BAB III DASAR TEORI BATUBARA

advertisement
BAB III
DASAR TEORI BATUBARA
III.1
Genesa Batubara
Batubara adalah batuan sedimen ( padatan ) yang dapat terbakar, terbentuk dari sisa
tumbuhan yang terhumifikasi, berwarna coklat sampai hitam yang selanjutnya
terkena proses fisika dan kimia yang berlangsung selama jutaan tahun sehingga
mengakibatkan pengkayaan kandungan karbonnya (Wolf, 1984 dalam Anggayana
2002).
Untuk menjadi batubara, ada beberapa tahapan penting yang harus dilewati oleh
bahan dasar pembentuknya (tumbuhan). Tahapan penting tersebut yaitu : tahap
pertama adalah terbentuknya gambut (peatification) yang merupakan proses
mikrobial dan perubahan kimia (biochemical coalification). Serta tahap berikutnya
adalah proses-proses yang terdiri dari perubahan struktur kimia dan fisika pada
endapan pembentuk batubara (geochemical coalification) karena pengaruh suhu,
tekanan dan waktu.
III.1.1 Penggambutan (Peatification)
Gambut merupakan batuan sedimen organik ( tidak padat ) yang dapat terbakar dan
berasal dari sisa – sisa hancuran atau bagian tumbuhan yang tumbang dan mati di
permukaan tanah, pada umumnya akan mengalami proses pembusukan dan
penghancuran yang sempurna sehingga setelah beberapa waktu kemudian tidak
terlihat lagi bentuk asalnya. Pembusukan dan penghancuran tersebut pada dasarnya
merupakan proses oksidasi yang disebabkan oleh adanya oksigen dan aktivitas
bakteri atau jasad renik lainnya. Jika tumbuhan tumbang di suatu rawa, yang
dicirikan dengan kandungan oksigen yang sangat rendah sehingga tidak
memungkinkan bakteri aerob (bakteri yang memerlukan oksigen) hidup, maka sisa
tumbuhan tersebut tidak mengalami proses pembusukan dan penghancuran yang
sempurna sehingga tidak akan terjadi proses oksidasi yang sempurna. Pada kondisi
Bab III
23
tersebut hanya bakteri-bakteri anaerob saja yang berfungsi melakukan proses
dekomposisi yang kemudian membentuk gambut (peat). Daerah yang ideal untuk
pembentukan gambut misalnya rawa, delta sungai, danau dangkal atau daerah
dalam kondisi tertutup udara. Gambut bersifat porous, tidak padat dan umumnya
masih memperlihatkan struktur tumbuhan asli, kandungan airnya lebih besar
dari 75 % (berat) dan komposisi mineralnya kurang dari 50% (dalam keadaan
kering).
Menurut Bend,1992 dalam C.F.K Diessel (1992), untuk dapat terbentuknya
gambut, beberapa faktor yang mempengaruhi yaitu :
1. Evolusi tumbuhan
2. Iklim
3. Geografi dan tektonik daerah
Syarat untuk terbentuknya formasi batubara antara lain adalah kenaikan muka
air tanah lambat, perlindungan rawa terhadap pantai atau sungai dan energi
relief rendah. Jika muka air tanah terlalu cepat naik (atau penurunan dasar
rawa cepat) maka kondisi akan menjadi limnic atau bahkan akan terjadi
endapan marin. Sebaliknya kalau terlalu lambat, maka sisa tumbuhan yang
terendapkan akan teroksidasi dan tererosi. Terjadinya kesetimbangan antara
penurunan cekungan / land-subsidence dan kecepatan penumpukan sisa tumbuhan
(kesetimbangan bioteknik) yang stabil akan menghasilkan gambut yang tebal
(C.F.K Diessel, 1992).
Lingkungan tempat terbentuknya rawa gambut umumnya merupakan tempat yang
mengalami depresi lambat dengan sedikit sekali atau bahkan tidak ada penambahan
material dari luar. Pada kondisi tersebut muka air tanah terus mengikuti
perkembangan akumulasi gambut dan mempertahankan tingkat kejenuhannya.
Kejenuhan tersebut dapat mencapai 90 % dan kandungan air menurun drastis
hingga 60 % pada saat terbentuknya brown-coal. Sebagian besar lingkungan yang
memenuhi kondisi tersebut merupakan topogenic low moor. Hanya pada beberapa
Bab III
24
tempat yang mempunyai curah hujan sangat tinggi dapat terbentuk rawa gambut
ombrogenik (high moor) (C.F.K Diessel, 1992).
III.1.2 Pembatubaraan (Coalification)
Proses pembatubaraan adalah perkembangan gambut menjadi lignit, subbituminous, bituminous, antrasit sampai meta-antrasit. Proses pembentukan
gambut dapat berhenti karena beberapa proses alam seperti misalnya karena
penurunan dasar cekungan dalam waktu yang singkat. Jika lapisan gambut
yang telah terbentuk kemudian ditutupi oleh lapisan sedimen, maka tidak ada
lagi bahan anaerob, atau oksigen yang dapat mengoksidasi, maka lapisan
gambut akan mengalami tekanan dari lapisan sedimen. Tekanan terhadap
lapisan gambut akan meningkat dengan bertambah tebalnya lapisan sedimen.
Tekanan
yang
bertambah
besar
pada
proses
pembatubaraan
akan
mengakibatkan menurunnya porositas dan meningkatnya anisotropi. Porositas
dapat dilihat dari kandungan airnya yang menurun secara cepat selama proses
perubahan gambut menjadi brown coal. Hal ini memberi indikasi bahwa masih
terjadi proses kompaksi.
Proses pembatubaraan terutama dikontrol oleh kenaikan temperatur, tekanan dan
waktu. Pengaruh temperatur dan tekanan dipercayai sebagai faktor yang sangat
dominan, karena sering ditemukan lapisan batubara high-rank (antrasit) yang
berdekatan dengan intrusi batuan beku sehingga terjadi kontak metamorfisme.
