Proses terbentuknya Karst

KARSTOLOGI

Karst ialah suatu bentang alam formasi batuan karbonat (CaCO₃, MgCO₃ atau campuran keduanya) yang telah mengalami proses pelarutan. Batuan karbonat terlarut oleh asam karbonat (H2CO3) yang terbentuk akibat interaksi air hujan dengan  CO₂ atmosferik maupun oleh CO₂ biogenik, yang berasal dari sisa tanaman yang membusuk (humus) di atas permukaan tanah

Kata karst  berasal dari bahasa Jerman, yang mengambil alih kata carso dari bahasa Italia, atau krs dari bahasa Slovenia. Di Indonesia, ada usaha geologiwan yang menterjemahkannya dengan istilah curing, kras atau kars

Karst - ialah suatu daerah sebelah Timur Laut kota Trieste, di daerah Slovenia, yang pada tahun 1850, tampak sangat gersang, oleh deforestasi selama berabad-abad. Ini adalah kawasan yang pertama kali dideskripsi oleh geologiwan abad lalu ( Cvijic dll). Kini, oleh mpenghijauan kembali, kawasan tersebut sudah tertutup hutan yang cukup lebat, tetapi tetap dinamakan Karst.

Kawasan karst - ialah suatu bentangalam yang menampakkan karakteristik relief dan drainase yang khas, terutama disebabkan oleh derajat pelarutan batu-batuannya di dalam air, yang lebih tinggi dari kawasan lain.

Yang bisa menampakkan  relief karst :

Batuan karbonat - Kalsium karbonat. Kalsium magnesium karbonat (dolomit)

Evaporit - Lebih mudah larut dari batuan karbonat: Halit (NaCl, KCl)

Gipsum.

Eksokarst lebih ditekuni para geologiwan, endokarst lebih ditekuni para speleologiwan. Endo dan eksokarst harus dikuasai oleh ahli karstologi.

Harus dipahami istilah-istilah :

Pseudokarst-Juvenile karst-Mature karst-Exhumed karst-Palaeokarst-Relictkarst-Holokarst-Merokarst-Thermokarst -Volcanokarst-Fluvial karst-Permafrost karst-Bare and Covered karst-Subsoil and mantled karst-Free karst-Impounded karst-Sujacent atau interstratal karst-Burried karst-Biokarst-Tropical karst-Arid karst.

Gvozdeckij (1965) melakukan klasifikasi karst sebagai berikut :

 1.    Karst terbuka (bare karst). Tidak tertutup apa-apa.

 2.    Karst tertutup (covered karst), oleh sedimen yang tidak ada hubungannya dengan masa batugamping itu sendiri.(aluvium, sandstone, fluvoglacial).

 3.    Karst tertutup tanah yang berasal dari batugamping itu sendiri (terra rossa)

 4.    Karst terpendam (burried karst). Tertutup sempurna oleh batu-batuan yang lebih muda, secara kebetulan ditemukan sewaktu diadakan pengeboran atau membuat sumuran.

 5.    Karst tropika.

 6.    Karst permafrost.

Karstologi - Ilmu yang mempelajari fenomena karst dari berbagai aspek ilmiah secara interdisipliner.  

Aspek-aspek ilmiah karstologi :

1.     Geomorfologi - topografi karst,

2.     Morfogenesis karst.

3.     Micro karst forms- bentukan karst mikro.

4.     Litologi dan stratigrafi batuan karbonat.

5.     Hidrologi karst.

6.     Sedimentologi karst.

7.     Denudasi karst.

8.     Ekologi karst.

9.     Vegetasi karst.

10.  Masalah agraria di kawasan karst.

11.  Masalah peternakan di kawasan karst.

12.  Kependudukan di daerah karst.

13.  Masalah kesehatan di kawasan karst.

14.  Arkeologi.

15.  Paleontologi.

16.  Pariwisata kawasan karst.

17.  Konservasi kawasan karst.

18.  Eksploitasi kawasan karst.

19.  Bendungan di kawasan karst.

20.  Nilai strategi kawasan karst

Morfogenesis Kawasan Karst

Faktor-faktor yang mempengaruhinya :

    1)   Litologi-Jenis kemurnian batuan karbonat.

-Kelulusan (permeabilitas) batuan.

-Kesarangan (porositas) batuan.

-Kemampatan (compactness) batuan.

    2)   Sistem percelahan-rekahan pada batuan.

    3)   Tektonisme.

