Hidrologi

II.1.  Pengertian Hidrologi

Hidrologi Adalah suatu ilmu yang mempelajari air dibumi, kejadian, sirkulasi dan distribusi, sifat-sifat kimia dan fisika dan reaksinya dengan lingkungan, termasuk hubungannya dengan mahkluk hidup. Domain hidrologi mencakup seluruh sejarah keberadaan air di bumi. Hidrologi disebut sebagai sain karena hidrologi ini diturunkan dari ilmu-ilmu dasar seperti matematika, fisika, meteorologi dan geologi. Hidrologi disebut juga sebagai Profesi karena seorang ahli hidrologi berusaha mengaplikasikan pengetahuannya untuk memecahkan masalah-masalah dalam kehidupan sehingga dengannya akan membuat hidup manusia menjadi lebih baik. Tugas seorang ahli hidrologi secara praktis adalah menentukan input air dan bentukan air lainnya kedalam suatu sistem sumber daya air, seperti sungai, danau atau aquifer dan menelusuri penggerakan air melewati sistem.

Kajian ilmu hidrologi meliputi hidrometeorologi(air yang berada di udara dan berwujud gas), potamologi(aliran permukaan), limnologi (air permukaan yang relatif tenang seperti danau; waduk) geohidrologi(air tanah), dan kriologi(air yang berwujud padat seperti es dan salju) dan kualitas air. Penelitian Hidrologi juga memiliki kegunaan lebih lanjut bagi teknik lingkungan, kebijakan lingkungan, serta perencanaan. Hidrologi juga mempelajari perilaku hujan terutama meliputi periode ulang curah hujan karena berkaitan dengan perhitungan banjir serta rencana untuk setiap bangunan teknik sipil antara lain bendung, bendungan dan jembatan.

 

II.2. Siklus Hidrologi

Hidrologi adalah suatu ilmu tentang kehadiran dan gerakan air di alam. Pada prinsipnya, jumlah air di alam ini tetap dan mengikuti suatu aliran yang dinamakan “siklus hidrologi”. Siklus Hidrologi adalah suatu proses yang berkaitan, dimana air diangkut dari lautan ke atmosfer (udara), ke darat dan kembali lagi ke laut. Hujan yang jatuh ke bumi baik langsung menjadi aliran maupun tidak langsung yaitu melalui vegetasi atau media lainnnya akan membentuk siklus aliran air mulai dari tempat yang tinggi (gunung, pegunungan) menuju ke tempat yang rendah baik di permukaan tanah maupun di dalam tanah yang berakhir di laut.

Dengan adanya penyinaran matahari, maka semua air yang ada dipermukaan bumi akan berubah wujud berupa gas/uap akibat panas matahari dan disebut dengan penguapan atau evaporasi dan transpirasi. Uap ini bergerak di atmosfer (udara) kemudian akibat perbedaan temperatur di atmosfer dari panas menjadi dingin maka air akan terbentuk akibat kondensasi dari uap menjadi cairan (from air to liquid state). Bila temperatur berada di bawah titik beku (freezing point) kristal-kristal es terbentuk. Tetesan air kecil (tiny droplet) umbuh oleh kondensasi dan berbenturan dengan tetesan air lainnya dan terbawa oleh gerakan udara turbulen sampai pada kondisi yang cukup besar menjadi butir-butir air. Apabila jumlah butir sir sudah cukup banyak dan akibat berat sendiri (pengaruh gravitasi) butir-butir air itu akan turun ke bumi dan proses turunnya butiran air ini disebut dengan hujan atau presipitasi. Bila temperatur udara turun sampai dibawah 0º Celcius, maka butiran air akan berubah menjadi salju [Chow dkk.,1988].

Hujan jatuh ke bumi baik secara langsung maupun melalui media misalnya melalui tanaman (vegetasi). Di bumi air mengalir dan bergerak dengan berbagai cara. Pada retensi (tempat penyimpanan) air akan menetap untuk beberapa waktu. Retensi dapat berupa retensi alam seperti darah-daerah cekungan, danau tempat- tempat yang rendah dll., maupun retensi buatan seperti tampungan, sumur, embung, waduk dll.

Secara gravitasi (alami) air mengalir dari daerah yang tinggi ke daerah yang rendah, dari gunung-gunung, pegunungan ke lembah, lalu ke daerah yang lebih rendah, sampai ke daerah pantai dan akhirnya akan bermuara ke laut. Aliran air ini disebut aliran permukaan tanah karena bergerak di atas muka tanah. Aliran ini biasanya akan memasuki daerah tangkapan atau daerah aliran menuju kesistem jaringan sungai, sistem danau atau waduk. Dalam sistem sungai aliran mengalir mulai dari sistem sungai kecil ke sistem sungai yang besar dan akhirnya menuju mulut sungai atau sering disebut estuary yaitu tempat bertemunya sungai dengan laut.

