1. Reaksi Bowen

Sebelum membahasa tentang reaksi bowen, ada baiknya kita tahu tentang batuan

beku. Batuan beku adalah batuan yang terbentuk dari membekunya magma cair yang

terdesak ke permukaan bumi dan mengalami pendinginan. Magma ialah materi kental, panas,

berpijar dan merupakan senyawa silikat yang berada di bawah kondisi tekanan dan suhu yang

tinggi di dalam tubuh bumi. Batuan beku terbentuk menjadi beberapa jenis. Jenis-jenis batuan

beku tersebut disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu :

1. komposisi magma

2. kecepatan magma untuk mendingin.

Bowen adalah seorang ilmuwan berkebangsaan Kanada yang berhasil bereksperimen

dan berhasil menjelaskan tentang hubungan antara kecepatan mendingin suatu magma

dengan pembentukan macam-macam tipe batuan. Pada cairan magma yang mendingin dan

membeku, ukuran kristal mineral berangsur-angsur membesar dan ada yang mengendap.

Kristal yang tetap tinggal pada cairan magma bereaksi dengan kristal yang lain kemudian

membentuk suatu mineral yang baru. Bermacam-macam tipe batuan beku dapat terbentuk

sangat bergantung dari mineral-mineral yang ada pada magma cair pada awalnya.

Bowen menggolongkan pembentukan batu tersebut ke dalam dua kelompok, yaitu reaksi

ferromagnesium yang tidak menerus (discontinuous) dan reaksi feldspar plagioclase yang

terus menerus (continuous). Reaksi feldspar plagioclase menerus (continuous) ialah reaksi

dimana mineral batuan yang terbentuk mempunyai komposisi yang berbeda tetapi

mempunyai struktur kimia yang sama. Sedangkan reaksi ferromagnesium yang tidak terus

menerus (discontinuous) ialah reaksi dimana mineral-mineral batuan yang terbentuk

mempunyai komposisi kimia yang berlainan dan struktur kristal yang berlainan.

Urutan reaksi Bowen untuk reaksi ferromagnesium yang tidak terus menerus yaitu :

Mineral yang paling awal dinyatakan dari magma yang berkomposisi basalt yaitu olivine dan

kalsium-rich plagioklas. Saat proses pendinginan, reaksi olivin dengan sisa cairan

membentuk mineral yang baru, yaitu piroksin. Reaksi piroksin berubah ke bentuk ampibole,

dan ampibole membentuk biotit. Dan dari sini terlihat bahwa dari mineral awal menuju

mineral akhir mempunyai struktur kristal yang berbeda. Reaksi Bowen ini dapat membantu

kita untuk memahami mengapa mineral tertentu cenderung terjadi / muncul bersama-sama di

dalam batuan beku gunung berapi. Sebagai contoh yaitu batu karang yang mafic, batu basal

dan gabbro yang cenderung berisi mineral olivine, pyroxene, dan calcium-rich plagioclase

feldspar. Mineral tersebut adalah mineral yang mengkristal pada temperatur yang tinggi.

Contoh lain yaitu batu karang sialic atau felsic seperti granit dan rhyolite cenderung berisi

kwarsa, kalium feldspar, sodium-rich plagioclase feldspar, dan kadang-kadang muscovite.

Mineral tersebut adalah mineral yang mengkristal pada temperatur yang lebih rendah.

Reaksi Bowen juga membantu kita dalam memahami mengapa mineral tertentu

tidak terjadi bersama-sama di dalam batuan beku gunung berapi. Sebagai contoh, olivine dan

kwarsa tidak mungkin untuk terjadi di dalam batuan beku gunung berapi yang sama, sebab

olivine adalah suatu mineral temperatur tinggi, dan kwarsa adalah suatu mineral temperatur

rendah.

Seri Reaksi Bowen merupakan suatu skema yang menunjukan urutan kristalisasi dari

mineral pembentuk batuan beku yang terdiri dari dua bagian. Mineral-mineral tersebut dapat

digolongkan dalam dua golongan besar yaitu:

1. Golongan mineral berwarna gelap atau mafik mineral.

2. Golongan mineral berwarna terang atau felsik mineral.

Dalam proses pendinginan magma dimana magma itu tidak langsung semuanya

membeku, tetapi mengalami penurunan temperatur secara perlahan bahkan mungkin cepat.

Penurunan tamperatur ini disertai mulainya pembentukan dan pengendapan mineral-mineral

tertentu yang sesuai dengan temperaturnya Pembentukan mineral dalam magma karena

penurunan temperatur telah disusun oleh Bowen. Sebelah kiri mewakili mineral-mineral

mafik, yang pertama kali terbentuk dalam temperatur sangat tinggi adalah Olivin. Akan tetapi

jika magma tersebut jenuh oleh SiO2 maka Piroksenlah yang terbentuk pertama kali. Olivin

dan Piroksan merupakan pasangan ”Incongruent Melting”; dimana setelah

pembentukkannya Olivin akan bereaksi dengan larutan sisa membentuk Piroksen.

Temperatur menurun terus dan pembentukkan mineral berjalan sesuai dangan temperaturnya.

Mineral yang terakhir tarbentuk adalah Biotit, ia dibentuk dalam temperatur yang rendah.

Mineral disebelah kanan diwakili oleh mineral kelompok Plagioklas, karena mineral

ini paling banyak terdapat dan tersebar luas. Anorthite adalah mineral yang pertama kali

terbentuk pada suhu yang tinggi dan banyak terdapat pada batuan beku basa seperti Gabro

atau Basalt. Andesin terbentuk peda suhu menengah dan terdapat batuan beku Diorit atau

Andesit. Sedangkan mineral yang terbentuk pada suhu rendah adalah albit, mineral ini

banyak tersebar pada batuan asam seperti granit atau rhyolite. Reaksi berubahnya

komposisiPlagioklas ini merupakan deret : “Solid Solution” yang merupakan reaksi

kontinue, artinya kristalisasi Plagioklas Ca-Plagioklas Na, jika reaksi setimbang akan berjalan

menerus. Dalam hal ini Anorthite adalah jenis Plagioklas yang kaya Ca, sering disebut Juga

"Calcic Plagioklas", sedangkan Albit adalah Plagioklas kaya Na ( "Sodic Plagioklas /

Alkali Plagioklas" ).

Mineral sebelah kanan dan sebelah kiri bertemu pada mineral Potasium Feldspar ke

mineral Muscovit dan yang terakhir mineral Kwarsa, maka mineral Kwarsa merupakan

mineral yang paling stabil diantara seluruh mineral Felsik atau mineral Mafik, dan sebaliknya

mineral yang terbentuk pertama kali adalah mineral yang sangat tidak stabil dan mudah sekali

terubah menjadi mineral lain.

2. Petrologi

Petrologi adalah bidang geologi yang berfokus pada studi mengenai batuan dan

kondisi pembentukannya. Ada tiga cabang petrologi, berkaitan dengan tiga tipe

batuan: beku, metamorf, dan sedimen. Kata petrologi itu sendiri berasal dari kata Bahasa

Yunani petra, yang berarti "batu".

Petrologi batuan beku berfokus pada komposisi dan tekstur dari batuan beku (batuan

seperti granit atau basalt yang telah mengkristal dari batu lebur atau magma). Batuan

beku mencakup batuan volkanik dan plutonik.

Petrologi batuan sedimen berfokus pada komposisi dan tekstur dari batuan sedimen

(batuan seperti batupasir atau batugamping yang mengandung partikel-partikel

sedimen terikat dengan matrik atau material lebih halus).

Petrologi batuan metamorf berfokus pada komposisi dan tekstur dari batuan metamorf

(batuan seperti batusabak atau batumarmer yang bermula dari batuan sedimen atau

beku tetapi telah melalui perubahan kimia, mineralogi atau tekstur dikarenakan

kondisi ekstrim dari tekanan, suhu, atau keduanya)

Petrologi memanfaatkan bidang klasik mineralogi, petrografi mikroskopis, dan

analisa kimia untuk menggambarkan komposisi dan tekstur batuan. Ahli petrologi modern

juga menyertakan prinsip geokimia dan geofisika dalam penelitan kecenderungan dan siklus

geokimia dan penggunaan data termodinamika dan eksperimen untuk lebih mengerti asal

batuan.

