PENGARUH GAS DANGKAL TERHADAP SIFAT FISIK SEDIMEN DASAR LAUT

Abstrak
Gas dangkal merupakan gas yang umum dijumpai pada sedimen dasar laut modern dan biasanya tersusun oleh metana. Gas ini dapat dohasilkan secara biogenik, yaitu dari aktivitas mikroorganisme pada lapisan tersebut, atapun secara termogenik. Kandungan gas dalam sedimen dasar laut akan mengakibatkan perubahan sifat fisik yang terdeteksi antara lain sebagai penurunan kecepatan gelombang P dan S, penurunan kuat geser, serta sementasi karbonat. Perubahan sifat fisik tersebut dapat digunakan untuk mengantisipasi bahaya yang diakibatkan oleh kehadiran gas dalam sedimen, seperti blow out dan longsor bawah air. Sedangkan sementasi sedimen laut modern menghasilkan substrat yang cukup keras, kadang-kadang dengan bentuk bervariasi yang spektakuler seperti tiang-tiang karbonat yang dijumpai di Varna, Bulgaria.

Abstract
Shallow gas is commonly found in the seafloor with methane being the dominant component. The origin of this gas could be biogenic, i.e. produced by microorganism’s activity in the sediment layer, or thermogenic. The presence of gas in unconcolidated marine sedimens causes changes in physical characteristics of the sediments, including decreasing the velocity of P and S waves, lowering the shear strength of the sediments, and also causing carbonate cementation. Those physical changes could be used to anticipate potential hazard caused by gas charged sediments, such as blow out and submarine landslides. Cementation of seafloor sediments resulted in relatively firm substrate and in some cases formed spectacular deposits, such as the ones in Varna, Bulgaria.

Pendahuluan
Gas dangkal atau shallow gas merupakan gas yang umum dijumpai pada sedimen dasar laut modern. Gas dangkal ini biasanya merupakan hasil dari dekomposisi material organik yang terkandung dalam sedimen oleh bakteri. Pada tahap awal pembentukan, gas yang dihasilkan akan terikat dalam air pori. Jika gas terlarut sudah lewat jenuh, maka gas yang kemudian terbentuk akan dapat bermigrasi sebagai gas bebas (Rice dan Claypool, 1981) dan menghasilkan apa yang disebut sebagai syngenetic biogenic gas. Selain itu, gas yang dijumpai pada sedimen laut modern/Kuarter, dapat juga berasal dari hidrokarbon yang terjebak di dalam lapisan batuan di bawahnya yang kemudian bermigrasi melalui rekahan atau patahan (epigenetic thermogenic gas). Dalam makalah ini, gas dangkal didefinisikan sebagai gas yang dijumpai pada kedalaman hingga 20 m. 
Kehadiran gas dangkal dalam sedimen diketahui mempengaruhi sifat sedimen yang mengandung gas seperti atenuasi dan kuat geser (Tuffin, 2004). Selain itu, diketahui pula bahwa kehadiran gas sedimen dalam mengakibatkan terjadinya sementasi pada sedimen (Jorgensen, 1992). Makalah ini akan membahas pengaruh kandungan gas terhadap sifat lapisan sedimen penyimpannya.

Pembentukan
Susunan gas dangkal yang hadir dalam sedimen dasar laut dapat diketahui dengan menggunakan metoda headspace yang menggunakan gas yang terjebak di dalam sedimen. Komposisi gas yang terdeteksi dengan menggunakan detektor FID pada gas chromatograph biasanya hanya metana dan etana. Namun, sebenarnya terdapat juga gas jenis lain yang tidak terdeteksi seperti N2, O2, CO2, atau H2S (Bornhold, 1998).

Gas dangkal umumnya tersusun sebagian besar oleh gas yang terbentuk oleh mikroba (Kvenvolden, 1999). Gas ini terbentuk dalam lingkungan anoksik pada zona reduksi karbonat anaerobik (produksi metan) yang terletak di bawah zona reduksi sulfat anaerobik (Rice dan Claypool, 1981). Mikroba penghasil metana dikenal sebagai arkeabakteri metanogenik yang tidak dapat mentolerir sedikitpun oksigen.

