BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Telaah Pustaka
2. Karstifikasi
Secara umum, karstifikasi sering disebut sebagai proses solusional karena proses kimia yang dominan adalah pelarutan (dissolution) batugamping oleh air yang kaya akan gas karbondioksida. Bentuklahan yang dihasilkan oleh proses ini secara geomorfologis disebut sebagai bentang alam karst. Jankowski (2001) mengungkapkan bahwa ada dua syarat utama suatu formasi karst dapat terbentuk karena proses pelarutan oleh air yaitu sifat air yang melalui karst harus tidak jenuh
(undersaturated) terhadap batuan gamping, dan air tersebut harus mampu
mentransport produk hasil pelarutan ke tempat lain. Kondisi air yang cocok untuk pelarutan batuan gamping ini adalah air freatik dan juga air hujan (meteoric water) yang kaya akan CO2. Air ini biasa masuk ke batuan gamping secara gravitasi dan kemudian mampu membentuk lorong-lorong solusional. Lebih jauh lagi Jankowski (2001) menjelaskan bahwa untuk memperoleh air yang bersifat tidak jenuh terhadap batuan gamping ada beberapa mekanisme yang sering terjadi pada airtanah karst yaitu perubahan suhu, percampuran (mixing) dengan air yang mempunyai sifat lain, terjadinya banjir di permukaan yang menyebabkan imbuhan yang cepat dan bersifat tidak jenuh, dan meningkatnya kondisi keasaman air sepanjang aliran airtanah. Lebih jauh lagi Jankowski (2001) mengemukakan bahwa terdapat empat faktor yang dapat mempercepat proses pelarutan di daerah karst, di antaranya adalah sebagai berikut:
a)Perubahan suhu airtanah karst. Menurunnya suhu air akan mempercepat proses pelarutan khususnya pada akuifer karst berbatuan gamping (CaCO3) karena terkait dengan jumlah gas karbondioksida yang terlarut dalam air, yang oleh banyak ahli karst di dunia dapat diidentifikasi dengan mengukur tekanan parsial gas tersebut. Dari hasil observasi lapangan dan percobaan di laboratorium, terungkap bahwa tekanan gas karbondioksida akan naik seiring dengan
turunnya suhu air. Di lapangan turunnya suhu air tersebut terkait juga dengan masukan komponen aliran yang biasanya berasal dari sistem terbuka (open system) yang kaya akan gas karbondioksida.
b)Derajat keasaman (pH) air. Reaksi pertama pada perpindahan massa dan reaksi kimia antar fase udara-air pada karstifikasi mensyaratkan bahwa air yang asam akan terjadi bila gas karbondioksida masuk ke air dan membentuk senyawa asam dengan H2O menjadi H2CO3, sehingga dapat dikatakan bahwa semakin kecil pH air, maka akan semakin cepat proses pelarutan atau membuat air dalam keadaan belum jenuh (undersaturated) terhadap batugamping. Besar kecilnya tingkat keasaman ini tentunya tergantung dari tipe aliran yang dominan pada sungai bawah tanah, apakah termasuk conduit yang mempunyai sistem terbuka
(open system) ataukah diffuse yang miskin oleh gas karbondioksida (closed system).
c)Pengaruh dari ion lain. Pada sistem SKD, ion mayor selain Ca2+ dan HCO 3-biasanya juga terlarut dalam air, 3-biasanya Mg2+ mempunyai proporsi yang cukup tinggi, sementara SO42- biasanya terlarut dalam jumlah yang kecil. Ion alkali bahkan sering dijumpai pada sistem ini jika lokasinya dekat dengan laut atau danau yang asin di daerah kering/arid. Pengaruh ion-ion tersebut adalah terhadap kemudahan untuk melarutkan batuan gamping (solubility). Sebagai contoh, penambahan 0,1 % larutan NaCl (ion lain) meningkatkan pelarutan sebesar 10-20%. Sementara itu, penambahan ion sejenis (Ca2+ dan HCO3- ) searah aliran airtanah akan memperlambat tingkat pelarutan.
