Docstoc

Dampak Perubahan Lithosfer Terhadap Kehidupan

Document Sample
Dampak Perubahan Lithosfer Terhadap Kehidupan Powered By Docstoc
					                                       BAB 2
                      SIFAT KELISTRIKAN MATERIAL BUMI




2.1 Resistansi dan Resistivitas
       Pada rangkaian listrik sederhana (Gambar 2.1) berlaku Hukum Ohm yang
menyatakan bahwa beda potensial atau potential drop akibat suatu beban berbanding lurus
dengan arus listrik. Konstanta proporsionalitas dalam kesebandingan adalah resistansi
beban tersebut. Hukum Ohm dinyatakan oleh persamaan sebagai berikut :

       V =RI                                                                     (2.1)

dimana V adalah tegangan (dalam Volt), R adalah resistansi (dalam Ohm) dan I adalah
arus (dalam Ampere). Resistansi sering pula disebut sebagai hambatan atau tahanan.

                          V




                          R
       I                                         Gambar 2.1
                                                 Rangkaian listrik sederhana.
                              _
                      +

        Jika beban adalah suatu material tertentu (misal kawat tembaga) maka nilai
resistansinya akan bergantung pada dimensi material tersebut. Untuk diameter atau luas
penampang yang sama resistansi akan bertambah besar dengan bertambahnya panjang
kawat tembaga. Sebaliknya dengan panjang yang sama resistansi kawat tembaga akan
berkurang jika diameter atau luas penampangnya bertambah (Gambar 2.2). Resistansi
bukan merupakan besaran atau kuantitas yang dapat mengkarakterisasi sifat kelistrikan
suatu material karena resistansi bergantung pada jenis dan dimensi material tersebut.
Resistansi berbanding lurus dengan panjang L (dalam meter) dan berbanding terbalik
dengan luas penampang A (dalam meter2) dan konstanta proporsionalitasnya adalah
resistivitas sehingga :

            L                     L
       R∝           ⎯→ R = ρ
                    ⎯                                                           (2.2a)
            A                     A
                A
       ρ=R                                                                      (2.2b)
                L

                                          4
Dengan demikian resistivitas (dalam Ohm.meter atau Ohm.m) adalah kuantitas yang dapat
mengkarakterisasi sifat kelistrikan material karena hanya bergantung pada jenis atau bahan
material. Resistivitas sering disebut pula sebagai hambatan-jenis atau tahanan-jenis.
Resistivitas menyatakan derajat kemudahan atau kesulitan suatu material dalam
menghantarkan arus listrik. Untuk menyatakan sifat material dalam menghantarkan listrik
dapat pula digunakan besaran konduktivitas yang merupakan kebalikan dari resistivitas
atau σ = ρ-1. Satuan konduktivitas adalah Siemens/meter.



            L1                               L2                                 L1




                          A1
                                                                 A2

Gambar 2.2
Perbedaan resistansi material akibat perbedaan dimensi (panjang dan luas penampang).




2.2 Hukum Archie
        Mekanisme aliran listrik dalam batuan didominasi oleh proses konduksi elektrolitik
(electrolytic conduction) yaitu aliran partikel bermuatan (ion) terjadi pada air yang terdapat
pada pori-pori batuan – termasuk rekahan, patahan dan shear zone – yang berfungsi
sebagai larutan elektrolit. Aliran listrik melalui bagian padat (matriks) batuan umumnya
sangat kecil. Resistivitas batuan sangat dipengaruhi oleh adanya pori-pori dalam batuan
dan karakteristik fluida pengisi pori-pori tersebut. Jika pori-pori batuan berisi udara, gas
atau uap air yang tidak dapat mengalirkan listrik maka resistivitas batuan tersebut akan
sangat tinggi (resistif). Pori-pori dalam batuan dinyatakan oleh besaran porositas yaitu
fraksi atau perbandingan volume ruang kosong dalam batuan terhadap volume keseluruhan
batuan tersebut. Porosistas batuan umumnya dinyatakan dalam bentuk bilangan pecahan
(0.1, 0.2, …) atau dalam prosentase (10%, 20%, …).
        Ion-ion yang mengalirkan arus listrik dihasilkan dari proses pelarutan (dissosiasi)
garam dalam air. Dalam hal ini garam yang dimaksud bukan hanya NaCl tetapi termasuk
jenis garam lainnya yang dapat melepaskan ion ketika terlarut dalam air seperti KCl, KBr,
MgCl2 dan sebagainya. Setiap ion hanya dapat membawa muatan listrik dalam jumlah
tertentu sehingga semakin banyak ion yang terkandung dalam larutan garam maka semakin
banyak muatan listrik dan arus listrik yang dapat dialirkan. Kandungan ion ditentukan oleh
jumlah garam secara keseluruhan dalam larutan. Salinitas didefinisikan sebagai jumlah


                                              5
garam (dalam gram) untuk setiap liter larutan. Dengan demikian resistivitas batuan juga
merupakan fungsi dari salinitas air atau larutan yang terkandung dalam pori-pori batuan
(air formasi). Salinitas air formasi menentukan kemampuannya mengalirkan listrik yang
dapat dinyatakan pula oleh besaran resistivitas.
       Resistivitas formasi batuan ρf sebagai fungsi porositas φ dan resistivitas air
formasi ρw dinyatakan oleh persamaan atau Hukum Archie yang diperoleh secara
empirik (melalui eksperimen). Persamaan Archie adalah sebagai berikut :

       ρ f = a ρ w φ −m                                                           (2.3a)

              ρf
       F =         = a φ −m                                                       (2.3b)
              ρw

dimana a adalah konstanta (0.6 < a < 1.0), m adalah konstanta yang disebut sebagai
faktor sementasi (1.3 < m < 2.5) dan F disebut sebagai faktor formasi. Semakin baik
butiran penyusun batuan tersementasi (terutama pada batuan sedimen) maka faktor
sementasi m semakin besar. Hukum Archie mengasumsikan bahwa seluruh pori-pori
batuan terisi oleh air formasi atau formasi batuan dikatakan dalam keadaan jenuh
(saturasi). Persamaan Archie yang memperhitungkan derajat saturasi adalah sebagai
berikut :
       ρ f = a ρ w φ−m s −n                                                        (2.4)

dimana s menyatakan tingkat saturasi (prosentase pori-pori yang terisi air) dan n ≈ 2.
       Faktor lain yang mempengaruhi resistivitas suatu formasi batuan adalah temperatur.
Secara umum resistivitas suatu material pada temperatur T (dalam OK) dinyatakan oleh
persamaan :
                           ε
       ρT = ρ 0 exp ( −      )                                                     (2.5)
                          kT

dimana ρf adalah resistivitas pada 0 OK, ε adalah energi aktivasi dan k adalah konstanta
Boltzman. Besarnya energi aktivasi bergantung pada material yang ditinjau. Mengingat
mekanisme konduksi elektrolitik sangat dominan maka faktor temperatur hanya
diperhitungkan pengaruhnya pada resistivitas air formasi. Peningkatan temperatur akan
menurunkan viskositas larutan yang dapat meningkatkan mobilitas ion-ion dalam larutan.
Peningkatan temperatur mengakibatkan penurunan resistivitas air formasi dan dinyatakan
oleh persamaan berikut :
                   ρ18
       ρt =                                                                        (2.6)
              1 + α (t − 18)

dimana ρt dan ρ18 masing-masing adalah resistivitas air pada t OC dan 18 OC, α adalah
koefisien yang besarnya 0.025/OC untuk larutan NaCl. Pengaruh temperatur pada
resistivitas batuan dapat diabaikan pada daerah-daerah yang bukan daerah geotermal.

                                             6
Konduktivitas air formasi σw (dalam Siemens/meter) dapat diperkirakan berdasarkan
salinitas S (dalam gram/liter) dan temperatur T (dalam OC) menggunakan persamaan
empirik berikut :

       σ w = (1.17013 + 0.03299 T 1.05257 ) S 0.90347                                (2.7)

Persamaan (2.7) di atas juga dapat digunakan untuk memperkirakan salinitas suatu larutan
garam berdasarkan harga konduktivitas dan temperaturnya.
       Gambar 2.3 memperlihatkan kurva konduktivitas beberapa larutan garam sebagai
fungsi salinitas, sedangkan Gambar 2.4 menunjukkan variasi konduktivitas larutan NaCl
sebagai fungsi salinitas dan temperatur.




                                                        Gambar 2.3
                                                        Konduktivitas beberapa larutan
                                                        garam (serta larutan asam dan basa
                                                        sebagai penghasil garam) sebagai
                                                        fungsi dari salinitas (Keller, 1987).




                                                        Gambar 2.4
                                                        Konduktivitas larutan NaCl sebagai
                                                        fungsi salinitas dan temperatur
                                                        (Keller, 1987).




                                                7
2.3 Resistivitas Batuan
        Resistivitas material pembentuk material geologi memiliki interval harga yang
paling besar diantara sifat-sifat fisika lainnya, yaitu mulai dari 1.6×10-8 Ohm.m untuk
perak alami (native silver) sampai 1.0×1016 belerang murni (pure sulphur). Oleh karena
itu digunakan skala logaritmik untuk menggambarkan besaran resistivitas. Disamping
faktor-faktor yang secara langsung mempengaruhi resistivitas formasi batuan sebagaimana
dinyatakan dalam Hukum Archie, terdapat faktor-faktor geologi yang juga menentukan
resistivitas batuan. Faktor-faktor tersebut terutama mempengaruhi porositas batuan,
diantaranya adalah :

Asal-usul batuan
Batuan beku cenderung memiliki resistivitas paling tinggi sedangkan batuan sedimen
umumnya lebih konduktif terutama karena porositas dan kandungan fluida pada pori-
porinya. Oleh karena itu Hukum Archie berlaku terutama untuk batuan sedimen dan
batuan beku maupun batuan metamorf yang telah mengalami frakturasi. Batuan metamorf
memiliki resistivitas menengah namun dapat saling tumpang-tindih (overlap) baik dengan
batuan beku maupun batuan sedimen.

Umur batuan
Batuan dengan umur lebih tua cenderung lebih resistif dibandingkan dengan batuan dari
jenis yang sama namun berumur lebih muda. Batuan lebih tua telah lebih lama mengalami
proses mineralisasi sekunder dan proses kompaksi sehingga porositasnya menurun.

Tekstur batuan
Tekstur batuan diwakili oleh 5 jenis batuan sebagai berikut (Gambar 2.5) :
(a) Batupasir berbutir homogen (well-sorted sandstone) cenderung memiliki ruang kosong
    yang lebih besar di antara butiran-butirannya sehingga memiliki resistivitas yang
    rendah.
(b) Batupasir berbutir tak-homogen (poorly-sorted sandstone) relatif lebih resistif karena
    porositasnya lebih rendah (ruang kosong diantara butiran-butiran terisi oleh butiran
    dengan ukuran lebih kecil).
(c) Batugamping (limestone) memiliki porositas tinggi akibat proses pelarutan oleh air
    yang mengikuti rekahan sehingga resistivitasnya rendah.
(d) Pembentukan mineral sekunder pada pori-pori batuan melalui proses yang disebut
    presipitasi dapat mengurangi porositas batuan sehingga resistivitasnya meningkat.
(e) Pada tekstur granitik ruang kosong dibentuk oleh butiran dengan bentuk tak beraturan
    sehingga porositasnya rendah dan resistivitasnya tinggi.
(f) Pori-pori pada basalt tidak saling berhubungan sehingga permeabilitasnya rendah.
    Oleh karena itu batuan bertekstur basaltik sangat resistif meskipun porositasnya tinggi.


                                             8
                                                                  Gambar 2.5
                                                                  Beberapa tekstur batuan
                                                                  (Ward, 1990).




Proses geologi
Proses geologi yang dialami suatu formasi batuan juga dapat mempengaruhi resistivitas
batuan tersebut. Secara skematis proses geologi dan efeknya terhadap peningkatan atau
penurunan resistivitas digambarkan pada Gambar 2.6 berikut.




                                                                  Gambar 2.6
                                                                  Perubahan     resistivitas
                                                                  sebagai akibat proses
                                                                  geologi pada batuan
                                                                  (Ward, 1990).



Jenis / litologi batuan
Gambar 2.7 memperlihatkan interval harga resistivitas beberapa jenis batuan dan tanah
(soil). Interval tersebut mencerminkan jenis tekstur batuan dan proses geologi yang
dialami oleh batuan sebagaimana telah diuraikan di atas. Lebarnya interval harga
resistivitas dan interval resistivitas untuk beberapa jenis batuan yang overlap menyebabkan
identifikasi jenis batuan hanya berdasarkan harga resistivitasnya sangat sulit.


                                            9
                                                          Gambar 2.7
                                                          Interval harga resistivitas
                                                          beberapa jenis batuan dan
                                                          soil (Ward, 1990).



Tabel 2.1 memberikan kisaran harga porositas serta koefisien a dan m untuk digunakan
pada persamaan Archie untuk litologi batuan dengan kondisi tertentu. Secara lebih
spesifik harga resistivitas beberapa litologi batuan ditampilkan pada Tabel 2.2.




                                                          Tabel 2.1
                                                          Porositas dan koefisien
                                                          untuk persamaan Archie
                                                          beberapa litologi batuan
                                                          (Keller, 1987).



                                        10
     Tabel 2.2
     Resistivitas     material
     geologi (Reynolds, 1997).




11

				
DOCUMENT INFO
Description: resistansi, resistivitas, hukum archie, resistivitas batuan, asal usul batuan, umur batuan, tekstur batuan, umur geologi, proses geologi, umur batuan, tekstur batuan, litologi batuan