DERET REAKSI BOWEN DAN APLIKASINYA
Wahyu Firdaus Mauliddan Mahasiswa Teknik Geologi Ugm
Jl. Grafika 2
Norman L. Bowen menemukan bahwa mineral-mineral terbentuk dan terpisah dari batuan lelehnya (magma) dan mengkristal sebagai magma mendingin (kristalisasi fraksional). Dari gambar , lengan kanan atas merupakan deret reaksi yang berkelanjutan (continuous), sedangkan lengan kiri atas adalah deret reaksi yang terputus-putus/tak berkelanjutan (discontinuous).Deret Bowen ini menggambarkan secara umum urutan kristalisasi suatu mineral sesuai dengan penurunan suhu dan perbedaan kandungan magma, dengan asumsi dasar bahwa semua magma berasal dari magma induk yang bersifat basa.
Bagan serial ini kemudian dibagi menjadi dua cabang; yaitu kontinyu dan diskontinyu.
1. Continuous branch (Deret kontinyu)
Deret ini dibangun dari mineral feldspar plagioklas. Dalam deret kontinyu, mineral awal akan turut serta dalam pembentukan mineral selanjutnya. Dari bagan, plagioklas kaya kalsium akan terbentuk lebih dahulu, kemudian seiring penurunan suhu, plagioklas itu akan bereaksi dengan sisa larutan magma yang pada akhirnya membentuk plagioklas kaya sodium. Demikian
seterusnya reaksi ini berlangsung hingga semua kalsium dan sodium habis dipergunakan. Karena mineral awal terus ikut bereaksi dan bereaksi, maka sangat sulit sekali ditemukan plagioklas kaya kalsium di alam bebas. Bila pendinginan terjadi terlalu cepat, akan terbentuk zooning pada plagioklas (plagioklas kaya kalsium dikelilingi plagioklas kaya sodium).
2. Discontinuous branch (Deret diskontinyu)
Deret ini dibangun dari mineral ferro-magnesian sillicates. Dalam deret diskontinyu, satu mineral akan berubah menjadi mineral lain pada suhu tertentu dengan melakukan melakukan reaksi terhadap sisa larutan magma. Bowen menemukan bahwa pada suhu tertentu, akan terbentuk olivin, yang jika diteruskan akan bereaksi kemudian dengan sisa magma, membentuk pyroxene. Jika pendinginan dlanjutkan, akan dikonversi ke pyroxene,dan
kemudian biotite [sesuai skema]. Deret ini berakhir ketika biotite telah mengkristal, yang berarti semua besi dan magnesium dalam larutan magma telah habis dipergunakan untuk membentuk mineral. Bila pendinginan terjadi terlalu cepat dan mineral yang telah ada tidak sempat bereaksi seluruhnya dengan sisa magma, akan terbentuk rim [selubung] yang tersusun oleh mineral yang terbentuk setelahnya.
Aplikasi Deret Bowen
1. Dari diagram diatas anda dapat menginterpretasikan kondisi fisik dan kimiawi di mana suatu mineral mengkristal Sebagai contoh, olivin adalah suhu tinggi dan mineral tekanan dengan zat besi yang tinggi dan magnesium, dan silika rendah.
2. Diagram diatas menunjukkan kestabilan mineral dalam lingkungan pelapukan, stabil setidaknya pada 1 bar dan 25o C (permukaan bumi). Mineral yang paling tidak stabil berada di atas diagram dan yang paling stabil di bagian bawah. Basal olivin dan berisi plagioklas kalsium. Jika sedang lapuk, mineral ini sangat tidak stabil dan akan segera memecah dengan melarutkan dan membentuk tanah,. granit berisi kuarsa, feldspar kalium, dan muskovit. Muskovit dan kalium mudah akan rusak, tapi kuarsa cukup tahan. Karena kuarsa stabil pada 1 bar dan 25o C
3. Kita dapat mengetahui asam atau basa suatu batuan melalui kandungan mineral yang terkandung di dalam batuan.
Asam, jika didalam batuan beku terdapat mineral kuarsa, muskovit, orthoklas, dan Na-plagioklas.
