SISTEM ARUS TURBID DAN ARUS PEKAT I. Pengenalan Sistem Arus
Struktur sedimen di alam tidak dapat dipisahkan dari gambaran muka lapisan. Muka lapisan dihasilkan oleh materi yang inkoheren terhadap fluida. Permukaan lapisan tersebut dapat berubah bergantung pada aliran pada permukaan dasarnya. Harms dan Fahnestock (1965) membagi aliran menjadi tiga macam, yaitu regim aliran atas, transisi, dan bawah.
Rezim aliran merupakan kumpulan dari beberapa hubungan yang berlaku pada aliran air, sudut permukaan air atau sedimen, tipe transportasi sedimen, energi arus, dan morfologi yang berhubungan dengan permukaan sedimen dan permukaan air. Terdapat kecenderungan bagi sedimen yang dengan rezim aliran lambat untuk tidak membentuk gelombang pada permukaannya, yang menyebabkan permukaan air cenderung tidak memiliki riak. Demikian sebaliknya, apabila sedimen di dasar air bergelombang maka permukaan air juga akan bergelombang.
A. Berdasarkan tipe gerakan media pembawanya, sedimen dapat dibagi menjadi:
endapan arus traksi
endapan arus pekat (density current) dan endapan suspensi.
1. ARUS TRAKSI
Arus traksi adalah arus suatu media yang membawa sedimen didasarnya. Pada umumnya gravitasi lebih berpengaruh dari pada yang lainya seperti angin atau pasang-surut air laut. Sedimen yang dihasilkan oleh arus traksi ini umumnya berupa pasir yang berstruktur silang siur, dengan sifat-sifat:
pemilahan baik
tidak mengandung masa dasar
ada perubahan besar butir mengecil ke atas (fining upward) atau ke bawah (coarsening upward) tetapi bukan perlapisan bersusun (graded bedding).
Arus traksi merupakan istilah bagi arus pada fluida yang dapat menyebabkan proses transportasi yang memungkinkan sedimen bergerak sebagai bed load. Peristiwa saltasi pada aliran turbulen juga sebenarnya berhubungan dengan keberadan arus traksi. Traction carpet, merupakan istilah yang digunakan untuk menggambarkan suatu daerah khayal dalam suatu badan aliran fluida, dimana partikel-partikel bergerak diatas partikel-partikel yang tidak bergerak.
Hubungan arus searah dengan silang siur
Ada hubungan yang sangat signifikan antara mekanisme aliran cairan dan struktur sedimen yang dibentuknya, terutama silang siur (ripple). Dalam beberapa percobaan di dalam tabung aliran searah (unidirectional flow) silang siur sudah mulai terbentuk pada sedimen pasir setelah kecepatan kritis dilewatinya. Pasir yang berukuran butir 0,25 – 0,7 mm dalam Gambar III.1 mulai terbentuknya silang siur kemudian apabila kecepatan terus bertambah akan berubah menjadi dune. Kalau kecepatan aliran terus bertambah dune akan tererosi kembali dan berubah menjadi mendatar dan selanjutnya berubah menjadi antidune.
Gambar 1 telah menjelaskan bahwa pengaruh hidrodinamika dapat membentuk dua jenis silang siur dan dune yang berbeda. Pada kondisi hidrodinamika dimana mulai terbentuk silang siur, kemudian dunesampai dengan sebagian dari dune dirusak tererosi kembali (lihat Gambar) disebut rejim alir bawah (lower flow regim). Sedangkan mulai dari sini bila kecepatan aliran terus bertambah disebut rejim alir atas (upper flow regim).
Hubungan antara tenaga sungai (stream power), fall diameter, bed form dan struktur sedimen dalam sistem arus traksi (Simon dkk., 1965)
2. ARUS TURBID
Kuenen (1967), Migiorini (1950), Bouma (1962) menganggap adanya suatu sistem arus yang lain daripada sistem arus traksi. Masih banyak yang tidak melihat perbedaan dan yang dianggapny urut-urutannya “turbidite”. Menurut Sanders (1965) hanya merupakan fase tertentu aliran turbid.