    4)   Sistem kekar-sesar-patahan yang ada.

    5)   Iklim masa lalu dan masa kini. Intensitas curah hujan.

  (tropical karst, arid karst)

    6)   Kualitas air hujan (hujan asam)

    7)   Jenis penutup di atasnya (tanah, vegetasi, batuan klastik, dsb)

    8)   Ketinggian di atas permukaan laut.(lowland, middle, highland karst).

    9)   Pengaruh uap air laut(coastal exposure surface)

 10)   Pengaruh aliran sungai (fluvial karst)

 11)   Pengaruh vulkanisme.(abu gunung berapi)

 12)   Proses fisiko-kimiawi, seperti case hardening, yaitu represipitasi batugamping yang larut oleh air hujan.

 13)   Pengaruh biologis (lichen-algae-akar pepohonan-detritus, dsb).

 14)   Perusakan lingkungan karst oleh ulah manusia.

Geomorfologi atau topografi karst - ilmu yang mempelajari bentukan alam karst. Yang menjadi kendala ialah peristilahan, yang tidak seragam, karena sejak semula digunakan istilah lokal, untuk bentukan alam karst tertentu.

Contoh-contoh :

Unthuk - Istilah bahasa Jawa untuk bukit khas di kawasan Gunung Sewu. Secara internasional dikenal sebagai conical hill, tetapi dengan bentuk yang                lain daripada yang telah dikenal,  sehingga dinamakan Gunung Sewu type hill.

Pepino hills - Sederetan bukit karst di Puerto Rico,

Mogote - Bukit karst yang berdiri sendiri atau berkelompok tetapi terpisah satu sama lain.

Cenote - Sumuran yang berisi air di jazirah Yucatan.

Turmkarst-Towerkarst-Karst a  tourelles - Bukit terjal menyerupai menara.

Dolina-sinkhole-closed  depression - cekungan di daratan karst.

Polje (Slovenia) - Wang (Malaysia) - Hojo (Cuba) - Plans  (Perancis) - Dataran karst yang dilingkari perbukitan karst, yang biasanya dialiri sungai.

Kekacauan dalam peristilahan ini, ditanggulangi dengan beberapa simposium internasional, yang menghasilkan kesepakatan peristilahan melalui Glossary of Karst Terminology (1970-Contributions to the International Hydrological Decade). Geological Nomenclature (1980-Royal Geological and Mining Society of the Netherlands) dalam bahasa Inggeris-Belanda-Perancis-Jerman-Spanyol.

Beberapa bentukan morfologi karst :

Doline

            Doline ialah cekungan tertutup (close depression) yang memiliki kedalaman antara 2 m sampai 100 m dengan diameter 10 m sampai 1000 m. Umumnya berkelompok dan dapat juga berjauhan. Cvijic (1893) membedakan doline dalam bentuk :

1. Doline berbentuk mangkuk, bila cekungan itu berdiameter 10 kali ukuran kedalamannya, derajat kemiringannya antara 10^o-20^o, bentuk dasar rata tertutup tanah dan sering becek.
2. Doline berbentuk corong dengan diameter 2 kali – 3 kali kedalamannya, dinding dari batuan atau tanah dengan kemiringan 30^o-40^o, bentuk dasarnya sempit.
3. Doline berbentuk sumur dengan perbandingan diameter lebih kecil daripada ukuran kedalamannya, dinding terbuat dari batuan, terjal sekali bahkan tegak lurus bersatu dengan dasarnya.

Uvala (Slovenic)

            Cvijic (1901) mendeskripsikan istilah ini untuk cekungan dan dasar yang luas dan tidak rata. H. Lemann (1970) mengartikan untuk lembah yang memanjang, kadang-kadang berkelok-kelok dan biasanya dasarnya menyerupai cawan di daerah karst. Tidak disebutkan dasarnya rata menyerupai indikasi doline yang letaknya berdekatan. IUS (International Union of Speleology, Fink, 1973) menganut pendapat H. Lemann tetapi dengan dasar yang tidak rata.

Sinking creek

            Sinking creek ialah sungai yang mengalir di daerah karst tetapi menghilang karena masuk ke aliran bawah tanah.

Sink

            Sink merupakan tempat sungai permukaan lenyap (surface runoff), yaitu dimana air menghilang secara difusi melalui material alluvium.

Swallow Hole

            Swallow hole terjadi apabila sungai permukaan menghilang melalui lubang yang nyata terlihat.

