Provenance, Proses, dan Diagenesis Sedimen

      

         Batuan sedimen berasal dari pelapukan dan erosi batuan yang telah ada sebelumnya.

Sedimen tertransportasi oleh bermacam-macam agen termasuk gravitasi, air yang mengalir,

angin dan es yang bergerak (gletser). Sediment tersebut akan berpindah dari asalnya ke

tempat-tempat pengendapan yang beragam. Di tempat tersebut sedimen diendapkan dalam

berbagai macam litofasies yang karakternya tergantung pada lingkungan pengendapannya.

Setelah pengendapan dan terjadinya timbunan sedimen, akumulasi sedimen itu mengalami

diagenesis. Proses-peroses fisika, kimia dan biologi mengakibatkan: (1) perubahan dari

sediment menjadi batuan sediment, (2) terjadinya modifikasi pada tekstur dan mineralogi

pada batuan. Diagenesis berlawanan dengan pelapukan karena proses pelapukan merupakan

perubahan dari batuan menjadi tanah. Arah reaksi keduanya berlawanan. Pada pelapukan

terjadi degradasi dan proses yang mengakibatkan batuan menjadi lepas, terdiri dari mineral

yang stabil pada permukaan bumi, sedangkan pada diagenesis material sedimen berubah

menjadi lebih padu.

Pelapukan dan Provenance

Sifat endapan sediment pada berbagai lingkungan tergantung pada beberapa faktor yaitu :

1. Sumber atau tempat sediment itu berasal, yang mengontrol jenis material yang terdapat

sebagai sedimen

2. Pelapukan dan transportasi, yang mengontrol perubahan-perubahan yang terjadi pada

material sedimen

3. Keadaan lingkungan pengendapan sedimen.

Pelapukan

Pelapukan secara umum terbagi menjadi proses yaitu:

1. Proses fisika yang disebut sebagai disintegrasi

2. Proses kimia yang disebut dekomposisi.

Prinsip disintegrasi pada pembentukan tanah atau sedimen yaitu berkurangnya ukuran butir

tanpa perubahan pada komposisi kimianya. Hal ini terjadi akibat penghancuran secara fisika

melalui:

• Abrasi, yaitu proses penggerusan batuan oleh agen transport seperti air dan es.

• Frost Action, yaitu proses pembekuan air dalam batuan. Hal ini mengakibatkan batuan

terpecah akibat bertambahnya volume air ketika membeku.

• Aktivitas biologi, di antaranya rekahan pada batuan karena pertumbuhan akar.

Berkurangnya ukuran butir mengakibatkan bertambahnya luas permukaan partikel, hal ini

tentunya akan meningkatkan laju reaksi kimia yang terjadi selama proses dekomposisi.

Proses dekomposisi diantaranya oksidasi, reduksi, solusi (larut), hidrasi, dan hidrolisis.

Oksidasi adalah proses dimana bilangan oksidasi (valensi) suatu ion meningkat sedangkan

reduksi adalah kebalikannya. Salah satu proses oksidasi yang umum pada pelapukan yaitu

oksidasi pada besi. Contohnya adalah magnetit, suatu mineral yang umum ditemukan pada

batuan beku, sedimen dan metamorf yang berubah menjadi mineral hasil pelapukan yang

umum yaitu hematite.

4Fe2O3.FeO + O2 ---> 6 Fe2O3

Magnetit + Oksigen hematite

(Contoh proses reduksi yaitu pembentukan pirit pada kondisi anaerobik.)

Air berperan sangat penting dalam proses dekomposisi sebagai pelarut atau reaktan.

Contohnya air dan asam pada larutan merupakan dua agen pelarut utama. Pelarutan adalah

proses yang mana material yang dapat larut terlarut, atau pecah menjadi ion. Contohnya yaitu

dekomposisi pada piroksen:

(Mg, Fe, Ca)SiO3 + 2 H+ + H2O ---> Mg2+ + Fe2+ + Ca2+ + H4SiO4

Piroksen + Ion Hidrogen + air Ion Mg, Fe, Ca + molekul silicic acid

Reaksi yang sama terjadi pada mineral ferromagnesian silicates yang lain. Ion Ca, Mg dan

silicic acid yang dihasilkan pada reaksi ini tertransportasikan jauh melalui larutan, sedangkan

ion Fe mungkin mengalami oksidasi atau hidrasi atau keduanya dan terpresipitasi sebagai

hematite atau geotit. Hal yang sama, mineral karbonat terlarutkan menghasilkan ion Ca, Mg

dan molekul bikarbonat, yang semuanya tertransportasi sebagai larutan.

