PROGRAM STUDI GEOFISIKA JURUSAN FISIKA

PROGRAM STUDI GEOFISIKA
JURUSAN FISIKA, FAKULTAS MIPA
UNIVERSITAS GADJAH MADA
FISIKA GUNUNG API
“Man and Volcanoes : The Benefits”
A. Pendahuluan
Jika pada pertemuan sebelumnya hampir semua kelompok membahas mengenai
bahaya, ancaman, dan dampak yang negatif dari adanya gunung api. Namun, pada
kesempatan kali ini akan dibahas mengenai manfaat atau dampak positif dari adanya
gunung api. Berikut adalah outline yang akan dibahas pada kesempatan kali ini:
 Gunungapi & Sistem Geothermal (Volcano and geothermal systems)
 Gunungapi dan Tempat Pengendapan Bijih (Volcano – hosted of ore deposits)
 Pemanfaatan material erupsi gunungapi dalam bidang industri (Industrial uses of
volcanic materials)
B. Gunungapi & Sistem Geothermal (Volcano and geothermal systems)
Pendahuluan
Tidak perlu jauh – jauh ke beberapa negara di dunia, tempat tinggal kita yaitu di
Indonesia merupakan salah satu negara di dunia yang mempunyai banyak gunung
api. Oleh karena itu dengan adanya banyak gunung api di Indonesia menjadikan
negara ini kaya akan sumber panas bumi (geothermal).
Geothermal energy adalah energi yang tersimpan dalam bentuk air panas atau uap
pada kondisi tertentu pada kedalaman beberapa kilometer di dalam kerak bumi.
Sedangkan geothermal area adalah suatu daerah dipermukaan bumi dalam batas
tertentu dimana terdapat energi panas bumi dalam suatu kondisi hidrologi – batuan
tertentu atau disebut dengan sistem panas bumi.
Sistem Panas Bumi
Geothermal system atau sistem panas bumi adalah sebuah terminologi yang
digunakan untuk berbagai hal tentang sistem air – batuan dalam temperature tinggi.
Terminologi tersebut berkaitan dengan penggunaan khususnya pemanfaatan sumber
panas tadi. Penggunaan energi tadi dapat berupa penggunaan langsung dari air atau
uap yang mengalir ke permukaan bumi atau melalui pemboran. Contohnya
penggunaan dalam industri proses, wisata atau diubah menjadi tenaga listrik.
Syarat sistem panas bumi sendiri terdiri dari :
 Sumber Panas
Sumber panas bumi dapat berupa magma ataupun intrusi
 Recharge Water
Supply air untuk melakukan proses ulang
 Batuan Reservoir
Batuan tempat dimana menyimpan sumber fluida
 Lapisan Penudung
Batuan penutup dari batuan reservoar
 Struktur Geologi
Biasanya berupa rekahan – rekahan yang membantu tempat keluarnya sumber
potensi panas bumi
Sistem panas bumi berasosiasi dengan 2 hal yaitu :
 Gerakan lempeng tektonik
Gerakan lempeng tektonik sendiri di bagi menjadi tiga macam, yaitu :
 konvergen. gerakan ini juga di bagi lagi menjadi tiga:
 Subduksi, disebabkan adanya pertemuan antara dua lempeng yang berbeda,
yaitu lempeng samudra dan lempeng benua. karena adanya perbedaan
massa lempeng, salah satu lempeng akhirnya menunjang kedalam, lempeng
yang menunjam kedalam adalah lempeng samudra karena lempeng ini
mempunyai massa yang lebih kecil di bandingkan lempeng benua, akibat
dari penunjaman ini menyebabkan lempengnya meleleh(melting) sehingga
sumber panas akan semakin dekat dengan permukaan bumi. subduksi ini
sebagai penyebab munculnya gunung berapi aktif. contoh geothermal yang
berasosiasi dengan subduksi adalah di kamojang jabar.
 Koalisi, yaitu pertemuan antara lempeng benua dengan lempeng benua yang
mempunyai massa sama, akibat dari koalisi akan memunculkan adanya
pegunungan lipatan seperti di himalaya. contoh nya di lapangan panas bumi
Yangbajing.
