DENSITAS BATUAN DAN MINERAL

DENSITAS BATUAN DAN MINERAL

A. Batuan

1. Pengertian Batuan

Batuan adalah kumpulan atau agregat dari mineral yang sudah dalam keadaan membeku/keras. Batuan adalah salah satu elemen kulit bumi yang menyediakan mineral-mineral anorganik melalui pelapukan yang selanjutnya menghasilkan tanah. Batuan mempunyai komposisi mineral, sifat-sifat fisik, dan umur yang beraneka ragam. Jarang sekali batuan terdiri dari satu mineral, namun umumnya merupakan gabungan dari dua mineral atau lebih. 

2. Jenis-jenis Batuan dan Klarifikasi batuan

Secara umum, batuan terbagi menjadi tiga, yaitu batuan beku, batuan sedimen dan batuan metamorf.

a. Batuan Beku (Igneous Rock)

Batuan beku adalah batuan yang terjadi dari pembekuan larutan silika cair dan pijar yang dikenal dengan nama magma. Batuan beku yang terjadi dibangun oleh mineral-mineral tertentu ataupun oleh suatu matrik dari silikat. Mineral tersebut ukurannya berbeda-beda, tergantung dari kecepatan pembekuannya.

Klasifikasi Batuan Beku

Batuan beku diklasifikasikan berdasarkan tempat terbentuknya, warna, dan dari zat kimia penyusunnya.

Berdasarkan tempat terbentuknya, batuan beku dibedakan atas :

1)      Batuan Beku Plutonik, yaitu batuan beku yang terbentuk jauh di perut bumi.

2)      Batuan beku Hypabisal, yaitu batuan beku yang terbentuk tidak jauh dari permukaan bumi.

3)      Batuan beku vulkanik, yaitu batuan beku yang terbentuk di permukaan bumi.  

Berdasarkan warnanya, mineral pembentuk batuan beku ada dua, yaitu :

1)      mineral mafic (gelap) seperti olivin, piroksen, amphibol dan biotik,

2)      mineral felsic (terang) seperti Feldspar, muskovit, kuarsa dan feldspatoid. 

Klasifikasi batuan beku berdasarkan warnanya adalah sebagai berikut :

1)      Leucocratic rock, kandungan mineral mafic < 30%.

2)      Mesocratic rock, kandungan mineral mafic 30% - 60%.

3)      Melanocratic rock, kandungan mineral mafic 60% - 90%. 4) Hypermalanic rock, kandungan mineral mafic > 90%. 

Berdasarkan zat kimia penyusunnya batuan beku disusun oleh senyawa-senyawa kimia yang membentuk mineral. Kemudian mineral tersebut menyusun batuan beku. Salah satu klasifikasi batuan beku dari kimia adalah dari senyawa oksidasinya, seperti SiO2, TiO2, AIO3, Fe2O3, MnO, CaO, Na2O, K2O, H2O, P2O5. Dari prosentase setiap senyawa kimia dapat mencerminkan beberapa lingkungan pembentukan mineral. 

b. Batuan Sedimen (Sediment Rock)

Batuan endapan atau batuan sedimen adalah salah satu dari tiga kelompok utama batuan (bersama dengan batuan beku dan batuan metamorfosis) yang terbentuk melalui tiga cara utama, yaitu pelapukan batuan lain (clastic). Pengendapan (deposition) karena aktivitas biogenic, dan pengendapan (precipitation) dari larutan. Batuan sedimen ada yang tersusun berlapis, tetapi ada juga yang tidak. Butiran sedimen itu bisa berukuran macam-macam, dari halus sampai ukuran besar. Bahan batuan sedimen bisa dari batuan beku, bisa dari batuan metamorf dan bisa juga dari batuan sedimen sendiri. Pada batuan sedimen tidak terbentuk kristal.

Jenis batuan sedimen umum seperti batukapur, batupasir, dan batulempung. Batuan sedimen meliputi 75% dari permukaan bumi. Penamaan batuan sedimen biasanya berdasarkan besar butir penyusun batuan tersebut.

Penamaan tersebut adalah sebagai berikut :

·     Breksi adalah batuan sedimen dengan ukuran butir lebih besar dari 2 mm dengan bentuk butiran yang bersudut.

·         Konglomerat adalah batuan sedimen dengan ukuran butir lebih besar dari 2 mm dengan bentuk butiran yang membundar.

