Petrologi #3: Petrologi #3: Batuan MetamorfBatuan Metamorf

Dr. I Wayan WarmadaDr. I Wayan WarmadaLaboratorium Bahan GalianLaboratorium Bahan Galian

Jurusan Teknik Geologi FT-UGMJurusan Teknik Geologi FT-UGMHttp://warmada.staff.ugm.ac.idHttp://warmada.staff.ugm.ac.id

Sesi 1: MetamorfosaSesi 1: Metamorfosa& Batuan Metamorf& Batuan Metamorf

Tipe Batuan Utama Tipe Batuan Utama (Rangkuman)(Rangkuman)

Batuan bekuBatuan beku terbentuk dari pendinginan magma terbentuk dari pendinginan magma atau lava di dekat atau di bawah permukaan atau lava di dekat atau di bawah permukaan Bumi.Bumi.

Batuan sedimenBatuan sedimen terbentuk dari litifikasi sedimen terbentuk dari litifikasi sedimen anorganik maupun organik yang diendapkan anorganik maupun organik yang diendapkan pada atau di dekat permukaan Bumi.pada atau di dekat permukaan Bumi.

Batuan metamorfBatuan metamorf terbentuk ketika batuan yang terbentuk ketika batuan yang telah ada sebelumnya mengalami transformasi telah ada sebelumnya mengalami transformasi menjadi batuan baru karena panas atau tekanan di menjadi batuan baru karena panas atau tekanan di bawah permukaan Bumi.bawah permukaan Bumi.

Siklus BatuanSiklus Batuan

Batuan MetamorfikBatuan Metamorfik Batuan metamorf terbentuk dari batuan asal yang Batuan metamorf terbentuk dari batuan asal yang

sudah ada yang mengalami transformasi sudah ada yang mengalami transformasi (metamorfosa) oleh panas dan tekanan jauh di bawah (metamorfosa) oleh panas dan tekanan jauh di bawah permukaan bumi atau sepanjang batas lempeng permukaan bumi atau sepanjang batas lempeng tektonik.tektonik.

Selama metamorfosa, batuan mungkin terlipat, pecah, Selama metamorfosa, batuan mungkin terlipat, pecah, atau juga meleleh sebagian menjadi suatu kondisi atau juga meleleh sebagian menjadi suatu kondisi pekat dan bergerak berubah menjadi suatu batuan pekat dan bergerak berubah menjadi suatu batuan baru.baru.

Batuan metamorf berubah kenampakan, mineralogi, Batuan metamorf berubah kenampakan, mineralogi, dan terkadang komposisi kimia dari batuan asalnya.dan terkadang komposisi kimia dari batuan asalnya.

Batuan MetamorfikBatuan Metamorfik Batuan metamorf umumnya mempunyai komposisi Batuan metamorf umumnya mempunyai komposisi

kimia yang sama dengan batuan asalnya baik sedimen kimia yang sama dengan batuan asalnya baik sedimen ataupun beku, kecuali hilangnya dan penambahan ataupun beku, kecuali hilangnya dan penambahan spesies volatil (biasanya Hspesies volatil (biasanya H22O). Metamorfosa jenis ini O). Metamorfosa jenis ini dikenal dengan dikenal dengan metamorfosa isokimiametamorfosa isokimia..

Kadang komposisi kimia batuan berubah secara Kadang komposisi kimia batuan berubah secara ekstensif, biasanya karena larutan panas yang ekstensif, biasanya karena larutan panas yang bersirkulasi pada batuan, sehingga menghasilkan bersirkulasi pada batuan, sehingga menghasilkan komposisi kimia yang kontras. Proses ini disebut komposisi kimia yang kontras. Proses ini disebut sebagai sebagai metasomatismemetasomatisme, yang menghasilkan , yang menghasilkan batuan batuan metasomatikmetasomatik..

