Buku Ajar Geokimia

HAND OUT MATA KULIAH PRINSIP-PRINSIP GOKIMIA

Oleh; Ir. Yulius Marzani, M.Si

PROGRAM STUDI TEKNIK GEOLOGI SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL YOGYAKART

saling terasing dalam keluarga:

BAB I

PRISIP-PRINSIP GEOKIMIA Geokimia adalah suatu bidang ilmu sains yang titik berat mempelajari kimia bumi Tugas utama ilmu geokimia mempelajari sbb: 1. Menentukan banyaknya unsur dan species atom (isotop) secara mutlak dan relative di dalam bumi 2. Mempelajari penyebaran dan pemindahan unsur-unsur individu dibeberapa bagian bumi ini (atmosfer, hidrosfer, kerak bumi dll) dan didalam mineral dan batuan, dengan tujuan memenuhi prinsip-prinsip penyebaran dan pemindahan. Sehingga ketahap tertentu, lingkup ilmu giokimia sudah dibuktikan oleh sejarah perkembangan ilmu geologi terutama yang berhubungan dengan mineralogi dan petrologi. Kajian geokimia sangat penting untuk mengetahui keberadaan dan jumlah unsur-unsur dipermukaan bumi. SEJARAH ILMU GEOKIMIA Ilmu geokima telah berkembang dengan pesat seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknolgi khususnya bidang kimia dan geologi. Sebetulnya geokimia sudah lama diperkenalakan oleh seorang ilmuwan kimia berkebangsaan Swiss yang bernama Schonbein (penemu gas ozon) pada tahun 1838. Pada dasarnya geokima mepelajari unsure-unsur kimia yang terdapat dalam alam semesta. Konsep modern tentang unsure-unsur telah diperkenalkan oleh Lavoiser dalam bukunya “Traite elementaire de Chemie” pada tahun 1789. Lavoiser telah memperkenalkan 31 jenis unsure antara lain sebagai berikut : O,N,H,S,P,Cl,E,B,Sb,Ag,As,Bi,Co,Cu,Sn,Fe,Mn,Hg,Mo,Ni,Au,Pt,Pb,W,Zn,Ca,Mg,Ba,Al ,Si, beberapa unsure lain sudah diketahui sejak jaman purba antara lain: Au,Ag,Cu,Fe,Pb,Sn,Hg,S dan C. Pada akhir abad ke 18 diketemukan unsur-unsur ; U, Zr, Ti, Y, Be, Cr dan Te

Penemuan unsur-unsur dalam abad ke 19 sbb: 1. 1800-1809 ; Na, K, Nb. Rh, Pd, Ce, Ta,Os, Ir 2. 1810-1819; Li, Se, Cd, I 3. 1820-1829; Br, Th 4. 1830-1839; V. La 5. 1840-1849; Ru, Tb, Er 6. 1850-1859; 7. 1860-1869; Rb, In, Cs; TI 8. 1870-1879; Sc, Ga, Sm, Ho, Tm,Yb 9. 1880-1889; Ge; Pr; Nd; Gd; Dy 10.1890-1899; He, Ne, Ar, Kr, Xe, Po, Ra, Ac Pada tahun 1850-1859 tidak terdapat satu unsurpun dapat ditemukan. Dalam tahun 1860 Bunsen dan kerchoff telah memperkenalkan alat spektroskop untuk mengenali unsur-unsur dengan alat tersebut antara lain Cs, Rb, Ti dan In. Pada tahun 1870 an dan 1880 an beberapa lanthanide diketemukan dan diperkenalkan oleh Mendeleev ; eka-aluminium (Ga), eka-boron (Sc) dan ekasilikon (Ge). Pada tahun 1894 ditemukan gas argon dan yang lain ; Ne,He, Kr, Xe. Penemuan keradioaktifan oleh Becquel pada tahun 1896 sehungga pada tahun 1898 diketemukan Polonium dan radium oleh Curies 1898 dan actinium 1899 oleh Debierne. Menjelang tahun 1900 unsur-unsur radioaktif lain diketemukan; Eu (1901); Lu (1907); Hf(1923) dan Re(1925). Selama abad 19 data geokima merupakan hasil samping kajian geologi dan mineralogy yang berasal dari bagian mineral, batuan, air dan gas.

BAB II BUMI DAN HUBUNGAN DENGAN JAGAT RAYA Bumi adalah merupakan bagian dalam tata surya yang terdiri dari matahri, planet-planet dan satelitnya, asteroid, komet, dan meteorit. Matahari itu sendiri

merupakan satu unit bintang di dalam galaksi kita. Lebih dari 1011 terdapat di dalam galaksi yang berbentuk seperti kanta dengan garis pusat kurang 70 000 tahun cahara ( 1 tahun cahaya ≈ 1013 km). Diluar galaksi kita terdapat bayak lagi sistem-sistem bintang yang kurang lebih sama ukurannya. Sistem-sistem ini, nebula ekstragalaksi, tersebar secara seragam di seluruh angkasa. Galaksi yang hampir dekat dengan kita adalah nebula Andromeda, dan jaraknya lebih kurang 1,75 x 106 tahun cahaya. Garis-garis di dalam spectrum nebula ekstragalaksi ini menunjukkan perubahan kearah warna merah bagi spectrum. Perubahan kea rah kemerahan ini lebih kurang sama dengan jaraknya. Perubahan ini dianggap sejajar dengan jaraknya. Perubahan ini dianggap sebagai effek Doppler, ini disebabkan oleh bergesernya nebula yang semakin besar. Sebagian besar dari pada teori pembesaran jagat raya masih menjadi spekulasi, oleh sebab ini kesimpulan yang berdasarkan teori juga masih spekulasi. UMUR JAGAT RAYA Teori alam jagat raya yang membesar dan dinamik menunjukkan bahwa jagat raya telah dan masih menjalani evolusi. Jika kita tinjau ke belakang dari segi masa, kita akan sampai pada tahap bahwa alam raya merupakan titik kecil,yang umum dikatakan tahap primitive dan menentukan umur alam raya ini secara astronomi dari masa tersebut. Dengan beberapa pengandaian bahwa umur jagat raya secara astronomi dapat dikira-kira dalam kisaran 16 x 109tahun. Sistem tata surya dapat dianggap unit tersendiri, dan umur galaksi-galaksi dapat diperkirakan. Sistem tata surya merupakan sistem yang tertutup dan kandungan unsurnya sama dengan seperti semasa pembentukannya dahulu, kecuali terjadi sedikit perubahan akibat penukaran hidrogen kepada helium dan adanya unsur radioaktif pada unsure-unsur lain. Anggapan tersebut berasaskan bahwa bahan-bahan didalam tata surya telah terasing pada suatu masa tertentu (titik kosong bagi skala masa kini) dan kandungan unsur primitive berubah karena aktifitas radioaktif. Umur unsure-unsur induk kemudian diperkirakan

sejak

peluluhan radioaktif sampai terbentuk unsure baru (anak). Peluluhan radioaktif menjadi penting sebagai penentu umur. Tabel 1. Beberapa peluluhan radioaktif untuk menentukan umur geologi Unsur-unsur induk 238 U 235 U 232 Th 87 Rb 40 K

Waktu setengah umur 4.5 x 109 tahun 7.1 x 108 tahun 1.4 x 1010 tahun 4.9 x 1010 tahun 1.3 x 109 tahun

Hasil Pb + 84He 207 Pb + 74He 208 Pb + 64He 87 Sr 40 Ar, 40Ca 206

Kajian empiric dan teori, seperti yang akan dibicarakan dalam bab ini, bahwa banyaknya unsure dan nuklida di dalam sistem tata surya dapat diramal. Ramalan dibuat dengan menggunakan perbandingan nuklida radioaktif dengan unsureunsur yang ada disekelilingnya. Oleh sebab itu banyaknya setengah umur 4.5 x 109 tahun dan

238

U dengan waktu

235

U dengan waktu setengah umur 7.1 x 108

boleh diramal kurang lebih sama dengan unsure bismuth dan merkuri. Unsurunsur tersebut tidak mungkin terbentuk lebih dari pada puluh ribu juta tahun yang lalu. Sebaliknya tidak adanya unsure

237

Np dan

247

Cm yang masing-masing

mempunyai masa setengah umur 2.25 X 104 tahun dan 4 x 107 tahun, menunjukkan pembentukan salah satu dari nuclei ini sekurang-kurangnya menunjukkan waktu beberapa ratus juta tahun yang lalu. Ini merupakan waktu yang relative lama bagi unsure-unsur tersebut. Penyelesaian yang bebas dapat diberikan dengan mempertimbangkan kelimpahan relative

235

U dan

238

U. Jika

kedua isotop ini asalnya terbentuknya sama banyak, nisbah masa kini diantara 235

U dengan

238

U adalah 1 : 138, ini disebabkan oleh waktu setengah umur

lebih pendek dan ini menyebabkan peluluhan lebih cepat dari pada

238

235

U

U. Masa

yang diperlukan bagi menurunkan konsentrasi yang sama pada nisbah pada masa kini ialah lebih kurang 6 x 109 tahun. Hal lain yang dapat menyokong bahwa sistem tata surya berawal dari sejak beberapa juta tahun yang lalu, diantaranya isotop-isotop plumbum (204Pb,

206

Pb,

207

Pb,

208

Pb),

204

Pb adalah tidak radioaktif,

dan jumlahnya pada masa sekarang sama dengan pembentukakannya dahulu. Isotop-isotop lain sebagian asli dan sebagian terbentuk dari hasil peluluhan dari unsure induk

238

235

U,

U dan

232

Th. Di dalam bahan-bahan yang mengandung

uranium dan plumbum, kandungan isotop bagi plumbum mengalami perubahan yang progresif sepanjang masa geologi; jumlah relative bagi isotop radioaktif menjadi bertambah dibandingkan dengan

204

Pb yang tidak radioaktif. Meteorit

memberikan gambaran yang jelas tentang fakta ini. Meteorit besi tidak mengandung uranium yang mengandung sedikit plumbum di dalamnya nilai relative tertinggi

204

Pb dibandingkan dengan bahan-bahan yang lain. Meteorit

berbatu mengandung sejumlah uranium dan terdapat plumbum menunjukkan kesan tambahan bahwa plumbum radioaktif yang berhubungan dengan nisbah 206 Pb/204Pb dan

207

Pb/204Pb yang lebih tinggi disbanding dengan plumbum pada

meteorit besi. Dari analisis data secara matematik memberikan umur bagi meteorit 4.6 x 109 tahun, yang telah ditentukan berdasarkan penentuan umur rubidium-strontium terhadap meteorit berbatu. Sejak masa itu meteorit besi dan meteorit berbatu ditentukan dan umur ini dipercayai sama dengan umur pembentukan planet didalam sistem tata surya. Bukti-bukti tambahan yang diperoleh dari hasil penelitian menunjukkan bahwa umur bulan dapat diperkirakan 4.6 x 109 juta tahun. Bumi terbentuk sebagai satu satuan dalam tata surya terbentuk lebih kurang 4.6 x 109 tahun yang lalu. Dari kenyataan ini umur kerak bumi data

ditentukan dengan skema peluluhan radioaktif. Dengan cara ini umur batuan yang berumur sekitar 2.700 juta tahun dapat diketahui. Batuan tertua dari Afrika antara 3.000 dengan 3.600 juta tahun; Amerika Utara 3.100 dengan 3.700 juta tahun yang lalu; Australia 3.000 juta tahun yang lalu.

