---
title: "Batuan Beku"
book: "Ilmu Kebumian dan Antariksa Sekolah Menengah Atas"
subject: earth
language: id
chapter: 17
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/17-batuan-beku
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Earth and Space Sciences Book, One Course (one-course.com)"
---

# Bab 17 — Batuan Beku

Di pantai utara Irlandia, tiang-tiang batu yang berjajar rapat menuruni undakan sampai ke laut: Giant’s Causeway, sebuah basalt yang mendingin dari lava. Di Yosemite, California, dinding granit El Capitan menjulang sekitar $900\,\mathrm{m}$ di atas dasar lembah, satu tubuh tunggal batuan yang berbutir kasar. Keduanya mengkristal dari magma. Basalt itu mendingin di permukaan, dengan kristal yang terlalu kecil untuk dilihat; granit itu mendingin jauh di bawah tanah, dengan kristal yang cukup besar untuk dilihat, dan kini tampak hanya karena batuan di atasnya telah terkikis habis. Bab ini membaca pada butir-butir sebuah batuan seberapa cepat, dan seberapa dalam, batuan itu mendingin.

![Kiri: tiang-tiang basalt Giant’s Causeway, Irlandia Utara. Foto Adam Bishop (CC BY-SA 3.0). Kanan: El Capitan, Yosemite, California, dinding granit yang tingginya sekitar 900\, m. Foto U.S. Geological Survey (CC0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/img-4efd2c9d0738.jpg)

![Kiri: tiang-tiang basalt Giant’s Causeway, Irlandia Utara. Foto Adam Bishop (CC BY-SA 3.0). Kanan: El Capitan, Yosemite, California, dinding granit yang tingginya sekitar 900\, m. Foto U.S. Geological Survey (CC0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/img-84a0c311b331.jpg)

*Kiri: tiang-tiang basalt Giant’s Causeway, Irlandia Utara. Foto Adam Bishop (CC BY-SA 3.0). Kanan: El Capitan, Yosemite, California, dinding granit yang tingginya sekitar $900\,\mathrm{m}$. Foto U.S. Geological Survey (CC0).*

**Yang sudah kamu ketahui.**

Magma adalah batuan cair di bawah permukaan; magma meletus sebagai lava, dengan tenang atau secara eksplosif (Buku 1, kelas 7). Batuan beku adalah batuan yang terbentuk ketika batuan cair mendingin dan menjadi padat (Buku 1, kelas 6). Basalt adalah [batuan vulkanik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) yang gelap, granit batuan terang yang tersusun dari feldspar, kuarsa, dan mika (Buku 1, kelas 6). [Peridotit](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/14-punggung-samudra-dan-litosfer-samudra#def-g11-ocean-ridges-peridotite) mantel meleleh sebagian ketika naik di bawah punggungan, menghasilkan basalt dan [gabro](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/14-punggung-samudra-dan-litosfer-samudra#def-g11-ocean-ridges-gabbro) [kerak samudra](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/14-punggung-samudra-dan-litosfer-samudra#def-g11-ocean-ridges-oceanic-lithosphere) ([Bab 14](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/14-punggung-samudra-dan-litosfer-samudra#ch-g11-ocean-ridges)). [Silikat pembentuk batuan](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/16-mineral#def-g11-minerals-rock-forming) adalah olivin, piroksen, amfibol, mika, feldspar, dan kuarsa; feldspar terdiri atas feldspar kalium dan plagioklas, sebuah deret dari yang kaya kalsium sampai yang kaya natrium ([Bab 16](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/16-mineral#ch-g11-minerals)). Kalor menyebar secara konduksi sejauh sekitar $\sqrt{\kappa t}$ dalam waktu $t$, dengan $\kappa$ difusivitas termal ([Bab 15](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/15-zona-subduksi#ch-g11-subduction-zones)).

## 17.1 Batuan vulkanik dan batuan plutonik

**Definisi 17.1 (Batuan vulkanik; batuan plutonik).**

Batuan beku, yang terbentuk oleh kristalisasi magma, disebut *batuan vulkanik* (atau ekstrusif) bila magmanya membeku di permukaan Bumi, sebagai lava, dan *batuan plutonik* (atau intrusif) bila magmanya mengkristal di kedalaman, di dalam batuan lain.

Perbedaannya tampak pada ukuran kristal. Sebuah kristal tumbuh dengan menambahkan atom-atom yang diambil dari zat cair di sekitarnya, dan hal itu memerlukan waktu. Di permukaan, lava cepat kehilangan kalornya ke udara atau ke air: bahan yang dilontarkan ke udara atau ke air mendingin dalam hitungan detik, aliran lava dalam beberapa hari sampai beberapa minggu. Jauh di bawah, batuan di sekelilingnya panas dan magma kehilangan kalornya dengan lambat: [intrusi](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) yang dangkal mendingin dalam beberapa bulan sampai beberapa tahun, [intrusi](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) besar yang dalam mungkin memerlukan jutaan tahun. Pendinginan cepat menghasilkan banyak kristal kecil, atau sama sekali tidak ada kristal; pendinginan lambat menghasilkan kristal yang lebih sedikit tetapi jauh lebih besar.

**Definisi 17.2 (Tekstur).**

Yang disebut *tekstur* sebuah batuan adalah ukuran, bentuk, dan susunan butir-butirnya. Batuan beku bertekstur *gelasan* bila tidak mempunyai kristal, *berbutir halus* bila kristal-kristalnya terlalu kecil untuk dibedakan dengan mata telanjang, dan *berbutir kasar* bila semua kristalnya dapat dilihat.

Lava yang terdinginkan mendadak sebelum satu kristal pun sempat tumbuh menjadi kaca: obsidian, yang hitam dan gelasan, pecah dengan pecahan konkoidal seperti pecahan botol. Basalt berbutir halus: di tangan, mineral-mineralnya tidak dapat dikenali, dan bahkan dalam [sayatan tipis](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/16-mineral#def-g11-minerals-thin-section) kristal-kristalnya kecil (basalt pada [Bab 16](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/16-mineral#ch-g11-minerals)). Granit, [gabro](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/14-punggung-samudra-dan-litosfer-samudra#def-g11-ocean-ridges-gabbro), dan [diorit](#def-g11-igneous-rocks-rock-names) berbutir kasar: setiap butirnya tampak.

**Definisi 17.3 (Fenokris; porfiritik).**

Yang disebut *fenokris* adalah kristal besar yang terbenam dalam massa kristal yang jauh lebih kecil atau dalam kaca, yaitu *massa dasar*. Batuan yang mempunyai fenokris disebut *porfiritik*.

[Tekstur](#def-g11-igneous-rocks-texture) [porfiritik](#def-g11-igneous-rocks-porphyritic) merekam dua tahap pendinginan: mula-mula lambat, di kedalaman, selagi [fenokris](#def-g11-igneous-rocks-porphyritic) tumbuh dalam magma yang sebagian besar masih cair; lalu cepat, ketika magma naik dan meletus, atau disuntikkan ke dalam batuan yang dingin, dan sisa zat cairnya membeku menjadi massa dasar.

