Norman Levi Bowen - The Evolution of The Igneous Rocks (hazen.carnegiescience.edu) |
“In the history of experimental research in petrology, in particular the study of heterogeneous equilibria in silicate melts, he was the great pioneer, in fact his position is unique, for no one has broken so much new ground, nor contributed in such rich measure to the solution of fundamental problems of petrogenesis.” - Tilley, 1957
Sejarah
De re Metallica - Georgius Agricola (wikipedia.org) |
Eksperimen
Dia memanaskan sampel sampai mencair pada suhu lebih dari 1600 derajat Celsius, kemudian sampel didinginkan pada suhu yang ditentukan, misalnya 1400 derajat Celsius. Bowen menahan suhu sampel agar tetap stabil dalam waktu yang cukup lama (menit, jam atau hari) agar memungkinkan pembentukan kristal, dan kemudian sampel didinginkan secara cepat dengan melemparkan sampel ke dalam seember air. Dengan dimikian sampel mineral yang terbentuk pada suhu yang telah ditentukan akan terkunci. Sampel yang tidak membentuk kristal akan berupa gelas.
Kegiatan eksperimen. N. L. Bowen (kanan) dan O. F. Tuttle (kiri) (library.gl.ciw.edu) |
Discontinous Reaction Series
Pada magma basaltik, olivin merupakan mineral mafik pertama yang terbentuk. Ketika suhu menurun, semua olivin akan bereaksi dengan sisa magma untuk membentuk piroksen. Pada suhu kristalisasi amphibole, semua piroksen akan bereaksi dengan sisa magma untuk membentuk amphibole. Begitu juga dengan biotit, ketika suhu berada pada suhu kristalisasi biotit, semua amphibole akan bereaksi dengan sisa magma untuk membentuk biotit. Dengan demikian, semua batuan beku hanya akan mengandung biotit (?) Tidak seperti itu!
Jika olivine telah terbentuk, dan sisa magma tidak mengandung unsur silika yang cukup untuk membentuk piroksen, maka reaksi tidak akan terjadi dan olivin akan tetap menjadi olivin. Jika olivin telah terbentuk dan suhu magma menurun terlalu cepat, maka reaksi tidak akan terjadi, magma akan cepat membeku dan olivine akan tetap menjadi olivin.
Continous Reaction Series
Misalnya pada magma basaltik, plagioklas yang pertama terbentuk adalah 100% Ca dan 0% Na plagioklas. Ketika suhu magma menurun, plagioklas pertama akan bereaksi dengan sisa magma untuk membentuk 99% Ca dan 1% Na plagioklas. Kemudian, plagioklas pertama dan kedua akan bereaksi untuk membentuk 98% Ca dan 2% Na. Begitu seterusnya. Semua proses ini terjadi secara kontinyu asalkan: 1.) ada waktu yang cukup untuk memunginkan terjadi reaksi, dan 2.) magma harus mengandung unsur Na, Al dan Si yang cukup untuk membentuk mineral-mineral baru. Hasil akhirnya akan menjadi sebuah batu yang terdiri dari mineral-mineral plagioklas dengan rasio Ca Na yang sama dengan yang terkandung pada magma awal.
Contoh penggunaan BRS (diagram 1, 2 dan 3).
Temperatur dan Tekanan
Pada diagram 1 - kita dapat menginterpretasi kondisi fisik dan kimia mineral saat terbentuk. Misalnya, olivin merupakan mineral yang terbentuk pada suhu dan tekanan tinggi dengan kandungan besi dan magnesium yang tinggi, tetapi rendah silika.
Asosiasi Mineral
Diagram 2 menunjukkan asosiasi mineral dalam suatu batuan. Jenis batuan (di sisi kiri) sejajar horizontal dengan asosiasi mineralnya (di sisi kanan). Misalnya, basal mengandung mineral olivin, piroksen dan Ca plagioklas, tetapi tidak mengandung mineral kuarsa dan K feldspar.
Kestabilan Terhadap Pelapukan
Diagram 1 menunjukkan kestabilan mineral terhadap pelapukan. Dimana mineral yang paling tidak stabil pada 1 bar dan 25 derajat Celcius (permukaan bumi) adalah olivin dan Ca plagioklas. Semakin ke atas BRS, mineral semakin tidak stabil, dan sebaliknya semakin ke bawah BRS, mineral semakin stabil. Misalnya, sebuah basal mengandung olivin dan Ca plagioklas. Jika basal sedang melapuk, kedua mineral tersebut sangat tidak stabil dan akan mudah terurai dan membentuk tanah liat. Contoh lain adalah granit - mengandung kuarsa, K feldspar, dan muskovit. K feldspar dan muskovit akan mudah terurai, sedangkan kuarsa cukup resisten. Material hasil pelapukan basal dan granit yang tererosi akan berupa pasir yang terdiri dari banyak kuarsa dengan beberapa K feldspar dan muskovit. Sedangkan kehadiran olivin dan Ca plagioklas sangat jarang ditemukan atau bahkan tidak ada.