3. ARUS PEKAT
Sistem arus pekat dihasilkan dari kombinasi antara arus traksi dan suspensi. Sistem arus ini biasanya menghasilkan suatu endapan campuran antara pasir, lanau, dan lempung dengan jarang-jarang berstruktur silang-siur dan perlapisan bersusun. Arus pekat (density) disebabkan karena perbedaan kepekatan (density) media. Ini bisa disebabkan karena perlapisan panas, turbiditi dan perbedaan kadar garam. Karena gravitasi, media yang lebih pekat akan bergerak mengalir di bawah media yang lebih encer. Dalam geologi, aliran arus pekat di dalam cairan dikenal dengan nama turbiditi. Sedangkan arus yang sama di dalam udara dikenal dengan nuees ardentes atau wedus gembel, suatu endapan gas yang keluar dari gunungapi. Endapan dari suspensi pada umumnya berbutir halus seperti lanau dan lempung yang dihembuskan angin atau endapan lempung pelagik pada laut dalam.
II. Sistem Arus Turbid dan Arus Pekat 1. Sistem Arus Turbid
Pergerakan aliran sedimen oleh adanya sistem arus turbid menurut Middleton dan Hmapton (1973) dalam Kusumadinata (1980) adalah sebagai berikut.
• Turbidity Current (Arus Turbid)
Arus turbidit merupakan arus cepat yang bergerak menuruni lereng berdasarkan densitasnya yang tinggi relatif terhadap fluida, densitas yang tinggi ini dikarenakan partikel yang melimpah di dalam suspensi. Arus turbidit terjadi secara tiba-tiba dan fenomena yang singkat, banyak juga yang dipicu oleh gempa bumi maupun badai di lautan. Arus turbidit bisa melakukan perjalanan
ribuan kilometer menuruni lereng lautan. Arus turbidit seperti proses besar yang tak terlihat dari proses transportasi dan pengendapan sedimen marin. Arus turbidit yang baru saja terjadi, memberikan waktu dan jarak yang cukup, berkembang menjadi gerakan cepat, massa yang bergerak turbulen memiliki kepala (head), tubuh (body), dan ekor (tail), kepala menjadi bagian yang paling tebal dalam arus turbidit, tubuh memiliki ketebalan seragam, dan ekor menjadi bagian yang mengurangi ketebalan dan konsentrasi sedimen.
Gelombang dasar merupakan gerakan cepat suspensi butiran dalam udara, dibentuk oleh letupan, bagian dari energi dari letupan menjadi tertransportasi dengan cepat dalam atmosfer, sepanjang permukaan, dan jauh dari titik nol. Ini serupa dengan arus turbidit. Gelombang dasar berhubungan dengan ledakan nuklir, letusan gunung berapi, dan pengaruh jatuhnya meteor.
• Fluidizes Sediment Flow (Aliran Sedimen yang Terfluidakan)
Arus sedimen fluida hasil dari pelepasan intergranular fluida atas, di mana sesaat menyokong butiran melawan gaya gravitasi dan juga hasil dalam agregat butiran dengan kekuatan yang lemah. Aliran cair, di mana sedimen mengendap melalui pori dari fluida tersebut, yang sebagai hasilnya, sedimen hanya menyokong sebagian pergerakan ke atas dari pori-pori fluida.
• Grain Flow (Aliran Butir)
Aliran butir dipertahankan oleh tekanan dispersif, yang di mana dikarenakan momentum perubahan interaksi antar butir. Lapisan granular yang bebas merupakan Tekanan Geser (T) dan Tekanan Normal (N), menjadi tangensial dan komponen normal dari tekanan berat. Kedua tekanan tersebut dikombinasikan menjadi sudut friksi internal, α, tan α = T/N.
Butiran kasar mengalir lebih cepat dan lebih tebal daripada butiran halus. Tipe aliran butiran pasir ketebalannya kurang dari 2 sentimeter dan mempunyai kecepatan kurang dari 1 meter per detik. Butiran subaqueous mengalir dengan ketebalan kurang dari beberapa sentimeter. Aliran butiran yang tidak turbulen atau hanya sedikit turbulen tidak ada pencampuran yang cukup di antara lapisan yang lebih dalam di dalam arus dan lapisan dangkal. Butiran yang lebih besar
muncul untuk bermigrasi ke puncak dari aliran, memungkinkan efek saringan kinetik, jadi disebut reverse grading (perlapisan terbalik).
• Debris Flow (Aliran Lumpur)
Arus Debris atau aliran lumpur merupakan pergerakan menuruni lereng dari material-material yang dialiri oleh air intergranular. Air bercampur dengan partikel kecil yang berperilaku seperti cairan yang kental; partikel-partikel yang lebih besar ada pada arus dengan kemampuan mengapungnya dan dengan kekentalan yang tinggi, menghasilkan kekuatan, atau kekohesifan dari fase fluida daripada dengan turbulensi atau tekanan dispersif atau daya angkat hidrodinamik.