![Dari kiri ke kanan: obsidian, sebuah kaca vulkanik, dengan pecahan konkoidalnya yang melengkung (lebarnya 9.5\, cm); sebuah batuan porfiritik, dengan fenokris plagioklas berbentuk balok dalam massa dasar yang lebih halus (9\, cm); lalu dua sayatan tipis di antara polarisator bersilang: sebuah granit, yang semua butirnya besar dan saling mengunci — biotit cokelat, muskovit yang berwarna cerah, plagioklas yang bergaris-garis, kuarsa kelabu dan putih; sebuah andesit, dengan fenokris plagioklas dan amfibol dalam massa dasar yang berbutir halus. Foto Twyla Baker, Mike Davis, dan Darla Sondrol, Perpustakaan Citra Digital Geologi (GeoDIL) (CC0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/img-4ee1179f99aa.jpg)

![Dari kiri ke kanan: obsidian, sebuah kaca vulkanik, dengan pecahan konkoidalnya yang melengkung (lebarnya 9.5\, cm); sebuah batuan porfiritik, dengan fenokris plagioklas berbentuk balok dalam massa dasar yang lebih halus (9\, cm); lalu dua sayatan tipis di antara polarisator bersilang: sebuah granit, yang semua butirnya besar dan saling mengunci — biotit cokelat, muskovit yang berwarna cerah, plagioklas yang bergaris-garis, kuarsa kelabu dan putih; sebuah andesit, dengan fenokris plagioklas dan amfibol dalam massa dasar yang berbutir halus. Foto Twyla Baker, Mike Davis, dan Darla Sondrol, Perpustakaan Citra Digital Geologi (GeoDIL) (CC0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/img-992e3185c904.jpg)

![Dari kiri ke kanan: obsidian, sebuah kaca vulkanik, dengan pecahan konkoidalnya yang melengkung (lebarnya 9.5\, cm); sebuah batuan porfiritik, dengan fenokris plagioklas berbentuk balok dalam massa dasar yang lebih halus (9\, cm); lalu dua sayatan tipis di antara polarisator bersilang: sebuah granit, yang semua butirnya besar dan saling mengunci — biotit cokelat, muskovit yang berwarna cerah, plagioklas yang bergaris-garis, kuarsa kelabu dan putih; sebuah andesit, dengan fenokris plagioklas dan amfibol dalam massa dasar yang berbutir halus. Foto Twyla Baker, Mike Davis, dan Darla Sondrol, Perpustakaan Citra Digital Geologi (GeoDIL) (CC0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/img-6064d5f1cc1f.jpg)

![Dari kiri ke kanan: obsidian, sebuah kaca vulkanik, dengan pecahan konkoidalnya yang melengkung (lebarnya 9.5\, cm); sebuah batuan porfiritik, dengan fenokris plagioklas berbentuk balok dalam massa dasar yang lebih halus (9\, cm); lalu dua sayatan tipis di antara polarisator bersilang: sebuah granit, yang semua butirnya besar dan saling mengunci — biotit cokelat, muskovit yang berwarna cerah, plagioklas yang bergaris-garis, kuarsa kelabu dan putih; sebuah andesit, dengan fenokris plagioklas dan amfibol dalam massa dasar yang berbutir halus. Foto Twyla Baker, Mike Davis, dan Darla Sondrol, Perpustakaan Citra Digital Geologi (GeoDIL) (CC0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/img-d2608673a8c9.jpg)

*Dari kiri ke kanan: obsidian, sebuah kaca [vulkanik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic), dengan pecahan konkoidalnya yang melengkung (lebarnya $9.5\,\mathrm{cm}$); sebuah batuan [porfiritik](#def-g11-igneous-rocks-porphyritic), dengan [fenokris](#def-g11-igneous-rocks-porphyritic) plagioklas berbentuk balok dalam massa dasar yang lebih halus ($9\,\mathrm{cm}$); lalu dua [sayatan tipis](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/16-mineral#def-g11-minerals-thin-section) di antara polarisator bersilang: sebuah granit, yang semua butirnya besar dan saling mengunci — biotit cokelat, muskovit yang berwarna cerah, plagioklas yang bergaris-garis, kuarsa kelabu dan putih; sebuah [andesit](#def-g11-igneous-rocks-rock-names), dengan [fenokris](#def-g11-igneous-rocks-porphyritic) plagioklas dan amfibol dalam massa dasar yang berbutir halus. Foto Twyla Baker, Mike Davis, dan Darla Sondrol, Perpustakaan Citra Digital Geologi (GeoDIL) (CC0).*

## 17.2 Menamai batuan beku

Kunci kedua sebuah batuan beku adalah kimianya, dan terutama kandungan silikanya, $\ce{SiO2}$, yang pada magma-magma umum berkisar dari sekitar $45\,\%$ sampai sekitar $75\,\%$ dari massanya.

**Definisi 17.4 (Mafik; intermediet; felsik).**

Sebuah magma, atau batuan yang dibentuknya, disebut *mafik* bila mengandung sekitar $45\,\%$ sampai $55\,\%$ $\ce{SiO2}$ dan kaya akan besi, magnesium, dan kalsium; *intermediet* bila kandungannya antara $55\,\%$ dan $65\,\%$; *felsik* bila mengandung sekitar $65\,\%$ sampai $75\,\%$ $\ce{SiO2}$ dan miskin besi, magnesium, dan kalsium tetapi kaya akan natrium dan kalium.

Setiap jenis magma menghasilkan dua batuan, satu [vulkanik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) dan berbutir halus, satu [plutonik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) dan berbutir kasar, dengan kimia yang sama. Basalt dan [gabro](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/14-punggung-samudra-dan-litosfer-samudra#def-g11-ocean-ridges-gabbro) adalah pasangan [mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic), yang telah kita jumpai pada [kerak samudra](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/14-punggung-samudra-dan-litosfer-samudra#def-g11-ocean-ridges-oceanic-lithosphere); granit adalah [batuan plutonik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) [felsik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic). Tiga nama melengkapi kumpulan ini.

**Definisi 17.5 (Andesit; diorit; riolit).**

*Andesit* dan *diorit* adalah [batuan vulkanik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) dan [batuan plutonik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) yang komposisinya [intermediet](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic), yang sebagian besar tersusun dari plagioklas dengan amfibol atau piroksen. *Riolit* adalah [batuan vulkanik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) yang komposisinya [felsik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic), padanan granit yang berbutir halus.

