Andrias
Widiantoro untuk kemajuan bangsa
Tuban, 6 september 2010,
Fisika Bumi Dan Ilmu Falak
PROSES
PEMBEKUAN DAN BATUAN
BATUAN BEKU
Beberapa
batuan beku terbentuk di permukaan bumi selama letusan vulkanik gunungapi;
batuan tersebut dinamakan batuan vulkanik. Mereka juga dinamakan batuan
ekstrusif karena magma mengalir keluar dari dalam bumi. Magmayang mendekati
permukaan bumi dinamakan lava. Batuan ekstrusif yang tersusun pada masa ini
terdapat pada gunungapi tipe Hawaiian dan pulau Aleutian dan menjadikan
puncak-puncak dari pegunungan cascade di Washington, Oregon, dan California.
Batuan yang telah dingin dari lava yag tua membentuk dataran tinggi yag
melewati Columbia dan sungai snake yang mengalir di Idaho, Washington, dan
Oregon, dan masih terjadi pendinginan lava pokok yang menonjol di punggung
bukit di Virginia, New Jersey, Connecticut, dan Massachusttes.
Beberapa
magma mengendap dan mengeras di dalam bumi, mereka tidak dapat kita amati dan
mengetahui proses pembentukannya secara tepat. Hal tersebut menghasilkanbatuan
yang disebut dengan batuan intrusif karena mereka biasanya memeotong silang
atau tertelan ke dalam lingkungan, atau plutonic. Batuan intrusive yang hari
ini kita lihat adalah karena terangkat dan erosi yang menimbulkan terkelupasnya
formasi kedalaman bagian dari kerak bumi.
Batuan beku dapat kita katakana
sebagai batuan yang berasal dari letusan vulkanik gunungapi yang terjadi
berjuta-juta tahun silam, atau juga bisa dikatakan terjadi dari pendinginan
magma secara tenang berkilo-kilo di bawah permukaan, andai saja kita dapat
belajar untuk mengakui petunjuk-petunjuk. Informasi terdapat dalam penyusun
dari setiap batuan.
Tekstur Batuan Beku
Penyusun
batuan meliputi ukuran butiran, bentuk butiran, derajat kekristalan, dan
mekanisme butiran yang bersifat individu tumbuh berkelompok. Secara pasti
penyusun-penyusun dengan seketika diidentifikasikan sebuah batuan sebagai
batuan beku, memungkinkan para ilmuwan geologi untuk mengatakan bahwa batuan
inrusif berasal dari batuan ekstrusif dan membantu kita untuk memahami tentang
pendinginan magma.
v Butiran terangkai (terkunci)
Butiran mineral dari batuan plutonik dan beberapa batuan vulkanik
terangkai sebagaimana bagian dari puzzle tiga dimensi karena yang menjadikan butiran-butiran
tumbuh kedalam dengan tetangga terdekatnya karena butiran yang lain tumbuh
keluar atau berkembang dari bentuk kristalnya sehingga menabrak butiran
lainnya, dan keduanya kemudian mengisi ruang kosong yang mungkin terbentuk.
v Ukuran butiran
Batuan beku yang terdapat di black hills sebelah selatan Dakota
dengan panjang Kristal mencapai 10 m dan di Hawaii yang mempunyai butiran kecil
hanya dapat dilihat ketika pada keadaan bagian tipis saja. Banyak batuan beku
yang mempunyai butiran sangat keras. Ukuran butiran dalam batuan beku dapat
dibagi dalam dua bagian: sebagian dari benih Kristal di dalam magma dan banyak
dari migrasi ionic pada benih selama pengkristalan.