 Lempeng samudra dengan lempeng samudra. akibat dari peristiwa ini adalah
munculnya kepulauan vulkanik di lautan, misal kan sebagai contoh di hawai
Gambar 1 : syarat sistem panas bumi
 Divergen, adalah pemekaran atau pemisahan lempeng atau benua, karena
adanya pemisahan lapisan penutup ini menyebabkan sumber panas bumi
semakin dekat dengan permukaan bumi.contohnya di iceland.
 Transform atau persimpangan yang menimbulkan suatu patahan, yang
menimbulkan horst dan graben. contohnya di sarulla, sumatra utara.
 Stratigrafi.
Merupakan geothermal di cekungan sedimen karena adanya pelapisan yang
semakin tebal di atas menyebabkan lapisan paling bawah mengalami tekanan
tertinggi dan akhirnya dapat mengeluarkan sumber panas. sering di kenal dengan
istilah geopressure geothermal.
Berdasarkan Simplified Classification by Ellis & Mahon, 1997, sistem panasbumi
dibagi menjadi dua bagian yaitu :
 Sistem siklus
 Sistem storage
Dalam pembahasan kali ini hanya dibatasi pada sistem siklus saja karena sistem
storage berkaitan dengan sistem penyimpanan cekungan pada sedimen, bukan
berkaitan dengan gunung api. Sistem siklus ini cenderung adanya presipitasi di
daerah tangkapan dan mengalir kebawah dikontrol oleh struktur geologi. Banyak
mata air panas, namun jarang mencapai titik didih.
Adapun sistem siklus yang akan dibahas disini adalah Sistem suhu tinggi berasosiasi
dengan volkanisme. Sistem ini cenderung berkaitan dengan daerah pusat erupsi
andesitik, densitik, riolitik dibandingkan basaltik (McNitt, 1970). Sirkulasi sistem
geothermal pada bagian dangkal terjadi jika suhu turun dekat permukaan dengan
tekanan rendah dan tercampur dengan air dari permukaan. Ke arah permukaan
terbentuk mata air panas atau fumarol dan air tanah – uap panas. Disini terdapat
juga batas udara, air dan uap pada level tekanan tertentu. Pemanasan air biasanya
dari magma atau intrusi melalui batuan beku dan melalui rekahan. Elder (1965)
menjelaskan kemungkinan adanya konveksi pada bodi magma sehingga panas
terpelihara.
Suatu sistem panas bumi berasosiasi dengan gunung api biasanya :
 Sublimasi sulfur masif
 Kadang kadang mengeluarkan steam dan SO2
 Discharge kondensat asam
Kemudian ciri khas dari sistem panas bumi yang berasosiasi dengan gunung api
adalah sebagai berikut :
 Memiliki suhu yang tinggi
 Memiliki kandungan gas magmatik yang tinggi
 Memiliki permeabilitas yang relatif kecil
Contoh daerah sistem geothermal yang langsung terbentuk dengan gunung api yaitu
kawah Kamojang, Dieng, Muaralaboh, Lahendong, G. Talang.
Gambar 2 : sistem panas bumi berasosiasi dengan gunung api
Pemanfaatan Langsung
 Proses industri
 Pertanian
Contohnya adalah pada PLTP Darajat yang berdampingan dengan hutan lindung dan
pertanian yang dikelola oleh masyarakat
 Peternakan/Perikanan
Peternakan udang darat yang mempergunakan sisa fluida dari PLTP Wairaki untuk
menghangatkan air kolam (Selandia Baru)
 Tempat pariwisata (pemandian air panas)
Contohnya adalah tempat wisata Maribaya di sebelah utara Kota Bandung dan tempat
wisata Cibolang yang terletak di kawasan perkebunan teh PTP VIII Malabar
Pangalengan.
 Pemanas/pendingin ruangan
Gambar 3 : pemanfaatan pada industry
Gambar 4 : pemanfaatan pada bidang peternakan
Gambar 5 : pemanfaatan wisata
C. Gunungapi dan Tempat Pengendapan Bijih (Volcano – hosted of ore deposits)
Proses volkanisme mempunyai peranan dalam pembentukan dan menjadi induk dari
sebuah bijih (ore) mineral seperti Emas, Timbal, Aluminium, Intan, Tembaga, Seng.