SISTEM TATA SURYA Dalam kajian giokimia suatu sistem tata surya amat penting walaupun sistem ini tidak begitu menarik di antara galaksi dan sangat kecil jika dibandingkan dengan keseluruhan jagat alam raya. Sifat-sifat yang khas pada sistem tata surya sbb : 1. Matahari sebagai pusat sistem tata surya, memiliki 99.8% pengaruh terhadap sistem dan hanya 2 % dari pada momentum bersudut 2. Semua planet mengelilingi matahari dalam arah yang sama dalam bentuk orbit elips. 3. Planet-planet berputar pada porosnya sendiri dengan arah yang sama mengelilingi matahari (kecuali Uranus dan Kejora, berputar ke belakang); dan kebanyakan satelitnya berputar dalam arah yang sama. 4. Planet menunjukkan jasad yang sama sebagaimana diterangkan dengan HK Bode, dan membentuk dua kumpulan yang berlawanan; kumpulan planetplanet kecil disebelah dalam (Utarid, Kejora, Bumi dan Marikh) yang lebih dikenali sebagai planet daratan, dan kumpulan planet-planet besar disebelah luar (Musytari, Zuhal, Uranus dan Neptun), yang disebut planet utama

5. Bagian utama momentum bersudut bagi sistem tata surya ini tertumpu pada planet-planet, tidak seperti matahari sistem tertumpu pada matahari. Table 1. Hukum Bode : jarak relative antara planet dan matahari sbb: Utarid Kejora Bumi Marikh Kosong Musytari Zuhal Uranus Neptun Pluto 4

4

4

4

4

4

4

4

4

4

0

3

6

12

24

48

96

192

384

4

7

10

16

28

52

100

196

388

Jarak planet dari matahari dengan menetapkan jarak bumi sebagai 10 3.9

7.2

10

15.2

52

100

192

301

395

Hukum Bode member nilai yang memuaskan dengan jarak yang diukur, kecuali Neptum; ruang di antara Marikh dengan Musytari dipenuhi oleh asteroid, pada jarak min 29 Tabel 2. Data tentang sistem tata surya Bumi =1 Jari-jari (km)

Berat jenis

Suhu

Tekanan

permukan permukaan 0

K

(dalam

Gas mayor dan minor dlm atmosfer

bar) Matahari

332000

695000

1.41

5500

-

H2, He

Utarid

0.055

2440

5.44

620

-

-

Kejora

0.815

6050

5.27

741

93

CO2,N2,H2O,Ar,SO2

Bumi

1.00

6371

5.52

290

1

N2,O2,CO2,H2O

Marikh

0.11

3397

3.95

210-240

0.007

CO2,N2,Ar,O2

Musytari

318

71600

1.31

170

Tinggi

H2,He,CH4,NH3

Zuhal

95.2

60000

0.70

140

Tinggi

H2,He,CH4,NH3

Uranus

14.6

25900

1.21

80

Tinggi

H2,He,CH4,NH3

Neptum

17.2

24750

1.66

80

Tinggi

H2,He,CH4,NH3

0.0017

1300

1?

80

-

-

Pluto

KANDUNGAN ALAM SEMESTA Pengetahuan tentang kandungan alam semesta berdasarkan pemeriksaan spektorskopi dari sinar mathari, analisis meteorit-meteorit dan kandungan bumi dan planet-planet lain. Berdasarkan garis-garis spectrum kita dapat menentukan benda yang bersinar. Dari data menunjukkan bahwa kandungan alam semesta mengandung unsure-unsur yang sama walaupun besarnya bervariasi pada tiaptiap tempat. Jumlah unsure-unsur yang berlainan adalah sama dimana-mana. Helium diketemukan didalam spectrum sinar matahari oleh Lockyer pada tahun 1868 dan didapati bumi oleh Ramsay pada 1895 sebagai gas yang keluar dari uranit apa bila dipanaskan dengan asam mineral KANDUNGAN MATAHARI Kajian spektroskopi terhadap matahari telah dilakukan, kurang lebih 70 unsur telah dikenal pasti dalam spectrum matahari sbb; Tabel 3. Kelimpahan unsure-unsur di dalam atmosfera matahari Unsur

Nomor Atom

Kelimpahan (atom/106 atom Si)

H

1

2.2 x 1010

He

2

1.4 x 109

C

6

9.3 x 106

N

7

2.0 x 104

O

8

1.6 x 107

Na

11

4.3 x 104

Mg

12

8.9 x 105

Al

13

7.4 x 104

Si

14

1.0 x 106

S

16

3.2 x 105

K

19

3.2 x 103

Ca

20

5.0 x 104

Sc

21

2.5 x 101

Ti

22

2.5 x 103

V

23

2.3 x 102

Cr

24

1.1 x 104

Mn

25

5.9 x 103

Fe

26

7.1 x 105

Co

27

1.8 x 103

Ni

28

4.3 x 104

Cu

29

2.6 x 102

Zn

30

6.3 x 102

Sumber : Ross & Aller, 1976 KANDUNGAN PLANET-PLANET Pemeriksaan dengan mata dan spektroskopi terhadap permukaan planet dapat menerangkan kepada kita kandungan unsurnya . kandungan unsure dipermukaan bumi dapat memberikan analogi untuk planet-planet yang lain. Utarid tidak mempunyai atmosfera dan ketumpatannya sama dengan bumi. Kejora mempunyai atmosfera dan memiliki keseluruhan karbondioksida dan nitrogen

yang menutupi seluruh permukaan, ukuran hampir sama dengan bumi. Marikh memiliki atmosfera yang diselimuti kabut awan dan debu, dan kutubnya diselimuti salju dan memiliki musim sejuk dan musim panas. Selimut ini diduga terdiri dari lapisan es H2O yang tipis dengan sedikit gas CO2. Permukaan Marikh keseluruhan berwarna sampai jingga kemerah-merahan kemungkinan adalah selaput ferum oksisda, yang hampir sama dengan pasir gurun di bumi. Asteroid belum dapat diambil contohnya tetapi dengan kajian spektrumnya bahwa kandungannya sama dengan meteorit. Albedo Ceres dan banyak lagi Asteroid mengandung bahan-bahan berkarbon sangat rendah. Planet-planet utama yaitu Musytari, Zuhal, Neptum dan Uranus banyak mempunyai ciri yang sama mempunyai ketumpatan yang rendah dan atmosfera yang tebal oleh adanya hydrogen dan helium yang dapat dibandingkan dengan yang terdapat dalam matahari. Ada banyak bukti adanya hydrogen yang ada sebagai metana dan ammonia. Zuhal mungkin mengandung sarah-sarah es, dan albedo dan ketumpatan beberapa satelit planet terdiri es juga. KANDUNGAN METEORIT Bukti-bukti spektroskopi tidak menerangkan tentang kandungan bagian dalam planet-planet . Analogi terhadap bumi dan bukti yang terdapat dalam meteorit, yang merupakan bagian sistem tata surya (mungkin juga merupakan pecahan meledaknya asteroid dan akhirnya jatuh kebumi). Terdapat berjuta-juta meteorit yang berada didalam sistem tata surya, kitika terjadi ledakan jatuh kebumi sudah berupa debu yang sukar untuk ditentukan kecuali dengan alat-alat tertentu. Meteorit diperkirakan meledak dan jatuh ke bumi 30 000 – 150 000 pertahun. Pengetahuan kita tentang meteorit terpusat pada meteorit yang besar yang jatuh ke bumi.

Sebagianbesar meteorit yang telah diselidiki mengandung paduan besi-nikel, silica berhablur terutama olivine dan peroksin, mineral besi-sulfida troilit, atau campuran semuanya. Belum pernah ditemukan meteorit yang menyerupai batuan endapan atau batuan metamorf. Macam jenis meteorit yang di sudah dikenal sbb: 1. Siderit atau besi ( 98 % logam) 2. Siderolit atau besi berbatu (50% logam dan 50 % silkiat) 3. Aerolit atau batu Siderit atau meteorit besi, sebagian besar terdiri satu atau dua fasa logam nickelbesi (Ni 4%-20% jarang lebih besar dari ini), lainnya mengandung troilit (Fes), syreibersit (Fe,Ni,Co)3P dan grafit. Mineral tambahan, seperti daubrelit (FeCr2S4), koherit (Fe3C) dan kromit (FeCr2O4) jarang didapati. Mineral-mineral tambahan terdapat sebagai butiran-butiran bulat kecil atau berlamela yang terdapat didalam logam. Logam-logam ini menunjukan struktur yang khas yang disebut Widmanstatten,

yang

dapat

diedentifikasi

dengan

mengkilapkan

pada

permukaannya dengan larutan HNO3 beralkohol. Struktur ini terdiri daripada lamella kamasit (aloi nikel-besi dengan 6% Ni), taenit (aloi nikel-besi dengan nikel kira-kira 30%). Lamela ini sama dengan octahedron hablur nikel-besi yang pada dasarnya homogeny. Meteorit yang menunjukkan struktur Widmanstatten dikenali sebagai oktahedrit. Struktur ini adalah tipikal bagi ekssolusi subsolidus di dalam aloi yang telah didinginkan perlahan-lahan dari suhu tinggi. Heksahidrit adalah besi yang keseluruhannya terdiri dari pada kamasit, dan ataksit adalah besi dengan Ni lebih adari 14% dan sebagian besar terdiri dari pada taenit. Sidorilit, atau meteorit besi berbatu, terdiri dari pada nikel-besi dan silikat yang lebih kurang sama banyak;

Dua jenis yang berbeda palasit dan mesosiderit,

dengan kandungan kimia dan mineralogy yang berbeda telah dikenal dengan pasti. Palasit terdiri dari gabungan nikel-besi yang mengelilingi butir olivine yang menunjukkan bentuk hablur yang baik. Di dalam mesosiderit, fasa logam tidak bergabung dengan logam lain dan terdapat silikat yang kebanyakan plagioklas feldspar dan piroksin, dan kadang kala dengan olivine sebagai pelengkap. Berdasarkan teksturnya, aerolit atau batu terdiri dari dua jenis , kondrit dan akondrit. Kondrit dinamakan demikian karena mengandung kondrul atau kondri, yaitu benda kecil bulat (garis pusat 1mm) terdiri dari utamanya olivine dan/atau piroksin. Kondrul jarang ditemuai pada meteorit ini dan belum pernah ditemui di dalam batuan bumi, dan oleh karena itu kondrul penting dalam menentukan asal meteorit. Rata-rata kandungan kondrit kurang lebih 40 % olivine, 30% piroksin, 520% nikel-besi, 10% plagioklas dan 6% troilit. Satu jenis kondrit yaitu kondrit berkarbon agak berbeda dengan meteorit lain karena sebagian besar terdiri dari silikat besi-magnesium terhidrat (serpentin atau mineral seperti klorit) dan mengandung hingga 10% bahan organic yang komplek. Penyelidikan terbaru terhadap Meteorit Murchison yang jatuh di Australia pada tahun 1969, membuktilan bahwa kandungan bahan organiknya bukan dari biologi. Meteorit Murchison mengandung campuran bahan oeganik komplek (hidrokarbon alifatik, dan aromatic, asam karboksilat,asam amino dan lain-lain). Kesamaan diantara bahan organic dengan dibuat secara sinteteti menegaskan bahwa bahan organic yang dimiliki meteorit Murchison bukan dari biologi. Begitu juga asam amino, yang tidak ditemui dalam protein dan tidak memeliki sifat optik. Akondrit merupakan kumpulan meteorit berbatu yang berlainan sifat, tida mengandung kondrul dan hablur yang dimiliki lebih kasar dari pada kondrit.

