Pendahuluan : Sedimentologi dan Stratigrafi

Sedimentologi adalah studi tentang proses-proses pembentukan, transportasi dan pengendapan material yang terakumulasi sebagai sedimen di dalam lingkungan kontinen dan laut hingga membentuk batuan sedimen. Stratigrafi adalah studi batuan untuk menentukan urutan dan waktu kejadian dalam sejarah bumi. Dua subjek yang dapat dibahas untuk membentuk rangkaian kesatuan skala pengamatan dan interpretasi. Studi proses dan produk sedimen memperkenankan kita menginterpretasi dinamika lingkungan pengendapan. Rekaman-rekaman proses ini di dalam batuan sedimen memperkenankan kita menginterpretasikan batuan ke dalam lingkungan tertentu. Untuk menentukan perubahan lateral dan temporer di dalam lingkungan masa lampau ini, diperlukan kerangka kerja kronologi. Kerangka waktu disediakan oleh aspek-aspek stratigrafi yang berbeda dan memperkenankan kita menginterpretasikan batuan sedimen ke dalam susunan dinamika lingkungan. Rekaman tektonik dan proses iklim yang berlangsung sepanjang waktu geologi terdapat di dalam batuan seiring dengan bukti evolusi kehidupan di bumi. Bab ini memperkenalkan tema-tema umum buku ini.

1.1 Sedimentologi dan Stratigrafi dalam Ilmu Bumi

Ilmu bumi secara tradisional telah dibagi kedalam sub-disiplin ilmu yang terfokus pada aspek-aspek geologi seperti paleontologi, geofisika, mineralogi, petrologi, geokimia, dan sebagainya. Di dalam tiap sub-disiplin ilmu ini, ilmu pengetahuan telah dikembangkan sebagai teknik analitik baru yang telah diaplikasikan dan dikembangkannya teori-teori inovatif. Diwaktu yang sama karena kemajuan-kemajuan di lapangan, maka diperkenalkannya integrasi kombinasi ide-ide dan keahlian dari berbagai disiplin ilmu yang berbeda-beda. Geologi adalah ilmu multidisiplin yang sangat baik dipahami jika aspek-aspek berbeda terlihat berhubungan antara satu dengan lainnya.Sedimentologi dan stratigrafi adalah dua sub-disiplin ilmu geologi yang utama, sering dibahas terpisah di masa lalu tapi sekarang dikombinasikan dalam proses pengajaran, penelitian akademik dan aplikasi ekonomi. Dua ilmu ini dapat dibahas bersama sebagai rangkaian kesatuan proses dan hasilnya, dalam ruang dan waktu. Sedimentologi perhatiannya tertuju pada pembentukan batuan sedimen. Stratigrafi mempelajari perlapisan batuan ini dan hubungannya dalam waktu dan ruang (Gambar 1.1). Oleh karena itu masuk akal jika membahas sedimentologi dan stratigrafi bersamaan. Faktanya, tidak mungkin memisahkan mineralogi komponen batuan dan evolusi paleontologi dari stratigrafi. Namun bagaimanapun harus dibatasi sampai topik-topik tertentu.Bagian pertama buku ini meliputi aspek proses sedimentasi dan produknya di dalam lingkungan pengendapan yang berbeda-beda. Kemudian batuan sedimen dibahas hubungan waktu dan ruangnya dalam rangkaian stratigrafi di dalam cekungan-cekungan sedimen. Tektonik lempeng, petrologi dan paleontologi adalah topik tambahan.

1.2 Stratigrafi dan Sedimentologi

Istilah stratigrafi dimulai oleh d’Orbigny di tahun 1852, tapi konsep lapisan-lapisan batuan, atau strata lebih tua dari itu. Di tahun 1667, Steno mengembangkan prinsip superposisi: ‘dalam suatu sikuen batuan berlapis, lapisan yang dibawah berumur lebih tua daripada

lapisan di atasnya’. Stratigrafi dapat dipertimbangkan sebagai hubungan antara batuan dan waktu, dan sejarah bumi terekam di dalam lapis-lapis batuan, meskipun sangat tidak lengkap. Stratigrafer perhatiannya tertuju pada pengamatan, deskripsi dan interpretasi langsung dan bukti nyata di dalam batuan untuk menentukan hubungan waktu dan ruang selama sejarah bumi.

Gambar 1.1 Perlapisan konglomerat dan batupasir (tengah, kiri) tersigkap di utara Spanyol, diinterpretasi sebagai endapan kipas aluvial (8.4): secara stratigrafi, perlapisan ini lebih muda dari perlapisan batugamping di belakangnya.

Stratigrafi menikmati kebangkitannya kembali dalam ilmu bumi karena ide-ide baru yang telah dikembangkan dalam beberapa tahun ini, khususnya konsep ‘sikuen stratigrafi’. Sedangkan tata nama unit stratigrafi di dalam daerah yang berbeda dan dasar biostratigrafi untuk mendefinisikannya juga masih penting, stratigrafi pada saat ini sering dimaksudkan sebagai perubahan lingkungan selama perkembangan cekungan sedimen. Stratigrafi juga dikenal sebagai kunci untuk memahami hampir semua proses bumi karena analisis stratigrafi menyediakan informasi tentang peristiwa-peristiwa sepanjang sejarah bumi. Geofisika menyediakan dasar fisika perilaku litosfer tapi rekaman stratigrafi menyediakan bukti bagaimana cara litosfer berperilaku seiring dengan waktu.‘Sedimentologi’ hanya ada sebagai cabang ilmu geologi untuk beberapa dekade. Sedimentologi berkembang karena unsur-unsur stratigrafi fisika menjadi lebih kuantitatif dan lapis-lapis strata dijelaskan berdasarkan proses fisika, kimia dan biologi yang membentuknya. Tidak adanya terobosan besar sampai berkembangnya teori tektonik lempeng. Suatu konsep menginterpretasi batuan dalam proses modern yang menyokong sedimentologi modern dimulai pada abad 18 dan 19 (‘present is the key to the past’). Sedimentologi berkembang karena penelitian yang lebih tertuju pada interpretasi batuan sedimen dan mulai mencakup petrologi sedimen, yang sebelumnya lebih atau sedikit terpisah dari stratigrafi. Sekarang subjeknya meliputi semua hal dari analisis sub-mikroskopik butir hingga evolusi paleogeografi seluruh cekungan sedimen.

1.3 Melihat Dunia Hanya dalam Satu Butir Pasir

Ukuran ruang dan waktu dalam sedimentologi dan stratigrafi melibatkan 17 urutan utama (Gambar 1.2). Di satu sisi, perilaku bumi mengelilingi matahari mengontrol iklim dunia yang mempengaruhi proses sedimen. Di sisi lain, sifat partikel lempung yang panjangnya mikrometer juga menentukan karakter batuan sedimen. Skala-waktu stratigrafi adalah keseluruhan sejarah bumi, periodenya 4 ½ milyar tahun, meskipun begitu peristiwa sedimentasi tunggal dapat terjadi dalam hitungan detik. Untuk mempertimbangkan semua ini dalam urutan logis, skala-waktu yang besar dan ruang dapat ditempatkan pertama kali sebagai faktor pengontrol keseluruhan, atau dapat dimulai dari unsur terkecil dan peristiwa periode-terpendek. Ini tergantung pada pilihan pribadi dan tiap-tiap pendekatan memiliki keuntungan dan kerugian. Skala yang berbeda saling berhubungan dan tidaklah mungkin melewati pokok-pokok urutan yang tegas dari arah manapun.Pokok awal yang diambil dalam buku ini adalah ‘butir pasir’. Unsur terkecil-partikel pasir, kerakal, mineral lempung, potongan cangkang, filamen alga, endapan kimia dan penyusun lain yang membuat sedimen-dibahas terlebih dahulu, bersama dengan proses yang menggerakkan dan mengendapkannya. Kemudian dibahas lingkungan pengendapan material-material ini, tempat dimana sedimen terakumulasi membentuk batuan sedimen dan menjadi lapis-lapis stratigrafi. Proses tektonik dan iklim mengontrol pola-pola skala-besar stratigrafi selama batuan mengisi cekungan sedimen yang terlihat di saat ini dan dalam batuan di seluruh dunia.Gambar 1.2 Urutan proses geologi dalam ruang dan waktu.

1.4 Proses dan Produk

Sifat alami material sedimen memiliki keragaman asal usul (origin), ukuran, bentuk dan komposisi. Partikel seperti butir dan kerakal mungkin berasal dari erosi batuan yang lebih tua atau langsung disemburkan dari gunungapi. Organisme membentuk sumber material yang sangat penting, dari filamen mikroba yang mengerak dengan kalsium karbonat hingga semua atau hancuran cangkang, karang koral, tulang belulang dan debris tanaman. Dalam beberapa situasi, pengendapan langsung mineral dari larutan di dalam air juga berkontribusi kepada sedimen.Pembentukan tubuh sedimen melibatkan transportasi partikel menuju lokasi pengendapan atau pertumbuhan kimia atau biologi dari material di dalam suatu tempat. Akumulasi sedimen di dalam suatu tempat dipengaruhi oleh kimiawi, temperatur dan karakter biologi dari setting tempat tersebut. Proses transportasi yang membawa material di dalamnya adalah termasuk pergerakan air, udara, es atau aliran massa. Tipe dan kecepatan media transportasi, dan jumlah dan ukuran material yang dibawa, akan ditentukan oleh sifat alami sedimen yang kemudian terakumulasi.Proses transportasi dan pengendapan dapat ditentukan dengan melihat lapisan-lapisan individu dari sedimen. Ukuran, bentuk dan distribusi partikel semuanya menyediakan petunjuk bagaimana material terbawa dan terendapkan. Proses juga melibatkan pembentukan struktur dalam sedimen yang terawetkan dalam batuan. Struktur sedimen primer seperti riak (ripple) dalam pasir dapat terlihat terbentuknya saat ini, baik di dalam lingkungan alami maupun dalam tangki laboratorium, dan kondisi kecepatan aliran dan

Gambar 1.3 Tangki saluran air laboratorium dapat digunakan untuk mempelajari aliran yang

melewati lapisan pasir di bawah kontrol kondisi eksperimen. Dari percobaan ini dihasilkan kemungkinan untuk menentukan hubungan kuantitatif antara kondisi aliran dan fitur-fitur yang terlihat di pasir yang terawetkan dalam rekaman stratigrafi.

kedalaman air yang terukur (Gambar 1.3). Dengan mengenali ukuran dan bentuk ripple yang sama dalam batuan sedimen maka mungkin dianggap bahwa terbentuknya pada kecepatan dan kedalaman aliran yang sama (4.2).Dengan membuat pengamatan batuan sedimen maka memungkinkan membuat perkiraan kondisi fisika, kimia dan biologi yang ada pada waktu sedimentasi. Kondisi ini mungkin termasuk salinitas, kedalaman dan kecepatan aliran dalam danau atau air laut, kekuatan dan arah angin dan rentang pasang-surut (tidal) dalam setting laut dangkal. Suatu asumsi fundamental dibuat dalam menginterpretasi proses sedimentasi dari karakter batuan sedimen yang artinya bahwa hukum-hukum proses fisika dan kimia yang mengaturnya tidak berubah selama waktu itu.Dengan membandingkan proses saat ini dan produknya dengan karakteristik batuan sedimen, kondisi fisika, kimia dan biologi pada saat terbentuknya sedimen dapat ditentukan.