Batuan Metamorf

Batuan Metamorf



Definisi Metamorfosa dan Batuan Metamorf

Kata “metamorfosa” berasal dari bahasa Yunani, yaitu “metamorphism” dimana “meta” yang artinya “berubah” dan “morph” yang artinya “bentuk”. Dengan demikian pengertian “metamorfosa” dalam geologi adalah merujuk pada perubahan dari kelompok mineral dan tekstur batuan yang terjadi dalam suatu batuan yang mengalami tekanan dan temperature yang berbeda dengan tekanan dan temperatur saat batuan tersebut pertama kalinya terbentuk.

Sebagai catatan bahwa istilah “diagenesa” juga mengandung arti perubahan yang terjadi pada batuan sedimen. Hanya saja proses diagenesa terjadi dibawah pada temperatur dibawah 200° C dan tekanan dibawah 300 MPa (MPa = Mega Pascal) atau setara dengan tekanan sebesar 3000 atmosfir, sedangkan “metamorofsa” terjadi pada temperatur dan tekanan diatas “diagenesa”. Batuan yang dapat mengalami tekanan dan temperatur diatas 300 Mpa dan 200° C umumnya berada pada kedalaman tertentu dan biasanya berasosiasi dengan proses tektonik, terutama di daerah tumbukan lempeng atau zona subduksi. Batas atas antara proses metamorfosa dan pelelehan batuan masih menjadi pertanyaan hingga saat ini. Sekali batuan mulai mencair, maka proses perubahan merupakan proses pembentukan batuan beku.

Batuan metamorf adalah batuan yang terbentuk dari batuan asal (batuan beku, sedimen, metamorf) yang mengalami perubahan temperatur(T), tekanan (P), atau Temperatur (T) dan Tekanan (P) secara bersamaan yang berakibat pada pembentukan mineral-mineral baru dan tekstur batuan yang baru.

Tipe Metamorfosa

1. Metamorfosa Kataklastik adalah metamorfosa yang diakibatkan oleh deformasi mekanis, seperti yang terjadi pada dua blok batuan yang mengalami pergeseran satu dan lainnya disepajang suatu zona sesar / patahan. Panas yang ditimbulkan oleh gesekan yang terjadi disepanjang zona patahan ini akan mengakibatkan batuan tergerus dan termetamorfosokan disepanjang zona ini. Metamorfosa kataklastik jarang dijumpai dan biasanya menyebaran terbatas hanya disepanjang zona sesar.

2. Metamorfosa Burial adalah metamorfosa yang terjadi apabila batuan-batuan sedimen yang berada pada kedalaman tertentu dimana kondisi temperaturnya lebih besar dari 300° C dan absennya tekanan diferensial. Mineral-mineral baru akan berkembang, akan tetapi batuan tampak seperti tidak mengalami metamorfosa. Mineral utama yang dihasilkan adalah mineral zeolite. Metamorfosa burial umumnya saling overlap dengan diagenesa dan akan berubah menjadi metamorfosa regional seiring dengan meningkatnya tekanan dan temperatur.

3. Metamorfosa Kontak adalah metamorfosa yang terjadi didekat intrusi batuan beku dan merupakan hasil dari kenaikan temperatur yang tinggi dan berhubungan dengan intrusi batuan beku. Metamorfosa kontak hanya terjadi disekeliling intrusi yang terpanaskan oleh magma dan bagian kontak ini dikenal sebagai “aureole metamorphic”. Derajat metamorfosa akan meningkat kesegala arah kearah luar dari tubuh intrusi. Metamorfosa kontak biasanya dikenal sebagai metamorfosa yang bertekanan rendah dan temperatur tinggi dan batuan yang dihasilkan seringkali batuan berbutir halus tanpa foliasi dan dikenal sebagai hornfels.

4. Metamorfosa Regional adalah metamorfosa yang terjadi pada wilayah yang sangat luas dimana tingkat deformasi yang tinggi dibawah tekanan diferensial. Metamorfosa jenis ini biasanya akan menghasilkan batuan metamorf dengan tingkat foliasi yang sangat kuat, seperti Slate, Schists, dan Gneisses. Tekanan diferensial berasal dari gaya tektonik yang berakibat batuan mengalami tekanan (kompresi), dan tekanan ini umumnya berasal dari dua masa benua yang saling bertumbukan satu dengan lainnya. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa batuan metamorfosa regional terjadi pada inti dari rangkaian pegunungan atau pegunungan yang mengalami erosi. Hasil dari tekanan kompresi pada batuan yang terlipat dan adanya penebalan kerak dapat mendorong batuan kearah bagian bawah sehingga menjadi lebih dalam yang memiliki tekanan dan temperatur lebih tinggi.