Kenaikan peringkat batubara juga dapat disebabkan karena bertambahnya
kedalaman. Sementara bila tekanan makin tinggi, maka proses pembatubaraan
makin cepat, terutama di daerah lipatan dan patahan.
Bab III
25
Tabel III. 1 Klasifikasi tingkat pembatubaraan (Modifikasi dari M.Teichmüller
and R. Teichmüller dalam E.Stach et al., 1982)
III.2
Fasies batubara
Fasies batubara dapat diekspresikan melalui komposisi maseral dan kandungan
mineral, komposisi kimia (kandungan S,N dan rasio H/C vitrinite) serta sifat
tekstur (Taylor G.H and Teichmüller, 1993)
Bab III
26
Faktor-faktor yang mempengaruhi karakteristik fasies batubara antara lain:
1. Tipe pengendapan
Tipe pengendapan dibedakan atas autochtonous dan allochtonous. Batubara
autochtonous berkembang dari tumbuhan yang ketika tumbang akan
membentuk gambut di tempat dimana tumbuhan itu pernah hidup tanpa adanya
proses transportasi yang berarti. Batubara allochtonous terendapkan secara
detrital dimana sisa-sisa tumbuhan hancur dan tertransportasi kemudian
terendapkan di tempat lain. Batubara allochtonous akan lebih banyak
mengandung mineral oleh karena penambahan material-material lain selama
transportasi.
2. Rumpun tumbuhan pembentuk
Berdasar rumpun tumbuhan pembentuk dikenal empat macam tipe rawa yaitu:
ƒ
Daerah air terbuka dengan tumbuhan air
ƒ
Rawa ilalang terbuka
ƒ
Rawa hutan
ƒ
Rawa lumut
Gambar III.1 Urutan tipe rawa gambut yang berkembang pada
lingkungan lacustrine (Taylor G.H et.al.,1998)
Urutan tipe rawa di atas terutama terdapat pada gambut di lingkungan lacustrine
(danau) terutama pada daerah iklim sedang – lembab.
Bab III
27
Menurut Martini dan Glooschenko (1984) dalam C.F.K Diessel (1992), rawa
gambut dapat dibedakan menjadi 4 (empat) jenis berdasarkan jenis tumbuhan
pembentuk, yaitu :
a) Bog, yaitu lokasi rawa yang banyak ditumbuhi oleh tanaman lumut atau
tanaman merambat yang miskin kandungan makanan (Damman & French,
1987).
b) Fen, yaitu lokasi rawa yang kaya akan tumbuhan perdu dan beberapa jenis
pohon lainnya. Umumnya terletak pada lingkungan ombrogenik yaitu transisi
antara daerah yang melimpah akan kandungan air dengan daerah yang
terkadang kering.
c) Marsh, yaitu lokasi rawa yang didominasi oleh tumbuhan perdu atau tanaman
merambat yang sering terdapat di sekitar pinggir danau atau laut.
d) Swamp, yaitu daerah basah pada iklim tropis hingga dingin yang didominasi
oleh tumbuhan berkayu.
3. Lingkungan pengendapan
Pembentukan batubara tidak dapat dipisahkan dengan kondisi lingkungan
dan geologi di sekitarnya. Distribusi lateral, ketebalan, komposisi dan
kualitas batubara banyak dipengaruhi oleh lingkungan pengendapannya.
Lingkungan pengendapan telmatis (terestrial) akan menghasilkan gambut yang
tidak terganggu dan tumbuh secara insitu. Batubara yang terendapkan pada
lingkungan telmatis dan limnik (subaquatik) sulit untuk dibedakan karena pada
rawa hutan (forest swamp) biasanya ada bagian yang berada di bawah air.
Batubara yang terendapkan pada lingkungan payau atau marine dicirikan oleh
tingginya kandungan abu, sulfur, N, dan mengandung fosil laut. Bakteri sulfur
mempunyai peran yang khusus dalam gambut dan lumpur organik yaitu
mengurangi sulfat menjadi sulfur sehingga memungkinkan terbentuknya
pirit/markasit.
Bab III
28
4. Persediaan bahan makanan
Rawa eutrophic, mesotrophic, dan oligotrophic dibedakan dari banyak
sedikitnya bahan makanan yang bisa digunakan. Low moor biasanya eutrophic
(kaya nutrisi) karena menerima air dari air tanah yang banyak mengandung
makanan terlarut. High moor bersifat oligotrophic (miskin nutrisi) karena
sirkulasi hanya mengandalkan air hujan. Gambut pada pada high moor secara
umum mengandung sisa-sisa tumbuhan yang terawetkan dengan baik. Di
bawah kondisi hidrologi yang seragam maka tumbuhan rawa eutrophic banyak
spesiesnya. Oligotrophic di daerah iklim sedang pada umumnya berupa
sphagnum sedangkan untuk daerah tropis bisa ditumbuhi oleh hutan kayu tetapi
tidak banyak spesiesnya karena rawa jenis ini akan asam (pH 3,5 – 4) dan
kandungan mineralnya sangat rendah.
5. PH, aktivitas bakteri, dan sulfur
Keasaman gambut sangat mempengaruhi keberadaan bakteri sehingga dengan
demikian akan sangat mempengaruhi proses dekomposisi struktur dan kimia
dari sisa tumbuhan. Disamping tipe batuan dasar dan air yang mengalir masuk
ke rawa maka keasaman rawa tergantung pada rumpun tumbuhan yang ada,
suplai O2, dan konsentrasi asam humik yang sudah terbentuk. Bakteri hidup
dengan baik pada kondisi netral (pH 7 – 7,5), jika makin asam maka bakteri
akan makin sedikit dan struktur kayu akan terawetkan dengan lebih baik.
Bakteri sulfur mempunyai peran khusus pada gambut (lumpur organik) untuk
membentuk pirit atau markasit syngenetik dengan adanya sulfat dalam gambut
tersebut.
6. Temperatur gambut
Temperatur permukaan gambut memegang peran yang sangat penting untuk
proses dekomposisi primer. Pada iklim yang hangat dan basah, bakteri hidup
dengan baik sehingga proses kimia bisa berjalan baik.
