat tersebut sedimen diendapkan dalam berbagai
macam litofasies yang karakternya tergantung pada lingkungan pengendapannya.
Setelah pengendapan dan terjadinya timbunan sedimen, akumulasi sedimen itu
mengalami diagenesis.
Proses-peroses fisika, kimia dan
biologi mengakibatkan:
(1) perubahan dari sediment menjadi batuan sediment
(2) terjadinya modifikasi pada tekstur dan mineralogi pada batuan.
Diagenesis berlawanan dengan pelapukan karena proses pelapukan merupakan
perubahan dari batuan menjadi tanah. Arah reaksi keduanya berlawanan. Pada
pelapukan terjadi degradasi dan proses yang mengakibatkan batuan menjadi lepas,
terdiri dari mineral yang stabil pada permukaan bumi. Sedangkan pada diagenesis
material sedimen berubah menjadi lebih padu.
Pelapukan dan Provenance
Sifat endapan sediment pada berbagai lingkungan tergantung pada beberapa
faktor yaitu :
1.
Sumber atau tempat sediment itu berasal, yang
mengontrol jenis material yang
terdapat sebagai sedimen
2.
Pelapukan dan transportasi, yang mengontrol
perubahan-perubahan yang terjadi pada material sedimen
3. Keadaan lingkungan pengendapan
sedimen.
Pelapukan
Pelapukan secara umum terbagi menjadi proses yaitu:
1. Proses fisika yang disebut sebagai disintegrasi
2. Proses kimia yang disebut dekomposisi.
Prinsip disintegrasi pada pembentukan tanah atau sedimen yaitu
berkurangnya ukuran butir tanpa perubahan pada komposisi kimianya. Hal ini
terjadi akibat penghancuran secara fisika melalui:
• Abrasi, yaitu proses penggerusan batuan oleh agen transport seperti air
dan es.
• Frost Action, yaitu proses pembekuan air dalam batuan. Hal ini
mengakibatkan batuan
terpecah akibat bertambahnya volume air ketika membeku.
• Aktivitas biologi, di antaranya rekahan pada batuan karena pertumbuhan
akar.
Berkurangnya ukuran butir mengakibatkan bertambahnya luas permukaan
partikel. hal ini tentunya akan meningkatkan laju reaksi kimia yang terjadi
selama proses dekomposisi.
Proses dekomposisi diantaranya oksidasi, reduksi, solusi (larut),
hidrasi, dan hidrolisis. Oksidasi adalah proses dimana bilangan oksidasi
(valensi) suatu ion meningkat sedangkan reduksi adalah kebalikannya. Salah satu
proses oksidasi yang umum pada pelapukan yaitu oksidasi pada besi.
Contohnya adalah magnetit, suatu mineral yang umum ditemukan pada batuan
beku, sedimen dan metamorf yang berubah menjadi mineral hasil pelapukan yang
umum yaitu hematite.
4Fe2O3.FeO + O2 ---> 6 Fe2O3 Magnetit + Oksigen hematite
(Contoh proses reduksi yaitu pembentukan pirit pada kondisi anaerobik.)
Air berperan
sangat penting dalam proses dekomposisi sebagai pelarut atau reaktan.
Contohnya air dan asam pada larutan merupakan dua agen
pelarut utama. Pelarutan adalah proses
yang mana material yang dapat larut terlarut, atau pecah menjadi ion.
Contohnya yaitu dekomposisi pada
piroksen:
(Mg, Fe, Ca)SiO3 + 2 H+ + H2O ---> Mg2+ + Fe2+ + Ca2+ + H4SiO4 Piroksen
+ Ion Hidrogen + air Ion Mg, Fe, Ca + molekul silicic acid
Reaksi yang sama terjadi pada mineral ferromagnesian
silicates yang lain. Ion Ca, Mg dan silicic acid yang dihasilkan pada reaksi
ini tertransportasikan jauh melalui larutan. sedangkan ion Fe mungkin mengalami
oksidasi atau hidrasi atau keduanya dan terpresipitasi sebagai hematite atau
geotit.
Hal yang sama, mineral karbonat terlarutkan
menghasilkan ion Ca, Mg dan molekul bikarbonat, yang semuanya tertransportasi
sebagai larutan.
Air juga penting
dalam hidrasi dan hidroslisis.