Reverse grading merupakan karakteristik dari lapisan basal dari endapan
arus debris, ini dikarenakan tegangan yang melemah dari sedimen lempung di arus semacam itu, menjadi kehilangan kekuatan bahwa lumpur lempung menopang pada deformasi. Arus debris yang lain berasal dari bawah air. Hubungan antara ukuran klastik maksimum dan ketebalan dari aliran massa dapat berfungsi untuk membedakan antara kohesif arus debris dan kohesi dari aliran butiran. Terdapat arus kohesif dengan hanya sedikit lumpur dan arus berlumpur yang kurang kohesi (lebih jauh lagi, lumpur dapat dicuci ke dalam atau luar dari endapan gravel)
2. Sistem Arus Pekat
III. Mekanisme Pengendapan Arus Turbid dan Arus Pekat 1. Mekanisme Pengendapan Arus Turbid
Middleton (1967) menyatakan bahwa arus turbid merupakan salah satu tipe dari arus kerapatan (density current), dimana arus bergerak secara gaya berat, karena adanya perbedaan kerapatan antara arus dengan cairan di sekeliingnya, yang disebabkan oleh adanya dispersi sedimen pada suatu tempat (misalnya : muara sungai atau delta), dimana sedimen banyak terakumulasi karena adanya faktor pemicu, misalnya : suatu gempa bumi, tsunami,dll, mulai
bergerak dan meluncur secara tiba-tiba ke arah bawah cekungan. Saat sedimen tersebut mulai meluncur ke bawah akan membentuk slump. Slump tersebut bergerak perlahan-lahan dan berangsur-angsur menjadi lebih cepat disebabkan adanya pengurangan viskositas. Selanjutnya massa sedimen akan bergerak sampai pada lereng yang curam, maka terjadilah kenaikan kecepatan dan pergerakan selanjutnya berubah menjadi arus turbid, sehingga butiran kasar akan terkonsentrasi pada bagian kepala arus, sedangkan yang lebih hglus di bagian ekor. Karena pengaruh gravitasi maka arus turbid akan bergerak ke bawah mengikuti ngarai di bawah samudera.
Pada saat mendekati daerah pengendapannya, kecepatan arus mulai berkurang karena penurunan gravitasi akibat kemiringan lereng yang semakin landai. Dalam kondisi seperti ini maka bagian kepala dari arus akan mengerosi lapisan dibawahnya membentuk struktur sedimen scour mark. Sesuai dengan sifat-sifat kerapatan arus, maka pengendapan akan terjadi sekaligus, sehingga sedimen yang diendapkan mempunyai pemilahan yang sangat buruk. Dalam hal ini material-material yang lebih berat akan terkumpul pada bagian depan arus turbid, sedangkan material halus akan terperangkap bersama-sama. Endapan yang pertama terbentuk adalah batupasir berstruktur perlapisan bersusun. Selanjutnya arus akan semakin lemah dan sedimen yang halus akan diendapkan. Apabila kecepatan arus telah hilang, maka akan terjadi pengendapan lempung pelagik dalam suasana suspensi yang menunjukan kondisi lingkungan bernergi rendah.
Sekuen Bouma
Bouma (1962) memberikan urutan ideal endapan turbidit yang dikenal dengan Sekuen Bouma. Bouma Sequence yang lengkap dibagi 5 interval (Ta-Tje), peralihan antara satu interval ke interval berikutnya dapat secara tajam, berangsur, atau semu, yaitu :
1) Gradded Interval (Ta)
Merupakan perlapisan bersusun dan bagian terbawah dari urut-urutan ini, bertekstur pasir kadang-kadang sampai kerikilatau kerakal. Struktur perlapisan
ini menjadi tidak jelas atau hilang sama sekali apabila batupasir penyusun ini terpilah baik. Tanda-tanda struktur lainnya tidak tampak.
2) Lower Interval of Parallel Lamination (Tb)
Merupakan perselingan antara batu pasir dengan serpih atau batu lempung, kontak dengan interval dibawahnya umumnya secara berangsur.
3) Interval of Current Ripple Lamination (Tc)
Merupakan struktur perlapisan bergelombang dan konvolut. Ketebalannya berkisar antara 5-20 cm, mempunyai besar butir yang lebih halus daripada kedua interval dibawahnya. (Interval Tb).