Air juga penting dalam hidrasi dan hidroslisis. Hidrasi adalah reaksi air dan komponen yang

lain yang menghasilkan fase lain. Contohnya, goetit yang dihasilkan dari hematite melalui

reaksi hidrasi:

Fe2O3 + H2O ---> 2 FeOOH

Hidrolisis adalah reaksi kelebihan H+ atau OH- yang dihasilkan reaksi yang bersangkutan.

Reaksi hidrolisis terlihat sebagai reaksi penggantian kation suatu struktur mineral oleh

hydrogen. Contohnya, pelapukan olivine menjadi silicic acid, ion Fe dan Mg, dimana

hydrogen menggantikan Mg dan Fe.

(Mg, Fe)2SiO4 + 4 H2O ---> xMg2+ + 2-xFe2+ + H4SiO4 + 4 (OH)-

Hal yang sama terjadi pada hidrolisis feldspar dan segera setelah itu membentuk mineral

lempung kaolinit:

KAlSi3O8 +H2O ---> HAlSi3O8 + K+ + OH-

2 HAlSi3O8 + 9 H2O ---> Al2Si2O5(OH)4 + 4 H4SiO4

Setiap proses dekomposisi adalah perubahan mineral yang tidak stabil pada permukaan bumi

berubah menjadi mineral, molekul, atau ion yang lebih stabil dibawah kondisi permukaan.

Produk utama pada proses ini yaitu kuarsa, mineral lempung, oksida besi, dan ion seperti

Ca2+ dan Mg2+. Tiga produk hasil pelapukan karbonat berupa ion Ca dan Mg-, Mineral

lempung, dan kuarsa serta opal dihasilkan dari proses yang kira-kira sama dengan umur bumi

yaitu 4,5 miliar tahun.

Kestabilan relatif dari mineral selama proses pelapukan dikemukakan oleh Goldich (1938)

yang merupakan kebalikan dari Deret Bowen. Dia menemukan bahwa Olivine, Augite

(klinopiroksen), dan Ca-plagioklas lebih mudah terlapukan dibandingkan dengan kuarsa dan

muskovit. Walaupun secara umum hal ini benar, proses pelapukan lebih rumit dari perkiraan.

Hal lain yang mempengaruhi adalah iklim, mikroba dan tanaman dan asam yang

dihasilkannya. Olivine, augite, dan plagioklas mengandung unsur Mg, Na, K, Ca, yang

mudah telepas melalui pemecahan ikatan ion dengan oksigen. Si, Al, dan Ti membentuk

ikatan kovalen dengan oksigen yang lebih sulit untuk pecah, yang mencegah pemecahan

mineral seperti kuarsa.

Provenance

Provenance adalah sumber material sedimen, yang merupakan faktor utama yang

menentukan komposisi sedimen. Faktor provenance mengontrol proses pelapukan dan sifat

sedimen yang dapat disuplai oleh berbagai macam agen. Faktor ini diantaranya relief dan

elevasi yang merupakan fungsi dari setting tektonik, iklim dan vegetasi yang bersangkutan,

serta komposisi dari batuan asal. Pada komposisi batuan asal kita bisa mengambil contoh

yang sederhana, bila batuan asalnya banyak mengandung kuarsa maka sedimen yang

dihasilkan akan banyak mengandung kuarsa juga. Bila batuan sumbernya kaya akan feldsfar

maka sedimen yang dihasilkan akan banyak mengandung feldsfar dan mineral lempung

tergantung dari tingkat pelapukan batuannya.

Relief dan elevasi dari provenance akan berpengaruh pada dekomposisi dan disintegrasi, dan

transportasinya. Relief adalah perbedaan ketinggian didalam cekungan erosional, yang

mengontrol laju erosi. Secara umum, daerah yang memiliki relief yang tinggi, yang

merupakan daerah uplift yang aktif, akan mengalami laju erosi yang tinggi. Sebaliknya pada

daerah yang berelief rendah yang umumnya datar memiliki laju erosi yang rendah. Daerah

yang datar merupakan daerah metastabil dimana energi potensial minimum. Konsekuensinya

material tidak bisa turun dan mengakibatkan laju disintegrasi rendah, hal ini akan

mengakibatkan proses dekomposisi berlangsung cukuip lama.