Kebanyakan akondrit menyerupai batuan igneus daratan dari segi kandungan dan tekstur, oleh karena itu akondrit kemungkinan memiliki hablur dari leburan silikat Tektit bahan enigmatik yang selalu dikatan meteorit , terdiri dari kaca yang kaya akan silikat (rata-rata SiO2 sebanyak 75 % ) yang menyerupai obsidian, tatapi berbeda dengan obsidian bumi dari segi kandungan dan teksturnya. Tektit mengandung silica agak tinggi , begitu juga kandungan alumina, potasium dan kapur tetapi kandungan magnesia dan sodanya rendah. Kandungan seperti itu sama dengan beberapa granit dan riolit dan beberapa batuan endapan yang kaya silica. Tektit selalu diketemukan sebagai bahan yang kecil dan bulat (200-300 gram) di kawasan yang tidak ada gunungapinya. Tidak seperti meteorit, tektite tidak pernah terlihat jatuh ke bumi. Tabel 4. Kandungan Meteorit Unsur

% berat Logam (besi)

Logam

Silikat

Rata-rata

(kondrit)

(kondrit)

kondrit

43.7

33.24

9.88

27.24

Si

22.5

17.10

Mg

18.8

14.29

O Fe

90.78

90.72

S Ni

1.93 8.59

8.80

1.64

Ca

1.67

1.27

Al

1.60

1.22

Na

0.84

0.64

Cr

0.38

0.29

Mn

0.33

0.25

P

0.14

0.11

Co

0.63

0.48

0.09

K

0.11

0.08

Ti

0.08

0.06

Tabel 5. Meteorit yang diketemukan dan yang jatuh Yang diketemukan

Yang jatuh

Jenis

Banyaknya

%

Banyaknya

%

Besi

545

58.1

33

4.6

Besi berbatu

53

5.7

11

1.5

Akondrit

7

0.7

56

7.8

Kondrit

333

35.5

621

86.1

Jumlah

938

100.0

721

100.0

KELIMPAHAN KOSMOS UNSUR-UNSUR Berdasarkan data kandungan meteorit dan matahari serta bahan-bahan yang ada Goldschmidt pada tahun 1937 telah membuat kelimpahan unsure-unsur dan isotop kosmos dalam table yang lengkap. Data tentang hydrogen dan helium serta bahan gas sebagian besar terdapat dalam matahari dan bintang-bintang dan kelimpahan unsure-unsur di dalam meteorit

Tabel 6. Kelimpahan unsure-unsur di dalam kosmos dalam atom (per 106 atom Si) Unsur

Kelimpahan

Unsur

Kelimpahan

1H

2.66 x 1010

44Ru

1.9

2He

1.8 x 109

45Rb

0.4

3Li

60

46Pd

1.3

4Be

1.2

47Ag

0.46

5B

9

48Cd

1.55

6C

1.11 x 107

49In

0.19

7N

2.31 x 106

50Sn

3.7

8O

1.84 x 107

51Sb

0.31

9F

780

52Te

6.5

10Ne

2.6 x 106

53I

1.27

11Na

6.0 x 104

54Xe

5.84

12Mg

1.6 x 106

55Cs

0.39

13Al

8.5 x 104

56Ba

4.8

14Si

1.00 x 106

57La

0.37

15P

6500

58Ce

1.2

16S

50

59Pr

0.18

17Cl

4740

60Nd

0.79

18Ar

1.06 x 105

62Sm

0.24

19K

3500

63Eu

0.094

20Ca

6.25 x 104

64Gd

0.42

21Sc

31

65Tb

0.076

22Ti

2400

66Dy

0.37

23V

254

67Ho

0.092

24Cr

1.27x 1024

68Er

0.23

25Mn

9300

69Tm

0035

26Fe

9.0 x 105

70Yb

0.20

27Co

2200

71Lu

0.035

28Ni

4.78 x 104

72Hf

0.17

29Cu

540

73Ta

0.020

30Zn

1260

74W

0.020

31Ga

38

75Re

0.051

32Ge

117

76Os

0.69

33As

6.2

77Ir

0.72

34Se

67

78Pt

1.41

35Br

9.2

79Au

0.21

36Kr

41.3

80Hg

0.21

37Rb

6.1

81TI

0.19

38Sr

22.9

82Pb

2.6

39Y

4.8

83Bi

0.14

40Zr

12

90Th

0.045

41Nb

0.9

92U

0.027

42Mo

4.0

Atom suatu unsure memiliki sejumlah proton (Z) dan Neotron (N) dan memiliki berat atom (A). Di dalam inti atom proton bersekutu dengan netron dan jumlahnya bisa berubah-ubah. Hasilnya suatu unsure boleh mempunyai beberapa

isotop yang mengakibatkan jumlah berat atom berbeda-beda (A = N + Z ) , tetapi menunjukkan sifat kimia yang tidak berubah.Isobar adalah unsure yang berlainan tetapi mempunyai berat atom (A) sama tetapi nilai proton (Z) dan Neutron (N) berlainan dan Isoton adalah unsure yang berlainan dengan mempunyai jumlah neutron (N) yang sama tetapi nilai berat atom (A) dan Proton berbeda (table 7) Tabel 7. Isotop, isobar dan Isoton suatu unsure Isotop Z = 20 (Kalium)

Isoton N = 20

N

A

% Unsur

Unsur

Z

A

20

40

96.97

Sulfur

16

36

22

42

0.64

Klorin

17

37

23

43

0.145

Argon

18

38

22

44

2.06

Kalium

19

39

26

46

0.0033

Kalsium

20

40

28

48

0.185

% Unsur

Isobar A =40 Unsur

Z

N

% Unsur

Argon

18

22

99.61

Kalium

19

21

0.0119

Kalsium

20

20

96.97

Inti atom yang stabil untuk sembarang unsur jumlahnya sedikit disbanding dengan ribuan isotop yang telah diketahui, sehingga hanya sekitar 270 unsur saja yang tidak radio aktip

BAB III. STRUKTUR DAN KANDUNGAN BUMI Bumi merupakan salah satu dari sembilan planet yang terdapat dalam tata surya. Apa bila dibandingkan dengan alam semesta yang tak terbatas luasnya, Bumi sebenarnya hanyalah benda yang terlalu kecil sehingga dengan mudah dapat hilang dari pengelihatan, dan hanya tampak sebagai titik yang tidak kelihatan. Bumi disebut juga planet biru karena tampak berwarna biru apabila dilihat dari luar angkasa. Planet ini sangat unik dalam tata surya karena terdapat air dalam tiga fasa (padat, cair dan gas) sehingga bumi memiliki lautan dan kutub es serta terjadinya siklus hidrologi (diantaranya hujan) yang berkesinambungan. Di bumi juga berlangsung proses-proses secara aktif, yaitu terjadinya daur (siklus) geologi yang menyebabkan permukaan Bumi terus mengalami perubahan dan peremajaan (rejufenation) sepanjang waktu. Bahwa bumi itu bulat dan berapa ukurannya, telah diketahi manusia sejak 250 tahun sebelum masihi. Pada waktu itu, Erastosthenes dari Yunani menggunakan azas-azas geometri untuk memecahkan masalah seluruh matra Bumi. Dengan menghitung arah matahari yang masuk ke dalam lubang sumur di Syene dan membandingkannya dengan bayangan yang terjadi di Alexandria (berjarak 5000 stades atau 800 km), maka ia tentukan keliling Bumi 40300 km dan garis tengahnya 12756,4 km). Setelah lebih dari satu millennium, barulah kemudian teori Geosentris disanggah oleh Nicolaus Coprnicus (1473-1543) dan Johanes Kepler (1571-1630) serta Galileo Galilei (1564-1642). Sejak saat ini orang baru sadar Bumi hanyalah sebuah planet dari beberapa planet lainnya yang bergerak bersama-sama mengitari Matahari (heliosentris). Bumi mengitari (mengorbit)

Matahari dalam lintasan berbentuk elips dengan jarak rata-rata terhadap Matahari 149.500.000 km. bentuk lintasan elips ini mengakibatkan jarak Bumi terhadap matahari berubah-ubah. Perbedaan jarak bumi di titik terdekat (perihelium) dan titik terjauh (aphelium) adalah 5 juta mil (3,3%). Kedudukan equator Bumi tidak sebidang dengan bidang orbit Bumi, tetapi miring sekitar 23027’ sehingga menyebabkan empat musim pada tempat-tempat yang letaknya jauh dari equator. Miringnya equator bumi diduga akibat tertumbuk meteorit raksasa pada awal pembentukannya. Bumi memiliki sebuah satelit namanya Bulan, berdiameter 3.456 km, sedang jaraknya dari bumi 384.395 km. Bulan berotasi sambil mengelilingi Bumi.Waktu yang dibutuhkan untuk sekali rotasi sama tepat untuk revolusinya, sehingga permukaan Bulan yang tampak dari Bumi selalu sama. Volume Bulan hanya 1/82 dari volume Bumi dan gravitasi 1/6 dari gravitasi Bumi. Tak ada air dan udara, oleh sebab itu permukaan Bulan tetap abadi karena tidak terjadi siklus geologi layaknya Bumi. Sebagai anggota dari tata surya, Bumi dipengaruhi oleh Matahari dan planetplanet serta benda-benda lainnya yang terdapat dalam tata surya. Walaupun demikian pengaruh yang berdampak lansung untuk kehidupan di Bumi berasal dari Matahari dan Bulan. Bentuk Bumi tidaklah bulat seperti bola sempurna, melainkan menyerupai Oblate spheroid, yaitu agak pepat pada kutup-kutupnya. Panjang jari-jari di kutub 6.356,8 km dan di equator 6.378,2 km, dengan luas permukaan 510.100.954 km2. Bentuk

seperti ini disebut Geoid, yaitu suatu bentuk yang berbeda dari planet-planet lainnya , dan hanya dimiliki oleh Bumi (ellipsoid triaxial/krasovsky ellipsoid). Secara teoritis pepatnya bol Bumi yang terjadi disebabkan adanya rotasi sejak awal pembentukannya sebelum Bumi belum padat. Akibatnya, pada bagian yang searah dengan sumbu rotasi akan terjadi kemampatan, sedangkan yang tegak lurus, yaitu yang searah dengan equator akan mengalami pengembangan. A. GRAVITASI BUMI Bentuk yang unik menyebabkan permukaan Bumi memiliki gaya tarik yang disebut gravitasi. Secara umum di wilayah kutub kekuatan gravitasi lebih besar dari pada di khatulistiwa. Percepatan gravitasi dari arah kutub ke equator perubahannya secara perlahan. Namun di beberapa tempat ada yang gaya tariknya diatas normal (positive gravity anomaly) dan juga di bawah normal (negative gravity anomaly). Anomali atau penyimpangan gravitasi Bumi dapat disebabkan oleh factor-faktor geologis setempat, seperti adanya batuan-batuan yang berdensitas rendah dan batuan-batuan yang densitas tinggi. Atau mungkin adanya gejala struktur di dalam Bumi. Besarnya gravitasi Bumi dapat diukur dengan alat Gravity meter. B. BERAT JENIS BUMI Berat jenis lapisan kerak (permukaan) Bumi berdasarkan dari contoh bebatuan dan tanah keras adalah berkisar 1,5-3,4 gram/Cm3 dengan rata-rata 2,7 gram/Cm3. Sedangkan berat jenis Bumi secara keseluruhan, yaitu berat Bumi dibagi dengan volume Bumi adalah 5,52gram/Cm3.

