METAMORFISME DERAJAT RENDAH

METAMORFISME DERAJAT RENDAH

Metamorfisme berderajat rendah meliputi proses metamorfisme yang mengikuti deret Buchan (Buchan type metamorphism), metamorfisme kontak, dan metamorfisme dinamik.

  1. Metamorfisme Tipe Buchan (Buchan type metamorphism)

Buchan type metamorphism merupakan salah satu jenis metamorfisme yang perkembangannya mengikuti deret Buchan. Deret Buchan mengikuti jalur P/T dengan gradien yang lebih rendah dari deret Barrovian. Dengan demikian, metamorfisme yang mengikutш deret Buchan akan membentuk susunan dan asosiasi mineral yang stabil pada tekanan yang lebih rendah dari deret Barrovian. Tatanan yang memuat metamorfisme tipe Buchan terjadi pada interior kerak benua di zona orogen, dimana pembentukan intrusi atau pluton granitik intensif. Panas yang dilepaskan oleh pluton granitik akan membawa peningkatan suhu selama proses metamorfisme. Dapat disimpulkan bahwa metamorfisme tipe Buchan merupakan peralihan dari metamorfisme kontak dan metamorfisme regional tipe Barrovian. Metamorfisme terjadi di sekitar intrusi (contact aureole) namun berskala regional dan batuan yang dihasilkan merupakan tectonite atau batuan yang memiliki ketidakseragaman tekstur (anisotropic fabric). Protolith yang berkembang untuk metamorfisme tipe Buchan biasanya adalah pelitik.

Terdapat perbedaan asosiasi mineral yang terbentuk selama perkembangan proses metamorfisme Buchan dan Barrovian, meskipun keduanya memiliki zonasi mineral yang hampir sama. Hal mendasar inilah yang dijadikan acuan untuk membedakan metamorfisme tipe Buchan dan Barrovian. Metamorfisme tipe Buchan akan memiliki mineral indeks yang stabil pada tekanan yang lebih rendah, sebagai berikut (Best, 2003, p.584):

  • Polymorph dari aluminosilikat yang stabil terbentuk adalah Andalusite dan Silimanite pada derajat yang lebih tinggi. Tidak ada Kyanite yang terbentuk.
  • Garnet dan Staurolite sangat jarang terbentuk dan bahkan dapat tidak hadir dalam reaksi metamorfik.
  • Migmatite jarang terbentuk kecuali pada kondisi suhu di atas isograd Silimanite dimana mineral Silimanite dan K – Feldspar stabil terbentuk.
  • Kandungan Al pada mineral Chlorite yang terbentuk pada deret Buchan akan lebih rendah dibandingkan dengan deret Barrovian.
  • Kelimpahan Phengite sebagai end member dari Muscovite yang terbentuk pada deret Buchan akan lebih sedikit dibandingkan dengan deret Barrovian.
  • Seiring dengan bertambahnya derajat metamorfik, selepas dari zona Biotite tidak ada Garnet yang terbentuk seperti pada deret Barrovian (tidak ada isograd reaksi untuk mineral Garnet), melainkan mineral Cordierite sebagai mineral indeks penciri metamorfisme tipe Buchan. Cordierite biasanya hadir sebagai porphyroblast pada tectonite berukuran halus seperti slate, sehingga menghasilkan kenampakan “berbintik” atau spotted slate.

(Best, 2003, p.584)

Diagram AFM di atas menunjukkan perubahan susunan mineral pada deret Buchan seiring dengan bertambahnya derajat metamorfisme. Pada derajat metamorfik yang lebih tinggi, mineral Chlorite dan Staurolite sudah habis dalam reaksi dan dengan demikian menggeser daerah kompatibilitas dari sistem Andalusite + Biotite + Cordierite (segitiga abu – abu besar) ke arah kelimpahan Fe yang lebih tinggi. Lingkaran hitam dan putih pada diagram di atas merepresentasikan komposisi keseluruhan dari batuan pelitik. Pada derajat yang lebih rendah, terbentuk daerah kompatibilitas antara dua komponen yakni Andalusite dan Biotite. Seiring dengan meningkatnya derajat metamorfisme, kedua titik tersebut sekarang menempati daerah kompatibilitas sistem Andalusite + Biotite + Cordierite (ditandai dengan kemunculan mineral Cordierite). Batas (threshold) untuk kemunculan mineral Cordierite merupakan isograd reaksi untuk mineral tersebut dan posisinya akan bergantung kepada komposisi, seperti halnya isograd reaksi untuk mineral Garnet pada deret Barrovian.

