Transportasi Sedimen

Sedimen tertransportasi oleh bermacam-macam agen termasuk gravitasi, air yang mengalir, angin dan es yang bergerak (gletser). Sediment tersebut akan berpindah dari asalnya ke tempat-tempat pengendapan yang beragam. Di tempat tersebut sedimen diendapkan dalam berbagai macam litofasies yang karakternya tergantung pada lingkungan pengendapannya. Setelah pengendapan dan terjadinya timbunan sedimen, akumulasi sedimen itu mengalami diagenesis. Proses-peroses fisika, kimia dan biologi mengakibatkan: (1) perubahan dari sediment menjadi batuan sediment, (2) terjadinya modifikasi pada tekstur dan mineralogi pada batuan.

Transportasi sedimen dimulai ketika material terlapukkan dan ion terlarut. Transportasi material yang terlarut disebut transportasi larutan atau aliran fluida, sedangkan material padat tertransportasi melalui transportasi mekanik. . Transportasi mekanik diantaranya transportasi gravitasi, falling, sliding, rolling, bouncing (saltation), flowing dan transportasi suspensi. Transport sedimen oleh aliran fluida dapat dibedakan menjadi dua tahap dimana pertama adalah proses erosi dan pengangkatan sedimen dari dasar saluran. Kedua adalah kemampuan sedimen untuk tetap berada di dalam tubuh aliran. Transportasi sedimen tergantung pada sifat fisik dari agen transportasi, sifat material, sifat fisik dari campuran agen transportasi dan material, dan gaya yang menyebabkan transportasi. Dua sifat yang mempengaruhi media untuk mengangkut partikel sedimen adalah berat jenis (density) dan kekentalan (viscosity) media. Berat jenis media akan mempengaruhi gerakan media, terutama cairan. Sebagai contoh air sungai yang bergerak turun karena berat jenis yang langsung berhubungan dengan gravitasi. Sedangkan kekentalan akan berpengaruh pada kemampuan media untuk mengalir.

Transportasi sedimen yang tidak signifikan melibatkan media disekitarnya adalah jatuhan partikel dari tempat yang lebih tinggi akibat gravitasi. Jatuhan batuan menghasilkan penimbunan sedimen di dasar lereng, biasanya secara umum terdiri dari debris kasar yang kemudian tidak mengalami proses sedimentasi kembali. Akumulasi ini terlihat sebagai scree (akumulasi debris batuan di dasar tebing , bukit yang membentuk timbunan) di sepanjang sisi sisi lembah 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 30º dan 35º dari bidang horizontal. Endapan scree berada di daerah pegunungan dan terkadang di sepanjang pantai : endapan ini jarang terawetkan di dalam rekaman stratigrafi.

Transportasi dan Sedimentasi Material Sedimen oleh Aliran Gravitasi

Gravitasi merupakan agen utama yang mengakibatkan transportasi pada landslides dan massflow. Pada pergerakan masa subaeria (falls, slides, slumps, avalanches, mudflows, dan subaerial debris flows) dan submarine debris flow transportasi terjadi ketika gaya yang menahan (resisting force) terlampaui. Pada falls, slides, slumps dan avalanches, retakan dihasilkan ketika batuan kehilangan gaya kohesi antara partikelnya yang kemudian bergerak dan berhenti ketika energinya habis. Sedimen yang dihasilkan berupa breksi yang terpilah buruk, tidak berlapis.

Pada transportasi ini partikel sediment tertransport langsung oleh pengaruh gravitasi, disini material akan bergerak lebih dulu baru kemudian medianya. Jadi disini partikel bergerak tanpa batuan fluida, partikel sedimen akan bergerak karena terjadi perubahan energi potensial gravitasi menjadi energi kinetik. Yang termasuk dalam sediment gravity flow antara lain adalah debris flow, grain flow dan arus turbid. Deposisi sediment oleh gravity flow akan menghasilkan produk yang berbeda dengan deposisi sediment oleh fluida flow karena pada gravity flow transportasi dan deposisi terjadi dengan cepat sekali akibat pengaruh gravitasi. Batuan sedimen yang dihasilkan oleh proses ini umumnya akan mempunyai sortasi yang buruk dan memperlihatkan struktur deformasi.