Karena rata-rata berat jenis Bumi keseluruhan 5,52 sedangkan berat jenis kerak Bumi hanya 1,5 – 3,4, maka diperkirakan pusat Bumi terdiri atas benda dengan berat jenis tidak kurang dari 12 gram/Cm3. Berat jenis seperti ini hampir menyamai kepadatan logam keras. Berdasarkan pengamatan terhadap diffusion velocity of seismic oscillation (penyebaran kekuatan gelombang gempa), gelombang-gelombang longitudinal membelok dengan ketajaman tertentu pada kedalaman 2,900 meter, sementara gelombang-gelombang transversal melemah. Ini sebagai pertanda bahwa kedalaman 2,900 meter sifat batuan telah mengalami perubahan yang tajam. C. SUHU BUMI Kita tahu bahwa terdapat perubahan berat jenis dan tekanan di dalam bumi. Perubahan tekanan di dalam bumi juga akan berpengaruh terhadap suhu bumi. Suhu akan meningkat dengan kedalaman, peningkatan ini akibat sifat lapisan kerak bumi dan peningkatan suhu berbeda –beda pada suatu tempat. Suhu meningkat antara 10-500C /km, dengan rata-rata 300C. Batuan dalam kerak bumi menyimpan panas dan dilepas kearah permukaan sebesar 1,5 x 10-6 kal/(cm2)(saat) atau kurang lebih 50 kal/cm2 setiap tahun, cukup untuk mencairkan lapisan es setebal 6 mm (panas yang dibutuhkan untuk peleburan es ialah 80 kal/g). Ini menunjukkan bahwa panas dari dalam bumi sangat kecil peranannya terhadap perubahan keadaan iklim.

Tabel 8. Pengeluaran panas oleh batuan beku

Jenis batuan Granit Asit Pertengahan Pertengahan Basalt Dunit

Panas dihasilkan oleh U, (erg/g tahun 117 126 43 81 25 0,42

Panas dihasilkan oleh Th, (erg/g tahun 84 109 36 81 41 0,44

Panas dihasilkan oleh K, (erg/g tahun) 34 38 29 29 6,4 0,01

Jumlah pengeluaran panas (erg/g Tahun) 235 273 108 191 72 0,87

D. STRUKTUR DI DALAM BUMI Data seismograf dapat ditafsirkan bahwa bumi dibagi tiga bagian utama yaitu teras, mantel dan kerak. Bukti-bukti geofisik memberikan sifat-sifat fisik dari ketiga bagian itu dan dapat ditentukan kandungan unsur didalam Bumi. Kerak Bumi heterogen dan ketebalannya berbeda-beda dari satu tempat ke tempat lain. Perbedaan sangat mencolok antara kerak benua dengan lempengan lautan yang dalam. Kerak benua dibagi dua yaitu bagian atas yang mengandung granit atau gradiorit dan bagian bawah mengandung basalt .Bagian atas dengan kawasan yang dinamai sial (tersusun oleh unsure yang kaya Si dan Al) dan bagian bawah dengan kawasan yang dinamai sima (tersusun oleh unsure yang kaya Si dan Mg)

Bumi merupakan proyektil yang terdiri dari besi dan nikel dengan kerak dipermukaannya. Planet lainnya diperkirakan mempunyai komposisi sama, berawal temuan meteorit berbagai ukuran di permukaan Bumi ; 1. Siderit atau meteorit besi, terdiri dari campuran besi dan nickel 2. Siderolit, terdiri dari campuran besi-nikel dengan silikat-silikat berat seperti olivine dan piroksin 3. Aerolit atau meteorit batu, terdiri dari silikat-silikat berat (olivine, piroksin) dan mineral lainnya. Hasil penelitian geofisika berdasarkan getaran gelombang seismic dan sebaran berat jenis menuntun Suess & Wiechert kearah sebaran pembagian sususunan dan komposisi Bumi sebagai berikut ( gamabar 1) Sial Kerak Bumi (sisik silikat) 1200 km

Sima

Lapisan antara (Lapisan sulfida Oksida) 1700 km

Inti besi nickel 3500 km

1. Kerak Bumi, mempunyai ketebalan 30-70 km, terdiri dari batuan basa dan asam. Berat jenis lapisan ini kurang lebih 2,7

2. Selubung bumi atau silikat, mempunyai ketebalan 1200 km dan berat jenis 3,4-4 3. Lapisan antara atau chalkosfera, merupakan sisik oksida dan sulfide dengan ketebalan 1700 km dan berat jenis 6,4 4. Inti besi nikel atau barisfera, berjarak 3500km dan berat jenis 8,6 Willamson & Adam membuat kesimpulan tentang susunan bumi sbb: 1. Kulit bumi mempunyai ketebalan 100 km, terdiri dari silica dan silikat ringan, berat jenis 2,8-3,2 2. Kulit peridotit, mempunyaim ketebalan 1600 km terdiri dari silikat berat (peridotit) dan berat jenis 3,3-3,35 3. Kulit palistik, mempunyai ketebalan 1400 km, terdiri campuran nikel dan besi serta siderolitik, berat jenis 6-8 4. Inti logam nikel-besi, ketebalan 3400 km dan berat jenis 10 Pembagian/susunan dan komposisi bumi menurut Goldschmidt 1933 adalah sbb: 1. Kulit bumi tebal 120 km, berat jenis 2,8 2. Kulit eklogit, terdiri dari silikat berat, tebal 1000 km dan berat jenis 3,6-4 3. Kulit Sulfida dan oksisda, tebal 1700 km, berat jenis 5-6 4. Inti nikel-besi, tebal 3400 km dan berat jenis 8 Masih mendasarkan pada sebaran kecepatan gelombang gempa dan berat jenis, seperti yang sebelumnya dikemukakan oleh Feffreys & Guttenberg (1992), Ringwood (1975) membuat simpulan bahwa bumi terdiri dari lapisan seri konsentris suatu massa padat, cair-liat dan kerak yang merupakan bagian terluar.

Kerakbumi, dari bagian permukaan hingga bidang diskontinyunitas Mohorovisic, di bawah benua mempunyai kedalaman antara 20 dan 50 km, sedang dibawah samodra kedalaman antara 10 dan 12 km. Kerakbumi tersebut disusun oleh batuan beku, sedimen dan malihan. Di bawah kerakbumi, pada kedalaman 400 km, terdapat selubung atas (uppur mantle) yang tercirikan oleh sebaran gelombang gempa rendah, terutama untuk gelombang S. Bagian selubung atas bumi terutama terdiri dari eklogit atau peridotit yang kaya Fe, Mg, Ca, Na dan silikat aluminium, dengan viskositas rata-rata 8 x 1021 poise. Sebelumnya, Daly (1940) menyebut kerakbumi dengan lithosfera dan selubung atas yang identik dengan low velocity zone disebut astronefera. Zona peralihan (transition zone) terletak antara kedalaman 400 dan 1000 km, ditandai oleh landaian kecepatan gelombang gempa tinggi, dan tersusun dari silikat besi padat, Mg, Ca, Al, oksida besi dan silikat. Lapisan selubung bawah (lower mantle) terletak pada kedalaman 1000-2900 km, dicirikan dengan kenaikan kecepatan gelombang gempa yang relative sebanding dengan bertambahnya kedalaman. Lapisan ini disusun oleh oksida besi padat, Mg dan SIO2 dengan viskositas ratarata 1023 poise. Sedang inti bumi (core) terbagi menjadi dua, yaitu inti bumi luar (outer core) dan inti bumi dalam (inner core). Inti bumi luar terdapat pada kedalaman 2900-5100 km dan inti bumi dalam antara 5100 hingga 6371 km. Bagian luar inti terdiri dari besi dan sejumlah kecil silica, sulfur dan oksigen; sedang bagian dalam terutama terdiri dari besi padat (solid iron)

Tabel 9. Struktur dalam bumi menurut Ringwood Kedalaman 20-50 km Di bawah kerak benua

Nama bagian

Susunan batuan

Kerak bumi

Batuan beku, sedimen dan malihan

400 km

Bidang diskontinyu Selubung atas

Mohorovisic Eklogit & peridotit, kaya Fe, Mg, Ca, Na & silikat Al

400-1000 km

Jalur peralihan

Silikat besi padat, Mg, Ca, Al, Oksida besi & Silikat

Dicirikan dengan landaian kecepatan gelombang gempa yang tinggi

1000-2000 km

Selubung bawah

Oksida besi padat, Mg, SiO2

Kenaikan kecepatan rambat gelombang gempa selaras dengan bertambahnya kedalaman. Viskositas rata-rata 23 10 poise

2900-5100 km

Inti luar

Besi, sedikit silikat, belerang & oksigen

5100-6371 km

IInti dalam

Besi padat

10-12 km di bawah kerak samodra

Ketrangan

Dicirikan dengan sebaran gelombang gempa rendah, terutama gelombang S 21 Viskositas 8 x 10 poise

Magma berasal dari peleburan setempat pada kerak atau selubung atas Ringwood (1975) berhasil menyusun struktur kerak bumi mendasarkan analisisnya atas tafsiran gelombang gempa, pengukuran gaya berat dan magnetic, pemboran inti pada kedalaman tertentu (terbatas); juga deduksi atas sejarah geologi, petrogenesa batuan yang tersingkap dan geokimia. Lingkungan tektonik kerakbumi adalah benua, cekungan di samodra, pinggiran benua, busur kepulauan dan palung

Tabel 10. Struktur Bumi berdasarkan sifat kimia dan fisiska Nama

Sifat Kimia yang penting

Sifat Fisika yang penting

Atmosfera

N2,O2,H2O, CO2, gas lain

Gas

Biosfera

H2O, bahan organic dan

Padat, cair

bahan kerangka Hidrosfera

Air tawar, air asin, salju

Cair dan padat

dan es Kerak

Batuan silikat biasa

Padat

Mantel

Bahan silikat, sebagian

Padat

besar olivine, dan piroksen pada tekanan tinggi Teras atau sidorosfera

Aloy besi-nikel

Bagian atas cair bagian bawah mungkin padat

Tabel 11. Ketebalan dan volume bagian Bumi Ketebalan (km)

Volume (1 Berat Jenis Massa 1027 minimum

x

% jisim

Jisim

cm3) Atmosfer

-

-

-

0.000005

0.00009

Hidrosfer

3,80 (min)

0,00137

1,03

0,00141

0,0024

17

0,008

2,8

0,024

0,4

2883

0,0899

4,5

4,016

67,2

Kerak Mantel

Teras

3471

0,175

11,0

1,936

32,4

Keseluruhan

6371

1,083

5,52

5,976

32,4

Clarke dan Washington (1924) mereka bekerja sangat mendalam menetukan kandungan kimia kerakbumi di semua kawasan kurang lebih sama walaupun pada kawasan yang berlainan . Kandungan % SiO2 batuan yang berasal dari kawasan lautan lebih rendah, seperti batuan pada kepulauan Antlantik dan Pasifik, ini membuktikan bahwa lapisan Sial adalah sedikit/kecil pada lempeng lautan. Dari sampel batuan beku, dari 5159 analisis didapakan komposisi utama tanpa H2O dan unsure-unsur minor sebagai berikut: Tabel 12. Komposisi kimia utama oksida dalam kerak bumi SiO2