![Menamai batuan beku yang umum (sebuah gambar). Kolom: kandungan silika magma; baris: batuan berbutir halus (vulkanik) dan berbutir kasar (plutonik). Di bawah, tempat setiap mineral pembentuk batuan umum dijumpai: olivin dan piroksen dalam batuan mafik bersama plagioklas yang kaya kalsium; amfibol dan plagioklas dalam batuan intermediet; feldspar kalium, kuarsa, plagioklas yang kaya natrium, dan mika dalam batuan felsik. Batas-batasnya berangsur.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/fig-2086c52f23dc.svg)

*Menamai batuan beku yang umum (sebuah gambar). Kolom: kandungan silika magma; baris: batuan berbutir halus ([vulkanik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic)) dan berbutir kasar ([plutonik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic)). Di bawah, tempat setiap mineral pembentuk batuan umum dijumpai: olivin dan piroksen dalam batuan [mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) bersama plagioklas yang kaya kalsium; amfibol dan plagioklas dalam batuan [intermediet](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic); feldspar kalium, kuarsa, plagioklas yang kaya natrium, dan mika dalam batuan [felsik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic). Batas-batasnya berangsur.*

**Metode 17.6 (Menamai batuan beku).**

1. Amati [teksturnya](#def-g11-igneous-rocks-texture) : gelasan, berbutir halus, atau berbutir kasar; [porfiritik](#def-g11-igneous-rocks-porphyritic) atau tidak. Berbutir halus atau gelasan berarti [vulkanik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) (atau [intrusi](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) kecil yang cepat mendingin); berbutir kasar berarti [plutonik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) .
2. Kenali mineral-mineral yang dapat dilihat ( [Metode 16.4](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/16-mineral#met-g11-minerals-identify) ): kuarsa dan feldspar kalium menunjuk ke [felsik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) , amfibol dengan plagioklas ke [intermediet](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) , olivin dan piroksen ke [mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) . Pada batuan berbutir halus, gunakan [fenokrisnya](#def-g11-igneous-rocks-porphyritic) , warna massa dasarnya — gelap untuk [mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) , terang untuk [felsik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) — sebagai petunjuk, atau sebuah analisis kimia.
3. Bacalah namanya pada perpotongan baris dan kolom diagram.

**Contoh 17.7 (Dua basalt).**

Sebuah batuan gelap dari aliran lava berbutir halus di seluruh bagiannya; batuan lain, dari gunung api yang sama, memperlihatkan butir-butir olivin hijau selebar beberapa milimeter dalam massa dasar yang gelap. Keduanya [mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) dan berbutir halus: keduanya basalt. Yang kedua adalah basalt [porfiritik](#def-g11-igneous-rocks-porphyritic): olivinnya tumbuh lebih dahulu, dengan lambat, di dalam magma di bawah gunung api, sebelum lava meletus dan membeku di sekelilingnya.

![Tiga pasangan batuan beku, dari mafik ke felsik dari kiri ke kanan: vulkanik di atas, plutonik di bawah. Atas: sebuah basalt berbutir halus; sebuah andesit, dengan kristal amfibol kecil dalam massa dasar yang berbutir halus (sekitar 10\, cm); sebuah riolit merah muda. Bawah: gabro (9\, cm); diorit, dengan hornblende hitam dan plagioklas yang berkilap kaca (10\, cm); sebuah granit kasar dengan feldspar kalium besar yang berwarna merah muda pucat, plagioklas kelabu, kuarsa, biotit, dan hornblende (10\, cm). Foto Nessa Eull, Twyla Baker, Joseph H. Hartman, Darla Sondrol, dan Dexter Perkins, Perpustakaan Citra Digital Geologi (GeoDIL) (CC0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/img-e0e1e2dd64cb.jpg)

![Tiga pasangan batuan beku, dari mafik ke felsik dari kiri ke kanan: vulkanik di atas, plutonik di bawah. Atas: sebuah basalt berbutir halus; sebuah andesit, dengan kristal amfibol kecil dalam massa dasar yang berbutir halus (sekitar 10\, cm); sebuah riolit merah muda. Bawah: gabro (9\, cm); diorit, dengan hornblende hitam dan plagioklas yang berkilap kaca (10\, cm); sebuah granit kasar dengan feldspar kalium besar yang berwarna merah muda pucat, plagioklas kelabu, kuarsa, biotit, dan hornblende (10\, cm). Foto Nessa Eull, Twyla Baker, Joseph H. Hartman, Darla Sondrol, dan Dexter Perkins, Perpustakaan Citra Digital Geologi (GeoDIL) (CC0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/img-2a9cb1f80250.jpg)

![Tiga pasangan batuan beku, dari mafik ke felsik dari kiri ke kanan: vulkanik di atas, plutonik di bawah. Atas: sebuah basalt berbutir halus; sebuah andesit, dengan kristal amfibol kecil dalam massa dasar yang berbutir halus (sekitar 10\, cm); sebuah riolit merah muda. Bawah: gabro (9\, cm); diorit, dengan hornblende hitam dan plagioklas yang berkilap kaca (10\, cm); sebuah granit kasar dengan feldspar kalium besar yang berwarna merah muda pucat, plagioklas kelabu, kuarsa, biotit, dan hornblende (10\, cm). Foto Nessa Eull, Twyla Baker, Joseph H. Hartman, Darla Sondrol, dan Dexter Perkins, Perpustakaan Citra Digital Geologi (GeoDIL) (CC0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/img-44da9b8458dd.jpg)

![Tiga pasangan batuan beku, dari mafik ke felsik dari kiri ke kanan: vulkanik di atas, plutonik di bawah. Atas: sebuah basalt berbutir halus; sebuah andesit, dengan kristal amfibol kecil dalam massa dasar yang berbutir halus (sekitar 10\, cm); sebuah riolit merah muda. Bawah: gabro (9\, cm); diorit, dengan hornblende hitam dan plagioklas yang berkilap kaca (10\, cm); sebuah granit kasar dengan feldspar kalium besar yang berwarna merah muda pucat, plagioklas kelabu, kuarsa, biotit, dan hornblende (10\, cm). Foto Nessa Eull, Twyla Baker, Joseph H. Hartman, Darla Sondrol, dan Dexter Perkins, Perpustakaan Citra Digital Geologi (GeoDIL) (CC0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/img-494bd48ac81b.jpg)

![Tiga pasangan batuan beku, dari mafik ke felsik dari kiri ke kanan: vulkanik di atas, plutonik di bawah. Atas: sebuah basalt berbutir halus; sebuah andesit, dengan kristal amfibol kecil dalam massa dasar yang berbutir halus (sekitar 10\, cm); sebuah riolit merah muda. Bawah: gabro (9\, cm); diorit, dengan hornblende hitam dan plagioklas yang berkilap kaca (10\, cm); sebuah granit kasar dengan feldspar kalium besar yang berwarna merah muda pucat, plagioklas kelabu, kuarsa, biotit, dan hornblende (10\, cm). Foto Nessa Eull, Twyla Baker, Joseph H. Hartman, Darla Sondrol, dan Dexter Perkins, Perpustakaan Citra Digital Geologi (GeoDIL) (CC0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/img-784e1516f210.jpg)

![Tiga pasangan batuan beku, dari mafik ke felsik dari kiri ke kanan: vulkanik di atas, plutonik di bawah. Atas: sebuah basalt berbutir halus; sebuah andesit, dengan kristal amfibol kecil dalam massa dasar yang berbutir halus (sekitar 10\, cm); sebuah riolit merah muda. Bawah: gabro (9\, cm); diorit, dengan hornblende hitam dan plagioklas yang berkilap kaca (10\, cm); sebuah granit kasar dengan feldspar kalium besar yang berwarna merah muda pucat, plagioklas kelabu, kuarsa, biotit, dan hornblende (10\, cm). Foto Nessa Eull, Twyla Baker, Joseph H. Hartman, Darla Sondrol, dan Dexter Perkins, Perpustakaan Citra Digital Geologi (GeoDIL) (CC0).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/img-9e4f370f62cf.jpg)

