Transport Of Chemical Element In Sediment / Transpor Elemen Kimia di dalam Sedimen

Sedimentasi merupakan masuknya muatan sedimen ke dalam suatu lingkungan perairan tertentu melalui media air dan diendapkan di dalam lingkungan tersebut. Sedimentasi yang terjadi di lingkungan pantai menjadi persoalan bila terjadi di lokasi-lokasi yang terdapat aktifitas manusia yang membutuhkan kondisi perairan yang dalam seperti pelabuhan, dan alur-alur pelayaran, atau yang membutuhkan kondisi perairan yang jernih seperti tempat wisata, ekosistem terumbu karang atau padang lamun.

Batuan sedimen adalah salah satu dari tiga kelompok utama batuan (bersama dengan batuan beku dan batuan metamorfosis) yang terbentuk melalui tiga cara utama: pelapukan batuan lain (clastic); pengendapan (deposition) karena aktivitas biogenik; dan pengendapan (precipitation) dari larutan. Jenis batuan umum seperti batu kapur, batu pasir, dan lempung, termasuk dalam batuan endapan. Batuan endapan meliputi 75% dari permukaan bumi. Sebelum mengetahui bagaimana sedimen terangkut dan terendapkan dalam suatu cekungan mungkin ada baiknya kita dapat memahami prinsip apa saja yang bisa kita temukan dalam batuan sedimen. Prinsip-prinsip tersebut sangatlah beragam diantaranya prinsip uniformitarianism. Prinsip penting dari uniformitarianism adalah proses-proses geologi yang terjadi sekarang juga terjadi di masa lampau. Prinsip ini diajukan oleh Charles Lyell di tahun 1830. Dengan menggunakan prinsip tersebut dalam mempelajari proses-proses geologi yang terjadi sekarang, kita bisa memperkirakan beberapa hal seperti kecepatan sedimentasi, kecepatan kompaksi dari sedimen, dan juga bisa memperkirakan bagaimana bentuk geologi yang terjadi dengan proses-proses geologi tertentu.

Faktor-faktor yang mengontrol terbentuknya sedimen adalah iklim, topografi, vegetasi dan juga susunan yang ada dari batuan. Sedangkan faktor yang mengontrol pengangkutan sedimen adalah air, angin, dan juga gaya grafitasi. Sedimen dapat terangkut baik oleh air, angin, dan bahkan salju. Mekanisme pengangkutan sedimen oleh air dan angin sangatlah berbeda. Pertama, karena berat jenis angin relatif lebih kecil dari air maka angin sangat susah mengangkut sedimen yang ukurannya sangat besar. Besar maksimum dari ukuran sedimen yang mampu terangkut oleh angin umumnya sebesar ukuran pasir. Kedua, karena sistem yang ada pada angin bukanlah sistem yang terbatasi (confined) seperti layaknya channel atau sungai maka sedimen cenderung tersebar di daerah yang sangat luas bahkan sampai menuju atmosfer.   Sedimen-sedimen yang ada terangkut sampai di suatu tempat yang disebut cekungan. Di tempat tersebut sedimen sangat besar kemungkinan terendapkan karena daerah tersebut relatif lebih rendah dari daerah sekitarnya dan karena bentuknya yang cekung ditambah akibat gaya grafitasi dari sedimen tersebut maka susah sekali sedimen tersebut akan bergerak melewati cekungan tersebut. Dengan semakin banyaknya sedimen yang diendapkan, maka cekungan akan mengalami penurunan dan membuat cekungan tersebut semakin dalam sehingga semakin banyak sedimen yang terendapkan. Penurunan cekungan sendiri banyak disebabkan oleh penambahan berat dari sedimen yang ada dan kadang dipengaruhi juga struktur yang terjadi di sekitar cekungan seperti adanya patahan. sedimen yang di jumpai di dasar lautan dapat berasal dari beberapa sumber yaitu:

1.   Sedimen Lithogenous yaitu sedimen yang berasal dari erosi pantai dan material hasil erosi daerah upland. Material ini dapat sampai ke dasar laut melalui proses mekanik, yaitu tertransport oleh arus sungai dan atau arus laut dan akan terendapkan jika energi mentransforkan telah melemah.

2.   Sedimen Biogenous yaitu sedimen yang bersumber dari sisa-sisa organisme yang hidup seperti cangkang dan rangka biota laut serta bahan-bahan organik yang mengalami dekomposisi. Komposisi dari cangkang organisme laut adalah Ca²⁺, Mg²⁺, CO₃^2-, SO₄^2-, PO₄^3-, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, Sr²⁺, Ba²⁺ dan materi organik.

3.  Sedimen  Hydreogenous yaitu sedimen yang terbentuk karena adanya proses pengendapan atau mineralisasi elemen-elemen kimia terlarut dalam laut. Bentuk dari sedimen ini berupa bongkahan atau nodul-nodul mangan (Mn) dan besi (Fe)yang terbentuk di dasar laut.