Pada debris flows, mudflows dan olisostrom seluruh masa diendapkan sekali. Pergerakannya biasanya berlangsung ketika terdapat air yang mengakibatkan gaya gesek antar partikel mengecil dan mengakibatkan massa meluncur dan terendapkan dengan tidak beraturan. Produk yang dihasilkan terpilah buruk, banyak material lumpur dan lapisan biasanya tebal serta massive.

Sedimen yang bergerak karena pengaruh gaya gravitasi ini, ada 4 macam sedimen :

• Debris flows (umumnya mud flows)
• Grain flows
• Fluidized flows
• Turbidity Current

-          Debris flow / Mud flows (interparticle interaction)

Debris flow dan mudflow merupakan aliran sedimen gravitasi pada tipe aliran fluida Bingham Plastic, dimana aliran ini terdiri atas campuran partikel yang berukuran pasir halus dan lempung yang membentuk lumpur dengan kekentalan yang memungkinkan untuk mengangkut material yang berukuran sangat kasar seperti boulder. Aliran ini sering terjadi pada daerah yang beriklim kering (arid) atau agak kering (semi arid) setelah terjadinya hujan yang lebat. Contoh yang sering terjadi pada daerah gunungapi adalah aliran lahar yang disusun oleh material hasil erupsi gunungapi.

Ciri sedimen hasil mud flows:

·       Dominan terdiri atas sedimen berukuran matrik (matrix-dominated sediment)

·       sortasi jelek

·       pejal (tak berlapis)

-          Grain flows (grain interaction)

Grain flow adalah aliran dari butiran sediment yang inkohesif yang terdapat pada lereng yang curam. Aliran ini terjadi ketika akumulasi sedimen melebihi gaya gesek antar partikel dan ketika gempa bumi terjadi. Endapan yang dihasilkan berupa pasir yang terpilah baik, tak berstruktur sampai berlaminasi berlangsung secara lokal.

Ciri sedimen hasil grain flows:

·         Dominan terdiri atas fragmen sedimen (fragment dominated-sediment)

·         terpilah baik dan bebas lempung

-       Fluidized flows

Aliran cairan kental terjadi apabila material sedimen lepas mengalir bersama dengan cairan sebagai suspensi dan membentuk cairan dengan kekentalan tinggi. Cairan ini dapat mengalir dengan kecepatan tinggi pada kemiringan sekitar 3 derajat.

Ciri sedimennya:

·            tebal, non-graded clean sand

·            bersortasi jelek

·            batas atas dan bawahnya kabur

·            umumnya terdapat struktur sedimen dish structures, pipes, dan sand volcano.

-       Turbidity Current

Turbidity current merupakan arus gravitasi yang meluncur dari suatu lereng di dalam tubuh air (laut atau danau). Mekanisme terbentuknya ada dua yaitu :

-          Arus turbid terbentuk pada tepian kontinen akibat adanya gempa bumi atau badai yang terjadi pada paparan benua (continental shelves).

-          Arus turbid terjadi akibat aliran tetap uniform (steady uniform flow) dari fluida yang densitasnya besar dan mengalir di bawah fluida yang densitasnya lebih kecil.

Transportasi dan Sedimentasi  Material Sedimen Kimia

Ion dan molekul yang dihasilkan dari dekomposisi akan menjadi bagian dari larutan dalam air tanah dan air permukaan. Selama perpindahan larutan mungkin mengalami pengenceran, pengkonsentrasian dan perubahan dalam kimianya karena reaksi dengan batuan yang dilaluinya. Jika bereaksi dengan batuan atau sediment, batuan dan sediment mengalami perubahan diagenesis. Presipitasi kimia yang terjadi selama diagenesis merupakan salah satu bentuk pengendapan kimia. Maka sedimen kimia dibentuk dari material yang diangkut dengan pelarutan yang terjadi pada batuan yang telah ada sebelumnya. Proses pelarutan ini sangat tergantung dari kemampuan air untuk  melarutkan material dan resistensi material itu sendiri terhadap proses pelarutan. Setelah mengalami pelarutan maka material terlarut akan tertransportasi mengikuti aliran fluida sampai ke lingkungan pengendapannya. Proses transportasi dari material sedimen kimia ini biasanya terjadi melalui jenis transportasi suspensi dimana material tersebut tersuspensi dalam fluida (air).