Kandungan unsur kimia
Diagram 1 menunjukan perbedaan kandungan unsur kimia. Di bagian atas BRS terdiri dari mineral-mineral yang kaya akan unsur Fe, Mg dan Ca, dan di bagian bawah terdiri dari mineral-mineral yang kaya akan unsur Si, K dan Na.
Magma Mixing
Batuan yang ada di bagian atas dan di bagian bawah BRS pada diagram 2, tidak akan berada pada satu singkapan yang sama. Kondisi magma saat membentuk basal tidak sama dengan kondisi magma saat membentuk riolit. Namun, dua jenis batuan ini ditemukan tersingkap secara interlayer di Yellowstone National Park. Dengan demikian, singkapan tersebut terbentuk dari dua magma yang berbeda.
Xenolith dan Xenocryst
Jika basal mengandung xenocryst kuarsa di dalamnya, hal tersebut sangat jarang terjadi, maka kuarsa tersebut tidak mungkin terbentuk dari magma yang sama, tapi berasal dari batuan samping yang diterobos oleh basal.
Produk Erosi
Pantai pasir hijau dan hitam di pulau Hawaii tersusun atas mineral olivin dan piroksen. Berdasarkan BRS (diagram 1), mineral-mineral ini merupakan mineral yang tidak stabil - tidak tahan terhadap pelapukan. Kedua jenis pasir (olivin dan piroksen) terbentuk karena source rock yang dominan menempati pulau Hawaii adalah batuan basal. Ca plagioklas telah terurai dengan cepat, sedangkan olivin dan piroksen lebih tahan, maka secara waktu geologi mineral-mineral ini masing sangat muda.
Fraksinasi dan Gravity Settling
Ketika magma basal mendingin secara perlahan, mineral pertama yang terbentuk adalah olivin dan Ca plagioklas. Maka komposisi yang dihasilkan adalah berupa mineral (solid) dan sisa magma (liquid). Sebuah material padat memiliki densitas lebih tinggi daripada material cair, dengan demikian olivin dan plagioklas akan tenggelam ke dasar dapur magma. Proses ini dikenal dengan istilah gravity settling. Olivin memiliki berat jenis lebih tinggi daripada plagioklas, yang lebih dulu mencapai dasar adalah mineral olivin. Oleh karena itu, lapisan olivin (dunite) sering ditemukan di bagian bawah dari intrusi basal yang tebal. Contohnya seperti Palisades Sill di tepi barat Sungai Hudson di New York dan New Jersey.
Lapisan olivin dai bagiian bawah intrusi basal. Palisades Sill, Hudson River. (stevekluge.com) |
Basaltik - Andesitik - Riolitik
- Mineral pertama yang terbentuk adalah olivin dan Ca plagioklas. Kedua mineral ini akan tenggelam dan terendapkan di dasar dapur magma. Pengendapan tersebut akan mengisolasi keduanya sehingga tidak terjadi reaksi dengan sisa magma. Dengan demikian, saat suhu menurun, lapisan olivin dan lapisan Ca plagioklas masih menetap di dasar dapur magma.
- Ketika suhu magma berada pada suhu pembentukan piroksen dan Ca-Na plagioklas, mineral akan terbentuk dan tenggelam ke dasar dan terisolasi dari sisa magma. Sama seperti yang terjadi pada olivin dan Ca plagioklas.
- Sekarang ada empat lapisan di dasar dapur magma, yaitu: lapisan olivin, lapisan Ca plagioklas, lapisan piroksen, dan lapisan Ca-Na plagioklas. Batuan yang mungkin terbentuk adalah dunit dan gabro.
- Perhatikan bahwa saat suhu magma menurun, kandungan unsur Fe, Mg dan Ca akan berkurang. Sedangkan unsur Na, K dan Si semakin bertambah.
- Magma terus mengkristal, suhu terus menurun, sehingga menghasilkan mineral amphibole dan Na-Ca plagioklas. Magma berubah menjadi andesitik. Batuan yang mungkin terbentuk adalah diorit.
- Mineral yang berikutnya mengkristal adalah biotit dan Na plagioklas. Magma yang tersisa menjadi kaya akan unsur Na, K dan Si. Maka jenis batuan yang mungkin terbentuk adalah granit.