·          Batu pasir adalah batuan sedimen dengan ukuran butir antara 2 mm sampai 1/16 mm.

·         Batu lanau adalah batuan sedimen dengan ukuran butir antara 1/16 mm sampai 1/256 mm. 5) Batu lempung adalah batuan sedimen dengan ukuran butir lebih kecil dari 1/256 mm. 

Klasifikasi Batuan Sedimen

Batuan sedimen dapat dikelompokkan menjadi 5, yaitu :

1)      Batuan Sedimen Detritus Klastik

Batuan ini diendapkan dengan proses mekanis. Terbagi dalam dua golongan besar dan pembagian ini berdasarkan ukuran besar butirnya. Cara terbentuknya batuan tersebut berdasarkan proses pengendapan, baik yang terbentuk di lingkungan darat maupun di lingkungan air laut.

2)      Batuan Sedimen Evaporit

Proses terbentuknya adalah pada air yang memiliki larutan kimia yang cukup pekat. Pada umumnya terbentuk di danau atau lautan tertutup.

3)      Batuan Sedimen Batubara

Batuan sedimen ini terbentuk dari unsur-unsur organik, yaitu dari tumbuh- tumbuhan. Dimana sewaktu tumbuhan tersebut mati dengan cepat tertimbun oleh lapisan yang tebal diatasnya, sehingga tidak memungkinkan untuk terjadi pelapukan.

4)      Batuan Sedimen Silika

Batuan ini terdiri dari rijang (chert), radiolarian dan tanah diatorn. Proses terbentuknya batuan ini adalah gabungan antara proses organik, seperti radiolarian atau diatom dan proses kimiawi untuk lebih menyempurnakannya.

5)      Batuan Sedimen Karbonat

Batuan ini sudah umum sekali terbentuk dari kumpulan cangkan moluska alga, foraminifera atau lainnya yang bercangkang kapur. Atau proses pengendapan yang merupakan rombakan batuan yang terbentuk lebih dulu dan diendapkan disuatu tempat. 

Berdasarkan genetisnya, batuan sedimen dapat dikelompokkan menjadi 2 golongan, yaitu :

1)      Batuan Sedimen Klasik

Batuan yang terbentuk dari pengendapan kembali datritus atau pecahan batuan asal. Batuan asal dapat berupa batuan beku, metamorf, dan sedimen. Fragmentasi dimulai dari pelapukan mekanis maupun kimiawi, kemudian tererosi dan tertransportasi menuju suatu cekungan pengendapan. Setelah pengendapan berlangsung, kemudian mengalami diagenesa, yakni proses perubahan-perubahan yang berlangsung pada temperatur rendah di dalam suatu sedimen, selama dan sesudah litifikasi terjadi. Litifikasi merupakan proses yang mengubah suatu sedimen menjadi batuan keras.

2)      Batuan Sedimen Non Klastik

Batuan sedimen yang terbentuk dari hasil kimia atau bisa juga dari hasil kegiatan organisme. Reaksi kimia yang dimaksud adalah kristalisasi langsung atau reaksi organik. Contoh Batuan Sedimen Penamaan batuan sedimen biasanya berdasarkan besar butir penyusun batuan tersebut. Penamaan tersebut adalah: breksi, konglomerat, batupasir, batulanau, batulempung, stalaktit dan stalakmit, moraine.

c. Batuan Metamorf (Metamorphic Rock)

Batuan Metamorf merupakan batuan yang berasal dari suatu batuan asal yang mengalami perubahan tekstur dan komposisi mineral pada fase padat sebagai akibat perubahan kondisi fisika (tekanan, temperatur, tekanan dan temperatur). Metamorfosa adalah proses rekristalisasi di kedalaman kerak bumi (3-20 km) yang keseluruhannya atau sebagai besar terjadi dalam keadaan padat, yakni tanpa melalui fase cair, sehingga terbentuk struktur dan mineralogi baru akibat dari pengaruh Temperatur (T=350oC – 1200oC), Tekanan (Pressure = 1-10000 bar/ 0,9869 atm) dan cairan panas. 

Tipe-tipe metamorfosa dibagi dua, yaitu :

1) Metamorfosa Lokal

·       a. Kontak/ Thermal, terjadi di intrusi magma, biasanya memiliki suhu 600oC – 800oC dan tekanan 300 MPA.