Hidrasi adalah reaksi air dan komponen yang lain yang
menghasilkan fase lain. Contohnya, goetit yang dihasilkan dari hematite melalui
reaksi hidrasi:
Fe2O3 + H2O ---> 2 FeOOH
Hidrolisis adalah reaksi kelebihan H+ atau OH- yang
dihasilkan reaksi yang bersangkutan. Reaksi
hidrolisis terlihat sebagai reaksi penggantian kation suatu struktur mineral
oleh hydrogen.
Contohnya, pelapukan olivine menjadi silicic acid, ion
Fe dan Mg, dimana hydrogen menggantikan Mg dan Fe.
(Mg, Fe)2SiO4 + 4 H2O ---> xMg2+ + 2-xFe2+ + H4SiO4 + 4 (OH)-
Hal yang sama terjadi pada hidrolisis feldspar dan segera setelah itu
membentuk mineral lempung kaolinit:
KAlSi3O8 +H2O ---> HAlSi3O8 + K+ + OH-
2 HAlSi3O8 + 9 H2O ---> Al2Si2O5(OH)4 + 4 H4SiO4
Setiap proses dekomposisi adalah perubahan mineral yang tidak stabil pada
permukaan bumi berubah menjadi mineral, molekul, atau ion yang lebih stabil
dibawah kondisi permukaan. Produk utama
pada proses ini yaitu kuarsa, mineral lempung, oksida besi, dan ion seperti
Ca2+ dan Mg2+.
Tiga produk hasil pelapukan karbonat berupa:
ion Ca dan Mg-, Mineral lempung, dan kuarsa serta opal dihasilkan dari
proses yang kira-kira sama dengan umur bumi yaitu 4,5 miliar tahun.
Kestabilan relatif dari mineral selama proses pelapukan dikemukakan oleh
Goldich (1938) yang merupakan kebalikan dari Deret Bowen. Dia menemukan bahwa Olivine, Augite
(klinopiroksen), dan Ca-plagioklas lebih mudah terlapukan dibandingkan dengan
kuarsa dan muskovit. Walaupun secara umum hal ini benar, proses pelapukan lebih
rumit dari perkiraan. Hal lain yang
mempengaruhi adalah iklim, mikroba dan tanaman dan asam yang dihasilkannya.
Olivine, augite, dan plagioklas mengandung unsur Mg, Na, K, Ca, yang mudah
telepas melalui pemecahan ikatan ion dengan oksigen. Si, Al, dan Ti membentuk
ikatan kovalen dengan oksigen yang lebih sulit untuk pecah, yang mencegah
pemecahan mineral seperti kuarsa.
Provenance
Provenance adalah sumber material sedimen, yang
merupakan faktor utama yang menentukan komposisi sedimen. Faktor provenance
mengontrol proses pelapukan dan sifat sedimen yang dapat disuplai oleh berbagai
macam agen. Faktor ini diantaranya relief dan elevasi yang merupakan fungsi
dari setting tektonik, iklim dan vegetasi yang bersangkutan, serta komposisi
dari batuan asal.
Pada komposisi batuan asal kita bisa mengambil contoh
yang sederhana, bila batuan asalnya banyak mengandung kuarsa maka sedimen yang
dihasilkan akan banyak mengandung kuarsa juga. Bila batuan sumbernya kaya akan
feldsfar maka sedimen yang dihasilkan akan banyak mengandung feldsfar dan
mineral lempung tergantung dari tingkat pelapukan batuannya.
Relief dan elevasi dari provenance akan berpengaruh
pada dekomposisi dan disintegrasi, dan transportasinya. Relief adalah perbedaan
ketinggian didalam cekungan erosional, yang mengontrol laju erosi. Secara umum,
daerah yang memiliki relief yang tinggi, yang merupakan daerah uplift yang
aktif, akan mengalami laju erosi yang tinggi. Sebaliknya pada daerah yang
berelief rendah yang umumnya datar memiliki laju erosi yang rendah.
Daerah yang datar merupakan daerah metastabil dimana
energi potensial minimum. Konsekuensinya material tidak bisa turun dan
mengakibatkan laju disintegrasi rendah, hal ini akan mengakibatkan proses
dekomposisi berlangsung cukuip lama.