Bab III
29
Selanjutnya berdasarkan lingkungan sedimenternya, C.F.K Diessel (1992)
membagi tempat terakumulasinya rawa gambut menjadi 4 (empat) bagian,
yaitu :
1. Braid Plain
Merupakan dataran aluvial yang terdapat diantara pegunungan, dimana
terendapkan sedimen berukuran kasar (>2 mm). Batubara yang terbentuk pada
daerah ini merupakan hasil diagenesa gambut ombrogenik yang mempunyai
penyebaran lateral terbatas dengan ketebalan rata-rata 1,5 meter.
Kandungan abu, sulfur total dan vitrinitenya umumnya rendah, sementara pada
daerah tropis kandungan vitrinite umumnya tinggi. Pada bagian tengah lahan
gambut umumnya kaya akan maseral inertinite (28%) karena suplai nutrisi
yang terbatas. Kandungan inertinite (khususnya semifusinite) yang besar
menyebabkan nilai TPI (Tissue Preservation Index) nya relatif tinggi yang
sekaligus dapat menunjukkan bahwa tumbuhan asalnya didominasi
bahan kayu. Sementara
oleh
itu nilai GI (Gelification Index) yang rendah dan
warna batubara yang buram dapat menunjukkan bahwa secara periodik
permukaan gambut mengalami kekeringan dan proses oksidasi. Kandungan
abu yang kadang ditemukan cukup tinggi (±20%), kemungkinan dapat berasal
dari banjir musiman dan keluarnya air tanah ke permukaan.
2. Alluvial Valley and Upper Delta Plain
Kedua lingkungan ini sulit dibedakan karena adanya kesamaan litofasies dan
sifat batubara yang terbentuk sehingga pembahasannya dapat disatukan.
Lingkungan ini merupakan transisi dari lembah dan dataran aluvial dengan
dataran delta, umumnya melalui sungai berstadium dewasa yang memiliki
banyak meander. Lapisan batubara umumnya memiliki ketebalan bervariasi
dan endapan sedimennya terutama terdiri atas perselingan batupasir dan lanau
/ lempung.
Bab III
30
Gambut dapat terakumulasi pada berbagai morfologi seperti pada rawa,
dataran dan cekungan banjir, bagian luar saluran sungai dan lain-lain.
Permukaan gambut cenderung selalu basah dan jarang mengalami periode
kemarau sehingga menghasilkan endapan batubara yang mengkilap dengan
nilai TPI dan GI relatif tinggi serta didominasi oleh maseral telovitrinite/
humotellinite dan secara kualitas memiliki kandungan abu dan sulfur yang
rendah dibanding batubara pada lingkungan lainnya.
3. Lower Delta Plain
Lingkungan ini dibedakan dengan upper delta plain dari tingkat pengaruh
pasang air laut terhadap sedimentasi, dimana batas antara keduanya adalah
pada daerah batas tertinggi dari air pasang. Endapan sedimen pada lower delta
plain terutama terdiri dari batulanau, batulempung dan serpih yang diselingi
oleh batupasir halus.
Pada saat pasang naik, air laut akan membawa nutrisi ke dalam rawa gambut
sehingga memungkinkan pertumbuhan tanaman yang lebih baik, namun di sisi
lain dengan naiknya batas pasang maka akan terendapkan sedimen klastik
halus yang akan menjadi pengotor dalam batubara.
Di samping itu pengaruh laut akan meningkatkan kandungan pirit dalam
batubara yang terbentuk dari reduksi sulfat yang terdapat dalam air laut.
Menurut Horne and Ferm (1987), batubara yang terendapkan dalam
lingkungan ini memiliki penyebaran luas tetapi ketebalan relatif tipis.
Batubaranya memiliki kandungan inertinite yang rendah dengan nilai GI yang
tinggi. Kandungan vitrinite / huminite nya terutama didominasi oleh
detrovitrinite / humotellinite sehingga nilai TPI nya relatif rendah. Hal ini
menunjukkan tingginya proporsi tumbuhan dengan jaringan lunak (soft-tissued
plant) dan biodegradasi pada kondisi pH yang relatif tinggi.
4. Barrier Beach
Pada lingkungan ini, morfologi garis pantai dikontrol oleh rasio suplai
sedimen dengan energi pantai, yaitu gelombang pasang dan arus. Jika nilai
Bab III
31
rasio tinggi maka akan terbentuk delta, namun jika nilai rasio rendah maka
sedimentasi akan terdistribusi di sepanjang pantai.
Rawa gambut pada barrier beach memiliki permukaan yang relatif lebih
rendah terhadap muka air laut sehingga sering kebanjiran dan ditumbuhi
alang-alang. Gambut akan terakumulasi di suatu tempat jika fluktuasi air
pasang tidak tinggi sehingga timbunan material gambut tidak berpindah
tempat. Dengan demikian rawa gambut pada lingkungan ini sangat
dipengaruhi oleh regresi dan transgresi air laut.
5. Estuari
Sedimen yang terbentuk pada lingkungan ini terutama berupa perselingan
laminasi batulanau dan batupasir halus. Batubara yang terbentuk umumnya
sangat tipis dan tidak menerus.
C.F.K Diessel (1992) mengelompokkan berbagai kondisi akumulasi gambut
menjadi 5 (lima) kategori bedasarkan penelitian terhadap batubara humik
bituminous (Gambar 3.1). Kelima kategori tersebut dibedakan berdasarkan
faktor kelembaban, konsentrasi ion hidrogen (pH), suplai makanan dan
aktifitas bakteri. Tiga kategori diantaranya adalah tipe topogenic mires (rawa
gambut topogenik) yang dibagi atas : high watertable dengan kondisi asam,
high watertable dengan kondisi netral serta variable watertable dan dua
lainnya adalah rawa gambut ombrogenik yang dibagi atas : continuously wet
dan intermittenly dry.