          Petrologi eksperimental menggunakan perlengkapan tekanan tinggi, suhu tinggi untuk

menyelidiki geokimia dan hubungan fasa dari material alami dan sintetis pada tekanan dan

suhu yang ditinggikan. Percobaan tersebut khususnya berguna utuk menyelidiki batuan

pada kerak bagian atas dan mantel bagian atas yang jarang bertahan dalam perjalanan

kepermukaan pada kondisi asli.

3. IGNEOUS ROCKS

Batuan beku adalah batuan yang terjadi dari pembekuan larutan silikat cair liat , pijar,

bersifat mudah bergerak yang kita kenal dengan nama magma. Penggolongan batuan beku dapat

didasarkan kepada 3 patokan utama, yaitu berdasarkan genetik batuan, berdasarkan senyawa kimia

yang terkandung dan berdasarkan susunan mineraloginya

Batuan Beku Ekstrusi

Batuan beku sebagai hasil pembekuan magma yang keluar di atas permukaan bumi baik di

darat maupun di bawah muka air laut. Pada saat mengalir di permukaan masa tersebut

membeku relatif cepat dengan melepaskan kandungan gasnya. Oleh karena itu sering

memperlihatkan struktur aliran dan banyak lubang gasnya (vesikuler).

Batuan Beku Intrusi

     Batuan hasil pembekuan magma di bawah permukaan bumi. Ukuran mineralnya kasar, > 1

mm atau 5 mm. 

KOMPOSISI MINERAL

Menurut Walker T. Huang, 1962, komposisi mineral dikelompokkan menjadi tiga kelompok

mineral yaitu :

A. Mineral Utama

Mineral-mineral ini terbentuk langsung dari kristalisasi magma dan kehadirannya sangat

menentukkan dalam penamaan batuan.

  1. Mineral felsic ( mineral berwarna terang dengan densitas rata-rata 2,5 - 2,7 ), yaitu :

     - Kwarsa ( SiO2 )

- Kelompok feldspar, terdiri dari seri feldspar alkali  (K, Na) ALSi3O8. Seri feldspar alkali terdiri

dari sanidin, orthoklas, anorthoklas, adularia dan mikrolin. Seri plagioklas terdiri dari albit, oligoklas,

andesin, labradorit, biwtonit dan anortit.

 - Kelompok feldspartoid (Na, K Alumina silika), terdiri dari nefelin, sodalit, leusit.     

2.      Mineral mafik (mineral-mineral feromagnesia dengan warna gelap dan densitas rata-rata 3,0 -

3,6), yaitu :

- Kelompok olivin, terdiri dari Fayalite dan Forsterite 

- Kelompok piroksen, terdiri dari Enstatite, Hiperstein, Augit, Pigeonit, Diopsid.

- Kelompok mika, terdiri dari Biotit, Muscovit, Plogopit. 

- Kelompok Amphibole, terdiri dari Anthofilit, Cumingtonit, Hornblende, Rieberkit,  

  Tremolit, Aktinolite, Glaukofan, dll.

 B. Mineral Sekunder

Merupakan mineral-mineral ubahan dari mineral utama, dapat dari hasil pelapukan,

hidrotermal maupun metamorfisma terhadap mineral-mineral utama. Dengan demikian mineral-

mineral ini tidak ada hubungannya dengan pembekuan magma (non pirogenetik). Mineral sekunder

terdiri dari :

- Kelompok kalsit (kalsit, dolomit, magnesit, siderit), dapat terbentuk dari hasil ubahan mineral

plagioklas.

- Kelompok serpentin (antigorit dan krisotil), umumnya terbentuk dari hasil ubahan mineral mafik

(terutama kelompok olivin dan piroksen).

- Kelompok klorit (proktor, penin, talk), umumnya terbentuk dari hasil ubahan mineral kelompok

plagioklas.

-  Kelompok serisit sebagai ubahan mineral plagioklas.

- Kelompok kaolin (kaolin, hallosyte), umumnya ditemukan sebagai hasil pelapukan batuan beku.

C. Mineral Tambahan (Accesory Mineral)

Merupakan mineral-mineral yang terbentuk pada kristalisasi magma, umumnya dalam jumlah

sedikit. Termasuk dalam golongan ini antara lain :

- Hematite, Kromit, Muscovit, Rutile, Magnetit, Zeolit, Apatit dan lain-lain.

4. Magma 

Magma adalah cairan atau larutan silikat pijar yang terbentuk secara alamiah bersifat

mobile, bersuhu antara 900 ° - 1200 °C atau lebih dan berasal dai kerak bumi bagian bawah atau

selubung bumi bagian atas ( F.F. Grouts, 1947; Tumer dan verhogen 1960, H. Williams, 1962 ).

Komposisi kimiawi magma dari contoh-contoh batuan beku terdiri dari :

Senyawa-senyawa yang bersifat non volatile dan merupakan senyawa oksida dalam magma.

Jumlahnya sekitar 99% dari seluruh isi magma , sehingga merupakan mayor element, terdiri

dari  SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MnO, CaO, Na2O, K2O, TiO2, P2O5.

Senyawa volatil yang banyak pengaruhnya terhadap magma, terdiri dari fraksi-fraksi gas

CH4, CO2, HCl, H2S, SO2 dsb.

Unsur-unsur lain yang disebut unsur jejak (trace element) dan merupakan minor element seperti Rb, Ba, Sr, Ni, Li, Cr, S dan Pb. 

Dally 1933, Winkler (Vide W. T. Huang 1962) berpendapat lain yaitu magma asli (primer) adalah

bersifat basa yang selanjutnya akan mengalami proses diferensiasi menjadi magma yang

bersifat lain.

Bunsen (1951, W. T. Huang, 1962) mempunyai pandapat bahwa ada dua jenis magma primer, yaitu

basaltis dan granitis dan batuan beku merupakan hasil campuran dari dua magma ini yang

kemudian mempunyai komposisi lain.

EVOLUSI MAGMA

Magma dapat berubah menjadi magma yang bersifat lain oleh proses-proses sebegai berikut :

v   Hibridasi : Pembentukan magma baru karena pencampuran dua magma yang berlainan jenisnya.

v  Sinteksis :Pembentukan magma baru karena proses asimilasi dengan batuan samping.

v  Anateksis : Proses pambentukan magma dari peleburan batuan pada kedalaman  yang sangat

besar.   

         Dari magma dengan kondisi tertentu ini selanjutnya mengalami differensiasi magma.

Diferensiasi magma ini meliputi semua proses yang mengubah magma dari keadaan awal yang

homogen dalam skala besar menjadi masa batuan beku dengan komposisi yang bervariasi.

Proses-proses diferensiasi magma meliputi :

Fragsinasi ialah pemisahan kristal dari larutan magma,karena proses kristalisasi berjalan

tidak seimbang atau kristal-kristal pada waktu pendinginan tidak dapat mengikuti

perkembangan. Komposisi larutan magma yang baru ini terjadi terutama karena adanya

perubahan temperatur dan tekanan yang menyolok dan tiba-tiba.

Crystal Settling/Gravitational Settling adalah pengendapan kristal oleh gravitasi dari kristal-

kristal berat Ca, Mg, Fe yang akan memperkaya magma pada bagian dasar waduk. Disini

mineral silikat berat akan terletak dibawah mineral silikat ringan.

Liquid Immisibility ialah larutan magma yang mempunyai suhu rendah akan pecah menjadi

larutan yang masing-masing akan membeku membentuk bahan yang heterogen.

Crystal Flotation adalah pengembangan kristal ringan dari sodium dan potassium yang akan

memperkaya magma pada bagian atas dari waduk magma.

Vesiculation adalah proses dimana magma yang mengandung komponen seperti CO2, SO2,

S2, Cl2, dan H2O sewaktu naik kepermukaan membentuk gelembung-gelembung gas dan

membawa serta komponen volatile Sodium (Na) dan Potasium(K).

Difussion ialah bercampurnya batuan dinding dengan magma didalam waduk magma secara

lateral.