Al2O3

Fe2O3

FeO

MgO

CaO

Na2O

K2O

TiO2

P2O5

60.18

15.61

3.14

3.88

3.56

5.17

3.91

3.19

1.06

0.30

Kandungan tersebut tidak cocok dengan sebarang batuan igneus (batuan beku) tetapi adalah perantaraan diantara batuan granit dengan basalt, yang secara kebetulan terdapat pada kebanyakan batuan beku. Terdapat banyak penyimpangan tentang cara pada anilisis untuk mendapatkan rata-rata pada batuan beku. Penyimpangan ini berdasarkan; 1. Ketidak seimbangan taburan geografi dalam analisis 2. Taburannya secara statistik tidak dapat ditentukan karena jenis batuan yang berbeda-beda 3. Terbatasnya jenis batuan yang dikaji dalam analisis

Kerak bumi yang terdiri dari batuan berhablur dari kawasan yang berbeda di daerah selatan Norwegia yang terbentuk pada zaman Fenoscandia, dari 77 analisis batuan memberikan gambaran komposisi kimia kerak bumi sbb; Tabel 13. SiO2

Al2O3

Fe2O3

MgO

CaO

Na2O

K2O

H2O

TiO2

P2O5

3,30

3,07

2,05

3,93

3,02

0,79

0.22

FeO 59,12

15,82

6,99

Angka-angka ini sepadan atau sama yang diperkirakan oleh Clark dan Washington terutama pada pelarutan dan penghidratan natrium dan kalsium. Para ahli sains di Vernadsky Institut of Geochemistry, Moscow telah membuat kajian sistematis tentang kandungan kerak bumi, dengan melakukan ribuan contoh batuan dari daerah Rusia dan geosinklin Caucasia dan mengabungkan data yang diperoleh dari kawasan lainnya. Ronov dan Yaroshevsky membuat kajian yang ringkas, mereka mengenal betul jenis batuan tiga jenis kerak bumi; kerak benua, kerak lautan dan kerak subbenua (terutama daerah antar benua dan lerengnya). Kerak bumi yang diperkirakan oleh mereka berdasarkan bebas air dan gas karbondioksida sbb; Tabel 14. Kerak benua 61,9 0,8 15,6 2,6 3,9 0,1 3,1 5,7 3,1 2,9 0,3

Komponen SiO2 TiO2 Al2SO3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5

Kerak bumi 59,3 0,9 15,8 2,6 4,4 0,2 4,0 7,2 3,0 2,4 0,2

Tabel 15. Jumlah unsure-unsur di dakam kerak bumi dalam ppm Nomor Atom 1 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16 17 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Unsur H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se

Kerak bumi 1400 20 2,8 10 200 20 466 000 625 28 300 20 900 81 300 277 200 1 050 260 130 25 900 36 300 22 4 400 135 100 950 50 000 25 75 55 70 15 1.5 1.8 0,05

Granit (G1) 400 22 3 1,7 200 59 485 000 700 24 600 2 400 74 300 339 600 390 58 70 45 100 9 900 2,9 1 500 17 20 195 13 700 2,4 1 13 45 20 1,1 0,5 0,007

Diabes (W1) 600 15 0,8 15 100 52 449 000 250 16 000 39 900 79 400 246 100 246 100 610 123 200 5 300 78 300 35 6400 114 1 280 77 600 47 76 110 86 16 1,4 1,9 0,3

35 37 38

Br Rb Sr

2,5 90 375

0,4 220 250

0,4 21 190

39 40 41 42 44 45 46 47

Y Zr Nb Mo Ru Rh Pd Ag

33 165 20 1,5 0,01 0,005 0,01 0,07

13 210 24 6,5

25 105 9,5 0,57

0,02 0,05

63 % SiO2 disebut tipe silicic atau acidic (tipe magma asam) b. mengandung silica 52-63 % SiO2 disebut tipe menengah c. silikat rendah mengandung 45-52 % SiO2 disebut tipe basic (tipe magma basa) d. mengandung silka < 45 % disebut tipe ultrabasic (tipe ultra basa) JENIS DAN KLASIFIKASI MAGMA 1. Berdasakan % berat oksida (unsur non volatile) UNSUR NON

MAGMA ASAM

MAGMA BASA

SiO2

65-75

45-58

Al2O3

12-16

13-17

Fe2O3

4-8

9-14

4-6

5-8

6-9

3-5

P2O5

0,02 - 0,54

0,15 - 0,53

MnO

Kecil – 0,19

0,12 – 0,19

TiO2

0,15- 1,2

1,3 – 3,1

VOLATIL/OKSIDA

FeO MgO CaO Na2O K2O

2. Berdasarkan kandungan SiO2 atau derajad keasaman (acidiy) JENIS MAGMA

KANDUNGAN SiO2 (% berat)

Magma asam

66

Magma menengah

52- 66

Magma basa

45 – 52

Magma sangat basa

45

3. Berdasarkan % berat perbandingan alkali (alkali ratio weight %), dimana magma alkali mempunyai harga (Na2O + K2O) lebih besar dari Al2O3 4. Bedasarkan harga alkali lima indek (ʎ) menurut Peacock (1931) JENIS MAGMA

HARGA

TIPE MAGMA

Alkali

51

Atlantik

Alkali-kalsik

51- 56

Kalsik-alkali

50 - 61

Kalsik

61

Pasifik

5. Berdasarkan harga suit index (S) menurut Rittmann (1952, 1953) Klasifikasi ini terutama magma tipe Pasifik (kerabat kapur alkali) HARGA SUITE INDEKS

HARGA p

JENIS MAGMA

1

70

Kapur alkali ekstrim

1 – 1,8

65 - 70

Kapur alkali kuat

1,8 - 3

60 - 65

Kapur alkali menengah

3–4

55 - 60

Kapur alkali lemah

6. Berdasarkan harga indeks pembekuan (solidification index, SI), menurut Kuno (1980). Dari contoh batuan yang dianalisis apa bila kecenderungan menurunnya indeks pembekuan , maka magma bersifat asam. Sebaliknya apabila harga indeks pembekuan meninggi, maka magma bersifat basa. Dengan rumus sbb: Indeks pembekuan magma = 7. Berdasarkan kimiawi dan mineralogi, kennedy (1933) mengklasifkasi beberapa tipe magma, yaitu; a. Tipe magma toleit, dicirikan oleh ketidakhadiran olivine, dengan mineral utama adalah pigeonit, augit dan ortopiroksin. b. Tipe magma basal olivine , mengandung piroksin (augit), alkali feldspar, nefelin, zeolit dan olivine. Meskipun kedua tipe magma ini paling banyak dijumpai, dikenal pula tipe peralihan yaitu tipe magma shoshonit (Joplin, 1968; dalam Charmichael, 1974). 8. Berdasarkan kandungan gas, menurut jaggar (1958; dalam Rittmann, 1962). a. Hipomagma, bersifat tidak jenuh gas (undersaturated) dan dapat terbentuk pada tekanan besar. b. Piromagma, jenuh gas atau banyak mengandung gas c. Epimagma, miskin gas sehingga dapat disamakan dengan lava yang belum dierupsikan. 9. Berdasarkan genesa, menurut Sederhol (1959; dalam Rittmann 1962) a. Magma hibrit, di mana melalui proses hibridisasi dua jenis magma yang terpisah membentuk magma baru

b. Magma sintetik, yaitu magma yang komposisinya berubah karena proses asimilasi. Proses pembentukan magma sintetik disebut sinteksis, di mana magma sintetik dapat merupakan akibat lanjut dari pelarutan batuan asing (umumnya sedimen), yang selain melebur juga mengubah komposisi magma. Contoh ; Asimilasi magma asal dengan batulempung : CaMgSi2O6 + (OH)4Al2Si2O5 → CaAlSi2O6 + MgSiO3 + SiO2 + 2 H2O (diopsid) (kaoilin) (anortit) (enstatit) (kuarsa) Asimilasi magma asal dengan batugamping: CaMgSi2O6 + CaCO3 → Ca2MgSi2O7 + CO (diopsid) (gamping) (akermanit) (gas) Magma anatektik, yaitu magma baru yang terjadi akibat peleburan batuan pada kedalaman yang besar, melalui proses anateksis. Komposisi kimiawi magma juga disimpulkan dari batuan gunungapi yang merupakan hasil pembekuan magma. 1. Kandungan oksigen berdasarkan kelimpahan atomnya adalah 58 – 65 %. Sedang berdasarkan persen berat adalah 45 hingga 50 %, dan sekitar 94,5 % berdasarkan isi. 2. Kandungan SiO2 pada kebanyakan hasil analisis kimiawi batuan beku berkisar antara 35 dan 75 % berat. 3. Kandungan Al2O3 antara 12 – 18 % berat, pada kebanyakan batuan beku; dan mencapai 20 % pada batuan menengah yang mempunyai kandungan SiO2 sekitar 45 %.

4. Pada batuan beku yang berkadar SiO2 rendah (basa), kandungan Fe2O3, FeO, MgO dan CaO berkisar antara 20 % hingga 30 %; sedang dalam batuam asam kira-kira 50 %. 5. Kandungan rata-rata Na2O dan K2O berkisar antara 2,5 hingga 4 % berat. Dalam batuan beku yang bersifat alkalin (intermediate silica content), kandungan Na2O lebih dari 8 % dan K2O sekitar 6 % berat (jarang sekali yang melebihi 10 %, Carmichael, 1974).

Gambar 8. Fenomena muculnya bahan volatil dari dalam kawah aktif

Tabel 20. Klasifikasi tipe batuan volkanik berdasarkan komponen kimiawinya Al2O3 saturated classes SiO2 (wt%) Peraluminious Acid

> 68 63-68

intermedite 57-63 52-57

basic

45-52

ultrabasic < 45

Metaluminious

Subaluminious

rhyolite or obsidian rhyodacite dacite

Peralkaline

pantellerite comendite

Latite trachyte andesite mugearite tholeiitic basalt hawaiite alkali basalt basanite nephelinite leucite

Molecular Al2O3 > (CaO + Na2O + K2O) Molecular Al2O3 < (CaO + Na2O + K2O) and Al2O3> (Na2O + K2O)

phonolite

Molecular Al2O3 ≈ (Na2O + K2O) Molecular Al2O3 < (Na2O + K2O)

KANDUNGAN KIMIA MAGMA DAN BATUAN BEKU Clarke dan Washington SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MgO CaO 59,14 15,34 3,08 3,80 3,49 5,08

Na2O 3,84

K2O 3,13

H2O 1,15

TiO2 1,05

Angka ini hanya perkiraan tidak mewakilikandungan magma primer , karena sampel yang dianalisis mengambil dari batuan beku, dan unsur-unsur yang ada didalam magma seperti adanya unsur-unsur : O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, dan K, menunjukkan bahwa magma adalah sistem multi komponen dari unsur-unsur diatas dan yang lain. Oksida yang terdapat di dalam batuan beku adalah SiO2 (30-80%) terjadi perbedaan disetiap temapat. Terdapat dua frekwensi maksimum yang berbeda yaitu terdapat 52,5% dan 73,0 % adalah yang terbanyak. Ini selaras dengan kajian lapangan bahwa batuan beku yang paling banyak adalah granit dan basal. Alumina kandungannya berubah ubah antara 10 hingga 20 %. Kandungan Al2O3 merupakan ciri-ciri batuan yang

kurang mengandung feldspar yaitu jenis

ultrabasa. Kandungan Al2O3 yang tinggi merupakan ciri batuan anatorsit dan batuan yang banyak mengandung naftelin. Soda Na2O biasanya menunjukkan perbedaan yang besarnya antara 2 sampai dengan 5 %, kandungan Na2O jarang melebihi 15 %. Lengkung bagi K2O adalah kurang seragam, tetapi kebanyakan kandungan K2O kurang dari 6 % dan jarang melebihi lengkung FeO dan Fe2O3. Jumlah oksida besi dalam batuan beku jarang yang melebihi 15 % , kecuali dalam bijih magma besi. Kandunan MgO dalam batuan beku sangat rendah dan hanya jenis ultrabasa yang kaya akan piroksin dan /atau olivine yang mempunyai

kandungan MgO lebih dari 20 % , CaO dalam batuan beku kurang dari 5 %, adakalanya kandungan CaO mencapai 8 % pada batuan basalt. Kandungan komponen minor dalam batuan beku pada umumnya adalah TiO2, P2O5, dan MnO.