Pada umumnya lebih banyak migrasi ionic disana, tiap Kristal yang
lebih besar dapat tumbuh, dan keadaan cair, serta pendinginan dari magma
ditentukan oleh berapa banyak migrasi yang terjadi. Hanya saja mungkin itu
menjadi lebih sulit bagi kita untuk bisa menyelami lautan sirup daripada air
murni. Hal tersebut lebih sulit bagi ion untuk berpindah melewati magma dengan
tingkat keadaan cair yang rendah daripada tingkat keadaan cair yang tinggi pada
magma. Jika semua fakor sama, tingkat cair yang tinggi pada magma akan
menghasilkan batuan beku dengan butiran yang kasar. Rata-rata pada magma yang
mempunyai tingkat kecairan yang rendah migrasi ionic dapat menjadi luas jika
diiringi dengan keberlanjutan dalam waktu yang sangat lama. Dan sebaliknya,
waktu tercepat magma dingin, tak sebanyak waktu bagi ion berpindah ke benih
Kristal. Sepat mendingin akan menimbulkan butiran yang halus, dan lama
mendingin akan menjadikan butiran yang kasar.
v Tekstur yang terbentuk oleh gas
Gas-gas yang menghancurkan di dalam magma memerankan sebuah peranan
penting dalam pembentukan tekstru di dalam batuan vulkanik. Gas-gas keluar ke
atmosfer selama letusan; hasilnya adalah sama seperti yang terjadi pada sebotol
minuman berkarbonasi yang digoncang-goncang dengan semangat dan kemudian
dibuka. Buih-buih dibentuk dari gas dan formasi magma dan jika itu mendingin
secara cepat maka akan dilindungi seperti gelembung atau pori batuan beku.
Klasifikasi Batuan Beku
Pengelompokan
atau klasifikasi batuan beku secara sederhana didasarkan atas tekstur dan
komposisi mineralnya. Keragaman tekstur batuan beku diakibatkan oleh sejarah
pendinginan magma, sedangkan komposisi mineral bergantung pada kandungan unsure
kimia magma induk dan lingkungan krsitalisasinya.
Batuan Beku Terbanyak
v Batuan basaltic
Batuan basalt berwarna gelap, berat, kaya akan besi dan sedikit
akan kandungan mineral silika batuan vulkanik, yang biasanya membentuk lempeng
samudera di dunia. Mempunyai ukuran butir yang sangat baik sehingga kehadiran
mineral mineral tidak terlihat. Mineral-mineral ini hanya dapat terlihat pada
jenis batuan basalt yang berukuran butir kuarsa, yaitu jenis dari batuan basalt
yang bernama gabbro.
Gelembung gelembung dari gas karbon dioksida dan uap air terbentuk
dan melakukan ekspansi pada batuan yang meleleh mendekati permukaan. Pada
periode yang panjang di bawah gunung api, butiran butiran berwarna hijau dari
mineral olivine keluar dari larutan.
Sehingga gelembung gelembung dan butiran butiran tersebut atau
phenocrysts menggambarkan dua kejadian yang berbeda di dalam pembentukan batuan
basalt tersebut.
v Batuan granit
Granit
dan riolit merupakan bagian dari batuan felsik yang tersusun oleh potasik
feldspar, sodium, plagioclase feldspar, dan quartz, dengan lebih sedikit
mineral ferromagnetic seperti biotit atau hornblende.
v Batuan andesit
Batu Andesit adalah batuan beku yang mempunyai kandungan silica
lebih tinggi dibandingkan dengan batuan basalt, dan mempunyai kandungan silika
lebih rendah dibandingkan dengan batuan rhyolite atau felsite. Secara umum
mempunyai warna yang menandakan dengan baik akan kandungan silika dari lava,
dengan kandungan basalt yang terlihat gelap dan kandungan felsitenya terang.
Walaupun demikian para Geologist akan selalu melakukan analisa kimia di dalam
identifikasi batuan andesite ini, di lapangan batuan ini dicirikan oleh warna
abu-abu atau medium sampai merah dari lava andesite. Nama Andesite dinamakan
dari pegunungan Andes di Amerika Selatan, dimana busur batuan batuan vulkanik
baercampur dengan magma basalt dengan batuan-batuan keras jenis granit yang
menghasilkan lava dengan komposisi intermiediate. Batuan Andesite mempunyai
kandungan fluida lebih sedikit dibandingkan batuan basalt dan diletuskan dengan
hebatnya dikarenakan adanya gas gas terlarut yang terdapat di dalamnya.
