DERET REAKSI BOWEN DAN APLIKASINYA

Wahyu Firdaus Mauliddan

Mahasiswa Teknik Geologi Ugm

Jl. Grafika 2

Norman L. Bowen menemukan bahwa mineral-mineral terbentuk dan terpisah dari batuan lelehnya (magma) dan mengkristal sebagai

magma mendingin (kristalisasi fraksional). Dari gambar , lengan kanan atas merupakan deret reaksi yang berkelanjutan (continuous), sedangkan

lengan kiri atas adalah deret reaksi yang terputus-putus/tak berkelanjutan (discontinuous).Deret Bowen ini menggambarkan secara umum urutan

kristalisasi suatu mineral sesuai dengan penurunan suhu dan perbedaan kandungan magma, dengan asumsi dasar bahwa semua magma berasal dari

magma induk yang bersifat basa.

Bagan serial ini kemudian dibagi menjadi dua cabang; yaitu kontinyu dan diskontinyu.

1. Continuous branch (Deret kontinyu)

Deret ini dibangun dari mineral feldspar plagioklas.

Dalam deret kontinyu, mineral awal akan turut serta dalam

pembentukan mineral selanjutnya. Dari bagan, plagioklas kaya

kalsium akan terbentuk lebih dahulu, kemudian seiring penurunan

suhu, plagioklas itu akan bereaksi dengan sisa larutan magma yang

pada akhirnya membentuk plagioklas kaya sodium. Demikian

seterusnya reaksi ini berlangsung hingga semua kalsium dan sodium

habis dipergunakan. Karena mineral awal terus ikut bereaksi dan

bereaksi, maka sangat sulit sekali ditemukan plagioklas kaya kalsium

di alam bebas. Bila pendinginan terjadi terlalu cepat, akan terbentuk

zooning pada plagioklas (plagioklas kaya kalsium dikelilingi

plagioklas kaya sodium).

2. Discontinuous branch (Deret diskontinyu)

Deret ini dibangun dari mineral ferro-

magnesian sillicates. Dalam deret diskontinyu, satu

mineral akan berubah menjadi mineral lain pada suhu

tertentu dengan melakukan melakukan reaksi terhadap

sisa larutan magma. Bowen menemukan bahwa pada suhu

tertentu, akan terbentuk olivin, yang jika diteruskan akan

bereaksi kemudian dengan sisa magma, membentuk

pyroxene. Jika pendinginan dlanjutkan, akan dikonversi

ke pyroxene,dan kemudian biotite [sesuai skema]. Deret

ini berakhir ketika biotite telah mengkristal, yang berarti

semua besi dan magnesium dalam larutan magma telah

habis dipergunakan untuk membentuk mineral. Bila

pendinginan terjadi terlalu cepat dan mineral yang telah

ada tidak sempat bereaksi seluruhnya dengan sisa magma,

akan terbentuk rim [selubung] yang tersusun oleh mineral yang terbentuk setelahnya.

Aplikasi Deret Bowen

1. Dari diagram diatas anda dapat menginterpretasikan

kondisi fisik dan kimiawi di mana suatu mineral

mengkristal Sebagai contoh, olivin adalah suhu tinggi dan

mineral tekanan dengan zat besi yang tinggi dan

magnesium, dan silika rendah.

2. Diagram diatas menunjukkan kestabilan mineral dalam

lingkungan pelapukan, stabil setidaknya pada 1 bar dan

25o C (permukaan bumi). Mineral yang paling tidak stabil

berada di atas diagram dan yang paling stabil di bagian

bawah. Basal olivin dan berisi plagioklas kalsium. Jika

sedang lapuk, mineral ini sangat tidak stabil dan akan

segera memecah dengan melarutkan dan membentuk

tanah,. granit berisi kuarsa, feldspar kalium, dan

muskovit. Muskovit dan kalium mudah akan rusak, tapi

kuarsa cukup tahan. Karena kuarsa stabil pada 1 bar dan

25o C

3. Kita dapat mengetahui asam atau basa suatu batuan

melalui kandungan mineral yang terkandung di dalam

batuan.

Asam, jika didalam batuan beku terdapat mineral kuarsa,

muskovit, orthoklas, dan Na-plagioklas.

Intermediet, jika didalam batuan beku terdapat mineral

kuarsa, hornblende, orthoklas, piroksen, biotit, dan Na-

plagioklas.