4) Upper Interval of Parallel Lamination (Td)
Merupakan lapisan sejajar, besar butir berkisar dari pasir sangat halus sampai lempung lanauan. Interval paralel laminasi bagian atas, tersusun perselingan antarabatupasir halus dan lempung, kadang-kadang lempung pasirannya berkurang ke arah atas. Bidang sentuh sangat jelas.
5) Pelitic Interval (Te)
Merupakan susunan batuan bersifat lempungan dan tidak menunjukan struktur yang jelas ke arah tegak, material pasiran berkurang, ukuran besar butir makin halus, cangkang foraminifera makin sering ditemukan. Bidang sentuh dengan interval di bawahnya berangsur. Diatas lapisan ini sering ditemukan lapisan yang bersifat lempung napalan atau yang disebut lempung pelagik
2. Mekanisme Pengendapan Arus Pekat
IV. Hubungan Facies Arus turbid dan “Submarine Fans” 1. Facies
Mutti dan Ricci Luchi (1972), mengatakan bahwa fasies adalah suatu lapisan atau kumpulan lapisan yang memperlihatkan karakteristik litologi,
geometri dan sedimentologi tertentu yang berbeda dengan batuan di sekitarnya. Suatu mekanisme yang bekerja serentak pada saat yang sama. Asosiasi fasies didefinisikan sebagai suatu kombinasi dua atau lebih fasies yang membentuk suatu tubuh batuan dalam berbagai skala dan kombinasi. Asosiasi fasies ini mencerminkan lingkungan pengendapan atau proses dimana fasies-fasies itu terbentuk.
Menurut Walker (1972) fasies arus turbidit adalah sebagai berikut. a) Fasies Turbidit Klasik (Classical Turbidite, CT)
Fasies ini pada umumnya terdiri dari perselingan antara batupasir dan serpih/batulempung dengan perlapisan sejajar tanpa endapan channel. Struktur sedimen yang sering dijumpai adalah perlapisan bersusun, perlapisan sejajar, dan laminasi, konvolut atau a,b,c Bouma (1962), lapisan batupasir menebal ke arah atas. Pada bagian dasar batupasir dijumpai hasil erosi akibat penggerusan arus turbid (sole mark) dan dapat digunakan untuk menentukan arus turbid purba. Dicirikan oleh adanya CCC (Clast, Convolution, Climbing ripples). Climbing ripples dan convolut merupakan hasil dari pengendapan suspensi, sedangkan clast merupakan hasil erosi arus turbid (Walker, 1985).
b) Fasies Batu Pasir Massive (Massive Sandstone, MS)
Fasies ini terdiri dari batu pasir masif, kadang-kadang terdapat endapan channel, ketebalan 0,5-5 meter, struktur mangkok/dish structure. Fasies ini berasosiasi dengan kipas laut bagian tengah dan atas.
c) Batu Pasir Kerikil Batupasir Kerakalan (Pebbly Sandstone, PS)
Fasies ini terdiri dari batupasir kasar, kerikil-kerakal, struktur sedimen memperlihatkan perlapisan bersusun, laminasi sejajar, tebal 0,5 – 5 meter. Berasosiasi dengan channel, penyebarannya secara lateral tidak menerus, penipisan lapisan batupasir ke arah atas dan urutan Bouma tidak berlaku.
d) Fasies Konglomerat Konglomeratan (Clast Supported Conglomerate, CGL)
Fasies ini terdiri dari batupasir sangat kasar, konglomerat, dicirikan oleh perlapisan bersusun, bentuk butir menyudut tanggung-membundar tanggung, pemilahan buruk, penipisan lapisan batupasir ke arah atas, tebal 1-5 m. Fasies ini berasosiasi dengan sutrafanlobes dari kipas tengah dan kipas atas.
e) Batu Lempung Kerikilan, Aliran debu, Slump dan Slide
Fasies Lapisan yang didukung oleh aliran lumpur dan lengseran (Pebbly
mudstone, debris flow, slump and slides, SL). Fasies ini terdiri dari berbagai
kumpulan batuan, pasir, kerikil, kerakal dan bongkah-bongkah yang terkompaksi. Fasies ini berasosiasi dengan lingkungan pengendapan kipas atas (upper channel fill).
