HAND OUT MATA KULIAHPRINSIP-PRINSIP GOKIMIA

Oleh;Ir. Yulius Marzani, M.Si

PROGRAM STUDI TEKNIK GEOLOGI SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL YOGYAKART

BAB I

PRISIP-PRINSIP GEOKIMIAGeokimia adalah suatu bidang ilmu sains yang titik berat mempelajari kimia bumiTugas utama ilmu geokimia mempelajari sbb:1. Menentukan banyaknya unsur dan species atom (isotop) secara mutlak dan relative di dalam bumi2. Mempelajari penyebaran dan pemindahan unsur-unsur individu dibeberapa bagian bumi ini (atmosfer, hidrosfer, kerak bumi dll) dan didalam mineral dan batuan, dengan tujuan memenuhi prinsip-prinsip penyebaran dan pemindahan.Sehingga ketahap tertentu, lingkup ilmu giokimia sudah dibuktikan oleh sejarah perkembangan ilmu geologi terutama yang berhubungan dengan mineralogi dan petrologi. Kajian geokimia sangat penting untuk mengetahui keberadaan dan jumlah unsur-unsur dipermukaan bumi.SEJARAH ILMU GEOKIMIAIlmu geokima telah berkembang dengan pesat seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknolgi khususnya bidang kimia dan geologi. Sebetulnya geokimia sudah lama diperkenalakan oleh seorang ilmuwan kimia berkebangsaan Swiss yang bernama Schonbein (penemu gas ozon) pada tahun 1838. Pada dasarnya geokima mepelajari unsure-unsur kimia yang terdapat dalam alam semesta. Konsep modern tentang unsure-unsur telah diperkenalkan oleh Lavoiser dalam bukunya Traite elementaire de Chemie pada tahun 1789. Lavoiser telah memperkenalkan 31 jenis unsure antara lain sebagai berikut : O,N,H,S,P,Cl,E,B,Sb,Ag,As,Bi,Co,Cu,Sn,Fe,Mn,Hg,Mo,Ni,Au,Pt,Pb,W,Zn,Ca,Mg,Ba,Al,Si, beberapa unsure lain sudah diketahui sejak jaman purba antara lain: Au,Ag,Cu,Fe,Pb,Sn,Hg,S dan C.Pada akhir abad ke 18 diketemukan unsur-unsur ; U, Zr, Ti, Y, Be, Cr dan TePenemuan unsur-unsur dalam abad ke 19 sbb:1. 1800-1809 ; Na, K, Nb. Rh, Pd, Ce, Ta,Os, Ir2. 1810-1819; Li, Se, Cd, I3. 1820-1829; Br, Th4. 1830-1839; V. La5. 1840-1849; Ru, Tb, Er6. 1850-1859;7. 1860-1869; Rb, In, Cs; TI8. 1870-1879; Sc, Ga, Sm, Ho, Tm,Yb9. 1880-1889; Ge; Pr; Nd; Gd; Dy10. 1890-1899; He, Ne, Ar, Kr, Xe, Po, Ra, AcPada tahun 1850-1859 tidak terdapat satu unsurpun dapat ditemukan. Dalam tahun 1860 Bunsen dan kerchoff telah memperkenalkan alat spektroskop untuk mengenali unsur-unsur dengan alat tersebut antara lain Cs, Rb, Ti dan In. Pada tahun 1870 an dan 1880 an beberapa lanthanide diketemukan dan diperkenalkan oleh Mendeleev ; eka-aluminium (Ga), eka-boron (Sc) dan eka-silikon (Ge). Pada tahun 1894 ditemukan gas argon dan yang lain ; Ne,He, Kr, Xe. Penemuan keradioaktifan oleh Becquel pada tahun 1896 sehungga pada tahun 1898 diketemukan Polonium dan radium oleh Curies 1898 dan actinium 1899 oleh Debierne. Menjelang tahun 1900 unsur-unsur radioaktif lain diketemukan; Eu (1901); Lu (1907); Hf(1923) dan Re(1925).Selama abad 19 data geokima merupakan hasil samping kajian geologi dan mineralogy yang berasal dari bagian mineral, batuan, air dan gas.

BAB II BUMI DAN HUBUNGAN DENGAN JAGAT RAYABumi adalah merupakan bagian dalam tata surya yang terdiri dari matahri, planet-planet dan satelitnya, asteroid, komet, dan meteorit. Matahari itu sendiri merupakan satu unit bintang di dalam galaksi kita. Lebih dari 1011 terdapat di dalam galaksi yang berbentuk seperti kanta dengan garis pusat kurang 70 000 tahun cahara ( 1 tahun cahaya 1013 km). Diluar galaksi kita terdapat bayak lagi sistem-sistem bintang yang kurang lebih sama ukurannya. Sistem-sistem ini, nebula ekstragalaksi, tersebar secara seragam di seluruh angkasa. Galaksi yang hampir dekat dengan kita adalah nebula Andromeda, dan jaraknya lebih kurang 1,75 x 106 tahun cahaya. Garis-garis di dalam spectrum nebula ekstragalaksi ini menunjukkan perubahan kearah warna merah bagi spectrum. Perubahan kea rah kemerahan ini lebih kurang sama dengan jaraknya. Perubahan ini dianggap sejajar dengan jaraknya. Perubahan ini dianggap sebagai effek Doppler, ini disebabkan oleh bergesernya nebula yang semakin besar. Sebagian besar dari pada teori pembesaran jagat raya masih menjadi spekulasi, oleh sebab ini kesimpulan yang berdasarkan teori juga masih spekulasi.UMUR JAGAT RAYATeori alam jagat raya yang membesar dan dinamik menunjukkan bahwa jagat raya telah dan masih menjalani evolusi. Jika kita tinjau ke belakang dari segi masa, kita akan sampai pada tahap bahwa alam raya merupakan titik kecil,yang umum dikatakan tahap primitive dan menentukan umur alam raya ini secara astronomi dari masa tersebut. Dengan beberapa pengandaian bahwa umur jagat raya secara astronomi dapat dikira-kira dalam kisaran 16 x 109tahun.Sistem tata surya dapat dianggap unit tersendiri, dan umur galaksi-galaksi dapat diperkirakan. Sistem tata surya merupakan sistem yang tertutup dan kandungan unsurnya sama dengan seperti semasa pembentukannya dahulu, kecuali terjadi sedikit perubahan akibat penukaran hidrogen kepada helium dan adanya unsur radioaktif pada unsure-unsur lain. Anggapan tersebut berasaskan bahwa bahan-bahan didalam tata surya telah terasing pada suatu masa tertentu (titik kosong bagi skala masa kini) dan kandungan unsur primitive berubah karena aktifitas radioaktif. Umur unsure-unsur induk kemudian diperkirakan sejak peluluhan radioaktif sampai terbentuk unsure baru (anak). Peluluhan radioaktif menjadi penting sebagai penentu umur.Tabel 1. Beberapa peluluhan radioaktif untuk menentukan umur geologiUnsur-unsur indukWaktu setengah umurHasil

238U4.5 x 109 tahun206Pb + 84He

235U7.1 x 108 tahun207Pb + 74He

232Th1.4 x 1010 tahun208Pb + 64He

87Rb4.9 x 1010 tahun87Sr

40K1.3 x 109 tahun40Ar, 40Ca

Kajian empiric dan teori, seperti yang akan dibicarakan dalam bab ini, bahwa banyaknya unsure dan nuklida di dalam sistem tata surya dapat diramal. Ramalan dibuat dengan menggunakan perbandingan nuklida radioaktif dengan unsure-unsur yang ada disekelilingnya. Oleh sebab itu banyaknya 238U dengan waktu setengah umur 4.5 x 109 tahun dan 235U dengan waktu setengah umur 7.1 x 108 boleh diramal kurang lebih sama dengan unsure bismuth dan merkuri. Unsur-unsur tersebut tidak mungkin terbentuk lebih dari pada puluh ribu juta tahun yang lalu. Sebaliknya tidak adanya unsure 237Np dan 247Cm yang masing-masing mempunyai masa setengah umur 2.25 X 104 tahun dan 4 x 107 tahun, menunjukkan pembentukan salah satu dari nuclei ini sekurang-kurangnya menunjukkan waktu beberapa ratus juta tahun yang lalu. Ini merupakan waktu yang relative lama bagi unsure-unsur tersebut. Penyelesaian yang bebas dapat diberikan dengan mempertimbangkan kelimpahan relative 235U dan 238U. Jika kedua isotop ini asalnya terbentuknya sama banyak, nisbah masa kini diantara 235U dengan 238U adalah 1 : 138, ini disebabkan oleh waktu setengah umur 235U lebih pendek dan ini menyebabkan peluluhan lebih cepat dari pada 238U. Masa yang diperlukan bagi menurunkan konsentrasi yang sama pada nisbah pada masa kini ialah lebih kurang 6 x 109 tahun. Hal lain yang dapat menyokong bahwa sistem tata surya berawal dari sejak beberapa juta tahun yang lalu, diantaranya isotop-isotop plumbum (204Pb, 206Pb, 207Pb, 208Pb), 204Pb adalah tidak radioaktif, dan jumlahnya pada masa sekarang sama dengan pembentukakannya dahulu. Isotop-isotop lain sebagian asli dan sebagian terbentuk dari hasil peluluhan dari unsure induk 238U, 235U dan 232Th. Di dalam bahan-bahan yang mengandung uranium dan plumbum, kandungan isotop bagi plumbum mengalami perubahan yang progresif sepanjang masa geologi; jumlah relative bagi isotop radioaktif menjadi bertambah dibandingkan dengan 204Pb yang tidak radioaktif. Meteorit memberikan gambaran yang jelas tentang fakta ini. Meteorit besi tidak mengandung uranium yang mengandung sedikit plumbum di dalamnya nilai relative tertinggi 204Pb dibandingkan dengan bahan-bahan yang lain. Meteorit berbatu mengandung sejumlah uranium dan terdapat plumbum menunjukkan kesan tambahan bahwa plumbum radioaktif yang berhubungan dengan nisbah 206 Pb/204Pb dan 207Pb/204Pb yang lebih tinggi disbanding dengan plumbum pada meteorit besi. Dari analisis data secara matematik memberikan umur bagi meteorit 4.6 x 109 tahun, yang telah ditentukan berdasarkan penentuan umur rubidium-strontium terhadap meteorit berbatu. Sejak masa itu meteorit besi dan meteorit berbatu ditentukan dan umur ini dipercayai sama dengan umur pembentukan planet didalam sistem tata surya. Bukti-bukti tambahan yang diperoleh dari hasil penelitian menunjukkan bahwa umur bulan dapat diperkirakan 4.6 x 109 juta tahun.Bumi terbentuk sebagai satu satuan dalam tata surya terbentuk lebih kurang 4.6 x 109 tahun yang lalu. Dari kenyataan ini umur kerak bumi data ditentukan dengan skema peluluhan radioaktif. Dengan cara ini umur batuan yang berumur sekitar 2.700 juta tahun dapat diketahui.Batuan tertua dari Afrika antara 3.000 dengan 3.600 juta tahun; Amerika Utara 3.100 dengan 3.700 juta tahun yang lalu; Australia 3.000 juta tahun yang lalu.

SISTEM TATA SURYADalam kajian giokimia suatu sistem tata surya amat penting walaupun sistem ini tidak begitu menarik di antara galaksi dan sangat kecil jika dibandingkan dengan keseluruhan jagat alam raya. Sifat-sifat yang khas pada sistem tata surya sbb :1. Matahari sebagai pusat sistem tata surya, memiliki 99.8% pengaruh terhadap sistem dan hanya 2 % dari pada momentum bersudut2. Semua planet mengelilingi matahari dalam arah yang sama dalam bentuk orbit elips.3. Planet-planet berputar pada porosnya sendiri dengan arah yang sama mengelilingi matahari (kecuali Uranus dan Kejora, berputar ke belakang); dan kebanyakan satelitnya berputar dalam arah yang sama.4. Planet menunjukkan jasad yang sama sebagaimana diterangkan dengan HK Bode, dan membentuk dua kumpulan yang berlawanan; kumpulan planet-planet kecil disebelah dalam (Utarid, Kejora, Bumi dan Marikh) yang lebih dikenali sebagai planet daratan, dan kumpulan planet-planet besar disebelah luar (Musytari, Zuhal, Uranus dan Neptun), yang disebut planet utama5. Bagian utama momentum bersudut bagi sistem tata surya ini tertumpu pada planet-planet, tidak seperti matahari sistem tertumpu pada matahari.Table 1. Hukum Bode : jarak relative antara planet dan matahari sbb:UtaridKejoraBumiMarikhKosongMusytariZuhalUranusNeptunPluto

4444444444

03612244896192384

4710162852100196388

Jarak planet dari matahari dengan menetapkan jarak bumi sebagai 10

3.97.21015.252100192301395

Hukum Bode member nilai yang memuaskan dengan jarak yang diukur, kecuali Neptum; ruang di antara Marikh dengan Musytari dipenuhi oleh asteroid, pada jarak min 29Tabel 2. Data tentang sistem tata suryaBumi =1Jari-jari (km)Berat jenisSuhu permukan 0KTekanan permukaan (dalam bar)Gas mayor dan minor dlm atmosfer