Elevasi provenance juga penting, karena elevasi akan mempengaruhi iklim, dimana pada

gilirannya akan mempengaruhi proses disintegrasi dan dekomposisi. Pada elevasi yang tinggi

air akan membeku, hal ini tentunya akan menyebabkan proses disintegrasi terutama frost

action berperan cukup dominan. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pada elevasi

yang tinggi proses disintegrasi cukup dominan sedangkan pada elevasi yang rendah terutama

daerah tropis proses dekomposisi cukup dominan.

Iklim dan vegetasi juga memiliki peran yang penting. Pada iklim dingin laju proses

dekomposisi akan rendah sedangkan laju proses disintegrasi akan tinggi. Sebaliknya pada

iklim hangat proses dekomposisi akan lebih dominan daripada proses disintegrasi dan pada

iklim panas proses yang dominan adalah disintegrasi sama seperti pada iklim dingin.

Vegetasi akan banyak pada iklim hangat, basah dari pada iklim dingin dan panas. Vegetasi

dapat menghasilkan asam organik dan senyawa lain yang dapat menyebabkan proses

dekomposisi. Contohnya lava muda di Hawaii yang ditutupi oleh tumbuhan (lichens, yang

banyak mengandung besi, terlapukan lebih tinggi daripada batuan yang sama dan seumur.

Hal ini dapat menjawab pertanyaan mengenai proses disintegrasi dan dekomposisi pada pre-

Devonian yang vegetasinya kurang, dimana pada pre-Devonian proses disintegrasi lebih

penting dari pada dekomposisinya sehingga sedimennya sedikit mengandung lempung.

Produk hasil pelapukan

Fenomena yang terpampang pada gambar ini adalah bagian dari proses hancurnya/lapuknya

batuan beku pada sebuah tebing yang berkemiringan hampir 90 derajat di kaki gunung

Semeru, di perbatasan Kabupaten Lumajang dengan Kabupaten Malang, Jawa Timur.

Produk yang dihasilkan dari pelapukan yaitu kuarsa, mineral lempung dan oksida besi dan

hidrat yang merupakan material residu yang tertinggal di tanah yang dihasilkan dari batuan

yang terdekomposisi tinggi. Silicic acid dan kation berbagai logam (termasuk Ca, Mg, Fe,

Mn, Na, dan K) dan P akan tertransportasikan jauh dari sumbernya.

Transportasi sediment

Transportasi sedimen dimulai ketika material terlapukan dan ion terlarut. Transportasi

material yang terlarut disebut transportasi larutan, sedangkan material padat tertransportasi

melalui transportasi mekanik. Transportasi mekanik di antaranya falling, sliding, rolling,

bouncing(saltation), flowing dan transportasi supensi.

Transportasi sedimen tergantung pada sifat fisik dari agen transportasi, sifat material, sifat

fisik dari campuran agen transportasi dan material, dan gaya yang menyebabkan transportasi.

Agen transportasi diantaranya gravitasi, air mengalir, angin dan es yang bergerak. Gravitasi

tidak hanya menyebabkan pergerakan material tetapi juga menggerakan arus air dan es untuk

bergerak turun.

Transportasi mekanik, di antaranya:

• Transportasi gravitasi

Gravitasi merupakan agen utama yang mengakibatkan transportasi pada landslides dan

massflow. Pada pergerakan masa subaeria (falls, slides, slumps, avalanches, mudflowa, dan

subaerial debris flows) dan submarine debris flow transportasi terjadi ketika gaya yang

menahan (resisting force) terlampaui.

Pada falls, slides, slumps dan avalanches, retakan dihasilkan ketika batuan kehilangan gaya

kohesi antara partikelnya yang kemudian bergerak dan berhenti ketika energinya habis.

Sedimen yang dihasilkan berupa breksi atau diamicite yang terpilah buruk, tidak berlapis.

Pada debris flows, mudflows dan olisostrom seluruh masa diendapkan sekali. Pergerakannya

biasanya berlangsung ketika terdapat air yang mengakibatkan gaya gesek antar partikel

mengecil dan mengakibatkan masa meluncur dan terendapkan dengan kacau. Produk yang

dihasilkan terpilah buruk, banyak material Lumpur dan lapisan biasanya tebal dan massive.