Intermediet, jika didalam batuan beku terdapat mineral kuarsa, hornblende, orthoklas, piroksen, biotit, dan Na-plagioklas.
Basa, jika didalam batuan beku terdapat mineral olivin, hornblende, piroksen, dan Ca-Naplagioklas.
Ultrabasa, jika didalam batuan beku terdapat mineral olivin, piroksen, dan Ca-plagioklas.
4. Jika basal memiliki kuarsa di dalamnya, yang kadang terjadi, kuarsa datang bukan dari magma, tetapi dari batu yang bergabung setelah batuan itu terbentuk.
5. Jika magma mendingin perlahan basal dan secara perlahan mineral pertama yang terbentuk harus olivin dan plagioklas kalsium. Olivin memiliki gravitasi yang lebih tinggi yang spesifik
dari plagioklas. Oleh karena itu, jika intrusi, basal tebal tenang terjadi harus memiliki lapisan olivin di bagian bawah. Palisades Sill di tepi barat Sungai Hudson di New York dan New
Jersey adalah seperti tubuh dan memiliki lapisan olivin murni di pangkalan. Jika Anda mendapatkan kesempatan pergi melihatnya.
(Rocks and Rock Minerals P. 103)
Norman L Bowen dikenal sebagai seorang ahli petrologi paling cemerlang di abad ke 20. Bowen lahir pada tanggal 21 Juni 1887 di Kingston Ontario Canada sebagai anak bungsu pasangan William Alfred Bowen dan Eliza Mc Cormick Bowen.
Sewaktu masih kecil, Bowen sangat tertarik dengan bekas penggalian batugamping dan batugranit di dekat tempatnya tinggal. Bekas penggalian tersebut terkadang terisi air sehingga membentuk sebuah kolam yang biasa digunakannya untuk berenang pada saat musim panas ataupun bermain iceskating pada saat musim dingin. Pengalaman masa kecilnya inilah yang membuatnya tertarik terhadap dunia batuan sehingga kelak menghantarnya untuk menjadi salah seorang ahli petrologi ternama.
Bowen memasuki Kingston Publik Schools dan the Collegiate Institute hingga tahun 1900. Menyelesaikan junior matrikulasi dalam 3 tahun, Bowen masuk Queen’s University pada musim gugur tahun 1903. Menyelesaikan honour course dalam kimia dan mineralogy pada tahun 1907, ia lulus dengan gelar M.A serta menerima university medal untuk kedua subjek yang diambilnya.
Saat dia selesai menyelesaikan kuliahnya, dia pindah ke Washington DC, tempat dimana dia bekerja pada laboratorium Geofisika yang pada saat itu baru saja dibangun. Bowen berekperimen untuk mencari sifat pelelehan dan pengkristalan dari senyawa silikat dan mineral lain yang sejenis, hasil karyanya pertama kali dipublikasikan pada tahun 1912. Pada karyanya The Evolution of Igneous Rocks (1928), dia mendemonstarasikan prinsip-prinsip tentang formasi dan tahap-tahap pengkristalan magma.
Sebagian magma mendingin dan mengeras di tempat dimana dia dibentuk, namun sebagian besar bergerak, bergerak untuk mempertahankan komposisi aslinya, turun dari lereng gunung untuk mendingin dan mengeras di tempat tertentu, dimana yang lain telah berubah karena telah bereaksi dengan bebatuan sekitar yang dilewatinya, yang dinamakan “Country Rock”, bukti dari proses ini dapat dilihat pada xenoliths (batuan yang diliputi oleh magma yang bergerak), sebagai sebuah kesatuan, xenoliths mengalami berbagai tahap reaksi dengan magma disekitarnya, beberapa tidak terpengaruh sama sekali, namun yang lain sebaiannya atau malah seluruhnya melebur bersama magma dan merubah magma tersebut, dan dan
akhirnya menghilang
.