Migrasi Metana
Metana yang dihasilkan pada zona ini pertama-tama akan terikat dalam air pori. Jika konsentrasi metana dalam air pori sudah lewat jenuh, maka metana akan dapat bermigrasi sebagai gas bebas (Rice dan Claypool, 1981). Migrasi  
metana sebagai gas bebas ditentukan oleh permeabilitas dari sedimen tempat pembentukannya yang biasanya merupakan sedimen berukuran halus, seperti lempung dan batulempung (Kvenvolden, 1999).
Migrasi metana ke zona reduksi sulfat akan menyebabkan teroksidasinya sebagian besar metana sebelum dapat terlepas ke kolom air. Meskipun diketahui bahwa zona reduksi sulfat merupakan tempat terjadinya oksidasi metana (Rice dan Claypool, 1981), namun jenis mikroba pengoksidasi masih belum diketahui (Jorgensen, 1992). 
Hasil penelitian terakhir (DeLong, 2000) menunjukkan bahwa oksidasi metana secara anaerobik dilakukan dua jenis mikroorganisme yang berbeda: arkeabakteri Methanosarcinale yang ber-sintrofi (interaksi metabolisme antar mikroba) dengan bakteri pereduksi sulfat yang sudah diberikan oleh peneliti sebelumnya (mis. Jorgensen, 1992) dan diperkuat dengan hasil penelitian DeLong (2000).
Metana yang masih dapat masuk ke kolom air kemudian akan mengalami oksidasi lagi melalui reaksi (Jorgensen, 1992). Karbondioksida dalam air laut ini dapat menyebabkan perubahan kandungan isotop karbon besar-besaran seperti yang terdeteksi pada latest Paleocene thermal maximum atau LPTM (Kvenvolden, 1999).

Sementasi Sedimen Marin
Oksidasi metana pada zona anoksik reduksi sulfat yang menghasilkan karbonat, diperkirakan menyebabkan sementasi pada sedimen marin modern (mis. Jorgensen, 1992). Sementasi ini terjadi pada saat oksidasi metana anaerobik, dan tidak terlihat pada saat reduksi sulfat (Raiswell dan Fisher, 2004). Jenis semen karbonat yang teramati berasosiasi dengan oksidasi metana adalah kalsit kaya-magnesium (Jorgensen, 1992). 
Presipitasi karbonat, dari hasil oksidasi metana, yang menyebabkan sementasi sedimen marin modern terjadi di jalur atau daerah yang mengandung metana maupun hidrokarbon. Oksidasi metana pada zona anoksi reduksi sulfat menghasilkan karbonat dalam air pori. Sementasi karbonat dari air pori terjadi pada saat oksidasi metana anaerobik, dan tidak terjadi pada saat reduksi sulfat (Raiswell dan Fisher, 2004). Semen karbonat yang berasal dari metana biogenik dicirikan oleh kandungan 13C yang sangat rendah, yaitu dalam kisaran -55‰ - -45‰ PDB (Jorgensen, 1992), meskipun kandungan 13C dalam konkresi kalsit berkisar -22‰ - +3‰ dan dalam dolomit berkisar -20‰ - +25‰, padahal kisaran untuk karbonat yang berasal dari material organik mulai dari -22‰ hingga -28‰ (Raiswell dan Fisher, 2004).
Karbonat yang dihasilkan ini diperkirakan menyebabkan sementasi sedimen marin pada zona diagenesa anoksik (Jorgensen, 1992). Dalam proses tersebut, sebagian metana yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik akan teroksidasi. Namun, metana dapat terlepas ke dalam kolom air dan menyebabkan terjadinya oksidasi metana secara aerobik (Jorgensen, 1992). Hal ini akan ditandai oleh kehadiran sedimen intertidal dan pantai yang mengalami sementasi karbonat (Jorgensen, 1992).

Deteksi Kehadiran Gas dalam Sedimen Dasar Laut
Biogenik gas yang terbentuk dalam sedimen dasar laut akan terlepas ke dalam kolom air jika kandungan gas dalam air pori sedimen sudah lewat jenuh (Rice dan Claypool, 1981). Sedangkan gas termogenik akan terlepas ke kolom air melalui rekahan pada lapisan batuan.
Gas termogenik maupun biogenik yang terlepas dari sedimen dasar laut akan membentuk morfologi khas di dasar laut, antara lain acoustic plumes, cloudy turbidity, dan pockmarks. Acoustic plumes merupakan kenampakan pada seismik saluran tunggal 3,5KHz yang memperlihatkan acoustic turbidity yang naik ke kolom air, sekitar 15 m dari permukaan dasar laut (Garcia-Gil, drr., 2002). Jenis gas seep ini biasanya berasosiasi dengan akumulasi gas yang terlihat pada rekaman seismik sebagai acoustic blanket, acoustic turbidity, dand sebagainya (Garcia-Gil, drr, 2002).
Cloudy turbidity merupakan bentuk yang dapat terlihat pada rekaman seismik resolusi tinggi Uniboom maupun echosounder sebagai bentuk seperti benang tanpa geometri khusus tetapi selalu menyertai akumulasi gas yang terdapat dalam sedimen di bawahnya (Garcia-Gil, drr., 2002). Pockmarks merupakan morfologi yang terbentuk oleh keluarnya fluida dari sedimen dasar laut (Garcia-Gil, drr., 2002). Fluida yang terlepas biasanya berupa gas.
Berbagai konfigurasi rekaman tersebut menunjukkan kehadiran gas pada kedalaman dangkal dalam sedimen dasar laut. Akibat yang ditimbulkan oleh kehadiran gas dalam sedimen dasar laut akan dibahas pada bagian di bawah ini.

Pengaruh Gas Terhadap Sedimen Marin
Sedimen yang mengandung gas memiliki atenuasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan sedimen yang sepenuhnya terisi oleh air. Akibatnya, sifat elastis sedimen juga terpengaruh sehingga menyebabkan penurunan kecepatan gelombang P dan gelombang S. Selain itu, gas yang terkandung dalam sedimen juga mengurangi kuat geser sedimen tersebut sehingga dapat menyebabkan terjadinya longsor bawah air (Tuffin, 2004).
Gas bertekanan tinggi yang terkandung dalam sedimen atau lapisan batuan dibawahnya akan mengalami blow out jika tekanan terlepas secara tiba-tiba. Pelepasan tekanan secara tiba-tiba bisa disebabkan oleh pemboran ke dalam sedimen yang mengandung gas, seperti yang terjadi di Hangzhou Bay, Cina. Pada saat dilakukan pemboran untuk pembuatan tiang pancang, bor menembus ke dalam lensa pasir berumur Kuarter yang merupakan reservoir bagi gas yang terbentuk dalam sedimen marin di sekitarnya pada saat kenaikan muka laut terakhir. Gas yang terlepas secara tiba-tiba mampu melontarkan pipa besi berdiameter 2 m setinggi 3 m ke udara.
Gas yang keluar secara alami umumnya akan menghasilkan gelembung-gelembung dengan radius bervariasi. Gas yang keluar ini merupakan sumber nutrien bagi biota sekitarnya yang kemudian akan berkumpul di sekitar tempat keluarnya gas (gas vent) dan kemudian menutup vent ini. Pembentukan bacterial mat merupakan tahap awal dari penutupan gas vent sebelum diakhiri dengan pembentukan ‘bioherm’ yang merupakan struktur autigenik dengan semen karbonat (Hovland, 2002) yang dapat menghasilkan struktur spekatuler seperti Pobitite Kamani di Bulgaria (Dimitrov, 2000). ‘Bioherm’ ini umumnya terdiri atas pasir laut setempat yang tersemenkan oleh karbonat. Batupasir terlitifikasi yang dijumpai di Kattegat, Denmark, tersusun oleh pasir kuarsa berukuran sedang yang terpilah baik dan mengandung mineral gelap dan sedikit cangkang (Jorgensen, 1992).

Diskusi
Pemaparan mengenai dampak gas dangkal terhadap sedimen menunjukkan bahwa kehadiran gas dangkal dalam sedimen mempengaruhi sifat fisik sedimen. Perubahan sifat fisik sedimen berupa sementasi sedimen oleh karbonat yang terbentuk akibat oksidasi metana secara anaerobik oleh bakteri pereduksi sulfat (Jorgensen, 1992). Selain itu, kandungan gas dalam sedimen akan menyebabkan naiknya atenuasi sehingga memperlambat kecepatan gelombang P dan S dalam sedimen tersebut dan menyebabkan terbentuknya konfigurasi-konfigurasi khas seperti yang dapat dilihat pada Tuffin (2000).
Hasil penelitian di perairan selatan Madura menunjukkan bahwa zona oksidasi di daerah ini hanya setebal beberapa sentimeter dari dasar laut, sedangkan zona di bawahnya sudah merupakan zona reduksi sulfat. Namun contoh yang didapat dari penginti gaya berat menunjukkan bahwa tidak terjadi sementasi terhadap sedimen yang berada pada zona ini. 
Terdapat dua kemungkinan dalam hal ini, pertama adalah contoh inti yang didapat hanya sekitar 2 m dan mungkin belum mencapai sedimen yang tersemenkan. Kedua, sementasi karbonat pada sedimen marin modern mungkin memang tidak terjadi di daerah ini. Mengingat konfigurasi khas sedimen yang mengandung gas cukup banyak dijumpai di perairan selatan Madura (Gambar 3), maka cukup besar kemungkinan terbentuknya sementasi karbonat pada sedimen marin yang sampai sejauh ini belum terdeteksi.
Selain itu, penurunan kuat geser sedimen yang mengandung gas perlu mendapat perhatian karena dapat menimbulkan longsor bawah air. Salah satu tahap awal untuk mengantisipasi longsor bawah air adalah dengan memetakan daerah-daerah yang mengandung gas dangkal berdasarkan rekaman seismik yang sudah ada. Selain pemetaan, perlu pula dilakukan ground check yang dapat terdiri atas pengambilan data dengan menggunakan side scan sonar dan echousounder 3,5 kHz untuk memeriksa apakah daerah tersebut masih mengandung gas dangkal, serta pengambilan contoh di daerah yang dicurigai mengandung gas dangkal.

Kesimpulan
Kandungan gas dalam sedimen dapat dideteksi dengan berbagai metoda, seperti seismik saluran tunggal, echosounder 3,5 kHz, maupun pengukuran kuat geser di tempat. Deteksi gas seeps dapat dilakukan dengan mengamati permukaan dasar laut dengan menggunakan side scan sonar maupun pengamatan langsung. Sedimen yang mengandung gas kemungkinan akan mengalami sementasi karbonat yang bisa tersingkap di dasar laut.

Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Tim Gas Biogenik tahun 2003 dan 2004 yang sudah bekerja keras dalam melakukan penelitian studi literatur maupun penelitian lapangan. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Prof. Gwang-Hoon Lee dari Pukyong National University, Korea Selatan, yang telah memberikan banyak bahan mengenai gas dangkal. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada pihak-pihak yang memungkinkan terbitnya makalah ini.

Pustaka
Borhnold, B.D., Firth, J.V., et al., 1998, Proceedings of the Ocean Drilling Program, Initial Report, Vol. 169S: College Station, TX (Ocean Drilling Program).
DeLong, E.F., 2000, “Microbiology” Resolving a methane mystery. Nature, 407:577-579.
Dimitrov, L., 2000, Pobatite Kamani: Lower Eocene Bubbling Reefs. http://www.varna-bg.com/museums/pobatikamani/st_f_uk.html
Garcia-Gil, S., Vilas, F., dan Garcia-Garcia, A., 2002, Shallow gas features in incised-valley fills (Ria de Vigo, NW Spain): a case study. Continental Shelf Research, 22:2303-2315.
Hovland, M., 2002, On the self-sealing nature of marine seeps. Continental Shelf Research, 22:2387-2394.
Jorgensen, N.O., 1992, Methane-derived carbonate cementation of marine sediments from the Kattegat, Denmark: Geochemical and geological evidence. Marine Geology, 103:1-13.
Kvenvolden, K.A., 1999, Potential effects of gas hydrate on human welfare. Proceeding National Academy of Science, 96:3420-3426.
Rahardiawan, R., R. Zuraida, Yudhicara, Y.A. Priohandono, M. Achmad, A. Masduki, J.P. Hutagaol, A. Wahib, dan Nasrun, 2004, Eksplorasi Gas Biogenik Perairan Sampang dan Sekitarnya. Laporan internal Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi Kelautan. PPGL, Bandung.
Raiswell, R., dan Fisher, Q. J., 2004, Rate of carbonate cementation associated with suphate reduction in DSDP/ODP sediments: implications for the formation of concretions. Chemical Geology, 211:71-85.
Rice, D.D., dan Claypool, G.E., 1981, Generation, Accumulation, and Resource of Biogenic Gas. AAPG Bulletin, 65:5-25.
Tuffin, M. D. J., A. I. Best, J. K. Dix dan J. M. Bull, 2000, Acoustic characterisation of gassy marine sediments. In: Proc. Fifth European Conference on Underwater Acoustics 2000, Lyon, France, pp. 825-830.
Tuffin, M. D., 2000, Shallow Gas in Marine Sediments: Why are we interested in Shallow Gas?. http://www.soes.soton.ac.uk/research/groups/geophysics/HRMSG/Shal_gas.php3

Leave a comment

Full HTML

  • Web page addresses and e-mail addresses turn into links automatically.
  • Lines and paragraphs break automatically.

Plain text

  • No HTML tags allowed.
  • Web page addresses and e-mail addresses turn into links automatically.
  • Lines and paragraphs break automatically.