Jenis batuan Andesite ini berbentuk kristalin. Bagian-bagian kecil
yang berwarna hitam disebut mineral biotite dan yang berwarna putih disebut
potassium feldspar. Hornblende dan pyroxen adalah mineral-mineral gelap lainnya
yang terdapat pada batuan Andesite. Batuan Andesite mempunyai lebih dari 20
persen kandungan kuarsa dan yang terbanyak adalah mineral plagioklas, walaupun
mineral-mineral ini kadang hanya terlihat di bawah mikroskop. Batuan Andesite
mempunyai kesamaan pembentukannya secara letusan dengan batuan diorite.
Kristal terbesar dinamakan phenocryst, terbentuk jauh sebelum lava
terletuskan dan membeku, dan kristal-kristal tersebut dari bentuknya dapat menceritakan
sejarah dari proses perjalanan magma. Lava yang seperti ini yang mempunyai
banyak phenocrysts, dinamakan bertexture porphyritic.
Gambaran dari Bentuk Batuan Intrusive
ASAL USUL DAN PENGKRISTALAN MAGMA
Karena
magma merupakan cairan yang panas, maka ion-ion yang menyusun magma akan
bergerak bebas tak beraturan. Sebaliknya pada saat magma mengalami pendinginan,
pergerakan ion-ion yang tidak beraturan ini akan menurun, dan ion-ion akan
mulai mengatur dirinya menyusun bentuk yang teratur. Proses inilah yang disebut
kristalisasi. Pada proses ini yang merupakan kebalikan dari proses pencairan,
ion-ion akan saling mengikat satu dengan yang lainnya dan melepaskan kebebasan
untuk bergerak. Ion-ion tersebut akan membentuk ikatan kimia dan membentuk
kristal yang teratur. Pada umumnya material yang menyusun magma tidak membeku
pada waktu yang bersamaan.
Kecepatan
pendinginan magma akan sangat berpengaruh terhadap proses kristalisasi,
terutama pada ukuran kristal. Apabila pendinginan magma berlangsung dengan lambat,
ion-ion mempunyai kesempatan untuk mengembangkan dirinya, sehingga akan
menghasilkan bentuk kristal yang besar. Sebaliknya pada pendinginan yang cepat,
ion-ion tersebut tidak mempunyai kesempatan bagi ion untuk membentuk kristal,
sehingga hasil pembekuannya akan menghasilkan atom yang tidak beraturan
(hablur), yang dinamakan dengan mineral gelas (glass).
Pada saat magma mengalami
pendinginan, atom-atom oksigen dan silikon akan saling mengikat pertama kali
untuk membentuk tetrahedra oksigen-silikon. Kemudian tetahedra-tetahedra
oksigen-silikon tersebut akan saling bergabung dan dengan ion-ion lainnya akan
membentuk inti kristal dan bermacam mineral silikat. Tiap inti kristal akan
tumbuh dan membentuk jaringan kristalin yang tidak berubah. Mineral yang
menyusun magma tidak terbentuk pada waktu yang bersamaan atau pada kondisi yang
sama. Mineral tertentu akan mengkristal pada temperatur yang lebih tinggi dari
mineral lainnya, sehingga kadang-kadang magma mengandung kristal-kristal padat
yang dikelilingi oleh material yang masih cair.
Komposisi dari magma dan jumlah
kandungan bahan volatil juga mempengaruhi proses kristalisasi. Karena magma
dibedakan dari faktor-faktor tersebut, maka penampakan fisik dan komposisi
mineral batuan beku sangat bervariasi. Dari hal tersebut, maka penggolongan
(klasifikasi) batuan beku dapat didasarkan pada faktor-faktor tersebut di atas.
Kondisi lingkungan pada saat kristalisasi dapat diperkirakan dari sifat dan
susunan dari butiran mineral yang biasa disebut sebagai tekstur. Jadi
klasifikasi batuan beku sering didasarkan pada tekstur dan komposisi
mineralnya.