Derajat Metamorfosa

Berdasarkan tekanan dan temperatur yang berada diatas kondisi diagenesa, maka ada 3 tingkat derajat metamorfosa yang dapat dikenal, yaitu derajat metomorfosa rendah, sedang dan tinggi. Adapun batas antara metamorfosa dan peleburan sangat dipengaruhi oleh jenis batuan dan jumlah air yang terdapat dalam batuan.

Pada gambar 3.20 diperlihatkan hubungan antara Tekanan (P), Temperatur (T), Kedalaman (D) dan Tipe/Jenis Metamorfosa. Metamorfosa Burial dicirikan oleh tekanan, temperatur, yang rendah dan kedalaman yang relatif dangkal. Tipe metamorfosa akan meningkat seiring dengan meningkatnya tekanan, temperatur, dan kedalaman, yaitu dari Burial Metamorfosa berubah menjadi Metamorfosa Regional Derajat Rendah dan kemudian dengan semakin meningkatnya tekanan, temperatur dan kedalaman Metamorfosa Regional Derajat Rendah dapat berubah menjadi Metamorfosa Regional Derajat Tinggi, sedangkan pada kedalaman (D > 20 km), Tekanan (P > 7 kilobars), dan Temperatur (T > 700° C ) batuan akan mengalami peleburan (mencair) menjadi magma.


Kecepatan dimana suatu batuan akan mengalami perubahan dari sekumpulan mineral-mineralnya untuk mencapai keseimbangan pada kondisi tekanan dan temperatur yang baru tergantung pada 3 (tiga) faktor, yaitu:

1. Kandungan fluida (terutama air) yang ada dalam batuan. Air yang ada dalam batuan berfungsi sebagai katalisator dalam mentransformasi mineral-mineral yang terdapat dalam batuan.

2. Temperatur, reaksi kimia akan terjadi lebih cepat pada temperatur yang lebih tinggi.

3. Waktu, untuk dapat tumbuhnya kelompok mineral mineral metamorfik yang baru pada suatu batuan sangat dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur yang bekerja terhadap batuan tersebut, oleh karena itu batuan tersebut harus mendapat tekanan dan temperatur yang cukup lama (umumnya ribuan hingga jutaan tahun).

Perubahan yang terjadi didalam kelompok mineral mencerminkan suatu peningkatan dalam derajat metamorfosa (contoh, burial sedimentary atau penebalan kerak akibat tektonik) yang dikenal dengan “prograde metamorphism”. Perubahan yang disebabkan oleh suatu penurunan dalam derajat metamorfosa ( contoh, adanya pengangkatan tektonik dan erosi) dikenal dengan “retrograde”.

Perubahan dalam kelompok mineral pada suatu batuan metamorf didorong oleh komponen-komponen kimiawinya untuk mencapai konfigurasi energi yang terendah pada kondisi tekanan dan temperatur yang ada. Jenis jenis mineral yang terbentuk tergantung tidak saja pada T dan P tetapi juga pada komposisi mineral yang terdapat dalam batuan. Apabila suatu tubuh batuan mengalami peningkatan tekanan dan atau temperatur maka batuan tersebut berada dalam keadaan “prograde metamorphism” atau batuan mengalami peningkatan derajat metamorfosanya. Derajat metamorfosa adalah istilah yang umum yang dipakai untuk menjelaskan kondisi tekanan dan temperatur dimana batuan metamorf terbentuk.


Metamorfosa derajat rendah terjadi pada temperatur antara 200° – 320° C dan tekanan yang relatif rendah. Batuan metamorf derajat rendah dicirikan oleh berlimpahnya mineral-mineral hydrous, yaitu mineral-mineral yang mengandung air (H2O) didalam struktur kristalnya). Contoh dari mineral-mineral hydrous yang terdapat pada batuan-batuan metamorf derajat rendah:

· Mineral Lempung

· Serpentine

· Chlorite

Metamorfosa derajat tinggi terjadi pada temperatur lebih besar dari 320°C dan tekanan yang relatif tinggi. Seiring dengan meningkatnya derajat metamorfosa, maka mineral-mineral hydrous akan semakin kurang hydrous dikarenakan hilangnya unsur H2O dan mineral-mineral non-hydrous menjadi bertambah banyak. Contoh mineral-mineral yang kurang hydrous dan mineral-mineral non-hydrous yang mencirikan batuan metamorfosa derajat tinggi adalah:
Batuan yang berada jauh didalam perut bumi dapat mengalami penurunan tekanan dan temperatur apabila mengalami erosi sebagai akibat dari pengangkatan secara tektonik. Peristiwa tersingkapnya batuan akibat erosi ini memungkinan batuan mengalami pembalikan proses metamorfosa, yaitu batuan kembali pada kondisi awal sebelum mengalami metamorfosa. Pembalikan proses metamorfosa seperti ini dikenal dengan istilah metamorfosa retrogresif. Apabila proses metamorfosa retrogresif merupakan sesuatu yang bersifat umum, maka batuan jenis ini seharusnya juga umum dijumpai dipermukaan bumi, namun demikian kenyataannya bahwa batuan metamorfosa retrogresif jarang dijumpai tersingkap dipermukaan bumi. Alasan alasan mengapa batuan retrogresif tidak umum dijumpai adalah:Reaksi kimia juga akan dipercepat dengan hadirnya fluida, tetapi jika fluida tidak berfungsi sebagai pendorong pada proses metamorfosa retrogresif, maka percepatan reaksi kimia tidak terjadi selama proses metamorfosa retrogresif berlangsung.Pada dasarnya metamorfosa terjadi karena beberapa mineral hanya akan stabil pada kondisi tekanan dan temperatur tertentu. Ketika tekanan dan temperaturnya berubah, reaksi kimia terjadi akan menyebabkan mineral-mineral yang terdapat dalam batuan berubah menjadi sekumpulan mineral yang stabil pada kondisi tekanan dan temperatur yang baru. Namun demikian proses ini sangat komplek, seperti seberapa besar tekanan yang diperlukan agar supaya batuan berubah, waktu yang dibutuhkan untuk merubah batuan, ada tidaknya larutan fluida selama proses metamorfosa.Tekanan juga akan meningkat dengan kedalaman bumi, dengan demikian tekanan dan temperatur akan bervariasi disetiap tempat di kedalaman bumi. Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja kesegala arah secara seimbang dan tekanan jenis ini disebut sebagai “hydrostatic stress” atau “uniform stress”. Jika tekanan kesegala arah tidak seimbang maka disebut sebagai “differential stress”.Jika tekanan diferensial hadir selama proses metamorfosa, maka tekanan ini dapat berdampak pada tektur batuan. Butiran butiran yang berbentuk membundar (rounded) akan berubah menjadi lonjong dengan arah orientasinya tegak lurus dengan tekanan maksimum dari tekanan diferensial. Mineral-mineral yang berbentuk kristal atau mineral yang tumbuh dalam kondisi tekanan diferensial dapat membentuk orientasi. Hal ini terutama terjadi pada mineral-mineral silikat, seperti mineral biotite dan muscovite, chlorite, talc, dan serpentine. Mineral-mineral silikat yang tumbuh dengan lembarannya berorientasi tegak lurus terhadap arah maksimum tekanan diferensial akan menyebabkan batuan mudah pecah sejajar dengan arah oerientasi dari lembaran mineralnya. Struktur yang demikian disebut sebagai Keberadaan setiap rongga antar butir dalam suatu batuan menjadi potensi untuk diisi oleh larutan fluida, dan umumnya larutan fluida yang paling dominan adalah H2O, tetapi berisi material mineral. Fase fluida adalah fase yang penting karena rekasi kimia yang melibatkan sau mineral padat berubah menjadi mineral padat lainnya hanya dapat dipercepat oleh adanya fluida yang berfungsi sebagai pembawa ion-ion terlarut. Dengan naiknya tekanan pada proses metamorfosa, maka ruang antar butir tempat fluida mengalir menjadi berkurang dan dengan demikian fluida menjadi tidak berfungsi sebagai penggerak reaksi. Dengan demikian tidak ada larutan fluida ketika temperatur dan tekanan berkurang sehingga metamorfosa retrogresif menjadi sulit terjadi.
Reaksi kimia yang terlibat dalam metamorfosa, selama re-kristalisasi, dan pertumbuhan mineral-mineral baru terjadi pada waktu yang sangat lambat. Hasil uji laboratorium mendukung hal tersebut dimana dibutuhkan waktu yang lama dalam proses metamorfosa untuk membentuk butiran butiran mineral yang ukurannya cukup besar. Jadi, batuan metamorf yang berbutir kasar akan memerlukan waktu yang lama, diperkirakan membutuhkan waktu hingga jutaan tahun.