Elevasi provenance juga penting, karena elevasi akan
mempengaruhi iklim, dimana pada gilirannya akan mempengaruhi proses
disintegrasi dan dekomposisi. Pada elevasi yang tinggi air akan membeku, hal
ini tentunya akan menyebabkan proses disintegrasi terutama frost action
berperan cukup dominan.
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pada elevasi
yang tinggi proses disintegrasi cukup dominan sedangkan pada elevasi yang
rendah terutama daerah tropis proses dekomposisi cukup dominan.
Iklim dan vegetasi juga memiliki peran yang penting.
Pada iklim dingin laju proses dekomposisi akan rendah sedangkan laju proses
disintegrasi akan tinggi. Sebaliknya pada iklim hangat proses dekomposisi akan
lebih dominan daripada proses disintegrasi dan pada iklim panas proses yang
dominan adalah disintegrasi sama seperti pada iklim dingin. Vegetasi akan
banyak pada iklim hangat, basah dari pada iklim dingin dan panas. Vegetasi
dapat menghasilkan asam organik dan senyawa lain yang dapat menyebabkan proses
dekomposisi. Contohnya lava muda di Hawaii yang ditutupi oleh tumbuhan
(lichens, yang banyak mengandung besi, terlapukan lebih tinggi daripada batuan
yang sama dan seumur.
Hal ini dapat menjawab pertanyaan mengenai proses disintegrasi
dan dekomposisi pada pre-Devonian yang vegetasinya kurang, dimana pada
pre-Devonian proses disintegrasi lebih penting dari pada dekomposisinya
sehingga sedimennya sedikit mengandung lempung.
Produk hasil
pelapukan
Produk yang dihasilkan dari pelapukan yaitu kuarsa,
mineral lempung dan oksida besi dan hidrat yang merupakan material residu yang
tertinggal di tanah yang dihasilkan dari batuan yang terdekomposisi tinggi.
Silicic acid dan kation berbagai logam (termasuk Ca, Mg, Fe, Mn, Na, dan K) dan
P akan tertransportasikan jauh dari sumbernya.
Transportasi
sediment
Transportasi sedimen dimulai ketika material
terlapukan dan ion terlarut. Transportasi material yang terlarut disebut
transportasi larutan, sedangkan material padat tertransportasi melalui
transportasi mekanik. Transportasi mekanik di antaranya falling, sliding,
rolling, bouncing(saltation), flowing dan transportasi supensi.
Transportasi sedimen tergantung pada sifat fisik dari
agen transportasi, sifat material, sifat fisik dari campuran agen transportasi
dan material, dan gaya yang menyebabkan transportasi.
Agen transportasi diantaranya gravitasi, air
mengalir, angin dan es yang bergerak. Gravitasi tidak hanya menyebabkan
pergerakan material tetapi juga menggerakan arus air dan es untuk bergerak
turun.
Transportasi mekanik, di antaranya:
• Transportasi gravitasi
Gravitasi merupakan agen utama yang mengakibatkan
transportasi pada landslides dan massflow. Pada pergerakan masa subaeria
(falls, slides, slumps, avalanches, mudflowa, dan subaerial debris flows) dan
submarine debris flow transportasi terjadi ketika gaya yang menahan (resisting
force) terlampaui. Pada falls, slides, slumps dan avalanches, retakan
dihasilkan ketika batuan kehilangan gaya kohesi antara partikelnya yang kemudian
bergerak dan berhenti ketika energinya habis. Sedimen yang dihasilkan berupa
breksi atau diamicite yang terpilah buruk, tidak berlapis.
Pada debris flows, mudflows dan olisostrom seluruh masa
diendapkan sekali. Pergerakannya biasanya berlangsung ketika terdapat air yang
mengakibatkan gaya gesek antar partikel mengecil dan mengakibatkan masa
meluncur dan terendapkan dengan kacau. Produk yang dihasilkan terpilah buruk,
banyak material Lumpur dan lapisan biasanya tebal dan massive.
Grain flow adalah aliran dari butiran sediment yang inkohesif
yang terdapat pada lereng yang curam. Aliran terjadi ketika akumulasi sedimen
melebih gaya gesek antar partikel dan ketika gempa bumi. Endapan yang
dihasilkan berupa pasir yang terpilah baik, tak berstruktur sampai berlaminasi
secara lokal.