Matahari3320006950001.415500-H2, He

Utarid0.05524405.44620--

Kejora0.81560505.2774193CO2,N2,H2O,Ar,SO2

Bumi1.0063715.522901N2,O2,CO2,H2O

Marikh0.1133973.95210-2400.007CO2,N2,Ar,O2

Musytari318716001.31170TinggiH2,He,CH4,NH3

Zuhal95.2600000.70140TinggiH2,He,CH4,NH3

Uranus14.6259001.2180TinggiH2,He,CH4,NH3

Neptum17.2247501.6680TinggiH2,He,CH4,NH3

Pluto0.001713001 ?80--

KANDUNGAN ALAM SEMESTAPengetahuan tentang kandungan alam semesta berdasarkan pemeriksaan spektorskopi dari sinar mathari, analisis meteorit-meteorit dan kandungan bumi dan planet-planet lain. Berdasarkan garis-garis spectrum kita dapat menentukan benda yang bersinar. Dari data menunjukkan bahwa kandungan alam semesta mengandung unsure-unsur yang sama walaupun besarnya bervariasi pada tiap-tiap tempat. Jumlah unsure-unsur yang berlainan adalah sama dimana-mana. Helium diketemukan didalam spectrum sinar matahari oleh Lockyer pada tahun 1868 dan didapati bumi oleh Ramsay pada 1895 sebagai gas yang keluar dari uranit apa bila dipanaskan dengan asam mineralKANDUNGAN MATAHARIKajian spektroskopi terhadap matahari telah dilakukan, kurang lebih 70 unsur telah dikenal pasti dalam spectrum matahari sbb;Tabel 3. Kelimpahan unsure-unsur di dalam atmosfera matahariUnsurNomor AtomKelimpahan (atom/106 atom Si)

H12.2 x 1010

He21.4 x 109

C69.3 x 106

N72.0 x 104

O81.6 x 107

Na114.3 x 104

Mg128.9 x 105

Al137.4 x 104

Si141.0 x 106

S163.2 x 105

K193.2 x 103

Ca205.0 x 104

Sc212.5 x 101

Ti222.5 x 103

V232.3 x 102

Cr241.1 x 104

Mn255.9 x 103

Fe267.1 x 105

Co271.8 x 103

Ni284.3 x 104

Cu292.6 x 102

Zn306.3 x 102

Sumber : Ross & Aller, 1976KANDUNGAN PLANET-PLANETPemeriksaan dengan mata dan spektroskopi terhadap permukaan planet dapat menerangkan kepada kita kandungan unsurnya . kandungan unsure dipermukaan bumi dapat memberikan analogi untuk planet-planet yang lain. Utarid tidak mempunyai atmosfera dan ketumpatannya sama dengan bumi. Kejora mempunyai atmosfera dan memiliki keseluruhan karbondioksida dan nitrogen yang menutupi seluruh permukaan, ukuran hampir sama dengan bumi. Marikh memiliki atmosfera yang diselimuti kabut awan dan debu, dan kutubnya diselimuti salju dan memiliki musim sejuk dan musim panas. Selimut ini diduga terdiri dari lapisan es H2O yang tipis dengan sedikit gas CO2. Permukaan Marikh keseluruhan berwarna sampai jingga kemerah-merahan kemungkinan adalah selaput ferum oksisda, yang hampir sama dengan pasir gurun di bumi. Asteroid belum dapat diambil contohnya tetapi dengan kajian spektrumnya bahwa kandungannya sama dengan meteorit. Albedo Ceres dan banyak lagi Asteroid mengandung bahan-bahan berkarbon sangat rendah.Planet-planet utama yaitu Musytari, Zuhal, Neptum dan Uranus banyak mempunyai ciri yang sama mempunyai ketumpatan yang rendah dan atmosfera yang tebal oleh adanya hydrogen dan helium yang dapat dibandingkan dengan yang terdapat dalam matahari. Ada banyak bukti adanya hydrogen yang ada sebagai metana dan ammonia. Zuhal mungkin mengandung sarah-sarah es, dan albedo dan ketumpatan beberapa satelit planet terdiri es juga.KANDUNGAN METEORITBukti-bukti spektroskopi tidak menerangkan tentang kandungan bagian dalam planet-planet . Analogi terhadap bumi dan bukti yang terdapat dalam meteorit, yang merupakan bagian sistem tata surya (mungkin juga merupakan pecahan meledaknya asteroid dan akhirnya jatuh kebumi). Terdapat berjuta-juta meteorit yang berada didalam sistem tata surya, kitika terjadi ledakan jatuh kebumi sudah berupa debu yang sukar untuk ditentukan kecuali dengan alat-alat tertentu. Meteorit diperkirakan meledak dan jatuh ke bumi 30 000 150 000 pertahun. Pengetahuan kita tentang meteorit terpusat pada meteorit yang besar yang jatuh ke bumi.Sebagianbesar meteorit yang telah diselidiki mengandung paduan besi-nikel, silica berhablur terutama olivine dan peroksin, mineral besi-sulfida troilit, atau campuran semuanya. Belum pernah ditemukan meteorit yang menyerupai batuan endapan atau batuan metamorf. Macam jenis meteorit yang di sudah dikenal sbb:1. Siderit atau besi ( 98 % logam)2. Siderolit atau besi berbatu (50% logam dan 50 % silkiat)3. Aerolit atau batuSiderit atau meteorit besi, sebagian besar terdiri satu atau dua fasa logam nickel-besi (Ni 4%-20% jarang lebih besar dari ini), lainnya mengandung troilit (Fes), syreibersit (Fe,Ni,Co)3P dan grafit. Mineral tambahan, seperti daubrelit (FeCr2S4), koherit (Fe3C) dan kromit (FeCr2O4) jarang didapati. Mineral-mineral tambahan terdapat sebagai butiran-butiran bulat kecil atau berlamela yang terdapat didalam logam. Logam-logam ini menunjukan struktur yang khas yang disebut Widmanstatten, yang dapat diedentifikasi dengan mengkilapkan pada permukaannya dengan larutan HNO3 beralkohol. Struktur ini terdiri daripada lamella kamasit (aloi nikel-besi dengan 6% Ni), taenit (aloi nikel-besi dengan nikel kira-kira 30%). Lamela ini sama dengan octahedron hablur nikel-besi yang pada dasarnya homogeny. Meteorit yang menunjukkan struktur Widmanstatten dikenali sebagai oktahedrit. Struktur ini adalah tipikal bagi ekssolusi subsolidus di dalam aloi yang telah didinginkan perlahan-lahan dari suhu tinggi.Heksahidrit adalah besi yang keseluruhannya terdiri dari pada kamasit, dan ataksit adalah besi dengan Ni lebih adari 14% dan sebagian besar terdiri dari pada taenit.Sidorilit, atau meteorit besi berbatu, terdiri dari pada nikel-besi dan silikat yang lebih kurang sama banyak; Dua jenis yang berbeda palasit dan mesosiderit, dengan kandungan kimia dan mineralogy yang berbeda telah dikenal dengan pasti. Palasit terdiri dari gabungan nikel-besi yang mengelilingi butir olivine yang menunjukkan bentuk hablur yang baik. Di dalam mesosiderit, fasa logam tidak bergabung dengan logam lain dan terdapat silikat yang kebanyakan plagioklas feldspar dan piroksin, dan kadang kala dengan olivine sebagai pelengkap.Berdasarkan teksturnya, aerolit atau batu terdiri dari dua jenis , kondrit dan akondrit. Kondrit dinamakan demikian karena mengandung kondrul atau kondri, yaitu benda kecil bulat (garis pusat 1mm) terdiri dari utamanya olivine dan/atau piroksin. Kondrul jarang ditemuai pada meteorit ini dan belum pernah ditemui di dalam batuan bumi, dan oleh karena itu kondrul penting dalam menentukan asal meteorit. Rata-rata kandungan kondrit kurang lebih 40 % olivine, 30% piroksin, 5-20% nikel-besi, 10% plagioklas dan 6% troilit. Satu jenis kondrit yaitu kondrit berkarbon agak berbeda dengan meteorit lain karena sebagian besar terdiri dari silikat besi-magnesium terhidrat (serpentin atau mineral seperti klorit) dan mengandung hingga 10% bahan organic yang komplek. Penyelidikan terbaru terhadap Meteorit Murchison yang jatuh di Australia pada tahun 1969, membuktilan bahwa kandungan bahan organiknya bukan dari biologi. Meteorit Murchison mengandung campuran bahan oeganik komplek (hidrokarbon alifatik, dan aromatic, asam karboksilat,asam amino dan lain-lain). Kesamaan diantara bahan organic dengan dibuat secara sinteteti menegaskan bahwa bahan organic yang dimiliki meteorit Murchison bukan dari biologi. Begitu juga asam amino, yang tidak ditemui dalam protein dan tidak memeliki sifat optik.Akondrit merupakan kumpulan meteorit berbatu yang berlainan sifat, tida mengandung kondrul dan hablur yang dimiliki lebih kasar dari pada kondrit. Kebanyakan akondrit menyerupai batuan igneus daratan dari segi kandungan dan tekstur, oleh karena itu akondrit kemungkinan memiliki hablur dari leburan silikat Tektit bahan enigmatik yang selalu dikatan meteorit , terdiri dari kaca yang kaya akan silikat (rata-rata SiO2 sebanyak 75 % ) yang menyerupai obsidian, tatapi berbeda dengan obsidian bumi dari segi kandungan dan teksturnya. Tektit mengandung silica agak tinggi , begitu juga kandungan alumina, potasium dan kapur tetapi kandungan magnesia dan sodanya rendah. Kandungan seperti itu sama dengan beberapa granit dan riolit dan beberapa batuan endapan yang kaya silica. Tektit selalu diketemukan sebagai bahan yang kecil dan bulat (200-300 gram) di kawasan yang tidak ada gunungapinya. Tidak seperti meteorit, tektite tidak pernah terlihat jatuh ke bumi.Tabel 4. Kandungan MeteoritUnsur% berat

Logam (besi)Logam (kondrit)Silikat (kondrit)Rata-rata kondrit

O43.733.24

Fe90.7890.729.8827.24

Si22.517.10

Mg18.814.29

S1.93

Ni8.598.801.64

Ca1.671.27

Al1.601.22

Na0.840.64

Cr0.380.29

Mn0.330.25

P0.140.11

Co0.630.480.09

K0.110.08

Ti0.080.06

Tabel 5. Meteorit yang diketemukan dan yang jatuh JenisYang diketemukanYang jatuh

Banyaknya%Banyaknya%

Besi54558.1334.6

Besi berbatu535.7111.5

Akondrit70.7567.8

Kondrit33335.562186.1

Jumlah938100.0721100.0

KELIMPAHAN KOSMOS UNSUR-UNSURBerdasarkan data kandungan meteorit dan matahari serta bahan-bahan yang ada Goldschmidt pada tahun 1937 telah membuat kelimpahan unsure-unsur dan isotop kosmos dalam table yang lengkap. Data tentang hydrogen dan helium serta bahan gas sebagian besar terdapat dalam matahari dan bintang-bintang dan kelimpahan unsure-unsur di dalam meteorit

Tabel 6. Kelimpahan unsure-unsur di dalam kosmos dalam atom (per 106 atom Si)UnsurKelimpahanUnsurKelimpahan

1H2.66 x 101044Ru1.9

2He1.8 x 10945Rb0.4

3Li6046Pd1.3

4Be1.247Ag0.46

5B948Cd1.55

6C1.11 x 10749In0.19

7N2.31 x 10650Sn3.7

8O1.84 x 10751Sb0.31

9F78052Te6.5

10Ne2.6 x 10653I1.27

11Na6.0 x 10454Xe5.84

12Mg1.6 x 10655Cs0.39

13Al8.5 x 10456Ba4.8

14Si1.00 x 10657La0.37

15P650058Ce1.2

16S5059Pr0.18

17Cl474060Nd0.79

18Ar1.06 x 10562Sm0.24

19K350063Eu0.094

20Ca6.25 x 10464Gd0.42

21Sc3165Tb0.076

22Ti240066Dy0.37

23V25467Ho0.092

24Cr1.27x 102468Er0.23

25Mn930069Tm0035

26Fe9.0 x 10570Yb0.20

27Co220071Lu0.035

28Ni4.78 x 10472Hf0.17

29Cu54073Ta0.020

30Zn126074W0.020

31Ga3875Re0.051

32Ge11776Os0.69

33As6.277Ir0.72

34Se6778Pt1.41

35Br9.279Au0.21

36Kr41.380Hg0.21

37Rb6.181TI0.19

38Sr22.982Pb2.6

39Y4.883Bi0.14

40Zr1290Th0.045

41Nb0.992U0.027

42Mo4.0

Atom suatu unsure memiliki sejumlah proton (Z) dan Neotron (N) dan memiliki berat atom (A). Di dalam inti atom proton bersekutu dengan netron dan jumlahnya bisa berubah-ubah. Hasilnya suatu unsure boleh mempunyai beberapa isotop yang mengakibatkan jumlah berat atom berbeda-beda (A = N + Z ) , tetapi menunjukkan sifat kimia yang tidak berubah.Isobar adalah unsure yang berlainan tetapi mempunyai berat atom (A) sama tetapi nilai proton (Z) dan Neutron (N) berlainan dan Isoton adalah unsure yang berlainan dengan mempunyai jumlah neutron (N) yang sama tetapi nilai berat atom (A) dan Proton berbeda (table 7)Tabel 7. Isotop, isobar dan Isoton suatu unsureIsotop Z = 20 (Kalium)Isoton N = 20

