03 batuan beku dan volkanisme

03. Batuan Beku dan03. Batuan Beku danVolkanisme Volkanisme

MFG 1904MFG 1904

Salahuddin HuseinSalahuddin Husein

Jurusan Teknik GeologiJurusan Teknik GeologiFakultas Teknik Universitas Gadjah MadaFakultas Teknik Universitas Gadjah Mada

20122012

Kilauea volcano, Hawaii

Hamblin & Christiansen (2003)

shddin 2008Pendahuluan

Legenda suku Indian Cheyenne tentang asal terbentuknya Devil's Tower.

shddin 2008Magma Batuan beku (igneous rock;

dari Bahasa Latin: ignis = api) adalah batuan yang terbentuk langsung dari pembekuan magma.

Magma adalah zat cair-liat-pijar yang merupakan senyawa silikat dan ada di bawah kondisi tekanan dan suhu tinggi di dalam tubuh bumi (kerak atau mantel).

shddin 2012Magma


shddin 2008Magma

Jenis Magma Kandungan silika (%) Kelompok mineral

Basa (mafic) 45 - 52 Ferromagnesian silicates

Intermediate 53 - 65Campuran dari

mineral kelompok asam dan basa

Asam (felsic) > 65 Non-ferromagnesian silicates

shddin 2008

Unsur-unsur utama (total 98.03%) penyusun magma:Oksigen (O-2) 45.20%Silikon (Si+4) 27.20%Aluminium (Al+3) 8.00%Besi (Fe+2,+3) 5.80%Kalsium (Ca+2) 5.06%Magnesium (Mg+2) 2.77%Sodium (Na+1) 2.32%Potassium (K+1) 1.68%

Magma

Magma memiliki densitas lebih kecil daripada batuan di sekitarnya, sehingga magma cenderung naik ke atas menuju permukaan.

Sebagian magma mengalir di permukaan sebagai lava, sebagian lagi dilontarkan dengan kuat ke udara sebagai material piroklastik (pyroclastic; dari Bahasa Yunani: pyro = api dan klastos = hancur).

shddin 2008Magma Lava yang keluar di permukaan tercatat memiliki kisaran

temperatur 1000 1200 oC. Ketika St. Helens meletus di tahun 1980, material piroklastik yang dilontarkannya memiliki temperatur sekitar 300 420 oC, diukur saat 2 minggu setelah letusan!

Magma memiliki sifat viskositas, atau resistensi untuk mengalir, yang dikontrol oleh kandungan silika. Mineral silika tersusun oleh jaringan tetrahedra dengan ikatan antar atom yang sangat kuat, sehingga sulit untuk bersifat mengalir. Semakin asam magma, semakin banyak mineral silika, semakin kental atau semakin tinggi viskositasnya. Sebaliknya magma basa; dimana pada letusan 1783 di Iceland pernah diukur pergerakan magmanya mencapai jarak 80 km.

shddin 2008Deret Reaksi Bowen Urutan

kristalisasi dari mineral-mineral pembentuk batuan beku menyediakan kunci terhadap pemahaman sejarah pendinginan magma.

Asumsi dasar: semua magma berasal dari magma induk basa.

shddin 2008

Dalam deret diskontinyu (discontinuous branch), yang hanya tersusun oleh mineral ferro-magnesian silicates, satu mineral berubah menjadi mineral lainnya pada kisaran temperatur tertentu dengan melakukan reaksi terhadap sisa larutan magma.

Bila pendinginan berlangsung terlalu cepat dimana mineral yang telah ada tidak sempat bereaksi seluruhnya dengan sisa magma, seringkali mineral tersebut memiliki rim (selubung) yang tersusun oleh mineral yang terbentuk sesudahnya. Misalkan: olivin dengan rim piroksen.

Ketika biotit telah mengkristal, pada dasarnya semua besi dan magnesium di dalam larutan magma telah selesai dipergunakan untuk membentuk mineral. Berakhir pula deret diskontinyu.

