Tugas Resume Bab Basic Principle (Geokimeks)

Buku   : Exploration Geochemistry (Rose, 1979)

Bab     : Basic Principle

Geokimia, didefinisikan oleh terfokuskan untuk menentukan kelimpahan unsur-unsur relatif dan absolute yang ada di bumi, serta memelajari distribusi dan migrasi unsur.

Lingkungan Geokimia

     Lingkungan geokimia ditetapkan berdasarkan tekanan, temperature, dan ketersediaan komponen kimia yang melimpah, menentukan stabilitas mineral dan fasa fluida pada suhu berapa pun.

Berdasarkan kriteria yang telah disebutkan, lingkungan geokimia dibagi menjadi dua, yaitu :

1.      Lingkungan dalam, yaitu lingkungan dari level terendah yang dapat dicapai oleh sirkulasi air permukaan sampai  level terbawah dimana batuan terbentuk.

Ciri-ciri : tekanan dan temperature tinggi, rendah oksegen bebas, magmatic dan metamorfik menonjol, sirkulasi air terbatas.

2.      Lingkungan permukaan, yaitu lingkungan pelapukan, erosi, dan sedimentasi pada permukaan bumi.

Ciri-ciri : temperature dan tekanan rendah, sirkulasi air bebas, oksigen, air, dan CO₂ melimpah.

            Perpindahan material bumi dari satu lingkungan ke lingkungan lain dapat digambarkan menjadi suatu siklus tertutup, yang dinamakan siklus besar geokimia. Siklus besar geokimia, menggabungkan beberapa siklus minor. Siklus ini mencakup proses pada (i) lingkungan geokimia dalam, meliputi metamorfisme dan diferensiasi magma, dan (ii) lingkungan geokimia permukaan, meliputi pelapukan, erosi, transportasi dan sedimentasi.

Dispersi Geokimia

            Dispersi geokimia merupakan proses perpindahan atom dan partikel ke lokasi dan lingkungan geokimia yang baru. Contohnya : injeksi magma dan glacial. Partikel cenderung bergerak ketika ada saluran dan gradient kimia atau fisika.

Dispersi dapat terjadi pada lingkungan dalam maupun permukaan terjadi secara primer (saat pembentukan lapisan bijih) maupun sekunder (redistribusi oleh proses yang lebih lanjut).

Lingkungan dalam atau permukaan, dan waktu dispersi primer atau sekunder saat proses berlangsung, penting untuk dibedakan karena hal tersebut akan menentukan karakteristik hasil dispersi. Contohnya, tahap primer pada lingkungan dalam adalah difusi metal ke dalam dinding batuan di sekitar deposit hydrothermal selama pengenadapan bijih.

Di lingkungan dalam, saluran dan tempat redeposisi adalah retakan dan bukaan anatrbutir dari batuan lingkungan dalam. Sedangkan di lingkungan permukaan, tempatnya dekat atau di permukaan, yaitu bentukan seperti kekar, celah, unconsolidated overburden, sungai, danau, vegetasi, dan bahkan udara terbuka.

Seorang pengeksplorasi geokimia (exploration geochemist) concern dengan pola distribusi unsur dalam batuan normal, karena dia harus dapat membedakan pola normal tersebut dari pola anomali yang berasosiasi dengan sebuah orebody.

Mobilitas Geokimia

Kemampuan dispersi suatu unsur ditentukan oleh mobilitasnya, yaitu kemudahan unsur untuk terdispersi relatif terhadap matriks dari material lain di sekelilingnya. Sedangkan mobilitas unsur  sendiri dalam beberapa lingkungan bergantung pada viscositas magma dan larutan, atau ukuran, bentuk, densitas butir klastik dalam aliran sungai. Stabilitas kimia suatu unsur dalam fasa padat immobile relatif terlibat dengan fasa fluida mobile.

Reaksi Geokimia

Syarat penulisan reaksi kimia, pertama, fasa tiap komponen harus spesifik (solid, liquid, aquous, atau gas). Kedua, semua komponen dalam persamaan rekasi yang benar harus dituliskan.

Contoh :

ZnCO₃(s) = Zn²⁺ (aq) + (aq)

Walaupun reaksi di atas merupakan reaksi yang setimbang, namun reaksi tersebut tidak mengekspresikan reaksi kimia di lingkungan geokimia. Karena di lingkungan permukaan,  kurang melimpah dibandingkan dengan  atau H₂CO₃.

ZnCO₃(s) + H⁺ (aq)  =  Zn²⁺ (aq) + (aq)

Hal ini berarti adanya keterlibatan pH dalam reaksi. pH memengaruhi proses pelarutan. Unsur cenderung mudah larut dalam lingkungan asam.

a.       Dispersi unsur di bawah kondisi lingkungan dalam

Dalam kristalisasi magma, contoh dispersi, unsur Zn²⁺ dalam fasa lelehan dan solid (pyroxene). Rasio Zn/Mg dalam pyroxene sebanding dengan rasio Zn/Mg dalam lelehan dikali K (koefisien distribusi). Koefisien distribusi menunjukan kecenderungan unsure untuk terdistribusi dalam suatu fasa tertentu sesuai dengan nilai K-nya. K=1, untuk rasio Zn/Mg dalam pyroxene yang sebanding dengan dalam lelehan. Jika K < 1,  rasio Zn/Mg dalam pyroxene lebih sedikit dibandingkan dalam lelehan(magma) Artinya, konsentrasi Zn yang rendah dalam pyroxene menghasilkan Zn yang tersisa dalam magma. Nilai K dipengaruhi oleh energy relatif yang  terlibat dalam subtitusi Mg oleh Zn dalam pyroxene dan lelehan. Faktor yang memengaruhi energi adalah ukuran ion relatif, muatan ion, ion koordinasi, karakteristik ikatan.

b.      Mobilitas dibawah Kondisi Permukaan

Mobilitas di lingkungan permukaan didominasi oleh transport dalam  larutan. Kecenderungan mobilitas unsur dapat dilihat dari nilai potensial ion (muatan dibagi jari-jari ion). Untuk unsur dengan potensial ion rendah seperti Ca dan Na, sifatnya mudah terlarut, efeknya unsur tersebut mobile. Unsur dengan potensial tinggi cenderung mengikat oksigen dan membentuk oxy-anion yang mudah larut, contohnya . Unsur dengan potensial ion menengah, secara umum immobile karena solubilitasnya rendah. Unsur-unsur transisi cenderung kurang soluble dan lebih mudah teradsorpsi dibandingkan dengan unsur non-transisi. Perbedaan valensi juga menghasilkan perbedaan mobilitas (ex. Fe²⁺ dan Fe³⁺).

Mobilitas unsur bergantung juga pada kondisi kimia yang spesifik. Pada lingkungan permukaan, kondisi akan lebih oksidasi, pH sekitar 5-8. Mendekati orebody, kondisi akan lebih asam namun tetap oksidasi. Dan pada lingkungan rawa yang kaya organic, kondisinya akan cenderung reduksi.

Asosiasi Unsur

Unsur cenderung berasosiasi karena kemiripan mobilitas relatif dalam kelompok proses geologi. Contohnya As untuk Au, kelimpahan As cenderung berkurang dari ekuator ke kutub. Naka pola yang didapat dari Au pun sama.

Dalam survey geokimia, unsur yang disunakan untuk mendeteksi orebody disebut unsur penunjuk. Unsur indicator merupakan komponen yang secara ekonomi bernilai dari bijih yang dicari, contohnya Cu untuk bijih Cu.

Ketika sifat-sifat komponen sulit dianalisa, immobile, atau data sulit di interpretasikan, unsur lain yang berasosiasi dalam bijih dapat sangat bermanfaat sebagai pathfinder element atau unsur penjejak. Unsur penjejak adalah unsur yang bernilai ekonomis yang digunakan sebagai pencari asosiasinya yang bernilai ekonomis.

Pola Distribusi Geokimia

Jika efek proses perpindahan material bumi bersifat kuat dan local, perbedaan dari proses normal merupakan hal yang sederhana. Namun jika efeknya lemah dan berhubungan dengan sifat yang kompleks, maka interpretasi data geokimia akan menjadi lebih sulit dan rumit. Hal ini menjadi penting untuk menentukan latar belakang unsur indicator dalam material yang tak termineralisasikan.

Nilai Latar Belakang Normal

Latar belakang merupakan kelimpahan normal unsur dalam material bumi yang tak termineralisasikan (kelimpahan unsur di alam secara normal/umum). Di bawah suatu kondisi pasti di alam, unsur dapat terkayakan dan terjarangkan. Konsekwensi dari hal tersebut, rentang nilai latar belakang harus ditentukan dimanapun dan apa pun sampelnya.

Pada deposit glacial, material dari sumber yang berbeda, cenderung akan dihomogenkan (dicampur) oleh mixing, namun nilai latar belakang unsur-unsurnya tetap mendekati latar belakang pada batuan sumbernya.

Distribusi Statistik Nilai Latar Belakang

Distribusi frekuensi unsur dalam batuan dapat didekati dengan log konsentrasi. Namun tidak semua data log distribusi maupun data lain dapat diaplikasikan secara menyeluruh.

Karena berbagai macam proses yang memengaruhi material geologi, dan banyaknya populasi, maka data tidak dapat selalu ditentukan oleh distribusi frekuensi tertentu, seperti data log. Namun disadari atau tidak, faktanya data eksplorasi muncul lebih mendekati data log-normal daripada normal. Hasil yang menguntungkan dapat diperoleh dengan asumsi sifat data log-normal.

Anomali Geokimia

Anomali merupakan simpangan atau deviasi dari keadaan normal. Jadi anomali geokimia merupakan deviasi dari pola geokimia normal pada suatu lingkungan geokimia.

Anomali yang dapat dihubungkan dengan bijih merupakan suatu anomali yang signifikan. Sedangkan yang tidak dihubungkan dengan bijih disebut juga anomali non-signifikan. Biasanya nilai anomali berada di atas atau di bawah nilai latar belakang. Anomali yang digunakan untuk mencari bijih adalah anomali positif. Batas antara anomali positif dan nilai latar belakang disebut threshold atau nilai ambang. Threshold merupakan setelan batas yang tepat dan efisien dalam pendeteksian dan pembatasba bijih. Perbedaan anomaly merupakan perbandingan rerata latar belakang atau nilai ambang.

Prinsip Interpretasi

Sampel yang berhubungan dengan bijih biasanya mempunyai pendekatan distribusi frekuensi log-normal, tapi dengan rata-rata yang lebih tinggi dan perbedaan standar deviasi daripada sampel latar belakang.

Jika survey dilakukan secara efektif, sampel di dekat bijih akan memiliki anomali dan dapat dibedakan dari populasi latar belakang. Jika nilai ambang di set terlalu tinggi, hal ini akan mengakibatkan beberapa orebodies terlewatkan. Namun jika nilai ambang di set terlalu rendah, hal ini akan memboroskan waktu dan uang, karena lingkungan yang sedikit mengandung bijih, terlihat sebagai orebodies akibat dari settingan threshold yang terlalu rendah.

Metode yang digunakan untuk menentukan nilai ambang adalah (i) dengan membandingkan terhadap literature, (ii) membedakan grafis dari macam-macam nilai background dari anomali yang kecil sampai yang lebih besar pada data histogram, (iii) hitung nilai ambang dari rata-rata atau standar deviasi, (iv) plot frekuensi kumulatif pada log probability paper dan partisi ke dalam anomali dan populasi latar belakang, (v) kenali kelas sampel anomali dari data yang telah di plot, (vi) membandingkan dengan hasil survey orientasi.

·         Prinsip metode pertama yaitu membandingkan analisis yang di dapat dengan data pada literatur. 

·         Prinsip metode yang ke-dua yaitu ketika analisis dari lapangan sedikit, plot histogram yang menunjukan nilai frekuensi  dalam kelas-kelas. Histogram biasanya menunjukan puncak yang besar sebagai background, dengan puncak kedua yang lebih tinggi. Nilai di atas background yang hampir ke puncak regional histogram dapat didekati sebagai nilai ambang.

·         Prinsip metode yang ke-tiga adalah dengan mengasumsikan nilai ambang pada bilangan spesifik standar deviasi di atas rata-rata. Metode ini sangat menguntungkan untuk survey-survey utama yang datanya terdistribusi secara normal dan mengandung amomali signifikan.

·         Prinsip metode yang ke-empat adalah membagi sebuah populasi data ke dalam dua distribusi populasi secara normal.

·         Prinsip metode yang ke-lima adalah plotting data pada peta dan melakukan konturing atau memisahkan nilai yang kebih tinggi dari nilai-nilai rendah. Biasanya digunakan untuk survey yang moderat/wajar/lunak, tapi tidak terlalu banyak survey pengintaian.

·         Prinsip metode yang ke-enam adalah jika orientasi survey mineral yang diketahui terjadi pada lingkungan geokimia dan geologi yang mirip.

Dalam survey geokimia, semua metode yang digunakan dapat dijadikan tools, namun tetap harus diuji dengan pemetaan anomali. Walaupun teknik statistic dapat membantu mempresentasikan dan menganalisis data geokimia, namun teknik tersebut tidak dapat memberikan interpretasi. Interpretasi yang dapat dipercaya merupakan kombinasi dari pengetahuan geologi dan geokimia, serta pertimbangan aspek ekonomi dalam eksplorasi. Jadi, analisis matematika tidak dapat menggantikan kemampuan interpretasi subjektif seorang exploration geologist untuk beberapa waktu ke depan.