2. Hubungan Facies Arus Turbid
Bed load transport
merupakan mekanisme transport dimana partikel yang lebih kasar dan padat bergerak sepanjang dasar perairan baik secara menggelinding, bergeser maupun meloncat-loncat akibat pengaruh tumbukan diantara partikel dan turbulensi tetapi partikel tersebut selalu kembali ke dasar. Mekanisme transpor dapat berubah dari suspended load menjadi bed load dan sebaliknya karena adanya perubahan kecepatan aliran.
Pada mekanisme transport ini dibedakan berdasarkan tipe gerakan media pembawanya,dibagi menjadi:
a. Endapan arus pekat
Sistem arus pekat tidak banyak terjadi dikenyataannya.contohnya saja,gletser, longsoran dan aliran lahar.Sistem arus pekat dihasilkan dari kombinasi antara arus traksi dan suspensi. Sistem arus ini biasanya menghasilkan suatu endapan campuran antara pasir, lanau, dan lempung dengan jarang-jarang berstruktur silang-siur dan perlapisan bersusun. Arus pekat disebabkan karena perbedaan kepekatan (density) media. Ini bisa disebabkan karena perlapisan panas, turbiditi dan perbedaan kadar garam. Karena gravitasi, media yang lebih pekat akan bergerak mengalir di bawah media yang lebih encer. Dalam geologi, aliran arus pekat di dalam cairan dikenal dengan nama turbiditi. Sedangkan arus yang sama di dalam udara
dikenal dengan nuees ardentes atau wedus gembel, suatu endapan gas yang keluar dari gunung api.Struktru sedimen yang terbentuk yaitu:
§ Terbentuk struktur atau tekstur yang terpilah buruk
§ Struktur yang sring didapat adalah floating frame work kerangka mengambang.Sering didapatkan suatu macam graded bedding atau alignmen bongkah-bongkah dalam satu garis mungkin karena aliran laminer.
b. Endapan arus traksi
Arus traksi adalah arus suatu media yang membawa sedimen dasarnya. Pada umumnya arus traksi gravitasi lebih berpengaruh dari pada yang lainya seperti angin atau pasang-surut air laut. Sedimen yang dihasilkan oleh arus traksi ini umumnya berupa pasir yang berstruktur silang siur, dengan sifat-sifat:
· pemilahan baik
· tidak mengandung masa dasar
· ada perubahan besar butir mengecil ke atas (fining upward) atau ke bawah (coarsening upward) tetapi bukan perlapisan bersusun (graded bedding).
Dalam arus traksi dikenal dengan Rezim aliran rendah(Lower Flow Regime) dan Rezim aliran tinggi (Upper Flow Regime) keduanya memiliki hubungan terhadap arus searah terhadap silang siur. Pengaruh hidrodinamika sendiri dapat membentuk dua jenis silang siur dan dune yang berbeda. Pada kondisi hidrodinamika dimana mulai terbentuk silang siur, kemudian dune sampai dengan sebagian dari dune dirusak tererosi kembali disebut rejim alir bawah (lower flow regim). Sedangkan mulai dari sini bila kecepatan aliran terus bertambah disebut rejim alir atas (upper flow regim).
· Lower Flow Regime
Dalam rezim ini gaya dari garvitasi bumi lebih berpengaruh sehingga terbentuk onggokan-onggokan dan erosi, cara transport diseret dan jatuh bebas kedalam erosi dan sudut kemiringan dari crosslamiae adalah searah dengan arah arus.dan menghasilkan struktur sedimen:
§ Cross-lamination
§ Cross-Bed
· Upper Flow Regime
Pada rezim ini gaya momentum yang ada lebih berpengaruh dari pada gaa gravitasi bumi,Sehingga akan membentuk Onggokan ang lebih disebabkan karena penumpuan pada endapan yang lebih muka, cara transport terus menerus akibat momentum air.
Dan dari itu akan menhasilkan struktur sedimen yang
§ silang siur
§ planar-antidune
c. Endapan arus suspensi
Transport sedimen juga dipengaruhi oleh gravitasi bumi,sedimen yang dipengaruhi oleh garvitasi bumi dibagi menjadi 3 macam:
Debris flows (umumnya mud flows)
Mud flows dibagi menjadi 2 : di bawah air dan di darat
Ciri sedimen hasil mud flows:
§ sortasi jelek
§ pejal (tak berlapis)
Grain flows
Ciri sedimen hasil grain flows:
§ dikuasai kepingan (fragment dominated-sediment)
§ terpilah baik dan bebas lempung
· Fluidized flows
Ciri sedimennya:
§ tebal, non-graded clean sand
§ batas atas dan bawahnya kabur
