METAMORFISME PADA ZONA KOLISI

METAMORFISME PADA ZONA KOLISI

  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.

  1. Metamorfisme di Zona Kolisi

Zona kolisi merupakan zona dimana dua lempeng benua bertumbukan menyusul adanya proses subduksi. Ketika kerak samudra yang berada di depan kerak benua pasif telah sepenuhnya menunjam di bawah kerak benua lain di sepanjang tepi benua aktif, maka proses yang terjadi setelahnya adalah docking kerak benua. Contoh: kontinen India yang berkolisi dengan kerak benua pada lempeng Eurasia.

Secara keseluruhan, proses metamorfisme pada zona kolisi dikontrol oleh perubahan suhu yang signifikan, sehingga gradien P/T sedang dan yang terbentuk adalah deret Barrovian. Kenaikan suhu disebabkan karena thermal relaxation atau penyesuaian kondisi termal kerak benua yang menebal akibat kolisi. Thermal relaxation menyebabkan gradien geotermal meningkat pada setiap kedalaman seperti yang telah dibahas sebelumnya, dan akan meningkatkan derajat metamorfik. Pada zona kolisi, sudah tidak ada lagi yang berperan sebagai heat sink sehingga suhu dapat meningkat dengan rata pada setiap kedalaman. Sumber panas lain ialah hasil peluruhan unsur radioaktif yang terkayakan pada bagian kerak benua bagian atas. Selain meningkatnya derajat metamorfik, perubahan suhu yang ekstrem pada skala lokal akan meleburkan sebagian kerak benua (anateksis) sehingga menghasilkan magma granitik yang kemudian akan menghasilkan batuan granitoid tipe S. Selain itu, jika kondisi tidak mencukupi untuk terbentuknya tubuh magma yang besar atau pluton granitoid, maka akan terbentuk Migmatite. Migmatite dipandang sebagai pembentukan pluton granitoid yang gagal, karena sejumlah volume batuan yang sedang mengalami pelelehan sebagian akan langsung membeku lagi sebelum dapat bergerak dari sumbernya (tidak jauh dari kurva solidus pada diagram P – T).

Namun metamorfisme regional tidak selamanya mengikuti deret Barrovian. Tatanan yang memuat deret Barrovian terletak pada tubuh kontinen yang menebal, pada hinterland, dengan batas antar fasies biasanya vertikal sehingga derajat metamorfik akan meningkat seiring dengan kedalaman. Di lain pihak, zona sutur atau batas sejati antara hinterland dan foreland biasanya berasosiasi dengan zona deformasi seperti zona shear. Pada tatanan ini akan berperan metamorfosa lokal dan batuan yang terbentuk pada umumnya adalah Mylonite. Sedangkan pada bagian bawah dari zona sutur, tepat dimana kerak benua dari foreland menunjam masuk ke bawah hinterland akan tercipta proses metamorfisme Ultra High Pressure (UHP). Secara teoritis, metamorfisme UHP terjadi pada kerak benua yang terdesak masuk ke dalam mantel bagian atas yang memiliki densitas lebih besar, dengan kedalaman > 100 km.

Ilustrasi zona kolisi:

(Winter, 2014, p.406)

Zona kolisi Himalaya, terdapat proses anateksis (pelelehan kerak benua) yang diawali dengan proses dehidrasi dan menghasilkan leucogranite. Jika diperhatikan, kerak benua India sebagai foreland terdesak ke bawah kerak benua dari lempeng Eurasia (hinterland).

(Winter, 2014, p.405)

Gambar yang menunjukkan model tectonothermal dari zona kolisi, sesaat setelah foreland menunjam masuk dibawah hinterland sebelum adanya thermal relaxation. Sehingga massa kerak benua yang menunjam berperan sebagai heat sink dan membuat defleksi isotherm.

(Van der Pluijm & Marshak, 2004)

Salah satu penampang atau sayatan dari zona kolisi, yakni pada pegunungan Alpen. Terdapat zona sutur pada perbatasan antara hinterland dan foreland. Juga terdapat zona lemah di bagian tengah kerak yang dapat menyebabkan pensesaran pada tubuh kerak bagian atas. Batuan metamorf akan mengalami deformasi ductile karena suhunya yang sangat tinggi dan deformasi berlangsung dalam waktu yang sangat lama. Akibat gaya tektonik yang terus – menerus, terbentuklah semacam kubah atau dome. Kubah tersebut akan semakin mengalami deformasi menjadi diapir dan pada akhirnya menjadi morfologi lipatan yang rebah (recumbent) yang disebut sebagai nappe. Batuan metamorf yang menyusun nappe pada umumnya adalah Gneiss dan tidak jarang juga dijumpai Migmatite tersingkap pada bagian bawah dome.

(Best, 2003, p.573)

Sayatan melintang yang dapat memberikan gambaran lebih jelas mengenai morfologi nappe.