Deret Reaksi Bowen

shddin 2008

Demikian pula dengan deret kontinyu (continuous branch), yang hanya dibangun oleh mineral feldspar plagioklas. Plagioklas kaya kalsium terbentuk lebih dahulu, untuk kemudian ketika temperatur turun akan bereaksi dengan sisa larutan magma membentuk plagioklas yang sedikit kaya sodium. Demikian seterusnya hingga semua kalsium dan sodium habis dipergunakan.

Bila pendinginan terlalu cepat, akan terbentuk zoning pada plagioklas, dimana plagioklas kaya kalsium dikelilingi plagioklas kaya sodium.

Deret Reaksi Bowen

shddin 2008

Bila kedua deret tersebut telah selesai dan semua besi, magnesium, kalsium, dan sodium telah habis, idealnya yang tersisa di dalam larutan magma hanyalah potassium, aluminium, dan silika.

Semua unsur sisa tersebut akan bergabung membentuk ortoklas potassium feldspar (KAlSi3O8).

Jika tekanan air cukup tinggi, lembaran silika dalam bentuk mikamuskovit akan terbentuk.

Sisanya, larutan magma didominasi oleh silika dan oksigen, akan membentuk mineral kuarsa (SiO2).

Kristalisasi feldspar potassium dan kuarsa bukanlah deret reaksi, karena mereka terbentuk saling independen.

Deret Reaksi Bowen

shddin 2008Deret Reaksi Bowen

shddin 2008Deret Reaksi Bowen

Fotomikrograf dari kristal plagioklas terzonasi, inti kaya kalsium dikelilingi secara gradual oleh material kaya sodium. Magma yangmengandung kristal seperti ini mengalami proses pendinginan yang terlalu cepat untuk membiarkan transformasi sempurna dari plagioklas kaya kalsium menjadi plagioklas kaya sodium.

shddin 2008Pembentukan Magma dan Tektonik Lempeng

shddin 2008Proses Pembentukan Magma Secara global, magma muncul di permukaan pada dua zona: (1)

zona pemekaran lempeng samudera, dan (2) zona penunjaman lempeng samudera.

Gradien panas bumi (geothermal gradient) bertambah bila semakin dalam. Nilainya rata-rata 25 oC/km. Sehingga semakin dalam batuan semakin panas, namun tetap bersifat padat, karena suhu lelehnya juga meningkat dengan bertambahnya tekanan.

Tetapi dibawah zona pemekaran lempeng, temperatur melebihi suhu leleh, karena tekanan berkurang akibat terbukanya lempeng.

Ditambah lagi dengan adanya air laut yang masuk lewat retakan batuan turut mengurangi suhu leleh di bawah zona pemekaran, karena air membantu energi panas dalam memecahkan ikatan kimia dalam mineral.

shddin 2008

(a) Suhu leleh meningkat dengan bertambahnya tekanan, sehingga penurunan tekanan pada suatu tubuh batuan panas dapat menyebabkan pelelehan.

(b) Kurva leleh bergeser ke kiri ketika terdapat air yang membantu lepasnya ikatan kimia didalam mineral.

Proses Pembentukan Magma

shddin 2008Proses Pembentukan Magma di Zona Pemekaran Magma yang terbentuk di zona pemekaran bersifat basa (45

52 % silika).

Tetapi batuan mantel atas darimana magma berasal bersifat ultrabasa (

shddin 2008Proses Pembentukan Magma di Zona Pemekaran Mengacu pada reaksi Bowen, urutan mineral-mineral tersebut

meleleh adalah terbalik dengan urutan kristalisasinya. Sehingga kuarsa, feldspar potassium, dan plagioklas kaya sodium, meleleh terlebih dahulu sebelum silika ferromagnesian dan plagioklas kaya kalsium.

Sehingga ketika batuan ultrabasa mulai meleleh, mineral-mineral kaya silika meleleh terlebih dahulu, diikuti oleh yang kurang kandungan silikanya. Sehingga jika pelelehannya tidak sempurna, akan terbentuk magma basa yang lebih banyak kandungan silikanya daripada batuan induknya.

shddin 2008Proses Pembentukan Magma di Zona Penunjaman

shddin 2008Proses Pembentukan Magma di Zona Penunjaman Magma yang terbentuk di zona pemekaran bersifat menengah

(53 65 % silika) dan asam (>65 % silika), berasal dari batuan penyusun kerak samudera yang bersifat basa (45 52 % silika).

