Cairan Geologi: Sumber Kehidupan Bumi

Mereka bilang kamu tidak bisa mendapatkan darah dari batu, tapi kamu bisa mendekat lebih dari yang kamu kira. Sama seperti sirkulasi darah yang menjaga metabolisme Anda tetap berjalan, sirkulasi cairan geologi mendorong hampir setiap proses di bumi mulai dari endapan bijih hingga letusan gunung berapi.

Perkenalan

Istilah ‘fluida’ sengaja dibuat lebih luas, bisa merujuk pada segala sesuatu mulai dari batuan cair hingga gas helium, namun dalam praktiknya biasanya mengacu pada air dan berbagai padatan dan gas yang terlarut di dalamnya.

Kita mengira batu itu padat, tapi sebenarnya setiap batu setidaknya mengandung sedikit air. Diperkirakan bahwa mantel bumi mengandung air sebanyak seluruh lautan, dan mungkin lebih banyak lagi. Sebagian besar air ini berbentuk mineral hidrat, yang menampungnya dalam bentuk hidroksida struktural (OH) atau air yang terikat lebih lemah (H.₂HAI).

Pentingnya air di bumi tidak dapat dilebih-lebihkan. Air secara fisik melumasi pergerakan patahan selama gempa bumi, memicu tanah longsor dan letusan gunung berapi, mengkatalisis sebagian besar reaksi geokimia, mengangkut padatan terlarut, dan menurunkan titik leleh batuan. Granit “basah” mulai meleleh sekitar 650°, granit “kering” tidak meleleh hingga lebih dari 1200°. Sebenarnya tidak ada proses geologi yang bisa berfungsi seperti yang kita lihat di Bumi tanpa air.

Darah dari Batu

Ketika basal panas meletus di pegunungan tengah laut, ia langsung bereaksi dengan air laut, mengunci air dan melarutkan CO.₂ mineral seperti serpentin (Mg₃Dan₂HAI₅(OH)₄) dan kalsit (CaCO₃). Lempeng tektonik menarik basal-basal yang terserpentinisasi ini hingga, jutaan tahun kemudian, mereka tenggelam ke dalam mantel bumi di zona subduksi. Ketika tekanan dan suhu meningkat, mineral-mineral ini akhirnya terurai, melepaskan air dan CO yang terperangkap₂.

Cairan yang baru lahir ini naik ke dalam mantel di atas zona subduksi, melakukan metasomatisasi batuan ini dalam reaksi yang memerangkap sebagian besar CO₂ di kedalaman Bumi, memperkayanya dengan unsur-unsur yang mudah menguap, dan menurunkan titik lelehnya. Hal ini menciptakan zona mantel leleh tepat di pedalaman zona subduksi yang menjadi sumber garis gunung berapi di permukaan.

Saat batuan cair naik ke dalam kerak bumi, ia mendingin dan mengkristal, mengunci sebagian airnya dalam mineral dan melepaskan sisanya ke dalam sistem magmatik-hidrotermal. Logam larut seperti tembaga dan emas terkonsentrasi di air panas ini, yang mengalir keluar dan ke atas dari intrusi di sepanjang rekahan. Cairan ini dengan cepat mendingin dan bereaksi dengan batuan di sekitarnya, memicu unsur-unsur terlarut keluar dan mengkristal sebagai urat mineral. Jika urat-urat ini kaya akan tembaga dan emas, maka akan terbentuk endapan porfiri.

Cairan magmatik yang tersisa terus naik dan mendingin, menjadi encer dengan air meteorik yang merembes dari permukaan. Cairan epitermal baru ini terus naik hingga menggelembung ke permukaan sebagai mata air panas, atau, jika tekanan turun lebih cepat dari suhu, mendidih dan meledak ke permukaan sebagai geyser yang dapat meledak. Pendinginan dan pendidihan terakhir ini melepaskan sisa logam terlarut, terutama perak dan emas, yang kemungkinan membentuk endapan epitermal.

Sirkulasi cairan dalam skala besar ini membuat unsur-unsur tetap bergerak antara permukaan dan bagian dalam Bumi, memastikan bahwa segala sesuatunya tidak terlalu terkonsentrasi di satu tempat. Venus memiliki komposisi yang sangat mirip dengan Bumi dan bahkan dapat mendukung kehidupan, namun tektoniknya memungkinkan air dan CO2 menghilang dari permukaan secara efektif.₂ menumpuk di atmosfer, membekap planet ini di bawah lapisan gas rumah kaca yang cukup panas untuk melelehkan timbal.

Sirkulasi cairan geologi membuat Bumi tetap hidup, atau setidaknya layak huni bagi kita semua. Hal ini juga menjelaskan mengapa begitu banyak deposit tembaga dan emas dalam jumlah besar ditemukan di sepanjang Cincin Api Pasifik, tepat di pedalaman zona subduksi di mana basalt berisi air yang terbentuk di bawah Samudera Pasifik mulai turun dan tepat di atas tempat keluarnya air oleh kekuatan Bumi.

Kenali Cairan Anda

Meskipun sebagian besar cairan geologi berbahan dasar air, namun tidak seperti cairan yang keluar dari keran Anda. Tekanan kuat di bawah tanah membuat air super panas tidak bisa mendidih, sehingga suhu bisa mencapai ratusan derajat. Cairan geologi sering kali bersifat asin, yang berarti cairan tersebut mengandung padatan terlarut dalam jumlah yang sangat besar (hingga 10% beratnya). Cairan ini juga bisa sangat asam (pH rendah) atau sangat basa (pH tinggi) dan memiliki konsentrasi oksigen terlarut yang sangat bervariasi.

Cairan geologi diklasifikasikan berdasarkan asal dan karakteristik fisiknya.

Air asin dasar – air yang meresap jauh ke dalam batuan sedimen berpori akhirnya memanas dan menjadi garam karena melarutkan mineral. Oleh karena itu mereka cenderung mengambil sifat kimia dari batuan inangnya. Cairan cekungan ini menumpuk di batuan reservoir berpori; aliran tersebut sering kali relatif stagnan di cekungan sedimen yang stabil tetapi dapat mengalir dalam jarak yang sangat jauh jika aktivitas batuan beku atau seismik mendorong sirkulasi. Air garam basal yang teroksidasi dapat membentuk endapan uranium dan tembaga SSC yang kaya akan ketidakselarasan jika diedarkan dengan tepat.

• Suhu: rendah
• Tekanan: rendah-sedang
• pH: bervariasi
• HAI₂: bervariasi (tetapi sering kali tinggi di lingkungan kontinental)
• Salinitas: tinggi

Hubungkan perairan – air terperangkap di pori-pori batuan sedimen. Mereka berpartisipasi dalam reaksi diagenetik yang mengubah batuan ini pada kedalaman dangkal dan termodifikasi secara kimia oleh batuan induknya seiring berjalannya waktu. Mereka akhirnya dikeluarkan karena batuan ini memadat selama penguburan yang lebih dalam.

• Suhu: rendah
• Tekanan: rendah
• pH: bervariasi
• HAI₂: variabel
• Salinitas: tinggi

Cairan epitermal – Perairan meteorik dangkal yang dipanaskan oleh intrusi batuan beku, seringkali dengan sisa-sisa cairan beku yang dimodifikasi oleh interaksi dengan batuan induk. Pendidihan dapat terjadi, memicu pengendapan mineral dengan cepat. Cairan tersebut dapat membentuk endapan emas epitermal yang kaya.

• Suhu: rendah-sedang
• Tekanan: rendah
• pH: asam-netral
• HAI₂: rendah-sedang
• Salinitas: rendah-sedang

Hidrokarbon – Bahan organik yang terkubur dalam akan dimasak oleh panas bumi, terurai dan bergabung kembali menjadi hidrokarbon dari metana, minyak, dan aspal. Ini memiliki kepadatan rendah dan cenderung mengalir ke atas hingga mencapai permukaan atau terperangkap di bawah batuan kedap air. Hidrokarbon sangat reaktif dengan cairan lain, kemungkinan memicu pengendapan mineral.

• Suhu: rendah
• Tekanan: rendah-sedang
• pH: mendekati netral
• HAI₂: sangat rendah
• Salinitas: bervariasi

Cairan Hipersalin – Istilah umum untuk fluida yang membawa padatan terlarut dalam jumlah yang luar biasa. Mereka terbentuk dari pembubaran atau peleburan evaporit (formasi garam) atau mungkin terpecah dari lelehan tertentu seperti yang membentuk endapan besi-oksida-apatit. Konsentrasi padatan terlarutnya yang tinggi menjadikannya kendaraan pengangkut logam yang kuat.

• Suhu: variabel
• Tekanan: variabel
• pH: bervariasi
• HAI₂: variabel
• Salinitas: sangat tinggi

Perairan beku – Kebanyakan magma mengandung setidaknya sejumlah air yang dilepaskan saat membeku. Air ini umumnya kaya akan komponen yang mudah menguap dan larut seperti belerang dan klorin, yang merupakan kendaraan yang sangat baik untuk mengangkut logam. Cairan ini mengalir keluar, sering kali melakukan metasomatisasi batuan di sekitarnya dan membentuk sistem vena. Kunci dalam pembentukan porfiri, endapan emas, skarn, dan greisen yang berhubungan dengan intrusi.

• Suhu: sangat tinggi
• Tekanan: bervariasi tergantung pada kedalaman penempatan
• pH: bervariasi
• HAI₂: variabel
• Salinitas: bervariasi (biasanya rendah)

Meleleh – Batuan cair biasanya berbentuk lelehan silikat, tetapi lelehan sulfida, karbonat, garam, dan besi ± fosfat mungkin terjadi dalam kondisi yang jarang terjadi. Medan magnet bumi dihasilkan oleh sirkulasi besi cair di inti luar; Apakah lelehan besi ini berinteraksi dengan planet lain melalui cara lain merupakan salah satu pertanyaan besar geologi yang belum terjawab.

• Suhu: sangat tinggi
• Tekanan: variabel
• pH: bervariasi (biasanya mendekati netral)
• HAI₂: variabel
• Salinitas: NA

Perairan metamorf – Mineral hidrous cenderung cepat terurai selama metamorfisme, melepaskan air yang dialirkan ke zona sesar dan geser yang sering terbentuk selama metamorfisme. Cairan ini penting dalam pembentukan endapan emas orogenik, yang juga dikenal sebagai endapan emas batu hijau, diambil dari warna kehijauan batuan metamorf yang sering ditemukan di dalamnya.

• Suhu: bervariasi dengan kedalaman
• Tekanan: sedang-tinggi
• pH: bervariasi
• HAI₂: variabel
• Salinitas: bervariasi (endapan orogenik rendah)

Cairan metasomatik – Cairan yang mengubah batuan secara kimia. Ini adalah istilah yang sangat umum, tetapi biasanya digunakan jika tingkat perubahannya sangat tinggi, yang menyiratkan cairan yang sangat agresif secara kimia. Ini paling sering ditemukan di dekat intrusi batuan beku dan lingkungan metamorf tingkat tinggi serta di mantel dan dasar kerak bumi, di mana metasomatisme menghasilkan batuan yang kaya akan zat-zat yang mudah menguap seperti air, CO.₂fluor, dan alkali. Mencairnya batuan mantel yang mengalami metasomatisasi ini dapat menghasilkan gunung berapi langka, seperti kimberlit yang membawa berlian ke permukaan.

• Suhu: tinggi
• Tekanan: tinggi
• pH: bervariasi
• HAI₂: variabel
• Salinitas: tinggi

Perairan meteorik – Satu-satunya cairan geologi yang ingin Anda minum. Air permukaan segar dari hujan, danau, sungai, bahkan limpasan glasial disebut meteorik. Seringkali mengubah dan mengoksidasi endapan bijih dangkal dalam proses supergene dan ‘mengisi ulang’ cairan geologi lainnya.

• Suhu: sangat rendah
• Tekanan: sangat rendah
• pH: mendekati netral
• HAI₂: tinggi
• Salinitas: sangat rendah

Air laut – Namanya menjelaskan semuanya. Air laut mungkin meresap jauh ke dalam bawah permukaan dan berperan dalam banyak proses geologi. Titik awal bagi banyak air garam basal dan cairan pembentuk endapan VMS. Garam dan logam seperti magnesium biasanya diekstraksi dari air laut, dan logam lainnya, seperti uranium, mungkin suatu saat juga dapat diekstraksi.

• Suhu: sangat rendah
• Tekanan: sangat rendah
• pH: mendekati netral
• HAI₂: tinggi
• Salinitas: rendah

Fluida superkritis – Di atas suhu dan tekanan tertentu sebagian besar cairan mencapai keadaan superkritis, dimana perbedaan antara cair dan gas tidak lagi berlaku, dan fluida memiliki sifat-sifat yang berada di antara keadaan-keadaan ini. Cairan beku segar seringkali bersifat superkritis. Cairan superkritis juga mempunyai kegunaan industri dalam segala hal mulai dari pembangkit listrik hingga pembuatan bir.

• Suhu: tinggi
• Tekanan: tinggi
• pH: bervariasi
• HAI₂: variabel
• Salinitas: bervariasi

Ringkasan

Sirkulasi cairan geologis sering kali diabaikan dalam buku teks geologi, namun diam-diam mendorong sebagian besar proses di Bumi. Fluida ini memiliki banyak bentuk dan sifat yang sangat beragam, sehingga menyebabkan interaksi yang kompleks dengan permukaan dan bawah permukaan. Interaksi ini membentuk hampir seluruh simpanan bijih kita, namun juga membantu menjaga permukaan dalam keadaan (sebagian besar) stabil dan layak huni.