METAMORFISME PADA ZONA SUBDUKSI

METAMORFISME PADA ZONA SUBDUKSI

 

  1. Pendahuluan

Proses metamorfisme di bumi ini agaknya terkonentrasi pada batas lempeng konvergen dan batas lempeng divergen. Hal ini disebabkan karena pada kedua tatanan tektonik tersebut arus perpindahan massa dan aliran panas memiliki intensitas yang paling tinggi, sehingga sangat memugkinkan untuk terjadinya perubahan sistem dalam lingkup geologi. Batas lempeng konvergen sebagai tatanan tektonik, proses metamorfisme merujuk pada subduksi dan kolisi, atau sering disebut dengan orogen. Orogen berarti pembentukan barisan pegunungan dalam kurun waktu geologi yang relatif cepat dan prosesnya aktif, sehingga dapat mempertahankan kelangsungannya hingga batas tertentu.

Tipe metamorfisme yang terbentuk merupakan metamorfisme regional, mengingat proses ini terjadi dalam skala yang sangat luas yakni sepanjang batas lempeng konvergen atau orogen itu sendiri. Perkembangan dan karakter proses metamorfisme dikontrol oleh dinamika tektonik pada batas lempeng konvergen meliputi kecepatan pergerakan lempeng, geometrinya, serta proses termal pada litosfer dan astenosfer yang berasosiasi dengan batas lempeng konvergen tersebut (Best, 2003, p. 564). Batuan pada tatanan ini mengalami tekanan yang bersifat non – hidrostatis atau directed pressure karena tegangan maksimum akan memiliki arah tegak lurus dengan sabuk orogen atau sejajar dengan arah pergerakan lempeng yang saling bertumbukan. Batuan metamorf yang dihasilkan disebut dengan tectonite, atau batuan metamorf yang memiliki struktur foliasi dan ketidakseragaman pada teksturnya (anisotropic fabric). Tectonite pada batas lempeng konvergen umumnya akan mengalami lebih dari satu proses metamorfisme yang spesifik, atau polymetamorphism. Sehingga batuan akan mengalami beberapa tahap rekristalisasi seiring dengan meningkatnya deformasi ductile yang berasosiasi dengan pembentukan lipatan kontraksional dan sesar anjak (thrusting) dalam skala regional.

    2. Metamorfisme di Zona Subduksi

Zona subduksi merupakan batas lempeng konvergen dimana satu kerak menunjam dibawah kerak yang lain karena densitasnya. Zona subduksi terjadi pada pertemuan antara kerak benua dengan kerak samudra, maupun pertemuan antar kerak samudra. Metamorfisme regional yang terjadi pada zona subduksi akan mengikuti jalur P – T – t seperti yang telah dibahas sebelumnya.

Anatomi sebuah zona subduksi sebagai berikut: (Best, 2003, p.427)

Dari gambar di atas, terdapat prisma akresi atau accretionary prism yang tersusun atas akumulasi sedimen laut dalam pada palung, dan juga hasil dari pengerukan sebagian massa dari kerak samudra. Fasies metamorfik yang memiliki gradien P/T tinggi akan terbentuk pada accretionary prism, sedangkan fasies metamorfik yang memiliki gradien P/T lebih rendah akan menempati tatanan yang terletak lebih menjorok ke dalam kerak benua, dimana faktor suhu lebih berperan karena banyaknya intrusi magma dan juga penambahan panas oleh underplating magma dan peluruhan radioaktif.

Gambar di atas merupakan persebaran fasies metamorfik pada zona subduksi secara keseluruhan. Terdapat dua deret dalam perkembangan fasies metamorfik pada zona subduksi yakni deret Fransiscan (Fransiscan facies series) yang dicirikan oleh gradien P/T yang tinggi pada diagram P – T, serta deret Barovian (Barovian facies series) yang dicirikan oleh gradien P/T yang sedang.

Deret Fransiscan (fasies Zeolite, Prehnite – Pumpellyite, dan Blueschist) terbentuk pada accretionary prism dan di sekitar palung dimana tekanan yang ditimbulkan oleh gaya tektonik merupakan faktor yang sangat berpengaruh. Fasies yang lebih tinggi derajatnya seperti Eclogite terbentuk pada subduction slab yang lebih dalam di bawah palung samudra. Kesetimbangan mineralogi fasies Eclogite diawali dengan isograd akhir kemunculan atau mineral – out reaction isograd untuk mineral – mineral hydrous karena Eclogite umumnya tersusun atas Omphacite dan Pyrope garnet. Pada deret Fransiscan, kenaikan suhu tidak terlalu berpengaruh karena bagian kerak samudra yang menunjam di bawah kerak benua berperan sebagai heat sink. Heat sink sendiri diatrikan sebagai substansi atau materi yang berfungsi sebagai penyerap kelebihan panas. Subduction slab atau bagian kerak samudra yang menunjam memiliki suhu yang lebih rendah dari lingkungannya dan berfungsi sebagai penyerap panas dari lingkungan sekitarnya. Dengan demikian perubahan suhu tidak terlalu ekstrim dan menyebabkan defleksi isotherm sepanjang subduction slab pada model tectonothermal.