Poljes

            Menurut Frans Von Steinberg (1961), poljes merupakan depresi di daerah karst yang luas arealnya, sedangkan Fink (1983) dari IUS, mengemukakan bahwa poljes adalah depresi ekstensi di daerah tertutup di semua sisi, sebagian besar terdiri dari lantai yang datar, dengan batasan yang terjal di beberapa bagian dan dengan sudut yang nyata antara dasar atau poljes serta tepi yang landai atau terjal. Poljes memiliki drainase bawah tanah dan dapat kering sepanjang tahun serta dialiri pada saat-saat tertentu dan bahkan tergenang. Biasanya luasnya beberapa kilometer, berkelok-kelok dan dasarnya tertutup deposit alluvium atau residu pelapukan (terrarossa, gravel dan lainnya), lantai poljes biasanya tidak permeabel.

Danau Karst

            Letaknya biasanya berada pada cekungan, terbentuk karena dasarnya kedap air akibat akumulasi dari lumpur atau bahan residu pelapukan yang kedap air. Danau karst sering disebut danau perenial bila dijumpai sepanjang tahun, dan non perenial jika hanya dijumpai pada musim hujan.

Natural Bridge (Jembatan Karst)

            Merupakan suatu fenomena yang menyerupai jembatan di kawasan karst. Faktor-faktor yang mempengaruhi karstifikasi endogenik dan eksogenik yaitu faktor iklim, vegetasi, pedologi, geofisik, fisiokimia, stratigrafi, dan ketebalan, kepadatan, porositas, permeabilitas batu gamping itu sendiri. Faktor vulkanisme juga mempengaruhi proses karstifikasi.

            Adapun komponen batuan karbonat terdiri dari konstituen alakenin (butiran kerangka atau bioclast, oncoid, intraclast, dan butiran bergumpal serta oids) mikrit dan semen (klasaitik dan aragonit maupun dolomit). Sedangkan komponen non karbonat dibagi menjadi non-detrial (tanah liat, debu, dan pasir) dan diagenetik (Folley, 1959). Batuan karbonat merupakan batuan yang dominan di kawasan karst.

            Secara mineralogi, mineral karbonat pada kawasan karst terdiri dari kalsit, dolomit, aragonit. Kalsit adalah kalsium karbonat rombohedral, proses substitusi pada kalsit terjadi dengan Fe, Mn, Zn, dan CO atau substitusi dengan ion Mg sampai 20 mol persen. Dolomit adalah kalsium magnesium karbonat (CaMg(CO₃)₂), dengan kandungan berkisar antara 50-58 mol persen dan ion Mg dapat disubstitusi dengan Sr, Ba, Pb, dan K. Batu-batuan ini akan berpengaruh pada karakteristik karst yang ditujukan oleh struktur geologi karst, yaitu porositas, permeabilitas dan sistem patahan.

Proses pembentukan geomorfologi karst sangat dipengaruhi oleh proses:

• Kimia (pelarutan dan pengendapan)

H₂0     +          CO₂                       H₂CO₃

Air                    karbon dioksida                asam karbonat

H₂CO₃   +   CaCO₃              Ca(HCO₃)₂

               Batu gamping                    Kalsium bikarbonat 

     Ca²⁺  + 2HCO₃²

• Fisis

Pelapukan, peretakan, patahan, gravitasi transfer, peruntuhan, erosi

Porositas

            Porositas menunjukkan ruangan yang terisi oleh udara atau air dalam batuan atau sedimen, diungkapkan dalam persen dari jumlah total material. Untuk kepentingan hidrologi yang perlu diperhatikan ialah ruangan-ruangan yang saling berhubungan, karena pori-pori yang terisolasi tidak berperan dalam perpindahan air.

            Porositas primer dalam batuan karbonat ialah ruangan-ruangan terbuka dalam batuan tersebut, yang sudah timbul sejak deposisi, diagenesis dan litifikasi. Porositas sekunder ialah jumlah ruangan terbuka dalam batuan yang ditimbulkan oleh proses pasca litifikasi seperti fruktuasi (joint, flauts, parting) atau akibat terjadinya pelarutan (solution cavities).

Permeabilitas

            Permeabilitas merupakan efisiensi batuan untuk menyalurkan air. Permeabilitas primer adalah kemampuan batuan untuk menyalurkan air melalui pori-pori atau ruangan intergranuler yang sudah ada sejak pembentukannya dan saling berhubungan. Permeabilitas sekunder bila penyaluran air itu melewati ruangan-ruangan yang timbul kemudian, seperti joint, bedding, fault, misalnya akibat gerakan tektonik

            Suatu kawasan karst, permeabilitas dan porositas ini sangat variabel, karena tidak terlepas dari keanekaragaman struktur dan diagenesis batu gamping. Pada bagian batu gamping yang telah mengalami karstifikasi, biasanya permeabilitas dan porositas primernya rendah,  tetapi permeabilitas dan porositas sekundernya tinggi. Pada batu gamping tidak mengalami karstifikasi, permeabilitas dan porositas tinggi dan tidak dijumpai permeabilitas sekunder.

            Pada batu gamping terdapat aliran difusi (diffuse flow). Pada batuan karbonat yang telah mengalami karstifikasi, yang menonjol ialah terbentuknya saluran-saluran terpilih (prefered channels) yang meluruskan air ke arah local base level atau zona phreatik. Permeabilitas umumnya dinyatakan dengan jarak yang ditempuh air dalam suatu permeabilitas tertentu dibandingkan dengan waktu yang dibutuhkan.

Sistem Patahan

            Pada batuan yang tidak mengalami permeabilitas intergranuler primer, joint adalah penting untuk memulai perkolasi air ke bawah (Stringfield dkk., 1979). Sedangkan bedding planes bagi penyaluran air bawah tanah (Palmer, 1977) tetapi pergerakannya tetap dipengaruhi oleh adanya patahan-patahan. Joint adalah patahan yang paling sering dijumpai di akifer karbonat. Orientasinya adalah hampir tegak lurus dengan bedding plannes. Bahkan Grice (1968) menemukan joint yang sejajar letaknya dengan bedding plannes di Canada (Manatoba, Grand Rapides. Joint secara primer mempengaruhi arah aliran sebelum terjadi ruangan terlarut (solution cavities) dalam akifer karbonat. Joint yang tidak vertikal akan mempengaruhi gerakan air literal dan melebar melalui proses korosi (pelarutan batu gamping secara kimiawi). Distribusi dari joint dan bedding plannes ini dari satu bagian karst dan bagian karst lainnya dapat berbeda. Menurut Kasting (1977) hal ini mempunyai pengaruh positif terhadap air tanah (bila melancarkan aliran dalam akifer, antara lain dengan menghubungkan beberapa aliran akifer yang tadinya terisolasi), bisa pula negatif bila aliran air terhambat karenanya.

Bentukan Karst Mikro

Obyek penelitian yang amat menarik perhatian para ahli geomorfologi karst, ialah  variasi bentukan yang tampak pada permukaan batuan karbonat, akibat proses pelarutan atau pelapukan.

Banyak sekali nama yang lokal yang digunakan untuk mendeskripsi aneka bentukan ini, tetapi kini semua bentukan mikro itu dikenal dengan sebutan  Karren, Lapies atau Schratten.

Morfologi Karren itu tergantung dari :

1.    Distribusi, sifat dan banyaknya hujan. (air maupun salju)

2.    Sifat fisik dan kimiawi batugamping.

3.    Reaksi kimiawi yang meliputi CaCO3, CO2 dan H2O.

4.    Ada tidak adanya penutup tanah, tanaman, humus dsb.

5.    Sudut kelandaian permukaan batugamping

6.    Fase iklim masa lampau.

Jenis - Jenis Karren

Rillenkarren - Trittkarren - Rinnenkarren - Spitzkarren - Meanderkarren - Rundkarren - Kluftkarren - Hohlkarren - Deckenkarren - Kamenitza (Tinajita) - Solution Notch - Limestone pavement - Seekarren - Rainpits.

Dapat terjadi di dalam tanah, di udara luar atau perbatasan tanah-udara.

Morfogenesis Endokarst

Faktor-faktor yang mempengaruhi :

   1)    Infiltrasi.

   2)    Perkolasi.

   3)    Rhizolith (sistem perakaran tanaman)

   4)    Korosi (Chemical erosion)

   5)    Korasi (Mechanical erosion)

   6)    Proses peruntuhan ruangan bawah tanah. (Collapse of underground voids)

   7)    Tektonisme dan gempa bumi.

   8)    Sistem kekar-sesar-patahan.

   9)    Kegiatan pertambangan.

10)    Sedimentasi dalam gua.

11)    Pengendapan batukapur atau kalsit (speleothems).