Grain flow adalah aliran dari butiran sediment yang inkohesif yang terdapat pada lereng yang

curam. Aliran terjadi ketika akumulasi sedimen melebih gaya gesek antar partikel dan ketika

gempa bumi. Endapan yang dihasilkan berupa pasir yang terpilah baik, tak berstruktur sampai

berlaminasi secara lokal.

• Transportasi glacial

Transportasi ini dihasilkan oleh gaya gravitasi terhadap aliran fluida, tetapi laju alirannya

sangat lambat. Glacier membawa partikel melalui penggusuran sepanjang dasar dan sisinya.

Partikel yang besar biasanya tertinggal dan yang lebih kecil akan terbawa lebih jauh. Sedimen

yang terpilah baik, berukuran halus diendapkan sebagai outwash dan yang terpilah buruk dan

kasar diendapkan sebagai till.

• Transportasi air dan udara

Ketika air dan udara bergerak terjadi gesekan antara fluida dengan sekitarnya. Turbulensi

dimulai dekat batas dengan sekitarnya, seperti dekat dasar sungai sebagai hasil dari interaksi

gaya di tempat tersebut. Faktor yang menentukan bergeraknya partikel adalah ukuran,

densitas dan bentuk partikel, kecepatan aliran, viskositas fluida dan batas gaya gesek.

Sedimentasi akan terjadi ketika fluida melambat. Masing-masing ukuran partikel jatuh keluar

dari suspensi dan menjadi bagian dari pergerakan bed load. Pada unit pengendapan dari

suspensi biasanya berupa laminasi tabular, ketebalan bervariasi tetapi biasanya tipis saja.

Lapisan dari bed load yang terendapkan melalui traksi mungkin tipis tetapi cenderung sedang

sampai tebal dan membentuk cross bedding, imbrikasi butir dan ripple marks.

Transportasi kimia

Ion dan molekul yang dihasilkan dari dekomposisi akan menjadi bagian dari larutan dalam air

tanah dan air permukaan. Selama perpindahan larutan mungkin mengalami pengenceran,

pengkonsentrasian dan perubahan dalam kimianya karena reaksi dengan batuan yang

dilaluinya. Jika bereaksi dengan batuan atau sediment, batuan dan sediment mengalami

perubahan diagenesis. Presipitasi kimia yang terjadi selama diagenesis merupakan salah satu

bentuk pengendapan kimia.

Diagenesis

Setelah sedimen terendapkan, diagenesis adalah proses yang bekerja pada sedimen tersebut.

Diagenesis merupakan proses fisika, kimia dan biologi yang secara umum mengubah

sedimen menjadi batuan sedimen. Diagenesis kemungkinan berlanjut bekerja setelah sedimen

menjadi batuan, mengubah tekstur dan mineraloginya.

Tujuh proses diagenesis yang terjadi yaitu :

1. Kompaksi

2. Rekristalisasi

3. Pelarutan

4. Sementasi

5. Autigenisasi

6. Replacement

7. Bioturbasi

Kompaksi adalah proses yang menyebabkan volume sedimen berkurang. Ini dihasilkan oleh

tekanan penutup (overburden), yang diakibatkan oleh berat dari sedimen dan batuan di

atasnya. Tekanan ini mengakibatkan penyusunan kembali butiran dan pengeluaran fluida, hal

ini menghasilkan pengurangan porositas batuan sedimen. Kemungkinan tingkat kompaksi

merupakan fungsi dari ukuran butir, bentuk butir, pemilahan, porositas awal dan jumlah

fluida yang terdapat dalam sedimen. Sedimen dengan pemilahan yang baik, membundar akan

kurang kompak bila dibandingkan dengan sedimen yang terpilah buruk dan menyudut. Pada

sedimen yang terpilah buruk ukuran butir yang kecil akan mengisi rongga antar butiran yang

besar dan pada sedimen yang menyudut, ikatan antar butirnya akan sangat kuat karena

bersifat saling mengunci. Pada pasir porositas awalnya sekitar 25% - 50%, pada sedimen

karbonat kemungkinan cukup tinggi yaitu sekitar 50% - 75% dan pada lumpur lempung lebih

dari 85%. Pada batuan sedimen porositas kecil yaitu 0% - 2% hal ini dikarenakan kompaksi

dan proses diagnesis lain terutama sementasi.