- Dengan demikian, berdasarkan urutan kristalisasi BRS dan efek gravitasi, dapat disimpulkan bahwa magma riolitik terbentuk dari magma basaltik. Hubungan ini dapat dilihat di Stillwater Complex, Montana.
Mekanisme fraksinasi kristal dalam dapur magma. (wikipedia.org) |
Soal #1
- Basal: Batuan Basal: Pengertian, Klasifikasi, dan ManfaatBatuan basal, atau basalt, merupakan salah satu jenis batuan beku yang terbentuk dari pemadatan magma yang terjadi di permukaan Bumi. Batuan ini memiliki ciri khas berwarna gelap dan terdiri dari mineral-mineral seperti piroksen, plagioklas, dan massa dasar dengan tekstur yang khas [𝟏].
**Pengertian dan Klasifikasi**
Batuan basal terbentuk dari lava yang mengalir di kerak bumi, kemudian mendingin dan mengeras di permukaan. Batuan ini termasuk dalam klasifikasi batuan beku ekstrusif. Selain itu, batuan basal juga dapat diklasifikasikan sebagai batuan beku luar yang terbentuk dari magma gabro [𝟐]. Diorit: Pengertian, Pembentukan, dan Karakteristik**
Diorit merupakan salah satu jenis batuan beku instrusif yang terbentuk dari proses pendinginan magma di dalam kerak bumi. Batuan ini memiliki komposisi yang mirip dengan granit, tetapi dengan kandungan plagioklas yang lebih tinggi daripada ortoklas. Diorit umumnya memiliki warna abu-abu hingga hitam, dan terdiri dari mineral-mineral seperti plagioklas, piroksen, dan amfibol.
**Penggunaan dan Potensi**
Dalam konteks potensi pertambangan, diorit termasuk dalam jenis sumber daya mineral yang dapat ditemukan di beberapa wilayah, seperti Kabupaten Maros. Selain itu, diorit juga menjadi objek penelitian yang menarik dalam kajian geologi terkait karakteristik dan lingkungan pengendapan batuan.Granit: Pengertian, Karakteristik, dan Pemanfaatan
Granit merupakan salah satu jenis batuan beku yang terbentuk dari proses pendinginan magma di dalam kerak bumi. Batuan ini memiliki komposisi yang terdiri dari mineral-mineral seperti kuarsa, feldspar, dan mika, serta memiliki tekstur butir yang kasar. Granit umumnya memiliki warna yang bervariasi, mulai dari putih hingga abu-abu, dan sering digunakan dalam berbagai aplikasi konstruksi.
Penggunaan dan Pemanfaatan
Granit memiliki beragam pemanfaatan dalam industri konstruksi, seperti sebagai bahan untuk lantai, dinding, countertop, dan berbagai elemen arsitektur lainnya. Selain itu, granit juga digunakan dalam pembuatan batu nisan, patung, dan berbagai produk seni dan kerajinan. Kekerasan dan daya tahan granit membuatnya menjadi pilihan yang populer dalam berbagai aplikasi konstruksi.- Gabro: Pengertian, Proses Pembentukan, dan KarakteristikGabro merupakan salah satu jenis batuan beku yang terbentuk dari proses pendinginan magma di dalam kerak bumi. Batuan ini memiliki komposisi yang mirip dengan basalt, tetapi dengan butiran yang lebih kasar. Gabro umumnya memiliki warna gelap hingga hitam, dan terdiri dari mineral-mineral seperti plagioklas, piroksen, dan amfibol.Dalam ilmu geologi, gabro termasuk dalam klasifikasi batuan beku intrusif dan sering ditemukan dalam lingkungan geologis yang terkait dengan proses pembentukan pegunungan dan lempeng tektonik.
Soal #2
- Mineral apa yang membentuk batuan dari magma tersebut jika terjadi intrusi?
1. Feldspar: Feldspar adalah salah satu jenis mineral yang paling umum dalam batuan intrusif. Ada dua jenis feldspar yang sering ditemukan, yaitu feldspar alkali seperti ortoklas, dan feldspar plagioklas yang terdiri dari seri komposisi berbeda antara albite hingga anorthite.
2. Kuarsa: Kuarsa, juga dikenal sebagai silika, adalah mineral dengan struktur kristal yang terdiri dari silika. Kuarsa umumnya hadir sebagai mineral yang sangat abu-abu atau transparan yang hadir dalam batuan intrusif.
3. Biotit: Biotit adalah mineral yang termasuk ke dalam kelompok mika hitam. Mineral ini berkontribusi pada warna gelap dalam batuan intrusif.