Mineral-mineral tersebut sangat berguna dalam kehidupan sehari-hari.
 Alumunium
Bijih Aluminium atau Bauksit biasanya terdapat pada batuan basalt. Aluminium
memiliki sifat yang mudah menghantarkan panas (konduktif) sehingga logam
olahannya banyak dimanfaatkan dalam berbagai bidang.
 Diamond
Diamond atau intan merupakan mineral yang memiliki kekerasan paling tinggi
dalam skala Mohs. Dimanfaatkan dalam melakukan drilling sebagai mata bor dan
sebagai perhiasan.
Intan terbentuk di dalam mantle pada tipe magma langka yang disebut Kimberlite
dan tererupsi melalui diatreme. Kimberlite kaya akan gas, terdapat pada batuan
beku ultrabasa yang terdiri dari mineral olivine, phlogopite, diopside, serpentine,
calcite, kandungan mineral yang bersifat minor seperti apatite, magnetite,
chromite, garnet, dan intan itu sendiri. Sumber dari magma kimberlite
diperkirakan pada kedalaman 200 km, lebih dalam daripada sumber magma pada
umumnya.
Pada kedalaman 200 km, tekanan 60000 kali lebih besar daripada permukaan
bumi dan temperaturnya mencapai 1500 C. Magma kimberlite kaya akan CO2 dan
air. Magma kimberlite muncul sebagai suatu intrusi. Pemberian nama kimberlite
diasosiasikan dengan batu yang mengandung intan di daerah Kimberley, Afrika
Selatan
 Emas
Emas sendiri berasosiasi dengan 3 hal yaitu :
 Greenstone belts
Greenstone belts terdapat di Australia, Afrika Selatan, dan Kanada. Merupakan
sekuen volcanic-sedimentary yang terdiri dari batuan ultrabasa, dolerite, basalt,
chert, batupasir, shale, dan tuff. Sekuen sangat kompleks karena telah
mengalami metamorfisme, lipatan, patahan, dan terkena sesar geser.
Emas terbentuk disepanjang ujung dari greenstone belts yang berasosiasi
dengan struktur geologi. Induk batuannya adalah basalt yang telah teralterasi
dan fractured. Emas termobilisasi oleh larutan hidrotermal saat terjadi
metamorfisme regional. Larutan ini kemungkinan hanya mengandung sedikit
emas, namun larutan ini dapat mempresipitasi emas pada suatu kondisi kimia
tertentu. Deposit emas sendiri biasanya dalam bentuk urat kurasa yang
mengandung emas didalamnya.
Gambar 6 : pembentukan greenstone belts
 Phorpyry Deposit
Emas ditemukan juga dalam suatu bijih yang berasosiasi dengan porfiritik.
Porfiritik adalah suatu tekstur batuan beku yang memiliki fenokris dan
groundmass. Deposit ini terbentuk dibawah tipe gunungapi stratovolcano dan
berasosiasi dengan zona subduksi. Diperlukan banyak batu yang ditambang
agar mendapatkan emas.
 Epithermal Deposit
Pembentukan mineral deposit yang berasosiasi dengan hot water disebut
epithermal. Terbentuk pada kedalaman 1 km dengan temperatur 50-200 C,
magma yang dangkal menjadi sumber panasnya. Hot water yang naik
membawa emas yang telah terlarutkan, ini membuat emas mengalami
presipitasi. Boiling zone ini yang dijadikan target dari eksplorasi mineral
 Nikel
Nikel biasanya ditambang pada greenstone belt yang biasanya berada pada
gunung api purba. Biasanya tambang nikel berasosiasi dengan aliran lava ultrabasa
yang biasanya disebut komatites. Didalam komatites ini biasanya mengandung
banyak mineral olivin dan terbentuk dari pelelehan mantle. Tekstur komatites
sendiri bisa dibilang unix yaitu spinifex, yaitu tekstur dimana mineral terbentuk
tumbuh memanjang bersifat intergrowth of long.