Perubahan komposisi dari batuan induk basa menjadi magma menengah dan asam dapat dijelaskan dengan proses pelelehan sebagian (partial melting).

Partial melting terjadi ketika lempeng samudera yang menunjam mencapai kedalaman tertentu dimana temperaturnya cukup tinggi untuk memulai pelelehan sebagian.

Air laut yang sebagian terbawa oleh batuan kerak samudera hingga kedalaman tertentu menjadi terpanaskan dan mempercepat proses pelelehan dan pembentukan magma.

shddin 2008Proses Pembentukan Magma di Zona Penunjaman Pengayaan kandungan silika bukan hanya karena proses partial

melting pada batuan kerak samudera yang basa, namun juga terjadi pada batuan sedimen kaya silika yang ikut terseret bersama-sama penunjaman lempeng samudera.

Selain itu ketika magma naik menembus kerak benua, pengayaan (enrichment) karena reaksi magma dengan batuan sekitar yang kaya silika, semakin menambah asam magma yang terbentuk.

shddin 2008Perubahan Komposisi Magma

shddin 2008Perubahan Komposisi Magma Komposisi magma dapat berubah oleh pengendapan kristal

(crystal settling), suatu proses yang melibatkan pemisahan mineral oleh pengendapan akibat gaya gravitasi.

Olivin, mineral silikat feromagnesian pertama terbentuk dan berat jenis paling besar, cenderung tenggelam ke bagian bawah magma, membuat magma bagian atas lebih kaya silika, sodium, dan potassium.

Observasi pada sill menunjukkan bagian dasarnya memang lebih banyak mengandung olivin dan piroksin dibandingkan bagian atas.

Proses pengendapan kristal ini tidak efektif untuk menghasilkan magma asam, karena diperkirakan untuk membentuk suatu volume magma asam dibutuhkan magma basa 10 kali lebih banyak. Hal ini tidak dijumpai pada tubuh-tubuh batuan intrusi.

shddin 2008Perubahan Komposisi Magma Komposisi magma juga dapat berubah oleh asimilasi

(assimilation), suatu proses dimana magma bereaksi dengan batuan di sekitarnya (disebut country rock).

Bukti adanya asimilasi datang dari inklusi (inclusion), yaitu fragmen country rock yang masuk ke dalam suatu batuan beku yang menerobosnya.

Meski asimilasi betul terjadi, namun proses ini diperkirakan tidak efektif untuk menghasilkan magma asam, karena proses asimilasi juga mempercepat dinginnya magma. Sehingga hanya sedikit saja jumlah batuan sekitar yang dapat berasimilasi dan merubah komposisi magma.

shddin 2008Batuan Beku Semua batuan beku intrusif dan hampir semua batuan beku

ekstrusif terbentuk ketika mineral mengkristal dari magma.

Proses kristalisasi melibatkan pembentukan inti kristal(nucleation) dan pertumbuhannya.

Atom-atom di dalam magma bergerak secara konstan, namun ketika pendinginan terjadi beberapa atom bergabungmembentuk kelompok kecil (disebut inti atau nuclei). Dengan bertambahnya atom yang bergabung dalam urutan yang tertentu, nuclei akan tumbuh menjadi kristal mineral.

Dalam pendinginan yang cepat, kecepatan pembentukan nuclei melampaui kecepatan pertumbuhannya, menghasilkan kumpulan mineral-mineral berukuran halus.

Dalam pendinginan yang lambat, kecepatan pertumbuhan nuclei melampaui kecepatan pembentukannya, menghasilkan mineral-mineral yang berukuran besar.

shddin 2008Tekstur Batuan BekuEfek kecepatan pendinginan magma terhadap pembentukan dan pertumbuhan kristal:(a) pendinginan yang

cepat menghasilkan butiran kristal kecil dan tekstur afanitik.