NA% UnsurUnsurZA% Unsur

204096.97Sulfur1636

22420.64Klorin1737

23430.145Argon1838

22442.06Kalium1939

26460.0033Kalsium2040

28480.185

Isobar A =40

UnsurZN% Unsur

Argon182299.61

Kalium19210.0119

Kalsium202096.97

Inti atom yang stabil untuk sembarang unsur jumlahnya sedikit disbanding dengan ribuan isotop yang telah diketahui, sehingga hanya sekitar 270 unsur saja yang tidak radio aktipBAB III.STRUKTUR DAN KANDUNGAN BUMIBumi merupakan salah satu dari sembilan planet yang terdapat dalam tata surya. Apa bila dibandingkan dengan alam semesta yang tak terbatas luasnya, Bumi sebenarnya hanyalah benda yang terlalu kecil sehingga dengan mudah dapat hilang dari pengelihatan, dan hanya tampak sebagai titik yang tidak kelihatan. Bumi disebut juga planet biru karena tampak berwarna biru apabila dilihat dari luar angkasa. Planet ini sangat unik dalam tata surya karena terdapat air dalam tiga fasa (padat, cair dan gas) sehingga bumi memiliki lautan dan kutub es serta terjadinya siklus hidrologi (diantaranya hujan) yang berkesinambungan. Di bumi juga berlangsung proses-proses secara aktif, yaitu terjadinya daur (siklus) geologi yang menyebabkan permukaan Bumi terus mengalami perubahan dan peremajaan (rejufenation) sepanjang waktu.Bahwa bumi itu bulat dan berapa ukurannya, telah diketahi manusia sejak 250 tahun sebelum masihi. Pada waktu itu, Erastosthenes dari Yunani menggunakan azas-azas geometri untuk memecahkan masalah seluruh matra Bumi. Dengan menghitung arah matahari yang masuk ke dalam lubang sumur di Syene dan membandingkannya dengan bayangan yang terjadi di Alexandria (berjarak 5000 stades atau 800 km), maka ia tentukan keliling Bumi 40300 km dan garis tengahnya 12756,4 km). Setelah lebih dari satu millennium, barulah kemudian teori Geosentris disanggah oleh Nicolaus Coprnicus (1473-1543) dan Johanes Kepler (1571-1630) serta Galileo Galilei (1564-1642). Sejak saat ini orang baru sadar Bumi hanyalah sebuah planet dari beberapa planet lainnya yang bergerak bersama-sama mengitari Matahari (heliosentris). Bumi mengitari (mengorbit) Matahari dalam lintasan berbentuk elips dengan jarak rata-rata terhadap Matahari 149.500.000 km. bentuk lintasan elips ini mengakibatkan jarak Bumi terhadap matahari berubah-ubah. Perbedaan jarak bumi di titik terdekat (perihelium) dan titik terjauh (aphelium) adalah 5 juta mil (3,3%).Kedudukan equator Bumi tidak sebidang dengan bidang orbit Bumi, tetapi miring sekitar 23027 sehingga menyebabkan empat musim pada tempat-tempat yang letaknya jauh dari equator. Miringnya equator bumi diduga akibat tertumbuk meteorit raksasa pada awal pembentukannya.Bumi memiliki sebuah satelit namanya Bulan, berdiameter 3.456 km, sedang jaraknya dari bumi 384.395 km. Bulan berotasi sambil mengelilingi Bumi.Waktu yang dibutuhkan untuk sekali rotasi sama tepat untuk revolusinya, sehingga permukaan Bulan yang tampak dari Bumi selalu sama.Volume Bulan hanya 1/82 dari volume Bumi dan gravitasi 1/6 dari gravitasi Bumi. Tak ada air dan udara, oleh sebab itu permukaan Bulan tetap abadi karena tidak terjadi siklus geologi layaknya Bumi.Sebagai anggota dari tata surya, Bumi dipengaruhi oleh Matahari dan planet-planet serta benda-benda lainnya yang terdapat dalam tata surya. Walaupun demikian pengaruh yang berdampak lansung untuk kehidupan di Bumi berasal dari Matahari dan Bulan.Bentuk Bumi tidaklah bulat seperti bola sempurna, melainkan menyerupai Oblate spheroid, yaitu agak pepat pada kutup-kutupnya. Panjang jari-jari di kutub 6.356,8 km dan di equator 6.378,2 km, dengan luas permukaan 510.100.954 km2. Bentuk seperti ini disebut Geoid, yaitu suatu bentuk yang berbeda dari planet-planet lainnya , dan hanya dimiliki oleh Bumi (ellipsoid triaxial/krasovsky ellipsoid).Secara teoritis pepatnya bol Bumi yang terjadi disebabkan adanya rotasi sejak awal pembentukannya sebelum Bumi belum padat. Akibatnya, pada bagian yang searah dengan sumbu rotasi akan terjadi kemampatan, sedangkan yang tegak lurus, yaitu yang searah dengan equator akan mengalami pengembangan.A. GRAVITASI BUMIBentuk yang unik menyebabkan permukaan Bumi memiliki gaya tarik yang disebut gravitasi. Secara umum di wilayah kutub kekuatan gravitasi lebih besar dari pada di khatulistiwa. Percepatan gravitasi dari arah kutub ke equator perubahannya secara perlahan. Namun di beberapa tempat ada yang gaya tariknya diatas normal (positive gravity anomaly) dan juga di bawah normal (negative gravity anomaly).Anomali atau penyimpangan gravitasi Bumi dapat disebabkan oleh factor-faktor geologis setempat, seperti adanya batuan-batuan yang berdensitas rendah dan batuan-batuan yang densitas tinggi. Atau mungkin adanya gejala struktur di dalam Bumi. Besarnya gravitasi Bumi dapat diukur dengan alat Gravity meter.B. BERAT JENIS BUMIBerat jenis lapisan kerak (permukaan) Bumi berdasarkan dari contoh bebatuan dan tanah keras adalah berkisar 1,5-3,4 gram/Cm3 dengan rata-rata 2,7 gram/Cm3. Sedangkan berat jenis Bumi secara keseluruhan, yaitu berat Bumi dibagi dengan volume Bumi adalah 5,52gram/Cm3.Karena rata-rata berat jenis Bumi keseluruhan 5,52 sedangkan berat jenis kerak Bumi hanya 1,5 3,4, maka diperkirakan pusat Bumi terdiri atas benda dengan berat jenis tidak kurang dari 12 gram/Cm3. Berat jenis seperti ini hampir menyamai kepadatan logam keras. Berdasarkan pengamatan terhadap diffusion velocity of seismic oscillation (penyebaran kekuatan gelombang gempa), gelombang-gelombang longitudinal membelok dengan ketajaman tertentu pada kedalaman 2,900 meter, sementara gelombang-gelombang transversal melemah. Ini sebagai pertanda bahwa kedalaman 2,900 meter sifat batuan telah mengalami perubahan yang tajam.C. SUHU BUMIKita tahu bahwa terdapat perubahan berat jenis dan tekanan di dalam bumi. Perubahan tekanan di dalam bumi juga akan berpengaruh terhadap suhu bumi. Suhu akan meningkat dengan kedalaman, peningkatan ini akibat sifat lapisan kerak bumi dan peningkatan suhu berbeda beda pada suatu tempat. Suhu meningkat antara 10-500C /km, dengan rata-rata 300C. Batuan dalam kerak bumi menyimpan panas dan dilepas kearah permukaan sebesar 1,5 x 10-6 kal/(cm2)(saat) atau kurang lebih 50 kal/cm2 setiap tahun, cukup untuk mencairkan lapisan es setebal 6 mm (panas yang dibutuhkan untuk peleburan es ialah 80 kal/g). Ini menunjukkan bahwa panas dari dalam bumi sangat kecil peranannya terhadap perubahan keadaan iklim.

Tabel 8. Pengeluaran panas oleh batuan beku

Jenis batuanPanas dihasilkan oleh U, (erg/g tahunPanas dihasilkan oleh Th, (erg/g tahunPanas dihasilkan oleh K, (erg/g tahun)Jumlah pengeluaran panas (erg/g Tahun)

Granit1178434235

Asit12610938273

Pertengahan433629108

Pertengahan818129191

Basalt25416,472

Dunit0,420,440,010,87

D. STRUKTUR DI DALAM BUMIData seismograf dapat ditafsirkan bahwa bumi dibagi tiga bagian utama yaitu teras, mantel dan kerak. Bukti-bukti geofisik memberikan sifat-sifat fisik dari ketiga bagian itu dan dapat ditentukan kandungan unsur didalam Bumi.Kerak Bumi heterogen dan ketebalannya berbeda-beda dari satu tempat ke tempat lain. Perbedaan sangat mencolok antara kerak benua dengan lempengan lautan yang dalam. Kerak benua dibagi dua yaitu bagian atas yang mengandung granit atau gradiorit dan bagian bawah mengandung basalt .Bagian atas dengan kawasan yang dinamai sial (tersusun oleh unsure yang kaya Si dan Al) dan bagian bawah dengan kawasan yang dinamai sima (tersusun oleh unsure yang kaya Si dan Mg)

Bumi merupakan proyektil yang terdiri dari besi dan nikel dengan kerak dipermukaannya. Planet lainnya diperkirakan mempunyai komposisi sama, berawal temuan meteorit berbagai ukuran di permukaan Bumi ;1. Siderit atau meteorit besi, terdiri dari campuran besi dan nickel2. Siderolit, terdiri dari campuran besi-nikel dengan silikat-silikat berat seperti olivine dan piroksin3. Aerolit atau meteorit batu, terdiri dari silikat-silikat berat (olivine, piroksin) dan mineral lainnya.Hasil penelitian geofisika berdasarkan getaran gelombang seismic dan sebaran berat jenis menuntun Suess & Wiechert kearah sebaran pembagian sususunan dan komposisi Bumi sebagai berikut ( gamabar 1) SialKerak Bumi (sisik silikat)1200 km Sima Lapisan antara (Lapisan sulfidaOksida) 1700 km

Inti besi nickel 3500 km

1. Kerak Bumi, mempunyai ketebalan 30-70 km, terdiri dari batuan basa dan asam. Berat jenis lapisan ini kurang lebih 2,72. Selubung bumi atau silikat, mempunyai ketebalan 1200 km dan berat jenis 3,4-43. Lapisan antara atau chalkosfera, merupakan sisik oksida dan sulfide dengan ketebalan 1700 km dan berat jenis 6,44. Inti besi nikel atau barisfera, berjarak 3500km dan berat jenis 8,6Willamson & Adam membuat kesimpulan tentang susunan bumi sbb:1. Kulit bumi mempunyai ketebalan 100 km, terdiri dari silica dan silikat ringan, berat jenis 2,8-3,22. Kulit peridotit, mempunyaim ketebalan 1600 km terdiri dari silikat berat (peridotit) dan berat jenis 3,3-3,353. Kulit palistik, mempunyai ketebalan 1400 km, terdiri campuran nikel dan besi serta siderolitik, berat jenis 6-84. Inti logam nikel-besi, ketebalan 3400 km dan berat jenis 10Pembagian/susunan dan komposisi bumi menurut Goldschmidt 1933 adalah sbb:1. Kulit bumi tebal 120 km, berat jenis 2,82. Kulit eklogit, terdiri dari silikat berat, tebal 1000 km dan berat jenis 3,6-43. Kulit Sulfida dan oksisda, tebal 1700 km, berat jenis 5-64. Inti nikel-besi, tebal 3400 km dan berat jenis 8Masih mendasarkan pada sebaran kecepatan gelombang gempa dan berat jenis, seperti yang sebelumnya dikemukakan oleh Feffreys & Guttenberg (1992), Ringwood (1975) membuat simpulan bahwa bumi terdiri dari lapisan seri konsentris suatu massa padat, cair-liat dan kerak yang merupakan bagian terluar.Kerakbumi, dari bagian permukaan hingga bidang diskontinyunitas Mohorovisic, di bawah benua mempunyai kedalaman antara 20 dan 50 km, sedang dibawah samodra kedalaman antara 10 dan 12 km. Kerakbumi tersebut disusun oleh batuan beku, sedimen dan malihan. Di bawah kerakbumi, pada kedalaman 400 km, terdapat selubung atas (uppur mantle) yang tercirikan oleh sebaran gelombang gempa rendah, terutama untuk gelombang S. Bagian selubung atas bumi terutama terdiri dari eklogit atau peridotit yang kaya Fe, Mg, Ca, Na dan silikat aluminium, dengan viskositas rata-rata 8 x 1021 poise. Sebelumnya, Daly (1940) menyebut kerakbumi dengan lithosfera dan selubung atas yang identik dengan low velocity zone disebut astronefera. Zona peralihan (transition zone) terletak antara kedalaman 400 dan 1000 km, ditandai oleh landaian kecepatan gelombang gempa tinggi, dan tersusun dari silikat besi padat, Mg, Ca, Al, oksida besi dan silikat.Lapisan selubung bawah (lower mantle) terletak pada kedalaman 1000-2900 km, dicirikan dengan kenaikan kecepatan gelombang gempa yang relative sebanding dengan bertambahnya kedalaman.Lapisan ini disusun oleh oksida besi padat, Mg dan SIO2 dengan viskositas rata-rata 1023 poise. Sedang inti bumi (core) terbagi menjadi dua, yaitu inti bumi luar (outer core) dan inti bumi dalam (inner core). Inti bumi luar terdapat pada kedalaman 2900-5100 km dan inti bumi dalam antara 5100 hingga 6371 km.Bagian luar inti terdiri dari besi dan sejumlah kecil silica, sulfur dan oksigen; sedang bagian dalam terutama terdiri dari besi padat (solid iron)