• Transportasi glacial
Transportasi ini dihasilkan oleh gaya gravitasi
terhadap aliran fluida, tetapi laju alirannya sangat lambat. Glacier membawa
partikel melalui penggusuran sepanjang dasar dan sisinya. Partikel yang besar biasanya
tertinggal dan yang lebih kecil akan terbawa lebih jauh. Sedimen yang terpilah
baik, berukuran halus diendapkan sebagai outwash dan yang terpilah buruk dan
kasar diendapkan sebagai till.
• Transportasi air dan udara
Ketika air dan udara bergerak terjadi gesekan antara
fluida dengan sekitarnya.
Turbulensi dimulai dekat batas dengan sekitarnya, seperti dekat dasar
sungai sebagai
hasil dari interaksi gaya di tempat tersebut. Faktor yang menentukan
bergeraknya
partikel adalah ukuran, densitas dan bentuk partikel, kecepatan aliran,
viskositas fluida
dan batas gaya gesek.
Sedimentasi akan terjadi ketika fluida melambat.
Masing-masing ukuran partikel jatuh keluar dari suspensi dan menjadi bagian
dari pergerakan bed load. Pada unit pengendapan dari suspensi biasanya berupa
laminasi tabular, ketebalan bervariasi tetapi biasanya tipis saja.
Lapisan dari bed load yang terendapkan melalui traksi
mungkin tipis tetapi cenderung sedang sampai tebal dan membentuk cross bedding,
imbrikasi butir dan ripple marks.
• Transportasi kimia
Ion dan molekul yang dihasilkan dari dekomposisi akan
menjadi bagian dari larutan dalam air tanah dan air permukaan. Selama
perpindahan larutan mungkin mengalami pengenceran, pengkonsentrasian dan
perubahan dalam kimianya karena reaksi dengan batuan yang dilaluinya. Jika
bereaksi dengan batuan atau sediment, batuan dan sediment mengalami perubahan
diagenesis. Presipitasi kimia yang terjadi selama diagenesis merupakan salah
satu bentuk pengendapan kimia.
Diagenesis
Setelah sedimen terendapkan, diagenesis adalah proses
yang bekerja pada sedimen tersebut. Diagenesis merupakan proses fisika, kimia
dan biologi yang secara umum mengubah sedimen menjadi batuan sedimen. Diagenesis
kemungkinan berlanjut bekerja setelah sedimen menjadi batuan, mengubah tekstur
dan mineraloginya.
Tujuh proses diagenesis yang terjadi yaitu :
1. Kompaksi 5.
Autigenisasi
2. Rekristalisasi 6.
Replacement
3. Pelarutan 7.
Bioturbasi
4. Sementasi
- Kompaksi
Adalah proses yang menyebabkan volume sedimen
berkurang. Ini dihasilkan oleh tekanan penutup (overburden), yang diakibatkan
oleh berat dari sedimen dan batuan di atasnya. Tekanan ini mengakibatkan
penyusunan kembali butiran dan pengeluaran fluida, hal ini menghasilkan
pengurangan porositas batuan sedimen. Kemungkinan
tingkat kompaksi merupakan fungsi dari ukuran butir, bentuk butir, pemilahan,
porositas awal dan jumlah fluida yang terdapat dalam sedimen.
Sedimen dengan pemilahan yang baik, membundar akan
kurang kompak bila dibandingkan dengan sedimen yang terpilah buruk dan
menyudut. Pada sedimen yang terpilah buruk ukuran butir yang kecil akan mengisi
rongga antar butiran yang besar dan pada sedimen yang menyudut, ikatan antar
butirnya akan sangat kuat karena bersifat saling mengunci. Pada pasir porositas awalnya sekitar 25% -
50%, pada sedimen karbonat kemungkinan cukup tinggi yaitu sekitar 50% - 75% dan
pada lumpur lempung lebih dari 85%. Pada
batuan sedimen porositas kecil yaitu 0% - 2% hal ini dikarenakan kompaksi dan
proses diagnesis lain terutama sementasi.
- Rekristalisasi
Adalah proses di mana kondisi fisika dan kima
menyebabkan pengorientasian kembali kristal lattice pada butir mineral.