I.1. Jalur P – T – t untuk Metmorfisme Tipe Buchan

Jalur P – T – t untuk proses metamprfisme prograde tipe Buchan berbeda dengan tipe Barrovian. Pada deret Buchan, tidak terdapat indikasi atau bukti mengenai adanya penebalan kerak. Jalur prograde akan berada pada P yang lebih rendah dari Barrovian.

Jalur P – T – t untuk deret Barrovian akan berbentuk lengkung yang searah jarum jam (clockwise). Hal ini disebabkan karena proses metamorfisme retrograde yang terjadi setelah mencapai puncak disertai dengan penurunan tekanan dan suhu secara bersamaan saat ekshumasi ke permukaan. Namun jalur P – T – t untuk deret Buchan akan berbentuk lengkung yang berlawanan dengan arah jarum jam seperti pada gambar d sebagai berikut:

(Best, 2003, p.586)

 

Metamorfisme retrograde akan berada pada jalur dengan tekanan yang yang stabil (isobarik) namun bernilai lebih tinggi selama terjadi penurunan suhu sehingga menghasilkan lengkungan yang berlawanan arah jarum jam (anti – clockwise). Meningkatnya suhu pada proses metamorfisme prograde terjadi karena terjadi pergerakan massa pluton dari dalam ke tempat yang lebih dangkal sembari mendeformasi batuan di sekitar (country rock) nya (gambar a dan b) serta titik (a) dan (b) pada gambar d. Meningkatnya tekanan pada keadaan suhu tetap (titik b) disebabkan karena deformasi ductile yang disebabkan oleh pergerakan pluton.

(Best, 2003, p.586)

Deformasi akan mencapai puncaknya di titik (c) pada gambar d. Country rock akan terdeformasi sangat kuat sehingga posisinya tertekan kembali ke dalam guna menyeimbangkan volume pluton yang bergerak naik ke arah permukaan (gambar c). Proses yang terjadi selanjutnya adalah penurunan suhu pada tekanan yang tetap. Hal ini disebabkan batuan sudah tidak dapat mengalami deformasi lagi namun suhunya akan menurun karena membekunya pluton.

(Best, 2003, p.586)

2. Metamorfisme Kontak

Metamorfisme kontak merupakan salah satu tipe metamorfisme lokal yang terjadi di sekitar batas kontak tubuh intrusi dengan country rock atau host rock. Agen metamorfisme yang berperan adalah suhu dan fluida aktif. Panas yang dilepaskan dari tubuh intrusi akan memberlangsungkan rekristalisasi pada country rock dan apabila terdapat banyak kandungan fluida akan terjadi proses metasomatisme yang melibatkan fluida bersuhu tinggi.