*Tiga pasangan batuan beku, dari [mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) ke [felsik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) dari kiri ke kanan: [vulkanik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) di atas, [plutonik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) di bawah. Atas: sebuah basalt berbutir halus; sebuah [andesit](#def-g11-igneous-rocks-rock-names), dengan kristal amfibol kecil dalam massa dasar yang berbutir halus (sekitar $10\,\mathrm{cm}$); sebuah [riolit](#def-g11-igneous-rocks-rock-names) merah muda. Bawah: [gabro](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/14-punggung-samudra-dan-litosfer-samudra#def-g11-ocean-ridges-gabbro) ($9\,\mathrm{cm}$); [diorit](#def-g11-igneous-rocks-rock-names), dengan hornblende hitam dan plagioklas yang berkilap kaca ($10\,\mathrm{cm}$); sebuah granit kasar dengan feldspar kalium besar yang berwarna merah muda pucat, plagioklas kelabu, kuarsa, biotit, dan hornblende ($10\,\mathrm{cm}$). Foto Nessa Eull, Twyla Baker, Joseph H. Hartman, Darla Sondrol, dan Dexter Perkins, Perpustakaan Citra Digital Geologi (GeoDIL) (CC0).*

## 17.3 Urutan kristalisasi

Magma tidak membeku pada satu suhu, seperti air. Mineral-mineralnya muncul satu demi satu ketika magma mendingin, masing-masing dalam selang suhunya sendiri, sehingga magma yang sedang mendingin dapat mengandung kristal dan masih sebagian besar cair.

**Sejarah — Percobaan-percobaan Bowen.**

Norman L. Bowen (1887–1956) bergabung dengan Laboratorium Geofisika di Lembaga Carnegie di Washington pada tahun 1912. Dengan bekerja terutama pada magma basaltik, ia melelehkan batuan di dalam tungku, membiarkannya mendingin perlahan sampai suhu yang dipilih sehingga sebagian mineral terbentuk, lalu mendinginkannya secara mendadak, begitu cepat sehingga sisa zat cairnya menjadi kaca. Di bawah mikroskop, kristal-kristal itu menunjukkan mineral mana yang telah terbentuk di atas suhu tersebut. Dengan mengulanginya pada suhu yang makin lama makin rendah, percobaan itu memberikan urutan munculnya mineral-mineral. Bowen menerbitkan urutan ini sebagai sebuah deret reaksi pada tahun 1922 dan bukunya *The Evolution of the Igneous Rocks* pada tahun 1928.

![Urutan mineral mengkristal dari magma yang sedang mendingin (deret reaksi Bowen, sebuah gambar). Olivin terbentuk pertama; plagioklas mulai kurang lebih pada titik ketika piroksen mulai, mula-mula kaya kalsium, lalu makin lama makin kaya natrium. Feldspar kalium, kuarsa, dan kadang-kadang muskovit terbentuk terakhir, dari sisa zat cair yang kaya silika.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/fig-ac8c5144294e.svg)

*Urutan mineral mengkristal dari magma yang sedang mendingin (deret reaksi Bowen, sebuah gambar). Olivin terbentuk pertama; plagioklas mulai kurang lebih pada titik ketika piroksen mulai, mula-mula kaya kalsium, lalu makin lama makin kaya natrium. Feldspar kalium, kuarsa, dan kadang-kadang muskovit terbentuk terakhir, dari sisa zat cair yang kaya silika.*

Kata *reaksi* itu penting. Olivin hanya stabil pada suhu tinggi: ketika magma mendingin, kristal-kristal olivin bereaksi dengan silika dalam zat cair dan berubah menjadi piroksen,

$$
\ce{Mg2SiO4 + SiO2 -> 2 MgSiO3},
$$

dan begitu seterusnya menuruni cabang itu, selama silika masih ada dalam zat cair. Di sepanjang cabang yang lain, kristal plagioklas terus tumbuh, tetapi setiap lapisan barunya lebih kaya natrium daripada lapisan sebelumnya: kristal plagioklas dapat berzona, dari inti yang kaya kalsium sampai tepi yang kaya natrium, seperti [fenokris](#def-g11-igneous-rocks-porphyritic) plagioklas pada [andesit](#def-g11-igneous-rocks-rock-names) di atas.

Deret ini menjelaskan diagram tadi. Magma [mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) kehabisan silika lebih awal: magma itu mengkristalkan olivin, piroksen, dan plagioklas yang kaya kalsium, dan menghasilkan [gabro](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/14-punggung-samudra-dan-litosfer-samudra#def-g11-ocean-ridges-gabbro) bila mendingin perlahan di bawah tanah, basalt bila mendingin cepat di permukaan. Hanya magma yang kaya silika yang berlanjut sampai akhir deret dan membentuk feldspar kalium dan kuarsa: mineral-mineral granit dan [riolit](#def-g11-igneous-rocks-rock-names). Bagaimana sebuah magma mengubah komposisinya di sepanjang jalan, ketika kristal-kristal awalnya terpisah dari zat cair, adalah pokok bahasan tahun kedua perkuliahan.

## 17.4 Intrusi

Magma naik karena massa jenisnya lebih kecil daripada batuan di sekitarnya, sambil memaksakan jalannya ke dalam rekahan dan melebarkannya. Sebagian besar magma tidak pernah mencapai permukaan: magma itu mengkristal di dalam kerak sebagai [intrusi](#def-g11-igneous-rocks-intrusion), yang baru terlihat setelah erosi menyingkirkan batuan di atasnya.

**Definisi 17.8 (Retas; sill; pluton).**

Yang disebut *intrusi* adalah tubuh batuan beku yang mengkristal di dalam batuan lain. Yang disebut *retas* adalah lembaran batuan beku yang memotong lapisan atau struktur batuan yang diterobosnya; yang disebut *sill* adalah lembaran yang terletak sejajar dengan lapisan-lapisan, di antara lapisan-lapisan itu. Yang disebut *pluton* adalah intrusi besar dengan bentuk apa pun, yang terbentuk di kedalaman; banyak pluton yang bergabung membentuk sebuah batolit ([Bab 22](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/22-magmatisme-di-zona-subduksi#ch-g12-subduction-magmatism)).

Lebar [retas](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) umumnya kurang dari $20\,\mathrm{m}$ dan tebal [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) kurang dari $50\,\mathrm{m}$; sebuah [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) biasanya dipasok oleh sebuah [retas](#def-g11-igneous-rocks-intrusion). [Retas](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) dan [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) yang dangkal mendingin dengan cepat: keduanya berbutir halus, kadang-kadang [porfiritik](#def-g11-igneous-rocks-porphyritic). Berbatasan dengan batuan dingin yang diterobosnya, tepi-tepinya mendingin paling cepat dan berbutir lebih halus lagi daripada bagian tengahnya: sebuah *tepi dingin*, tanda dari tubuh yang masih panas ketika menempati tempatnya. Sierra Nevada di California, tempat Yosemite berada, adalah sebuah batolit: batuan granitik yang massa jenisnya diukur pada [Bab 16](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/16-mineral#ch-g11-minerals) berasal dari sekitar dua ratus [plutonnya](#def-g11-igneous-rocks-intrusion).

![Intrusi (sebuah gambar, tidak berskala). Sebuah pluton mengkristal di kedalaman; retas-retas memotong lapisan batuan di atasnya, salah satunya memasok sebuah gunung api; sebuah sill menyebar di antara dua lapisan. Hanya erosi batuan di atasnya yang menyingkapkan tubuh-tubuh ini di permukaan.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/fig-a35c1cf3e9ae.svg)

*[Intrusi](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) (sebuah gambar, tidak berskala). Sebuah [pluton](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) mengkristal di kedalaman; [retas-retas](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) memotong lapisan batuan di atasnya, salah satunya memasok sebuah gunung api; sebuah [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) menyebar di antara dua lapisan. Hanya erosi batuan di atasnya yang menyingkapkan tubuh-tubuh ini di permukaan.*

Berapa lama sebuah [intrusi](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) mengkristal? Tinjaulah selembar magma — sebuah [retas](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) atau sebuah [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) — yang tebalnya $b$, yang kehilangan kalornya secara konduksi ke batuan di kedua sisinya. Satu-satunya besaran yang menentukan lajunya adalah tebal $b$, dalam meter, dan difusivitas termal $\kappa$, dalam $\mathrm{m}^{2}/\mathrm{s}$; satu-satunya waktu yang dapat disusun dari keduanya adalah $b^2/\kappa$.

**Proposisi 17.9 (Waktu pendinginan selembar magma).**

Selembar magma yang tebalnya $b$ dan yang mendingin secara konduksi membeku dalam waktu

$$
t = C\,\frac{b^2}{\kappa},
$$

dengan $\kappa$ difusivitas termal batuan dan $C$ sebuah bilangan yang ditentukan oleh suhu magma dan suhu batuan di sekitarnya serta oleh kalor yang dilepaskan ketika magma mengkristal. Menggandakan tebalnya mengalikan waktunya dengan empat. (Diterima tanpa bukti; nilai $C$ berasal dari model yang dihitung.)

Untuk magma basaltik yang menerobos pada $1150{}^{\circ}\mathrm{C}$ ke dalam batuan bersuhu $50{}^{\circ}\mathrm{C}$, yang mengkristal seluruhnya pada $950{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan melepaskan $900\,\mathrm{MJ}$ kalor untuk setiap meter kubik yang mengkristal, dengan $\kappa = 1 \times 10^{-6}\,\mathrm{m}^{2}/\mathrm{s}$, model itu memberikan $C \approx 0.21$. Selembar magma setebal $2\,\mathrm{m}$ lalu membeku dalam sekitar sepuluh hari, sebuah [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) setebal $20\,\mathrm{m}$ dalam sekitar dua setengah tahun, dan yang setebal $100\,\mathrm{m}$ dalam sekitar enam puluh lima tahun. Tanpa kalor kristalisasi, waktunya akan tiga kali lebih singkat: magma yang sedang mengkristal menjaga dirinya tetap hangat.

![Selembar magma basaltik yang mendingin secara konduksi (model yang dihitung). Kiri: waktu yang diperlukannya untuk membeku, terhadap tebalnya, pada sumbu logaritmik: sebuah garis lurus dengan kemiringan 2, sehingga waktunya bertambah sebanding dengan kuadrat tebalnya. Kanan: suhu melintasi sebuah sill setebal 20\, m (diarsir), yang menerobos pada 1150 C ke dalam batuan bersuhu 50 C. Tepi-tepinya langsung turun di bawah solidus, bagian tengahnya baru setelah sekitar dua setengah tahun.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g11-igneous-rocks/fig-06bd97b3b592.svg)

*Selembar magma basaltik yang mendingin secara konduksi (model yang dihitung). Kiri: waktu yang diperlukannya untuk membeku, terhadap tebalnya, pada sumbu logaritmik: sebuah garis lurus dengan kemiringan 2, sehingga waktunya bertambah sebanding dengan kuadrat tebalnya. Kanan: suhu melintasi sebuah [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) setebal $20\,\mathrm{m}$ (diarsir), yang menerobos pada $1150{}^{\circ}\mathrm{C}$ ke dalam batuan bersuhu $50{}^{\circ}\mathrm{C}$. Tepi-tepinya langsung turun di bawah solidus, bagian tengahnya baru setelah sekitar dua setengah tahun.*

Model itu juga memperlihatkan terbentuknya tepi dingin. Batuan pada bidang kontak langsung melonjak ke sekitar $690{}^{\circ}\mathrm{C}$, jauh di bawah solidus: beberapa sentimeter pertama [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu membeku dalam satu hari, sedangkan bagian tengahnya tetap cair selama bertahun-tahun. [Intrusi](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) yang sebenarnya lebih rumit — sifat-sifat batuan berubah dengan suhu, air bersirkulasi, [pluton](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) yang dalam berada di dalam batuan yang sudah panas dan dapat dipasok lagi berulang kali — dan itulah sebabnya [intrusi](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) besar yang dalam memerlukan waktu jauh lebih lama untuk mendingin daripada yang ditunjukkan oleh hukum itu, dengan batuan sekitar yang dingin.

## 17.5 Latihan

**Latihan 17.1 ★.**

Definisikan [batuan vulkanik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) dan [batuan plutonik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic). Sebutkan tiga pasangan [batuan vulkanik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) dan [plutonik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) yang komposisinya sama, dari [mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) ke [felsik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic).

**Solusi Latihan 17.1.**

[Batuan vulkanik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) terbentuk dari magma yang membeku di permukaan, sebagai lava; [batuan plutonik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) mengkristal di kedalaman, di dalam batuan lain. Pasangannya: basalt dan [gabro](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/14-punggung-samudra-dan-litosfer-samudra#def-g11-ocean-ridges-gabbro) ([mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic)), [andesit](#def-g11-igneous-rocks-rock-names) dan [diorit](#def-g11-igneous-rocks-rock-names) ([intermediet](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic)), [riolit](#def-g11-igneous-rocks-rock-names) dan granit ([felsik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic)).

**Latihan 17.2 ★.**

Pasangkan setiap batuan dengan [teksturnya](#def-g11-igneous-rocks-texture) — gelasan, berbutir halus, berbutir kasar, [porfiritik](#def-g11-igneous-rocks-porphyritic): (1) obsidian; (2) granit; (3) basalt dengan kristal olivin hijau selebar beberapa milimeter dalam massa dasar yang gelap; (4) basalt yang tidak satu mineral pun dapat dilihat di dalamnya.