(b) pendinginan yang lambat menghasilkan butiran kristal yang besar dan tekstur faneritik.

shddin 2008Tekstur Batuan Beku

Aphanitic, tekstur butiran halus dimana mineral terlalu kecil untuk dilihat mata telanjang tanpa kaca pembesar.


Phaneritic, tekstur berbutir kasar dimana mineral dapat mudah terlihat mata telanjang tanpa kaca pembesar.

shddin 2008Tekstur Batuan BekuPorphyritic, tersusun oleh mineral-mineral dengan berbagai ukuran, dengan mineral berukuran besar yang disebut kristal sulung (phenocryst) dikelilingi mineral berukuran kecil yang disebut massa dasar (ground mass).


Tekstur gelasan (glassy texture) berkembang ketika magma mendingin dengan cepatnya sehingga perpindahan ion-ion untuk membentuk kristal terhambat. Tekstur gelasan umumnya terbentuk pada kerak aliran lava dan dalam magma cair.


Tekstur vesikular(vesicular texture) terbentuk ketika magma mengandung sejumlah gas dan uap air yang terperangkap ketika pendinginan magma berlangsung.


Tekstur piroklastik (pyroclastic texture) terbentuk ketika kristal, bongkah batuan dan gelas disemburkan dari kawah gunungapi sebagai abu panas. Material tersebut kemudian diendapkan sebagai jatuhan abu (ash fall) atau sebagai aliran abu (ash flow).

shddin 2008Klasifikasi Batuan Beku

shddin 2008Contoh Batuan Beku

Batuan ultra basa: peridotite, tersusun sebagian besar oleh mineral olivine dan pyroxene.

Peridotit diduga merupakan batuan penyusun mantel atas.

Lava ultrabasa paling muda berumur 2.5 milyar tahun.


Basalt, tersusun oleh plagioclase, pyroxene, dan olivine.


Basalt


Porphyritic Basalt


Gabbro, tersusun oleh pyroxene, plagioclase, dan olivine.


Gabbro


Andesite, tersusun oleh plagioclase, pyroxene, dan amphibole.


Porphyritic Andesite


Diorite, tersusun oleh plagioclase, amphibole, quartz, dan biotite.


Diorite


Porphyritic Diorite


Rhyolite, tersusun oleh K-feldspar, plagioclase, quartz, dan biotite.


Rhyolite


Granite, tersusun oleh K-feldspar, quartz, plagioclase, dan biotite.


Granite


Porphyritic Granite


Pegmatite adalah istilah secara tekstur untuk batuan beku asam yang ukuran mineralnya sangat besar. Komposisi mineralnya mendekati granite, dengan ukuran butir mineralnya dapat mencapai lebih dari 3 cm.

shddin 2008Klasifikasi Batuan Beku Lainnya

Komposisi Asam Basa

Tekstur

Vesikular(vesicular)

Pumice Scoria

Gelasan(glassy)

Obsidian

Piroklastik(pyroclastic)

Volcanic brecciaTuff


Obsidian


Obsidian


Pumice


Pumice


Scoria


Tuff


Peridotit; tersusun atas olivin dan piroksen



Komatit; tersusun atas olivin dan piroksen


shddin 2008Klasifikasi Batuan BekuBerdasarkan atas letak membekunya magma:1. Batuan beku dalam (intrusive igneous rocks) concordant vs

discordant2. Batuan beku luar (extrusive igneous rocks)

shddin 2012Batuan Beku Intrusif




Lakolit; Utah, USA



Volcanic neck, Perancis

Volcanic Neck shddin 2008

Ship Rock, New Mexico, USA



Dike; Maine, USA



Sill; Utah, USA


Dike

Sill



Batolit; California, USA

Laccoliths of the Henry Mountains


Diorite

shddin 2008Mekanisme Pembentukan Batholith Terbentuknya batholith menimbulkan problem ruang:

Granitisasi (granitization): granit tidak terbentuk dari pendinginan magma, melainkan alterasi dan transformasi country rock oleh larutan hidrothermal. Dengan kata lain, granitisasi adalah fenomena perubahan batuan dari padat ke padat, atau bisa digolongkan menjadi salah satu jenis metamorfisme.