(Rocks and Rock Minerals P. 103)
Magma, yang merupakan sebuah larutan, patuh pada hukum fisika dan kimia, sebagai contoh, kelarutan bersama dengan titik didih mendeterminasikan kondisi dan kosentrasi apa yang memungkinkan mineral untuk mengkristal, secara keseluruhan,
seiring dengan turunnya temperature, satu persatu mineral akan mengkristal dan terus berlanjut, dan pada sebagian kasus, mineral akan selesai mengkristal padahal mineral lain baru akan mengkristal, pada semua kasus, tepat seperti yang diduga, sebagian besar mineral
penyusun batuan beku ditemukan akan mengkristal kemudian bereaksi atau tidak bereaksi menurut rangkaian yang telah diprediksi. N. L Bowen telah menuju kepada hipotesis tentang rangkaian reaksi yang dikerjakannya pada laboratorium bersama dengan kolega-koleganya, mereka menemukan bahwa pada leburan silikat, beberapa mineral setelah mengkristal, dapat bereaksi dengan leburan yang tersisa. Hal ini membagi reaksi ini ter bagi 2 yaitu reaksi berkelanjutan dimana mineral terus berubah komposisinya menjadi larutan padat, tapi tetap mempertahankan bentuk dasar kristalnya, dan reaksi tidak berkelanjutan, dimana mineral bereaksi untuk membentuk mineral baru.
Bowen menyadari bahwa kedua reaksi tersebut dapat terjadi satu per satu pada magma sama yang sedang mendingin, dan menjelaskan banyak cirri-ciri yang ditemukan pada batuan beku. Dia mendemonstrasikan hipotesisnya dengan menjelaskan rangkaian kejadian dari magma yang mendingin dari komposisi batuan basa. Mineral pertama yang mengkristal ialah olivine, dan plagioklas kaya Ca, selama magma mendingin, olivine bereaksi dengan magma cair untuk membentuk mineral lain yang lebih kaya akan silikat, yaitu piriksen, lalu piroksen membentuk amfibol, ini ialah reaksi tidak berkelanjutan, dan satu arah dimana jika telah berubah menjadi amfibol, maka tidak akan ada sisa olivine yang akan ditemukan.
Pagioklas yang terbentuk pada awal juga bereaksi dengan magma yang mendingin, tapi itu terjadi melalui pertukaran Ca + Al atom di Kristal dengan Na + Si atom di magma, dengan begitu
membuat plagioklas tambah kaya akan Na, ini ialah bagian dari reaksi berkelanjutannya.
Jika proses pendinginan dan pereaksian sampai pada titik equilibirium, proses berhenti pada saat seluruh cairan telah bereaksi. Untuk basal pada umumnya, hal ini akan terjadi pada saat piroksen dan plagioclase ada sekitar 45-50. Tetapi, equibilirium tidak selalu dapat dicapai, sebagai contoh, olivine yang baru saja dibentuk mungkinssaja dikelilingi oleh piroksen, dan secara efektif mencegahnya beraeaksi dengan leburan secara keseluruhan, jadi mungkin pada plagioclase Na yang baru saja terbentuk akan dikelilingi oleh plagioklas Ca, mencegahnya bereaksi dengan cairan. Sebagai konsekuensinya, mungki akan kaya dengan SiO2. Dan bowen menunjukan bahwa jika sebagian reaksi terjadi maka magma yang berasal dari batuan basalt, akan mampu membuat sedikit cairan residu yang kaya akan SiO2 kaya akan sodium, potassium dan volatie elemen, volatile elemen ialah , dan hasilnya merupakan magma yang bersifat granital.
Differensiasi magma, yaitu suatu proses yang menyebabkan magma yang asalnya relatif homogen terpecah-pecah menjadi beberapa bagian atau fraksi dengan komposisi yang berbeda-beda. Hal ini disebabkan oleh migrasi ion atau molekul dalam larutan magma karena adanya perubahan temperatur dan tekanan. Ketika magma mengalami penurunan tekanan dan temperatur, maka mineral yang memiliki titik lebur yang tinggi mulai mengkristal, sedangkan cairan yang belum membeku akan terus naik dan akhirnya keseluruhan cairan magma itu membeku.
