KESETIMBANGANMempelajari bagaimana mineral terbentuk, bagaimana
batuan berubah dari satu jenis batuan menjadi batuan yang lain
sangat erat kaitannya dengan sistem keseimbangan. Mineral dan
batuan tidak akan terbentuk kalau tidak mendapatkan keseimbangan.
Kesetimbangan dapat dilihat dari bowen reaction series.
Mineral-mineral yang tergabung dalam bowen reaction series
keberadaannya dalam batuan beku adalah sangat penting. Mineral
dalam seri bowen ini merupakan golongan mineral primer.
Mineral-mineral pada bowen reaction series menunjukkan tahap-tahap
yang dilalui dalam proses pembentukan batuan beku meliputi suhu,
tekanan, dan kedalaman lokasi pembentukan suatu batuan beku. Seri
Reaksi Bowen (Bowen Reaction Series) menggambarkan proses
pembentukan mineral pada saat pendinginan magma dimana ketika magma
mendingin, magma tersebut mengalami reaksi yang spesifik. Dan dalam
hal ini suhu merupakan faktor utama dalam pembentukan mineral. Suhu
magma dan laju pendinginan menentukan ciri dan sifat mineral yang
terbentuk (tekstur, dll). Dan laju pendinginan yang lambat
memungkinkan mineral yang lebih besar dapat terbentuk.atau juga
Bowen menentukan bahwa mineral spesifik dari temperatur tertentu
hasil pendinginan magma. Proses Kristalisasi Magma,Karena magma
merupakan cairan yang panas, maka ion-ion yang menyusun magma akan
bergerak bebas tak beraturan. Sebaliknya pada saat magma mengalami
pendinginan, pergerakan ion-ion yang tidak beraturan ini akan
menurun, dan ion-ion akan mulai mengatur dirinya menyusun bentuk
yang teratur. Proses inilah yang disebut kristalisasi.Pada proses
ini yang merupakan kebalikan dari proses pencairan, ion-ion akan
saling mengikat satu dengan yang lainnya dan melepaskan kebebasan
untuk bergerak. Ion-ion tersebut akan membentuk ikatan kimia dan
membentuk kristal yang teratur. Pada umumnya material yang menyusun
magma tidak membeku pada waktu yang bersamaan.Kecepatan pendinginan
magma akan sangat berpengaruh terhadap proses kristalisasi,
terutama pada ukuran kristal.Apabila pendinginan magma berlangsung
dengan lambat, ion-ion mempunyai kesempatan untuk mengembangkan
dirinya, sehingga akan menghasilkan bentuk kristal yang besar.
Sebaliknya pada pendinginan yang cepat, ion-ion tersebut tidak
mempunyai kesempatan bagi ion untuk membentuk kristal, sehingga
hasil pembekuannya akan menghasilkan atom yang tidak beraturan
(hablur), yang dinamakan dengan mineral gelas (glass).Pada saat
magma mengalami pendinginan, atom-atom oksigen dan silikon akan
saling mengikat pertama kali untuk membentuk tetrahedra
oksigen-silikon. Kemudian tetahedra-tetahedra oksigen-silikon
tersebut akan saling bergabung dan dengan ion-ion lainnya akan
membentuk inti kristal dan bermacam mineral silikat. Tiap inti
kristal akan tumbuh dan membentuk jaringan kristalin yang tidak
berubah. Mineral yang menyusun magma tidak terbentuk pada waktu
yang bersamaan atau pada kondisi yang sama. Mineral tertentu akan
mengkristal pada temperatur yang lebih tinggi dari mineral lainnya,
sehingga kadang-kadang magma mengandung kristal-kristal padat yang
dikelilingi oleh material yang masih cair. Komposisi dari magma dan
jumlah kandungan bahan volatil juga mempengaruhi proses
kristalisasi.
Magma, yang merupakan sebuah larutan, patuh pada hukum fisika
dan kimia, sebagai contoh, kelarutan bersama dengan titik didih
mendeterminasikan kondisi dan konsentrasi apa yang memungkinkan
mineral untuk mengkristal, secara keseluruhan. Differensiasi magma,
yaitu suatu proses yang menyebabkan magma yang asalnya relatif
homogen terpecah-pecah menjadi beberapa bagian atau fraksi dengan
komposisi yang berbeda-beda. Hal ini disebabkan oleh migrasi ion
atau molekul dalam larutan magma karena adanya perubahan temperatur
dan tekanan. Ketika magma mengalami penurunan tekanan dan
temperatur, maka mineral yang memiliki titik lebur yang tinggi
mulai mengkristal, sedangkan cairan yang belum membeku akan terus
naik dan akhirnya keseluruhan cairan magma itu membeku.Dalam skema
tersebut reaksi digambarkan dengan Y, dimana lengan bagian atas
mewakili dua jalur/deret pembentukan yang berbeda. Lengan kanan
atas merupakan deret reaksi yang berkelanjutan (continuous),
sedangkan lengan kiri atas adalah deret reaksi yang
terputus-putus/tak berkelanjutan (discontinuous).1. Deret
ContinuousDeret ini dibangun dari mineral feldspar plagioklas.
Dalam deret kontinyu, mineral awal akan turut serta dalam
pembentukan mineral selanjutnya. Dari bagan, plagioklas kaya
kalsium akan terbentuk lebih dahulu, kemudian seiring penurunan
suhu, plagioklas itu akan bereaksi dengan sisa larutan magma yang
pada akhirnya membentuk plagioklas kaya sodium. Demikian seterusnya
reaksi ini berlangsung hingga semua kalsium dan sodium habis
dipergunakan. Karena mineral awal terus ikut bereaksi dan bereaksi,
maka sangat sulit sekali ditemukan plagioklas kaya kalsium di alam
bebas.Bila pendinginan terjadi terlalu cepat, akan terbentuk
zooning pada plagioklas (plagioklas kaya kalsium dikelilingi
plagioklas kaya sodium).Deret ini mewakili pembentukan feldspar
plagioclase. Dimulai dengan feldspar yang kaya akan kalsium
(Ca-feldspar, CaAlSiO) dan berlanjut reaksi dengan peningkatan
bertahap dalam pembentukan natrium yang mengandung feldspar
(CaNa-feldspar, CaNaAlSiO) sampai titik kesetimbangan tercapai pada
suhu sekitar 9000C. Saat magma mendingin dan kalsium kehabisan ion,
feldspar didominasi oleh pembentukan natrium feldspar (Na-Feldspar,
NaAlSiO) hingga suhu sekitar 6000C feldspar dengan hamper 100%
natrium terbentuk.2. Deret DiscontinuousPada deret ini mewakili
formasi mineral ferro-magnesium silicate dimana satu mineral
berubah menjadi mineral lainnya pada rentang temperatur tertentu
dengan melakukan reaksi dengan sisa larutan magma. Diawali dengan
pembentukan mineral Olivine yang merupakan satu-satunya mineral
yang stabil pada atau di bawah 18000C. Ketika temperatur berkurang
dan Pyroxene menjadi stabil (terbentuk). Sekitar 11000C, mineral
yang mengandung kalsium (CaFeMgSiO) terbentuk dan pada kisaran suhu
9000C Amphibole terbentuk. Sampai pada suhu magma mendingin di
6000C Biotit mulai terbentuk.Bila proses pendinginan yang
berlangsung terlalu cepat, mineral yang telah ada tidak dapat
bereaksi seluruhnya dengan sisa magma yang menyebabkan mineral yang
terbentuk memiliki rim (selubung). Rim tersusun atas mineral yang
telah terbentuk sebelumnya, misal Olivin dengan rim Pyroxene.Deret
ini berakhir dengan mengkristalnya Biotite dimana semua besi dan
magnesium telah selesai dipergunakan dalam pembentukan
mineral.Apabila kedua jalur reaksi tersebut berakhir dan seluruh
besi, magnesium, kalsium dan sodium habis, secara ideal yang
tersisa hanya potassium, aluminium dan silica. Semua unsur sisa
tersebut akan bergabung membentuk Othoclase Potassium Feldspar. Dan
akan terbentuk mika muscovite apabila tekanan air cukup tinggi.
Sisanya, larutan magma yang sebagian besar mengandung silica dan
oksigen akan membentuk Quartz (kuarsa). Begitu pula dengan proses
pembentukan batuan yang membutuhkan kesetimbangan. Proses-proses
tersebut berlangsung sepanjang waktu baik di masa lampau maupun
masa yang akan datang.Kejadianalam dan proses geologi yang
berlangsung sekaranginilah yang memberikan gambaran apayang telah
terjadi di masa lampau seperti diungkapkan oleh ahli geologi JAMES
HUTTON dengan teorinya THE PRESENT IS THE KEY TO THE PASTFaktor
yang mengontrol stabilitas mineral Komponen unsur penyusun mineral
1. Kondisi Lingkungan Pressure (P) Seperti pada batuan metamorf
berfokus pada komposisi dan tekstur dari batuan metamorf yang
berasal dari batuan lainnya melalui perubahan kimia, mineralogi
atau tekstur dikarenakan kondisi ekstrim dari tekanan, suhu, atau
keduanya. Jadi dapat diketahui proses perubahan himpunan mineral
dan tekstur batuan disebabkan oleh presure, karena presure dapat
mempengaruhi kestabilan mineral. Temperature (T)Dalam keadaan cair
, atom-atom tidak memiliki susunan yang teratur(selalu mudah
bergerak) dan mempunyai temperatur yang relatif tinggi serta
atom-atomnya memiliki energi yang cukup banyak sehimgga mudah
bergerak dan tidak ada pengaturan letak atom relatif terhadap atom
lainnya. Dengan semakin menurunnya temperatur maka energi atom akan
semakin rendah dan semakin sulit bergerak sehingga atom-atom mulai
mencari atau mengatur kedudukan relatif terhaap atom lainnya
sehingga dapat membentuk latice. Proses ini terjadi pada temperatur
yang relatif dingin dimana sekelompok atom menyusun diri untuk
membentuk inti kristal. Inti-inti akan menjadi pusat dari proses
kristalisasi selanjutnya.Pada kristal ada beberapa proses atau
tahapan dalam pembentukan kristal. Proses yang di alami oleh suatu
kristal akan mempengaruhi sifat-sifat dari kristal tersebut. Proses
ini juga bergantung pada bahan dasar serta kondisi lingkungan
tempat dimana kristal tersebut terbentuk.Meski proses pendinginan
sering menghasilkan bahan kristalin, dalam keadaan tertentu
cairannya bisa membeku dalam bentuk non-kristalin. Dalam banyak
kasus, ini terjadi karena pendinginan yang terlalu cepat sehingga
atom-atomnya tidak dapat mencapai lokasi kisinya. Suatu bahan
non-kristalin biasa disebut bahan amorf atau seperti gelas.
EnergiProses pembekuan magma akan sangat berpengaruh terhadap
tekstur dan struktur primer batuan sedangkan komposisi batuan
sangat dipengaruhi oleh sifat magma sel.Pada saat penurunan suhu
akan melewati tahapan perubahan fase cair ke padat. Apabila pada
saat itu terdapat cukup energi pembentukan kristal maka akan
terbentuk kristal-kristal mineral berukuran besar sedangkan bila
energi pembentukan rendah akan terbentuk kristal yang berukuran
halus. Bila pendinginan berlangsung sangat cepat maka kristal tidak
terbentuk dan cairan magma membeku menjadi gelas.Kesetimbangan
dapat terjadi melalui proses termodinamika dimana tekanan dan suhu
dapat ideal. Komponen terdiri dari H2O dan Al2SiO5, untuk tahap H20
yakni es , air, uap air dan untuk Al2SiO5 yakni sillimanite ,
Kyanite , Andalusite disini dapat dilihat bahwa H2O ketika dapat
berubah sesuai dengan suhu yangditerimanya.Ketika suhunya rendah
maka H2O akan menjadi es, akan tetapi ketika suhunya tinggi maka
H2O akan berubah menjadi uap air dan ketika suhu normal H2O berupa
air.
Tahap perubahan H20 menjadi es , air, uap airDemikian pula pada
Al2SiO5 yang akan berubah menjadi salah satu jenis mineral sesuai
dengan suhu dan presure yang diterimanya karena pada suhu tertentu
mineral dapat terbentuk,sehingga antara sillimanite , Kyanite ,
Andalusite memiliki suhu pembentukan yang berbeda.
Tahap Al2SiO5 menjadi sillimanite , Kyanite , AndalusiteBerikut
ini adalah fase-fase pembentukan kristal yang umumnya terjadi pada
pembentukan kristal : Fase cair ke padat : kristalisasi suatu
lelehan atau cairan sering terjadi pada skala luas dibawah kondisi
alam maupun industri. Pada fase ini cairan atau lelehan dasar
pembentuk kristal akan membeku atau memadat dan membentuk kristal.
Biasanya dipengaruhi oleh perubahan suhu lingkungan. Fase gas ke
padat (sublimasi) : kristal dibentuk langsung dari uap tanpa
melalui fase cair. Bentuk kristal biasanya berukuran kecil dan
kadang-kadang berbentuk rangka (skeletal form). Pada fase ini,
kristal yang terbentuk adalah hasil sublimasi gas-gas yang memadat
karena perubahan lingkungan. Umumnya gas-gas tersebut adalah hasil
dari aktifitas vulkanis atau dari gunung api dan membeku karena
perubahan temperature. Fase padat ke padat : proses ini dapat
terjadi pada agregat kristal dibawah pengaruh tekanan dan
temperatur (deformasi). Yang berubah adalah struktur kristalnya,
sedangkan susunan unsur kimia tetap (rekristalisasi). Fase ini
hanya mengubah kristal yang sudah terbentuk sebelumnya karena
terkena tekanan dan temperatur yang berubah secara signifikan.
Sehingga kristal tersebut akan berubah bentuk dan unsur-unsur
fisiknya. Namun, komposisi dan unsur kimianya tidak berubah karena
tidak adanya faktor lain yang terlibat kecuali tekanan dan
temperatur.