Air Jebakan Sedimen dan Diagenesis

            Sedimen mengandung air yang disebut dengan air jebakan (interstitial water atau pore water). Banyak sedikitnya kandungan air jebakan bergantung pada ukuran partikel sedimen. Besar kecillnya ukuran partikel menentukan pula kapasitas adsorpsi oksigen terlarut dalam sedimen. Dengan demikian keberadaan air jebakan, bahan organik mudah urai (degradable) dan kandungan oksigen terlarut berperan dalam menentukan status reduksi dan oksidasi di sedimen.

            Diagenesis merupakan sejumlah proses rekronstruksi yang mengakibatkan perubahan-perubahan terhadap sedimen membentuk produk baru setelah terjadi pengendapan atau deposisi materi, yang disebabkan oleh tekanan maupun temperatur (Webster’s Dictionary, 1986). Sedangkan menurut Berner (1980, dalam Chester, 1990) diagenesis diartikan pula sebagai sejumlah proses yang membawa perubahan dalam sedimen atau batuan sedimen (sedimentary rock) terhadap materi yang terendapkan.

Distribusi Sedimen Laut

Sedimen yang masuk ke dalam laut dapat terdistribusi pada :

1. Daerah perairan dangkal, seperti endapan yang terjadi pada paparan benua (Continental Shelf) dan lereng benua (Continental Slope). Dijelaskan oleh Hutabarat (1985) dan Bhatt (1978) bahwa ‘Continental Shelf’ adalah suatu daerah yang mempunyai lereng landai kurang lebih 0,4^o dan berbatasan langsung dengan daerah daratan, lebar dari pantai 50 – 70 km, kedalaman maksimum dari lautan yang ada di atasnya di antara 100 – 200 meter. ‘Continental Slope’ adalah daerah yang mempunyai lereng lebih terjal dari continental shelf, kemiringannya anatara 3 – 6 ^o.

2. Daerah perairan dalam, seperti endapan yang terjadi pada laut dalam.

Endapan Sedimen pada Perairan Dangkal

Pada umumnya ‘Glacial Continental Shelf’ dicirikan dengan susunan utamanya campuran antara pasir, kerikil, dan batu kerikil. Sedangkan ‘Non Glacial Continental Shelf’’ endapannya biasanya mengandung lumpur yang berasal dari sungai. Di tempat lain (continental shelf) dimana pada dasar laut gelombang dan arus cukup kuat, sehingga material batuan kasar dan kerikil biasanya akan diendapkan.

Sebagian besar pada ‘Continental slope’ kemiringannya lebih terjal sehingga sedimen tidak akan terendapkan dengan ketebalan yang cukup tebal. Daerah yang miring pada permukaannya dicirikan berupa batuan dasar (bedrock) dan dilapisi dengan lapisan lanau halus dan lumpur. Kadang permukaan batuan dasarnya tertutupi juga oleh kerikil dan pasir.

Endapan Sedimen pada Perairan Laut Dalam

Sedimen laut dalam dapat dibagi menjadi 2 yaitu Sedimen Terigen Pelagis dan Sedimen Biogenik Pelagis.

1. Sedimen Biogenik Pelagis

Dengan menggunakan mikroskop terlihat bahwa sedimen biogenik terdiri atas berbagai struktur halus dan kompleks. Kebanyakan sedimen itu berupa sisa-sisa fitoplankton dan zooplankton laut. Karena umur organisme plankton hannya satu atau dua minggu, terjadi suatu bentuk ‘hujan’ sisa-sisa organisme plankton yang perlahan, tetapi kontinue di dalam kolam air untuk membentuk lapisan sedimen. Pembentukan sedimen ini tergantung pada beberapa faktor lokal seperti kimia air dan kedalaman serta jumlah produksi primer di permukaan air laut. Jadi, keberadan mikrofil dalam sedimen laut dapat digunakan untuk menentukan kedalaman air dan produktifitas permukaan laut pada zaman dulu.

2. Sedimen Terigen Pelagis

Hampir semua sedimen Terigen di lingkungan pelagis terdiri atas materi-materi yang berukuran sangat kecil. Ada dua cara materi tersebut sampai ke lingkungan pelagis. Pertama dengan bantuan arus turbiditas dan aliran grafitasi. Kedua melalui gerakan es yaitu materi glasial yang dibawa oleh bongkahan es ke laut lepas dan mencair. Bongkahan es besar yang mengapung, bongkahan es kecil dan pasir dapat ditemukan pada sedimen pelagis yang berjarak beberapa ratus kilometer dari daerah gletser atau tempat asalnya.