KANDUNGAN MINERAL BATUAN BEKU Walaupun lebih daripada 1000 mineral berlainan diketahui, namun jumlah spesies yang terdapat di dalam batuan beku lebih dari 99 %. Adalah 7 mineral utama yaitu yang dapat ditemui : (mineral silika, feldspar, felspatoid, olivin, piroksin, amfibol dan mika) selain itu yang dapat ditemui adalah ; magnetit, ilmenit dan apatit saja yang detemui dan dalam jumlah yang sangat kecil. Kajian statistik dari kurang lebih 700 batuan beku secara petrografi menunjukkan bahwa rata-rata kandungan mineral di dalam batuan beku adalah: kuarsa 12 %, feldspar 59,5 %, piroksin dan hornblend 16,8 %, biotit 3,8 %, mineral titanium 1,5 %, apatit 0,6 % dan mineral sampingan yang lain 5,8 %. MINERAL SILIKA Silika terdapat pada ketujuh macam mineral yang berlainan : kuarsa (termasuk kalsedoni), tridimit, kristobalit, opal, lekatelierit, koesit, dan stishovid. Di antara semua ini yang mudah didapati adalah kuarsa, trimidit dan kristobalit banyak dijumpai pada batuan volcano; opal tidak mudah didapat; lekatelierit (kaca silica) sangat jarang didapati. Koesit dan stishovit merupakan mineral bertekanan tinggi yang pertama kali dibuat di makmal dan kemudian ditemukan pada batu pasir yang terdapat di kawah meteor, di Arizona. Terbukti mineral koesit dan stishovit terbentuk pada tekanan tinggi yang tiba-tiba.

Kuarsa, kristobalit dan trimidit adalah mineral silikat yang terdapat pada batuan beku, mempunyai kestabilan pada suhu masing-masing: kuarsa sampai suhu 867oC pada tekanan 1 atm; trimidit 867-1470oC pada tekanan 1 atm; dan kristobalit pada suhu 1470 – 1713oC tekanan 1 atm. Sistem satu komponen SiO2 telah dikaji dengan mendalam dalam berbagai kondisi suhu dan tekanan (gambar 8) Dengan penambahan sedikit air ke dalam sistem ini akan menghasilkan sesuatu yang agak besar. Ini telah dikaji pada 1300oC dan tekanan uap air 2000kg/cm2. Garis putus-putus di dalam gambar 8, pada tekanan yang melebihi 1400kg/cm2 , kuarsa melebur pada suhu kurang lebih 1125oC , penurunan suhu kira-kira 600oC dari titik leburnya silica cair mengandung air kurang dari 2,3 %. Medan kesetabilan tridimit menjadi semakin kecil. Dalam sistem kering , tridimit tidak mempunyai titik lebur yang stabil, tatapi dengan uap air tridimit melebur menjadi menjadi cairan hidrus pada tekanan melebihi 400 kg/cm2 KUMPULAN FELDSPAR Feldspar mineral yang mudah ditemui ada dua jenis yaitu feldspar barium dan kalium. Formula bagi feldspar dapat ditulis sebagai WZ4O8 dengan W adalah : Na, K, Ca dan Ba dan Z adalah Si dan Al. Perbandingan Si : Al berubah ubah dari 3:1 dan 1:1. Feldspar mengandung sedikit Al. Struktur feldspar merupakan suatu rangkaian tetrahedron SiO4 dan AlO4 dalam tiga dimensi yang berhubungan , dengan natrium dan kalium, kalsium dan barium. Feldspar yang mengandung barium jarang ditemukan dan tidak penting di dalam mineral pembentuk batuan maka tidak dibicarakan lebih lanjut. Feldspar sebagai sistem tiga komponen dan komponen-komponen itu ialah KAlSi3O8, NaAlSi3O8 dan CaAl2Si2O8 FELDSPATOID

Feldspatoid adalah kumpulan silikat aluminium yang terdapat di tempat feldspar apabila magma yang kaya dengan alkali tidak mengandung silica. Feldspatoid tidak pernah bersekutu dengan kuarsa primer. Mineral berikut yang termasuk di dalam feldspatoid : Leusit

: KAlSi2O6

Kaliofilit

: KAlSiO4

Kalsilit

: KAlSiO4

Nefelin

: NaAlSiO4

Sodalit

: Na8Al6Si6O24(Cl2)

Nosean

: Na8Al6Si6O24(SO4)

Kankrinit

: Na8Al6Si6O24(HCO3)2

Analsim, NaAlSi2O6.H2O, adakalanya dimasukkan di dalam kumpulan feldspatoid; mineral ini selalu muncul sebagai mineral primer di dalam batuan baku yang tidak bersilika. Feldspatoid bukanlah merupakan suatu mineral yang homogen seperti feldspar atau piroksin. Leusit merupakan feldspatoid kalium yang banyak dijumpai dalam batuan gunungapi KUMPULAN PIROKSIN Piroksin adalah satu kumpulan mineral yang berhubungan erat dengan sifat Kristal, menghablur dengan dua junis ortorombus dan monoklinik. Cirri-ciri kumpulan ini ditunjukkan oleh struktur luar atom yang sama. Kumpulan tetrahedron SiO4 dihubungkan bersama menjadi rantai dengan bergabung dengan satu aton oksigen dengan kumpulan yang ada disebelahnya yaitu dua atom oksigen disetiap kumpulan berhubungan dengan dua kumpulan yang terletak di kedua sisinya dengan perbandingan Si : O adalah 1 : 3.

Kandungan kimia piroksin formulanya dapat dinyatakan sebagai berikut : (W)1-p(X Y)1+PZ2O6, dengan simbol W, X, Y dan Z merupakan unnsur-unsur yang mempunyai jari-jari ion yang sama, dapat salaing tukar di dalam struktur piroksin, unsur-unsur itu adalah : W : Na, ca X : Mg, Fe+2, Li, Mn Y : Al, Fe+3, Ti Z : Si, Al (jumlah sedikit) Piroksen terbagi menjadi dua bagian yaitu ortorombus dan monoklin. Berdasarkan kandungan kimia dan sistem hablur beberapa spesies dapat diketahui : Piroksin Ortorombus : Enstatit

: (MgSiO3)

Hipersten

: (MgFe)SiO3

Piroksin Monoklinik : Klinoenstatit

: (MgSiO3);

Klinohipersten

: (Mg,Fe)SiO3;

Dopsida

: (CaMgSi2O6);

Hedenbergit

: CaFe2+Si2O6

Augit

: Mineral perantaraan diantara diopsida dengan hendenbergit Dengan sedikit Al.

Pigeonit

: Perantaraan diantara augit dengan klinoenstatitklinohipersten.

Aegirin (akmit)

: NaFe3+Si2O6

Jadeit

: NaAlSi2O6

Spodumen

: LiAlSi2O6

Johannsenit

: CaMnSi2O6

KUMPULAN AMFIBOL Kumpulan amfibol terdiri dari beberapa spesies

yang terdiri dari sistem

ortorombik dan monoklinik, yang mempunyai sifat-sifat hablur dan fisik berkaitan erat , dan begitu juga dengan kandungan kimianya. Amfibol mengandung gugus OH di dalam strukturnya, dan perbandingan Si : O ialah 4 : 11 (Si4O11) tidak seperti pada piroksin 1 : 3 (SiO3). Formula

amfibol

dapat

8(Z4O11)2(Z4O11)2(O,OH,F)2,

dituliskan

sebagai

berikut

(WXY)7-

simbul W,X,Y,Z menunjukkan unsur yang jari-jari ion

yang sama boleh bertukar posisi didalam struktur. W menunjukkan kation logan Ca dan Na yang memiliki jari-jari besar(K kadang kala terdapat dalam jumlah sedikit); X menunjukan kation logam Mg dan Fe+2 yang berjari-jari kecil (kadangkala Mn); Y dapat berupa Ti, Al, dan Fe+3; dan Z untuk Si dan Al. Pergantian atom dalam formula anfibol sebagai berikut: 1. Al dapat menggantikan Si di dalam rantai Si4O11, sehingga membentuk AlSi3O11 (banyaknya pertukaran tergantung pada pembentukan amfibol suhu rendah atau suhu tinggi) 2. Fe+2 dan Mg boleh saling bertukar sepenuhnya. 3. Jumlah (Ca, Na, K) kemungkinan kosong atau hampir kosong atau mungkin berubah dari 2 ke 3; Ca tidak lebih dari 2 K terdapat jumlah yang sangat kecil 4. OH dan F dapat saling tukar sepenuhnya Struktur hablur amfibol berdasarkan rumus kimia : Ortorombik ;

Antofilit

: (Mg, Fe)7(Si4O11)2(OH)2(Mg melebihi Fe)

Monoklinik Kumingtonit

: Fe, Mg)7(Si4O11)(OH)2 (Fe melebihi Mg)

Tremolit

: Ca2(Mg,Fe)5(Si4O11)2(OH)2

Horblende

: Ca2Na0-1(Mg,Fe,Al)5 ( Al,Si4)11 2(OH)2

Amfibol Alkali (Na>Ca) : Glaukofan

: Na2Mg3Al2(Si4O11)2(OH)2

Riebekit

: Na2Fe32+Fe23+(Si4O11)2(OH)2

Arfvedsonit

: Na3Fe42+Fe3+(Si4O11)2(OH)2

MINERAL OLIVIN Mineral-mineral olivin adalah terdiri dari silikat bivalen dan menghablur dalam sistem ortorombik. Mineral olivine terdiri beberapa spesies sbb: Forsterit

: Mg2SiO4

Fayalit

: Fe2SiO4

Olivin

: (Mg,Fe)2SiO4

Tefroit

: Mn2SiO4

Kirschsteinit

: CaFeSiO4

Montiselit

: CaMgSiO4

Glaukokroit

: CaMnSiO4

MINERAL MIKA sbb : Muskovit

: KAl2(AlSi3O10)(OH)2

Paragonit

: NaAl2(AlSi3O10)(OH)2

Flogopit

: KMg3(AlSi3O10)(OH)2

Biotit

: K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2

Lepidolit

: KLi2Al(Si4O10)(OH)2

BAB VI. PENGENDAPAN DAN BATUAN ENDAPAN Pengendapan sebagai proses geokimia adalah interaksi antara atmosfer dan hidrosfer dibagian kerak bumi. Pada dasarnya batuan beku kondisinya tidak stabil dalam hubungannya dengan hidrosfer dan atmosfer. Mineral-mineral pada awalnya terbentuk pada suhu tinggi dan tekanan tinggi tidak stabil pada kondisi yang berbeda-beda pada permukaan bumi jika berhubungan dengan atmosfer dan hidrosfer. Mineral-mineral kuarsa saja yang kondisinya agak stabil dan mineral lainnya mudah berubah oleh pengaruh oksigen , asam karbonat dan air dan mineral yang baru terbentuk lebih stabil. Dalam proses geokimia pengendapan ialah pemecahan secara kimia beberapa mineral dan pembentukan mineral lain. Kerak bumi mengandung silikat lebih dari dari 90 % (termasuk kuarsa dan silikat). Proses mineral silikat dipecah secara kimia berdasarkan kation univalent dan bivalen mudah menjadi larutan sedangkan alumunium dan silikon tidak banyak diketahui. Mineral-mineral lempung dapat terbentuk melalui hidrolisis aluminium silikat dengan pembentukan asam silikat dan aluminium hidroksida