d)Adanya percampuran (mixing) dengan komponen air lain, walaupun masing-masing sudah jenuh (supersaturated) terhadap batuan gamping. Teori percampuran (mixing) pertama kali diperkenalkan oleh Bogli (1960) yaitu jika
ada dua air karst yang sama-sama sudah jenuh terhadap kalsit, maka jika bercampur akan menghasilkan air yang agresif terhadap batuan gamping Contohnya adalah adanya tenaga mekanis karena ada dua air yang bercampur memiliki tekanan parsial gas CO2 yang berbeda. Sebagai contoh, perkembangan gua terjadi sangat cepat pada zone sedikit di bawah muka air, dimana terjadi percampuran antara air vadose yang jenuh CO2 dan air freatik yang mempunyai gas CO2 sedikit dan sudah jenuh terhadap CaCO3 akan menghasilkan air yang agresif (undersaturated) terhadap mineral kalsit. Contoh yang lain adalah ketika terjadi percampuran dengan air laut yang sudah sangat jenuh terhadap mineral kalsit akan berubah menjadi sangat agresif untuk melarutkan ketika bercampur dengan air karst yang sudah jenuh pula.
Selanjutnya, Dreybort dan Gabrovsek (2003), mengungkapkan bahwa pelarutan batugamping akan berjalan lambat jika konsentrasi gas karbondioksida pada airtanah karst mempunyai konsentrasi yang kecil (di bawah 10-4 mmol/cm3). Sebaliknya, proses pelarutan akan meningkat drastis jika kandungan karbondioksida dalam air berjumlah signifikan. Bogli (1980) menyatakan bahwa air yang cocok untuk melarutkan batuan gamping adalah air freatik dan air hujan (meteoric water) yang kaya akan gas karbondioksida yang masuk ke batuan gamping dengan cara perpindahan massa melalui interface udara-air-batuan yang selanjutnya dikenal sebagai sistem CO2-H2O-CaCO3. Dewasa ini, sistem tersebut lebih dikenal sebagai terminologi baru yaitu Karst Dynamic System (KDS) yang selanjutnya diterjemahkan menjadi Sistem Karst Dinamis atau SKD. Bogli (1980) juga menjelaskan bahwa pada proses pelarutan batuan gamping oleh air hujan dari udara dan jatuh ke permukaan menyebabkan terjadinya banyak proses fisik dan kimia yang melibatkan unsur gas, cair dan padatan yang menyebabkan perpindahan massa dan reaksi antara fase-fase udara, air, dan batuan seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Perpindahan Massa Melalui Interface Udara/Air Dan Udara/Batuan (Bogli, 1980)
Pada umumnya, proses yang terjadi pada interface/batas adalah transfer massa dan difusi, sementara reaksi kimia lebih dominan terjadi di air. Selanjutnya, jika memperhatikan Gambar 2.2. tampak bahwa sistem perpindahan massa yang terjadi pada sistem karbonat yang dikenal sebagai sistem CO2-H2O-CaCO3, menurut Bogli (1980) mempunyai tahapan proses, yaitu:
(1) ketika terjadi hujan, gas karbondioksida (CO2)di atmosfer masuk ke dalam air melalui proses difusi
(2) kemudian, air yang mengandung CO2 bersenyawa membentuk asam karbonat (carbonic acid) dengan reaksi kimia CO2 (di air) + H2O H2CO3, sehingga dapat dikatakan bahwa gas karbondioksida larut dalam air
(3) karena H2CO3 merupakan asam kuat, maka dapat mengalami dissociation
(perpecahan) yaitu yang pertama H2CO3 HCO3- + H+ dan yang kedua adalah HCO3- CO32- + H+ dengan proporsi yang kecil dibawah pH 8,4 sehingga dapat diabaikan.
Gambar 2.2. Proses 1 Sampai Dengan 3 Pelarutan Batuan Gamping (Bogli, 1980) Kemudian, proses selanjutnya adalah :
(4) ketika air dan batuan gamping berinteraksi, terjadi pelepasan ion dan kemudian terjadi reaksi pelarutan batugamping CaCO3 Ca2+ + CO3
-(5) selanjutnya, CO3- bergabung dengan ion H+ yang lepas pada reaksi (3) sehingga CO32- + H+ HCO3
Gambar 2.3. Proses Pelarutan yang Diikuti oleh Pembentukan Bikarbonat (Bogli, 1980) Dari proses di atas terlihat bahwa semakin banyak karbondioksida yang terlarut dalam air, maka semakin mudah pula air itu untuk melarutkan batuan gamping pada kondisi termodinamika (pH dan suhu) yang sama (Appelo dan Postma, 1994), sehingga dapat disimpulkan bahwa transfer gas CO2 memegang peranan penting dalam proses karstifikasi.