Tabel 9. Struktur dalam bumi menurut RingwoodKedalamanNama bagianSusunan batuanKetrangan

20-50 kmDi bawah kerak benua

10-12 km di bawah kerak samodra

400 km

400-1000 km

1000-2000 km

2900-5100 km

5100-6371 km

Kerak bumi

Bidang diskontinyuSelubung atas

Jalur peralihan

Selubung bawah

Inti luar

IInti dalam

Batuan beku, sedimen dan malihan

MohorovisicEklogit & peridotit, kaya Fe, Mg, Ca, Na & silikat Al

Silikat besi padat, Mg, Ca, Al, Oksida besi & Silikat

Oksida besi padat, Mg, SiO2

Besi, sedikit silikat, belerang & oksigen

Besi padat

Dicirikan dengan sebaran gelombang gempa rendah, terutama gelombang SViskositas 8 x 1021 poise

Dicirikan dengan landaian kecepatan gelombang gempa yang tinggi

Kenaikan kecepatan rambat gelombang gempa selaras dengan bertambahnya kedalaman.Viskositas rata-rata 1023poise

Magma berasal dari peleburan setempat pada kerak atau selubung atasRingwood (1975) berhasil menyusun struktur kerak bumi mendasarkan analisisnya atas tafsiran gelombang gempa, pengukuran gaya berat dan magnetic, pemboran inti pada kedalaman tertentu (terbatas); juga deduksi atas sejarah geologi, petrogenesa batuan yang tersingkap dan geokimia.Lingkungan tektonik kerakbumi adalah benua, cekungan di samodra, pinggiran benua, busur kepulauan dan palung

Tabel 10. Struktur Bumi berdasarkan sifat kimia dan fisiskaNama Sifat Kimia yang pentingSifat Fisika yang penting

AtmosferaN2,O2,H2O, CO2, gas lainGas

BiosferaH2O, bahan organic dan bahan kerangkaPadat, cair

HidrosferaAir tawar, air asin, salju dan esCair dan padat

KerakBatuan silikat biasaPadat

MantelBahan silikat, sebagian besar olivine, dan piroksen pada tekanan tinggiPadat

Teras atau sidorosferaAloy besi-nikelBagian atas cair bagian bawah mungkin padat

Tabel 11. Ketebalan dan volume bagian BumiKetebalan (km)Volume (1 x 1027 cm3)Berat Jenis minimumMassa Jisim% jisim

Atmosfer---0.0000050.00009

Hidrosfer3,80 (min)0,001371,030,001410,0024

Kerak170,0082,80,0240,4

Mantel28830,08994,54,01667,2

Teras34710,17511,01,93632,4

Keseluruhan63711,0835,525,97632,4

Clarke dan Washington (1924) mereka bekerja sangat mendalam menetukan kandungan kimia kerakbumi di semua kawasan kurang lebih sama walaupun pada kawasan yang berlainan . Kandungan % SiO2 batuan yang berasal dari kawasan lautan lebih rendah, seperti batuan pada kepulauan Antlantik dan Pasifik, ini membuktikan bahwa lapisan Sial adalah sedikit/kecil pada lempeng lautan. Dari sampel batuan beku, dari 5159 analisis didapakan komposisi utama tanpa H2O dan unsure-unsur minor sebagai berikut:Tabel 12. Komposisi kimia utama oksida dalam kerak bumiSiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaONa2OK2OTiO2P2O5

60.1815.613.143.883.565.173.913.191.060.30

Kandungan tersebut tidak cocok dengan sebarang batuan igneus (batuan beku) tetapi adalah perantaraan diantara batuan granit dengan basalt, yang secara kebetulan terdapat pada kebanyakan batuan beku.Terdapat banyak penyimpangan tentang cara pada anilisis untuk mendapatkan rata-rata pada batuan beku. Penyimpangan ini berdasarkan;1. Ketidak seimbangan taburan geografi dalam analisis2. Taburannya secara statistik tidak dapat ditentukan karena jenis batuan yang berbeda-beda3. Terbatasnya jenis batuan yang dikaji dalam analisis

Kerak bumi yang terdiri dari batuan berhablur dari kawasan yang berbeda di daerah selatan Norwegia yang terbentuk pada zaman Fenoscandia, dari 77 analisis batuan memberikan gambaran komposisi kimia kerak bumi sbb;Tabel 13.SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaONa2OK2OH2OTiO2P2O5

59,1215,826,993,303,072,053,933,020,790.22

Angka-angka ini sepadan atau sama yang diperkirakan oleh Clark dan Washington terutama pada pelarutan dan penghidratan natrium dan kalsium.Para ahli sains di Vernadsky Institut of Geochemistry, Moscow telah membuat kajian sistematis tentang kandungan kerak bumi, dengan melakukan ribuan contoh batuan dari daerah Rusia dan geosinklin Caucasia dan mengabungkan data yang diperoleh dari kawasan lainnya. Ronov dan Yaroshevsky membuat kajian yang ringkas, mereka mengenal betul jenis batuan tiga jenis kerak bumi; kerak benua, kerak lautan dan kerak subbenua (terutama daerah antar benua dan lerengnya).Kerak bumi yang diperkirakan oleh mereka berdasarkan bebas air dan gas karbondioksida sbb;Tabel 14.Kerak benuaKomponenKerak bumi

61,9SiO259,3

0,8TiO20,9

15,6Al2SO315,8

2,6Fe2O32,6

3,9FeO4,4

0,1MnO0,2

3,1MgO4,0

5,7CaO7,2

3,1Na2O3,0

2,9K2O2,4

0,3P2O50,2

Tabel 15. Jumlah unsure-unsur di dakam kerak bumi dalam ppmNomor AtomUnsurKerak bumiGranit (G1)Diabes (W1)

1H1400400600

3Li202215

4Be2,830,8

5B101,715

6C200200100

7N205952

8O466 000485 000449 000

9F625700250

11Na28 30024 60016 000

12Mg20 9002 40039 900

13Al81 30074 30079 400

14Si277 200339 600246 100

15P1 050390246 100

16S26058610

17Cl13070123

19K25 90045 100200

20Ca36 3009 9005 300

21Sc222,978 300

22Ti4 4001 50035

23V135176400

24Cr10020114

25Mn9501951 280

26Fe50 00013 70077 600

27Co252,447

28Ni75176

29Cu5513110

30Zn704586

31Ga152016

32Ge1.51,11,4

33As1.80,51,9

34Se0,050,0070,3

35Br2,50,40,4

37Rb9022021

38Sr375250190

39Y331325

40Zr165210105

41Nb20249,5

42Mo1,56,50,57

44Ru0,01

45Rh0,005 0Miyasaro (1960), proses bolak-balik bahan padat yang biasa pada kondisi geologi perubahan energy kecil. Dalam keadan ini tenaga bebas pada proses bolak-balik pada kondisi suhu T0K dan tekanan P atm diberi persamaan berikut;GT,P = H0298 - T S0298 + P VH0298 = perubahan enthalpy proses bolak-balik pada 298,160K, yaitu 250C, dan 1 atmS0298 = perubahan entropi proses bolak-balik pada 298,160K dan 1 atmDengan semua fasa dalam keadaan padat, S0298 dan V selalu kecil dibandingkan dengan H0298 . Maka energy pada proses bolak balik seperti ini, pada 250C dan 1 atm besarnya H0298 hampir sama dengan tenaga bebas proses bolak balik pada sebarang suhu dan tekanan (GT,P ). Dengan kata lain di dalam proses bolak-balik fasa padat , energy bebas hampir sama pada keseluruhan proses dengan perbedaan sembarang suhu dan tekanan, ini ditunjukkan pada proses berikut;Mg2SiO4 + SiO2 2 MgSiO3 forsterit kuarsa klinoenstalitPerubahan enthalpy H0298 = - 2300 kal/molEntropi S0298 = - 0,35Perubahan V0298 = -4,0 cm3/mol, sehingga energy bebas pada proses bolak balik dapat dihitung sbb; GT,P = -2300 + 0,35 T 0,097 P; (V selalu dibagi dengan angka 41,3 untuk konversi menjadi kal/mol).Jelas bahwa suhu dan tekanan terhadap energy bebas pada proses bolak balik sangat kecil. Perubahan suhu 5000C akan mengubah tenaga bebas sebanyak 175 kal, dan perubahan tekanan 1 000 atm akan merubah tenaga bebas kurang dari 100 kal.Contoh lain reaksi bolak-balik; NaAlSiO4 + SiO2 NaAlSi3O8 (1)Nafelin kuarsaalbitGT,P = - 2500 - 0,05 T + 0,016 PKAlSi2O6 + SiO2 KAlSi3O8 (2) leusit kuarsa ortoklasGT,P = - 4800 + 1,46 T - 0,053 PDengan contoh diatas menunjukkan bahwa perbedaan GT,P dengan H298 tidak jauh.Kita boleh menggunakan data yang ada untuk kepentingan petrogenik. Jika kandungan SiO2 di dalam batuan yang terdiri dari klinoestatit , albit dan ortoklas menjadi berkurang menunjukkan bahwa reaksi perubahan klinoestatit menjadi fosterit memerlukan energy bebas kecil, ini diikuti oleh penukaran albit ke nefelin dan akhirnya penukaran ortoklas ke leosit.Perbedaan pada proses reaksi bolak-balik antara (1) dan (2) diatas tidak besar dan berlangsung pada tekanan tinggi, seperti pada kedalaman 100 km dan 200 km. Ketidak stabilan silica mengakibatkan perubahan dari albit ke nefelin sebelum pembentukan piroksin (Mg,Fe)SiO3 ke olivin (Mg,Fe)2SiO4

STRUKTUR HABLURCiri hablur yang paling nyata berdasarkan luasnya yang membesar secara bebas. Kristalografi morfologi, yaitu kajian tentang hubungan geometri diantara permukaan hablur, menunjukkan bahwa setiap hablur dapat diklasifikasi menjadi 32 kelas berdasarkan semetrinya. Dalam uji sinar X bahwa didalam suatu hablur bahwa susunan atomnya tersusun secara sistematik. Susunan atom tersebut memainkan peranan penting dalam menentukan sifat sifat fisik dan kimia hablur.Struktur-struktur bablur berbagai atom telah dapat ditentukan. Banyak para ahli dalam bidang ini menggunakan struktur hablur untuk mengkaji bahan berhablur di dalam mineral. Hasilnya dipakai bidang geokimia untuk menentukan struktur atom dalam mineral.Bagian dari struktur hablur yang kita bicarakan adalah atom (termasuk di dalamnya ion). Atom-atom memiliki muatan listrik yang tersebar di seluruh ruangan dan memiliki jari-jari dengan ukuran Ao ( 1 Angstrom = 10-8cm). jari-jari dapat ditentukan tidak hanya berdasarkan sifat unsure tersebut tetapi juga dipengaruhi oleh atom sekelilingnya. Contoh jari-jari atom natrium di dalam logam natrium adalah 1,86 Ao , sedangkan jari-jari atom natrium dalam garam natrium 1,02 Ao.Dengan mengetahui sifat dari jenis atom yang berbeda beda dapat diklasifikasi dalam empat jenis ikatan kimia ;a. Ikatan logam (koheren logam)b. Ikatan ion atau kutub (ikatan kation dan anion ex; garam dapur)c. Ikatan kovalen atau koordinat (terdapat dalam hablur-hablur ex ;intan)d. Ikatan van der waals (koheren, gas berubah membentuk padatan dalam suhu rendah)Dari empat jenis ikatan atom itu akan memberikan sifat bahan-bahan yang berbeda berdasarkan struktur hablur (sifat fisik & kimia).Teori ikatan kimia dapat dipakai untuk menerangkan kimia hablur. Termasuk dalam hal ini adalah pembagian elektron termasuk orbit-orbit atom dan hubungannya dengan tenaga atom. Hal ini dapat dipakai untuk membedakan sifat fisik diantara grafit dan intan, kedua-duanya merupakan unsure karbon. Karbon mempunyai enam elektron di dalam konfigurasinya; 1s22s22p1x2p1yOrbit 2pz adalah kosong. Di dalam grafit, orbit 2sp2 dibentuk dari orbit 2s, 2pz dan 2p3.Teori medan hablur, berkaitan dengan ikatan unsure-unsur logam unsure peralihan dengan elektron orbit d dapat digunakan untuk memahami dan membuat ramalan tentang geokimia unsure-unsur penting ini. Perbedaan pada unsure-unsur peralihan dan kation lain dengan muatan ion yang sama akan memberikan kestabilan tenaga medan hablur oleh pengaruh ikatan elektron orbit d di dalam medan listrik, yang diwujudkan oleh anion yang mengelilingi kedudukan penting kation di dalam hablur. Contoh ion bivalen Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, dan Cu mendapat kestabilan tenaga dalam kedudukan octahedron. Mn, Zn, dan unsure bukan peralihan yang berukuran sama tidak memiliki kestabilan tenaga.KEADAAN KRISTALDalam mempelajari keadaan Kristal, akan lebih mudah bagi kita untuk memahaminya abila kita memandang Kristal secara geometric. Yang dimaksud dengan geometric disini kita memandang Kristal sebagai kumpulan atom atau molekul yang tersusun secara teratur dalam ruang. Susunan yang teratur ini dikenal dengan nama kisi. Dari gambar 3 memperlihatkan suatu contoh dari kisi satu dimensi.

titik kisi aGambar 3. Kisi satu dimensi, a = besaran vectorKisi satu dimensi dapat dinyatakan dengan satu parameter kisi. Parameter kisi ini merupakan suatu besaran vector, jadi mempunyai besar dan arah serta dapat dinyatakan sebagai a.Gambar 4. Memperlihatkan kisi dua dimensi yang merupakan pengembangan dari kisi satu dimensi. Pada kisi dua dimensi, semua titik kisi dapat dihubungkan dengan garis membentuk pola garis yang teratur. Selain itu kita dapat membagi kisi tersebut ke dalam sel. Setiap unit sel dinyatakan oleh dua vector a dan b (unit sel dapat dianggap sebagai unit ulangan dari kisi). titik kisi

a bGambar 4. Kisi dua dimensi, a dan b = besaran vector dan = sudut antara a dan bKisi tiga dimensi atau kisi ruang dapat dilihat pada gambar 5. Kisi tiga dimensi atau kisi ruang dinyatakan dengan 3 vektor, yaitu a, b, dan c

a titik kisi b

cGambar 5. Kisi tiga dimensi, a, b dan c= besaran vector = sudut antara a dan c = sudut antara b dan c = sudut antara a dan b

SISTEM KRISTALDalam mempelajari Kristal, operasi simetri didefinisikan sebagai operasi yang akan menstransformasikan Kristal ke bayangan, dimana antara Kristal dan bayangan tidak dapat dibedakan. Operasi simetri diakibatkan adanya elemen simetri. Gambar 6. Menunjukkan dua buah contoh elemen simetri. Bayangan tanda tanya yang terbentuk pada cermin, tidak dapat dibedakan dengan tanda tanya aslinya. Elemen simetri di atas disebut bidang kaca (atau bidang simetri).

?

cermin

? bayangan cermin (terbalik) (a) bidang cerminGambar 6. Beberapa elemen simetri

?? 1800

(b) Sumbu rotasi two- foldPada contoh yang kedua rotasi tanda tanya sebesar 1800 membentuk bayangan yang juga tidak dapat dibedakan dengan tanda tanya yang aslinya. Elemen semetri ini dinamakan two fold rotational axis.Terdapat 32 kemungkinan kombinasi elemen simetri yang mengakibatkan adanya 32 kelas Kristal. Tetapi klasifikasi kedalam 32 kelas ini dapat disederhanakan dengan jalan mengelompokkan menjadi 6 sistem Kristal.Walaupun ke 32 kelas Kristal merupakan hal yang lebih mendasar, tetapi yang lebih sering digunakan adalah sistem Kristal. Hal ini disebabkan lebih mudah bagi kita untuk mengelompokkan suatu Kristal berdasarkan bentuknya ke dalam sistem Kristal dari pada mengelompokkan kedalam kelas berdasarkan elemen simetrinya. Dalam beberapa buku ada yang mengelompokkan Kristal menjadi 7 dan ada pula yang mengelompokkan menjadi 6. Hal ini masih ada pertentangan antara heksagonal dan rombohedral. Unit sel seperti yang didefinisikan pada table 18 berikut, disebut unit primitive. Artinya semua titik terletak disudut unit sel dan tidak ada titik kisi yang terletak dimuka atau tengah unit sel.Tabel 18. Hubungan kisi-kisi dalam sistem kristalSistem SumbuSudutContoh

1.Kubika=b=c===900Garam dapur

2.Tetragonala=b c===900Timah putih

3.Artorombikab c===900Belerang rombik

4.Monoklinikabc==900; 900Belerang monoklik

5.Heksagonala=bc==900; =1200grafit

5.a(Rombohedral)a=b=c= = 900kalsit

6.Triklinikabc 900CuSO4 5H2O

BIDANG DAN INDEKS MILLERKita telah mempelajari bagaimana kisi satu dimensi, dua dan tiga dimensi dapat dinyatakan dengan parameter kisi. Misalnya bentuk kisi tiga dimensi dalam ruang dapat dinyatakan dengan tiga buah vector; ketiga buah vector tersebut adalah parameter kisi. Tetapi dalam kristalografi sinar x, selain dapat dinyatakan dengan parameter kisi, kisi dapat dinyatakan dengan perangkat bidang. Sebagai contoh Gambar 7., setiap titik kisi dapat dihubung-hubungkan sehingga membentuk garis lurus yang sejajar. Garis-garis sejajar ini dikenal sebagai perangkat bidang atau lebih dikenal dengan bidang-bidang indeks Miller, karena bidang bidang tersebut dinyatakan dengan tiga parameter (h, k, l).

(3,1,0)

interplanar spacing d120perangkat bidang (1,2,0) b aGambar 7. Menyatakan kisi dua dimensi dengan menggunakan bidang MillerIndeks Miller suatu perangkat bidang dapat ditentukan dengan memperhatikan berapa kali perangkat bidang memotong sumbu-sumbu unit sel. Misal pada Gb 6 perangkat bidang (1,2,0) memotong sumbu c (karena kisi pada Gb 6 adalah kisi dua dimensi). Peringkat bidang (3,1,0) memotong sumbu a tiga kali (pada tiga posisi), memotong sumbu b sekali, dan tidak memotong sumbu c.Ide seperti di atas dapat pula diterapkan pada bidang-bidang yang terdapat dalam subuah Kristal. Kita dapat menggambarkan bidang-bidang indeks Miller sedemikian sehingga semua titik kisi yang terletak dalam sebuah Kristal tercakup dalam bidang-bidang tersebut.Seiap perangkat bidang indeks Miller juga dicirikan dengan adanya interplanar spacing (jarak) yang dinyatakan dengan menggunakan indeks Miller sebagai subskrip.Jadi d310 menyatakan interplanar spacing untuk bidang (3,1,0)

BAB V. MAGMATISME DAN BATUAN BEKUMagma adalah cairan atu larutan sillikat pijar yang terbentuk secara alamiah, bersifat mudah bergerak (mobile), bersuhu antara 900-11000C dan berasal atau terbentuk dari kerak bumi bagian bawah hingga selubung bagian atas. Kalau batasan diatas adalah berdasarkan sifat fisik magma, maka secara kimia-fisika magma adalah sistem komponen ganda (multi component system) dengan fasa cairan dan sejumlah Kristal yang mengapung di dalamnya sebagai komponen utama, disamping fasa gas pada keadaan tertentu. Beberapa batasan dan hipotesis magma telah diberikan oleh para ahli seperti Grout (1947), Turner & Verhoogen (1960), Taneda (1970) dll.Hipotesis magma primer menurut Daly(1933).1. Magma yang terisolasi pada earth-shell, bersifat heterogen dan dapat dianggap mewarisi keadaan bumi semula. Kemudian adanya pengaruh tekanan relief yang memadai akan menghasilkan apa yang disebut liqua faction secara setempat dan berasal dari bahan habluran. Pencairan batuan dapat dipengaruhi oleh tenaga panas yang diakibatkan gesekan oleh akibat deformasi (deformation) & peluruhan mineral radio aktif. Surutnya gas secara setempat pun akan menyebabkan terpisahnya magma; pada umumnya magma jenis ini menggambarkan suatu lidah cair yang terperas ke atas dari asalnya yang jauh di daerah habluran di bawah permukaan bumi.2. Magma yang bersifat homogen, misalnya basalan habluran atau eglokit yang meleleh, perubahan basaltic durovitreous menjadi liqua vitreous akibat surutnya gas secara tempat, basalan yang tetap vitreous kecuali pada bagian upper shell di mana bahan telah menghablur, peridotit habluran dan karena pelelehan setempat akan mengakibatkan terjadinya cairan basalan, serta liqua vitreous peridotite.3. Magma primer tanpa spesifikasi awal, yaitu magma granitik dan magma basaltik.Magma adalah bahan induk batuan beku. Lava adalah magma yang keluar melalui lubang (kondoit) pada gunungapi. Kebanyakan magma membeku di bawah permukaan dan bahan yang terakhir saja yang dapat dilihat yaitu batuan beku. Magma diartikan sebagai bahan batuan yang melebur, mengandung fasa uap yang hilang sewatu magma membeku, dalam proses ini memainkan peranan yang penting dalam arah pembentukan hablur.Menurut Bunsen magma primer terdiri dari dua jenis yaitu granit dan basalt, dan batuan beku yang mengandung campuran batuan. Batuan beku yang terdapat di bumi ini kebanyakan boleh dimasukkan ke dalam dua jenis ini : granit dan basalt

SIFAT-SIFAT KIMIA MAGMA Senyawa kimiawi magma, yang dianalisis melaui hasil konsolidasinya dipermukaan dalam bentuk batuan gunungapi, dapat dikelompokkan menjadi :1. Senyawa-senyawa volatil, yang terutama terdiri dari fraksi gas seperti CH4, CO2, HCl, H2S, SO2, NH3 dll. Komponen volatil ini akan mempengaruhi magma antara lain :a. Kandungan volatil, khususnya H2O, akan menyebabkan pecahnya ikatan Si-O-Si yang akan mempengarui inti Kristal. Apabila nilai viskositas magma rendah, maka difusi akan bertambah dan pertumbuhan Kristal akan tejadi.b. Kandungan volatil, khususnya H2O, akan mempengaruhi suhu kristalisasi sebagian besar fasa mineral. Pada beberapa jenis magma , fasa mineral yang menghablur(order kristalisasi) akan berubah, sehingga terjadi penyimpangan terhadap reaksi Bowen.c. Volatil dalam magma menentukan besarnya tekanan selama proses kenaikan magma ke permukaan.d. Unsur-unsur volatil tersebut akan mempengaruhi jenis kegiatan gunungapi seperti terbentuknya piroklastik, awan panas dan sebagainya; disamping tekstur dan bentuk Kristal seperti lubang-lubang gas (vesicles).e. Unsur-unsur volatil akan mempengaruhi proses pemisahan unsur-unsur tersebut dari magma. Apabila tekanan total lebih besar dari tekanan uap air dalam magma dengan catatan landaian tekanan rata-rata dalam bumi adalah 0,28 k bar/km, maka uap air atau gas tidak akan terbentuk. 2. Senyawa-senyawa yang bersifat non volatil dan merupakan unsur-unsur oksida dalam magma. Jumlahnya yang mencapai 99 % isi, sehingga merupaka mayor element, terdiri dari oksida-oksida SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O, TiO2 dan P2O53. Unsur lain yang disebut unsur jejak (trace element) dan merupakan minor element , seperti Rubidium (Rb), Barium (Ba), Stronsium (Sr), Nikel (Ni), Cobalt (Co), Vanadium (V), Croom (Cr), Lithium (Li), Sulphur (S) dan Plumbum (Pb). Unsur-unsur jejak ini terdapat tidak sebagai oksida dan tidak dapat digunakan sebagai dasar penggolongan magma. Unsur-unsur ini sangat membantu dalam menentukan genesa magma, seperti halnya kandungan Sr dan Pb dalam basal samodra mencirikan asalnya dari selubung bumi. Gejala pelelehan sepihak (partial melting) akan mengkonsentrasikan isoptop Sr87 dan Rn86. Sedangkan pelelehan selubung bumi yang menghasilkan magma primer magma basaltic ditunjukkan oleh perbandingan Sr87/Sr86 > 0,704 dan Pb206/Pb204 < 18,6. Lava basaltik dari lantai samodra akan memiliki nilai perbandingan K/Rb tinggi (Charmichael, 1974). Sedangkan basal benua mengandung Ni, Cr dan Co yang lebih rendah dari yang dikandung toleit samodera (Ringwood, 1975).Komposisi gas gunung api, dalam persen isi, ternyata berbeda untuk setiap jenis batuan dan gunungapi, seperti yang terlihat di Tabel 19 (Mc. Donald, 1972)Kandungan1234

CO221,4046,2040,9010,10

CO0,800,702,402,00

H20,900,030,800,20

SO2

11,5014,304,40-

S20,700,00-0,50

SO31,8038,80--

Cl20,100,00-0,40

F20,000,00-3,30

HCl----

N dan gas jarang10,1016,608,300.90

H2O52,7071,4043,2082,50

Keterangan :1. Kilauea, Hawai (Jaggar, 1940) 2.Mauna Loa, Hawaii (Shepherd, 1938)3. Mt. Pelle, India Barat (Shepherd, 1927)