GEOKIMIA TANAH Pengendapan adalah proses geokimia yang sangat penting, karena dengan proses ini menghasilkan tanah yang mempunyai nilai ekonomi. Batuan induk mengalami proses geokimia menghasilkan tanah. Proses pembentukan tanah yang dimulai dari bahan induk hingga menjadi tanah. Banyak factor yang mempengaruhi proses pembentukan tanah, akan tetapi hanya ada lima (5) factor

yang dianggap paling penting yakni iklim, organisme, bahan induk, topografi dan waktu ORGANISME Vegetasi & hewan

IKLIM curah hujan & Suhu TANAH

BAHAN INDUK Sifat fisik & Kimia

WAKTU PERKEMBANGAN Tua, dewasa, muda

TOPOGRAFI Ketinggian lereng & kedalaman air tanah

Proses geokimia menghasilkan dekomposisi batuan dan mineral , yaitu penguraian senyawa . Reaksi-reaksi yang dilibatkan ialah pelarutan, hidrolisis, asidolisis, oksidasi dan reduksi. Dekomposisi senyawa-senyawa

rombakan,

membentuk

sering dilanjuti dengan sintesis senyawa

baru

(neogenesis,

neoformasi). Pelaku utama dalam proses kimia ialah H2O, CO2, O2 dan ion H. Pelarutan berlangsung atas mineral –mineral terlarutkan dalam air dengan jalan bergabungnya melekul dipole HOH pada kation dan anion rangka Kristal yang mengakibatkan ion-ion dalam rangka Kristal menjadi runtuh. Makin tinggi suhu makin besar pelarutan dan makin intensip pembentukan mineral baru; Jenis reaksi; 1. Hidrolisa adalah reaksi oleh senyawa air yang menghasilkan asam dan basa yamg terlepas dari struktur mineral KAlSi3O8 + HOH Ortoklas air

KOH + H-AlSi3O8 basa asam

2. Asidolisis adalah hidrolisis yang melibatkan ion H dari sumber lain disamping dari HOH, yaitu CO2 dari atmosfir dan asam anorganik HCl dan H2SO4 dari gas volkan. CO2 dan H2O menghasilkan ion H menurut reaksi CO2 + H2O

H+ + HCO-3. Kadar H+ dalam makin tinggi

H2CO3

asidolisis makin intensif. Contoh; CaAl2Si2O8 + H2O + CO2 anortit

CaCO3 + H2Al2Si2O8 garam asam

KANDUNGAN KIMIA BATUAN ENDAPAN Asal batuan endapan dari batuan beku yang sudah mengalamimi proses fisik dan kimia. Kandungan kimia batuan endapan berbeda-beda. Dari kandungan oksida, SiO2 mencapai lebih dari 99 % bada batu pasir, Al2O3 sampai 70 % pada bouksit; Fe2O3 mencapai 75 % pada limonit; FeO mencapai 60 % pada siderit; MgO mencapai hingga 20 % pada dolomite; dan CaO mencapai hingga 56 % di dalam batuan kapur. Tabel 21. Komposisi kimiawi batuan endapan +

Batuan

Syal (%

Batu

Batu

*Endapan

beku (%

W)

pasir

kapur

Rata-rata Rata-rata

(% W)

(% W)

W)

Endapan #Endapan rata-rata

SiO2

59,14

58,10

78,33

5,19

58,49

59,7

46,20

TiO2

1,05

0,65

0,25

0,06

0,56

-

0,58

Al2O3

15,34

15,40

4,77

0,81

13,08

14,6

10,50

Fe2O3

3.08

4.02

1,07

0,54

3,41

3,5

3,32

FeO

3.80

2.45

0,30

-

2,01

2,6

1,95

MgO

3,49

2,44

1,16

7,89

2,51

2,6

2,87

CaO

5.08

3,11

5,50

42,57

5,45

4,8

14,00

Na2O

3.84

1,30

0,45

0,05

1,11

0.90

1,17

K2O

3,13

3,24

1,31

0,33

2,81

3,20

2,07

H2O

1.15

5,00

1,63

0,77

4,28

3,40

3,85

P2O5

0.30

0,17

0,08

0,04

0,15

-

0,13

CO2

0,10

2,63

5,03

41,54

4,93

4,70

12,10

SO3

-

0,64

0,07

0,05

0,52

-

0,50

BaO

0,06

0,05

0,05

-

0,05

-

-

C

-

0,80

-

-

0,64

-

0,49

*Syal 80, batu pasir 15, batu kapur 5; menurut Clarke. + Garrels dan Mackenzie, 1971 # Ronov dan Yaroshevsky, 1969; termasuk MnO 0,16, Cl 0,24

Menurut Clarke bahwa batuan endapa Syal, batu pasir dan batu kapur dengan menganalisis beberapa sampel, dengan menggunakan kandungan syal 80 % , batu pasir 15 % dan batu kapur 5 % dapat dilihat seperti pada tabel 21. Garrels dan Mackenzie

(1971)

menganalisis

batuan

endapan

dengan

berdasarkan

keseimbangan geokimia antara batuan beku dan batuan endapan diperkirakan bahwa kadar syal : batu pasir : batu kapur adalah 81: 11 : 8,

HASIL PENGENDAPAN Kajian tentang proses pengendapan menunjukkan bahwa komponen individu yang terdapat dalam batuan induk dapat mengalami perubahan secara geokimia sbb:

1. Mineral-mineral terutama yang stabil/tahan terhadap perubahan fisik dan kimia akan terkumpul sebagai bahan yang berbutir. Seperti kuarsa menghasilkan pasir kuarsa atau batu pasir yang kaya akan silikon dibandingkan dengan batuan induknya 2. Pemecahan kimia aluminasilikat, menghasilkan lumpur yang sebagian besar sebagai mineral lempung. Ini mengakibatkan terkumpulnya aluminium dan kalium melalui penjerapan oleh hasil proses hidrolisis 3. Disamping pembentukan endapan lempung, terjadi perubahan kimia pada rentang waktu dan ruang, terjadinya pengendapan besi dengan proses hidrolisis dari ferro hidroksida menjadi ferri hidroksida 4. Kalsium diendapkan menjadi kalsium karbonat oleh proses kimia maupun oleh proses organisme. Dan batuan dolomite diendapkan dari batuan induk yang kaya akan magnesium. 5. Di dalam larutan sisa bahan yang tidak dapat terendapkan akan seperti natrium sedikit kalium dan magnesium akan terkumpul di lautan Skema pemecahan batuan sbb

Si

Al, Si, (K)

Fe

Resistat Hidrolisat Oksidat SiO2 Mineral2 Fe2(OH)3 Lempung

Ca, (Mg) Karbonat CaCO3 CaMg(CO3)2

(ca), Na, (K) Pelarutan NaCl, CaSO4, MgSO4 MgSO4 dll.

Skema ini menunjukkan jalan yang dilalui oleh unsur-unsur utama semasa pengendapan dan memberikan hasil endapan : resistat, hidrolisat, oksidat, karbonat dan larutan.

Silika berada dalam endapan resistat, alumina di dalam hidrolisat, besi didalam oksidat dan kalsium dan magnesium di karbonat. Sebagian dari pada natrium tertinggal dalam larutan dan akhirnya mengumpul dilautan. Resistat membentuk kumpulan pasir dan batu pasir yang penting. Kuarsa paling banyak dijumpai dan batu pasirsilika banyak digunakan untuk industri (kaca) BAB VII. GEOKIMIA ISOTOP Kajian tentang isotop dari beberapa unsur menjadi sangat penting dalam geokimia, isotop unsur yang stabil dapat dipergunakan untuk mengkaji perubahan-perubahan isotop dan kelimpahan isotop. Di samping itu isotop suatu unsur dapat dipakai untuk menentukan umur batuan dan asal unsur. Bagi beberapa unsur seperti unsur-unsur H, C, O dan S, perbedaan isotopnya sangat bermanfaat untuk kepentingan geologi. Perbandingan isotop seperti

18

O/16O, menghasilkan factor δ per mil (‰) atau bagian

perseribu,dengan: δ = (R sampel /R standard -1) 1000 dan R adalah perbandingan dua isotop terpilih dalam suatu sampel . Di dalam tabel 22 pasangan isotop terukur bagi unsur-unsur yang mudah diukur. Variasai Isotop Per Mil.δ isotop berat Mineral dan Batuan Isotop Sampel

isotop diukur

yang Mineral

dan Air pembanding

batuan

yang dipakai Hidrogen

pada

2

H/1H (D/H)

-180 hingga + 20

air laut (SMOW) Karbon

PDB-

13

C/12C

-35 hingga + 5

-410 hingga + 50

kalsit (belemnite) Oksigen SMOW

18

-2 hingga + 36

Silikon; Telerang

30

-22 hingga + 3,2

34

-45 hingga + 60

kuarsa,

O/16O Si/28Si

-50 hingga + 15

Mother

Lode, California Sulfur;

Troilit

S/32S

meteorit canyon Diablo

Dalam tabel 22 pasangan isotop terukur bagi unsur-unsur yang mudah diukur. Bagi oksigen ubahan per mil ialah 18O/16O dan sampel yang digunakan adalah air laut, dan untuk ubahan karbon 13C/12C sampel berasal dari karbonat, dan untuk ubahan sulfur 34S/32S sampel yang digunakan adalah trolit ( FeS). Nilai δ positip atau negatip menunjukkan adanya isotop-isotop berat dalam sampel.Ubahan isotop disebabkan oleh perbedaan zat diantara isotop-isotop dan hal ini menyebabkan timbulnya getaran atom didalam molekul atau hablur. Hasil frekwensi getaran yang berbeda-beda akan berpengaruh terhadap energy tenaga dalam (E); entropi (S) dan hal ini akan menimbulkan perubahan isotop yang dimiliki dalam suatu bahan yang berbeda fasa. Contohnya taburan berikut; α=

(

)

(

)

18

O/16O akan berpengaruh terhadap α dua fasa sebagai

Dalam sistem kesetimbangan α adalam koefisisen keseimbangan tukar ganti isotop, α sangat dipengaruhi oleh suhu. Hubungan α dengan δ dalam persamaan sbb: α = 1 + δA/1000 1 + δB/1000

1000 ln α = δA-δB; dan α =1 maka δA-δB/1000 H,C,O dan S merupakan unsur terpenting dalam menjelaskan sisten geokimia karena isotopnya. Berikut ini terjadinya letusan phreatik di komplek gunungapi Dieng selama lebih satu abad (Tabel 23). Isotop karbon dapat dipergunkan untuk mengetahui penyebab letusan berasal dari magma atau bukan. Tabel 23. Letusan phreatik di komplek gunungapi Dieng selama lebih satu abad

Tahun

Akibat Letusan (meninggal Lokasi Letusan Fenomena letusan Tanda/Pend dunia) ahuluan

1786

Candradimuka

a,b,c,d

g

-

1826

Pakuwaja

a,b,c,d

?

