10. BIOSFER

Konsep biosfer dikemukakan oleh Lamarck

Batuan sedimen tertua yg mengandung unsur C : Batuan Isua di Greenland, yg berumur 3.700 x 106 thn.

Alga primitif terdpt di batugamping Bulawayan system, di selatan Zimbabwe, berumur 2.600 x 106 thn.

Disebelah utara Danau Superior, terdpt mikrofosil yg diidentifikasi sbg bakteri & blue green alga didptkan di batuan chert pada Fm Gunflint, berumur 1.900 x 106 thn

Kehidupan mulai > 3.000 x 106 thn yg lalu, berkembang sangat lambat sampai perkembangan fotosintesa tumbuhan hijau (1,8 – 2 x109 thn yg lalu).

Untuk respirasi metabolisme, O2 harus ada pada level yg tinggi (± 1-3% atmosfer sekarang), shg metazoa dpt berkembang, diperkirakan terjadi pada 1x109 thn yg lalu.

Massa Biosfer

Borchert (1951), memperkirakan banyaknya karbon di organisme 2,8 x 1017 gr

Banyaknya C organik yg dihasilkan pertahun Dari lingkungan darat 118 x 109 tonDari lingkungan laut = 55 x 109 tonShg total = 173 x 109 ton.

Menurut Rankama dan Sahama, perbandingan massa hidrosfer, atmosfer dan biosfer = 69.100 : 300 : 1

Komposisi BiosferAir adalah komponen utama pembentuk material organik

Kayu mengandung 50% H2OVertebrata mengandung 66%Invertebrata laut > 90% H2O

Endapan Biogenik

Menurut Feely & Kulf (1957) :Endapan sulfida & sulfur di Salt Dome Lousiana, menunjukan tingginya rasio 32S/34S dari endapan sulfat, menunjukkan pengkayaan 32S selama pembentukanya

CaSO4 yg mengalami pengurangan sulfat krn aktivitas bakteri anaerob,

menghasilkan hidrogen sulfida, yg kemudian bereaksi dgn CaSO4

menghasilkan sulfurSulfat yg dikurangi oleh bakteri, utk membentuk hydrogen sulfida, bereaksi dgn Fe membentuk pirit

Jenis material organik

Material humik, adalah sisa dari tumbuh-tumbuhan kayu yg mengandung oksigen, nitrogen dan sulfur disamping karbon dan hidrogen, mrpkn bahan pembentuk batubara

Material sapropelik, adalah sisa dari tumbuhan air tawar atau air laut, mrpkn bahan pembentuk minyakbumi

C H N O

WoodWood 49,6549,65 6,236,23 0,920,92 43,2043,20

PeatPeat 55,4455,44 6,286,28 1,721,72 36,5636,56

LigniteLignite 72,9572,95 5,245,24 1,311,31 20,5020,50

Bitumineous coalBitumineous coal 84,2484,24 5,555,55 1,521,52 8,698,69

AnthraciteAnthracite 93,5093,50 2,812,81 0,970,97 2,722,72

From Clarke, The Date of Geochemistry, p. 773

Tabel The Average Composition of Fuels

Asal Batubara

Batubara dibentuk dari tumbuhan darat, terdiri dari : Selulos (C6H10O5), Lignin C12H18O9 Protein, essential oil, organic acid dan tannin

Proses perubahan vegetable matter menjadi batubara : Biokimia dan Metamorfik

Proses pembentukan peat Pembusukan secara cepat Slow decomposition of the cellulose compounds Akumulasi secara berangsur cell substance dari mikro organisme, dan meningkatnya kandungan nitrogen

Faktor geologi yg menyebabkan tingkatan dlm coal Waktu penimbunan Adanya panas dari dlm bumi atau dari intrusi P yg dihasilkan selama pembentukan lipatan & sesar Meningkatnya tekanan dan temperatur dgn kedlman.