III.1. Protolith dan Fasies Metamorfik yang Berkembang pada Zona Kolisi

Protolith yang berkembang luas pada skala regional zona kolisi berasal dari kerak benua, yakni batuan quartzo – feldspathic  dan pelite yang dapat berupa batuan granitik dan juga sedimen terrigenous penciri provenance kerak benua. Namun pada skala lokal, dapat dijumpai ophiolite atau massa kerak samudra (protolith mafik – ultramafik) yang terobduksi naik ke atas kerak benua dan tak jarang juga dijumpai protolith calcareous berupa batuan karbonat pada accretionary prism yang terbawa naik ke atas kerak benua selama kolisi berlangsung.

Perkembangan fasies metamorfik pada zona kolisi mengikuti deret Barrovian. Perkembangan fasies dimulai dari pembentukan fasies Subgreenschist, Greenschist, Amphibolite, dan Granulite pada tatanan yang paling dalam. Fasies Eclogite dapat berkembang pada bagian dasar dari zona sutur dan mencirikan adanya metamorfisme UHP. Fasies Blueschist dapat hadir pada awal terbentuknya orogen, ketika terdapat massa kerak benua dari foreland yang terdesak masuk ke bawah hinterland sebelum terjadinya thermal relaxation.

Batuan metamorf yang terbentuk pada deret Barrovian akan memiliki ketidakseragaman tekstur (anisotropic fabric) seperti bidang – bidang foliasi dan lineasi dikarenakan deformasi ductile yang intensif pada batuan. Deformasi bersifat ductile karena pengaruh suhu dominan dan deformasi berjalan dalam waktu yang lama.

Perkembangan derajat metamorfisme pada deret Barrovian ditandai oleh beberapa zonasi mineral urut dari derajat yang paling rendah ke derajat yang paling tinggi: Chlorite – Biotite – Garnet – Staurolite – Kyanite – Silimanite. Setiap zona mineral dibatasi oleh isograd kemunculan mineral (mineral – in isograd). Zonasi mineral ini umumnya dijumpai pada protolith batuan pelitik.

Fasies Subgreenschist

Dengan protolith batuan granitik dan pelitik akan menghasilkan susunan mineral lempung seperti Illite, beberapa spesies mineral Zeolite, Chlorite, serta Kuarsa.

 

Fasies Greenschist

Dengan protolith batuan granitik dan pelitik akan menghasilkan susunan mineral Chlorite, Albite, Epidote, Biotite, Muscovite, dan Chloritoid.

Fasies Amphibolite

Fasies Amphibolite berada pada tatanan yang lebih dalam dari fasies Subgrenschist dan Greenschist. Karena fasies ini masih terletak pada tubuh kerak benua, protolith adalah batuan granitik dan batuan pelitik, yang akan membentuk susunan mineral seperti Hornblende, Plagioclase, K – Feldspar, Biotite,  Garnet, Staurolite, Andalusite, dan Muscovite. Untuk protolith batuan granitik, susunan mineral pada fasies ini relatif sama dengan susunan mineral pada saat sebelum mengalami metamorfisme. Hanya saja telah terjadi rekristalisasi pada kondisi tekanan non – hidrostatik sehingga menghasilkan batuan metamorf yang memiliki ketidakseragaman tekstur (anisotropic fabric) atau bidang – bidang foliasi dan lineasi.

Fasies Granulite

Fasies dengan derajat yang paling tinggi dari deret Barrovian, terbentuk pada tatanan dengan suhu yang lebih tinggi dari fasies Amphibolite; dengan demikian terletak lebih dalam (meningkatnya suhu disebabkan karena meningkanya gradien geotermal setelah terjadinya thermal relaxation). Pada beberapa bagian telah mengalami partial melting membentuk tubuh – tubuh Migmatite dan ada yang berhasil membentuk tubuh pluton granitik. Pelelehan sebagian didukung oleh proses dehidrasi pada bagian bawah kerak seiring dengan meningkatnya derajat mtamorfik. Karena suhunya yang sangat tinggi, batuan metamorf dengan fasies Granulite akan mengalami deformasi ductile membentuk tectonite. Susunan mineral yang terbentuk pada fasies ini adalah Silimanite, Garnet, Orthopyroxene, Clinopyroxene, Andesine, K – Feldspar, Cordierite, dan Sapphirine.

Pada kasus tertentu, fasies Granulite dapat dihasilkan oleh proses metamorfisme pada suhu ekstrim yang bahkan melebihi suhu pelelehan batuan granitik, yang disebut sebagai metamorfisme UHT (Ultra High Temperature). Metamorfisme UHT berada pada kondisi T> 950oC. Kondisi ini setara dengan sebuah xenolith batuan pelitik yang berada dalam sebuah magma basaltik. Metamorfisme UHT ditengarai dengan adanya interaksi antara pembentukan fasies metamorfik Granulite, dengan adanya underplating magma basaltik dan pembentukan pluton granitoid pada bagian bawah kerak benua.Contoh metamorfisme UHT adalah fasies Granulite dari sabuk Ghat Timur (Eastern Ghat Belts), India bagian selatan, dengan protolith batuan pelitik. Asosiasi mineral yang ditemukan adalah Kuarsa, Biotite, Silimanite, Spinel, Garnet, Ilmenite, dan Plagioklas.

Fasies Blueschist

Fasies Blueschist bukan merupakan fasies yang umum dijumpai pada zona kolisi. Fasies ini merupakan penciri dari deret Fransiscan dan dengan demikian mencirikan zona subduksi (high pressure metamorphism). Keberadaan fasies Blueschist pada zona kolisi hanya pada tahapan awal saja, ketika sebagian kerak benua foreland dipaksa menunjam masuk di bawah hinterland dan belum terjadi thermal relaxation akibat menebalnya kerak benua.

Foreland yang menunjam di bawah hinterland berfungsi sebagai heat sink yang identik dengan subduction slab, menyebabkan defleksi isotherm dan proses metamorfisme akan didominasi oleh tekanan sehingga menghasilkan fasies Blueschist. Kondisi tersebut terjadi pada tahap awal kolisi (gambar a). Daerah yang diarsir merupakan massa foreland yang menunjam masuk di bawah hinterland.

(Best, 2003, p.567)

Seiring dengan berjalannya waktu (gambar b), terjadi penyeimbangan termal karena menebalnya kerak, menyababkan gradien geothermal yang konsisten dan suhu akan meningkat pada setiap kedalaman dari kondisi tahap awal. Penambahan suhu juga didukung oleh peluruhan unsur radioaktif pada bagian atas kerak benua serta aktivitas partial melting dari kerak benua (anateksis) pada bagian bawah. Batuan yang mengandung unsur radioaktif dibawa oleh foreland yang menunjam (simbol segitiga). Akibatnya terjadi perubahan terhadap defelksi isotherm menjadi mencembung ke atas pada hinterland dan menandakan hilangnya fasies Blueschist. Fasies Blueschist hilang karena berubah menjadi fasies lain yang lebih stabil terhadap suhu tinggi seperti Amphibolite dan Granulite. Hilangnya fasies Blueschist juga ditengarai oleh penurunan tekanan akibat proses erosi dan ekshumasi pada tubuh kerak benua.

Fasies Eclogite

Fasies Eclogite sebagai fasies dengan derajat metamorfik tertinggi berada pada tatanan yang sangat dalam, pada bagian dasar dari kerak benua yang menebal dan pada bagian kerak benua (foreland) yang menunjam di bawah hinterland. Dicirikan oleh susunan mineral Kyanite, Jadeite, Garnet, Kuarsa, dan Omphacite. Eclogite yang berada pada kedalaman ekstrem akibat kerak benua yang menunjam masuk di bawah kerak benua yang lain merupakan hasil dari metamorfisme UHP (Ultra High Pressure).

Kondisi Khusus: Metamorfisme UHP

Keberadaan dan mekanisme tersingkapnya batuan metamorf UHP ke permukaan masih menjadi kajian para peneliti. Pada dasarnya, batuan metamorf dikatakan telah mengalami metamorfisme UHP ketika dijumpai mineral Coesite, salah satu polymorph dari Kuarsa yang stabil pada tekanan ekstrim. Metamorfisme UHP terjdi pada kedalaman > 100 km (kondisi tekanan >29 kbar dan suhu sekitar 800oC), letak daerah kestabilan mineral Coesite pada diagram P – T. Barometer mineral yang lain juga dapat digunakan dalam menentukan batas metamorfisme UHP, seperti reaksi transisi polymorph dari Grafit dengan Intan yang mencapai kesetimbangannya pada tekanan 38 kbar (setara dengan kedalaman 140 km) dan bersuhu sekitar 800oC.

Dengan demikian, kehadiran mineral Coesite dan Intan akan mencirikan metamorfisme UHP. Mineral tersebut stabil pada kondisi tekanan ekstrim, dan dengan demikian bersifat metastabil selama proses ekshumasi hingga mencapai permukaan. Mineral tersebut dapat bertahan sampai ke permukaan karena “mendompleng” mineral lain sebagai inklusi pada mineral tersebut. Mineral pembawa (host mineral) yang umum dijumpai keterdapatan inklusi Coesite dan Intan adalah Pyrope, Jadeite, Omphacite, Kyanite, dan Zircon. Mineral pembawa tersebut dapat mempertahankan kondisi kestabilan inklusi mineral Coesite dan Intan hingga sampai ke permukaan. Walau bagaimanapun, kehadiran inklusi Coesite tidak selamanya dapat bertahan hingga sampai ke permukaan. Sebagian besar Coesite akan terubah menjadi Kuarsa, dengan membentuk pseudomorph pada tekanan yang lebih rendah. Kehadiran Intan yang umumnya berkonsentrasi sangat kecil juga sering disalahartikan sebagai kontaminan selama preparasi batuan di laboratorium; mengingat pisau batuan dan bahan penggosok untuk preparasi sayatan menggunakan intan sebagai zat abrasif.

Terdapat susunan mineral lain sebagai sisa (relict) yang terbentuk pada kondisi UHP dan dapat bertahan selama proses ekshumasi hinga tersingkap di permukaan. Contohnya: Pyrope, Grossular, Si – Phengite, Ellenbergite, K – Al – Clinopyroxene, Rutile, dan Kyanite. Namun preservasi susunan mineral tersebut hanya berlangsung jika proses ekshumasi berjalan sangat cepat.

 

 

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 *