Asimilasi: country rock terasimilasi ke dalam magma asam yang menerobos.

Forceful injection: analog dengan kubah garam, magma asam menerobos country rock dengan cara menggesernya ke samping, mengakibatkan deformasi pada country rock. Proses ini dapat terjadi pada kedalaman yang besar.

Stoping: magma asam yang naik menempel pada country rock dan kemudian menelan potongan-potongan country rock. Proses ini dapat terjadi pada kedalaman dangkal.

shddin 2008Volkanisme

shddin 2008Lava

Pahoehoe lava

Aa lava

shddin 2008Lava

Kilauea Volcano, Hawaii, USA

shddin 2008Lava

Kilauea Volcano, Hawaii, USA

Pahoehoe lava


shddin 2008Lava

Kekar tiang (columnar joint)

shddin 2012Lava

Tabung lava (lava tube); terbentuk ketika bagian luar lava membeku sedangkan bagian dalamnya masih panas dan bergerak keluar, meninggalkan ruang kosong di dalam tubuh lava beku.


shddin 2012Lava

Igir tekanan (pressure ridge); terbentuk ketika bagian luar lava menggelembung dan melipat, sebagian akan retak dan mengeluarkan gas dari bagian dalam lava.


shddin 2012Lava

Kerucut semburan (spatter cones); semburan lava pada retakan memanjang (fissure eruption).


shddin 2012Lava

Tefra (tephra) adalah istilah umum untuk material piroklastik letusan gunungapi, mencakup debu, pasir, bom, dan fragmen batuan. Tefra umumnya menunjukkan gejala berlapis. Hamblin & Christiansen (2003)

shddin 2012Lava

Bom volkanis (volcanic bomb) adalah fragmen lava yang terlontar dalam bentuk plastis. Dalam perjalanannya di udara, mereka mengalami deformasi bentuk. Hamblin & Christiansen (2003)

Gunungapi shddin 2008

Gunungapi adalah tempat keluarnya magma yang berasal dari dalam bumi ke permukaan bumi (MacDonald, 1972).

Bentuk bentangalam volkanik tergantung pada jenis letusan.

Jenis letusan tergantung pada 3 sifat magma: viskositas, volatil, dan volume (3V dalam volkanologi).

Enam (6) bentuk gunungapi:

1. Shields Volcanoes: low viscosity, low volatiles, large volume (eruption styles: Hawaiian type)

2. Flood Basalts: low viscosity, low volatiles, very large volume3. Scoria Cones: medium viscosity, medium volatiles, small volume (eruption

styles: Strombolian type)4. Stratovolcanoes: high viscosity, high volatiles, large volume (eruption

styles: Vulcanian and Plinian types)5. Lava Domes: high viscosity, low volatiles, small volume6. Calderas: high viscosity, high volatiles, very large volumes

Gunungapi shddin 2008

shddin 2012Dimensi Gunungapi


Gunungapi Shields shddin 2008

Mauna Kea, Hawaii

Gunungapi Flood Basalts shddin 2008

Siberia (250 jtl) : 3 juta km3 menutupi 4 juta km2 Deccan (65 jtl) : 1,5 juta km3 menutupi 1,5 juta km2

shddin 2012Flood Basalt


Columbia Plateau, USA

shddin 2008Distribusi Flood Basalts

shddin 2012Kerucut Sinder


Utah, USA

Gunungapi Sinder (Cinder Cones) shddin 2008

Mt. Paricutin, Michoacan, Mexico

shddin 2012Lava Bantal (basaltik)


Selandia Baru

shddin 2012Kubah Lava (riolitik)


Mono Lake, California, USA

shddin 2012Gunungapi Strato


Mt. St. Helens; Washington, USA

Letusan Gunungapi dan Terbentuknya Kaldera shddin 2008


Crater Lake, Oregon, USA


Kaldera G. Santorini, Italia (meletus tahun 1628 SM)

shddin 2008Kaldera (basaltik)