Menurut Suggate (1956) : bitumineous terdiri dari 42% volatil matter, sedangkan antrasit 5% volatil matter

Ciri perubahan wood menjadi antrasitMeningkatnya karbonMenurunnya oksigenHidrogen juga turun tetapi sedikit

Rasio H:O (dlm % berat) = 1:8 di selulose, dan 1:7 di wood meningkat 1:1 di antrasit

Crude oil terdiri dari :Karbon = 83 – 87%Hidrogen = 11 – 14%Oksigen, nitrogen, sulfur = 5%

Object C H O N

PhytoplanktonPhytoplankton 4545 77 4545 33

ZooplanktonZooplankton 5050 88 3232 1010

Pelagic depositsPelagic deposits 5656 88 3030 66

Continental plantsContinental plants 5454 66 3737 2,82,8

Humus of the soilHumus of the soil 5656 4,54,5 3636 3,53,5

Tabel Elementary Chemical Composition of Organic Substances

Perubahan Material Organik

1. DiagenesisTerjadi pada temperatur rendah (<50C)Setelah organisme mati, unsur organik mengalami penyerangan bakteri Bakteri memecahkan molekul biologi yg besar menjadi kecil. Hasil reaksi ini membentuk komplek molekul.

2. KatagenesisKatagenesis terjadi pada T antara 50C dan 150C. Selama katagenesis, kerogen kehilangan hidrogen dan oksigen dlm bentuk H2O, CO2, oil dan gas. Dgn meningkatnya T & P, jumlah kerogen di sedimen secara berangsur berkurang, jumlah bitumen meningkat. Pada tingkat awal, migrasi bitumen dari batuan induk sedikit, tetapi pada akhir katagenesis, mendominasi

Oil window pada umumnya terjadi pada temperatur antara 150F dan 300F. Pada temperatur < 150F, hanya gas biogenik yg terjadi, T >300F pada umumnya terlalu tinggi, shg minyakbumi akan terubah menjadi gas.Minyak yg dihasilkan tergantung pada tipe kerogen. Tipe I algal kerogen menghasilkan normal crude oil Tipe II kerogen menghasilkan waxy crude oil. Tipe III woody kerogen menghasilkan gas prone. Tipe IV tidak menghasilkan minyak atau gas.

3. MetagenesisMetagenesis pada umumnya terjadi pada T > 150C. Hanya metan (dry gas), hidrogen sulfida dan non reactive kerogen residue yg masih ada.

Tipe Kerogen menurut Waples (1985) :

Kerogen tipe IBerasal dari alga danau, terbatas pada danau yg anoksikMemiliki kandungan hidrogen yg tertinggi, dan O2 yg jauh lebih

rendah dibandingkan tipe III dan IVAdanya kecenderungan menghasilkan oil prone

Kerogen tipe IIBerasal dari sedimen laut dgn kondisi reduksiBerasal dari beberapa sumber yg berbeda, yaitu alga laut, polen, spora, lapisan lilin tanaman (leaf waxes) dan fosil resin, dan juga dari lemak tanaman (lipid).Mempunyai kand. H tinggi, menghasilkan oil prone

Kerogen tipe IIIBerasal dari material organik darat yg hanya sedikit mengandung lemak (fatty) atau zat lilin (waxy)Selulosa dan lignin adalah penyumbang terbesar kerogen tipe III, shg memiliki kandungan oksigen tinggiMemiliki kandungan H rendah, menghasilkan gas prone

Kerogen tipe IVTerdiri dari material yg teroksidasi, dari berbagai sumberTerdiri dari sistem aromatik dan mempunyai kandungan H rendah, biasanya tidak menghasilkan hidrokarbon.