Deret Barovian (Zeolite – Greenschist – Amphibolite – Granulite) menunjukkan gradien P/T yang sedang. Deret Barovian memiliki letak semakin dekat dengan pusat orogen (orogen center) di bawah busur magmatik dimana kerak pada umumnya mengalami penebalan. Perbedaannya dengan deret Fransiscan adalah bahwa pada deret ini pengaruh tekanan berkurang dan pengaruh suhu bertambah. Bertambahnya pengaruh suhu dapat dilihat melalui defleksi dari isotherm yang mencembung ke atas (ke arah permukaan) pada model tectonothermal. Hal ini disebabkan karena adanya aktivitas magmatisme. Underplating magma dapat menjadi sumber panas yang ideal, serta banyaknya intrusi magma pada tubuh kerak juga akan meningkatkan aktivitas termal pada kerak. Sumber panas lain adalah hasil dari peluruhan unsur radioaktif (pada umumnya U, Th, dan K) yang terkayakan pada bagian atas kerak benua. Derajat metamorfik dari deret fasies akan meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman.

Proses metamorfisme retrograde kemudian terjadi setelah jalur P – T – t mencapai puncak, yang ditandai dengan tercapainya kestabilan untuk fasies metamorfik yang berderajat paling tinggi. Metamorfisme retrograde dicirikan dengan exhumation dimana batuan metamorf dengan fasies berderajat tinggi terbawa dan tersingkap ke permukaan. Exhumation disebabkan karena penipisan kerak oleh erosi serta gaya apung dari batuan. Proses metamorfisme retrograde akan menghasilkan batuan metamorf dengan fasies yang berderajat lebih rendah, hanya jika aktivitas fluida berperan. Tanpa hadirnya fasa fluida, maka mineral metamorfik yang berderajat tinggi akan bersifat metastabil pada kondisi P dan T yang lebih rendah (metastable persistence).

Hadirnya fluida pada proses metamorfisme retrograde menyebabkan fasies yang terbentuk tersusun oleh mineral – mineral hydrous, hasil ubahan dari mineral metastabil.

Sebagai contoh:

Fasies Eclogite yang berada pada bagian paling bawah dari kerak benua yang berbatasnan dengan subduction slab menunjukan fase puncak dari jalur metamorfisme pada deret Fransiscan. Seiring dengan berjalannya waktu, fasies – fasies yang lebih rendah yang dibawa masuk oleh subduction slab mengalami proses dehidrasi selama perubahannya menjadi fasies Eclogite. Proses dehidrasi pada kedalaman tertentu akan melepaskan fluida metamorfik (umumnya H2O dan CO2) ke lingkungan di sekitarnya, yang dalam hal ini merupakan batuan Eclogite yang telah sebelumnya terbentuk serta batuan beku ultramafik yang menyusun porsi mantel paling atas pada litosfer samudra. Yang terjadi selanjutnya adalah proses metasomatisme dari batuan sekitar membentuk mineral Serpentine; batuannya disebut Sepentinite. Serpentinite memiliki densitas yang lebih rendah dari batuan di sekitarnya sehingga memiliki gaya apung. Gaya apung akan membawa Serpentinite bergerak ke permukaan (exhumation) dan menjadi salah satu penciri metamorfisme retrograde. Massa Serpentinite yang bergerak ke permukaan dapat membawa massa batuan dengan fasies berderajat lebih tinggi seperti Eclogite.

II.1. Protolith dan Fasies Metamorfik yang Berkembang pada Zona Subduksi

Pembahasan mengenai perkembangan fasies metamorfik difokuskan pada deret Fransiscan karena sebagai penciri dari metamorfisme pada zona subduksi. Sebagaimana telah diketahui sebelumnya, protolith yang berkembang pada zona subduksi merupakan campuran dari sedimen laut dalam yang dapat berupa pelitic (shale dan mudstone) dan quartzo – feldspathic yang dapat berasal dari batuan sedimen laut dalam yang tersusun atas silika seperti rijang, dan juga batuan sedimen hasil denudasi busur magmatik yang banyak mengandung Feldspar dan fragmen batuan (lithic fragments). Semua protolith tersebut di atas terakumulasi dan mengalami deformasi pada accretionary prism  bersama dengan protolith mafic yang berasal dari sebagian massa batuan beku mafik penyusun kerak samudra. Protolith batuan karbonat (calcareous) juga dapat hadir pada accretionary prism. Kenampakan jenis batuan yang beragam yang saling berasosiasi dalam skala yang sempit disebut dengan zona mélange. Protolith pada zona mélange akan mengalami tingkat metamorfisme yang berbeda sehingga menghasilkan asosiasi fasies metamorfik yang berbeda, tergantung dari letak kedalamannya dan posisinya relatif terhadap palung.