**Solusi Latihan 17.2.**

(1) Gelasan. (2) Berbutir kasar. (3) [Porfiritik](#def-g11-igneous-rocks-porphyritic) ([fenokris](#def-g11-igneous-rocks-porphyritic) olivin dalam massa dasar yang halus). (4) Berbutir halus.

**Latihan 17.3 ★.**

Tiga magma mengandung $48\,\%$, $60\,\%$, dan $72\,\%$ $\ce{SiO2}$. Golongkan masing-masing, dan sebutkan batuan yang dihasilkan masing-masing bila mendingin perlahan di kedalaman.

**Solusi Latihan 17.3.**

$48\,\%$: [mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic), [gabro](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/14-punggung-samudra-dan-litosfer-samudra#def-g11-ocean-ridges-gabbro). $60\,\%$: [intermediet](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic), [diorit](#def-g11-igneous-rocks-rock-names). $72\,\%$: [felsik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic), granit.

**Latihan 17.4 ★.**

Definisikan [retas](#def-g11-igneous-rocks-intrusion), [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion), dan [pluton](#def-g11-igneous-rocks-intrusion). Pada gambar [intrusi](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) dalam bab ini, tubuh manakah yang memasok gunung api?

**Solusi Latihan 17.4.**

[Retas](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) adalah lembaran batuan beku yang memotong lapisan batuan yang diterobosnya; [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) adalah lembaran yang sejajar dengan lapisan-lapisan, di antara lapisan-lapisan itu; [pluton](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) adalah [intrusi](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) besar dengan bentuk apa pun yang terbentuk di kedalaman. [Retas](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) tegak yang naik dari [pluton](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itulah yang memasok gunung api.

**Latihan 17.5 ★.**

Dalam deret reaksi Bowen, mineral manakah yang terbentuk pertama, dan mineral manakah yang terbentuk terakhir? Bagaimana plagioklas berubah ketika magma mendingin?

**Solusi Latihan 17.5.**

Olivin terbentuk pertama; feldspar kalium, kuarsa, dan kadang-kadang muskovit terakhir. Plagioklas mula-mula kaya kalsium dan menjadi makin lama makin kaya natrium ketika magma mendingin.

**Latihan 17.6 ★★.**

Dua batuan dianalisis (persen massa). Batuan A: $\ce{SiO2}$ 74, $\ce{Al2O3}$ 14, $\ce{FeO}$ 3, $\ce{CaO}$ 3, $\ce{MgO}$ 0.5, $\ce{Na2O}$ 5, $\ce{K2O}$ 4. Batuan B: $\ce{SiO2}$ 47, $\ce{Al2O3}$ 14, $\ce{FeO}$ 8, $\ce{CaO}$ 10, $\ce{MgO}$ 8, $\ce{Na2O}$ 1, $\ce{K2O}$ 2. (1) Golongkan masing-masing. (2) Periksa jawabanmu dengan oksida-oksida lainnya. (3) Batuan A berbutir halus: sebutkan namanya. Batuan B berbutir kasar: sebutkan namanya.

**Solusi Latihan 17.6.**

(1) A: $74\,\%$ $\ce{SiO2}$, [felsik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic); B: $47\,\%$, [mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic). (2) A miskin $\ce{FeO}$, $\ce{MgO}$, dan $\ce{CaO}$ serta kaya $\ce{Na2O}$ dan $\ce{K2O}$, seperti magma [felsik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic); B kaya $\ce{FeO}$, $\ce{MgO}$, dan $\ce{CaO}$, serta miskin $\ce{Na2O}$, seperti magma [mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic). (3) A adalah [riolit](#def-g11-igneous-rocks-rock-names); B [gabro](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/14-punggung-samudra-dan-litosfer-samudra#def-g11-ocean-ridges-gabbro).

**Latihan 17.7 ★★.**

Sebuah [retas](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) setebal $2\,\mathrm{m}$ membeku dalam sekitar sepuluh hari. Dengan proposisi tentang waktu pendinginan, berapa lama waktu yang diperlukan sebuah [retas](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) dari magma yang sama bila tebalnya $1\,\mathrm{m}$? Sebuah [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) setebal $20\,\mathrm{m}$? Yang setebal $200\,\mathrm{m}$?

**Solusi Latihan 17.7.**

Waktunya bertambah sebanding dengan kuadrat tebalnya. $1\,\mathrm{m}$: $10/4 = 2.5$ hari. $20\,\mathrm{m}$: $10 \times 10^2 = 1000$ hari, sekitar 2.7 tahun. $200\,\mathrm{m}$: $10 \times 100^2 = 100\,000$ hari, sekitar 270 tahun.

**Latihan 17.8 ★★.**

(1) Tunjukkan bahwa $b^2/\kappa$ adalah sebuah waktu. (2) Hitung nilainya untuk $b = 20\,\mathrm{m}$ dan $\kappa = 1 \times 10^{-6}\,\mathrm{m}^{2}/\mathrm{s}$, dalam detik dan dalam tahun ($1\text{ tahun} \approx 3.16 \times 10^{7}\,\mathrm{s}$). (3) Dengan $C = 0.21$, berapa lama [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu membeku?

**Solusi Latihan 17.8.**

(1) $\mathrm{m}^{2}$ dibagi $\mathrm{m}^{2}/\mathrm{s}$ menghasilkan detik. (2) $400/10^{-6} =
4 \times 10^{8}\,\mathrm{s}$, yaitu $4 \times 10^8 / 3.16 \times 10^7 \approx 12.7$ tahun. (3) $0.21 \times 12.7 \approx 2.7$ tahun.

**Latihan 17.9 ★★.**

Sebuah batuan memperlihatkan kristal-kristal plagioklas berbentuk balok yang panjangnya sekitar satu sentimeter dalam massa dasar yang butir-butirnya tidak dapat dilihat. Jelaskan [teksturnya](#def-g11-igneous-rocks-texture), dan ceritakan kisah pendinginannya dalam dua tahap.

**Solusi Latihan 17.9.**

[Teksturnya](#def-g11-igneous-rocks-texture) [porfiritik](#def-g11-igneous-rocks-porphyritic): [fenokris](#def-g11-igneous-rocks-porphyritic) plagioklas dalam massa dasar yang berbutir halus. Mula-mula magma mendingin perlahan di kedalaman, dan kristal-kristal plagioklas tumbuh besar selagi sebagian besar magma tetap cair; lalu magma naik dan mendingin dengan cepat, dan sisa zat cairnya mengkristal menjadi massa dasar yang halus.

**Latihan 17.10 ★★.**

Olivin bereaksi dengan silika dalam zat cair: $\ce{Mg2SiO4 + SiO2 -> 2
MgSiO3}$. (1) Periksa bahwa persamaan itu setara. (2) Dengan massa molar $140.7\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ($\ce{Mg2SiO4}$) dan $60.1\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ($\ce{SiO2}$), berapa massa silika yang diambil $1\,\mathrm{kg}$ olivin dari zat cair? (3) Mengapa magma yang miskin silika mempertahankan olivinnya?

**Solusi Latihan 17.10.**

(1) Kiri: 2 Mg, 2 Si, 6 O; kanan: 2 Mg, 2 Si, 6 O. (2) $1\,\mathrm{kg}$ olivin adalah $1000/140.7 \approx 7.11$ mol, yang mengambil mol silika dalam jumlah yang sama: $7.11 \times 60.1 \approx 427\,\mathrm{g}$. (3) Bila tidak ada lagi silika dalam zat cair, reaksi itu tidak dapat berlanjut: olivinnya tetap.

**Latihan 17.11 ★★.**

Sebuah [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) setebal $20\,\mathrm{m}$ dengan luas $1\,\mathrm{m}^{2}$ mendingin dari $1150{}^{\circ}\mathrm{C}$ ke $50{}^{\circ}\mathrm{C}$. (1) Kapasitas kalornya $2.5\,\mathrm{MJ}$ per meter kubik dan per derajat: berapa kalor yang hilang karena pendinginan itu? (2) [Sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu juga melepaskan $900\,\mathrm{MJ}$ per meter kubik ketika mengkristal: berapa kalor itu? (3) Bandingkan keduanya.

**Solusi Latihan 17.11.**

(1) $2.5 \times 20 \times 1100 = 55\,000\,\mathrm{MJ}$, $5.5 \times 10^{10}\,\mathrm{J}$. (2) $900 \times 20 = 18\,000\,\mathrm{MJ}$, $1.8 \times 10^{10}\,\mathrm{J}$. (3) Kalor kristalisasi kira-kira sepertiga kalor yang hilang karena pendinginan, atau seperempat dari jumlahnya: cukup untuk sangat memperlambat pembekuan, karena seluruhnya dilepaskan di atas solidus.

**Latihan 17.12 ★★★.**

Dalam model yang dihitung untuk sebuah [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) setebal $20\,\mathrm{m}$, batuan yang berjarak $12.5\,\mathrm{cm}$ dari bidang kontak turun di bawah solidus setelah sekitar $0.6$ hari, batuan yang berjarak $5\,\mathrm{m}$ dari bidang kontak setelah sekitar 545 hari, dan bagian tengahnya setelah sekitar 950 hari. (1) Di bagian mana dalam [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu kamu perkirakan kristal-kristal terkecil, dan di mana yang terbesar? (2) Apakah laju pertumbuhan lapisan padat itu tetap? (3) Mengapa [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu berbutir halus bahkan di bagian tengahnya, dibandingkan dengan granit?

**Solusi Latihan 17.12.**

(1) Kristal terkecil berada pada bidang kontak, yang membeku dalam satu hari; yang terbesar di bagian tengah, yang tetap cair selama sekitar 950 hari. (2) Tidak: $5\,\mathrm{m}$ pertama memerlukan sekitar 545 hari, $5\,\mathrm{m}$ terakhir sekitar 400 hari; mula-mula batas pembekuan itu melambat, lalu bergerak lebih cepat di dekat bagian tengah, tempat kalor yang keluar melalui kedua sisi bertemu. (3) Bahkan di bagian tengahnya, [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu membeku dalam waktu kurang dari tiga tahun; granit dengan kristal besar memerlukan waktu yang jauh lebih lama.

**Latihan 17.13 ★★★.**

Sebuah [pluton](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) tebalnya $2\,\mathrm{km}$. (1) Dengan proposisi itu dan [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) setebal $20\,\mathrm{m}$ (sekitar 2.6 tahun), perkirakan waktu pendinginannya. (2) [Intrusi](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) besar yang dalam diketahui memerlukan waktu sampai jutaan tahun untuk mendingin. Berikan dua alasan mengapa hukum yang sederhana itu meremehkan waktunya.

**Solusi Latihan 17.13.**

(1) [Pluton](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu 100 kali lebih tebal: $2.6 \times 100^2 = 26\,000$ tahun. (2) Misalnya: [pluton](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) yang dalam berada di dalam batuan yang sudah panas, sehingga kehilangan kalornya lebih lambat daripada ke dalam batuan bersuhu $50{}^{\circ}\mathrm{C}$; [pluton](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu dapat dipasok oleh magma baru berulang kali; [pluton](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) bukan lembaran yang tak terhingga luasnya; sifat-sifat batuan berubah dengan suhu.

**Latihan 17.14 ★★★.**

Magma [felsik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) meletus pada sekitar $650\text{ sampai }800{}^{\circ}\mathrm{C}$, magma [mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) pada sekitar $1000\text{ sampai }1200{}^{\circ}\mathrm{C}$. Dengan deret reaksi Bowen, jelaskan mengapa granit mengandung feldspar kalium, kuarsa, dan plagioklas yang kaya natrium, tanpa olivin, sedangkan [gabro](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/14-punggung-samudra-dan-litosfer-samudra#def-g11-ocean-ridges-gabbro) mengandung olivin, piroksen, dan plagioklas yang kaya kalsium, tanpa kuarsa.

**Solusi Latihan 17.14.**

Magma [mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) panas dan miskin silika: magma itu mengkristalkan mineral-mineral pertama dalam deret — olivin, piroksen, plagioklas yang kaya kalsium — dan kehabisan silika sebelum kuarsa dapat terbentuk. Magma [felsik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) lebih dingin dan kaya silika: olivin tidak stabil di dalamnya, dan magma itu berlanjut sampai akhir deret, membentuk plagioklas yang kaya natrium, feldspar kalium, dan kuarsa.

**Latihan 17.15 ★★★.**

Bahan yang dilontarkan ke udara mendingin dalam hitungan detik, aliran lava dalam beberapa hari sampai beberapa minggu, [intrusi](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) dangkal dalam beberapa bulan sampai beberapa tahun. (1) Dengan proposisi itu, berapa tebal lembaran yang membeku dalam sekitar satu hari? (2) Sebuah aliran lava setebal $5\,\mathrm{m}$ membeku dalam sekitar satu bulan: apakah hal itu sesuai dengan hukum untuk lembaran yang didinginkan pada kedua sisinya? (3) [Tekstur](#def-g11-igneous-rocks-texture) mana yang kamu perkirakan pada masing-masing kasus?

**Solusi Latihan 17.15.**

(1) $b = \sqrt{t\kappa/C} = \sqrt{86400 \times 10^{-6}/0.21} \approx
0.64\,\mathrm{m}$. (2) Hukum itu memberikan $0.21 \times 25/10^{-6} \approx
5.3 \times 10^{6}\,\mathrm{s}$, sekitar dua bulan: orde besarnya sama dengan satu bulan (aliran lava juga kehilangan kalor ke udara di bagian atasnya). (3) Gelasan untuk bahan yang dilontarkan ke udara atau ke air; berbutir halus untuk aliran lava dan lembaran tipis; lebih kasar, tetapi masih kecil, untuk [intrusi](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) dangkal yang tebal.