Pengangkutan Unsur - Unsur Kimia

            Batuan asal yang mengalami proses pelapukan kimia akan melepaskan unsur-unsur penyusunnya. Unsur-unsur tersebut larut dan terangkut oleh air permukaan langsung ke sungai, atau oleh airtanah, yang kemudian tertransportasi menuju sungai dan ke lautan.

            Sebagian besar material yang terlarut di dalam air sungai akan langsung diangkut ke laut tetap sebagai larutan. Beberapa unsur kimia dapat diangkut bersama dengan organisme yang menyerap ion-ion seperti ion Fe dan ion logam lainnya. Selain itu, ada juga unsur kimia lainnya yang terangkut sebagai koloid, yang mempunyai ukuran yang sangat halus sekitar 10^-3 – 10^-6 mm dan bermuatan listrik, seperti unsur silika, Fe hidroksida, karbonat, dan material organik.

Pengendapan Unsur-Unsur Terlarut

            Pembentukan batuan sedimen dikontrol oleh kondisi kimia seperti Eh (Potensial oksidasi dan reduksi) dan pH (sifat keasaman dan kebasahan larutan) dan kontrol biokimia seperti penyerapan kalsium karbonat oleh organisme laut seperti algae, koral, dan moluska untuk membangun cangkang dan rangkanya, penyerapan silica oleh radiolaria untuk membangun cangkangnya, penyerapan CO₂ oleh tumbuhan laut seperti alga hijau-biru untuk berfotosintesis.  

MEKANISME TRANSPORTASI SEDIMEN

Ada dua kelompok cara mengangkut sedimen dari batuan induknya ke tempat pengendapannya, yakni supensi (suspendedload) dan bedload transport. Di bawah ini diterangkan secara garis besar ke duanya.

1.    Suspensi
Dalam teori segala ukuran butir sedimen dapat dibawa dalam suspensi, jika arus cukup kuat. Akan tetapi di alam, kenyataannya hanya material halus saja yang dapat diangkut suspensi. Sifat sedimen hasil pengendapan suspensi ini adalah mengandung prosentase masa dasar yang tinggi sehingga butiran tampak mengambang dalam masa dasar dan umumnya disertai memilahan butir yang buruk. Cirilain dari jenis ini adalah butir sedimen yang diangkut tidak pernah menyentuh dasar aliran.

2.    Bedload transport

Berdasarkan tipe gerakan media pembawanya, sedimen dapat dibagi menjadi:

• endapan arus traksi
• endapan arus pekat (density current) dan
• endapan suspensi.

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).

 Kenyataannya  di alam, transport dan pengendapan sedimen tidak hanya dikuasai oleh mekanisme tertentu saja, misalnya arus traksi saja atau arus pekat saja, tetapi lebih sering merupakan gabungan berbagai mekanisme. Malahan dalam berbagai hal, merupakan gabungan antara mekanik dan kimiawi. Beberapa sistem seperti itu adalah:

• sistem arus traksi dan suspensi
• sistem arus turbit dan pekat
• sistem suspensi dan kimiawi.

MEKANISME GERAKAN SEDIMEN

Pada dasarnya butir-butir sedimen bergerak di dalam media pembawa, baik berupa cairan maupun udara, dalam 3 cara yang berbeda: menggelundung (rolling), menggeser (bouncing) dan larutan (suspension) seperti gambar 2.

Gambar 2. Mekanisme gerakan sedimen dimana A adalah pergerakan sedimen dalam larutan (suspension), B adalah pergerakan sedimen dengan cara menggelinding (rolling), C adalah pergerakan sedimen dengan cara menggeser (bouncing).