Metamorfisme kontak terbentuk pada tatanan batas lempeng dimana aktivitas magmatisme dan pembentukan batuan beku intensif. Namun tidak terbatas pada tatanan batas lempeng saja, melainkan segala tatanan yang dapat memuat aktivitas magmatisme dan pembentukan batuan beku. Metamorfisme kontak dapat berasosiasi dengan kondisi tekanan yang bervariasi, mengingat bahwa tubuh intrusi dapat terletak sangat dalam hingga sangat dangkal mendekati permukaan. Batas kontak tubuh intrusi dengan country rock dimana proses metamorfisme terjadi disebut dengan contact aureole. Efek metamorfisme kontak sepanjang contact aureole bervariasi dengan kedalaman. Pada zona intrusi dangkal (epizone) efek metamorfisme sangat jelas dan nyata karena terjadi perbedaan suhu yang sangat signifikan antara tubuh intrusi dan country rock. Pada zona yang lebih dalam (mesozone), tubuh pluton mengalami pembekuan yang lebih lambat, sehingga dapat mempertahankan suhu yang tinggi untuk proses metamorfisme. Akibatnya, contact aureole menjadi lebih lebar. Efek metamorfisme kontak akan menjadi tidak signifikan karena pada umumnya country rock sudah merupakan batuan metamorfisme dan sudah stabil pada kondisi tersebut. Pada zona yang sangat dalam (catazone) yang mendekati dasar dari pluton, efek metamorfisme kontak tidak hampir sirna bahkan sudah tidak dapat teramati lagi karena kondisi country rock sudah mirip dengan lelehan yang menyusun pluton dan dengan demikian telah terjadi proses partial melting (Winter, 2014, p. 472).

Seiring dengan berjalannya waktu, pluton akan mendingin dan dengan demikian distribusi suhu pada tubuh pluton dan lingkungannya akan berubah terhadap waktu. Gambar 5 menunjukkan perubahan distribusi suhu dari sebuah pluton dan lingkungan di sekitarnya yang mendingin seiring dengan berjalannya waktu (Jaeger, 1968; dalam Winter, 2014, p.474).

Jika country rock bersifat permeabel dan dengan demikian terdapat aliran fluida pada sistem pluton dengan lingkungannya, maka proses metasomatisme akan berlangsung. Fluida tersebut akan mengalir secara konveksi, dan fluida dapat mengalir karena adanya gradien termal. Fluida akan membantu mempercepat pembekuan magma, serta memberlangsungkan transfer kalor dan materi dari tubuh intrusi ke counrty rock sepanjang contact aureole. Berdasarkan data eksperimen isotop oksigen, diketahui asal fluida tersebut adalah fluida metamorfik yang berada pada country rock berupa air tanah dan juga fluida magmatik yang dilepaskan oleh magma selama proses pembekuan (juvenile water). Metasomatisme akan menjadi sangat intensif apabila terdapat perbedaan komposisi yang mencolok antara tubuh pluton dengan country rock, dan umumnya terjadi pada country rock berupa batuan sedimen karbonat. Pada kasus ini, fluida asam yang bersuhu tinggi membawa materi dari tubuh pluton dan akan bereaksi dengan country rock membentuk mineral calc – silicate yang beragam. Tipe batuan metasedimen karbonat hasil metasomatisme ini dikenal dengan istilah Skarn atau Tactite (akan dibahas kemudian).

Karena manifestasi metamorfisme kontak dapat diamati pada tatanan yang dangkal, maka proses ini selalu berasosiasi dengan kondisi tekanan yang rendah. Dengan demikian batuan yang mengalami proses metamorfisme kontak akan menerima tekanan yang bersifat hidrostatis (confining pressure) sehingga tekstur batuan yang terbentuk dari hasil rekristalisasi adalah granoblastik dan menunjukkan keseragaman tekstur (isotropic fabric). Pada kondisi tertentu dimana tingkat deformasi sangat rendah, tekstur dan struktur batuan asal dapat terawetkan (relict texture).

Secara umum, batuan metamorf hasil metamorfosa kontak disebut dengan granofels, dan disebut hornfels apabila keras, kompak, dan menunjukkan pecahan konkoidal; berseberangan jika dibandingkan dengan batuan hasil metamorfisme regional, tectonite yang menunjukkan ketidakseragaman tekstur.

Metamorfisme kontak dapat berasosiasi dengan metamorfisme regional, mengingat bahwa tempat berlangsungnya aktivitas magmatisme tidak akan jauh dari batas lempeng dimana metamorfisme regional lebih berperan. Pada kasus ini, metamorfisme kontak terjadi bersamaan dengan deformasi pada orogen. Proses metamorfisme kontak dapat berlangsung pada batuan yang sebelumnya telah mengalami metamorfisme regional sehingga terjadi polymetamorphism. Manifestasi dari proses metamorfisme kontak yang menimpa proses metamorfisme sebelumnya adalah pembentukan mineral yang stabil pada tekanan rendah pada tectonite hasil metamorfisme regional, seperti spotted phyllite. Tekstur “berbintik” tidak lain tidak bukan adalah mineral yang datang setelah proses metamorfisme regional mencapai puncaknya; sebagai hasil rekristalisasi pada kondisi tekanan yang lebih rendah ditengarai oleh proses metamorfisme sepanjang contact aureole.