Pada kategori high watertable dibedakan menjadi asam dan netral. Perbedaan
utama
antara kedua kondisi tersebut adalah terletak pada konsentrasi ion
hidrogennya, dimana pada kolom 1 yang konsentrasinya rendah merupakan
lingkungan air tawar (flood basin) dan kolom 2 yang konsentrasinya lebih
tinggi merupakan lingkungan payau atau laut. Kategori variable watertable
(kolom 3) adalah lingkungan air tawar namun dengan tinggi muka air tanah
berubah – ubah, seperti pada dataran banjir yang terkadang kering pada masa
Bab III
32
tertentu. Adanya kecenderungan dalam kondisi tergenang pada ketiga kategori
ini menyebabkan suplai makanan tersedia cukup banyak (eurotrophy).
Kategori continuously wet dan intermittenly dry merupakan tipe rawa gambut yang
tumbuh berkembang karena suplai air yang berasal dari curah hujan yang sangat
tinggi (iklim tropis), hanya pada intermittenly dry sering mengalami perubahan
musim, termasuk di dalamnya musim kering. Gambut yang terendapkan pada
lingkungan bog-ombrotrophic (kolom 4 dan 5) terbentuk dalam kondisi asam
dengan suplai makanan yang rendah (oligotrophy).
5
4
3
2-1
1-2
3
4
5
Gambar III.2 Sketsa lingkungan pengendapan dan kondisi akumulasi gambut
(C.F.K Diessel, 1992)
Bab III
33
III.3
Maseral pada Batubara
III.3.1 Klasifikasi Maseral
Secara umum batubara terdiri dari 3 (tiga) bagian utama, yaitu : material organik
(pure coal), material inorganik dan lengas (moisture). Porsi organik terdiri dari
fixed carbon dan volatile organic matter, sedangkan bagian anorganik didominasi
oleh mineral matter. Ketiga bagian batubara tersebut sebagian berasal dari unsur –
unsur penyusun tumbuhan asalnya yang telah mengalami proses fisika dan kimia
sejak pengendapannya serta selebihnya berasal dari sumber luar yang tercampur
dalam proses pembatubaraan.
Material
organik
pembentuk
batubara
disebut
maseral
dan
dapat
dianalogikan dengan mineral pada batuan atau bagian terkecil dari batubara
yang bisa teramati dengan mikroskop.
Maseral – maseral ini dikelompokkan menjadi 3 (tiga) kelompok utama,
yaitu : vitrinite / huminite, liptinite dan inertinite. Pengelompokan maseral
ini ditentukan pada kenampakan optis di bawah mikroskop berdasarkan
perbedaan morfologi, ukuran, relief, struktur dalam, komposisi kimia, warna
pantulan, intensitas refleksi dan tingkat pembatubaraan.
Vitrinite / Huminite
Kelompok ini berasal dari jenis tumbuhan yang mengandung serat kayu (woody
tissues) seperti batang, dahan, akar dan serat daun. Vitrinite adalah bahan utama
penyusun batubara di Indonesia ( >80%). Dibawah mikroskop, kelompok maseral
ini memperlihatkan warna pantul yang lebih terang daripada kelompok liptinite,
namun lebih gelap dari kelompok inertinite, berwarna mulai dari abu – abu tua
hingga abu – abu terang. Kenampakan di bawah mikroskop tergantung dari tingkat
pembatubaraannya, semakin tinggi tingkat pembatubaraan maka warnanya akan
semakin terang. Kelompok vitrinite mengandung unsur hidrogen dan zat terbang
yang persentasenya berada diantara inertinite dan liptinite.
Bab III
34
Tabel III.2 Klasifikasi maseral pada batubara : Australian Standart (1986)
Grup Maseral
Sub Grup Maseral
Telovitrinite
Vitrinite
Detrovitrinite
Gelovitrinite
Tipe Maseral
Textinite
Texto - Ulminite
Eu- Ulminite
Telocolinite
Atrinite
Densinite
Desmocolinite
Corpogelinite
Porigelinite
Eugelinite
Sporinite
Cutinite
Resinite
Suberinite
Fluorinite
Liptodetrinite
Exudatinite
Alginite
Bituminite
Liptinite
Teloinertinite
Fusinite
Semifusinite
Sclerotinite
Detroinertinite
Inertodetrinite
Micrinite
Geloinertinite
Macrinite
Inertinite
Bab III
35
Liptinite
Kelompok ini berasal dari jenis tanaman tingkat rendah seperti spora, ganggang
(algae), kutikula, getah tanaman (resin) dan serbuk sari (pollen). Berdasarkan
morfologi dan bahan asalnya, kelompok liptinite dibedakan menjadi sporinite
(spora dan butiran pollen), cutinite (kutikula), resinite (resin/damar), exudatinite
(maseral sekunder yang berasal dari getah maseral liptinite lainnya yang keluar
pada proses pembatubaraan), suberinite (kulit kayu / serat gabus), fluorinite
(degradasi dari resinite), liptodetrinite (detritus dari maseral liptinite lainnya),
alginite (ganggang) dan bituminite (degradasi material algae).
Di bawah mikroskop, kelompok liptinite menunjukkan warna
kuning muda
hingga kuning tua di bawah sinar fluoresence, sedangkan di bawah sinar biasa
kelompok ini terlihat berwarna abu-abu sampai gelap. Kelompok ini mempunyai
kandungan hidrogen paling banyak di antara maseral lainnya.
Inertinite
Kelompok inertinite diduga berasal dari tumbuhan yang sudah terbakar dan
sebagian lagi berasal dari hasil proses oksidasi maseral lainnya atau proses
decarboxylation yang disebabkan oleh jamur dan bakteri. Kelompok ini
mengandung unsur hidrogen paling rendah dan karakteristik utamanya adalah
reflektansi yang tinggi diantara dua kelompok lainnya.
III.3.2
Maseral dan Lingkungan Pengendapan Batubara
Peranan maseral dalam analisis penentuan lingkungan pengendapan batubara
dapat didasarkan pada sifat-sifat yang dimilikinya, antara lain : sifat attribute
dan sifat skalar. Suatu lapisan batubara mulai dari lapisan dasar (floor) hingga
atas (roof) memiliki sifat – sifat tertentu, yang mencerminkan kondisi lingkungan
pengendapannya.
Sifat attribute adalah suatu sifat yang dicirikan oleh ada tidaknya suatu
maseral tertentu, dalam hal ini kelimpahan maseral sangat penting untuk
dijadikan penciri suatu lingkungan tertentu (C.F.K Diessel, 1992). Navale
Bab III
36
(1981) menyatakan bahwa batubara yang diendapkan pada lingkungan lagoon
relatif kaya akan desmocolinite, batubara dari lingkungan upper delta plain
dan fluviatil (wet forest swamp) kaya akan vitrinite dan material klastik
seperti mineral lempung, sedangkan batubara dari lingkungan air tawar
biasanya lebih kaya akan telinite, resinite dan inertinite.
Sifat skalar dari suatu maseral bukan didasarkan atas faktor kehadiran atau
morfologi maseral tertentu, tetapi didasarkan pada hubungan kuantitatif
antara tiap maseral dalam batubara. C.F.K Diessel (1986) memperkenalkan
dua parameter utama dalam penentuan fasies
batubara
berdasarkan
komposisi maseral pada batubara yaitu : TPI (Tissue Preservation Index) dan
GI (Gelification Index).
TPI (Tissue Preservation Index) menyatakan perbandingan antara struktur
jaringan pada maseral yang terawetkan dan struktur jaringan yang tidak
terawetkan
(terdekomposisi).
TPI
juga
dapat
menunjukkan
derajat
humifikasi yang terjadi pada lahan gambut dalam proses penggambutan.
Tingginya derajat humifikasi dapat menyebabkan terjadinya penghancuran
jaringan sel yang dinyatakan oleh harga TPI yang kecil.
TPI
=
Telovitrinite + Teloinertinite
Detrovitrinite + Gelovitrinite + Inerto det rinite + Geloinertinite
Pengrusakan struktur sel oleh organisme akan sangat mudah terjadi pada
tanaman yang mengandung banyak selulose (tumbuhan perdu), sedangkan
tanaman yang banyak mengandung lignin (tumbuhan kayu) akan sulit
dihancurkan. Semakin meningkatnya
harga TPI dapat menunjukkan
semakin tingginya persentase kehadiran tumbuh – tumbuhan kayu (dalam
hal ini ditunjukkan dengan banyaknya persentase telovitrinite). Sementara
itu bila harga TPI < 1 maka maseral vitrinite akan disertai oleh kehadiran
cutinite yang biasanya akan cepat terhancurkan oleh air laut. Kombinasi
antara kandungan densinite dan cutinite yang banyak dengan kandungan
Bab III
37
vitrinite yang sedikit dapat menggambarkan bahwa batubara berasal dari
serat tumbuhan perdu pada suatu lingkungan marsh.
GI (Gelification Index) berhubungan dengan kontinuitas kelembaban pada
lahan gambut serta menyatakan perbandingan antara maseral yang terbentuk
karena proses gelifikasi dan maseral yang terbentuk akibat proses oksidasi.
GI
=
Vitrinite + Geloinertinite
Teloinertinite + Detroinertinite
Harga GI akan berbanding terbalik dengan tingkat oksidasi, dalam hal ini
semakin kecil harga GI menunjukkan tingkat oksidasi yang semakin besar.
Tingkat Gelifikasi akan memberikan beberapa gambaran antara lain :
1.
Menunjukkan basah/keringnya kondisi pembentukan batubara. Hal ini
terjadi karena gelifikasi membutuhkan keadaan lembab yang kontinyu.
2.
Sebagai
indikator
pH
relatif
karena
efektifitas
bakteri
dapat
berlangsung pada derajat keasaman rendah.
3.
Sebagai ukuran proses diagenesa selama gelifikasi biokimia.
Kombinasi TPI dan GI dapat dipergunakan untuk memperkirakan derajat
dekomposisi dan penentuan lingkungan pengendapan batubara. Nilai TPI
dan GI yang
tinggi dapat mengindikasikan tingkat dekomposisi aerobik
yang rendah, sebaliknya kondisi kering dicirikan oleh nilai TPI rendah dan
GI yang tinggi mengindikasikan dekomposisi aerobik yang terbatas.
III.3.3
Pengaruh Air Tanah dan Vegetasi
Salah satu parameter dalam pembentukan suatu mire/ lahan gambut
(rheotrophic, mesotrophic dan ombrotrophic) adalah kondisi pengaruh air
tanah yang dicerminkan melalui nilai indeks GWI (Groundwater Index) yang
secara langsung berhubungan dengan kontinuitas air hujan dan suplai nutrisi /
ion – ion yang ada pada air. Rheotrophic mire menerima suplai air dari aliran
air tanah, air dari lingkungan dan dari air hujan sehingga kaya akan suplai
Bab III
38
nutrisi dan ion serta kandungan mineral, sementara ombrotrophic mire hanya
menerima dari air hujan sehingga miskin nutrisi (oligotrophic). Rheotrophic
mire dapat dibagi menjadi fen, swamp dan marsh
yang tergantung pada
tingkat genangan air pada lahan gambut. Sementara ombrotrophic mire dapat
istilahkan sebagai bogs (Moore, 1987 dalam Calder et.al., 1991).
GWI merupakan rasio perbandingan antara jaringan tumbuhan yang
tergelifikasi kuat terhadap jaringan tumbuhan yang tergelifikasi lemah.
Perbandingan ini dapat menggambarkan proses gelifikasi yang meyimpulkan
tentang keadaan suplai air dan pH dari suatu lahan gambut / mire.
Pada lingkungan rawa yang berkembang menjadi kondisi rawa di bawah
pengaruh air tanah yang semakin berkurang akan menghasilkan gambut yang
lebih baik (Grosse- Brauckmann, 1979 ; Tallis, 1983 and Moore, 1987 dalam
Calder, 1991). Bukti kondisi ini dapat terlihat pada lapisan batubara yang
menunjukkan perubahan tendensi umum secara vertikal. Perubahan tendensi
umum tersebut diantaranya adalah penurunan kadar sulfur dan abu, kenaikan
pengawetan jaringan tumbuhan, penurunan gelifikasi biokimia dan penurunan
maseral liptinite yang berasal dari lingkungan air (Calder, 1991).
GWI
=
corpogelinite + Mineral Matter
textinite + telocollinite + Detrovitrinite
Dalam perhitungan GWI juga dimasukkan parameter mineral matter selain
maseral. Kegunaan parameter mineral matter disini dapat mengindikasikan
asal mula dari dominasi detrital yang masuk pada mire dan juga dapat
mengasumsikan ukuran kondisi rawa gambut (rheotrophic, mesotrophic dan
ombrotrophic). (Cecil., C.B dalam Taylor G.H, 1998)
Selain dari pengaruh air tanah yang dalam hal ini dinyatakan dalam GWI,
aspek vegetasi (Vegetation Index) juga dapat dijadikan petunjuk dalam
menginterpretasi asal mula suatu lahan gambut (paleomire). Secara teori
Bab III
39
lahan gambut dapat dibedakan berdasarkan tipe tumbuhan pembentuk dengan
menggunakan parameter kesamaan antar maseral.
Tumbuhan
yang
kaya
akan
lignin
ditunjukkan
dengan
kandungan
telovitrinite, fusinite dan semifusinite yang tinggi. Dalam hal ini, suberinite
dan resinite adalah sebagai maseral penyerta. Tumbuhan asal perdu yang
kaya selulosa melalui proses pembatubaraan akan membentuk batubara yang
kaya akan detrovitrinite, inertodetrinite dan liptodetrinite (Teichmüller, 1989).
Kondisi subaquatik seharusnya akan diindikasikan oleh kehadiran maseral
alginite. Sementara sporinite dan cutinite mempunyai distribusi yang sama
pada batubara yang terbentuk dari tumbuhan bawah air.
VI
=
III.4
Telovitrinite + fu sin ite + semifu sin ite + suberinite + re sin ite
Detrovitrinite + Inerto det rinite + lipto det rtinite + sporinite + cutinite + a lg inite
Sulfur dalam Batubara
Sulfur adalah salah satu komponen dalam batubara, yang terdapat sebagai sulfur
organik maupun anorganik. Umumnya komponen sulfur dalam batubara terdapat
sebagai sulfur syngenetik yang erat hubungannya dengan proses fisika dan kimia
selama proses penggambutan (Meyers, 1982) dan dapat juga sebagai sulfur
epigenetik yang dapat diamati sebagai pirit pengisi cleat pada batubara akibat
proses presipitasi kimia pada akhir proses pembatubaraan (Mackowsky, 1968).
III.4.1 Genesa Sulfur
Sulfur walaupun secara relatif kandungannya rendah, merupakan
salah satu
elemen penting pada batubara yang mempengaruhi kualitas. Terdapat berbagai
cara terbentuknya sulfur dalam batubara, diantaranya adalah berasal dari pengaruh
lapisan pengapit yang terendapkan dalam lingkungan laut (Horne et.al,1978),
pengaruh air laut selama proses pengendapan tumbuhan, proses mikrobial dan
perubahan pH (Casagrande et.al, 1987).
Bab III
40
Pada lingkungan pengendapan batubara yang dipengaruhi oleh endapan laut akan
menghasilkan batubara dengan kadar sulfur yang tinggi serta pirit berbentuk
framboidal dan kristal euhedral (Williams and Keith, 1963; Neavel, 1996; Cohen,
et.al, 1983; Davies and Raymond, 1983; Casagrande, 1987 dalam international
journal of coal geology, 1992). Sedangkan batubara yang terendapkan di
lingkungan darat / air tawar umumnya didominasi oleh sulfur organik dengan
persentase pirit yang rendah.
Di lingkungan laut, pH umumnya berkisar antara 4 – 8 (netral – basa) dan Eh
cukup rendah, kecuali pada beberapa centimeter dari permukaan. Sulfat berlimpah
& umumnya cukup banyak ion Fe yang hadir baik sebagai unsur terlarut dalam
air laut atau penguraian dari bahan tumbuhan & mineral. Keadaan ini
menyebabkan aktifitas bakteri sangat berperan untuk terbentuknya sulfur.
Sedangkan lingkungan pengendapan batubara pada air tawar (lacustrine dan rawa)
pH umumnya rendah. Sulfat terlarut juga rendah ( ± < 40 ppm), sehingga sulfur
yang terbentuk sedikit karena aktifitas bakteri rendah. Dengan demikian jumlah
sulfur yang dihasilkan tergantung pada kondisi pH, Eh, konsentrasi sulfat dan
untuk pirit khususnya perlu kehadiran ion Fe dan aktivitas bakteri.
Dari hasil penelitian mengenai pembentukan dan keberadaan sulfur pada batubara
dan gambut, Casagrande (1987) membuat beberapa kesimpulan, yaitu :
a. Secara umum batubara bersulfur rendah (<1%) mengandung lebih banyak
sulfur organik daripada piritik. Sebaliknya batubara dengan kandungan sulfur
tinggi mengandung lebih banyak sulfur piritik daripada organik.
b. Batubara bersulfur tinggi biasanya berasosiasi dengan batuan penutup yang
berasal dari lingkungan laut.
c. Kandungan sulfur pada batubara umumnya paling tinggi pada bagian roof dan
pada bagian floor lapisan batubara.
Batubara dengan kandungan abu dan sulfur yang rendah biasanya terendapkan
pada lingkungan darat pada saat penggambutan, dengan lapisan penutup dan
lapisan dibawahnya berupa sedimen klastik yang terendapkan pada lingkungan
darat juga. Sedangkan untuk batubara dengan kandungan abu dan sulfur yang
Bab III
41
tinggi, berasosiasi dengan sedimen yang terendapkan pada lingkungan payau atau
laut (Cecil et.al, 1979).
Proses paling penting dalam pembentukan unsur dan senyawa sulfur adalah reaksi
reduksi sulfat oleh aktivitas bakteri. Berikut adalah skema yang menunjukkan
urutan proses pembentukan sulfur dalam batubara :
Gambar III.3 Skema pembentukan sulfur dalam batubara (modifikasi dari Suits &
Arthur, 2000)
III.4.2
Sulfur Piritik
Pirit (dan Markasit) merupakan mineral sulfida yang paling umum dijumpai pada
batubara. Kedua jenis mineral ini memiliki komposisi kimia yang sama (FeS2)
tetapi berbeda pada sistem kristalnya. Pirit berbentuk isometrik sedangkan
Markasit berbentuk orthorombik (Taylor G.H, et.al., 1998).
Bab III
42
Pirit (FeS2) merupakan mineral yang memberikan kontribusi besar terhadap
kandungan sulfur dalam batubara, atau lebih dikenal dengan sulfur piritik
(Mackowsky, 1943 dalam Organic petrology, 1998). Berdasarkan genesanya, pirit
pada batubara dapat dibedakan menjadi 2, yaitu :
1. Pirit Syngenetik, yaitu pirit yang terbentuk selama proses penggambutan
(peatification). Pirit jenis ini biasanya berbentuk framboidal dengan butiran
sangat halus dan tersebar dalam material pembentuk batubara (Demchuk,
1992 dalam international journal of coal geology, 1992).
2. Pirit Epigenetik, yaitu pirit yang terbentuk setelah proses pembatubaraan. Pirit
jenis ini biasanya terendapkan dalam kekar, rekahan dan cleat pada batubara
serta biasanya bersifat masif. (Mackowsky, 1968; Gluskoter, 1977; Frankie
and Howe, 1987 dalam international journal of coal geology, 1992).
Umumnya pirit jenis ini dapat diamati sebagai pirit pengisi cleat pada
batubara.
Menurut Gluskoter and Simon (1968); Love et.al (1983) and Littke (1985) dalam
C.F.K Diessel (1992), beberapa bentuk mineral pirit yang dijumpai dalam
batubara adalah sebagai berikut :
♦
Kristal pirit berukuran kecil yang terdapat sebagai inklusi dalam vitrinite
dan semifusinite serta seringkali berasosiasi dengan pirit framboidal.
♦
Nodul pirit atau markasit dengan ukuran hingga beberapa centimeter yang
umumnya terdiri dari kristal – kristal membulat atau memanjang.
♦
Bentuk Fe-sulfida syngenetik yang paling umum adalah kristal pirit
dengan ukuran lebih dari 2 mikron, terdapat dalam bentuk spheroidal atau
framboidal dan berasosiasi dengan vitrinite.
♦
Tipe konkresi dari kristal kecil bergabung membentuk lensa – lensa pipih
atau pita–pita yang menunjukkan presipitasi pirit yang terjadi selama
diagenesa akhir. Hal ini dapat dianggap sebagai peralihan ke pirit
epigenetik.
♦
Pirit epigenetik dan markasit yang terbentuk sebagai material pengisi
rekahan atau kekar (cleat).
Bab III
43
Gambar III.4
A
C
B
D
Bentuk-bentuk mineral pirit pada batubara : A) Pirit berbentuk
framboidal; B) Pirit berbentuk konkresi; C) pirit dalam bentuk nodul; D)
Pirit epigenetik sebagai pengisi rekahan/cleat (Stach, 1982 dalam Coal
Petrology)
Pirit dapat terbentuk sebagai hasil reduksi sulfur primer oleh organisme dan air
tanah yang mengandung ion besi. Bentuk pirit hasil reduksi ini biasanya
framboidal dengan sumber sulfur yang tereduksi kemungkinan terdapat dalam
material yang terendapkan bersama batubara.
Terbentuknya pirit epigenetik sangat berhubungan dengan frekuensi cleat karena
kation-kation yang terlarut (dalam hal ini ion Fe) akan terbawa ke dalam batubara
oleh aliran air tanah melalui cleat tersebut dan selanjutnya bereaksi dengan sulfur
yang telah tereduksi untuk kemudian membentuk pirit (Demchuk T.D, dalam
International Journal of Coal Geology, 1992).
Pirit epigenetik umumnya hadir dalam bentuk masif, butiran kecil (granular) dan
kristal anhedral. Pembentukan pirit epigenetik sangat dipengaruhi oleh
keterdapatan sulfur primer yang telah tereduksi, ion besi dan tempat yang cocok
bagi pembentukannya (Casagrande et.al,1987).
Bab III
44
Persamaan umum pembentukan pada pirit (Leventhal, 1983 and Berner, 1984
dalam Organic Petrology, 1998) adalah :
SO4 2- + 2CH2O - - - - - 2CHO3 - + H2S
3H2S + 2FeO.OH - - - - - 2FeS + S + 4H2O
FeS + S0 - - - - - FeS2
Sulfat di atas umumnya berasal dari sedimen laut dangkal yang selanjutnya akan
direduksi oleh senyawa karbon organik menjadi hidrogen sulfida dengan reaksi
sebagai berikut :
SO4 2- + 2CH2O - - - - - 2HCO3 + H2S
Hidrogen sulfida yang terbentuk selanjutnya dioksidasi oleh goethite (FeO.OH),
atau hidrogen sulfida yang terbentuk dapat mereduksi ferric iron (FeIII) menjadi
ferrous iron (FeII). Oksigen seringkali mampu menembus sedimen anaerob dan
mengoksidasi hidrogen sulfida menjadi unsur sulfur (S0). Proses oksidasi sulfur
ini dapat juga berlangsung dengan media ferric iron (FeIII).
Berikut persamaan reaksinya :
3H2S +2 FeO.OH - - - - - 2 FeS + S + 4H2O
FeS + S0 - - - - - FeS2
Selain membentuk pirit, unsur sulfur tersebut dapat juga bereaksi dengan sulfida
membentuk polisulfida.(SSn), yang selanjutnya mungkin akan diperlukan untuk
proses pembentukan pirit. Larutan polisulfida ini dapat bereaksi dengan FeS atau
Fe3S4 untuk membentuk pirit. Proses terbentuknya sulfur piritik ini sangat
dipengaruhi oleh kondisi pH, yaitu semakin tinggi harga pH
maka akan
mempercepat reaksi karena dalam suasana basa akan banyak ion besi yang
terlepaskan. Disamping itu unsur sulfur atau polisulfida juga bisa bereaksi dengan
komponen organik batubara membentuk senyawa sulfur organik.
Pirit framboidal
berasosiasi dengan batuan penutup yang terendapkan pada
lingkungan laut sampai payau. Gambut yang mengandung sulfur tinggi (dalam
bentuk pirit framboidal) terbentuk pada lingkungan pengendapan yang
Bab III
45
dipengaruhi oleh transgresi air laut atau payau, kecuali apabila terdapat dalam
batuan sedimen yang cukup tebal dan terendapkan sebelum fase transgresi (Cohen
A.D dalam Organic Petrology, Taylor G.H, 1998)
III.4.3
Sulfur Organik
Sulfur organik merupakan suatu elemen pada struktur makromolekul dalam
batubara yang kehadirannya secara parsial dikondisikan oleh kandungan dari
elemen yang berasal dari material tumbuhan asal. Dalam kondisi geokimia dan
mikrobiologis spesifik, sulfur inorganik dapat terubah menjadi sulfur organik.
(Wiser W.H, 2000).
Secara umum sebagian besar sulfur dalam batubara berupa sulfur syngenetik yang
keterdapatan dan distribusinya dikontrol oleh kondisi fisika dan kimia selama
proses pembentukan gambut. Sulfur organik dalam batubara dapat berasal dari
material kayu dan pepohonan. Disamping itu sebagian sulfur juga mungkin terjadi
dari sisa-sisa organisme yang hidup selama perkembangan gambut.
Sulfur organik dapat terakumulasi dari sejumlah material organik oleh proses
penghancuran biokimia dan
oksidasi. Namun secara umum, penghancuran
biokimia merupakan proses yang paling penting dalam pembentukan sulfur
organik, yang pembentukannya berjalan lebih lambat
pada lingkungan yang
basah atau jenuh air (A.C. Cook, 1982).
Menurut Neavel (1981) dalam Organic Petrology, 1998 : sulfur organik, atau
bisa dikatakan sebagai pirit, mengindikasikan aktivitas dari bakteri pereduksi
sulfur dalam gambut. Desulfovibrio desulfurican dan Clostridium nigrificans
mereduksi sulfat menjadi H2S yang diperlukan untuk terbentuknya pirit, dimana
unsur besi kemungkinan masuk ke dalam rawa yang terbawa dalam material
lempung. Oleh karena itu, pada umumnya pirit ditemukan pada lapisan lempung
sebagai roof atau floor maupun sisipan.
Bab III
46
Sulfur yang bukan berasal dari material pembentuk batubara diduga mendominasi
dalam menentukan kandungan sulfur total. Sulfur inorganik yang biasanya
melimpah dalam lingkungan marin atau payau kemungkinan besar akan terubah
membentuk hidrogen sulfida dan senyawa sulfat dalam kondisi dan proses
geokimia. Reaksi yang terjadi adalah reduksi sulfat oleh material organik menjadi
hidrogen sulfida (H2S). Reaksi reduksi ini dipicu oleh adanya bakteri
desulfovibrio dan desulfotomaculum (Trudinger et.al, dalam Meyers, 1982).
Unsur sulfur, hidrogen sulfida dan ion sulfida dapat bereaksi dengan unsur atau
molekul organik dari gambut menjadi sulfur organik. Unsur sulfur (S0)
kemungkinan muncul dari proses oksidasi hidrogen sulfida yang terkena kontak
dengan oksigen terlarut dalam kisi – kisi air, di samping itu S0 juga bisa muncul
karena adanya aktivitas bakteri. Unsur sulfur (S0) dapat bereaksi dengan asam
humik yang terbentuk selama proses penggambutan (Meyers,1982).
Berdasarkan eksperimen dapat diketahui bahwa H2S juga dapat bereaksi dengan
asam humik yang terbentuk selama proses penggambutan. Jenis interaksi antara
H2S dengan asam humik inilah yang mempunyai peranan paling penting dalam
menentukan kandungan sulfur organik dalam batubara (Meyers, 1982).
Disamping itu kandungan sulfur organik yang tinggi hanya akan berasosiasi
dengan lingkungan rawa gambut yang minim suplai Fe (Gransh & Postuma, 1974
; Bein et.al, 1990 ; Zaback & Pratt dalam Suits and Arthur, 2000).
Bukti – bukti kimia dan molekul menyatakan bahwa sulfur organik pada sedimen
muda dan purba terbentuk pada awal proses diagenesis (Nissenbaum & kaplan,
1972; Casagrande, 1979, Kohnen et.al, 1990; dalam Suits & Arthur, 2000). Bukti
dari isotop sulfur memperkuat hipotesis tersebut, pada sulfur organik isotop sulfur
34
S terkayakan relatif sama pada sulfur pirit untuk batuan sedimen muda dan
purba. Bukti isotop ini juga sering membuktikan bahwa sulfur organik terbentuk
setelah proses presipitasi pirit (Kaplan et.al, 1963; Price & Shieh, 1979; Francois,
1987; Raiswell et.al, 1993; dalam Suits & Arthur, 2000).
Bab III
47
III.4.4
Sulfur Sulfat
Sulfat dalam batubara umumnya ditemui dalam bentuk sulfat besi, kalsium dan
barium. Kandungan sulfat tersebut biasanya rendah sekali atau tidak ada kecuali
jika batubara telah terlapukkan dan beberapa mineral pirit teroksidasi akan
menjadi sulfat. (Meyers, 1982 and Kasrai et.al, 1996).
Sulfur sulfat juga dapat berasal dari reaksi
garam laut atau air payau yang
mengisi lapisan dasar yang jaraknya tidak jauh dan berada di atas atau di bawah
lapisan batubara. Pada umumnya kandungan sulfur organik lebih tinggi pada
bagian bawah lapisan, sedangkan kandungan sulfur piritik dan sulfat akan tinggi
pada bagian atas dan bagian bawah lapisan batubara.
Bab III
48
Download