Perubahan KimiaPerubahan KimiaPelitic sediments Basic rocks

1 2 3 4 5 6

SiO2 59,93 63,51 43,01 51,98 50,92 49,17

TiO2 0,85 0,79 2,99 1,21 0,60 1,04

Al2O3 16,62 17,35 14,55 14,48 16,83 18,02

Fe2O3 3,03 2,00 5,60 1,37 11,1 1,64

FeO 3,18 4,71 8,55 8,92 9,78 7,09

MgO 2,63 2,31 8,45 7,59 7,99 10,67

CaO 2,18 1,24 10,21 10,33 9,87 10,64

Na2O 1,73 1,96 1,82 2,04 1,15 2,74

K2O 3,54 3,35 1,02 0,84 1,12 0,63

H2O 4,34 2,42 2,87 0,88 0,96 --

CO2 2,31 0,22 -- -- -- --

1: Low grade slates; 2: High grade schists; 3: Olivine tholeiite; 4: Diabas; 5: Eclogite; 1: Low grade slates; 2: High grade schists; 3: Olivine tholeiite; 4: Diabas; 5: Eclogite; 6: Metadolerite, greenschist facies.6: Metadolerite, greenschist facies.

MetamorfosaMetamorfosa

Fresh basalt and Fresh basalt and weatheredweathered basaltbasalt

HmHm

SrpSrp

ClyCly

ChlChl

MetamorfosaMetamorfosa The IUGS-SCMR mengusulkan definisi The IUGS-SCMR mengusulkan definisi

metamorfosa berikut ini:metamorfosa berikut ini:““Metamorfosa adalah suatu proses dalam keadan Metamorfosa adalah suatu proses dalam keadan padat padat (subsolidus)(subsolidus) yang menyebabkan perubahan yang menyebabkan perubahan pada mineralogi dan/atau tekstur (sebagai contoh pada mineralogi dan/atau tekstur (sebagai contoh ukuran butir) dan sering pada komposisi kimia ukuran butir) dan sering pada komposisi kimia pada suatu batuan. Perubahan ini disebabkan oleh pada suatu batuan. Perubahan ini disebabkan oleh kondisi fisika dan/atau kimia yang berbeda dari kondisi fisika dan/atau kimia yang berbeda dari yang biasanya terjadi pada permukaan planet dan yang biasanya terjadi pada permukaan planet dan pada zona sementasi dan diagenesis di bawah pada zona sementasi dan diagenesis di bawah permukaan. Ini mungkin juga hadir bersama-permukaan. Ini mungkin juga hadir bersama-sama pelelehan sebagian sama pelelehan sebagian (partial melting)(partial melting).”.”

MetamorfosaMetamorfosa Perubahan akan panas, tekanan dan lingkungan Perubahan akan panas, tekanan dan lingkungan

kimia dari batuan dapat merubah komposisi mineral kimia dari batuan dapat merubah komposisi mineral dan tekstur kristalin, membuat batuan menjadi dan tekstur kristalin, membuat batuan menjadi metamorfik.metamorfik.

Perubahan metamorfik terjadi pada kondisi padat, Perubahan metamorfik terjadi pada kondisi padat, sehingga tidak terjadi pelelehan.sehingga tidak terjadi pelelehan.

Batuah metamorf dihasilkan dari:Batuah metamorf dihasilkan dari: Batuan beku,Batuan beku, Batuan sedimen,Batuan sedimen, Batuan metamorf yang lainnyaBatuan metamorf yang lainnya

MetamorfosaMetamorfosa Metamorfosa terjadi secara bertahap dari tingkat Metamorfosa terjadi secara bertahap dari tingkat

rendah rendah (low-grade)(low-grade) sampai tingkat tinggi sampai tingkat tinggi (high-(high-grade)grade)

Selama metamorfosa (transformasi) batuan dalam Selama metamorfosa (transformasi) batuan dalam keadaan padatkeadaan padat

Metamorfosa dicirikan oleh:Metamorfosa dicirikan oleh: Pertumbuhan mineral baru dari mineral Pertumbuhan mineral baru dari mineral

sebelumnya melalui rekristalisasi,sebelumnya melalui rekristalisasi, Deformasi dari mineral sebelumnya Deformasi dari mineral sebelumnya

(perubahan bentuk dan orientasi)(perubahan bentuk dan orientasi)

Pertumbuhan mineral baruPertumbuhan mineral baru

Sekis mika garnetanSekis mika garnetan

Kristal garnetKristal garnet

Batas MetamorfosaBatas Metamorfosa

Batas-temperatur bawahBatas-temperatur bawah metamorfosa metamorfosa (diagenesis)(diagenesis) Proses tidak dapat dibedakan dengan Proses tidak dapat dibedakan dengan

diagenesisdiagenesis Metamorfosa mulai pada kisaran suhu 100-Metamorfosa mulai pada kisaran suhu 100-

150150°°C pada tipe C pada tipe protolithprotolith yang tidak stabil. yang tidak stabil. Beberapa zeolit terbentuk oleh proses Beberapa zeolit terbentuk oleh proses

diagenesis dan yang lainnya metamorfik.diagenesis dan yang lainnya metamorfik.