Proses Pembentukkan Batuan Sedimen

Batuan sedimen terbentuk dari batuan-batuan yang telah ada sebelumnya oleh kekuatan-kekuatan yaitu pelapukan, gaya-gaya air, pengikisan-pengikisan angina angina serta proses litifikasi, diagnesis, dan transportasi, maka batuan ini terendapkan di tempat-tempat yang relatif lebih rendah letaknya, misalnya: di laut, samudera, ataupun danau-danau. Mula-mula sediment merupakan batuan-batuan lunak,akan tetapi karena proses diagnosi sehingga batuan-batuan lunak tadi akan menjadi keras.

Proses diagnesis adalah proses yang menyebabkan perubahan pada sediment selama terpendamkan dan terlitifikasikan, sedangkan litifikasi adalah proses perubahan material sediment menjadi batuan sediment yang kompak. Proses diagnesis ini dapat merupakan kompaksi yaitu pemadatan karena tekanan lapisan di atas atau proses sedimentasi yaitu perekatan bahan-bahan lepas tadi menjadi batuan keras oleh larutan-larutan kimia misalnya larutan kapur atau silisium. Sebagian batuan sedimen terbentuk di dalam samudera. Bebrapa zat ini mengendap secara langsung oleh reaksi-reaksi kimia misalnya garam (CaSO₄.nH₂O). adapula yang diendapkan dengan pertolongan jasad-jasad, baik tumbuhan maupun hewan.

Batuan endapan yang langsung dibentuk secara kimia ataupun organik mempunyai satu sifat yang sama yaitu pembentukkan dari larutan-larutan. Disamping sedimen-sedimen di atas, adapula sejenis batuan sejenis batuan endapan yang sebagian besar mengandung bahan-bahan tidak larut, misalnya endapan puing pada lereng pegunungan-pegunungan sebagai hasil penghancuran batuan-batuan yang diserang oleh pelapukan, penyinaran matahari, ataupun kikisan angin. Batuan yang demikian disebut eluvium dan alluvium jika dihanyutkan oleh air, sifat utama dari batuan sedimen adalah berlapis-lapisdan pada awalnya diendapkan secara mendatar.

Lapisan-lapisan ini tebalnya berbeda-beda dari beberapa centimeter sampai beberapa meter. Di dekat muara sungai endapan-endapan itu pada umunya tebal, sedang semakin maju ke arah laut endapan-endapan ini akan menjadi tipis(membaji) dan akhirnya hilang. Di dekat pantai, endapan-endapan itu biasanya merupakan butir-butir besar sedangkan ke arah laut kita temukan butir yang lebih halus lagi.ternyata lapisan-lapisan dalam sedimen itu disebabkan oleh beda butir batuan yang diendapkan. Biasanya di dekat pantai akan ditemukan batupasir, lebih ke arah laut batupasir ini berganti dengan batulempung, dan lebih dalam lagi terjadi pembentukkan batu gamping (Katili dan Marks).

Mobilitas Elemen dalam Sedimen

Air yang terperangkap dalam sedimen berfungsi sebagai media dimana terjadi kelarutan, solidifikasi, adsorpsi-desorpsi, absorpsi, oksidasi-reduksi dan transpor elemen. Proses diatas termasuk diagenetik sangat dipengaruhi oleh kadar O₂ terlarut dalam air jebakan sedimen. Umumnya proses reduksi terjadi pada lapisan sedimen yang lebih dalam, dimana kadar oksigen terlarut dalam air jebakan adalah atau tidak ada. Proses adsorpsi berjalan berjalan relatif cepat serta bersifat reversible, namun proses absorpsi berjalan relatif lebih lambat serta bersifat irreversible.

Transpor atau mobilitas elemen dalam sedimen terkait dengan perubahan sifat kimia sedimen, air jebakan dan kolom air di atasnya melalui interaksi sedimen-air. Dikatakan oleh Burton dan Liss (1976), elemen-elemen kelumit yang terdapat dalam air jebakan sedimen (seperti: Fe, Mn, Cu, Zn, Ni, Co, Pb) kadarnya lebih tinggi dibandingkan dengan yang terlarut dalam kolom air laut di atas sedimen. Perpindahan elemen dari kolom air ke sedimen dan sebaliknya terjadi melalui proses adsorpsi-desorpsi dimana faktor lingkungannya dipengaruhi oleh pH, temperatur dan salinitas.

Selain elemen mikro, elemen makro baik anion maupun kation juga terperangkap dalam reservoar sedimen laut melalui proses pengendapan partikel tersuspensi yang ditranspor sungai masuk ke perairan estuari. Dari sejumlah elemen makro yang terperangkap dalam sedimen laut, kontribusi masukan elemen dari sungai yang tergolong cukup besar adalah Na⁺ dan Cl^-  masing-masing sebesar 19% dan 29% .