4. Hornblende: Hornblende adalah mineral amfibol yang umum ditemukan dalam batuan intrusif. Hornblende dapat memberikan warna gelap dan tekstur yang terlihat dalam batuan.
5. Muskovit: Muskovit adalah mineral mika yang sering hadir dalam batuan intrusif. Muskovit umumnya berwarna putih ke keperakan dan memberikan kilau yang khas pada batuan.
6. Olivin: Olivin adalah mineral berwarna hijau yang dapat ditemukan dalam batuan intrusif tertentu, seperti dunite atau peridotit.
7. Piroksen: Piroksen adalah anggota keluarga mineral yang meliputi clinopyroxene dan ortopiroksen. Mineral ini biasanya hadir dalam batuan intrusif seperti gabbro dan diorit.
Namun, penting untuk dicatat bahwa jenis mineral yang membentuk batuan intrusif dapat bervariasi tergantung pada komposisi kimia dan kondisi pembentukan magma. Komposisi mineral dalam batuan intrusif akan mempengaruhi sifat fisik, tekstur, dan warna batuan tersebut.
- Mineral apa yang membentuk batuan dari magma tersebut jika terjadi ekstrusi?
1. Feldspar: Seperti pada batuan intrusif, feldspar juga menjadi salah satu mineral yang umum ditemukan dalam batuan vulkanik. Feldspar alkali seperti ortoklas dan feldspar plagioklas seperti labradorit sering hadir dalam batuan ini.
2. Kuarsa: Kuarsa juga dapat ditemukan dalam batuan vulkanik, meskipun dalam proporsi yang lebih kecil dibandingkan dengan batuan intrusif. Kuarsa sering kali hadir dalam bentuk bintik-bintik kecil atau sebagai massa mikrokristalin.
3. Hornblende: Mineral hornblende (amfibol) sering ditemukan dalam batuan vulkanik, memberikan warna gelap atau hitam pada batuan tersebut.
4. Biotit: Biotit, mineral mika hitam, juga dapat hadir dalam batuan vulkanik dan memberikan warna gelap.
5. Augite: Augite adalah mineral piroksen berwarna gelap yang sering ditemukan dalam batuan vulkanik, terutama dalam jenis batuan basalt.
6. Olivin: Olivin, mineral berwarna hijau, dapat hadir dalam batuan vulkanik, terutama dalam basalt.
7. Rhyolitik glass: Ketika magma cepat mendingin, dapat membentuk massa kaca vulkanik yang disebut glass. Ini dapat terbentuk dalam komposisi felsik seperti rhyolite.
Komposisi mineral dalam batuan vulkanik dapat bervariasi tergantung pada komposisi kimia dan kondisi pembentukan magma. Faktor-faktor seperti suhu dan laju pendinginan juga dapat mempengaruhi mineral yang hadir dalam batuan vulkanik. Perbedaan dalam mineralogi ini memberikan ragam tekstur dan warna yang khas bagi batuan vulkanik.
- Apa yang membedakan kedua batuan ini?
Soal #3
Soal #4
Soal #5
Jika Anda menemukan batuan basal dengan kuarsa di dalamnya, darimana kuarsa itu berasal?Soal #6
Jika
Anda menganalisis kandungan mineral pada suatu batuan dan batuan
tersebut hanya terdiri dari olivin, hal tersebut mungkin disebabkan oleh
kondisi geologi tertentu di mana pembekuan magma menghasilkan batuan
yang hanya mengandung olivin. Suatu mineral dapat terbentuk hanya dari
satu jenis unsur yang pada kondisi geologi tertentu mengakibatkan
terbentuknya batuan yang hanya memuat satu jenis mineral. Oleh karena
itu, keberadaan hanya olivin dalam batuan tersebut mungkin disebabkan
oleh kondisi geologi dan proses pembekuan magma yang menghasilkan batuan
tersebut.
Sumber :
- Bowen, N. L. (1928). The Evolution of The Igneous Rocks. Princeton University Press, second edition, 1956, New York. Eugster, H. P. (1980). Norman L. Bowen 1887 - 1956, A Biographical Memoir. National Academy of Science. Washington.
- Hoover, H. C. and Hoover, L. H. (1950). De Re Metallica by Georgius Agricola. The translated version. Dover Publications, Inc. New York.
- Robin, G. (2010). Igneous Rocks and Processes, A Practical Guide. John Wiley & Sons Ltd.
- Winter, J. D. (2001). An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Pentrice Hall Inc. New Jersey.
Penutup
Sekian Penjelasan Singkat Mengenai BRS - Bowen's Reaction Series | Dasar Ilmu Dalam Studi Batuan dan Mineral. Semoga Bisa Menambah Pengetahuan Kita Semua.