-

1928 (05/13)

Timbang

a,b,c,d,e,f

g,h

-

1939 (10/13)

Timbang

a,b,c,d,e,f

g,h

-

1944 (12/04)

Sileri

a,b,c,d

h

59

1945 (04/12)

Candradimuka

a,b

no

-

1956 (12/13)

Sileri

a,b,c

no

-

1964 (12/13)

Sileri

a,b,c,d

no

-

1979 (02/20)

Timbang

a,b,c,d,e,f

g,h

142

Keterangan : a : gas phume; b : block projection; c : ash falls; d : crater formation ; e : mudflows

f : CO2 outflows; g : felt seismicity; h : fissure opening

Analis kimia gas dengan menggunakan gas chromatografi dan air dengan grafimetri dapat dilihat pada table 24 Tabel 24, Komposisi kimia Fumarola komplek gunungapi Dieng pada tanggal 14 dan 19 Juli 1979 (Allard. P, dkk, 1988).

SIGLUDUK (300C dalam % vol) Kode

H2O

CO2

CH4

H2S

SO2

N2

O2

Ar

CO

He (ppm)

G88

0

97,5

0,77

0,01

0,06

0,27

0,39 0,014

-

6,6

92(1)

0

98,1

0,80

0,03

0,18

0,71

0,17 0,009

11

6,9

12(1)

0

98,2

0,75

0,03

0,19

0,69

0,16 0,008

8

6,8

M3(2)

0

88,2

0,61

˂

˂

8,35

2,17 0,096

9

5,4

0,01

0,01

˂

˂

6,91

1,71 0,084

41

6,3

0,01

0,01

CO

He

M22(2)

0

90,7

0,59

PAKUWAJA (950C dalam % vol) Kode

H2O

CO2

CH4

H2S

SO2

N2

O2

Ar

(ppm)

M1

98,2

82,2

1,46

1,08

˂

12,46 2,71 0,120

37

5,8

-

5,4

64

6,5

CO

He

0,01 98(2)

98,0

86,1

1,19

1,45

˂

8,50

1,92 0,080

0,01 64(2)

98,0

83,7

1,28

1,02

˂

11,02 2,91 0,105

0,01 PAGERKANDANG (740C dalam % vol) Kode

H2O

CO2

CH4

H2S

SO2

N2

O2

Ar

(ppm) M2(2)

74,0

15,3

0,08 0,014

˂

66,6

17,2

0,80

-

4,8

O2

Ar

CO

He

0,01 SIKIDANG ( dalam % vol) Kode

H2O

CO2

CH4

H2S

SO2

N2

(ppm) M11(2) 97,3

94,9

1,05

1,79

˂

1,82

0,37 0,030

76

0,01

Tabel 25. Komposisi isotop karbon dan sulfur gas Dieng (Allard. P, dkk, 1988).

6,6

SIGLUDUG δ13 C(CO2)

δ13 C (CH4)

‰

‰

92

-4,4

-29,3

293

+ 3,6

12

-4,1

-28,4

301

+ 3,2

M3

-4,2

-28,8

297

-

M22

-3,8

-28,9

290

-

T0C Isotopic Eq

δ34S

Kode sampel

T0C Isotopic Eq

δ34S ‰

PAKUWAJA δ13 C(CO2)

δ13 C (CH4)

‰

‰

M1

-7,7

-36,2

248

-

64

-8,4

-35,6

263

+ 2,4

T0C Isotopic Eq

δ34S

Kode sampel

‰

PAGERKANDANG Kode sampel

M2

δ13 C(CO2)

δ13 C (CH4)

‰

‰

-6,0

SIKIDANG

‰ -

-

Kode sampel

δ13 C(CO2)

δ13 C (CH4)

‰

‰

-4,6

-26,3

M11

T0C Isotopic Eq

δ34S ‰

341

+2,1

Tabel 26. Perbandingan kandungan gas gunungapi di beberapa lokasi Gas (vol)

Dieng

Nyos Lake

Monoun

Gambier

Unkirek

Lake CO2

98,2

98,3

96,7

98,7

98,4

CH4

0,75

0,29

2,19

0,90

0,04

C2H6

-

-

˂ 0,01

0,011

˂ 0,05

N2

-0,69

0,089

0,55

0,39

0,54

O2

0,16

0,029

0,28

0,005

0,02

Ar

0,008

0,0015

0,01

0,005

0,02

H2S

0,03

˂ 0,00002

˂ 0,02

0,001

-

SO2

0,19

-

-

-

-

He

0,00068

0,0005

˂0,005

0,008

˂0,02

CO

0,0008

˂0,00005

˂0,02

˂0,001

˂0,02

H2

0,0024

˂0,00001

˂0,005

0,0003

˂0,02

He/CO2

6,9

5,1

-

81,0

-

δ13 CO2

-4,1

-3,3

7,2

-4,3

-6,4

δ13 CH4

-28,4

48,3

-54,8

-40,6

-

(10-6)

PELULUHAN RADIOAKTIF Peluluhan radioaktif berdasarkan perubahan isotopnya dari unsur-unsur radio aktif meluluh menjadi isotop yang stabil yaitu Pb, peluluhan melalui suatu peluluhan sinar radioaktif α dan β. Rubidium 87 meluluh dan bertukar isotop melalui sinar β menjadi strosium 87 dan carbon 14 bertukar melalui sinar β menjadi nitrogen 14. Kalium 40 meluluh melalui satu atau dua cara, peluluhan β menjadi kalsium 40. Unsur K 40 menjadi argon 40 Tabel 27. Waktu setengah umur peluluan unsur-unsur radio aktif Unsur radio Waktu ʎ (tahun -1) Kisaran Bahan aktif setengah bahan yang umur (tahun) dapat terdeteksi (tahun) 235 206 9 -10 U- Pb 4,47 x 10 1,55 x 10 107-109 Zirkon, uranit 235 207 9 -10 7 9 U- Pb 0,71 x 10 9,72 x 10 10 -10 Zircon, uranit 232 208 10 -11 7 9 Th- Pb 1,39x10 4,99 x 10 10 -10 Zircon, monazit 87 87 10 11 7 9 Rb- Sr 4,88x10 1,42 x 10 10 -10 Mika, batuan metamorf dan

147

143

Sm- Nd K-40Ar

40

14

C

11

-12

9

1,06x 10 1,32X109

6/54 x 10 10 -10 Β4,72 x 10 104-109

5730

1,21 x 10-1

0-105

batuan beku Batuan beku Mika,hornblende, , sanidin, batuan metamorf dan batuan beku Kayu, arang, tulang, cengkerang

Kegunaan luluhan radioaktif dipakai untuk memperkirakan peristiwa masa lampau berdasarkan isotop unsur-unsur yang terdapat pada bahan yang dikaji. Yang berpengaruh terhadap perubahan isotop adalah pengaruh dari perubahan kimia, suhu, dan tekanan dan pengaruh dari isotop induknya. Persamaan berdasarkan perubahan luluhan radioaktif secara kinetik dapat dituliskan sebagai berikut –dN/dt = ʎN; dimana N= jumlah atom radioaktif, ʎ besarnya panjang gelombang peluluhan radioaktif dan t adalah waktu. Pengembangan dari persamaan tersebut adalah sebagai berikut ; N/N0 = e-ʎT dimana N0 jumlah atom radioaktif mula-mula, N jumlah atom radioaktif sisa dan T adalah suhu. Persamaan tersebut berkenaan dengan peluluhan radio aktif suatu unsur dapat dikaitkan dengan waktu ½ umur, maka persamaan menjadi ; t setengah umur = 0,693/ʎ. Dalam praktek dalam geokronologi masa lampau sehubungan waktu setengah umur, persamaan luluhan radioaktif menjadi Nd = N (eʎt – 1) Perkiraan waktu setengah umur yang panjang dibandingkan dengan waktu (usia) yang diukur dapat disederhanakan sehingga persamaan menjadi ;

Nd/N = ʎt BAB VIII. HIDROKARBON Hidrokarbon merupakan komponen organik yang mengandung dua unsur utama yaitu hydrogen dan carbon. Belakangan komponen hidrokarbon juga mengandung oksigen, nitrogen dan sulfur. Komponen hidrokarbon terbentuk secara alami dari bahan organic yang diyakini dari makluk hidup melalui proses waktu yang lama (jutaan tahu yang lalu). Dari asalnya bahan organik tersebut mengandung banyak unsur hydrogen dan carbon. Dari ikatan yang terbentuk menghasilkan hidrokarbon dengan molekul kecil dan besar, dari sana maka akan berpengaruh terhadap sifat fisik dari hidrokarbon itu sendiri. Untuk ikatan molekul kecil menghasilkan komponen gas dan molekul besar menghasilkan cairan yang disebut crude oil. Komponen gas dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 28. Komposisi gas alam Komponen gas alam Hidrokarbon (CnH2n+2) Methan (CH4)

70-98 %

Ethan (C2H6)

1-10 %

Propan

trace -5 %

Butan

trace -2%

Pentan

trace- 1%

Hexan

trace – 0,5 %

Heptan

trace – 0,5 %

Non Hidrokarbona Nitrogen

trace – 15 %

Carbon dioksid

trace – 5%

Hidrogen sulfit

trace – 3%

Helium

kadang melewati 5% kadang tidak ada

Hidrokarbon dibagi menjadi dua kelas utama yaitu hidrokarbon alifhatik dan aromatik . Alifhatik kemudian dibagi lagi menjadi family-famili : alkana, alkena, alkyna dan alifatik cyclic. Hubungan antara klas dan family hidrokarbon sbb :

Tabel 29 . Komposisi gas alam yang berasal dari sumur yang akan di cairkan menjadi produk gas cair Komponen gas alam Hidrokarbon (CnH2n+2) Methan (CH4)

45-92 %

Ethan (C2H6)

4-21 %

Propan

trace 1-15 %

Butan

trace 0,5 -7 %

Pentan

trace - 3%

Hexan

trace -2 %

Heptan

trace – 0,5 %

Non Hidrokarbona Nitrogen

trace sampai diatas 10%

Carbon dioksid

trace sampai 4%

Hidrogen sulfit

Tidak ada sampai trace sampai 6%

Helium

Tidak ada

Tabel 30. Fraksi-fraksi hidrokarbon yang terdapat pada crude oil Fraksi pada crude Titik nyala oF

Komposisi kimia

Guna

Hidrokarbon

C1-C2

Bahan bakar gas

C3-C6

Pelarut,

Sampai 100

bahan

bakar gas dalam tabung Gasolin

100-350

C5-C10

Bahan

bakar

motor , Pelarut Kerosene

350-450

C11-C12

Bahan bakar jet, Craking stock

Light gas oil

450-580

C13-C17

Bahan

bakar

disel, tanur Heavy gas oil

580-750

C18-C25

Bahan

bakar

bunker, pelumasan Lubrican waxes

and 750-950

C26-C38

Pelumas,

waxe,

petroleum jelly

Residu

950 + (200+)

C38+

Paving asphalts, coke, pengawet kayu, komponen atap

Elemen dalam crude oils (minyak mentah) carbon

84-87 %

Hidrogen

11-14%

Sulfur

0,06 -2,0%

Nitogen

0,1-2,0%

Oksigen

0,1-2,0%

Seri Homolog (deret sepancaran)

Hidrokarbon

Alifhatik

Ik

Alkana

Alkana :( CnH2n + 2); Alifatik siklik

Alkena

Aromatik

alkyna

Alifatik cyklik

Alkena : (CnH2n); Alkyna : ( CnH2n – 2) ;