Sifat Alamiah dari Pelelehan dan Pengkristalan
v Pelelehan dan pengkristalan mineral
v Pelelehan dan pengkristalan sederhana
v Pelelehan dan pengkristalan lanjutan
v Pelelehan dan pengkristalan yang terputus
Pelelehan Batuan di Alam
Eksperimen
menunjukkan tentang pelelehan mineral dan pengkristalan, akan tetapi hal
tersebut juga menunnjukkan adanya indikasi bahwa proses di bumi dan di
eksperimen berbeda. Di bumi prosesnya begitu kompleks, dengan alas an bahwa:
batuan yang meleleh di dalam bumi debentuk dari berbagai mineral, bukan dari
sebuah mineral; dan peranan air pada batuan menunnjukkan akibat yang signifikan
pada keduanya pelelehan dan pengkristalan.
v Efek dari berbagai mineral
Batuan yang disusun oleh berbagai mineral atau magma yang dibentuk
dari banyak batuan berbeda dengan pembentukan melalui mineral tunggal karena
mineral yang banyak atau ion dapat memberikan efek pada sifat batuan dari yang
lainnya.
v Peranan air
Di alam ini, panas bukan satu-satunya agen yang dapat menghancurkan
ikatan pada mineral. Karena keanehan dari struktur molekul itu sendiri, air
mendesak sebuah energy pada ion di dalam mineral yang dapat membantu memisahkan
mereka. Ketika air hadir pada beberapa luas bagian yang dekat dengan tiap batu,
hal itu dapat menjadi factor utama.
Air adalah molekul polar. Hal ini berarti bahwa rata-rata air
secara elektrik netral, mempunyai kutub positif dan negative. Molekul air
bereaksi pada magnet dan mendesak sebuah sifat elektrik tarik menarik lemah
pada kation atau anion yang dikeluarkan pada permukaan oleh mineral. Gaya tarik
ini secara terpisah menyerang ikatan yang menjaga ion-ion pada tempatnya,
membuat ion-ion mudah bebas. Sedikit energy panas dibutuhkan untuk
menghancurkan ikatan yang telah lemah, sehingga air melemahkan titik pelelehan
dari berbagai subtansi.
v Dimana pelelehan terjadi?
Proses pelelehan mempunyai tempat di dalam bumi bisa di mana saja
asalkan di sana terdapat cukup energy panas dari reaksi nuklir. Elemen
radioaktif yang paling berlimpah seperti uranium, thorium, potassium, dan
rubidium mereka terkonsentrasi di kulit dan diatas mantel, dan magma yang
banyak kemungkinan dari daerah ini, dekat dengan sumber panas. Pelelehan
bertempat secara lokal di daerah yang kecil, dinamakan bilik magma, disana
penas berkumpul. Dinding dari bilik magma adalah batuan panas yang tidak meleleh.
Daerah tersebut dapat di perkirakan kedalamannya pada tempat
terjadi pelelehan dengan menggabungkan suhu pelelehan dari batuan dengan
wilayah gradient geothermalnya (perkiraan pada kenaikan suhu dengan kedalaman).
Kedalaman dari pelelehan dapat diperkirakan dengan mengeplot kurva gradient
geothermal pada sebuah diagram dari pelelahan. Pelelehan terjadi dimana peleleh
dan kurva gradient saling memotong.
Seperti apakah
magma itu?
Kita
telah mengetahui bahwa magma merupakan sebuah substansi tak tergantikan atau
eksis secara temporal antara batuan terjadi untuk meleleh dan waktu dimana
pengkristalan batuan beku. Beberapa kekayaan magma – khususnya suhu, komposisi,
dan viskositas – memegang peranan penting dalam penyelesaian secara alami
batuan beku dan harus dipertimbangkan disini.
v Suhu
Suhu dari lava basaltic di Hawaii telah terukur pada 1000 sampai
1200 C, dan meleleh ketika dalam eksperimen memberikan nilai antara 650 sampai
1350 C untuk banyak magma silikat. Kekhasan dari magma adalah kemungkinan tidak
memanasi diluar titik poin pelelehannya.
v Penyusun
Kandungan penyusun magma dapat diperkirakan melalui kandungan
mineral dari batuan yang terbentuk dari itu. Selain itu terdapat juga magma
yang disusun sebagian besar oleh ion-ion yang dapat memberikan reaksi pada
silikat mineral. Tidak semua unsure pokok dari magma di dalam batuan beku.