Pyrometamorphism merupakan istilah untuk tipe metamorfisme kontak yang bersuhu sangat tinggi namun berada pada kondisi tekanan yang sangat rendah. Pyrometamorphism terjadi pada tubuh magma yang berasosiasi dengan kegiatan vulkanik, sehingga berada sangat dangkal dengan permukaan. Protolith akan berada di dalam magma sebagai xenolith, namun memungkikan juga sebagai country rock dan biasanya berasosiasi dengan proses partial melting. Mineral penciri tipe metamorfisme ini adalah Spurrite, Tilleyite, Rankinite, Larnite, dan/atau Merwinite pada protolith karbonat; Mullite dan           gelas volkanik pada protolith kaya alumina; serta Tridymite dan gelas volkanik pada protolith yang kaya akan SiO2 (Winter, 2014, p. 474).

 

Kondisi Kasus : Metasomatisme yang menghasilkan Skarn

Contoh pembentukan Skarn adalah pada Crestmore, cekungan Los Angeles, dimana terdapat tubuh pluton Monzonit Kuarsa porfir yang mengintrusi batuan karbonat yang mengandung unsur Mg. Country rock sebelumnya telah mengalami metamorfisme regional membentuk marmer dengan asosiasi mineral Kalsit dan Brucite. Sehingga batuan marmer tersebut akan dijumpai di luar batas contact aureole.

Mineralogi contact aureole bagian dalam dari Skarn Crestmore menunjukkan indikasi pyrometamorphism. Peneliti telah menyusun zonasi mineral pada contact aureole mulai dari derajat paling rendah hingga derajat paling tinggi:

Zona Forsterite:

  1. Calcite + Brucite + Clinohumite + Spinel
  2. Calcite + Clinohumite + Forsterite + Spinel
  3. Calcite + Forsterite + Spinel + Clintonite

Zona Monticellite:

  1. Calcite + Forsterite + Monticellite + Clintonite
  2. Calcite + Monticellite + Melilite + Clintonite
  3. Calcite + Monticellite + Spurrite (Tilleyite) + Clintonite
  4. Monticellite + Spurrite + Merwinite + Melilite

Zona Vesuvianite:

  1. Vesuvianite + Monticellite + Spurrite + Merwinite + Melilite
  2. Vesuvianite + Monticellite + Diopside + Wollastonite

Zona Garnet:

  1. Grossular + Diopside + Wollastonite

Dari zonasi mineral di atas, terdapat pembentukan mineral baru yang menjadi indikasi meningkatnya derajat metamorfisme. Mineral baru dihasilkan dari reaksi metamorfik yang mengkonsumsi mineral yang telah terbentuk. Karena derajat metamorfik meningkat, maka mineral menjadi tidak stabil dan bereaksi membentuk mineral yang lebih stabil. Reaksi metamorfik dapat berlangsung dengan intensif karena aktivitas fluida yang tinggi bekerja pada batuan. Dengan demikian, reaksi kesetimbangan akan terbentuk antara mineral pada derajat yang lebih rendah sebagai reaktan dan mineral dengan derajat yang lebih tinggi sebagai fasa produk. Sebagai contoh:

2 Clinohumite + SiO2             =          9 Forsterite + 2 H2O

Dan pembentukan zona Vesuvianite didapat dari reaksi:

Monticellite + 2 Spurrite + 3 Merwinite + 4 Melilite + 15 SiO2 + 12 H2O = 6 Vesuvianite + 2 CO2