Basa, jika didalam batuan beku terdapat mineral olivin,

hornblende, piroksen, dan Ca-Naplagioklas.

Ultrabasa, jika didalam batuan beku terdapat mineral

olivin, piroksen, dan Ca-plagioklas.

4. Jika basal memiliki kuarsa di dalamnya, yang kadang

terjadi, kuarsa datang bukan dari magma, tetapi dari batu

yang bergabung setelah batuan itu terbentuk.

5. Jika magma mendingin perlahan basal dan secara

perlahan mineral pertama yang terbentuk harus olivin dan

plagioklas kalsium. Olivin memiliki gravitasi yang lebih

tinggi yang spesifik

dari plagioklas. Oleh karena itu, jika intrusi, basal tebal

tenang terjadi harus memiliki lapisan olivin di bagian

bawah. Palisades Sill di tepi barat Sungai Hudson di New

York dan New

Jersey adalah seperti tubuh dan memiliki lapisan olivin

murni di pangkalan. Jika Anda mendapatkan kesempatan

pergi melihatnya.

Sejarah Deret Bowen

(Rocks and Rock Minerals P. 103)

Norman L Bowen dikenal sebagai seorang ahli petrologi

paling cemerlang di abad ke 20. Bowen lahir pada tanggal 21 Juni

1887 di Kingston Ontario Canada sebagai anak bungsu pasangan

William Alfred Bowen dan Eliza Mc Cormick Bowen.

Sewaktu masih kecil, Bowen sangat tertarik dengan bekas

penggalian batugamping dan batugranit di dekat tempatnya tinggal.

Bekas penggalian tersebut terkadang terisi air sehingga membentuk

sebuah kolam yang biasa digunakannya untuk berenang pada saat

musim panas ataupun bermain iceskating pada saat musim dingin.

Pengalaman masa kecilnya inilah yang membuatnya tertarik terhadap

dunia batuan sehingga kelak menghantarnya untuk menjadi salah

seorang ahli petrologi ternama.

Bowen memasuki Kingston Publik Schools dan the

Collegiate Institute  hingga tahun 1900. Menyelesaikan junior

matrikulasi dalam 3 tahun, Bowen masuk Queen’s University pada

musim gugur tahun 1903. Menyelesaikan honour course dalam kimia

dan mineralogy pada tahun 1907, ia  lulus  dengan gelar M.A serta

menerima university medal untuk kedua subjek yang diambilnya.

Saat dia selesai menyelesaikan kuliahnya, dia pindah ke

Washington DC, tempat dimana dia bekerja pada laboratorium

Geofisika yang pada saat itu baru saja dibangun. Bowen

berekperimen untuk mencari sifat pelelehan dan pengkristalan dari

senyawa silikat dan mineral lain yang sejenis, hasil karyanya pertama

kali dipublikasikan pada tahun 1912. Pada karyanya The Evolution

of Igneous Rocks (1928), dia mendemonstarasikan prinsip-prinsip

tentang formasi dan tahap-tahap pengkristalan magma.

Sebagian magma mendingin dan mengeras di tempat dimana

dia dibentuk, namun sebagian besar bergerak, bergerak untuk

mempertahankan komposisi aslinya, turun dari lereng gunung untuk

mendingin dan mengeras di tempat tertentu, dimana yang lain telah

berubah karena telah bereaksi dengan bebatuan sekitar yang

dilewatinya, yang dinamakan “Country Rock”, bukti dari proses ini

dapat dilihat pada xenoliths (batuan yang diliputi oleh magma yang

bergerak), sebagai sebuah kesatuan, xenoliths mengalami berbagai

tahap reaksi dengan magma disekitarnya, beberapa tidak terpengaruh

sama sekali, namun yang lain sebaiannya atau malah seluruhnya

melebur bersama magma dan merubah magma tersebut, dan dan

akhirnya menghilang

.

(Rocks and Rock Minerals P. 103)

Magma, yang merupakan sebuah larutan, patuh pada hukum

fisika dan kimia, sebagai contoh, kelarutan bersama dengan titik

didih mendeterminasikan kondisi dan kosentrasi apa yang

memungkinkan mineral untuk mengkristal, secara keseluruhan,

seiring dengan turunnya temperature, satu persatu mineral akan

mengkristal dan terus berlanjut, dan pada sebagian kasus, mineral

akan selesai mengkristal padahal mineral lain baru akan mengkristal,

pada semua kasus, tepat seperti yang diduga, sebagian besar mineral

penyusun batuan beku ditemukan akan mengkristal kemudian

bereaksi atau tidak bereaksi menurut rangkaian yang telah diprediksi.

N. L Bowen telah menuju kepada hipotesis tentang rangkaian

reaksi yang dikerjakannya pada laboratorium bersama dengan

kolega-koleganya, mereka menemukan bahwa pada leburan silikat,

beberapa mineral setelah mengkristal, dapat bereaksi dengan leburan

yang tersisa. Hal ini membagi reaksi ini ter bagi 2 yaitu reaksi

berkelanjutan dimana mineral terus berubah komposisinya menjadi

larutan padat, tapi tetap mempertahankan bentuk dasar kristalnya,

dan reaksi tidak berkelanjutan, dimana mineral bereaksi untuk

membentuk mineral baru.

Bowen menyadari bahwa kedua reaksi tersebut dapat terjadi

satu per satu pada magma sama yang sedang mendingin, dan

menjelaskan banyak cirri-ciri yang ditemukan pada batuan beku. Dia

mendemonstrasikan hipotesisnya dengan menjelaskan rangkaian

kejadian dari magma yang mendingin dari komposisi batuan basa.

Mineral pertama yang mengkristal ialah olivine, dan plagioklas kaya

Ca, selama magma mendingin, olivine bereaksi dengan magma cair

untuk membentuk mineral lain yang lebih kaya akan silikat, yaitu

piriksen, lalu piroksen membentuk amfibol, ini ialah reaksi tidak

berkelanjutan, dan satu arah dimana jika telah berubah menjadi

amfibol, maka tidak akan ada sisa olivine yang akan ditemukan.

Pagioklas yang terbentuk pada awal juga bereaksi dengan

magma yang mendingin, tapi itu terjadi melalui pertukaran Ca + Al

atom di Kristal dengan Na + Si atom di magma, dengan begitu

membuat plagioklas tambah kaya akan Na, ini ialah bagian dari

reaksi berkelanjutannya.

Jika proses pendinginan dan pereaksian sampai pada titik

equilibirium, proses berhenti pada saat seluruh cairan telah bereaksi.

Untuk basal pada umumnya, hal ini akan terjadi pada saat piroksen

dan plagioclase ada sekitar 45-50. Tetapi, equibilirium tidak selalu

dapat dicapai, sebagai contoh, olivine yang baru saja dibentuk

mungkinssaja dikelilingi oleh piroksen, dan secara efektif

mencegahnya beraeaksi dengan leburan secara keseluruhan, jadi

mungkin pada plagioclase Na yang baru saja terbentuk akan

dikelilingi oleh plagioklas Ca, mencegahnya bereaksi dengan cairan.

Sebagai konsekuensinya, mungki akan kaya dengan SiO2. Dan bowen

menunjukan bahwa jika sebagian reaksi terjadi maka magma yang

berasal dari batuan basalt, akan mampu membuat sedikit cairan

residu yang kaya akan SiO2 kaya akan sodium, potassium dan volatie

elemen, volatile elemen ialah , dan hasilnya merupakan magma yang

bersifat granital.

Differensiasi magma, yaitu suatu proses yang menyebabkan

magma yang asalnya relatif homogen terpecah-pecah menjadi

beberapa bagian atau fraksi dengan komposisi yang berbeda-beda.

Hal ini disebabkan oleh migrasi ion atau molekul dalam larutan

magma karena adanya perubahan temperatur dan tekanan. Ketika

magma mengalami penurunan tekanan dan temperatur, maka mineral

yang memiliki titik lebur yang tinggi mulai mengkristal, sedangkan cairan yang belum membeku akan terus naik dan akhirnya

keseluruhan cairan magma itu membeku.

Daftar Pustaka

Skinner, Brian. 1979. Rocks and Rock Minerals. John Wiley and Sons inc, Canada.

http://mineral.galleries.com , Copyright ©1995-2008 by Amethyst Galleries, Inc.

Soetoto, Ir. 2001. Geologi Dasar. Yogyakarta: Unpublished.

http://en.wikipedia.org/wiki/Bowen's_reaction_series