·       b. Kaustik, terjadi akibat adanya intrusi magma yang lemah. Pada proses ini aliran magma menerobos membelah lapisan (Dike) dan aliran mengikuti batas Lapisan (Silk).

·         c. Kataklastik, terjadi akibat deformasi. metamorf karena adanya panas akibat gesekan. dengan diatas, tetapi lapisan disekitarnya memecah dan meledak.

·         d. Hidrotermal, terjadi karena adanya larutan panas pada waktu terjadi instrusi magma, patahan (gesekan), panas intibumi. 

2) Metamorfosa Regional

·         a. Dinamotermal, terbentuk pada zona subduction dan terjadi pada pembentukan gunung.

     b. Burial (timbunan), terjadi pada lapisan bawah suatu lapisan sediment, terbentuk karena tekanan yang besar dari lapisan di atasnya. 

Proses Terjadinya Batuan Metamorfosa 

Proses metamorfosa/ malihan terjadi karena adanya perubahan kumpulan mineral dan tekstur batuan, dan dibedakan dengan proses diagenesa dan proses pelapukan yang juga merupakan proses perubahan.  Faktor utama dalam proses perubahan ini adalah perubahan suhu dan tekanan yang tinggi, diatas 200⁰C dan 300 Mpa, dan dalam keadaan padat. Proses metamorfosa adalah perubahan kumpulan mineral dan tekstur batuan dalam keadaan (fasa) pada (solid state) pada suhu diatas 200^oC dan tekanan 300 Mpa. 

Jenis-jenis Metamorfisme 

1)  Metamorfisme Kataklistik (Cataclastic metamorphism), metamorfisme yang terjadi karena pengaruh deformasi mekanik dan tidak disertai dengan rekristalisasi kimia.  

2)   Metamorfisme Kontak (Contact Metamorphism), metamorfisme yang terjadi akibat intrusi tubuh magma panas pada batuan yang dingin dalam kerak bumi. Proses rekristalisasi kimia memegang peran penting, karena pengaruh dari kenaikan suhu. 

3)      Metamorfisme Timbunan (Burial metamorphism), proses sedimentasi yang terjadi pada cekungan dalam dan memiliki kandungan H2O yang cukup, maka akan menghasilkan himpunan kimia baru dari hasil rekristalisasi kimia. 

4)      Metamorfisme Regional, pada umumnya dijumpai pada kerak benua dengan  penyebaran yang sangat luas, sampai puluhan ribu kilometer persegi, dibentuk oleh proses metamorfisme regional. Proses ini melibatkan deformasi mekanik dan rekristalisasi kimia.

B. Mineral

1. Definisi Mineral

Mineral didefinisikan sebagai bahan padat anorganik yang terdapat secara alamiah, terdiri dari unsur-unsur kimiawi dalam perbandingan tertentu, dimana atom-atom di dalamnya tersusun mengikuti suatu pola yang sistematis. Beberapa jenis mineral memiliki sifat dan bentuk tertentu dalam keadaan padatnya, sebagai perwujudan dari susunan yang teratur didalamnya. Kristal secara umum dapat didefinisikan sebagai bahan padat yang homogen yang memiliki pola internal susunan tiga dimensi yang teratur. 

2. Karakteristik Mineral

Terdapat dua cara untuk dapat mengenal suatu mineral, yang pertama adalah dengan melakukan analisis secara kimiawi, dan yang kedua yang paling umum dilakukan adalah dengan cara mengenali sifat-sifat fisiknya. Sifat-sifat fisik mineral antara lain bentuk kristalnya, berat jenis, bidang belah, warna, goresan, kilap, dan kekerasan.

a.       Bentuk kristal (crystall form) Pembentukan kristal suatu mineral tergantung pada ada atau tidaknya hambatan. Contohnya suatu cairan panas terdiri dari unsur-unsur Natrium dan Chlorit. Bentuk-bentuk kristal: Prismatik, Orthorombik, Kubus, Tetrahedral, Heksagonal, Trigonal dll.

b.      Berat jenis (specific gravity). Berat jenis setiap mineral ditentukan oleh unsur-unsur pembentuknya serta kepadatan ikatan unsur-unsur dalam susunan kristalnya.