Rekristalisasi bekerja melalui pelarutan dan presipitasi dari fase mineral yang
terdapat pada batuan. Ketika fluida
melewati batuan atau sedimen, komponen pada sedimen yang tidak stabil karena
tekanan, pH, temperature akan mengalami pelarutan. Kemudian material yang
terlarut itu akan mengalami transportasi dan akan terpresipitasi pada pori-pori
sediment yang memiliki kondisi yang berbeda. Hal yang penting yaitu tekanan
pelarutan, yaitu suatu proses di mana tekanan terkonsentrasi pada satu titik
antara dua butir yang menyebabkan pelarutan dan migrasi ion atau molekul yang
menjauhi titik itu.
Lewat proses ini massa tertransportasi dari titik kontak
menuju tempat dengan tekanan yang lebih rendah yang memungkinkan presipitasi
dari larutan itu. Tentunya
rekristalisasi ini akan menyebabkan pengurangan porositas sedimen dan
memfasilitasi rekristalisasi tekstur.
- Sementasi
Adalah
proses di mana terjadi presipitasi kimia pada pembentukan kristal baru,
terbentuk didalam pori-pori sedimen atau batuan yang mengikat satu butir dengan
butir lainnya. Semen yang umum yaitu kuarsa, kalsit dan hematite, tetapi jenis
semen secara luas di antaranya aragonite, Mg kalsit, dolomite, gypsum celesite,
goethite, dan todorit.
Tekanan pelarutan secara local dapat menghasilkan
semen, tetapi banyak semen merupakan material baru (allochemical material) yang
masuk melalui larutan. Jelas bahwa proses sementasi akan mengakibatkan
berkurangnya porositas dan menghasilkan tekstur baru seperti spherulitic, comb
texture, dan poikilotopic texture.
- Autigenesis (neocrystalitation)
Adalah proses yang mana fase mineral baru mengalami
kristalisasi didalam sediment atau batuan selama proses diagenesis ataupun
setelahnya. Mineral baru mungkin terbentuk melalui reaksi di dalam fase yang
terdapat dalam sedimen atau batuan, mungkin juga muncul karena presipitasi dari
material yang masuk melalui fase fluida, atau dihasilkan dari kombinasi sedimen
primer dan material yang masuk.
Autigenesis operlap dengan pelapukan, sementasi dan
biasanya rekristalisasi, dan kemungkinan menghasilkan replacement. Jenis dari
fasa autigenesis jauh lebih beragam dibandingkan dengan mineral semen. Fase autigenesis termasuk silikat seperti
kuarsa, K-feldspar, lempung,dan zeolite; carbonat seperti kalsit, dolomite dan
carbonat besi; evaporate mineral seperti halit, sylvite, gypsum dan anhidrit. oksida
seperti hematite, goetit, todorokit; dan mineral samping lainnyatermasuk
sulfat, sulfide dan fosfat.
- Replacement
proses yang
mana mieral baru menggantikan (secara kimia dan fisika) in situ pada endapan
mineral. Replacement mungkin bersifat neomorphic, yang mana butiran yang baru
memiliki fase yang sama dengan asalnya atau polimorpisme dari fase asalnya.
Pseudomorfic yang mana fase baru merupakan tiruan dari bentuk eksternal dari
fase yang digantikan tetapi fasenya berbeda, allomorphic yaitu replacement
dalam bentuk fase baru yang biasanya berbeda bentuk kristalnya dan menggantikan
sepenuhnya fase sediment asal.
Fase replacement sama beragamnya dengan fase
autigenesis, tetapi fase replacement yang penting yaitu dolomite, opal, kuarsa
dan ilite.
- Bioturbasi
Adalah aktifitas biologis yang terjadi dekat
permukaan, termasuk burrowing, boring dan pencampuran sedimen oleh organisme.
Pada beberapa kasus proses ini dapat meningkatkan kompaksi, menghancurkan
laminasi dan perlapisan. Selama proses bioturbasi beberapa organisme
mempresipitasikan material yang berfungsi sebagai semen.
Daigenesis biasanya dibagi menjadi tiga tahap, yaitu:
1.
Eogenesis
Proses awal diagenesis yang terdapat di antara endapan dan timbunan, atau
dekat permukaan,
2.
Mesogenesis
Tahap tengah dari proses diagenesis yang terjadi
setelah penimbunan,
3.
Telogenesis
Tahap akhir dari proses diagenesis.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar