transportasi dan mekanisme sedimen

Click here to load reader

Post on 02-Oct-2015

49 views

Category:

Documents

1 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Transportasi Dan Mekanisme Sedimen

TRANSCRIPT

  • 1.09.2011

    Proses Transportasi dan Struktur Sedimen

    Source : Sam Boggs Jr : Proses Transportasi dan Struktur Sedimen

    Proses Transportasi dan Struktur Sedimen

    Bangunan biologi seperti karang-karang, tumpukan cangkang dan karpet mikroba

    diciptakan di dalam tempat yang tidak ada transportasi material. Sama halnya, pengendapan

    mineral evaporit di dalam danau, laguna dan di sepanjang garis pantai yang tidak melibatkan

    semua pergerakan zat particulate (substansi yang terdiri dari partikel-partikel). Namun

    bagaimanapun, hampir semua endapan sedimen lainnya diciptakan oleh transportasi material.

    Pergerakan material kemungkinan murni disebabkan oleh gravitasi, tapi yang lebih

    umum adalah karena hasil dari aliran air, udara, es atau campuran padat (dense mixtures)

    sedimen dan air. Interaksi material sedimen dengan media transportasi menghasilkan

    berkembangnya struktur sedimen, beberapa struktur sedimen berkaitan dengan pembentukan

    bentuk lapisan (bedform) dalam aliran sedangkan yang lain adalah erosi. Struktur sedimen ini

    terawetkan dalam batuan dan menyediakan rekaman proses yang terjadi pada waktu

    pengendapannya. Jika proses fisik terjadinya struktur ini di dalam lingkungan modern dapat

    diketahui, dan jika batuan sedimen diinterpretasikan berdasarkan kesamaan prosesnya, maka

    mungkin untuk mengetahui lingkungan pengendapannya.

    Di dalam bab ini, dibahas proses fisika utama yang terdapat di dalam lingkungan

    pengendapan. Sifat alami endapan dihasilkan dari proses-proses ini dan akan diperkenalkan

    struktur sedimen utama yang terbentuk oleh interaksi media aliran dan detritus. Banyak fitur-

    fiitur ini terdapat pada lingkungan sedimen yang berbeda-beda dan harus dipikirkan di

    konteks lingkungan mana fitur-fitur ini terbentuk.

    4.1 Media Transportasi

    GRAVITASI

    Kasus paling sederhana mengenai transportasi sedimen yang tidak signifikan

    melibatkan media di sekitarnya adalah jatuhan partikel dari tebing atau lereng akibat

    gravitasi. Jatuhan batuan (rock falls) menghasilkan gundukan sedimen di dasar lereng,

    biasanya secara umum terdiri dari debris kasar yang kemudian tidak mengalami proses

    sedimentasi kembali (rework).

    Akumulasi ini terlihat sebagai scree (akumulasi debris batuan di dasar tebing, bukit,

    atau lereng gunung, sering membentuk timbunan) di sepanjang sisi-sisi lembah di daerah

    pegunungan. Akumulasi ini membentuk kerucut talus (talus cone) dengan suatu permukaan

    pada sudut diam (angle of rest) kerikil, sudut maksimum dimana material akan tetap stabil

    dan klastik tidak akan jatuh menuruni lereng. Sudut ini bervariasi dengan bentuk dan

    distribusi ukuran butir, tetapi biasanya antara 30 dan 35 derajat dari bidang horizontal.

    Endapan scree berada di daerah pegunungan (6.6.1) dan terkadang di sepanjang pantai:

    endapan ini jarang terawetkan di dalam rekaman stratigrafi.

  • AIR

    Transportasi partikel di dalam air sejauh ini merupakan mekanisme transportasi yang

    paling signifikan. Air mengalir di permukaan lahan di dalam channel dan sebagai aliran

    permukaan (overland flow). Arus-arus di laut digerakkan oleh angin, tidal dan sirkulasi

    samudra. Aliran-aliran ini mungkin cukup kuat untuk membawa material kasar di sepanjang

    dasarnya dan material yang lebih halus dalam suspensi. Material dapat terbawa di dalam air

    sejauh ratusan atau ribuan kilometer sebelum terendapkan sebagai sedimen. Mekanisme air

    yang menggerakkan material ini akan dibahas di bawah.

    UDARA

    Setelah air, udara adalah media transportasi terpenting. Angin berhembus di atas

    lahan mengangkat debu dan pasir kemudian membawanya sampai jarak yang jauh. Kapasitas

    angin untuk mentransportasikan material dibatasi oleh densitas rendah dari udara. Seperti

    yang akan kita lihat di bagian 4.2.6, perbedaan densitas antara media dan klastik berpengaruh

    terhadap keefektifan media dalam menggerakkan sedimen.

    ES

    Air dan udara adalah media fluida yang jelas, tapi kita juga dapat mempertimbangkan

    es sebagai media fluida karena selama periode yang panjang es bergerak melintasi permukaan

    lahan, meskipun sangat lambat. Es adalah fluida berviskositas tinggi yang mampu

    mentransportasikan sejumlah besar debris klastik. Pergerakan detritus oleh es penting pada

    daerah di dalam dan di sekitar tudung es kutub dan daerah pegunungan dengan gletser

    semipermanen atau permanen (7.2, 7.3). Volume material yang digerakkan es sangat besar

    ketika meluasnya es (glaciation).

    SEDIMEN PADAT (DENSE SEDIMENT) DAN CAMPURAN AIR (WATER MIXTURES)

    Ketika ada sedimen berkonsentrasi tinggi di dalam air, campurannya akan membentuk

    aliran debris (4.6.1), yang dapat kita pikirkan seperti campuran larutan air dengan material

    yang tidak dapat terlarut (slurry) yang kekentalannya serupa dengan beton basah. Campuran

    padat ini digerakkan oleh gravitasi di permukaan lahan maupun di bawah air, perilakunya

    berbeda bila dibandingkan dengan sedimen yang tersebar di dalam tubuh air. Campuran yang

    lebih encer juga mungkin digerakkan oleh gravitasi di dalam air sebagai arus turbidit (4.6.2).

    Mekanisme aliran yang digerakkan gravitasi ini adalah mekanisme penting dalam

    mentransportasikan material kasar hingga ke samudra dalam.

    4.2 Perilaku Fluida dan Partikel di dalam Fluida

    Perkenalan singkat mengenai dinamika fluida, perilaku gerakan fluida, dibahas di bab

    ini untuk memberikan dasar-dasar pemahaman fisika untuk membahas transportasi sedimen

    dan pembentukan struktur sedimen di bagian selanjutnya. Untuk penjelasan yang lebih

    menyeluruh mengenai dinamika fluida tersedia di dalam Leeder (1982), J.R.L. Allen (1985,

    1994) dan P.A. Allen (1997).

  • 4.2.1 Aliran Laminar dan Turbulen

    Gerakan fluida dapat terbagi ke dalam dua cara yang berbeda. Dalam aliran laminar,

    semua molekul-molekul di dalam fluida bergerak saling sejajar terhadap yang lain dalam arah

    transportasi. Dalam fluida yang heterogen hampir tidak ada terjadinya pencampuran selama

    aliran laminar. Dalam aliran turbulen, molekul-molekul di dalam fluida bergerak pada semua

    arah tapi dengan jaring pergerakan dalam arah transportasi. Fluida heterogen sepenuhnya

    tercampur dalam aliran turbulen.

    Perbedaan antara gerakan laminar dan turbulen pertama kali didokumentasikan oleh

    O. Reynold diakhir abad ke-19. Dia melaksanakan percobaan pada aliran yang melalui

    tabung, dan tercatat bahwa plot tingkat aliran terhadap tekanan menurun antara saluran

    masuk dan saluran keluar, tidak menghasilkan grafik garis lurus. Besarnya tekanan yang

    hilang pada tingkat aliran tinggi dapat dihubungkan dengan naiknya gesekan antara partikel

    dalam aliran turbulen. Percobaan dengan benang (thread) yang dicelupkan di dalam tabung

    menunjukkan bahwa garis aliran sejajar pada tingkat aliran rendah, tapi pada kecepatan yang

    lebih tinggi benang berantakan karena fluida tercampur akibat gerakan turbulen (Gambar

    4.1).

    Parameter aliran ini disebut angka Reynold (Re). Nilai (tanpa dimensi atau satuan)

    yang menunjukkan aliran laminar atau turbulen. Angka Reynold diperoleh dari hubungan

    faktor-faktor sebagai berikut: kecepatan aliran (u), rasio densitas fluida dan viskositas fluida

    (v, viskositas kinematik fluida) dan karakter panjang atau jarak (l, diameter pipa atau kedalaman aliran di dalam channel terbuka). Persamaan angka Reynold tersebut didefinisikan

    sebagai berikut :

    Re = ul / v

    Aliran fluida di dalam pipa dan channel ditemukan laminar ketika angka Reynoldnya

    rendah (kurang dari 500) dan turbulen pada nilai yang lebih tinggi (lebih besar dari 2000).

    Dengan meningkatnya kecepatan, aliran akan menjadi turbulen dan di dalam fluida

    terdapat peralihan dari laminar menuju turbulen. Fluida dengan viskositas kinematik yang

    rendah, seperti udara, mengalir turbulen pada kecepatan rendah, jadi semua aliran angin

    alamiah yang dapat membawa partikel dalam suspensi adalah aliran turbulen. Air hanya

    mengalir laminar pada kecepatan yang rendah atau kedalaman air yang sangat dangkal, jadi

    aliran turbulen sangat umum pada proses transportasi dan pengendapan sedimen di air

    (aqueous). Aliran laminasi terjadi pada beberapa aliran debris, pergerakan es dan aliran lava,

    dan semua yang memiliki viskositas kinematik yang lebih besar dari air.

  • Gambar 4.1 Aliran fluida turbulen dan laminar

    Hampir semua aliran di dalam air dan udara yang membawa volume sedimen dalam

    jumlah yang signifikan adalah aliran turbulen. Perilaku partikel di dalam aliran ini akan

    dibahas sekarang.

    4.2.2 Transportasi Partikel di dalam Fluida

    Partikel semua ukuran digerakkan di dalam fluida oleh salah satu dari tiga mekanisme

    (Gambar 4.2). Pertama, partikel dapat bergerak menggelinding (rolling) di dasar aliran udara

    atau air tanpa kehilangan kontak dengan permukaan dasar. Kedua, partikel dapat bergerak

    dalam serangkaian lompatan, secara periode meninggalkan permukaan dasar dan terbawa

    dengan jarak yang pendek di dalam tubuh fluida sebelum kembali ke dasar lagi; ini dikenal

    sebagai saltasi (saltation). Terakhir, turbulensi di dalam aliran dapat menghasilkan gerakan

    yang cukup untuk menjaga partikel bergerak terus di dalam fluida; dikenal sebagai suspensi

    (suspension).

    Ada sejumlah faktor yang mengontrol gerakan partikel di dalam fluida turbulen.

    Pertama, karena kecepatan aliran meningkat, energi kineti