Fasies Zeolite

Fasies dengan derajat paling rendah ini terbentuk pada kedalaman paling dangkal. Dicirikan dengan hadirnya mineral Zeolite seperti Analcime dan Heulandite sebagai hasil dari diagenesis material vulkanik, serta mineral lain seperti Albite dan Laumontite. Material vulkanik berasal dari erupsi gunung api pada busur magmatik.

Fasies Prehnite – Pumpellyite

Fasies ini terletak pada tatanan yang lebih dalam dari fasies Zeolite dan membentuk sabuk yang berada lebih dekat ke arah pusat subduksi pada daerah palung laut, menandakan terbentuk pada kondisi P yang lebih tinggi. Asosiasi mineralnya adalah Prehnite, Pumpellyite, Chlorite, Albite, dan Epidote.

Fasies Blueschist

Fasies berada pada pusat dari zona subduksi yakni pada dasar palung dan accretionary prism atau tepat berada pada lokasi dimana kerak samudra (subduction slab) terkonsumsi di bawah kerak benua. Pengaruh tekanan sangat tinggi terhadap suhu karena subduction slab berfungsi sebagai penyerap panas atau heat sink. Asosiasi mineral penciri fasies metamorfik berderajat tinggi adalah Glaucophane, Lawsonite, dan Jadeite.

Jika persebaran fasies metamorfik pada gambar di atas diperhatikan, maka fasies Blueschist (3) akan berada pada kedalaman yang sama dengan fasies Greenschist (5) yang notabene berderajat lebih rendah. Sehingga batas antar fasies menjadi lateral dan bukan vertikal. Hal ini disebabkan karena fasies metamorfik pada deret Fransiscan meningkat saat semakin dekat dengan pusat subduksi; P meningkat tajam dengan tidak disertai kenaikan T yang signifikan karena subduction slab menyerap panas dari lingkungan di sekitarnya. (Best, 2003, p. 570). Contoh kasusnya adalah persebaran sabuk metamorfik pada zona subduksi di bagian selatan Jepang yang menunjukkan bahwa terdapat beberapa sabuk metamorfik dengan derajat fasies yang berbeda mengikuti deret Fransiscan atau paired metamorphic belts (Miyashiro, 1994 dalam Best, 2003, p.569).

Fasies Eclogite

Fasies ini berada pada tatanan yang lebih dalam dari fasies Blueschist. Terbentuk pada tekanan yang tidak jauh berbeda dari fasies Blueschist namun berada dalam suhu yang lebih tinggi. Fasies Eclogite pada umumnya tidak terbentuk pada kerak samudra yang menunjam namun pada bagian bawah dari litosfer kerak benua yang ditunjam. Reaksi yang menyerai evolusi fasies ini dari fasies sebelumnya adalah proses dehidrasi. Proses dehidrasi akan membuat mineral hydrous termasuk di dalamnya mineral grup Amphibole yang terbentuk pada tekanan tinggi sekalipun seperti Glaucophane akan tidak stabil. Sehingga kondisi ini merupakan isograd akhir kemunculan untuk mineral hydrous (hydrous mineral – out isograd). Fasies Eclogite dengan demikian tersusun oleh mineral Clinopyroxene yakni Omphacite dan Garnet yang terbentuk stabil pada tekanan tinggi seperti Pyrope.

Fasies Greenschist

Pada deret Fransiscan, fasies Greenschist pada umumnya merupakan fasies yang dicapai selama proses metamorfisme retrograde. Reaksi metamorfik dapat berlangsung karena ada fluida metamorfik yang dilepaskan selama proses metamorfisme prograde. Fluida tersebut akan bereaksi dengan mineral yang bersifat metastabil seiring dengan berjalannya proses exhumation. Fasies Greenschist biasanya merupakan evolusi dari fasies Blueschist (Best, 2003, p. 601).

 

DAFTAR PUSTAKA

Best, Myron G. 2003. Igneous and Metamorphic Petrology, Second Edition. Oxford: Blackwell Publishing. Halaman 565 – 608.

Sengupta, P. et.al. 1999. Ultra – High Temperature Metamorphism of Metapelitic Granulites from Kondapalle, Eastern Ghats Belt: Implication for the Indo – Antartic Correlation. Diambil dari Journal of Petrology, volume 40, number 7: Oxford University Press. Halaman 1065 – 1087.

Winter, John D. 2014. Principles of Igneous and Metamorphic Petrology, Second Edition.  London: Pearson Education Ltd. Halaman 405 – 6, dan 565.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *