22Sedimen karbonat, silika dan evaporit

Tebing-tebing kapur putih yang saling berhadapan di seberang laut sempit antara Inggris dan Prancis tampak seperti batuan yang paling biasa. Di bawah mikroskop elektron mereka ternyata tersusun dari lempengan-lempengan kalsit yang sangat kecil tak terhitung jumlahnya, yang ditinggalkan oleh alga bersel tunggal yang mengapung di laut yang menutupi kawasan itu. Sebuah terumbu yang dilihat dari perahu adalah kisah yang sama di ujung skala lain: batu kapur yang sedang terbentuk, dibangun oleh karang dan alga yang mengambil kalsium dan karbonat dari air dan mengubahnya menjadi batu. Tidak semua sedimen diangkut; banyak yang dibuat di tempat ia berada, oleh makhluk hidup atau oleh air itu sendiri ketika menguap. Bab ini mengikuti tiga keluarga besar sedimen ini — karbonat, ooze silika dan evaporit — dari kimia laut yang memasoknya hingga batuan yang mereka tinggalkan.

Yang sudah kamu ketahui

Batu kapur adalah batuan sedimen yang tersusun dari kalsit, sering dari cangkang, dan ia berbusa dalam asam encer (Buku 1, kelas 6). Kalsit dan aragonit adalah dua polimorf $\ce{CaCO3}$, dengan massa jenis $2.71\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}$ dan $2.93\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}$, dan dolomit $\ce{CaMg(CO3)2}$, dengan massa jenis $2.84\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}$, adalah karbonat kalsium dan magnesium (Bab 7). Salinitas air laut adalah massa garam yang larut dalam satu kilogram airnya (Buku 1, kelas 8). Dalam air, karbon dioksida, ion hidrogen karbonat dan ion karbonat dihubungkan oleh kesetimbangan asam–basa, dan alkalinitas mengukur basa yang mampu menyerap ion hidrogen (buku-buku kimia); sistem karbonat laut ikut serta dalam siklus karbon (buku-buku biologi). Dasar laut mendalam seiring umur sebagai $d = d_r + C\sqrt t$ (Teorema 13.7).

22.1 Pabrik karbonat

Air laut mengandung kalsium dan karbon anorganik terlarut, sebagian besar sebagai ion hidrogen karbonat. Kalsium karbonat terbentuk dari keduanya melalui reaksi

yang pertama melepaskan satu molekul karbon dioksida untuk setiap satu karbonat yang diendapkan. Air permukaan tropis yang hangat jenuh lewat batas terhadap kalsium karbonat, tetapi jarang mengendap sendiri: hampir semua dibuat oleh makhluk hidup, yang membayar energi untuk membangun cangkang dan kerangka mereka dan mengendalikan mineral yang mereka gunakan. Karang dan alga hijau membangun aragonit; alga merah dan banyak foraminifera membangun kalsit, sebagian kaya magnesium; moluska menggunakan salah satu atau keduanya.

Definisi 22.1 (Pabrik karbonat)

Pabrik karbonat suatu laut adalah himpunan organisme dan proses yang menghasilkan sedimen kalsium karbonat di tempat ia ditemukan, bukan membawanya dari tempat lain. Produknya adalah butiran kerangka (cangkang dan kerangka utuh atau pecah), lumpur karbonat, butiran berselubung dan kerangka kaku terumbu.

Pabrik paling kaya bekerja di air yang hangat, jernih, dangkal dan bermandikan cahaya, jauh dari lumpur sungai, yang akan mengubur produsennya dan mengaburkan cahaya yang dibutuhkan alga. Sedimennya dibuat oleh dasar laut itu sendiri: puing karang dan alga, cangkang moluska dan foraminifera bersel tunggal yang hidup di dasar, serta jarum aragonit yang dilepaskan oleh alga hijau, yang mengendap sebagai lumpur kapur. Di tempat air bergolak dan jenuh lewat batas, butiran yang digulingkan oleh ombak dan pasang surut menumbuhkan selubung karbonat, lapis demi lapis, di sekeliling inti, butir pasir atau pecahan cangkang, menjadi ooid bulat (Definisi 22.3). Pabrik kedua bekerja di samudra terbuka, jauh dari pantai mana pun: plankton yang hidup di lapisan permukaan yang bermandikan cahaya membangun cangkang dan lempengan kalsit yang kecil, yang berjatuhan ke dasar laut dalam (Bagian 22.3).

Seberapa cepat sebuah pabrik membangun diukur dengan anggaran karbonatnya, massa karbonat yang dihasilkan dan dipertahankan di tempatnya setiap tahun pada satu meter persegi, setelah kehilangan akibat organisme pengebor, pemakan rumput laut dan ombak. Ia diubah menjadi laju pertumbuhan vertikal dengan neraca massa.

Proposisi 22.2 (Akresi dari anggaran karbonat)

Misalkan suatu dasar laut mempertahankan massa bersih $G$ kalsium karbonat per satuan luas dan per satuan waktu, sebagai endapan yang butiran padatnya memiliki massa jenis $\rho_s$ dan yang porositasnya, yakni fraksi volumenya yang diambil oleh pori-pori, adalah $\phi$. Maka dasar itu naik dengan laju

$$a = \frac{G}{\rho_s\,(1-\phi)}.$$

Hasil kali $\rho_s(1-\phi)$ adalah massa jenis curah kering endapan. Di terumbu Kepulauan Chagos di Samudra Hindia, 28 terumbu yang diukur pada 2015 memiliki anggaran rerata $3.7\,\mathrm{kg}$ $\ce{CaCO3}$ per meter persegi dan per tahun, dan yang didominasi karang Acropora bercabang $8.4\,\mathrm{kg}$, tumbuh sekitar $4.2\,\mathrm{mm}$ setahun; dengan proposisi, kedua angka ini bersama-sama berarti massa jenis curah kering $2000\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$, yakni kerangka terumbu dengan sekitar sepertiga ruang pori (Latihan 22.3). Terumbu yang sama telah kehilangan lebih dari sembilan persepuluh karangnya dalam peristiwa pemanasan 1998, dan anggaran mereka menunjukkan seberapa cepat sebuah terumbu dapat membangun kembali.

22.2 Terumbu dan platform

Di tempat pabrik membangun kerangka kaku, ia dapat berdiri dari dasar laut melawan ombak.

Definisi 22.3 (Terumbu, platform karbonat, ooid)

Sebuah terumbu adalah tumpukan karbonat yang kerangka organismenya (karang, alga atau lainnya, yang tumbuh di tempatnya dan saling mengikat serta menyemen) berdiri di atas dasar laut sekitarnya dan menahan ombak. Sebuah platform karbonat adalah tubuh tebal karbonat air dangkal yang puncaknya datar mendekati permukaan laut dan dibatasi oleh lereng yang turun ke air yang lebih dalam. Sebuah ooid adalah butiran bulat berukuran pasir yang tersusun dari lapisan-lapisan konsentris kalsium karbonat yang tumbuh di sekeliling inti ketika ia bergulir di air yang bergolak; batuan yang tersusun dari ooid disebut oolit.

Terumbu karang modern hadir dalam tiga jenis, dinamai oleh para pelaut yang memetakannya jauh sebelum ada yang mengebor menembusnya. Sebuah terumbu tepi menempel pada pantai pulau atau benua. Sebuah terumbu penghalang dipisahkan dari daratan oleh laguna, yang dapat lebar dan berkedalaman puluhan meter: penghalang di timur laut Australia membentang, dengan celah-celah, hampir seribu mil, mengurung laut sedalam 10 hingga 25 depa, sekitar 18 hingga $46\,\mathrm{m}$. Sebuah atol adalah cincin terumbu, yang menopang pulau-pulau rendah dari pasir karang, mengelilingi laguna tanpa daratan sama sekali di dalamnya.

Sejarah — Terumbu di atas fondasi yang tenggelam, 1837–1842

Dalam pelayaran Beagle, Charles Darwin berlayar di antara terumbu Samudra Pasifik dan Hindia. Ia bernalar dari satu fakta: karang pembangun terumbu, simpulnya, pada umumnya tidak berkembang lebih dalam daripada antara 20 dan 30 depa, sekitar 37 hingga $55\,\mathrm{m}$. Namun terumbu penghalang dan atol naik dari air dalam, jauh di bawah batas itu. Fondasinya, ia berargumen, pastilah tenggelam, cukup lambat agar karang dapat menjaga puncaknya tetap di permukaan dengan tumbuh ke atas: terumbu yang mengelilingi pulau vulkanik menjadi terumbu penghalang ketika pulau itu tenggelam di dalamnya, dan menjadi atol ketika pulau itu telah lenyap. Ia membacakan teorinya di hadapan Masyarakat Geologi London pada 31 Mei 1837 dan menerbitkannya pada 1842 dalam Struktur dan Persebaran Terumbu Karang, dengan peta semua terumbu dunia yang diurutkan menjadi tiga jenis. Mengapa pulau samudra tenggelam, dan seberapa jauh, adalah soal pendinginan lempeng di bawahnya, yang dibahas dalam volume Tahun ke-2.

Terumbu hanya bertahan jika puncaknya tetap berada di air dangkal tempat pembangunnya hidup. Permukaan laut berubah, dan fondasinya dapat turun; yang penting adalah jumlah keduanya, kenaikan relatif permukaan laut.

Proposisi 22.4 (Mengimbangi atau tenggelam)

Misalkan puncak terumbu berada pada kedalaman $D_0$ di bawah permukaan laut dan tumbuh ke atas dengan laju $a$, sementara permukaan laut relatif naik dengan laju $r$, keduanya konstan. Maka kedalaman air di atas terumbu setelah waktu $t$ adalah

$$D(t) = D_0 + (r - a)\,t .$$

Jika $a \ge r$, terumbu mengimbangi laut (ketika $a > r$ puncaknya mencapai permukaan, dan sejak itu ia hanya dapat tumbuh ke samping); jika $a < r$ ia tertinggal, dan jika pembangunnya tidak dapat hidup lebih dalam dari $D_{\max}$, ia tenggelam setelah waktu $(D_{\max} - D_0)/(r - a)$.

Terumbu yang puncaknya telah tenggelam belum langsung mati, tetapi cahaya meredup, pembangunnya berganti dan pabrik melambat, sehingga terumbu yang mulai tertinggal makin tertinggal: terumbu dan platform yang tenggelam, ditutupi oleh sedimen laut dalam, ditemukan di lereng banyak pulau samudra dan dalam catatan batuan.

Selama jutaan tahun pabrik membangun platform karbonat, tubuh-tubuh tebal karbonat air dangkal yang tumbuh ketika fondasinya turun. Dua bentuk berulang (lihat gambar di bawah). Sebuah paparan berbingkai memiliki puncak datar, terlindung di belakang tepi terumbu dan gosong ooid di tepinya, yang memecah ombak; di belakangnya terbentang laguna tenang berisi lumpur kapur, dan di depannya lereng curam tempat balok dan puing yang lepas dari tepi jatuh ke cekungan. Sebuah rampa miring sangat landai dari pantai ke cekungan tanpa patahan: gosong ooid dan tanggul cangkang tempat ombak mengaduk dasar, lalu lapisan puing cangkang yang disapu oleh badai, lalu lumpur kapur di bawah jangkauan ombak. Paparan berbingkai tumbuh terutama ke atas dan ke samping dari tepinya, sebuah rampa dengan memindahkan sabuk sedimennya ke arah pantai atau ke arah laut ketika permukaan laut naik atau turun.

22.3 Ooze pelagis dan kedalaman kompensasi karbonat

Jauh dari daratan, dasar laut hampir tidak menerima apa-apa dari benua selain debu halus yang diterbangkan angin. Yang jatuh di atasnya adalah kerangka plankton yang hidup di air bermandikan cahaya beberapa kilometer di atas: lempengan kalsit kokolitoforid dan cangkang foraminifera, frustul opal diatom dan kerangka radiolaria (tergambar sedikit lebih jauh). Hujan panjang kokolit ke dasar laut adalah proses utama yang membuat kapur dan sebagian besar batu kapur dunia.

Definisi 22.5 (Ooze kapur, ooze silika)

Ooze adalah sedimen pelagis berbutir halus, yang diendapkan di samudra terbuka, sebagian besar tersusun dari kerangka plankton. Ia menjadi ooze kapur ketika kerangkanya dari kalsium karbonat, terutama kokolit dan foraminifera, dan ooze silika ketika kerangkanya dari opal, yakni silika amorf terhidrasi, terutama diatom dan radiolaria.

Ooze kapur menutupi sekitar separuh dasar laut dunia, tetapi hanya di atas kedalaman tertentu: di bawah sekitar $4500\,\mathrm{m}$ mereka menghilang. Cangkang tidak berhenti jatuh di sana; mereka larut. Laut dalam itu dingin dan tekanannya tinggi, dan kelarutan kalsit naik seiring kedalaman, terutama karena tekanan, sementara konsentrasi ion karbonat dalam air umumnya turun seiring kedalaman (kimia kesetimbangan ini diingat kembali dari buku-buku kimia). Di bawah kedalaman tertentu air laut dalam tidak jenuh terhadap kalsit, dan cangkang yang sampai ke dasar larut makin cepat semakin dalam letaknya.

Definisi 22.6 (Lisoklin, kedalaman kompensasi karbonat)

Lisoklin adalah kedalaman di laut di bawah mana pelarutan kalsit di dasar laut pertama kali tampak dalam sedimen dan lajunya naik tajam. Kedalaman kompensasi karbonat (CCD) adalah kedalaman tempat laju pelarutan kalsit sama dengan laju kalsit yang berjatuhan ke dasar laut dasar; di bawahnya tidak ada kalsium karbonat yang terakumulasi. Dalam praktik ia ditempatkan di tempat kandungan kalsium karbonat sedimen permukaan turun di bawah $10\,\%$ menurut berat.

CCD umumnya terletak ratusan meter di bawah lisoklin. Ia bukan tingkat yang tetap: ia ditentukan oleh keseimbangan antara pasokan dan pelarutan, sehingga ia terletak lebih dalam di tempat plankton menghasilkan lebih banyak karbonat dan di tempat air dalam kurang korosif. Di Atlantik ia terletak sekitar $500\,\mathrm{m}$ lebih dalam daripada di Pasifik, hasil dari pasokan karbonat yang lebih tinggi dan pelarutan yang lebih lambat; di Pasifik barat saja ia terletak sekitar $4000\,\mathrm{m}$ di barat laut dan sekitar $5100\,\mathrm{m}$ di Pasifik tengah. Aragonit, yang lebih mudah larut daripada kalsit, larut pada kedalaman yang bahkan lebih dangkal. Sepanjang waktu geologi, perubahan pasokan, produktivitas dan pelarutan telah memindahkan CCD lebih dari $2000\,\mathrm{m}$.

Metode 22.7 (Menentukan lisoklin dan CCD)

1. Kumpulkan beberapa sentimeter teratas sedimen di lokasi pada kedalaman berbeda di satu wilayah, cukup jauh dari daratan dan dari upwelling sehingga pengenceran oleh lempung atau opal kecil.
2. Ukur persen berat $\ce{CaCO3}$ setiap sampel dan plot terhadap kedalaman air.
3. Lisoklin adalah kedalaman tempat kandungannya mulai turun tajam, dan tempat cangkang menunjukkan tanda pertama pelarutan (foraminifera pecah, terukir).
4. CCD adalah kedalaman tempat kandungan turun hingga $10\,\%$: bacalah dengan interpolasi linear di antara dua sampel di kedua sisinya.

Di lereng punggungan tengah samudra, dasar laut itu muda dan dangkal di dekat sumbunya dan tenggelam seiring bertambah umur dan menjauh. Sepotong dasar yang lahir di atas CCD mengumpulkan ooze kapur sampai ia tenggelam di bawah CCD; sejak itu ia hanya menerima apa yang tidak larut: debu yang mengendap dari udara di atasnya, oksida besi dan mangan, gigi ikan. Endapan cokelat yang lambat ini adalah lempung merah cekungan dalam.

Proposisi 22.8 (Melintasi CCD)

Misalkan dasar laut berumur $t$ terletak pada kedalaman $d(t) = d_r + C\sqrt t$ (Teorema 13.7), dengan sumbu punggungan pada kedalaman $d_r$ yang lebih dangkal daripada kedalaman kompensasi karbonat $z_c$ yang tetap konstan. Maka dasar itu melewati bawah CCD pada umur

$$t_c = \left(\frac{z_c - d_r}{C}\right)^2 ,$$

dan sebuah situs berumur $t > t_c$ membawa, dari bawah ke atas, kerak vulkanik, ooze kapur yang diendapkan selama waktu $t_c$, dan lempung merah yang diendapkan selama waktu $t - t_c$.

Dengan $d = 2500 + 350\sqrt t$ (meter, $t$ dalam juta tahun), CCD pada $4500\,\mathrm{m}$ dilintasi pada umur $(2000/350)^2 = 32.7\,\mathrm{Ma}$; pada laju pemekaran setengah sebesar $25\,\mathrm{mm}$ setahun, itu berjarak $816\,\mathrm{km}$ dari sumbu (gambar di bawah). Pemboran ke dasar samudra tua menemukan urutan ini berulang-ulang: basal, lalu ooze kapur atau kapur, lalu lempung merah, sebuah catatan perjalanan dasar menuruni lereng. Di tempat lempeng sejak itu bergerak di bawah sabuk produktivitas tinggi, dekat khatulistiwa, lempung dapat ditutupi oleh lapisan ooze baru, dan inilah cara inti mencatat gerak lempeng sekaligus kedalaman CCD.

22.4 Ooze silika dan rijang

Diatom, alga bersel tunggal dari plankton, dan radiolaria, anggota zooplankton bersel tunggal, membangun kerangka mereka dari opal, yang mereka ambil dari asam silikat terlarut dalam air laut. Tidak seperti kalsit di permukaan laut, opal tidak dilindungi oleh kejenuhan lewat batas: air laut tidak jenuh terhadapnya di setiap kedalaman, dan sebagian besar opal larut segera setelah organisme mati, pertama dalam air ketika ia tenggelam dan kemudian di dasar laut. Dari 255 teramol silikon yang setiap tahun dibangun menjadi opal oleh plankton samudra dunia, hanya sekitar 9.2 yang terkubur dalam sedimen untuk selamanya: pengawetan sebesar $3.6\,\%$. Sebuah atom silikon yang dibawa ke laut oleh sungai diambil dan dilepaskan kembali oleh plankton sekitar enam belas kali sebelum ia terkubur, dan ia tinggal sekitar $8000$ tahun di samudra.

Maka ooze silika terbentuk di tempat produksi opal begitu tinggi sehingga bahkan $3.6\,\%$ darinya terakumulasi, dan tempat hampir tidak ada yang lain yang mengencerkannya: di sekitar Samudra Selatan, di Pasifik utara, sepanjang khatulistiwa di Pasifik dan di batas-batas benua, tempat-tempat air dalam yang kaya nutrien naik ke permukaan (Bab 29). Mereka juga mendominasi di bawah CCD di bawah perairan produktif, tempat kalsit yang jatuh bersama mereka telah larut.

Definisi 22.9 (Rijang)

Sebuah rijang adalah batuan sedimen yang keras dan padat dari kuarsa mikrokristalin, terbentuk dalam sebagian besar kasus dari opal biogenik yang larut dan mengkristal ulang setelah terkubur; ia terdapat sebagai lapisan, sering dari ooze silika, atau sebagai nodul, yang paling dikenal adalah batu api (flint), di dalam kapur.

Ooze diatom yang belum mengkristal ulang menjadi diatomit, batuan ringan, putih, berpori, hampir seluruhnya opal murni. Dengan penguburan dan waktu opal berubah menjadi bentuk silika lain dan akhirnya menjadi kuarsa, dan silika bermigrasi: ia meninggalkan kapur, misalnya, dan berkumpul dalam nodul batu api di sepanjang lapisan tertentu. Bagaimana ini terjadi termasuk dalam diagenesis (Bab 23).

22.5 Evaporit

Di tempat sebuah badan air laut kehilangan lebih banyak air melalui penguapan daripada yang diterimanya, garamnya terkonsentrasi hingga mengendap satu demi satu. Komposisi air laut, dalam ion-ion utamanya, sama di semua samudra (Table 22.1).

ion	fraksi massa garam laut	$\mathrm{g}$ per $\mathrm{kg}$ air laut	$\mathrm{mmol}$ per $\mathrm{kg}$
klorida $\ce{Cl-}$	0.5503	19.353	545.9
natrium $\ce{Na+}$	0.3066	10.781	469.0
sulfat $\ce{SO4^2-}$	0.0771	2.712	28.2
magnesium $\ce{Mg^2+}$	0.0365	1.284	52.8
kalsium $\ce{Ca^2+}$	0.0117	0.412	10.3
kalium $\ce{K+}$	0.0113	0.399	10.2
hidrogen karbonat $\ce{HCO3-}$	0.0030	0.105	1.72
bromida $\ce{Br-}$	0.0019	0.067	0.84
seluruh zat terlarut	1	35.165

Definisi 22.10 (Evaporit, urutan penguapan, sabkha)

Sebuah evaporit adalah sedimen atau batuan sedimen dari garam yang mengendap dari air asin alami yang terkonsentrasi oleh penguapan: terutama gipsum $\ce{CaSO4.2H2O}$ dan anhidrit $\ce{CaSO4}$, halit $\ce{NaCl}$, serta garam kalium dan magnesium. Urutan penguapan adalah urutan tempat mineral-mineral mengendap dari air laut yang menguap, yang paling sukar larut lebih dulu: kalsium karbonat, lalu gipsum, lalu halit, lalu garam kalium dan magnesium. Sebuah sabkha adalah dataran garam pesisir, tepat atau sedikit di atas tingkat pasang tertinggi, tempat gipsum, anhidrit dan halit tumbuh di dalam sedimen dari air asin yang menguap dan merembesinya.

Urutan ini telah diamati sejak 1849 oleh Usiglio, yang menguapkan sebuah bejana air laut hingga kering; pengukuran yang paling teliti berasal dari tambak garam Great Inagua di Bahamas, tempat air laut dialirkan melalui serangkaian kolam dengan konsentrasi yang meningkat. Kalsium karbonat mulai mengendap ketika air asin itu 1.8 kali lebih pekat daripada air laut, gipsum pada 3.8 kali, halit pada 10.6 kali; di laboratorium magnesium sulfat menyusul pada sekitar 70 kali dan garam kalium di atas 90 kali. Karena garam yang mengendap sebelumnya merupakan bagian kecil dari massa, faktor konsentrasi 10.6 berarti bahwa $1/10.6$, sekitar $9\,\%$, dari air tersisa: halit hanya datang ketika sembilan persepuluh air telah hilang (gambar di bawah, panel a). Air asin menjadi makin padat ketika ia makin pekat, dari $1.03\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}$ untuk air laut hingga sekitar $1.13$ ketika gipsum terbentuk, $1.22$ dengan halit dan lebih dari $1.30$ dengan garam pahit, garam terakhir dari semuanya.

Berapa banyak setiap garam yang dapat diberikan oleh satu kilogram air laut mengikuti dari Table 22.1 dengan menghitung ion yang habis lebih dulu. Kalsium karbonat dibatasi oleh karbonat dan hidrogen karbonat, $1.10\,\mathrm{mmol}$, sekitar $0.11\,\mathrm{g}$. Gipsum mengambil sisa kalsium, $9.18\,\mathrm{mmol}$, $1.58\,\mathrm{g}$, sulfat berlebih. Halit mengambil seluruh natrium, $469\,\mathrm{mmol}$, $27.4\,\mathrm{g}$, klorida berlebih. Yang tersisa, sekitar $6.3\,\mathrm{g}$ magnesium, kalium, sulfat, klorida dan bromida, membentuk garam pahit. Halit adalah $78\,\%$ dari keseluruhan: sebuah cekungan evaporit yang mengering sebagian besar adalah massa garam batu.

Dari massa ini ketebalan garam yang dapat ditinggalkan oleh badan air tertentu langsung mengikuti.

Proposisi 22.11 (Garam dari kolom air laut)

Sebuah kolom air laut dengan tinggi $H$ dan massa jenis $\rho_{sw}$, diuapkan hingga kering, meletakkan lapisan mineral dengan massa jenis $\rho_x$ yang ketebalannya

$$h_x = \frac{\rho_{sw}\,H\,m_x}{\rho_x},$$

dengan $m_x$ adalah massa mineral itu yang diendapkan per satuan massa air laut.

Dengan $\rho_{sw} = 1030\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$, $m = 27.4\,\mathrm{g}\,\mathrm{kg}^{-1}$ dan massa jenis halit, $2170\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$, sebuah kolom air laut setinggi $1000\,\mathrm{m}$ meninggalkan $13.0\,\mathrm{m}$ halit; dengan gipsum, yang massa jenisnya $2300\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$, ia meninggalkan $0.71\,\mathrm{m}$ gipsum. Inilah masalah ketebalan evaporit: lapisan garam setebal ratusan meter atau kilometer tidak dapat merupakan residu dari satu kali pengisian cekungan mana pun, betapapun dalamnya.

Jawabannya adalah cekungan yang terus menerima air laut. Sebuah cekungan yang dipisahkan dari samudra oleh ambang, selat dangkal atau penghalang, di iklim kering, kehilangan air melalui penguapan di seluruh luasnya; air laut mengalir masuk melewati ambang untuk menggantinya, membawa garam baru, dan air asin yang lebih padat dapat mengalir keluar di kedalaman melewati ambang (gambar di bawah). Konsentrasi air asin ditentukan oleh keseimbangan aliran-aliran ini.

Proposisi 22.12 (Cekungan berpenghalang)

Misalkan sebuah cekungan tercampur baik seluas $A$ kehilangan volume $EA$ air per satuan waktu melalui penguapan bersih, menerima air laut dengan laju volume $Q_{\mathrm{in}}$ dan mengembalikan air asin ke samudra dengan laju volume $Q_{\mathrm{out}}$, dalam keadaan tunak. Untuk ion yang tidak mengendap, air asin dipekatkan dengan faktor

$$k = \frac{Q_{\mathrm{in}}}{Q_{\mathrm{out}}} = \frac{Q_{\mathrm{in}}}{Q_{\mathrm{in}} - EA}$$

terhadap air laut (volume dihitung seolah berat jenisnya sama).

Aliran keluar mengendalikan apa yang diendapkan cekungan. Jika lebih dari sepersepuluh aliran masuk kembali ke samudra sebagai air asin, $k$ tetap di bawah 10.6 dan cekungan mengendapkan karbonat dan gipsum tetapi tidak pernah halit; jika aliran keluar lebih kecil, air asin mencapai kejenuhan halit dan cekungan terisi garam; jika selat ditutup sama sekali, cekungan mengering dan permukaannya turun dengan laju $E$.

Endapan evaporit muda terbesar dunia terletak di bawah dasar Laut Mediterania. Antara 5.97 dan 5.33 juta tahun yang lalu, pada zaman Messinia, pertukaran air antara Mediterania dan Atlantik terbatas, dan evaporit hingga $2\,\mathrm{km}$ tebalnya diendapkan di cekungan dalam, dengan halitnya sebagian besar dalam interval singkat antara 5.60 dan 5.55 juta tahun yang lalu. Bagaimana itu terjadi masih diperdebatkan. Dalam satu model laut sebagian besar terputus dan permukaannya turun sekitar $1500\,\mathrm{m}$, cekungan dalam menjadi danau garam dan sungai memotong ngarai dalam ke tepi-tepi yang kering; dalam model lain cekungan tetap terhubung dan penuh, sebuah cekungan berpenghalang dalam skala besar. Keduanya harus menjelaskan kilometer garam, yang tidak pernah dapat diberikan oleh satu kali pengisian laut.

22.6 Latihan

Latihan 22.1 ★

Air laut dengan komposisi acuan mengandung $35.165\,\mathrm{g}$ garam per kilogram, yang fraksi massa klorida, natrium, sulfat dan magnesiumnya adalah 0.5503, 0.3066, 0.0771 dan 0.0365. Hitunglah massa setiap ion dalam satu kilogram air laut, dan fraksi garam yang dibentuk oleh natrium dan klorida bersama-sama.

Solusi

Solusi Latihan 22.1.

Klorida $0.5503\times35.165 = 19.35\,\mathrm{g}$; natrium $0.3066\times35.165 = 10.78\,\mathrm{g}$; sulfat $2.711\,\mathrm{g}$; magnesium $1.284\,\mathrm{g}$. Natrium dan klorida bersama-sama membentuk $0.5503 + 0.3066 = 0.857$, yakni $85.7\,\%$ dari garam.

Latihan 22.2 ★

Kalsium karbonat, gipsum, halit dan magnesium sulfat mulai mengendap dari air laut yang dipekatkan 1.8, 3.8, 10.6 dan 70 kali. Untuk masing-masing, hitunglah fraksi air asli yang tersisa dan fraksi yang sudah menguap.

Solusi

Solusi Latihan 22.2.

Fraksi yang tersisa adalah $1/\mathrm{CF}$: kalsium karbonat $1/1.8 = 0.556$ tersisa, $44.4\,\%$ menguap; gipsum $0.263$ tersisa, $73.7\,\%$ menguap; halit $0.094$ tersisa, $90.6\,\%$ menguap; magnesium sulfat $0.014$ tersisa, $98.6\,\%$ menguap.

Latihan 22.3 ★

Di terumbu yang didominasi Acropora anggaran karbonatnya adalah $8.4\,\mathrm{kg}$ $\ce{CaCO3}$ per meter persegi dan per tahun, dan terumbu tumbuh $4.2\,\mathrm{mm}$ setahun. (a) Dengan Proposisi 22.2, hitunglah massa jenis curah kering terumbu. (b) Berapa porositasnya jika butirannya aragonit, dengan massa jenis $2.93\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}$? kalsit, dengan massa jenis $2.71\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}$? (c) Pada massa jenis curah yang sama, seberapa cepat terumbu dengan anggaran rerata $3.7\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-2}\,\mathrm{yr}^{-1}$ akan tumbuh?

Solusi

Solusi Latihan 22.3.

(a) $\rho_s(1-\phi) = G/a = 8.4/0.0042 = 2000\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$. (b) Dengan aragonit, $1 - 2000/2930 = 0.32$, porositas $32\,\%$; dengan kalsit, $1 - 2000/2710 = 0.26$. (c) $a = 3.7/2000 = 1.85 \times 10^{-3}\,\mathrm{m}$, $1.85\,\mathrm{mm}$ setahun.

Latihan 22.4 ★

Sedimen permukaan dari satu wilayah dasar laut mengandung persen berat $\ce{CaCO3}$ berikut: 88 pada $3000\,\mathrm{m}$, 85 pada $3500\,\mathrm{m}$, 80 pada $4000\,\mathrm{m}$, 62 pada $4300\,\mathrm{m}$, 35 pada $4500\,\mathrm{m}$, 12 pada $4700\,\mathrm{m}$, 6 pada $4800\,\mathrm{m}$ dan 2 pada $5000\,\mathrm{m}$. Dengan Metode 22.7, tentukan lisoklin dan CCD.

Solusi

Solusi Latihan 22.4.

Hingga $4000\,\mathrm{m}$ kandungan turun hanya perlahan (88 hingga 80); di bawah $4000\,\mathrm{m}$ ia turun tajam: lisoklin terletak sekitar $4000\,\mathrm{m}$. Kandungan turun melewati $10\,\%$ di antara $4700\,\mathrm{m}$ (12) dan $4800\,\mathrm{m}$ (6): $4700 + 100\times(12-10)/(12-6) = 4733\,\mathrm{m}$, CCD sekitar $4730\,\mathrm{m}$, sekitar $700\,\mathrm{m}$ di bawah lisoklin.

Latihan 22.5 ★★

(a) Tuliskan persamaan setara pengendapan kalsium karbonat dari ion kalsium dan ion hidrogen karbonat, dan hitunglah massa karbon dioksida yang dilepaskan per kilogram $\ce{CaCO3}$ yang diendapkan (massa molar $100.09\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$ dan $44.01\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$). (b) Berapa banyak yang akan dilepaskan terumbu dengan anggaran $3.7\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-2}\,\mathrm{yr}^{-1}$ per meter persegi dan per tahun, menurut persamaan ini? (c) Mengapa terumbu, yang mengubah karbon terlarut menjadi batuan, melepaskan karbon dioksida?

Solusi

Solusi Latihan 22.5.

(a) $\ce{Ca^2+ + 2 HCO3- -> CaCO3 + CO2 + H2O}$: satu mol $\ce{CO2}$ per mol $\ce{CaCO3}$, sehingga $44.01/100.09 = 0.440\,\mathrm{kg}$ $\ce{CO2}$ per kilogram $\ce{CaCO3}$. (b) $3.7\times0.440 = 1.63\,\mathrm{kg}$ $\ce{CO2}$ per meter persegi dan per tahun. (c) Dari dua ion hidrogen karbonat yang dipakai, hanya satu karbon yang masuk ke mineral; yang lain keluar sebagai karbon dioksida. Kalsifikasi mengambil alkalinitas dari air dan menurunkan kapasitasnya untuk menampung karbon terlarut; berapa banyak $\ce{CO2}$ yang sampai ke udara bergantung pada penyangga air laut, suatu soal kesetimbangan karbonat dalam buku-buku kimia.

Latihan 22.6 ★★

Ambil dasar laut pada kedalaman $d = 2500 + 350\sqrt t$ (meter, $t$ dalam juta tahun), memekar dari punggungannya dengan laju setengah $25\,\mathrm{mm}$ setahun. (a) Pada umur dan jarak berapa dari sumbu ia melintasi CCD pada $4500\,\mathrm{m}$? (b) Sama untuk CCD pada $5100\,\mathrm{m}$, seperti di Pasifik tengah. (c) Berapa lama dasar berumur $60\,\mathrm{Ma}$ telah menerima lempung merah dalam setiap kasus?

Solusi

Solusi Latihan 22.6.

(a) $t_c = (2000/350)^2 = 32.7\,\mathrm{Ma}$; pada $25\,\mathrm{km}$ per juta tahun, $25\times32.7 = 816\,\mathrm{km}$ dari sumbu. (b) $t_c = (2600/350)^2 = 55.2\,\mathrm{Ma}$, $1380\,\mathrm{km}$. (c) Dasar berumur $60\,\mathrm{Ma}$ telah menerima lempung merah selama $60 - 32.7 = 27.3\,\mathrm{Ma}$ pada kasus pertama, dan hanya selama $60 - 55.2 = 4.8\,\mathrm{Ma}$ pada kasus kedua.

Latihan 22.7 ★★

Sebuah terumbu tumbuh $4.2\,\mathrm{mm}$ setahun. (a) Dapatkah ia mengimbangi kenaikan relatif permukaan laut sebesar $3\,\mathrm{mm}$ setahun? (b) Puncaknya berada $2\,\mathrm{m}$ di bawah laut ketika kenaikan relatif menjadi $10\,\mathrm{mm}$ setahun. Jika pembangunnya tidak dapat hidup lebih dalam dari $50\,\mathrm{m}$, berapa lama sampai ia tenggelam? (c) Mengapa ia sebenarnya mungkin tenggelam lebih cepat?

Solusi

Solusi Latihan 22.7.

(a) Ya: $a = 4.2 > r = 3$, dan terumbu mendapat $1.2\,\mathrm{mm}$ setahun atas laut hingga puncaknya mencapai permukaan. (b) $D$ tumbuh sebesar $10 - 4.2 = 5.8\,\mathrm{mm}$ setahun; dari 2 hingga $50\,\mathrm{m}$ membutuhkan $48/0.0058 = 8300$ tahun. (c) Karena laju pertumbuhannya turun ketika air makin dalam: lebih sedikit cahaya mencapai alga yang hidup di dalam karang dan memberi mereka makan, sehingga $a$ berkurang dan terumbu tertinggal makin cepat.

Latihan 22.8 ★★

Terkubur di bawah beberapa ratus meter sedimen, gipsum $\ce{CaSO4.2H2O}$ ($172.17\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$, massa jenis $2.30\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}$) kehilangan airnya dan menjadi anhidrit $\ce{CaSO4}$ ($136.14\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}$, massa jenis $2.97\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}$). (a) Tuliskan reaksinya. (b) Hitunglah volume molar kedua mineral dan perubahan volume padatannya. (c) Berapa fraksi massa gipsum yang keluar sebagai air? Apa yang dapat dilakukan air ini pada batuan di sekitarnya?

Solusi

Solusi Latihan 22.8.

(a) Reaksi yang terjadi adalah $\ce{CaSO4.2H2O -> CaSO4 + 2 H2O}$. (b) Volume molarnya adalah $172.17/2.30 = 74.9\,\mathrm{cm}^{3}$ dan $136.14/2.97 = 45.8\,\mathrm{cm}^{3}$, sehingga padatan kehilangan $1 - 45.8/74.9 = 38.8\,\%$ volumenya. (c) $2\times18.02/172.17 = 0.209$: $20.9\,\%$ massa keluar sebagai air. Dilepaskan di kedalaman, air ini menaikkan tekanan dalam pori-pori batuan di sekitarnya; di bawah penutup ia dapat membuat batuan lebih lemah dan membantu sesar tergelincir, dan ia dapat melarutkan serta membawa garam lain.

Latihan 22.9 ★★

Plankton samudra dunia membangun 255 teramol silikon menjadi opal setiap tahun, dan 9.2 terkubur. (a) Hitunglah fraksi yang diawetkan dan fraksi yang larut. (b) Mengapa ooze silika tetap dapat terbentuk, dan di mana? (c) Mengapa catatan diatom dalam sedimen adalah gambaran yang bias tentang diatom yang hidup di air?

Solusi

Solusi Latihan 22.9.

(a) $9.2/255 = 3.6\,\%$ terawetkan, $96.4\,\%$ larut. (b) Di tempat produksi sangat tinggi, beberapa persen darinya tetap merupakan fluks yang besar, dan di tempat hampir tidak ada lempung atau karbonat yang mengencerkannya: di bawah air naik di Samudra Selatan, Pasifik utara dan Pasifik khatulistiwa, dan di bawah CCD. (c) Frustul yang tipis dan rapuh larut lebih dulu dan yang kokoh bertahan: sedimen menyimpan seleksi spesies yang paling kokoh, bukan komunitas yang hidup di air.

Latihan 22.10 ★★★

Sebuah cekungan berpenghalang seluas $10\,000\,\mathrm{km}^{2}$ kehilangan melalui penguapan bersih $1.5\,\mathrm{m}$ air setahun. (a) Hitunglah volume yang diuapkan setiap tahun. (b) Dengan Proposisi 22.12, hitunglah faktor konsentrasi air asin ketika aliran masuk melewati ambang adalah $1.8 \times 10^{10}\,\mathrm{m}^{3}$ setahun, dan ketika $1.575 \times 10^{10}\,\mathrm{m}^{3}$ setahun. Mineral apa yang dapat mengendap pada setiap kasus? (c) Sampai aliran masuk berapa cekungan mengendapkan halit?

Solusi

Solusi Latihan 22.10.

(a) $EA = 1.5\times1 \times 10^{10}\,\mathrm{m}^{2} = 1.5 \times 10^{10}\,\mathrm{m}^{3}$ setahun. (b) Dengan $Q_{\mathrm{in}} = 1.8 \times 10^{10}\,\mathrm{m}^{3}$, $Q_{\mathrm{out}} = 0.3 \times 10^{10}\,\mathrm{m}^{3}$ dan $k = 6$: melewati ambang gipsum (3.8) tetapi tidak ambang halit (10.6), sehingga kalsium karbonat dan gipsum mengendap. Dengan $Q_{\mathrm{in}} = 1.575 \times 10^{10}\,\mathrm{m}^{3}$, $Q_{\mathrm{out}} = 0.075 \times 10^{10}\,\mathrm{m}^{3}$ dan $k = 21$, untuk ion yang tetap dalam larutan seperti magnesium: air asin melewati ambang halit, sehingga halit juga mengendap, tetapi bukan garam magnesium (70). (c) Halit membutuhkan $Q_{\mathrm{in}}/(Q_{\mathrm{in}} - EA) \ge 10.6$, yakni $Q_{\mathrm{in}} \le 10.6\,EA/9.6 = 1.104\,EA = 1.66 \times 10^{10}\,\mathrm{m}^{3}$ setahun: aliran masuk boleh melebihi penguapan paling banyak sekitar sepersepuluh.

Latihan 22.11 ★★★

Air laut mengandung $0.0673\,\mathrm{g}$ bromida per kilogram. Ketika halit mengendap, ia mengambil bromida sebanding dengan konsentrasinya dalam air asin: kandungan bromida halit adalah $D = 0.032$ kali dari air asin. (a) Hitunglah kandungan bromida air asin, dalam miligram per kilogram, dan dari halit pertama, ketika air asin 10.6 kali lebih pekat daripada air laut. (b) Hal yang sama ketika air asin telah mencapai 30 kali. (c) Bromida hampir tidak dikeluarkan dari air asin oleh halit: mengapa? (d) Dalam lapisan halit yang tebal, kandungan bromida naik ke atas, lalu tiba-tiba turun kembali. Apa yang terjadi pada cekungan?

Solusi

Solusi Latihan 22.11.

(a) Air laut mengandung $67.3\,\mathrm{mg}$ bromida per kilogram; pada 10.6 kali, air asin mengandung $67.3\times10.6 = 713\,\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}$ dan halit pertama $0.032\times713 = 22.8\,\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}$. (b) Pada 30 kali, $67.3\times30 = 2019\,\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}$ dalam air asin dan $64.6\,\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}$ dalam halit. (c) Halit hanya mengambil 3.2 perseratus dari konsentrasi air asin, sehingga hampir seluruh bromida tetap dalam larutan dan terus terkonsentrasi ketika air menguap. (d) Kenaikan mencatat konsentrasi air asin; penurunan mendadak mencatat pengenceran olehnya, oleh masuknya air laut baru ke dalam cekungan, atau oleh air tawar, sebelum halit terus tumbuh.

Latihan 22.12 ★★★

Sebuah situs di lereng punggungan memiliki kedalaman $d = 2500 + 350\sqrt t$ dan kini berumur $70\,\mathrm{Ma}$. Anggaplah ooze kapur terakumulasi $2\,\mathrm{cm}$ per seribu tahun di atas CCD dan lempung merah $1\,\mathrm{mm}$ per seribu tahun di bawahnya, dan abaikan pemadatan. (a) Hitunglah ketebalan ooze dan lempung merah di situs untuk CCD pada $4500\,\mathrm{m}$. (b) Sama untuk CCD yang $500\,\mathrm{m}$ lebih dalam, seperti di Atlantik. (c) Sebuah inti di situs menunjukkan lapisan tipis ooze di dalam lempung merah. Berikan dua kemungkinan penjelasan.

Solusi

Solusi Latihan 22.12.

(a) $t_c = 32.65\,\mathrm{Ma}$, sehingga $0.02\times32\,650 = 653\,\mathrm{m}$ ooze ($32\,650$ interval seribu tahun pada $2\,\mathrm{cm}$) dan $0.001\times37\,350 = 37\,\mathrm{m}$ lempung merah. (b) $t_c = (2500/350)^2 = 51.0\,\mathrm{Ma}$: $1020\,\mathrm{m}$ ooze dan $19\,\mathrm{m}$ lempung merah. CCD yang lebih dalam menghasilkan ooze yang jauh lebih tebal, dan lempung merah dasar Atlantik yang dalam lebih tipis daripada Pasifik dengan umur yang sama. (c) CCD mungkin sempat lebih dalam untuk sementara, sehingga situs itu naik kembali di atasnya; atau lempeng membawa situs di bawah sabuk produktivitas tinggi, seperti khatulistiwa, tempat lebih banyak karbonat berjatuhan; atau lapisan itu dibawa oleh longsoran atau arus turbidit dari bagian dasar laut yang lebih tinggi.

22.7 Masalah: garam dari laut yang hilang

Soal 22.1

Soal akhir pekan — berapa banyak air laut yang dibutuhkan untuk membuat cekungan garam, dan berapa lama

Sebuah laut pedalaman seluas $A = 1.0 \times 10^{5}\,\mathrm{km}^{2}$, sedalam $1000\,\mathrm{m}$, dihubungkan dengan samudra oleh selat di atas ambang dangkal. Dasarnya, kini terkubur, membawa $1.5\,\mathrm{km}$ halit. Ambil untuk air laut massa jenis $1030\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$ dan massa yang diendapkan per kilogram yang dihitung dalam bab: $0.110\,\mathrm{g}$ $\ce{CaCO3}$, $1.581\,\mathrm{g}$ gipsum, $27.41\,\mathrm{g}$ halit dan $6.34\,\mathrm{g}$ garam pahit; untuk mineral massa jenisnya: kalsit $2710\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$, gipsum $2300\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$, anhidrit $2970\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$, halit $2170\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$. Anggap laut sebagai kotak dengan dinding vertikal.

Bagian I — Satu kali pengisian.

1. Hitunglah massa air laut di atas satu meter persegi dasar, dan massa garam yang dikandungnya ($35.165\,\mathrm{g}\,\mathrm{kg}^{-1}$).
2. Hitunglah massa gipsum dan halit yang diendapkan pada satu meter persegi ketika laut menguap hingga kering.
3. Dengan Proposisi 22.11, hitunglah ketebalan kalsium karbonat, gipsum dan halit.
4. Setelah terkubur, gipsum menjadi anhidrit. Berapakah ketebalan lapisan sulfat kalau begitu?
5. Berapa fraksi garam kering yang berupa halit? Mengapa laut yang telah mengering sebagian besar adalah garam batu?
6. Dalam urutan apa, dari bawah ke atas, lapisan-lapisan itu terletak? Mengapa?

Bagian II — Air asin ketika laut mengering.

7. Pada kedalaman air asin berapa, di dalam kotak, kalsium karbonat, gipsum dan halit mulai mengendap?
8. Berapa fraksi air yang telah menguap ketika halit muncul?
9. Di bawah kedalaman air asin berapa garam magnesium dan kalium mulai?
10. Seberapa padat air asin pada setiap tahap? Apa artinya bagi air asin yang bertemu air laut segar yang mengalir masuk?
11. Mengapa endapan pertama, karbonat, jarang terlihat sebagai lapisan tersendiri dalam cekungan evaporit?
12. Kandungan bromida halit naik dari dasar ke puncak lapisan halit satu kali pengisian. Mengapa?

Bagian III — Berapa kali pengisian?

13. Berapa kali pengisian cekungan, masing-masing diuapkan hingga kering, yang diperlukan untuk mengendapkan $1.5\,\mathrm{km}$ halit itu?
14. Berapa banyak anhidrit yang akan menyertainya, dan bagaimana ia akan terdistribusi dalam penampang?
15. Seberapa tebal garam pahit, jika semuanya disimpan, dengan massa jenis curah rerata $2000\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{-3}$? Mengapa mereka sering tidak ada?
16. Bagaimana kandungan bromida halit mencatat setiap pengisian ulang?
17. Evaporit Messinia mencapai $2\,\mathrm{km}$. Berapa banyak pengisian laut $1000\,\mathrm{m}$ yang diperlukan halitnya, jika semuanya adalah halit?

Bagian IV — Aliran masuk dan waktu.

18. Air laut mengalir masuk melewati ambang pada $5000\,\mathrm{m}^{3}\,\mathrm{s}^{-1}$ dan tidak ada air asin yang mengalir keluar; permukaan tetap konstan. Hitunglah laju penguapan bersih di atas laut, dalam meter setahun (satu tahun $365.25$ hari).
19. Hitunglah massa garam yang masuk ke laut setiap tahun.
20. Jika seluruh halitnya diendapkan merata di atas dasar, berapa tebal lapisan halit yang terbentuk setiap tahun?
21. Berapa lama $1.5\,\mathrm{km}$ halit itu terbentuk?
22. Selat menutup. Seberapa cepat permukaan turun, dan berapa lama sampai laut mengering, jika laju penguapan tetap sama?
23. Berapa lama setelah penutupan halit mulai mengendap?
24. Hingga bilangan bulat terdekat, berapa kali pengisian cekungan yang diperlukan garamnya?

Solusi

Solusi Soal 22.1.

1. $1030\times1000 = 1.03 \times 10^{6}\,\mathrm{kg}$ air laut, yang mengandung $1.03\times10^6\times0.035165 = 36\,200\,\mathrm{kg}$ garam.

2. Gipsum $1.03\times10^6\times1.581\times10^{-3} = 1628\,\mathrm{kg}$; halit $1.03\times10^6\times0.02741 = 28\,230\,\mathrm{kg}$.

3. Kalsium karbonat $113.3/2710 = 0.042\,\mathrm{m}$; gipsum $1628/2300 = 0.71\,\mathrm{m}$; halit $28230/2170 = 13.0\,\mathrm{m}$.

4. Anhidrit memiliki massa $1628\times136.14/172.17 = 1288\,\mathrm{kg}$ dan ketebalan $1288/2970 = 0.43\,\mathrm{m}$.

5. Kering, garamnya adalah $0.110 + 1.250 + 27.41 + 6.34 = 35.11\,\mathrm{g}$ per kilogram, dari jumlah itu halit adalah $27.41/35.11 = 78\,\%$: natrium dan klorida membentuk sebagian besar garam terlarut, dan halit mengambil hampir semuanya.

6. Dari bawah ke atas: kalsium karbonat, gipsum, halit, garam pahit. Setiap mineral mulai mengendap ketika air asin mencapai kejenuhannya, yang paling sukar larut lebih dulu, dan mengendap di atas apa yang diendapkan sebelumnya.

7. Kedalaman air asin adalah $1000/\mathrm{CF}$: $556\,\mathrm{m}$ untuk kalsium karbonat, $263\,\mathrm{m}$ untuk gipsum, $94\,\mathrm{m}$ untuk halit.

8. $1 - 1/10.6 = 90.6\,\%$.

9. $1000/70 = 14\,\mathrm{m}$ untuk magnesium sulfat, $1000/90 = 11\,\mathrm{m}$ untuk garam kalium.

10. Sekitar $1.10\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}$ ketika kalsium karbonat terbentuk, 1.13 dengan gipsum, 1.22 dengan halit dan lebih dari 1.30 dengan garam pahit, dibandingkan dengan 1.03 untuk air laut. Air laut yang mengalir masuk mengapung di atas air asin yang padat, yang tetap di dasar; dalam cekungan berpenghalang air asin dapat mengalir kembali ke samudra di bawah aliran masuk.

11. Lapisan itu hanya $4\,\mathrm{cm}$ tebalnya, dibandingkan dengan $13\,\mathrm{m}$ halit; dan ia terbentuk di tepi, tempat air yang masuk pertama kali terkonsentrasi, lebih daripada di tengah, sehingga ia tercampur dengan dasar gipsum atau digantikan olehnya.

12. Halit hanya mengambil sebagian kecil bromida air asin (latihan 22.11), sehingga air asin menjadi makin kaya bromida seiring halit tumbuh, dan setiap lapisan halit baru mengambil lebih banyak.

13. $1500/13.01 = 115.3$: 116 pengisian.

14. $116\times0.434 = 50\,\mathrm{m}$ anhidrit, bukan sebagai satu lapisan tetapi sebagai 116 lapisan, masing-masing sedikit kurang dari setengah meter tebalnya, di dasar halit dari pengisiannya: suksesi siklik anhidrit dan halit.

15. Per pengisian, $1.03\times10^6\times6.34\times10^{-3}/2000 = 3.3\,\mathrm{m}$, sehingga $379\,\mathrm{m}$ untuk 116 pengisian. Garam-garam ini yang paling mudah larut: aliran masuk air laut berikutnya melarutkannya kembali, dan cekungan yang airnya keluar sebelum akhir tidak pernah mencapainya.

16. Pada setiap pengisian ulang air asin diencerkan: kandungan bromida turun tajam di dasar halit baru dan naik lagi ke atas, sebuah profil gigi gergaji dengan satu gigi untuk setiap pengisian.

17. $2000/13.01 = 154$ pengisian.

18. $5000\times365.25\times86400 = 1.578 \times 10^{11}\,\mathrm{m}^{3}$ setahun, dibagi di atas $1.0 \times 10^{11}\,\mathrm{m}^{2}$: $E = 1.58\,\mathrm{m}$ setahun.

19. $1.578\times10^{11}\times1030\times0.035165 = 5.72 \times 10^{12}\,\mathrm{kg}$ garam setahun.

20. $1.578\times10^{11}\times1030\times0.02741/2170 = 2.05 \times 10^{9}\,\mathrm{m}^{3}$ halit setahun, yakni $0.0205\,\mathrm{m}$, sekitar $2\,\mathrm{cm}$ setahun di atas dasar.

21. $1500/0.0205 = 73\,000$ tahun.

22. Permukaan turun sebesar $1.58\,\mathrm{m}$ setahun; $1000\,\mathrm{m}$ air hilang dalam $1000/1.578 = 634$ tahun.

23. Halit muncul ketika $90.6\,\%$ air telah hilang, setelah $905.7/1.578 = 574$ tahun.

24. $1.5\,\mathrm{km}$ halit membutuhkan garam dari 116 pengisian cekungan (115.3, dibulatkan ke atas), baik jika mereka datang satu demi satu saat cekungan mengering dan terisi kembali, maupun terus-menerus melalui ambang, seperti dalam soal 21, pada laju satu cekungan air laut setiap $1000/1.578 = 634$ tahun.