Rekristalisasi adalah proses di mana kondisi fisika dan kima menyebabkan pengorientasian

kembali kristal lattice pada butir mineral. Rekristalisasi bekerja melalui pelarutan dan

presipitasi dari fase mineral yang terdapat pada batuan. Ketika fluida melewati batuan atau

sedimen, komponen pada sedimen yang tidak stabil karena tekanan, pH, temperature akan

mengalami pelarutan. Kemudian material yang terlarut itu akan mengalami transportasi dan

akan terpresipitasi pada pori-pori sediment yang memiliki kondisi yang berbeda. Hal yang

penting yaitu tekanan pelarutan, yaitu suatu proses di mana tekanan terkonsentrasi pada satu

titik antara dua butir yang menyebabkan pelarutan dan migrasi ion atau molekul yang

menjauhi titik itu. Lewat proses ini massa tertransportasi dari titik kontak menuju tempat

dengan tekanan yang lebih rendah yang memungkinkan presipitasi dari larutan itu. Tentunya

rekristalisasi ini akan menyebabkan pengurangan porositas sedimen dan memfasilitasi

rekristalisasi tekstur.

Sementasi adalah proses di mana terjadi presipitasi kimia pada pembentukan kristal baru,

terbentuk didalam pori-pori sedimen atau batuan yang mengikat satu butir dengan butir

lainnya. Semen yang umum yaitu kuarsa, kalsit dan hematite, tetapi jenis semen secara luas

di antaranya aragonite, Mg kalsit, dolomite, gypsum celesite, goethite, dan todorit. Tekanan

pelarutan secara local dapat menghasilkan semen, tetapi banyak semen merupakan material

baru (allochemical material) yang masuk melalui larutan. Jelas bahwa proses sementasi akan

mengakibatkan berkurangnya porositas dan menghasilkan tekstur baru seperti spherulitic,

comb texture, dan poikilotopic texture.

Autigenesis (neocrystalitation) adalah proses yang mana fase mineral baru mengalami

kristalisasi didalam sediment atau batuan selama proses diagenesis ataupun setelahnya.

Mineral baru mungkin terbentuk melalui reaksi di dalam fase yang terdapat dalam sedimen

atau batuan, mungkin juga muncul karena presipitasi dari material yang masuk melalui fase

fluida, atau dihasilkan dari kombinasi sedimen primer dan material yang masuk. Autigenesis

operlap dengan pelapukan, sementasi dan biasanya rekristalisasi, dan kemungkinan

menghasilkan replacement. Jenis dari fasa autigenesis jauh lebih beragam dibandingkan

dengan mineral semen. Fase autigenesis termasuk silikat seperti kuarsa, K-feldspar,

lempung,dan zeolite; carbonat seperti kalsit, dolomite dan carbonat besi; evaporate mineral

seperti halit, sylvite, gypsum dan anhidrit;oksida seperti hematite, goetit, todorokit; dan

mineral samping lainnyatermasuk sulfat, sulfide dan fosfat.

Replacement yaitu proses yang mana mieral baru menggantikan (secara kimia dan fisika) in

situ pada endapan mineral. Replacement mungkin bersifat neomorphic, yang mana butiran

yang baru memiliki fase yang sama dengan asalnya atau polimorpisme dari fase asalnya.

Pseudomorfic yang mana fase baru merupakan tiruan dari bentuk eksternal dari fase yang

digantikan tetapi fasenya berbeda, allomorphic yaitu replacement dalam bentuk fase baru

yang biasanya berbeda bentuk kristalnya dan menggantikan sepenuhnya fase sediment asal.

Fase replacement sama beragamnya dengan fase autigenesis, tetapi fase replacement yang

penting yaitu dolomite, opal, kuarsa dan ilite.

Bioturbasi adalah aktifitas biologis yang terjadi dekat permukaan, termasuk burrowing,

boring dan pencampuran sedimen oleh organisme. Pada beberapa kasus proses ini dapat

meningkatkan kompaksi, menghancurkan laminasi dan perlapisan. Selama proses bioturbasi

beberapa organisme mempresipitasikan material yang berfungsi sebagai semen.

Daigenesis biasanya dibagi menjadi tiga tahap, yaitu:

1. Eogenesis, proses awal diagenesis yang terdapat di antara endapan dan timbunan, atau

dekat permukaan,

2. Mesogenesis, tahap tengah dari proses diagenesis yang terjadi setelah penimbunan,

3. Telogenesis, tahap akhir dari proses diagenesis.