Gambar 7 : kenampakan tekstur komatites
Gambar 8 : Cross-section of a typical komatiite lava flow. Simplified from Hill and others, 1989
 Base Metal
Berkaitan erat dengan VMS (Volcanogenic Massive Sulfida), dimana merupakan
jenis logam sulfida deposit bijih, terutama Cu-Zn-Pb yang berhubungan dengan
gunung berapi terkait dengan proses hidrotermal di lingkungan bawah laut.
Deposit dari VMS biasanya berupa akumulasi berlapis mineral sulfida, yang
mengendap dari cairan hidrotermal dibawah dasar laut dalam berbagai
pengaturan geologi dan terbentuknya hingga sekarang. VMS biasanya identik
dengan belerang sehingga biasa disebut Black Smoker.
Cadangan bijih gunung api telah menjadi sokongan ekonomi bagi beberapa Negara
selama seribu tahun. 3 tipe karakteristik cadangan dikenal dari mid-ocean ridge
(MOR) saat ini. Tipe pertama adalah tipe kaya besi dan manggan. Tipe kedua hanya
kaya manggan dan tipe ketiga kaya akan sulfide dan sedikit manggan. Tipe pertama,
tipe paling banyak dijumpai biasanya membentuk cadangan di dasar laut sedimen
diatas kerak gunung api. Tipe ketiga adalah tipe yang paling spektakular karena ini
terbentuk melalui cerobong air panas , disebut black smoker, mid-ocean ridge atau
gunung bawah laut aktif. Black smoker pertama kali ditemukan di tebing timur pasifik
pada tahun 1977. Ekspedisi selam “Alvin” menemukan banyak cerobong bulat
dengan tinggi 10 m dan lebar 4 m, sekitar 1000km utara dari pegunungan Galapagos.
Itu tidak hanya sepenuhnya terdiri dari mineral besi tapi juga mengeluarkan air panas
hidrotermal ke dalam air laut yang dingin. Di tempat keluar air panas, awan padat
dari Kristal gelap sulfide, mineral bijih, terutama besi, seng, dan tembaga sulfide
terbentuk. Itu adalah alas an penamaan lubang itu “black smoker”.
Gambar 9 : black smooker kaya barite putih keluar dari katup di cekungan Lau
Awal tahun 1970an, ilmuwan menyadari bahwa nilai pengukuran aliran panas
sepanjang mid-ocean ridge lebih rendah daripada yang diperkirakan. Hipotesisnya
adalah dasar laut turun kebawah kerak di atas daerah kemudian melapisi lagi setelah
dipanaskan di pusat magma. Awalnya, air laut dingin tidak hanya terpanaskan ketika
berputar dekat kantung magma panas, tapi juga menjadi asam, dan berubah menjadi
solusi hidrotermal sampai panas 350o ketika kembali ke dasar laut. Panas dan asam
mengkaratkan seluruh batuan, yang mana mereka terangkat dan menjadi kaya akan
elemen seperti seng dan tembaga. Pada kasus cerobong, solusi panas cepat
mendingin, menjadi jenuh, dan mengendapkan mineral bijih, terutama sulfide.
Lubang geothermal di dasar laut adalah tempat keluarnya air panas. Sulfida padat
terbentuk pertama, dimana solusi hidrotermal miskin Cu, Ni, Cd, Zn, Hg, S, Se, Cr dan
U. Sedimen yang kaya akan besi dan manggan terbentuk di tempat bersuhu rendah.
Tidak semua cadangan bijih hidrotermal bias dijelaskan dengan reaksi panas magma
dan air dan air luar. Di masa depan, penambangan sulfide padat yang terbentuk
sepanjang mid-ocean ridge dengan laju penyebaran sedang sampai cepat, sangat
diragukan. Tidak hanya dari segi harga pasar logam, tapi juga dari segi hukum
nasional yang kompleks. Selain itu, juga dampak lingkungan yang besar dan kerja
keras yang ekstra dari para penambang dasar laut.
D. Pemanfaatan material erupsi gunungapi dalam bidang industri (Industrial uses of
volcanic materials)
Material hasil erupsi gunungapi memiliki potensi untuk dimanfaatkan dalam bidang
industri. Dibagi menjadi dua macam yaitu :
 Volcanic soil (Tanah Vulkanik)
Tanah vulkanik adalah tanah yang terbentuk dari material-material erupsi
gunungapi. Material-material erupsi tersebut mengalami pelapukan sehingga
menjadi tanah yang subur. Namun, apakah semua area di sekitar gunungapi dapat
berpotensi untuk menjadi tanah vulkanik?