Gambar 8. Fenomena muculnya bahan volatil dari dalam kawah aktif

KLASIFIKASI MAGMAUntuk mengklasifikasikan magma menggunakan pendekatan hasil analisa batuan beku. Klasifikasinya berdasarkan kelimpahan komonen kimia terutama kandungan silikat (SiO2). Komponen kimia silikat mencapai < 35 80 % berat, komponen penyusun sbb :a. mengandung silica >63 % SiO2 disebut tipe silicic atau acidic (tipe magma asam)b. mengandung silica 52-63 % SiO2 disebut tipe menengahc. silikat rendah mengandung 45-52 % SiO2 disebut tipe basic (tipe magma basa)d. mengandung silka < 45 % disebut tipe ultrabasic (tipe ultra basa)JENIS DAN KLASIFIKASI MAGMA1. Berdasakan % berat oksida (unsur non volatile)UNSUR NON VOLATIL/OKSIDAMAGMA ASAMMAGMA BASA

SiO265-7545-58

Al2O312-1613-17

Fe2O34-89-14

FeO

MgO4-65-8

CaO

Na2O6-93-5

K2O

P2O50,02 - 0,540,15 - 0,53

MnOKecil 0,190,12 0,19

TiO20,15- 1,21,3 3,1

2. Berdasarkan kandungan SiO2 atau derajad keasaman (acidiy)JENIS MAGMAKANDUNGAN SiO2 (% berat)

Magma asam66

Magma menengah52- 66

Magma basa45 52

Magma sangat basa45

3. Berdasarkan % berat perbandingan alkali (alkali ratio weight %), dimana magma alkali mempunyai harga (Na2O + K2O) lebih besar dari Al2O34. Bedasarkan harga alkali lima indek () menurut Peacock (1931)JENIS MAGMA HARGATIPE MAGMA

Alkali51Atlantik

Alkali-kalsik51- 56

Kalsik-alkali50 - 61Pasifik

Kalsik61

5. Berdasarkan harga suit index (S) menurut Rittmann (1952, 1953)Klasifikasi ini terutama magma tipe Pasifik (kerabat kapur alkali)HARGA SUITE INDEKSHARGA pJENIS MAGMA

170Kapur alkali ekstrim

1 1,865 - 70Kapur alkali kuat

1,8 - 360 - 65Kapur alkali menengah

3 4 55 - 60Kapur alkali lemah

6. Berdasarkan harga indeks pembekuan (solidification index, SI), menurut Kuno (1980).Dari contoh batuan yang dianalisis apa bila kecenderungan menurunnya indeks pembekuan , maka magma bersifat asam. Sebaliknya apabila harga indeks pembekuan meninggi, maka magma bersifat basa. Dengan rumus sbb:Indeks pembekuan magma =7. Berdasarkan kimiawi dan mineralogi, kennedy (1933) mengklasifkasi beberapa tipe magma, yaitu;a. Tipe magma toleit, dicirikan oleh ketidakhadiran olivine, dengan mineral utama adalah pigeonit, augit dan ortopiroksin.b. Tipe magma basal olivine , mengandung piroksin (augit), alkali feldspar, nefelin, zeolit dan olivine. Meskipun kedua tipe magma ini paling banyak dijumpai, dikenal pula tipe peralihan yaitu tipe magma shoshonit (Joplin, 1968; dalam Charmichael, 1974).8. Berdasarkan kandungan gas, menurut jaggar (1958; dalam Rittmann, 1962).a. Hipomagma, bersifat tidak jenuh gas (undersaturated) dan dapat terbentuk pada tekanan besar.b. Piromagma, jenuh gas atau banyak mengandung gasc. Epimagma, miskin gas sehingga dapat disamakan dengan lava yang belum dierupsikan.9. Berdasarkan genesa, menurut Sederhol (1959; dalam Rittmann 1962)a. Magma hibrit, di mana melalui proses hibridisasi dua jenis magma yang terpisah membentuk magma barub. Magma sintetik, yaitu magma yang komposisinya berubah karena proses asimilasi. Proses pembentukan magma sintetik disebut sinteksis, di mana magma sintetik dapat merupakan akibat lanjut dari pelarutan batuan asing (umumnya sedimen), yang selain melebur juga mengubah komposisi magma.Contoh ;Asimilasi magma asal dengan batulempung :CaMgSi2O6 + (OH)4Al2Si2O5 CaAlSi2O6 + MgSiO3 + SiO2 + 2 H2O(diopsid) (kaoilin) (anortit) (enstatit) (kuarsa)

Asimilasi magma asal dengan batugamping:CaMgSi2O6 + CaCO3 Ca2MgSi2O7 + CO (diopsid) (gamping) (akermanit) (gas)Magma anatektik, yaitu magma baru yang terjadi akibat peleburan batuan pada kedalaman yang besar, melalui proses anateksis.Komposisi kimiawi magma juga disimpulkan dari batuan gunungapi yang merupakan hasil pembekuan magma.1. Kandungan oksigen berdasarkan kelimpahan atomnya adalah 58 65 %. Sedang berdasarkan persen berat adalah 45 hingga 50 %, dan sekitar 94,5 % berdasarkan isi.2. Kandungan SiO2 pada kebanyakan hasil analisis kimiawi batuan beku berkisar antara 35 dan 75 % berat.3. Kandungan Al2O3 antara 12 18 % berat, pada kebanyakan batuan beku; dan mencapai 20 % pada batuan menengah yang mempunyai kandungan SiO2 sekitar 45 %.4. Pada batuan beku yang berkadar SiO2 rendah (basa), kandungan Fe2O3, FeO, MgO dan CaO berkisar antara 20 % hingga 30 %; sedang dalam batuam asam kira-kira 50 %.5. Kandungan rata-rata Na2O dan K2O berkisar antara 2,5 hingga 4 % berat. Dalam batuan beku yang bersifat alkalin (intermediate silica content), kandungan Na2O lebih dari 8 % dan K2O sekitar 6 % berat (jarang sekali yang melebihi 10 %, Carmichael, 1974).

Gambar 8. Fenomena muculnya bahan volatil dari dalam kawah aktif

Tabel 20. Klasifikasi tipe batuan volkanik berdasarkan komponen kimiawinyaAl2O3 saturated classesSiO2 (wt%) Peraluminious Metaluminious Subaluminious PeralkalineAcid > 68 rhyolite or pantellerite obsidian comendite 63-68 rhyodacite dacite Latite trachyte intermedite 57-63 andesite phonolite 52-57 mugearite tholeiitic basalt hawaiitebasic 45-52 alkali basalt basaniteultrabasic < 45 nephelinite leucite

Molecular Al2O3 > (CaO + Na2O + K2O)Molecular Al2O3 < (CaO + Na2O + K2O) and Al2O3> (Na2O + K2O)Molecular Al2O3 (Na2O + K2O)Molecular Al2O3 < (Na2O + K2O)

KANDUNGAN KIMIA MAGMA DAN BATUAN BEKUClarke dan WashingtonSiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaONa2OK2OH2OTiO2

59,1415,343,083,803,495,083,843,131,151,05

Angka ini hanya perkiraan tidak mewakilikandungan magma primer , karena sampel yang dianalisis mengambil dari batuan beku, dan unsur-unsur yang ada didalam magma seperti adanya unsur-unsur : O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, dan K, menunjukkan bahwa magma adalah sistem multi komponen dari unsur-unsur diatas dan yang lain.Oksida yang terdapat di dalam batuan beku adalah SiO2 (30-80%) terjadi perbedaan disetiap temapat. Terdapat dua frekwensi maksimum yang berbeda yaitu terdapat 52,5% dan 73,0 % adalah yang terbanyak. Ini selaras dengan kajian lapangan bahwa batuan beku yang paling banyak adalah granit dan basal. Alumina kandungannya berubah ubah antara 10 hingga 20 %. Kandungan Al2O3 merupakan ciri-ciri batuan yang kurang mengandung feldspar yaitu jenis ultrabasa. Kandungan Al2O3 yang tinggi merupakan ciri batuan anatorsit dan batuan yang banyak mengandung naftelin. Soda Na2O biasanya menunjukkan perbedaan yang besarnya antara 2 sampai dengan 5 %, kandungan Na2O jarang melebihi 15 %. Lengkung bagi K2O adalah kurang seragam, tetapi kebanyakan kandungan K2O kurang dari 6 % dan jarang melebihi lengkung FeO dan Fe2O3. Jumlah oksida besi dalam batuan beku jarang yang melebihi 15 % , kecuali dalam bijih magma besi. Kandunan MgO dalam batuan beku sangat rendah dan hanya jenis ultrabasa yang kaya akan piroksin dan /atau olivine yang mempunyai kandungan MgO lebih dari 20 % , CaO dalam batuan beku kurang dari 5 %, adakalanya kandungan CaO mencapai 8 % pada batuan basalt.Kandungan komponen minor dalam batuan beku pada umumnya adalah TiO2, P2O5, dan MnO.

KANDUNGAN MINERAL BATUAN BEKUWalaupun lebih daripada 1000 mineral berlainan diketahui, namun jumlah spesies yang terdapat di dalam batuan beku lebih dari 99 %. Adalah 7 mineral utama yaitu yang dapat ditemui : (mineral silika, feldspar, felspatoid, olivin, piroksin, amfibol dan mika) selain itu yang dapat ditemui adalah ; magnetit, ilmenit dan apatit saja yang detemui dan dalam jumlah yang sangat kecil. Kajian statistik dari kurang lebih 700 batuan beku secara petrografi menunjukkan bahwa rata-rata kandungan mineral di dalam batuan beku adalah: kuarsa 12 %, feldspar 59,5 %, piroksin dan hornblend 16,8 %, biotit 3,8 %, mineral titanium 1,5 %, apatit 0,6 % dan mineral sampingan yang lain 5,8 %.MINERAL SILIKASilika terdapat pada ketujuh macam mineral yang berlainan : kuarsa (termasuk kalsedoni), tridimit, kristobalit, opal, lekatelierit, koesit, dan stishovid. Di antara semua ini yang mudah didapati adalah kuarsa, trimidit dan kristobalit banyak dijumpai pada batuan volcano; opal tidak mudah didapat; lekatelierit (kaca silica) sangat jarang didapati. Koesit dan stishovit merupakan mineral bertekanan tinggi yang pertama kali dibuat di makmal dan kemudian ditemukan pada batu pasir yang terdapat di kawah meteor, di Arizona. Terbukti mineral koesit dan stishovit terbentuk pada tekanan tinggi yang tiba-tiba.Kuarsa, kristobalit dan trimidit adalah mineral silikat yang terdapat pada batuan beku, mempunyai kestabilan pada suhu masing-masing: kuarsa sampai suhu 867oC pada tekanan 1 atm; trimidit 867-1470oC pada tekanan 1 atm; dan kristobalit pada suhu 1470 1713oC tekanan 1 atm. Sistem satu komponen SiO2 telah dikaji dengan mendalam dalam berbagai kondisi suhu dan tekanan (gambar 8)Dengan penambahan sedikit air ke dalam sistem ini akan menghasilkan sesuatu yang agak besar. Ini telah dikaji pada 1300oC dan tekanan uap air 2000kg/cm2. Garis putus-putus di dalam gambar 8, pada tekanan yang melebihi 1400kg/cm2 , kuarsa melebur pada suhu kurang lebih 1125oC , penurunan suhu kira-kira 600oC dari titik leburnya silica cair mengandung air kurang dari 2,3 %. Medan kesetabilan tridimit menjadi semakin kecil. Dalam sistem kering , tridimit tidak mempunyai titik lebur yang stabil, tatapi dengan uap air tridimit melebur menjadi menjadi cairan hidrus pada tekanan melebihi 400 kg/cm2KUMPULAN FELDSPARFeldspar mineral yang mudah ditemui ada dua jenis yaitu feldspar barium dan kalium. Formula bagi feldspar dapat ditulis sebagai WZ4O8 dengan W adalah : Na, K, Ca dan Ba dan Z adalah Si dan Al. Perbandingan Si : Al berubah ubah dari 3:1 dan 1:1. Feldspar mengandung sedikit Al. Struktur feldspar merupakan suatu rangkaian tetrahedron SiO4 dan AlO4 dalam tiga dimensi yang berhubungan , dengan natrium dan kalium, kalsium dan barium. Feldspar yang mengandung barium jarang ditemukan dan tidak penting di dalam mineral pembentuk batuan maka tidak dibicarakan lebih lanjut. Feldspar sebagai sistem tiga komponen dan komponen-komponen itu ialah KAlSi3O8, NaAlSi3O8 dan CaAl2Si2O8FELDSPATOIDFeldspatoid adalah kumpulan silikat aluminium yang terdapat di tempat feldspar apabila magma yang kaya dengan alkali tidak mengandung silica. Feldspatoid tidak pernah bersekutu dengan kuarsa primer. Mineral berikut yang termasuk di dalam feldspatoid :Leusit : KAlSi2O6Kaliofilit: KAlSiO4Kalsilit: KAlSiO4Nefelin: NaAlSiO4Sodalit: Na8Al6Si6O24(Cl2)Nosean: Na8Al6Si6O24(SO4)Kankrinit: Na8Al6Si6O24(HCO3)2Analsim, NaAlSi2O6.H2O, adakalanya dimasukkan di dalam kumpulan feldspatoid; mineral ini selalu muncul sebagai mineral primer di dalam batuan baku yang tidak bersilika.Feldspatoid bukanlah merupakan suatu mineral yang homogen seperti feldspar atau piroksin. Leusit merupakan feldspatoid kalium yang banyak dijumpai dalam batuan gunungapiKUMPULAN PIROKSINPiroksin adalah satu kumpulan mineral yang berhubungan erat dengan sifat Kristal, menghablur dengan dua junis ortorombus dan monoklinik. Cirri-ciri kumpulan ini ditunjukkan oleh struktur luar atom yang sama. Kumpulan tetrahedron SiO4 dihubungkan bersama menjadi rantai dengan bergabung dengan satu aton oksigen dengan kumpulan yang ada disebelahnya yaitu dua atom oksigen disetiap kumpulan berhubungan dengan dua kumpulan yang terletak di kedua sisinya dengan perbandingan Si : O adalah 1 : 3.Kandungan kimia piroksin formulanya dapat dinyatakan sebagai berikut : (W)1-p(X Y)1+PZ2O6, dengan simbol W, X, Y dan Z merupakan unnsur-unsur yang mempunyai jari-jari ion yang sama, dapat salaing tukar di dalam struktur piroksin, unsur-unsur itu adalah :W : Na, ca X : Mg, Fe+2, Li, Mn Y : Al, Fe+3, Ti Z : Si, Al (jumlah sedikit)Piroksen terbagi menjadi dua bagian yaitu ortorombus dan monoklin. Berdasarkan kandungan kimia dan sistem hablur beberapa spesies dapat diketahui :Piroksin Ortorombus : Enstatit: (MgSiO3)Hipersten: (MgFe)SiO3Piroksin Monoklinik : Klinoenstatit: (MgSiO3); Klinohipersten : (Mg,Fe)SiO3; Dopsida: (CaMgSi2O6); Hedenbergit: CaFe2+Si2O6Augit: Mineral perantaraan diantara diopsida dengan hendenbergit Dengan sedikit Al.Pigeonit: Perantaraan diantara augit dengan klinoenstatit- klinohipersten.Aegirin (akmit): NaFe3+Si2O6Jadeit: NaAlSi2O6Spodumen: LiAlSi2O6Johannsenit: CaMnSi2O6KUMPULAN AMFIBOLKumpulan amfibol terdiri dari beberapa spesies yang terdiri dari sistem ortorombik dan monoklinik, yang mempunyai sifat-sifat hablur dan fisik berkaitan erat , dan begitu juga dengan kandungan kimianya. Amfibol mengandung gugus OH di dalam strukturnya, dan perbandingan Si : O ialah 4 : 11 (Si4O11) tidak seperti pada piroksin 1 : 3 (SiO3).Formula amfibol dapat dituliskan sebagai berikut (WXY)7-8(Z4O11)2(Z4O11)2(O,OH,F)2, simbul W,X,Y,Z menunjukkan unsur yang jari-jari ion yang sama boleh bertukar posisi didalam struktur. W menunjukkan kation logan Ca dan Na yang memiliki jari-jari besar(K kadang kala terdapat dalam jumlah sedikit); X menunjukan kation logam Mg dan Fe+2 yang berjari-jari kecil (kadangkala Mn); Y dapat berupa Ti, Al, dan Fe+3; dan Z untuk Si dan Al.Pergantian atom dalam formula anfibol sebagai berikut:1. Al dapat menggantikan Si di dalam rantai Si4O11, sehingga membentuk AlSi3O11 (banyaknya pertukaran tergantung pada pembentukan amfibol suhu rendah atau suhu tinggi)2. Fe+2 dan Mg boleh saling bertukar sepenuhnya.3. Jumlah (Ca, Na, K) kemungkinan kosong atau hampir kosong atau mungkin berubah dari 2 ke 3; Ca tidak lebih dari 2 K terdapat jumlah yang sangat kecil4. OH dan F dapat saling tukar sepenuhnyaStruktur hablur amfibol berdasarkan rumus kimia :Ortorombik ;Antofilit: (Mg, Fe)7(Si4O11)2(OH)2(Mg melebihi Fe)MonoklinikKumingtonit: Fe, Mg)7(Si4O11)(OH)2 (Fe melebihi Mg)Tremolit: Ca2(Mg,Fe)5(Si4O11)2(OH)2Horblende: Ca2Na0-1(Mg,Fe,Al)5 ( Al,Si4)11 2(OH)2Amfibol Alkali (Na>Ca) :Glaukofan: Na2Mg3Al2(Si4O11)2(OH)2Riebekit: Na2Fe32+Fe23+(Si4O11)2(OH)2Arfvedsonit: Na3Fe42+Fe3+(Si4O11)2(OH)2MINERAL OLIVINMineral-mineral olivin adalah terdiri dari silikat bivalen dan menghablur dalam sistem ortorombik. Mineral olivine terdiri beberapa spesies sbb:Forsterit: Mg2SiO4Fayalit: Fe2SiO4Olivin: (Mg,Fe)2SiO4Tefroit: Mn2SiO4Kirschsteinit: CaFeSiO4Montiselit: CaMgSiO4Glaukokroit: CaMnSiO4

MINERAL MIKA sbb :Muskovit: KAl2(AlSi3O10)(OH)2Paragonit: NaAl2(AlSi3O10)(OH)2Flogopit: KMg3(AlSi3O10)(OH)2Biotit: K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2Lepidolit: KLi2Al(Si4O10)(OH)2

BAB VI. PENGENDAPAN DAN BATUAN ENDAPANPengendapan sebagai proses geokimia adalah interaksi antara atmosfer dan hidrosfer dibagian kerak bumi. Pada dasarnya batuan beku kondisinya tidak stabil dalam hubungannya dengan hidrosfer dan atmosfer. Mineral-mineral pada awalnya terbentuk pada suhu tinggi dan tekanan tinggi tidak stabil pada kondisi yang berbeda-beda pada permukaan bumi jika berhubungan dengan atmosfer dan hidrosfer. Mineral-mineral kuarsa saja yang kondisinya agak stabil dan mineral lainnya mudah berubah oleh pengaruh oksigen , asam karbonat dan air dan mineral yang baru terbentuk lebih stabil.Dalam proses geokimia pengendapan ialah pemecahan secara kimia beberapa mineral dan pembentukan mineral lain. Kerak bumi mengandung silikat lebih dari dari 90 % (termasuk kuarsa dan silikat). Proses mineral silikat dipecah secara kimia berdasarkan kation univalent dan bivalen mudah menjadi larutan sedangkan alumunium dan silikon tidak banyak diketahui. Mineral-mineral lempung dapat terbentuk melalui hidrolisis aluminium silikat dengan pembentukan asam silikat dan aluminium hidroksida

GEOKIMIA TANAHPengendapan adalah proses geokimia yang sangat penting, karena dengan proses ini menghasilkan tanah yang mempunyai nilai ekonomi. Batuan induk mengalami proses geokimia menghasilkan tanah. Proses pembentukan tanah yang dimulai dari bahan induk hingga menjadi tanah. Banyak factor yang mempengaruhi proses pembentukan tanah, akan tetapi hanya ada lima (5) factor yang dianggap paling penting yakni iklim, organisme, bahan induk, topografi dan waktu

TANAHORGANISME IKLIMVegetasi & hewan curah hujan & Suhu

BAHAN INDUK TOPOGRAFISifat fisik & Kimia WAKTU PERKEMBANGAN Ketinggian lereng & Tua, dewasa, muda kedalaman air tanah

Proses geokimia menghasilkan dekomposisi batuan dan mineral , yaitu penguraian senyawa . Reaksi-reaksi yang dilibatkan ialah pelarutan, hidrolisis, asidolisis, oksidasi dan reduksi. Dekomposisi sering dilanjuti dengan sintesis senyawa-senyawa rombakan, membentuk senyawa baru (neogenesis, neoformasi). Pelaku utama dalam proses kimia ialah H2O, CO2, O2 dan ion H.Pelarutan berlangsung atas mineral mineral terlarutkan dalam air dengan jalan bergabungnya melekul dipole HOH pada kation dan anion rangka Kristal yang mengakibatkan ion-ion dalam rangka Kristal menjadi runtuh. Makin tinggi suhu makin besar pelarutan dan makin intensip pembentukan mineral baru;Jenis reaksi;1. Hidrolisa adalah reaksi oleh senyawa air yang menghasilkan asam dan basa yamg terlepas dari struktur mineralKAlSi3O8 + HOH KOH + H-AlSi3O8 Ortoklas air basa asam

2. Asidolisis adalah hidrolisis yang melibatkan ion H dari sumber lain disamping dari HOH, yaitu CO2 dari atmosfir dan asam anorganik HCl dan H2SO4 dari gas volkan. CO2 dan H2O menghasilkan ion H menurut reaksi CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO-3. Kadar H+ dalam makin tinggi asidolisis makin intensif. Contoh;CaAl2Si2O8 + H2O + CO2 CaCO3 + H2Al2Si2O8anortit garam asam

KANDUNGAN KIMIA BATUAN ENDAPANAsal batuan endapan dari batuan beku yang sudah mengalamimi proses fisik dan kimia. Kandungan kimia batuan endapan berbeda-beda. Dari kandungan oksida, SiO2 mencapai lebih dari 99 % bada batu pasir, Al2O3 sampai 70 % pada bouksit; Fe2O3 mencapai 75 % pada limonit; FeO mencapai 60 % pada siderit; MgO mencapai hingga 20 % pada dolomite; dan CaO mencapai hingga 56 % di dalam batuan kapur.Tabel 21. Komposisi kimiawi batuan endapanBatuan beku (% W)Syal (% W)Batu pasir (% W)Batu kapur (% W)*EndapanRata-rata+EndapanRata-rata#Endapan rata-rata

SiO259,1458,1078,335,1958,4959,746,20

TiO21,050,650,250,060,56-0,58

Al2O315,3415,404,770,8113,0814,610,50

Fe2O33.084.021,070,543,413,53,32

FeO3.802.450,30-2,012,61,95

MgO3,492,441,167,892,512,62,87

CaO5.083,115,5042,575,454,814,00

Na2O3.841,300,450,051,110.901,17

K2O3,133,241,310,332,813,202,07

H2O1.155,001,630,774,283,403,85

P2O50.300,170,080,040,15-0,13

CO20,102,635,0341,544,934,7012,10

SO3-0,640,070,050,52-0,50

BaO0,060,050,05-0,05--

C-0,80--0,64-0,49

*Syal 80, batu pasir 15, batu kapur 5; menurut Clarke.+ Garrels dan Mackenzie, 1971# Ronov dan Yaroshevsky, 1969; termasuk MnO 0,16, Cl 0,24

Menurut Clarke bahwa batuan endapa Syal, batu pasir dan batu kapur dengan menganalisis beberapa sampel, dengan menggunakan kandungan syal 80 % , batu pasir 15 % dan batu kapur 5 % dapat dilihat seperti pada tabel 21. Garrels dan Mackenzie (1971) menganalisis batuan endapan dengan berdasarkan keseimbangan geokimia antara batuan beku dan batuan endapan diperkirakan bahwa kadar syal : batu pasir : batu kapur adalah 81: 11 : 8,

HASIL PENGENDAPANKajian tentang proses pengendapan menunjukkan bahwa komponen individu yang terdapat dalam batuan induk dapat mengalami perubahan secara geokimia sbb:1. Mineral-mineral terutama yang stabil/tahan terhadap perubahan fisik dan kimia akan terkumpul sebagai bahan yang berbutir. Seperti kuarsa menghasilkan pasir kuarsa atau batu pasir yang kaya akan silikon dibandingkan dengan batuan induknya2. Pemecahan kimia aluminasilikat, menghasilkan lumpur yang sebagian besar sebagai mineral lempung. Ini mengakibatkan terkumpulnya aluminium dan kalium melalui penjerapan oleh hasil proses hidrolisis3. Disamping pembentukan endapan lempung, terjadi perubahan kimia pada rentang waktu dan ruang, terjadinya pengendapan besi dengan proses hidrolisis dari ferro hidroksida menjadi ferri hidroksida4. Kalsium diendapkan menjadi kalsium karbonat oleh proses kimia maupun oleh proses organisme. Dan batuan dolomite diendapkan dari batuan induk yang kaya akan magnesium.5. Di dalam larutan sisa bahan yang tidak dapat terendapkan akan seperti natrium sedikit kalium dan magnesium akan terkumpul di lautan Skema pemecahan batuan sbb

Si Al, Si, (K) Fe Ca, (Mg) (ca), Na, (K) Resistat Hidrolisat Oksidat Karbonat PelarutanSiO2 Mineral2 Fe2(OH)3 CaCO3 NaCl, CaSO4, MgSO4 Lempung CaMg(CO3)2 MgSO4 dll.

Skema ini menunjukkan jalan yang dilalui oleh unsur-unsur utama semasa pengendapan dan memberikan hasil endapan : resistat, hidrolisat, oksidat, karbonat dan larutan.Silika berada dalam endapan resistat, alumina di dalam hidrolisat, besi didalam oksidat dan kalsium dan magnesium di karbonat. Sebagian dari pada natrium tertinggal dalam larutan dan akhirnya mengumpul dilautan.Resistat membentuk kumpulan pasir dan batu pasir yang penting. Kuarsa paling banyak dijumpai dan batu pasirsilika banyak digunakan untuk industri (kaca)BAB VII. GEOKIMIA ISOTOPKajian tentang isotop dari beberapa unsur menjadi sangat penting dalam geokimia, isotop unsur yang stabil dapat dipergunakan untuk mengkaji perubahan-perubahan isotop dan kelimpahan isotop. Di samping itu isotop suatu unsur dapat dipakai untuk menentukan umur batuan dan asal unsur. Bagi beberapa unsur seperti unsur-unsur H, C, O dan S, perbedaan isotopnya sangat bermanfaat untuk kepentingan geologi. Perbandingan isotop seperti 18O/16O, menghasilkan factor per mil () atau bagian perseribu,dengan: = (R sampel /R standard -1) 1000 dan R adalah perbandingan dua isotop terpilih dalam suatu sampel . Di dalam tabel 22 pasangan isotop terukur bagi unsur-unsur yang mudah diukur.

Sampel isotop yang dipakai

Isotop yang diukurVariasai Isotop Per Mil. isotop berat Mineral dan Batuan

Mineral dan batuanAir pembanding

Hidrogen pada air laut (SMOW)2H/1H (D/H)-180 hingga + 20-410 hingga + 50

Karbon PDB-kalsit (belemnite)13C/12C-35 hingga + 5

Oksigen SMOW18O/16O-2 hingga + 36-50 hingga + 15

Silikon; Telerang kuarsa, Mother Lode, California30Si/28Si-22 hingga + 3,2

Sulfur; Troilit meteorit canyon Diablo34S/32S-45 hingga + 60

Dalam tabel 22 pasangan isotop terukur bagi unsur-unsur yang mudah diukur. Bagi oksigen ubahan per mil ialah 18O/16O dan sampel yang digunakan adalah air laut, dan untuk ubahan karbon 13C/12C sampel berasal dari karbonat, dan untuk ubahan sulfur 34S/32S sampel yang digunakan adalah trolit ( FeS). Nilai positip atau negatip menunjukkan adanya isotop-isotop berat dalam sampel.Ubahan isotop disebabkan oleh perbedaan zat diantara isotop-isotop dan hal ini menyebabkan timbulnya getaran atom didalam molekul atau hablur. Hasil frekwensi getaran yang berbeda-beda akan berpengaruh terhadap energy tenaga dalam (E); entropi (S) dan hal ini akan menimbulkan perubahan isotop yang dimiliki dalam suatu bahan yang berbeda fasa.Contohnya taburan 18O/16O akan berpengaruh terhadap dua fasa sebagai berikut;=Dalam sistem kesetimbangan adalam koefisisen keseimbangan tukar ganti isotop, sangat dipengaruhi oleh suhu. Hubungan dengan dalam persamaan sbb: = 1 + A/1000 1 + B/10001000 ln = A-B; dan =1 maka A-B/1000 H,C,O dan S merupakan unsur terpenting dalam menjelaskan sisten geokimia karena isotopnya. Berikut ini terjadinya letusan phreatik di komplek gunungapi Dieng selama lebih satu abad (Tabel 23). Isotop karbon dapat dipergunkan untuk mengetahui penyebab letusan berasal dari magma atau bukan.Tabel 23. Letusan phreatik di komplek gunungapi Dieng selama lebih satu abad

Tahun

Lokasi Letusan

Fenomena letusan

Tanda/PendahuluanAkibat Letusan (meninggal dunia)

1786Candradimukaa,b,c,dg-

1826Pakuwajaa,b,c,d?-

1928 (05/13)Timbanga,b,c,d,e,fg,h-

1939 (10/13)Timbanga,b,c,d,e,fg,h-

1944 (12/04)Sileria,b,c,dh59

1945 (04/12)Candradimukaa,bno-

1956 (12/13)Sileria,b,cno-

1964 (12/13)Sileria,b,c,dno-

1979 (02/20)Timbanga,b,c,d,e,fg,h142

Keterangan : a : gas phume; b : block projection; c : ash falls; d : crater formation ; e : mudflows f : CO2 outflows; g : felt seismicity; h : fissure opening

Analis kimia gas dengan menggunakan gas chromatografi dan air dengan grafimetri dapat dilihat pada table 24Tabel 24, Komposisi kimia Fumarola komplek gunungapi Dieng pada tanggal 14 dan 19 Juli 1979 (Allard. P, dkk, 1988).

SIGLUDUK (300C dalam % vol)

KodeH2OCO2CH4H2SSO2N2O2ArCOHe (ppm)

G88097,50,770,010,060,270,390,014-6,6

92(1)098,10,800,030,180,710,170,009116,9

12(1)098,20,750,030,190,690,160,00886,8

M3(2)088,20,61 0,01 0,018,352,170,09695,4

M22(2)090,70,59 0,01 0,016,911,710,084416,3

PAKUWAJA (950C dalam % vol)

KodeH2OCO2CH4H2SSO2N2O2ArCOHe (ppm)

M198,282,21,461,08 0,0112,462,710,120375,8

98(2)98,086,11,191,45 0,018,501,920,080-5,4

64(2)98,083,71,281,02 0,0111,022,910,105646,5

PAGERKANDANG (740C dalam % vol)

KodeH2OCO2CH4H2SSO2N2O2ArCOHe (ppm)

M2(2)74,015,30,080,014 0,0166,617,20,80-4,8

SIKIDANG ( dalam % vol)

KodeH2OCO2CH4H2SSO2N2O2ArCOHe (ppm)

M11(2)97,394,91,051,79 0,011,820,370,030766,6

Tabel 25. Komposisi isotop karbon dan sulfur gas Dieng (Allard. P, dkk, 1988).SIGLUDUG

Kode sampel13 C(CO2)13 C (CH4)T0C Isotopic Eq34S

92-4,4-29,3293+ 3,6

12-4,1-28,4301+ 3,2

M3-4,2-28,8297-

M22-3,8-28,9290-

PAKUWAJA

Kode sampel13 C(CO2)13 C (CH4)T0C Isotopic Eq34S

M1-7,7-36,2248-

64-8,4-35,6263+ 2,4

PAGERKANDANG

Kode sampel13 C(CO2)13 C (CH4)T0C Isotopic Eq34S

M2-6,0---

SIKIDANG

Kode sampel13 C(CO2)13 C (CH4)T0C Isotopic Eq34S

M11-4,6-26,3341+2,1

Tabel 26. Perbandingan kandungan gas gunungapi di beberapa lokasiGas (vol)DiengNyos LakeMonoun LakeGambierUnkirek

CO298,298,396,798,798,4

CH40,750,292,190,900,04

C2H6-- 0,010,011 0,05

N2-0,690,0890,550,390,54

O20,160,0290,280,0050,02

Ar0,0080,00150,010,0050,02

H2S0,03 0,00002 0,020,001-

SO20,19----

He0,000680,00050,0050,0080,02

CO0,00080,000050,020,0010,02

H20,00240,000010,0050,00030,02

He/CO2 (10-6)6,95,1-81,0-

13 CO2-4,1-3,37,2-4,3-6,4

13 CH4-28,448,3-54,8-40,6-

PELULUHAN RADIOAKTIF Peluluhan radioaktif berdasarkan perubahan isotopnya dari unsur-unsur radio aktif meluluh menjadi isotop yang stabil yaitu Pb, peluluhan melalui suatu peluluhan sinar radioaktif dan .Rubidium 87 meluluh dan bertukar isotop melalui sinar menjadi strosium 87 dan carbon 14 bertukar melalui sinar menjadi nitrogen 14. Kalium 40 meluluh melalui satu atau dua cara, peluluhan menjadi kalsium 40. Unsur K 40 menjadi argon 40Tabel 27. Waktu setengah umur peluluan unsur-unsur radio aktifUnsur radio aktifWaktu setengah umur (tahun) (tahun -1)Kisaran bahan yang dapat terdeteksi (tahun)Bahan

235 U- 206 Pb4,47 x 1091,55 x 10-10107-109Zirkon, uranit

235U-207Pb0,71 x 1099,72 x 10-10107-109Zircon, uranit

232Th-208Pb1,39x10104,99 x 10-11107-109Zircon, monazit

87Rb-87Sr4,88x10101,42 x 1011107-109Mika, batuan metamorf dan batuan beku

147Sm-143Nd1,06x 10116/54 x 10-12109Batuan beku

40K-40Ar1,32X1094,72 x 10-10104-109Mika,hornblende, , sanidin, batuan metamorf dan batuan beku

14C57301,21 x 10-10-105Kayu, arang, tulang, cengkerang

Kegunaan luluhan radioaktif dipakai untuk memperkirakan peristiwa masa lampau berdasarkan isotop unsur-unsur yang terdapat pada bahan yang dikaji. Yang berpengaruh terhadap perubahan isotop adalah pengaruh dari perubahan kimia, suhu, dan tekanan dan pengaruh dari isotop induknya. Persamaan berdasarkan perubahan luluhan radioaktif secara kinetik dapat dituliskan sebagai berikut dN/dt = N; dimana N= jumlah atom radioaktif, besarnya panjang gelombang peluluhan radioaktif dan t adalah waktu. Pengembangan dari persamaan tersebut adalah sebagai berikut ; N/N0 = e-T dimana N0 jumlah atom radioaktif mula-mula, N jumlah atom radioaktif sisa dan T adalah suhu. Persamaan tersebut berkenaan dengan peluluhan radio aktif suatu unsur dapat dikaitkan dengan waktu umur, maka persamaan menjadi ; t setengah umur = 0,693/. Dalam praktek dalam geokronologi masa lampau sehubungan waktu setengah umur, persamaan luluhan radioaktif menjadi Nd = N (et 1)Perkiraan waktu setengah umur yang panjang dibandingkan dengan waktu (usia) yang diukur dapat disederhanakan sehingga persamaan menjadi ;Nd/N = tBAB VIII. HIDROKARBONHidrokarbon merupakan komponen organik yang mengandung dua unsur utama yaitu hydrogen dan carbon. Belakangan komponen hidrokarbon juga mengandung oksigen, nitrogen dan sulfur. Komponen hidrokarbon terbentuk secara alami dari bahan organic yang diyakini dari makluk hidup melalui proses waktu yang lama (jutaan tahu yang lalu). Dari asalnya bahan organik tersebut mengandung banyak unsur hydrogen dan carbon.Dari ikatan yang terbentuk menghasilkan hidrokarbon dengan molekul kecil dan besar, dari sana maka akan berpengaruh terhadap sifat fisik dari hidrokarbon itu sendiri. Untuk ikatan molekul kecil menghasilkan komponen gas dan molekul besar menghasilkan cairan yang disebut crude oil.Komponen gas dapat dilihat pada tabel berikut :Tabel 28. Komposisi gas alam Komponen gas alam

Hidrokarbon (CnH2n+2)Methan (CH4) 70-98 %Ethan (C2H6) 1-10 %Propan trace -5 %Butan trace -2% Pentan trace- 1%Hexan trace 0,5 %Heptan trace 0,5 %

Non HidrokarbonaNitrogen trace 15 %Carbon dioksid trace 5%Hidrogen sulfit trace 3%Helium kadang melewati 5% kadang tidak ada

Hidrokarbon dibagi menjadi dua kelas utama yaitu hidrokarbon alifhatik dan aromatik . Alifhatik kemudian dibagi lagi menjadi family-famili : alkana, alkena, alkyna dan alifatik cyclic. Hubungan antara klas dan family hidrokarbon sbb :

Tabel 29 . Komposisi gas alam yang berasal dari sumur yang akan di cairkan menjadi produk gas cairKomponen gas alam

Hidrokarbon (CnH2n+2)Methan (CH4) 45-92 %Ethan (C2H6) 4-21 %Propan trace 1-15 %Butan trace 0,5 -7 % Pentan trace - 3%Hexan trace -2 %Heptan trace 0,5 %

Non HidrokarbonaNitrogen trace sampai diatas 10%Carbon dioksid trace sampai 4%Hidrogen sulfit Tidak ada sampai trace sampai 6% Helium Tidak ada

Tabel 30. Fraksi-fraksi hidrokarbon yang terdapat pada crude oilFraksi pada crudeTitik nyala oFKomposisi kimiaGuna

HidrokarbonSampai 100C1-C2C3-C6Bahan bakar gasPelarut, bahan bakar gas dalam tabung

Gasolin100-350C5-C10Bahan bakar motor , Pelarut

Kerosene350-450C11-C12Bahan bakar jet, Craking stock

Light gas oil450-580C13-C17Bahan bakar disel, tanur

Heavy gas oil580-750C18-C25Bahan bakar bunker, pelumasan

Lubrican and waxes750-950C26-C38Pelumas, waxe, petroleum jelly

Residu950 + (200+)C38+Paving asphalts, coke, pengawet kayu, komponen atap

Elemen dalam crude oils (minyak mentah)

carbon84-87 %

Hidrogen11-14%

Sulfur0,06 -2,0%

Nitogen0,1-2,0%

Oksigen0,1-2,0%

Seri Homolog (deret sepancaran)

HidrokarbonAlifhatikAromatik Alkana Alkena alkyna Alifatik cyklik

Ik Alkana :( CnH2n + 2); Alkena : (CnH2n); Alkyna : ( CnH2n 2) ; Alifatik siklik

saling terasing dalam keluarga: