15Batuan dan Mineral

Sam membungkuk di atas meja dapur sambil memegang kaca pembesar. Batu yang mengilap itu, yang dari jauh tampak kelabu, berubah menjadi kerumunan bintik: ada yang merah muda, ada yang putih, ada yang kelabu seperti kaca, dan ada yang hitam kecil-kecil yang berkilau ketika terkena cahaya. Setiap bintik mempunyai sisi-sisi yang datar dan mengilap, dan bintik-bintik itu saling mengunci seperti kepingan puzzle. Apakah bintik-bintik itu?

Yang sudah kamu ketahui

Batuan adalah bahan keras penyusun kerak Bumi: batuan dapat pecah menjadi batu, digulingkan oleh sungai menjadi kerakal, dan digerus menjadi pasir (Bab 5). Air, es, dan angin mengikis batuan (pelapukan), mengangkut kepingannya (erosi), dan menjatuhkannya lebih jauh di bawah (pengendapan) (Bab 10). Di gunung api, batuan yang meleleh keluar sebagai lava (Bab 8).

15.1 Batuan tersusun dari mineral

Bintik-bintik pada meja dapur itu adalah mineral, dan batunya adalah granit.

Definisi 15.1 (Mineral)

Yang disebut mineral adalah zat padat alami, yang tidak dibuat oleh makhluk hidup, yang susunannya selalu sama dan atom-atomnya tersusun secara teratur. Sebuah batuan tersusun dari satu mineral atau, lebih sering, dari beberapa mineral yang melekat menjadi satu.

Granit sebagian besar tersusun dari tiga mineral: feldspar (merah muda atau putih), kuarsa (kelabu dan seperti kaca), dan mika (hitam atau keperakan, berupa serpihan tipis yang mengilap). Batuan lain tersusun dari satu mineral saja: batu kapur, misalnya, hampir seluruhnya tersusun dari kalsit.

15.2 Kristal

Di bawah kaca pembesar, banyak butir mineral memperlihatkan sisi-sisi yang datar dan mengilap serta rusuk-rusuk yang lurus. Di tempat sebuah mineral mempunyai ruang untuk tumbuh dengan bebas, di dalam rongga batuan, mineral itu membentuk kristal: zat padat berbentuk teratur yang dibatasi oleh bidang-bidang datar. Bentuknya berasal dari susunan atom-atomnya yang teratur, yang dipelajari dalam buku kimia. Kristal kuarsa, misalnya, berupa tiang bersisi enam yang ujungnya runcing; kristal mika terbelah menjadi lembaran yang lebih tipis daripada kertas.

Di dalam granit, butiran-butirannya tumbuh sambil saling berdesakan, jadi bentuknya tidak rapi: butiran itu saling mengunci seperti puzzle. Ukurannya menceritakan sebuah kisah. Granit terbentuk jauh di bawah tanah, tempat batuan yang meleleh mendingin dengan sangat lambat: butiran-butirannya mempunyai waktu untuk tumbuh cukup besar sehingga dapat dilihat dengan mata. Batuan yang meleleh dan mendingin dengan cepat di permukaan, sebagai lava, menghasilkan batuan dengan butiran yang terlalu kecil untuk dilihat.

15.3 Tiga keluarga batuan

Para ahli geologi mengelompokkan batuan menjadi tiga keluarga, bukan menurut warnanya, melainkan menurut cara terbentuknya.

Definisi 15.2 (Tiga keluarga batuan)

Yang disebut batuan beku terbentuk ketika batuan yang meleleh mendingin dan menjadi padat: granit jauh di bawah tanah, basal dari lava. Yang disebut batuan sedimen terbentuk di permukaan Bumi dari butiran pasir dan lumpur, atau dari cangkang makhluk hidup, yang diendapkan berlapis-lapis lalu mengeras: batu pasir, serpih, batu kapur. Yang disebut batuan metamorf adalah batuan yang telah berubah bentuk, tanpa meleleh, oleh panas dan tekanan jauh di bawah tanah: marmer (dari batu kapur), batu sabak (dari serpih).

Kata beku dalam namanya berarti bahwa batuan ini terbentuk ketika batuan yang meleleh membeku menjadi padat; dalam banyak bahasa lain, namanya berasal dari kata Latin untuk api. Batuan sedimen sering memperlihatkan lapisan-lapisan, yang satu di atas yang lain, seperti halaman-halaman buku. Batuan metamorf sering kali tertekan dan terlipat; sebagian, seperti batu sabak, terbelah menjadi lembaran-lembaran yang datar.

Banyak batuan sedimen tersusun dari butiran yang kamu kelompokkan menurut ukurannya dalam Bab 5: kerakal dan kerikil, pasir, lumpur. Setelah terkubur, butiran-butiran itu kehilangan airnya dan direkatkan oleh semen alami. Ukuran butirannya memberi nama batuan itu.

Di lapangan — Membaca batu-batu sebuah kota

Kota-kota adalah koleksi batuan di udara terbuka. Berjalanlah bersama orang dewasa melewati tembok tua, anak tangga, patung, muka gereja, dan ubin jalan, lalu amatilah dengan teliti, tanpa menggores atau memecahkan apa pun. Sebagian tepi trotoar dan anak tangga terbuat dari granit: carilah kuarsanya yang seperti kaca dan mikanya yang mengilap. Banyak tembok tua dan muka bangunan terbuat dari batu kapur atau batu pasir: carilah cangkang, atau gosoklah remah batu pasir yang jatuh dengan ujung jarimu untuk merasakan pasirnya. Atap mungkin terbuat dari batu sabak, yang terbelah menjadi lembaran tipis. Catatlah di buku catatan tempat setiap batu, warnanya, butirannya, dan keluarga batuan yang menurutmu tepat; foto membantu untuk membandingkannya nanti dengan tabel dalam bab ini.

15.4 Siklus batuan

Batuan tidak abadi. Gunung granit perlahan-lahan melapuk; butiran-butirannya diangkut oleh sungai ke laut dan diendapkan di sana berlapis-lapis; makin lama makin dalam terkubur, lapisan-lapisan itu mengeras menjadi batu pasir. Jika batu pasir itu terbawa lebih dalam lagi, panas dan tekanan mengubahnya menjadi batuan metamorf; lebih dalam lagi, batuan itu dapat meleleh, dan batuan yang meleleh itu, ketika mendingin, membentuk batuan beku yang baru. Sedikit demi sedikit, selama jutaan tahun, bahan penyusun batuan terus berputar.

Definisi 15.3 (Siklus batuan)

Yang disebut siklus batuan adalah perjalanan tanpa akhir yang membuat batuan dari setiap keluarga perlahan-lahan berubah menjadi batuan dari keluarga lain: oleh pelapukan dan erosi di permukaan, oleh penguburan dan pengerasan, oleh panas dan tekanan, oleh pelelehan dan pendinginan.

15.5 Mengenali batuan yang umum

Berikut ini tujuh batuan yang sering dijumpai pada bangunan, trotoar, dan bentang alam.

Keselamatan

Uji asam hanya dilakukan oleh orang dewasa, dengan kacamata pelindung dan sarung tangan, memakai asam yang sangat encer. Jangan pernah mencicipi batuan atau serbuk, dan jangan pernah memecahkan batuan dengan alat: mengamati dengan kaca pembesar sudah memberi tahu banyak hal.

Kunci determinasi adalah daftar pertanyaan, masing-masing dengan dua jawaban, yang menuntun langkah demi langkah ke nama sebuah batuan.

Kekerasan. Satu petunjuk lagi membantu mengenali sebuah mineral: seberapa mudah mineral itu tergores.

Definisi 15.4 (Kekerasan dan skala Mohs)

Yang disebut kekerasan sebuah mineral adalah seberapa baik mineral itu tahan terhadap goresan: sebuah mineral menggores setiap mineral yang lebih lunak dan tergores oleh setiap mineral yang lebih keras. Yang disebut skala Mohs mengurutkan kekerasan dari 1 sampai 10 dengan sepuluh mineral acuan, dari talk (1), yang paling lunak, sampai intan (10), yang paling keras.

Metode 15.5 (Uji gores)

1. Cobalah menggores mineral itu dengan kuku jarimu, lalu dengan koin tembaga. (Kaca dan baja hanya dipakai oleh orang dewasa.)
2. Gosoklah bekasnya dengan jari: goresan yang sebenarnya akan tetap ada, sedangkan bekas serbuk dari alat uji akan hilang.
3. Kekerasannya terletak di antara kekerasan alat uji paling keras yang tidak menggoresnya dan kekerasan alat uji paling lunak yang menggoresnya.

Contoh 15.6 (Kuarsa atau kalsit?)

Dua mineral putih tampak serupa. Mineral pertama tergores oleh koin tembaga: kekerasannya kurang dari 3.5; mineral itu kalsit (3). Mineral kedua tidak tergores oleh paku baja dan menggores kaca: kekerasannya lebih dari 6.5; di antara mineral-mineral acuan, mineral itu kuarsa (7).

15.6 Latihan

Latihan 15.1 ★

Termasuk keluarga manakah setiap batuan berikut: granit, batu pasir, marmer, basal, batu kapur, batu sabak?

Solusi

Solusi Latihan 15.1.

Granit: beku. Batu pasir: sedimen. Marmer: metamorf. Basal: beku. Batu kapur: sedimen. Batu sabak: metamorf.

Latihan 15.2 ★

Apakah kuarsa itu mineral atau batuan? Bagaimana dengan granit? Jelaskan perbedaannya dalam satu kalimat.

Solusi

Solusi Latihan 15.2.

Kuarsa adalah mineral; granit adalah batuan. Mineral adalah satu zat alami yang atom-atomnya tersusun secara teratur; batuan tersusun dari satu atau beberapa mineral yang melekat menjadi satu (granit: feldspar, kuarsa, dan mika).

Latihan 15.3 ★

Urutkan mineral-mineral berikut, dari yang paling lunak sampai yang paling keras: kuarsa, talk, intan, kalsit. Manakah di antaranya yang dapat menggores semua mineral lainnya?

Solusi

Solusi Latihan 15.3.

Talk (1), kalsit (3), kuarsa (7), intan (10). Intan, yang paling keras, menggores semua mineral lainnya.

Latihan 15.4 ★

Salin dan lengkapi dengan kata-kata pendinginan, panas dan tekanan, pelapukan: “Batuan yang meleleh menjadi batuan beku melalui … Batu kapur menjadi marmer melalui … Granit berubah menjadi butiran pasir melalui …”

Solusi

Solusi Latihan 15.4.

“Batuan yang meleleh menjadi batuan beku melalui pendinginan. Batu kapur menjadi marmer melalui panas dan tekanan. Granit berubah menjadi butiran pasir melalui pelapukan.”

Latihan 15.5 ★★

Gunakan kunci determinasi. (a) Sebuah batuan tidak berbuih jika ditetesi asam; batuan itu gelap, butirannya terlalu kecil untuk dilihat, dan ada lubang-lubang kecil bulat. (b) Sebuah batuan berbuih jika ditetesi asam dan tersusun dari kristal mengilap yang berkilauan seperti gula. (c) Sebuah batuan tidak berbuih; batuan itu kasar seperti amplas. Sebutkan nama setiap batuan.

Solusi

Solusi Latihan 15.5.

(a) Basal. (b) Marmer. (c) Batu pasir.

Latihan 15.6 ★★

Sebuah mineral tergores oleh koin tembaga tetapi tidak oleh kuku jari. Di antara dua nilai kekerasan manakah mineral itu? Mineral acuan manakah pada skala Mohs yang mungkin cocok?

Solusi

Solusi Latihan 15.6.

Kekerasannya lebih besar daripada kekerasan kuku jari (kira-kira 2.5) dan lebih kecil daripada kekerasan koin tembaga (kira-kira 3.5). Mineral itu mungkin kalsit (3).

Latihan 15.7 ★★

Pada gambar granit dalam bab ini, ada 60 butir: 33 butir feldspar, 21 butir kuarsa, dan 6 butir mika. Berapa persen butir yang berupa kuarsa? Feldspar? Mika? Periksalah bahwa jumlah ketiga persentase itu 100 %.

Solusi

Solusi Latihan 15.7.

Kuarsa: $21 \div 60 = 0.35$, yaitu 35 %. Feldspar: $33 \div 60 = 0.55$, yaitu 55 %. Mika: $6 \div 60 = 0.10$, yaitu 10 %. Periksa: $35 + 55 + 10 = 100$.

Latihan 15.8 ★★

Granit dan basal sama-sama batuan beku. Mengapa butiran granit dapat kita lihat dengan mata, tetapi butiran basal tidak?

Solusi

Solusi Latihan 15.8.

Granit mendingin dengan sangat lambat, jauh di bawah tanah: butirannya mempunyai waktu yang lama untuk tumbuh, dan menjadi besar. Basal berasal dari lava, yang mendingin dengan cepat di permukaan: butirannya tidak mempunyai waktu untuk tumbuh dan tetap terlalu kecil untuk dilihat.

Latihan 15.9 ★★

Marmer terbentuk dari batu kapur. (a) Termasuk keluarga manakah masing-masing? (b) Apa yang terjadi pada batu kapur sehingga berubah menjadi marmer? (c) Mengapa keduanya berbuih jika ditetesi asam?

Solusi

Solusi Latihan 15.9.

(a) Batu kapur adalah batuan sedimen; marmer adalah batuan metamorf. (b) Jauh di bawah tanah, panas dan tekanan mengubahnya tanpa melelehkannya: kalsitnya tumbuh menjadi kristal-kristal mengilap yang saling mengunci. (c) Keduanya tersusun dari mineral yang sama, yaitu kalsit, dan kalsitlah yang berbuih jika ditetesi asam.

Latihan 15.10 ★★

Dengan memakai skala Mohs: (a) dapatkah kuarsa menggores botol kaca? (b) Dapatkah fluorit? (c) Dapatkah paku baja menggores feldspar?

Solusi

Solusi Latihan 15.10.

(a) Ya: kuarsa (7) lebih keras daripada kaca (kira-kira 5.5). (b) Tidak: fluorit (4) lebih lunak daripada kaca. (c) Ya: paku baja (kira-kira 6.5) lebih keras daripada feldspar (6).

Latihan 15.11 ★★★

Ceritakan perjalanan sebutir kuarsa, dalam lima langkah, dari sebuah gunung granit sampai menjadi batuan metamorf. Sebutkan proses pada setiap langkah, dan keluarga batuan pada awal dan pada akhir perjalanan.

Solusi

Solusi Latihan 15.11.

Misalnya: (1) granit gunung itu (batuan beku) dihancurkan oleh pelapukan, dan butiran kuarsanya terlepas; (2) sungai mengangkutnya pergi: erosi; (3) butiran itu diendapkan berlapis-lapis di dasar laut: pengendapan; (4) setelah terkubur di bawah lapisan-lapisan lain, butiran itu tertekan dan tersemen menjadi batu pasir: pengerasan (batuannya sekarang batuan sedimen); (5) setelah terbawa jauh ke bawah tanah, batu pasir itu diubah oleh panas dan tekanan menjadi batuan metamorf.

Latihan 15.12 ★★★

Sebuah mineral kelabu seperti kaca tidak tergores oleh paku baja, menggores kaca, dan tergores oleh topaz. (a) Berapa kekerasannya pada skala Mohs? Sebutkan namanya. (b) Butiran pasir digulingkan bertahun-tahun oleh ombak dan sungai. Dengan memakai kekerasannya, jelaskan mengapa butiran mineral ini bertahan jauh lebih lama daripada butiran kalsit atau mika.

Solusi

Solusi Latihan 15.12.

(a) Tidak tergores oleh baja (kira-kira 6.5) dan dapat menggores kaca: lebih keras daripada 6.5. Tergores oleh topaz (8): lebih lunak daripada 8. Kekerasannya 7: mineral itu kuarsa. (b) Kuarsa lebih keras daripada hampir segala sesuatu yang bergesekan dengannya (butiran lain, kerakal): kuarsa hampir tidak aus. Kalsit (3) dan mika (2 sampai 3) jauh lebih lunak: gesekan menggerusnya menjadi kepingan kecil yang terbawa pergi.

15.7 Soal: Batu-Batu di Alun-Alun Kota

Soal 15.1

Soal akhir pekan — batuan di sebuah alun-alun kota, mineral yang paling keras di antaranya, dan berapa keluarga batuan yang ada

Dalam karyawisata sekolah, kelas itu mengamati batu-batu di alun-alun kota yang tua (hanya mengamati: tidak ada yang memecahkan atau menggores monumen). Guru membawa potongan-potongan lepas dari batu yang sama, dari tempat kerja tukang batu, untuk uji kekerasan.

Air mancur: kolamnya memperlihatkan butiran besar, merah muda, putih, kelabu seperti kaca, serta hitam dan mengilap. Ubin jalan: lempengan pucat yang memperlihatkan cangkang fosil kecil; setetes asam encer, yang diteteskan guru pada sepotong batu lepas, berbuih. Atap balai kota: lembaran tipis, datar, dan kelabu dari batu yang butirannya sangat halus. Patung: batu putih yang tersusun dari kristal mengilap yang berkilauan seperti gula; batu ini juga berbuih.

Bagian I — Air mancur, ubin jalan, atap.

1. Sebutkan nama batuan air mancur dan keluarganya. Sebutkan ketiga mineralnya.
2. Sebutkan nama batuan ubin jalan dan keluarganya. Apakah cangkang-cangkang itu sebelum berada di dalam batu?
3. Sebutkan nama batuan atap dan keluarganya. Dari batuan apa batuan itu terbentuk?
4. Sebutkan nama batuan patung dan keluarganya. Dari batuan apa batuan itu terbentuk?

Bagian II — Uji kekerasan.

5. Guru mencoba menggores sebutir butiran kelabu seperti kaca dari air mancur dengan paku baja: tidak ada goresan. Butiran itu menggores kaca. Mineral apakah ini, dan berapa kekerasannya?
6. Butiran merah muda tergores oleh paku baja tetapi tidak oleh kaca. Di antara dua nilai manakah kekerasannya? Mineral manakah pada skala Mohs itu?
7. Serpihan hitam masih dapat digores oleh kuku jari. Mineral apakah itu?
8. Dapatkah koin tembaga menggores ubin jalan? Jelaskan dengan kekerasan kalsit.

Bagian III — Siklus batuan.

9. Setelah berabad-abad terkena hujan, patung itu kehilangan detail-detailnya yang halus. Proses apakah dari siklus batuan yang sedang bekerja?
10. Granit air mancur itu berasal dari sebuah gunung. Selama jutaan tahun, apa yang dapat terjadi pada butiran-butiran kuarsa dari gunung itu, dan di dalam batuan apa butiran itu dapat berakhir?
11. Berapa dari ketiga keluarga batuan yang ada di alun-alun itu? Sebutkan batuan dari setiap keluarga.
12. Berapa kekerasan Mohs mineral paling keras yang ditemukan di dalam batu-batu alun-alun itu?

Solusi

Solusi Soal 15.1.

1. Granit, batuan beku; mineralnya adalah feldspar (merah muda atau putih), kuarsa (kelabu, seperti kaca), dan mika (hitam, mengilap).

2. Batu kapur, batuan sedimen. Cangkang-cangkang itu dulu milik hewan yang hidup di laut; sisa-sisanya diendapkan dan mengeras menjadi batuan.

3. Batu sabak, batuan metamorf, yang terbentuk dari serpih.

4. Marmer, batuan metamorf, yang terbentuk dari batu kapur.

5. Kuarsa: tidak tergores oleh baja (kira-kira 6.5), menggores kaca (kira-kira 5.5); kekerasannya 7.

6. Tergores oleh baja (kira-kira 6.5) tetapi tidak oleh kaca (kira-kira 5.5): antara 5.5 dan 6.5. Mineral itu feldspar (ortoklas, 6).

7. Mika (kekerasan 2 sampai 3).

8. Ya: ubin jalan itu batu kapur, yang tersusun dari kalsit (3), lebih lunak daripada koin tembaga (kira-kira 3.5).

9. Pelapukan: hujan perlahan-lahan mengikis permukaan batu itu.

10. Gunung itu melapuk; butiran kuarsanya diangkut oleh sungai dan diendapkan berlapis-lapis, di dasar danau atau laut; setelah terkubur dan mengeras, butiran itu dapat menjadi batu pasir, sebuah batuan sedimen.

11. Ketiga keluarga ada: batuan beku (granit air mancur), batuan sedimen (batu kapur ubin jalan), batuan metamorf (batu sabak atap dan marmer patung).

12. Mineral yang paling keras adalah kuarsa dalam granit: kekerasan Mohs 7.