Dari kedua reaksi di atas, SiO2 (Kuarsa) tidak akan terbentuk pada susunan mineral Skarn karena dihabiskan selama reaksi berlangsung. Sumber SiO2 diduga kuat berasal dari silika terlarut dalam fluida. Gambar di bawah merupakan model penampang contact aureole dari Skarn Crestmore:

(Winter, 2014, p.486)

3.Metamorfisme Dinamik

Metamorfisme dinamik merupakan metamorfisme lokal dengan agen utama pembentuk metamorfisme yakni tekanan. Metamorfisme dinamik disebut juga sebagai metamorfisme kataklastik. Disebut demikian karena metamorfisme ini berasosiasi dengan proses geologi yang terjadi sangat cepat dan menimbulkan deformasi pada batuan yang signifikan. Contoh: zona sesar, zona shear, dan tumbukan meteor. Deformasi menjadi kata kunci, dan perubahan tekanan secara mendadak pada protolith akan direspon melalui rekristalisasi dan penyusunan ulang mineral – mineral sehingga membentuk tekstur yang khas.

Tegangan pada setiap butir mineral yang disebabkan oleh deformasi akan membuat tingkat energi kristal meningkat. Untuk menyeimbangkan kelebihan energi, mineral akan mengalami rekristalisasi menjadi bentuk kristal yang lebih stabil. Jika tegangan yang diberikan terlampau besar dan tidak diimbangi ole peningkatan suhu, maka akan terbentuk deformasi yang bersifat rapuh sehingga kristal menjadi hancur atau pecah. Proses ini dinamakan cataclasis, terjadi pada bagian permukaan dari zona sesar atau pada zona tumbukan (impact).

Batuan yang terbentuk pada permukaan dari zona sesar disebut sebagai fault breccia karena terfragmentasi dan memiliki kenampakan seperti breksi, sebagai hasil deformasi rapuh pada batuan yang mengisi zona sesar. Fault gouge merupakan istilah batuan yang mengandung lempung hasil alterasi fault breccia sebagai hasil interaksi dengan fluida yang mempenetrasi masuk ke zona sesar.

Seiring dengan bertambahnya kedalaman pada zona sesar, suhu akan meningkat dan menyebabkan proses rekristalisasi dapat berlangsung. Retakan – retakan yang bersifat rapuh akan berubah menjadi zona shear yang luas dan cenderung bersifat ductile. Proses yang berlangsung merupakan kombinasi dari cataclasis dengan rekristalisasi. Batuan yang dihasilkan oleh deformasi lokal pada zona shear disebut sebahai Mylonite. Mylonite merupakan batuan metamorf berfoliasi yang berukuran butir sangat halus, bahkan lebih halus dari protolithnya (Winter, 2014, p.477). Butiran mineral pada Mylonite dapat menjadi sangat halus karena terdapat interaksi antara proses deformasi kristal yang bersifat destruktif dengan proses rekristalisasi yang konstruktif. Butiran mineral yang lebih besar ketika menerima deformasi dan kelebihan energi, akan tergantikan oleh butiran mineral yang lebih kecil dengan tingkat energi yang lebih rendah (Best, 2003, p. 418). Mylonite dapat menjadi sangat halus dan diklasifikasikan menjadi Slate. Namun pada umumnya tekstur Mylonite yang dapat dikenali dengan baik adalah tekstur Augen. Tekstur Augen berbentuk seperti mata yang tertanam pada butiran mineral lain yang lebih halus. Biasanya tersusun atas mineral Feldspar.

Gambar yang menunjukkan perbandingan tingkat deformasi pada permukaan dari zona sesar atau zona shear (a) dengan tingkat deformasi pada zona yang sama namun terletak jauh di dalam (b).

 

 

 

DAFTAR PUSTAKA

Best, Myron G. 2003. Igneous and Metamorphic Petrology, Second Edition. Oxford: Blackwell Publishing. Halaman 404 – 419 dan 428 – 430.

Winter, John D. 2014. Principles of Igneous and Metamorphic Petrology, Second Edition.  London: Pearson Education Ltd. Halaman 473 – 7, dan 485 – 7.

Leave a Reply

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