c.       Bidang belah (fracture). Mineral mempunyai kecenderungan untuk pecah melalui suatu bidang yang mempunyai arah tertentu yang ditentukan susunan dalam atom-atomnya, yang merupakan bidang lemah suatu mineral.

d.      Warna (color). Meskipun warna bukan menjadi ciri utama untuk membedakan antar mineral, namun terdapat warna-warna khas untuk mengetahui unsur tertentu di dalamnya. Contohnya warna gelap mengindikasikan adanya unsur besi, sedangkan warna terang mengindikasikan kandungan aluminium.

e.       Goresan pada bidang (streak) Beberapa jenis mineral mempunyai goresan pada bidangnya, seperti pada mineral kuarsa dan pyrite yang terlihat jelas dan khas.

f.       Kilap (luster) Kenampakan atau kualitas pantulan cahaya dari permukaan suatu mineral. Ada 2 jenis kilap, yaitu kilap Logam dan Non-logam.

g.      Kekerasan (hardness) Kekerasan yaitu sifat resistensi dari suatu mineral terhadap kemudahan mengalami abrasi atau mudah tergores. Kekerasan bersifat relatif, maksudnya jika mineral saling digoreskan dengan yang lain maka mineral yang tergores relatif lebih lunak dibanding lawannya. Skala kekerasan mineral dari yang terlunak (skala 1) hingga terkeras (skala 10) diajukan oleh Mohs dan dikenal sebagai Skala Kekerasan Mohs.

3. Jenis-jenis Mineral

Berdasarkan senyawa kimianya, mineral dikelompokkan menjadi mineral Silikat dan Non-silikat. Dari 2000 jenis mineral yang dikenal, hanya beberapa yang terlibat dalam pembentukan batuan. Mineral-mineral tersebut dinamakan Mineral Pembentuk Batuan atau Rock Forming Minerals, yang merupakan penyusun utama batuan kerak dan mantel Bumi. Mineral pembentuk batuan dikelompokkan menjadi empat yaitu Silikat, Oksida, Sulfida, Sulfat dan Karbonat.

1)      Mineral Silikat. Sembilan puluh persen mineral pembentuk batuan adalah dari kelompok ini, yang merupakan persenyawaan antara silikon dan oksigen dengan beberapa unsur metal. Silikat pembentuk batuan dibagi menjadi dua kelompok yaitu kelompok ferromagnesium (umumnya mempunyai warna gelap atau hitam dan berat jenis yang besar)  dan non-ferromagnesium (umumnya mempunyai warna terang).

2)      Mineral Oksida. Mineral oksida terbentuk sebagai akibat persenyawaan langsung antara oksigen dan unsur tertentu. Susunannya lebih sederhana dibanding silikat. Unsur yang paling utama dalam oksida adalah besi, chrome, mangan, timah dan aluminium. Beberapa mineral oksida yang paling umum adalah, korondum (Al2O3), hematit (Fe2O3) dan kassiterit (SnO2).

3)      Mineral Sulfida. Mineral sulfida atau dikenal juga dengan nama sulfosalt ini terbentuk dari kombinasi antara unsur tertentu dengan sulfur (belerang) (S2-). Pada umumnya unsur utamanya adalah logam (metal). Pembentukan mineral kelas ini pada umumnya terbentuk disekitar wilayah gunung api yang memiliki kandungan sulfur yang tinggi. Beberapa contoh mineral sulfida yang terkenal adalah pirit (FeS2), Kalkosit (Cu2S), Galena (PbS), sphalerite (ZnS), dan Kalkopirit (CuFeS2). Dan termasuk juga didalamnya selenides, tellurides, arsenides, antimonides, bismuthinides dan juga sulfosalt.

4)      Mineral Sulfat. Mineral Sulfat adalah kelompok mineral yang memiliki ciri khas komposisi kimia berkation sulfur yang berikatan dengan 4 anion oksigen membentuk (SO4)2- yang berkombinasi dengan logam atau semi-logam membentuk mineral sulfat. Pembentukan mineral sulfat biasanya terjadi pada daerah evaporitik (penguapan) yang tinggi kadar airnya, Contoh-contoh mineral yang termasuk kelompok sulfat antara lain Anhydrite (CaSO4), Celestite (SrSO4), Barit (BaSO4), Anglesit (PbSO4), Alunit, Gysum (CaSO4.2H2O) Kelompok mineral ini mempunyai banyak manfaat bagi kehidupan manusia.

5)   Mineral Karbonat. Mineral Karbonat adalah kelompok mineral yang memiliki komposisi anion berupa (CO3)2- yang berikatan dengan kation berupa unsur logam maupun semi- logam, merupakan mineral penyusun utama batugamping dan dolostone. Mineral-mineral yang termasuk kelompok mineral karbonat antara lain Kalsit (CaCO3), Dolomit (CaMg(CO3)2), dan Aragonit (CaCO3).

C. Hubungan Densitas dengan Jenis Batuan

            Densitas merupakan perbandingan antara massa dan volume batuan. Densitas menentukan seberapa besar kekuatan yang digunakan untuk menghancurkan batuan. Beberapa contoh densitas antara lain batuserpih 2750 kg/m³, granit 2650 kg/m³, batupasir 2200 kg/m³, basalt 2650 kg/m³, marmer 2700 kg/m³, batugamping 2450 kg/m³, dll. Unit weight hampir sama dengan density, dimana semakin besar Unit Weight maka batuan akan semakin kuat.

Sifat fisis suatu benda yaitu densitas didefinisikan sebagai masa persatuan volume. Bahan yang homogen seperti besi, aluminium, batuan memiliki densitas yang sama tiap bagiannya. Jika sebuah bahan yang materialnya homogen bermasa m dan memiliki volume V, maka densitasnya adalah:

ρ=  m/V

Densitas batuan adalah berat jenis dari batuan yang dinyatakan dalam pound per cubic feet atau kilonewton per cubic meter. Specific gravity suatu padatan (SG) adalah perbandingan densitas padatan dengan densitas air, yang diperkirakan mendekati 1 gram-force/cm3 (9.8 kN/m3 atau 0.01 MN/m3). Metode pengukuran densitas terbagi menjadi dua cara, yaitu :

1)      Penentuan densitas di laboratorium.

Densitas dibedakan menjadi 3, yaitu : bobot isi asli (natural density), bobot isi kering (dry density) dan bobot isi jenuh (saturated density).

2)      Penentuan densitas dengan log sumuran. 

Cara menentukan densitas batuan dari pembacaan log densitas adalah dengan menganalisis defleksi kurva pada log densitas dalam satuan gr/cc. Dari defleksi kurva pada log densitas itu dapat diketahui besarnya bulk density masing-masing batuan.

Massa jenis  atau densitas (density) suatu batuan secara harfiah merupakan perbandingan antara massa dengan volume total pada batuan tersebut. Secara sederhana, suatu batuan memiliki dua komponen, komponen padatan dan komponen rongga (pori). Keberadaan komponen padatan maupun komponen rongga mempunyai nilai yang beragam pada tiap-tiap batuan sehingga massa jenis pada setiap jenis batuan itu berbeda.

Pengaruh komponen padatan terhadap densitas batuan.

Komponen padatan yang terdapat pada batuan juga dapat memiliki massa jenis yang berbeda-beda juga. Massa jenis ini dikenal dengan istilah densitas matriks, yang dapat dirumuskan melalui rumus seperti demikian:

ρ_m=   m/V

Hubungan antara densitas dan porositas bahwa semakin besar densitas dari suatu batuan maka porositasnya akan semakin kecil. hal ini dikarenakan jenis batuan dengan densitas besar berarti memiliki kerapatan yang besar. Karena semakin rapat batu tersebut maka pori-pori yang berada pada batu akan semakin sedikit.

Hubungan densitas dengan jenis batuan yaitu semakin besar densitas suatu batuan (serta batuan dalam keadaan segar), maka batuan itu akan semakin kuat dan juga sebaliknya.

Sebaran densitas secara vertikal ditentukan oleh proses percampuran dan pengangkatan massa air. Penyebab utama dari proses tersebut adalah tiupan angin yang kuat. Lukas and Lindstrom (1991), mengatakan bahwa pada tingkat kepercayaan 95% terlihat adanya hubungan yang positif antara densitas dan suhu dengan kecepatan angin, dimana ada kecenderungan meningkatnya kedalaman lapisan tercampur akibat tiupan angin yang sangat kuat. Secara umum densitas meningkat dengan meningkatnya silinitas, tekanan atau kedalama, dam menurunya suhu.

SEKIAN SEMOGA BERMANFAAT :)