Mauna Loa, Hawaii

shddin 2012Ash-Flow Tuffs


shddin 2012Ash-Flow Tuffs


Valles Caldera; Los Alamos, New Mexico

Kekar Tiang shddin 2008

Selogiri, Wonogiri, Jawa Tengah

shddin 2008Monitoring Aktifitas Gunungapi

shddin 2008Dampak Letusan Gunungapi

Kota St. Pierre, Martinique, setelah hancur akibat terjangan awan panas (nue ardente) hasil letusan Gunung Pelee di tahun 1902. Hanya 2 orang dari 28.000 penduduk yang selamat.

shddin 2008Volkanisme dan Tektonik Lempeng

shddin 2008G. Merapi

Nue ardente - G. Merapi, Jawa Tengah

shddin 2008G. Merapi

Top 10 Letusan Gunungapi shddin 2008

1. Siberia, Rusia (250 jtl) : 3 juta km3 flood basalt2. Deccan, India (65 jtl) : 1.5 juta km3 flood basalt3. Toba, Indonesia (75 rtl) : 2800 km3 kaldera4. Yellowstone, USA (2 jtl) : 2500 km3 kaldera5. Yellowstone, USA (600 rtl) : 1000 km3 kaldera6. Yellowstone, USA (1.3 jtl) : 280 km3 kaldera7. Tambora, Indonesia (1815) : 150 km3 kaldera8. Mazama, USA (7,6 rtl) : 40 km3 kaldera9. Santorini, Yunani (1628 SM) : 30 km3 kaldera10. Krakatau (1883) : 18 km3 kaldera

Catatan: Letusan Tambora (1815) menempati peringkat teratas (level 7) dalam rangking VEI (volcanic explosivity index; skala 0 8), yaitu suatu peringkat letusan gunungapi dunia tercatat semenjak tahun 1500 M. Letusan Krakatau (1883) berada dibawah Tambora, yaitu pada level 6.

Volcanic Explosion Index (VEI) shddin 2008

VEI Tinggi Plume Volume Jenis Letusan Contoh Catatan

0 1000 m3 Hawaiian Kilauea, berulang

1 100 - 1000 m >10.000 m3 Hawaiian / Strombolian Stromboli, berulang

2 1 - 5 km >1 juta m3 Strombolian /Volcanian Galeras 1992

3 3 - 15 km >10 juta m3 Volcanian Ruiz 1985

4 10 - 25 km >100 juta m3 Volcanian / Plinian Galunggung 1822 4.000 meninggal (lokal)

5 >25 km >1 km3 Plinian St. Helens 1980 57 meninggal (lokal)

6 >25 km >10 km3 Plinian / Ultra-Plinian Krakatau 188336.000 meninggal,

sebagian besar akibat tsunami

7 >25 km >100 km3 Ultra-Plinian Tambora 1815

12.000 meninggal (lokal), 80.000 kelaparan &

meninggal (dunia), "Year without

Summer"

8 >25 km >1000 km3 Ultra-Plinian Toba 73,000 ya

Diduga menyisakan

10.000 manusia di dunia

Toba Supervolcano shddin 2008

Bahaya Volkanisme shddin 2008

Volkanisme dan Asal Mula Kehidupan shddin 2008

Batuan beku tersusun oleh unsur-unsur oksigen (O), silika (Si), aluminium (Al), besi (Fe), kalsium (Ca), magnesium (Mg), natrium (Na), dan kalium (K).

Gas volkanik tersusun oleh sebagian besar oleh uap air (>90%), sisanya disusun oleh unsur-unsur hidrogen (H), oksigen (O), karbon (C), sulfur (S), klorin (Cl), dan nitrogen (N).

Gas-gas volkanik tersebut di permukaan Bumi bergabung untuk membentuk air (H2O), karbon dioksida (CO2), sulfur dioksida (SO2), hidrogen sulfida (H2S), karbon monoksida (CO), nitrogen (N2), hidrogen (H2), asam hidroklorik (HCl), dan metan (CH4).

Senyawa gas-gas tersebut membentuk lautan, atmosfer, dan kehidupan.

03 batuan beku dan volkanisme

Documents