## 17.6 Soal: Sebuah Sill dan Kristal-Kristalnya

**Soal 17.1.**

Soal akhir pekan — berapa lama sebuah sill membeku

Di dinding sebuah lembah, selembar batuan beku gelap setebal $20\,\mathrm{m}$ terletak di antara dua lapisan batu pasir, sejajar dengan keduanya. Contoh-contoh diambil dari tepinya sampai ke bagian tengahnya. Pada bidang kontak batuannya sangat berbutir halus, hampir gelasan; $1\,\mathrm{m}$ ke dalam, kristal-kristalnya berukuran sekitar $0.1\,\mathrm{mm}$; di bagian tengah, sekitar $1\,\mathrm{mm}$, dan plagioklas serta piroksen baru dapat dibedakan dengan kaca pembesar.

**Bagian I — Tekstur.**

1. Apakah lembaran itu [retas](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) atau [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) ? Mengapa?
2. Jelaskan [tekstur](#def-g11-igneous-rocks-texture) pada bidang kontak dan di bagian tengah.
3. Mengapa batuan itu paling halus butirnya pada bidang kontak?
4. Apa nama tepi berbutir halus ini, dan apa yang dibuktikannya tentang suhu lembaran itu ketika menempati tempatnya?
5. Lembaran itu dipasok dari bawah oleh selembar batuan yang sama yang tegak, setebal $2\,\mathrm{m}$ , yang memotong batu pasir. Apakah itu?

**Bagian II — Menamai batuan.**

6. Sebuah analisis memberikan $49\,\%$ $\ce{SiO2}$ , $10\,\%$ $\ce{FeO}$ , $7\,\%$ $\ce{MgO}$ , dan $10\,\%$ $\ce{CaO}$ . Apakah magma itu [mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) , [intermediet](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) , atau [felsik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic) ?
7. Mineral-mineral apa yang kamu perkirakan, menurut deret Bowen?
8. Nama mana yang cocok untuk batuan pada bidang kontak? [Batuan plutonik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) mana yang komposisinya sama?
9. Mengapa satu tubuh magma dapat menghasilkan batuan dengan [tekstur](#def-g11-igneous-rocks-texture) yang berbeda-beda?
10. Dalam urutan apa olivin, piroksen, dan plagioklas mulai mengkristal?

**Bagian III — Waktu pendinginan.**

11. Hitung $b^2/\kappa$ untuk [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu, dengan $\kappa = 1 \times 10^{-6}\,\mathrm{m}^{2}/\mathrm{s}$ , dalam detik.
12. Model itu memberikan $C = 0.206$ . Hitung waktu yang diperlukan [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu untuk membeku, dalam detik, lalu dalam tahun ( $1\text{ tahun} \approx 3.16 \times 10^{7}\,\mathrm{s}$ ).
13. Berapa lama waktu yang diperlukan lembaran pemasoknya, yang setebal $2\,\mathrm{m}$ ?
14. Tanpa kalor kristalisasi, $C$ akan sekitar $0.07$ . Berapa lama [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu akan membeku? Mengapa kristalisasi memperlambat pendinginan?
15. Model itu memberikan sekitar $0.6$ hari untuk batuan yang berjarak $12.5\,\mathrm{cm}$ dari bidang kontak. Berapa kali lebih cepat batuan itu membeku daripada bagian tengahnya?

**Bagian IV — Apa yang diceritakan kristal-kristal itu.**

16. Aliran lava mendingin dalam beberapa hari sampai beberapa minggu, [intrusi](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) dangkal dalam beberapa bulan sampai beberapa tahun. Di mana tempat [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu?
17. Granit dengan kristal berukuran satu sentimeter atau lebih mendingin jauh lebih lambat. Dengan hukum itu, perkirakan tebal lembaran yang akan memerlukan waktu seribu kali lebih lama daripada [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu.
18. Mengapa tubuh seperti itu pasti terbentuk jauh di dalam kerak?
19. [Sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu kini terlihat di permukaan. Apa yang pasti telah terjadi pada batuan yang dahulu berada di atasnya?
20. Simpulkan: berapa lama [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu membeku?

**Solusi Soal 17.1.**

**1.** Sebuah [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion): lembaran itu terletak sejajar dengan lapisan-lapisan, di antara lapisan-lapisan itu.

**2.** Pada bidang kontak, sangat berbutir halus, hampir gelasan; di bagian tengah, berbutir halus sampai sedang, dengan mineral-mineral yang baru terlihat dengan kaca pembesar.

**3.** Bidang kontak kehilangan kalornya paling cepat, ke dalam batu pasir yang dingin: kristal-kristalnya tidak sempat tumbuh.

**4.** Tepi dingin. Tepi itu membuktikan bahwa magma itu panas ketika menempati tempatnya, dan batu pasirnya dingin.

**5.** Sebuah [retas](#def-g11-igneous-rocks-intrusion), pemasok [sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu.

**6.** [Mafik](#def-g11-igneous-rocks-felsic-mafic): $49\,\%$ $\ce{SiO2}$, kaya akan besi, magnesium, dan kalsium.

**7.** Olivin, piroksen, dan plagioklas yang kaya kalsium.

**8.** Basalt; [batuan plutonik](#def-g11-igneous-rocks-volcanic-plutonic) yang komposisinya sama adalah [gabro](https://one-course.com/books/earth/2/id/chapter/14-punggung-samudra-dan-litosfer-samudra#def-g11-ocean-ridges-gabbro).

**9.** [Tekstur](#def-g11-igneous-rocks-texture) bergantung pada laju pendinginan, yang berbeda dari bidang kontak sampai ke bagian tengah, bukan pada komposisinya.

**10.** Olivin lebih dahulu; plagioklas mulai kurang lebih pada titik yang sama dengan piroksen.

**11.** $b^2/\kappa = 400/10^{-6} = 4 \times 10^{8}\,\mathrm{s}$.

**12.** $0.206 \times 4 \times 10^8 \approx 8.2 \times 10^{7}\,\mathrm{s}$, yaitu $8.2 \times 10^7 / 3.16 \times 10^7 \approx 2.6$ tahun.

**13.** $0.206 \times 4/10^{-6} \approx 8.2 \times 10^{5}\,\mathrm{s}$, sekitar 9.5 hari.

**14.** $0.07 \times 4 \times 10^8 = 2.8 \times 10^{7}\,\mathrm{s}$, sekitar 0.9 tahun. Magma yang sedang mengkristal melepaskan kalor, yang juga harus dibuang sebelum magma itu menjadi padat.

**15.** Sekitar 950 hari dibandingkan dengan 0.6 hari: sekitar 1600 kali lebih cepat.

**16.** Sekitar 950 hari, kira-kira 2.6 tahun: jauh lebih lama daripada aliran lava, di dalam rentang bulan sampai tahun [intrusi](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) dangkal.

**17.** Waktu seribu kali lebih lama memerlukan tebal $\sqrt{1000} \approx
32$ kali lebih besar: sekitar $630\,\mathrm{m}$.

**18.** Di dekat permukaan, tubuh magma akan meletus, atau mendingin terlalu cepat; tubuh besar yang mendingin dalam waktu yang sangat lama pasti berada di kedalaman, di dalam batuan yang sudah panas.

**19.** Batuan itu telah terkikis habis oleh erosi.

**20.** [Sill](#def-g11-igneous-rocks-intrusion) itu memerlukan sekitar **2.6 tahun** untuk membeku.