Air hujan sebagian mengalir meresap kedalam tanah atau yang sering disebut dengan Infiltrasi, dan bergerak terus kebawah. Air hujan yang jatuh ke bumi sebagian menguap (evaporasi dan transpirasi) dan membentuk uap air. Sebagian lagi mengalir masuk kedalam tanah (infiltrasi, perkolasi, kapiler). Air tanah adalah air yang bergerak di dalam tanah yang terdapat di dalam ruang – ruang antara butir – butir tanah dan di dalam retak – retak dari batuan. Dahulu disebut air lapisan dan yang terakhir disebut air celah (fissure water). Aliran air tanah dapat dibedakan menjadi aliran tanah dangkal, aliran tanah antara dan aliran dasar (base flow). Disebut aliran dasar karena aliran ini merupakan aliran yang mengisi sistem jaringan sungai. Hal ini dapat dilihat pada musim kemarau, ketika hujan tidak turun untuk beberapa waktu, pada suatu sistem sungai tertentu aliran masih tetap dan kontinyu.

Sebagian air yang tersimpan sebagai air tanah (groundwater) yang akan keluar ke permukaan tanah sebagai limpasan, yakni limpasan permukaan (surface runoff), aliran intra (interflow) dan limpasan air tanah (groundwater runoff) yang terkumpul di sungai yang akhirnya akan mengalir ke laut kembali terjadi penguapan dan begitu seterusnya mengikuti siklus hidrologi. Penyimpanan air tanah besarnya tergantung dari kondisi geologi setempat dan waktu. Kondisi tata guna lahan juga berpengaruh terhadap tampungan air tanah, misalnya lahan hutan yang beralih fungsi mejadi daerah pemukiman dan curah hujan daerah tersebut. Sebagai permulaan dari simulasi harus ditentukan penyimpangan awal ( initial storage ).

Hujan jatuh ke bumi baik secara langsung maupun melalui media misalnya melalui tanaman (vegetasi), masuk ke tanah begitu juga hujan yang terinfiltrasi. Sedangkan air yang tidak terinfiltrasi yang merupakan limpasan mengalir ke tempat yang lebih rendah, mengalir ke danau dan tertampung. Dan hujan yang langsung jatuh di atas sebuah danau (reservoir) air hujan (presipitasi) yang langsung jatuh diatas danau menjadi tampungan langsung. Air yang tertahan di danau akan mengalir melalui sistem jaringan sungai, permukaan tanah (akibat debit banjir) dan merembes melalui tanah.

Batubara

1.      Pengertian Batubara

Batu bara atau batubara adalah salah satu bahan bakar fosil. Pengertian umumnya adalah batuan sedimen yang dapat terbakar, terbentuk dari endapan organik, utamanya adalah sisa-sisa tumbuhan dan terbentuk melalui proses pembatubaraan. Unsur-unsur utamanya terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen.

Batu bara juga adalah batuan organik yang memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang kompleks yang dapat ditemui dalam berbagai bentuk.

Analisa unsur memberikan rumus formula empiris seperti C137H97O9NS untuk bituminus dan C240H90O4NS untuk antrasit.

2.      Batubara Secara  Umum

a.       Umur Batubara

Pembentukan batu bara memerlukan kondisi-kondisi tertentu dan hanya terjadi pada era-era tertentu sepanjang sejarah geologi. Zaman Karbon, kira-kira 340 juta tahun yang lalu (jtl), adalah masa pembentukan batu bara yang paling produktif dimana hampir seluruh deposit batu bara (black coal) yang ekonomis di belahan bumi bagian utara terbentuk.

Pada Zaman Permian, kira-kira 270 jtl, juga terbentuk endapan-endapan batu bara yang ekonomis di belahan bumi bagian selatan, seperti Australia, dan berlangsung terus hingga ke Zaman Tersier (70 - 13 jtl) di berbagai belahan bumi lain.

b.      Kelas dan Jenis Batubara

Berdasarkan tingkat proses pembentukannya yang dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu, batu bara umumnya dibagi dalam lima kelas: antrasit, bituminus, sub-bituminus, lignit dan gambut.

1)      Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan (luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%.

2)      Bituminus mengandung 68 - 86% unsur karbon (C) dan berkadar air 8-10% dari beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di Australia.

3)      Sub-bituminus mengandung sedikit karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminus.

4)      Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang mengandung air 35-75% dari beratnya.

5)      Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang paling rendah.

c.       Materi Pembentuk Batubara

Hampir seluruh pembentuk batu bara berasal dari tumbuhan. Jenis-jenis tumbuhan pembentuk batu bara dan umurnya menurut Diessel (1981) adalah sebagai berikut:

1)      Alga, dari Zaman Pre-kambrium hingga Ordovisium dan bersel tunggal. Sangat sedikit endapan batu bara dari perioda ini.

2)      Silofita, dari Zaman Silur hingga Devon Tengah, merupakan turunan dari alga. Sedikit endapan batu bara dari perioda ini.

3)      Pteridofita, umur Devon Atas hingga KArbon Atas. Materi utama pembentuk batu bara berumur Karbon di Eropa dan Amerika Utara. Tetumbuhan tanpa bunga dan biji, berkembang biak dengan spora dan tumbuh di iklim hangat.

4)      Gimnospermae, kurun waktu mulai dari Zaman Permian hingga Kapur Tengah. Tumbuhan heteroseksual, biji terbungkus dalam buah, semisal pinus, mengandung kadar getah (resin) tinggi. Jenis Pteridospermae seperti gangamopteris dan glossopteris adalah penyusun utama batu bara Permian seperti di Australia, India dan Afrika.

5)      Angiospermae, dari Zaman Kapur Atas hingga kini. Jenis tumbuhan modern, buah yang menutupi biji, jantan dan betina dalam satu bunga, kurang bergetah dibanding gimnospermae sehingga, secara umum, kurang dapat terawetkan.

d.      Pembentukan Batubara

                  Batubara adalah batuan sedimen yang berlapis dan bersifat karbonan dimana terbentuk oleh akumulasi sisa-sisa tumbuhan yang terawetkan dalam lapisan sedimen pembawanya serta mengalami peningkatan temperatur dan tekanan yang tinggi sehingga kaya akan unsur karbonan.

                  Batubara terbentuk dari adanya endapan organik yang merupakan sisa-sisa tumbuhan yang terendapkan di lingkungan delta, pantai (rawa-rawa), ataupun cekungan antar gunung yang berupa danau, dimana lapisan batuan dasarnya merupakan batuan yang kedap air yang memungkinkan tidak terjadinya sirkulasi air yang tinggi. Vegetasi yang terus-menerus tumbuh memungkinkan terjadinya rawa hutan, pohon-pohon yang mati akan terendam dan mengalami pembusukan anaerob. Zat air yang terkandung di dalam tumbuhan akan lepas dan menyebabkan bertambahnya persentasi karbon. Humus yang terbentuk pada daerah dengan sistem pengairan yang buruk dimana air terus-menerus menggenanginya, maka akan terubah menjadi gambut yang merupakan tahap awal proses pembatubaraan (coalification), selanjutnya dengan pembebanan lapisan sedimen yang ada diatasnya terpengaruh temperatur yang terjadi secara kontinyu dan berulang-ulang dalam kurun waktu jutaan tahun menyebabkan gambut menjadi batubara dengan kondisi ketebalan bervariasi dan berlapis-lapis.

      Untuk memahami bagaimana batubara terbentuk dari tumbuh-tumbuhan, perlu diketahui dimana batubara tersebut terbentuk. Untuk lebih jelasnya mengenai terbentuknya batubara dikenal 2 macam teori :

1)      Teori Insitu (Autochton)

Teori ini mengatakan bahwa bahan – bahan pembentuk batubara terbentuk dimana tumbuh-tumbuhan asal itu berada. Dengan demikian proses transportasi tertutup oleh lapisan sedimen dan mengalami Coalification. Jenis batubara yang terbentuk dengan cara ini mempunyai penyebaran luas dan merata, kualitasnya lebih baik karena abunya relatif kecil. Batubara yang terbentuk seperti ini di Indonesia didapatkan di lapangan batubara Muara Enim (Sumatera Selatan).

2)      Teori Drift (Allochton)

        Teori ini menyebutkan bahwa bahan-bahan yang membentuk lapisan batubara terjadi di tempat yang berbeda dengan tempat semula tumbuhan hidup dan berkembang. Dengan demikian tumbuhan yang telah mati diangkut oleh media air yang berakumulasi di suatu tempat, tertutup oleh batuan sedimen dan mengalami coalification. Jenis batubara yang terbentuk dengan cara ini mempunyai penyebaran yang tidak luas, tetapi dijumpai di beberapa  tempat, kualitasnya kurang baik karena banyak mengandung material pengotor yang tersangkut bersama selama proses pengangkutan dari tempat asal tanaman ke tempat sedimentasi. Batubara yang terbentuk seperti ini di Indonesia didapatkan dilapangan batubara Delta Mahakam Purba, Kalimantan Timur.

Metode Penambangan BAHAN GALIAN INDUSTRI

1.    

Penambangan Bahan Galian Industri menggunakan Sistem Secara Tambang Terbuka Maupun Tambang Bawah Tanah.

a.       Tambang Terbuka : Semua Kegiatan Penambangan dilakukan sipermukaan tanah/bumi. Pada kegiatan penambangan ini khususnya untuk bahan galian industri dinamakan Quarry mining. Berdasarkan produk yang dihasilkan, letak dan bentuknya Quarry dibagi menjadi :

1)      Quarry tipe sisi bukit (Side Hill Type), dengan Lereng Yang berjenjang.

2)      Quarry tipe lubang galian (Pit Type), Quarry yang endapannya terletak dibawah permukaan dan topografinya mendatar sehingga setelah ditambng akan membentuk cekunga (Pit) Berjenjang.

b.  Tambang Bawah Tanah : Dikenal dengan istilah Lubang Tikus (Geophering), Disebut pula sebagai lubang marmot, biasa diterapkan untuk endapan bahan galian industri atau urat bijih dengan bentuk dan ukuran tidak teratur serta tersebar tidak merata. Arah penambangannya mengikuti arah bentuk endapan atau urat bijih yang ditambang. Contohnya Tambang Phospat Di Ciamis (Jawa Barat) , dan Gipsum Di Ponorogo (Jawa Timur).

Endapan Magmatik

Magmatic Concentration (Pengayaan Magma )

Terbentuknya bahan galian karena adanya diff dari magma. Magma sebagai cairan panas dan pijar merupakan sumber dari jebakan bijih yang terjadi dari bermacam-macam komponen, dimana dari masing-masing komponen mempunyai daya larut yang berlainan. Pada waktu magma naik ke permukaan bumi, maka temperature dan tekanannya akan turun. Akibatnya terjadi kristalisasi, dimana komponen yang sukar larut akan mengkristal lebih dahulu sebagai terbentuk endapan bijih.

Proses magmatic concentration dibagi atas:

Endapan magmatik awal ( Early Magmatik deposite )

Endapan Early Magmatic dihasilkan dari proses magmatik langsung, yang disebut orthomagmatik (proses pengkristalan magma hingga mencapai 90%). Mineral bijih pada endapan ini selalu berasosiasi dengan batuan beku plutonik ultrabasa dan basa. Cara terbentuknya endapan ini bisa terjadi dengan 3 cara, yaitu :

1.       Kristalisasi sederhana tanpa konsentrasi (disseminasi), terjadi  pada magma dalam yang kemudian akan  menghasilkan  batuan beku granular, dimana  kristal yang terbentuk di awal akan  tersebar seluruhnya,. Bentuk endapan yang dihasilkan intrusif seperti dike, pipa atau stock. Contoh endapan ini adalah diamond pipe pada batuan kimberlite di Afrika Selatan.

2.      Segregasi, dimana konsentrasi awal magma dari hasil diferensiasi mengalami pemisahan karena tenggelamnya kristal berat yang terbentuk ke bagian bawah magma chamber, seperti yang terjadi pada chromite. Endapan segregasi early magmatic umumnya lenticular dan relative berukuran kecil, biasanya berupa disconnected pod-shape lenses, stringer & buches dan kadang membentuk layer dalam hostrock (contohnya stratiform band of chromite pada Bushveld Igneous Complex, Afrika Selatan) Contoh lainnya endapan segregasi early magmatic ada pada Stillwater Complex di Montana.

3.       Injeksi, dimana mineral bijih terkonsentrasi oleh diferensiasi kristalisasi lebih awal atau berbarengan dengan batuan yang berasosiasi dengan mineral silikan. Mineral bijih tersebut diinjeksikan ke dalam host rock atau batuan sekitarnya, sebagai mush kristal oksida yang fluidanya dari residual magma. Mineral bijih tersebut memotong struktur batuan termasuk fragmen batuan, atau terjadi sebagai dike atau tubuh intrusi lainnya. Contoh endapan ini adalah Titaniferous magnetite dike di Cumberland, Rhode Island, Magnetite di Kiruna, Swedia, Platinum pipes dan beberapa Bushveld Complex di Afrika Selatan, Ilmenite of Allard Lake, Quebec.

 

Endapan Magmatik Akhir ( Late Magmatic Deposite )

Jebakan menghasilkan kristal setelah terbentuk batuan silikat sebagai bentuk sisa magma yang lebih kompleks dan mempunyai corak dengan variasi yang lebih banyak. Magma dari endpan late magmatic mempunyai sifat mobilitas tinggi.

Jebakan ore mineral late magmatic terjadi setelah terbentuknya batuan silikat yang menerobos dan bereaksi dan menghasilkan rangkaian reaksi. Perubahan ini disebut Deuteric alteration yang terjadi pada akhir kristalisasi dari batuan beku dan cirri-cirinya hampir mirip dengan efek yang dihasilkan proses pneumatolytic atau larutan hydrothermal.

Jebakan late magmatic terutama berasosiasi dengan batuan beku yang basic dan disebabkan oleh bermacam-macam proses differensiasi, kebanyakan jebakan mgmatic termasuk dalam golongan sebagai berikut :

1.       Residual Liquid Segregation, Dalam proses diff magma, residual magma umumnya lebih kaya akan silikat alkali dan uap air. Twetapi pada jenis magma yang basic menjadi kaya oleh Fe dan Ti. Ini adalah magma yang utama yang menghasilkan anorthosite. Plagiocelah mengkristal pertama-tama dan Fe oksida dengan atau tanpa piroxenne mengkristal belakangan. Resudual liquid tadi mungkun menerobos keluar atau bisa juga trepisah dari rongga-rongga kristal dari dapur magma dan mengkristal disitu tanpa perpindahan. Beberapa badan bijih yang terjadi cukup besar dan kaya untuk membetuk jebakan yang berharga. Jebakan ini umumnya sejajar dengan struktur primer btuan sekitarnya yang umumnya terdiri dari anhorthsite, norite, gabro atau batuan lain. Contoh: Cebakan Titanifereous magnetite di Bushveld complex di Afrika Selatan,  Cebakan platinum di Iron Mountain, Wyo.

2.       Residual Liquid Injection, Proses ini hampir sama dengan diatas, dimana kumpulan residual liquid yang banyak mengandung Fe oleh adanya tekanan dari luar menyebabkan :

a.      Liquid menerobos keluar ke tempat yang tekanannya lebih rendah ke dalam celah atau perlapisan batuan di atasnya.

b.      Jika pengumpulan liquid ini tidak terjadi, maka residual liquid yang kaya Fe akan terfilter keluar membentuk late magmatic injection deposite.

3.        Immiscible Liquid Segregation, Dalam sisa magma yang basic dari Fe-Ni-Cu Sulphide berupa saat pendinginan mereka memisah membentuk bagian yang tidak bisa bercampur mengumpul pada dasar sumber magma membentuk larutan yang terpisah. Contoh: Di Sudbury Ontario, Canada terdapat cebakan bijih Ni dalam bentuk lensa yang teratur pipih disebut Marginal Deposite. Keseluruhan ini terdapat dalam batuan norite brexia dimana mineral-mineralnya adalh pyrrhotite, Chalcopyrite, Petlandite ( bijih Ca dan Ni ), magnetite, pyrote. Cebakan Ni, Cu Sulphide di Insizwa Afrika Selatan, mineral Pyrrhotite, Chalcopyrite, Petlandite dalam batuan gabro yang kontak dengan sedimen. Di samping itu terdapat pula au dan Ag.

4.      Immiscible Liquid injection, Proses ini hampir sama dengan proses Immiscible Liquid Segregation di atas. Dimana pada residu liquid yang kaya akan suphide diselingi gangguan sebelum konsolidasi sehingga menyebabkan liquid menerobos ke dalam celah-celah batuan. Bentuk jebakan tidak teratur atau dapat mirip bentuk dike. Contoh: Cebakan di Vlacfontein, Afrika Selatan.   jebakan Nickel di Norwegia.

Perbedaan antara Early Magmatic Deposits dan Late Magmatic Deposits 

Early Magmatic Deposits harus terletak dalam batuan beku pada tempat pengendapan dan mineral bijih terakumulasi sebagai padatan, tidak ada mobilitas setelah akumulasi, sedangkan Late Magmatic Deposits terakumulasi melalui mobilitas dan endapan mungkin terletak dengan sempit dan selaras dalam host rock atau memotong struktur internal.