Saat mengunjungi Hawaii, terdapat perbedaan kenampakan yang mencolok antara
daerah Kona dan Hilo. Di daerah sebelah sisi selatan Kilauea merupakan lava
gurun pasir yang kering. Di Islandia, dimana sebagia besar wilayahnya adalah
daerah vulkanis serta memiliki curah hujan yang tinggi, namun tanah vulkanik di
Islandia tidak dapat terbentuk. Hal ini terjadi karena kondisi yang terlalu dingin
untuk pembantukan tanah secara kimia maupun biologi.
Ketika sebuah gunung api meletus, ia akan memuntahkan aneka partikel yang
panas ke udara. Salah satu material yang dikeluarkan gunung api adalah abu
vulkanis. Ketika pertama kali muncul, abu yang sangat panas dan pekat ini bisa
membahayakan. Namun, begitu kondisi mendingin, abu yang melapisi permukaan
tanah tersebut bisa meningkatkan kesuburan tanah. Beberapa kondisi yang
membuat material vulkanik khususnya abu vulkanik menjadi bahan tanah vulkanik
yang subur adalah sebagai berikut:

Partikel abu vulkanik bersifat porous.
Memiliki sifat porous membuat partikel abu vulkanik mampu menangkap air
sehingga mampu mempertahankan kelembaban tanah lebih lama serta
menyalurkan air ke akar-akar tanaman lebih lambat. Hal ini menguntungkan
untuk daerah yang kering.

Abu vulkanik kaya akan unsur hara.
Abu vulkanik mengandung S, Mg serta K yang sanga berperan penting untuk
metabolism perkembangan tumbuhan.

Sifat glass abu vulkanik.
Abu vulkanik mengandung gelas-gelas vulkanik yang jika mengalami
pelapukan akan membentuk mineral alofan. Mineral alofan adalah mineral liat
tanah yang paling reaktif. Sedangkan gelas vulkanik terbentuk karena magma
runcing yang tidak sempat mengkristal sehingga bentuknya menjadi serpihanserpihan. Mineral alofan tersebut akan mengikat bahan organic sehingga
tanah menjadi subur.
Sehingga, apabila semua syarat terpenuhi, yaitu iklim hangat, curah hujan
memadai serta material vulkanik cukup maka daerah tersebut berpotensial
sebagai tanah vulkanik yang subur. Contohnya adalah di Indonesia, Filipina
serta Amerika Latin.
 Raw Material
Suatu gunungapi yang mengalami erupsi akan mengeluarkan material dari
dalambumi (lava). Peristiwa keluarnya magma dari perut bumi tersebut biasanya
disertai pula dengan dikeluarkannya material - material lain hasil erupsi seperti
batuan beku hasil erupsi (pumice (batuapung), basal, scoria, obsidian), tuff,
ignimbrite, zeolite, dan lain sebagainya dengan berbagai ukuran dari ukuran bomb,
block, hingga lapilli), abu vulkanik, awan panas, pyroclast (jika erupsi bersifat
efusif) yang kemudian menghasilkan endapan – endapan vulkanik pada daerah di
sekitar gunung api tersebut dan daerah yang terkena aliran erupsi tersebut.
Gambar 10 : Ladang padi di Lereng Gunung Merapi
Material hasil erupsi gunung api dan endapan vulkanik yang dihasilkan dapat
dimanfaatkan secara langsung dan memiliki potensi untuk dimanfaatkan dalam
bidang industri. Pemanfaatan material ini seringkali berkaitan dengan bidang
industri, diantaranya digunakan sebagai bahan konstruksi dan bahan campuran
semen dalam industri bangunan, pembuatan perkakas, tambang, dan lain
sebagainya.
 Pumice merupakan material yang mudah ditambang, material konstruksi yang
bagus. Pumice dicampur dengan semen yang digunakan sebagai bahan
bangunan.
 Pasir sebagai material erupsi yang paling besar jumlahnya, ditambang dan
dijadikan material bangunan.
 Ignimbrite digunakan sebagai bahan baku utama dalam industri pahat. Selain
itu, ignimbrite yang sudah terpadatkan dapat dijadikan sebagai bahan
bangunan dan juga sebagai bahan dinding ornamen.
Gambar 11 : penambangan pumice
Gambar 12 : pemanfaatan ignimbrites
 Zeolit digunakan sebagai bahan tambang.
 Obsidian di beberapa negara digunakan sebagai bahan pembuat pisau bedah.
Obsidian juga dapat dimanfaatkan sebagai perhiasan, contohnya di Mexico
dan Georgia. Pada zaman dahulu (purba), obsidian juga sering digunakan
sebagai alat potong atau ujung tombak dalam berburu karena sudutnya yang
tajam.
 Basal, scoria, dan batuan bekulainnya (andesit, granit, dan lain sebagainya)
sering digunakan dalam industri pahat juga dalam pembuatan perkakas
(misal: cobek dan lain sebagainya).
Gambar 13 : obsidian
Gambar 14 : penggunaan obsidian
Gambar 15 : pemanfaatan basal - scoria
Gambar16 : pemanfaatan basal – scoria
 Tuff yang mengandung zeolite bila dihancurkan dapat menghasilkan semen
berkualitas tinggi. Blue basalt berbutir halus digunakan sebagai bahan
pembentuk lantai.
Selain kegunaan material - material tersebut dalam bidang industri, manfaat lain
yang dapa diambil dari hasil erupsi adalah meningkatnya kesuburan tanah di area
sekitar gunung api tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
Santoso, Djoko Prof. Dr. Ir. M.Sc. Volkanologi dan Eksplorasi Geothermal. Bandung :
Institute Teknologi Bandung
Schmincke, Hans – Ulrich. 2004. Volkanism. Verlag Berlin Heidellberg : Springer
WN, Sintia. 2010. Handout Eksplorasi Panas Bumi. Yogyakarta : Laboratorium Geofisika
Program Studi Geofisika Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Gadjah Mada
LAMPIRAN
Pada lampiran ini akan di lampirkan beberapa hasil diskusi dalam kelas. Adapun berikut
hasil diskusi :
1. Fransiska Atika Indriyani : kenapa sistem panas bumi berasosiasi dengan gunung api
cenderung berkaitan dengan daerah pusat erupsi andesitik, densitik, riolitik
dibandingkan basaltik?
Jawab :
Agung Dwi Alfianto : karena gunung api terbentuk di daerah kerak benua hasil dari
proses subduksi antara kerak samudera dan kerak benua. Kerak samudera yang
bersifat basaltik menabrak kerak benua pada kedalaman tertentu akan mengalami
partial melting kemudian magma yang dihasilkan keluar melalui rekahan – rekahan
kerak benua yang lebih bersifat intermdiet – asam. Oleh karena itu yang dihasilkan
adalah bersifat intermediet – asam
Gambar 17 : kenampakan sistem tektonik (Agung Dwi Alfianto, 2012)
2. Fransiska Atika Indriyani : apa yang dimaksud lingkungan dangkal pada pernyataan
“Sirkulasi sistem geothermal pada bagian dangkal terjadi jika suhu turun dekat
permukaan dengan tekanan rendah dan tercampur dengan air dari permukaan” ?
Jawab :
Fajar Tasrik Akbar dan Agung Dwi Alfianto : dangkal dalam proses geothermal ini
bukan berarti dekat dengan permukaan. Namun beberapa kilometer di bawah
permukaan bumi.
3. Fittra Irwandhono : menurut kelompok kalian apakah energi panas bumi mampu
berkembang di Indonesia? Apa pendapat kalian?
Jawab :
Fajar Tasrik Akbar : mampu, karena Indonesia menyumbang banyak potensi
geothermal yang ada di dunia. 15 sumur yang sudah produksi pada tahun 2008 saja
bisa menduduki peringkat 3 dunia. Apa lagi bila mampu memproduksi beberapa
sumur lagi. Hanya saja memang banyak perusahaan yang belum berani melakukan
invest karena proses kembali yang cukup lama.