Semua magma mengandung gas penghancur, tetapi banyak dari mereka gas-gas
melarikan diri selama proses pendinginan dan tidak menyatu di dalam mineral.
Atmosfer bumi kemungkinannya disusun oleh tambahan gas vulkanikdari bagian
dalam.
v Viskositas
Viskocitas dari sebuah cairan dapat diukur melalui kelembaman
dengan cairan yang mengalir tersebut. Kelembaman sangat utama sebagai kebalikan
dari tingkat kecairan. Viskositas yang rendah berkaitan dengan suhu yang tinggi
karena sebagian ion akan mempunyai energy kinetic. Hal ini memungkinkan ion
berpindah secara cepat dan secara bebas (dua kemampuan dari sebuah bahan dengan
tingkat kecairan yang tinggi). Air pasang juga menyebabkan tingkat viskositas
yang rendah karena aktifitas pelumasan dari air dan karena molekul polar air
yang terdapat pada ion-ion yang berikatan satu dengan yang lain.
Pengkristalan
di dalam Ruang Magma
Pengkristalan
dari berjuta-juta kubik magma di dalam bilik magma adalah jauh lebih kompleks
daripada pengkristalan beberapa gram bahan lelehan yang ada di laboratorium.
Tambahan kekompleksitasan di dahului oleh dua alasan: magma alami jauh lebih
kompleks secara kimiawi daripada pelelehan buatan, menghasilkan di dalam jumlah besar dari
mineral dan lebih banyak disertakan dalam sejarah pengkristalan; dan eksperimen
yang telah dikontrol secara hati-hati bahwa disana tidak ada letusan dan
perubahan di dalam kandungan selama waktu pembelajaran, dimana pengkristalan
secara alamiah terjadi selama berpuluh-pluh tahun bahkan berates-ratus tahun
dan kemungkinan terjadi sifat kimiawi ataupun fisis dapat terjadi dalam kurun
waktu tersebut.
v Rangkaian dari pengkristalan : seri
reaksi bowen
N.L.Bowen
adalah penggagas dari studi eksperimen pelelehan dan pengkristalan, telah
erangkum kekompleksitasan pada sebuah diagram sederhana yang menjunjukkan
rangkaian pembentukan mineral secara umum yang berasal dari magma. Di dalam
masanya, diagram tersebut dinamakan Bowen’s Reaction Series.
Gambar Seri reaksi Bowen
Urutan
mineral yang terbentuk dari kristalisasi magma seiring dengan penurunan suhu
dapat dilihat pada Bowen's reaction series (lihat gambar 1).
Pada seri reaksi Bowen terdapat 2 kelompok, yaitu:
1. seri terputus (discontinuous series), dimana mineral yang
terbentuk mempunyai struktur kristal dan komposisi yang berbeda-beda
2. seri berkesinambungan (continuous series), dimana mineral yang
terbentuk mempunyai struktur kristal yang sama, namun komposisi kimia
penyusunnya yang berbeda.
Akhirnya
pada cairan magma akan tersisa silika, potasium dan sodium yang akan kemudian
akan membentuk mineral-mineral K-feldspar, muskovit dan kuarsa.
Batuan
beku berdasarkan atas genesa dapat dibedakan menjadi batuan beku intrusif, yang
terbentuk di bawah permukaan bumi, dan batuan beku ekstrusif, yang membeku di
atas permukaan bumi. Batuan beku ekstrusif masih dapat dibagi menjadi dua
macam, yaitu batuan aliran (efusif) dan ledakan (eksplosif).
Bowen’s
reaction series tidak mengindikasikan bahwa olivine dan calcic plagioclase
adalah selalu mineral yang pertama pada pembentukan di dalam magma. Pengkristalan
pertama bergantung pada kandungan magma, suhu, dan juga tekanan. Di dalam beberapa
magma, amphibole seperti halnya hornblende adalah yang pertama dan hanya
mineral ferromagnesian yang membentuk, dan selain itu Kristal pertama mungkin
terjadi dari postassic feldspar. Diagram tersebut pada dasarnya merupakan hasil
observasi alam dan di produksi kembali di dalam sebuah eksperimen.
v Difrensiasi magma: perubahan dalam
sejarah pendinginan
Pengkristalan
magma tidak selalu kebalikan dari pelelehan karena disana terdapat berbagai
proses dengan ion-ion yang dapat di tambahkan atau di kurangkan dari proses
pendinginan magma. Banyak perubahan pada kandungan magma,perubahan selama
pendinginan tersebut akan menimpang dari prediksi sifat pelelehannya. Magma
tunggal mungkin menghasilkan berbagai perbedaan batuan beku, bergantung pada
luasan prosesnya, hal ini dinamakan diferensisasi magmatic. Ion-ion di
tambahkan pada magma dengan proses asimilasi, sedangkan material-material mungkin
dikurangi dengan gravity separation dan fiter pressing.
Assimilasi
Di dalam sebuah
eksperimen, material awal di tempatkan dalam sebuah kaleng emas atau perak
sehingga kaleng tersebuttidak terkontaminasi oleh pelelehan dan memberikan
hasil yang salah. Akan tetapi, alamiahnya dinding dari bilik magma terkadang
dilelehkan secara lokal oleh panas yang keluar dari magma, dan ion-ion yang
dilepaskan dari dinding batuan yang diserap (diasimilasi) oleh magma.
Gravity separation
Banyak Kristal
yang lebih tebal daripada induk magma mereka dan masuk ke arah lantai dasar
bilik magma mereka. Proses ini dinamakan crystal settling, secara efektif
menghilangkan pembentukan sejak awal Kristal dari reaksi dengan sisa-sisa
magma. Itu secara partikel efektif di dalam magma dengan viskositas rendah
karena Kristal dapat jatuh dengan mudah. Sifat magma yang seolah-olah Kristal
tidak akan ada dan memulai pengkristalan seolah-olah dari waktu pertama.
Kristal yang mentap membentuk sebuah batu, sisa magma memebentuk yang lainnya.
Filter pressing
Proses
terdahulu mengasumsikan bahwa pada bilik magma sisanya tidak terganggu
sepanjang proses pendinginan, tetapi magma biasanya terbentuk di wilayah yang
sangat tidak stabil dimana batuan tertekan, teregang, dan hancur. Jika bilik
magma tertekan maka akan menyebabkan cairan di dalamnya ditekan melewati
celah-celah menuju permukaan batuan, tetapi Kristal padat terperangkap pada
pintu keluar yang kecil. Proses tersebut dinamakan filter pressing karena
Kristal tersaring keluar magma. Sisa magma berpindah ke tempat lain yang baru,
disana memulai pengkristalan mulai awal lagi tanpa kemungkinan dari interaksi
secara kontinyu atau tidak kontinyu dengan pemisahan Kristal.
v Pergerakan magma
Beberapa
magma mungkin mengkristal di dalam bilik magma yang sama dimana mereka terbentuk,
tetapi banyak dari mereka diberikan energi dan mengkristal di lain tempat. Beberapa
energy yang menyebabkan perpindahan adalah energi eksternal, seperti penekanan
bilik magma dan filter pressing. Akan tetapi, beberapa energy juga terbentuk dari
dalam.
Magma
tidak setebal batuan dari pembentukan mereka dan seperti sebuah hasil
terpelihara ke atas di dalam kerak sampai mereka tiba bersentuhan dengan batuan
dari densitas yang sama. Perpindahan ke atas ini dibantu oleh penghancur gas di
dalam magma. Gas menyebar ke daerah yang bertekanan rendah dengan membawa magma
ke atas. Dalam beberapa hal, energy gas naik mungkin cepat dan keras.
BATUAN BEKU
SEBAGAI PETUNJUK BAGIAN DALAM BUMI
BATUAN BEKU SEBAGAI SUMBER DAYA ALAMI
PEMAKAIAN BATUAN BEKU
MINERAL BEKU SEBAGAI SUMBER DAYA
JALAN KELUAR AIR PANAS
0 komentar:
Posting Komentar