MASERALMASERAL TIPE KEROGENTIPE KEROGEN ASAL MATERIAL ORGANIKASAL MATERIAL ORGANIK

AlginitAlginit II Alga air tawarAlga air tawar

EksinitEksinit IIII Polen, SporaPolen, Spora

KutinitKutinit Lapisan lilin tanaman (land plant cuticle)Lapisan lilin tanaman (land plant cuticle)

ResinitResinit Resin tanaman (land plant resin)Resin tanaman (land plant resin)

LiptinitLiptinit Alga laut, lemak tanaman (land plant lipid)Alga laut, lemak tanaman (land plant lipid)

VitrinitVitrinit IIIIII Material tanaman keras (kayu , selulosa)Material tanaman keras (kayu , selulosa)

InertinitInertinit IVIV Arang (charcoal), material tersusun ulang, teroksidasiArang (charcoal), material tersusun ulang, teroksidasi

Tabel Tipe Kerogen menurut Waples (1985)

Konsentrasi Unsur Minor di Endapan BijihGoldschmidt menemukan 1,6% GeO2 di ash batubara.Proses terjadinya pengkayaan rare element di coal ash

Unsur tsb dikumpulkan oleh tumbuh-tumbuhan yg mrpkan material sumber batubara (diikuti oleh selective decay, sedangkan rare element tetap terkonsentrasi)

Unsur tsb diambil dari air tanah oleh penyerapan atau reaksi kimia selama coalificationUnsur-unsur tadi mrpkn bagian dari mineral yg diendapkan bersamaan dgn material organik

Hasil analisis yg dilakukan oleh Goldschmidt menunjukkan rare element tidak terdpt di mineral. Unsur ini paling banyak didptkan di low ash coal, dan sedikit di high ash coal.

Pada umumnya tumbuh-tumbuhan mempunyai kapasitas yg kecil untuk dpt mengumpulkan unsur ini dari soil

Potensial oksidasi rendah akan mengurangi unsur S, dan menyebabkan pengendapan unsur kalkofil, dan banyak dijumpai pada coal ash.Humus mempunyai kapasitas utk menyerap beberapa kation dari larutan. Proses ini menyebabkan pengayaan U di lignit.

Menurut Goldschmidt, unsur yg berasosiasi dgn petroleum dan bitumen adalah vanadium, molibdenum, nikel, hadir sbg unsur organo metallic.

Tabel Rare Elements in Coal Ash

Element Average Content in Coal Ash

Average Content in earth’s crust

Factor of

(g/ton) (g/ton) Enrichment

BB 600600 1010 6060

GeGe 500500 1,51,5 330330

AsAs 500500 22 250250

BiBi 2020 0,20,2 100100

BeBe 4545 2,82,8 1616

CoCo 300300 2525 1212

NiNi 700700 7575 99

CdCd 55 0,20,2 2525

PbPb 100100 1313 88

AgAg 22 0,10,1 2020

GaGa 100100 1515 77

MoMo 5050 1,51,5 3030

UU 400400 2,72,7 150150

Tabel Geochemical Inventory of Carbon in the Earth’s Crust (Hunt, 1972)

Graphitic or Organic Carbon *

Carbon as CO2 or Carbonat *

Volcanic rocksVolcanic rocks 2.2002.200 2.7002.700

Granitic rocksGranitic rocks 1.3001.300 1.0001.000

Metamorphic rocksMetamorphic rocks 3.5003.500 2.6002.600

Sedimentary rocksSedimentary rocks

Claystones & shalesClaystones & shales 8.9008.900 9.3009.300

CarbonatesCarbonates 1.8001.800 51.00051.000

SandstoneSandstone 1.3001.300 3.9003.900

PetroleumPetroleum

NonreservoirNonreservoir 200200 --

ReservoirReservoir 11 --

CoalCoal 1515 --

Dissolved in hydrosphereDissolved in hydrosphere 0,70,7 38,338,3

AtmosphereAtmosphere -- 0,640,64

Biosphere (land & water)Biosphere (land & water) 0,30,3

~ 19.000~ 19.000 ~ 71.000~ 71.000

* in units of 10 18 grams