Batas MetamorfosaBatas Metamorfosa

Batas-temperatur tinggiBatas-temperatur tinggi, transisi ke pelelehan , transisi ke pelelehan (melting)(melting):: Ketika pelelehan antara padatan dan cairan Ketika pelelehan antara padatan dan cairan

hadir bersama-samahadir bersama-sama Xenolith, restit, dan material yang lain hadirXenolith, restit, dan material yang lain hadir MigmatitMigmatit (“mixed rocks”) hadir secara (“mixed rocks”) hadir secara

gradasional.gradasional.

Batas MetamorfosaBatas Metamorfosa

Agen MetamorfismAgen Metamorfism

Panas internal Bumi:Panas internal Bumi: Merupakan agen penting,Merupakan agen penting, Ada dua sumber panas:Ada dua sumber panas:

Panas dari magma (metamorfosa kontak),Panas dari magma (metamorfosa kontak), Peningkatan suhu karena gradien geotermal Peningkatan suhu karena gradien geotermal

(dangkal, 20(dangkal, 20°°C/km; dalam, 50C/km; dalam, 50°°C/km)C/km) Laju = 20Laju = 20°° sampai 60 sampai 60°°C per km (tergantung C per km (tergantung

gradien geotermal suatu daerah),gradien geotermal suatu daerah), Pada kedalaman 15 km, suhu mencapai 450Pada kedalaman 15 km, suhu mencapai 450°C.°C.

TemperaturTemperatur: : merupakan faktor merupakan faktor yang penting pada yang penting pada metamorfosametamorfosa

Kenaikan temperatur Kenaikan temperatur menyebabkan:menyebabkan: RekristalisasiRekristalisasi Reaksi endotermikReaksi endotermik Mengatasi peng-Mengatasi peng-

halang kinetikhalang kinetik

Agen MetamorfosaAgen Metamorfosa

Agen MetamorfosaAgen Metamorfosa Tekanan dan suhu meningkat seiring Tekanan dan suhu meningkat seiring

kedalaman pada semua daerahkedalaman pada semua daerah

Agen MetamorfosaAgen Metamorfosa Body force (confining Body force (confining

pressure)pressure) – Tekanan se- – Tekanan se-ragam bekerja tenaga ragam bekerja tenaga yang sama ke segala yang sama ke segala arah (gravitasi dan arah (gravitasi dan berat).berat).

Surface force (differen-Surface force (differen-tial stress)tial stress) – Batuan – Batuan mungkin juga meng-mungkin juga meng-alami tekanan yang alami tekanan yang tidak sama pada arah tidak sama pada arah yang berbeda-bedayang berbeda-beda

Agen MetamorfosaAgen Metamorfosa

Fol

i asi

dan

pem

ben

tuk a

nny a

Fol

i asi

dan

pem

ben

tuk a

nny a

Pengaruh 'directed pressure' Pengaruh 'directed pressure' pada mineralpada mineral

RotasiRotasi Deformasi dalam kristalDeformasi dalam kristal Disolusi dan presipitasi Disolusi dan presipitasi

kristalkristal

RotasiRotasiDeformasi Deformasi dalam dalam kristalkristal

Disolusi & Disolusi & presipitasi presipitasi kristalkristal

σσ11 > > σσ22 = = σσ3 3 →→ foliasi dan tanpa lineasi foliasi dan tanpa lineasi σσ11 = = σσ22 > > σσ3 3 →→ lineasi dan tanpa foliasi lineasi dan tanpa foliasi σσ11 > > σσ22 > > σσ3 3 →→ baik foliasi maupun lineasi baik foliasi maupun lineasi

FoliasiFoliasi merupakan suatu hasil yang umum, yang merupakan suatu hasil yang umum, yang dapat digunakan untuk mengestimasi dapat digunakan untuk mengestimasi orientasiorientasi σσ11

FluidaFluida:: Membantu mengangkut unsur dari kristal yang Membantu mengangkut unsur dari kristal yang

satu ke kristal yang metamorfik yang baru satu ke kristal yang metamorfik yang baru (meningkatkan migrasi ion terutama pada fase (meningkatkan migrasi ion terutama pada fase hidrus atau karbonat)hidrus atau karbonat)

Terutama air dengan komponen volatil. Reaksi Terutama air dengan komponen volatil. Reaksi yang melibatkan volatil terjadi pada temperatur yang melibatkan volatil terjadi pada temperatur dan tekanan yang membutuhkan tekanan fluida dan tekanan yang membutuhkan tekanan fluida tertentu.tertentu.

Agen MetamorfosaAgen Metamorfosa

Macam-macam MetamorfosaMacam-macam Metamorfosa Metamorfosa kontakMetamorfosa kontak atau atau termaltermal,,

Dihasilkan dari naiknya suhu di dalam hostrockDihasilkan dari naiknya suhu di dalam hostrock Metamorfosa regionalMetamorfosa regional,,

Terjadi selama pembentukan pegunungan,Terjadi selama pembentukan pegunungan, Menghasilkan volume batuan metamorf yang Menghasilkan volume batuan metamorf yang

sangat besarsangat besar Metamorfosa terpendam (burial)Metamorfosa terpendam (burial),,

Terjadi pada dasar dari batuan sedimen yang tebalTerjadi pada dasar dari batuan sedimen yang tebal Metamorfosa hidrotermalMetamorfosa hidrotermal,,

Alterasi kimia oleh air panas, dan kaya ion.Alterasi kimia oleh air panas, dan kaya ion.

Depth,Depth,kmkm

00

3535

7575

Asthenosphere

Asthenosphere

Continental mantle lithosphere

Continental mantle lithosphere

Continental crust

Continental crust

OceanicOceaniccrustcrust

OceanicOceaniclithospherelithosphere

Macam-macam MetamorfosaMacam-macam Metamorfosa

Depth,Depth,kmkm

00

3535

7575

Asthenosphere

Asthenosphere

Continental mantle lithosphere

Continental mantle lithosphere

Continental crust

Continental crust

OceanicOceaniccrustcrust

OceanicOceaniclithospherelithosphere

ShockShockmetamorphismmetamorphism

Depth,Depth,kmkm

00

3535

7575

Asthenosphere

Asthenosphere

Continental mantle lithosphere

Continental mantle lithosphere

Continental crust

Continental crust

OceanicOceaniccrustcrust

OceanicOceaniclithospherelithosphere

ShockShockmetamorphismmetamorphism

RegionalRegionalmetamorphismmetamorphism

Depth,Depth,kmkm

00

3535

7575

Asthenosphere

Asthenosphere

Continental mantle lithosphere

Continental mantle lithosphere

Continental crust

Continental crust

OceanicOceaniccrustcrust

OceanicOceaniclithospherelithosphere

ShockShockmetamorphismmetamorphism

RegionalRegionalmetamorphismmetamorphism High-pressureHigh-pressure

metamorphismmetamorphism

Depth,Depth,kmkm

00

3535

7575

Asthenosphere

Asthenosphere

Continental mantle lithosphere

Continental mantle lithosphere

Continental crust

Continental crust

OceanicOceaniccrustcrust

OceanicOceaniclithospherelithosphere

ShockShockmetamorphismmetamorphism

RegionalRegionalmetamorphismmetamorphism High-pressureHigh-pressure

metamorphismmetamorphismContactContactmetamorphismmetamorphism

Depth,Depth,kmkm

00

3535

7575

Asthenosphere

Asthenosphere

Continental crust

Continental crust

OceanicOceaniccrustcrust

OceanicOceaniclithospherelithosphere

ShockShockmetamorphismmetamorphism

RegionalRegionalmetamorphismmetamorphism High-pressureHigh-pressure

metamorphismmetamorphismContactContactmetamorphismmetamorphism

BurialBurialmetamorphismmetamorphism

Continental mantle lithosphere

Continental mantle lithosphere

Depth,Depth,kmkm

00

3535

7575

Asthenosphere

Asthenosphere

Continental crust

Continental crust

OceanicOceaniccrustcrust

OceanicOceaniclithospherelithosphere

ShockShockmetamorphismmetamorphism

RegionalRegionalmetamorphismmetamorphism High-pressureHigh-pressure

metamorphismmetamorphismContactContactmetamorphismmetamorphism

BurialBurialmetamorphismmetamorphism

Continental mantle lithosphere

Continental mantle lithosphere

WaterWater

SeafloorSeafloormetamorphismmetamorphism

Metamorfosa KontakMetamorfosa Kontak

Sekitar intrusi batuan bekuSekitar intrusi batuan beku Efek panas (Efek panas (±± metasomatik) dari magma panas metasomatik) dari magma panas

yang mengintrusi batuan dingin yang dangkalyang mengintrusi batuan dingin yang dangkal Terjadi pada rentang tekanan yang beragam, Terjadi pada rentang tekanan yang beragam,

mulai dari yang paling rendahmulai dari yang paling rendah Kontak Kontak aureoleaureole..

Pentingnya batuan asalPentingnya batuan asal Sebagian besar batuan metamorf secara umum Sebagian besar batuan metamorf secara umum

mempunyai komposisi kimia sebagaimana batuan asal mempunyai komposisi kimia sebagaimana batuan asal dari mana dia terbentukdari mana dia terbentuk

Pembentukan mineral menentukan derajat dimana Pembentukan mineral menentukan derajat dimana agen metamorfik menyebabkan perubahanagen metamorfik menyebabkan perubahan

Contoh batuan asal dan hasil metamorfiknya:Contoh batuan asal dan hasil metamorfiknya:

SandstoneSandstone QuartziteQuartziteSedimentarySedimentary MetamorphicMetamorphic

GraniteGranite GneissGneiss IgneousIgneous MetamorphicMetamorphic

LimestoneLimestone MarbleMarble SedimentarySedimentary MetamorphicMetamorphic

Macam-macam ProtolithMacam-macam Protolith

Macam-macam tipe batuan sedimen dan beku Macam-macam tipe batuan sedimen dan beku dibagi menjadi 6 kelompok berdasarkan kimia:dibagi menjadi 6 kelompok berdasarkan kimia: UltramafikUltramafik – Mg, Fe, Ni, Cr sangat tinggi – Mg, Fe, Ni, Cr sangat tinggi MafikMafik – Fe, Mg, dan Ca tinggi – Fe, Mg, dan Ca tinggi Shale (pelitic)Shale (pelitic) – Al, K, Si tinggi – Al, K, Si tinggi KarbonatKarbonat – Ca, Mg, CO – Ca, Mg, CO22

KuarsaKuarsa – mendekati SiO – mendekati SiO22 murni murni Quartzo-felspathicQuartzo-felspathic – Si, Na, K, Al tinggi – Si, Na, K, Al tinggi

Tektonik Lempeng dan Tektonik Lempeng dan MetamorfosaMetamorfosa

Metamorfosa terjadi pada atau dekat dengan:Metamorfosa terjadi pada atau dekat dengan: Plate interiors,Plate interiors, Divergent plate margins,Divergent plate margins, Convergent plate margins,Convergent plate margins, Transform plate marginsTransform plate margins

Low P,Low P,Low TLow T

High P,High P,High THigh T

Tectonic transport moves Tectonic transport moves rocks through different rocks through different pressure-temperature pressure-temperature zones, …zones, …

Low P,Low P,Low TLow T

High P,High P,High THigh T

Tectonic transport moves Tectonic transport moves rocks through different rocks through different pressure-temperature pressure-temperature zones, …zones, …

……and then transports themand then transports themback to the shallow crust or back to the shallow crust or the surface.the surface.

ReferensiReferensi

Best, M.G. (2003) Best, M.G. (2003) Igneous and Metamorphic PetrologyIgneous and Metamorphic Petrology. . Blackwell Publishing, Melden, 729h.Blackwell Publishing, Melden, 729h.

Grotzinger, J. and Jordan, T.H. (2010) Grotzinger, J. and Jordan, T.H. (2010) Understanding Understanding EarthEarth. 6. 6thth Edition. W.H. Freeman. Edition. W.H. Freeman.

Hefferan, K. and O'Brien, J. (2010) Hefferan, K. and O'Brien, J. (2010) Earth MaterialsEarth Materials. . Willey-Blackwell, Chichester, 608h.Willey-Blackwell, Chichester, 608h.

Tarbuck, E.J. and Lutgens, F.K. (2007) Tarbuck, E.J. and Lutgens, F.K. (2007) Earth: An Earth: An Introduction to Physical Geology.Introduction to Physical Geology., Pearson – Prentice , Pearson – Prentice Hall, New Jersey, 681h. Hall, New Jersey, 681h.