Sediment Transport 3

Bedload Transport

Partikel yang berukuran lebih besar daripada ukuran pasir umumnya tertransportasi dengan cara bedload dimana transportasi dengan cara ini butiran senantiasa kontak dengan dasar (bed). Tipe transportasi ini disebut traction transport, dapat berupa rolling pada butiran sedimen yang mempunyai butiran yang besar atau atau berbentuk elongated, sliding pada butiran sedimen yang bergeser diatas atau melewati satu sama lain, dan creep. Creep merupakan hasil dari butiran yang terdorong ke arah hilir disepanjang bed yang terjadi akibat efek dari pergerakan butiran lainnya. Saltation merupakan tipe dari bedload transport pada butiran sedimen, terutama pasir, yang bergerak dan sebentar – sebentar kontak dengan bed. Pergerakan butiran dengan cara saltation merupakan pergerakan butiran pada sebuah seri lompatan/loncatan, meloncat dar bed dengan sudut 45⁰ dan kemudian jatuh kembali ke dasar dan membentuk sudut 10⁰. Pola saltasi asimetri tersebut merupakan hasil dari arus turbulen atau terbentuk akibat tubrukan dengan butiran yang lainnya. Saltasi merupakan mode transportasi yang paling umum pada butiran sedimen pasir dengan media transportasi berupa angin. Transportasi saltasi dapat menjadi bagian transisi antara transportasi traksi dengan transportasi suspensi, akan tetapi transportasi saltasi disini dimasukkan kedalam bagian dari bedload transport karena pada umumnya butiran yang tersaltasi relatif lebih dekat dengan bed selama terjadi perpindahan.

Suspended Load Transport

Gambar 8. Sekema Ilustrasi dari pergerakan butiran selama transportasi bedload, suspension dan saltation. (Leeder, 1979 dalam Boogs, 1995)

Peningkatan arus yang mengalir lebih kuat akan menyebabkan meningkatnya intensitas dari turbulensi yang berada didekat bed. Lintasan partikel akan lebih panjang, tidak beraturan, dan terangkat lebih tinggi dari bed dibandingkan pada butiran yang tertrasnportasi dengan cara saltasi. Gerakan fluida keatas dihasilkan dari peningkatan arus turbulensi ke titik gaya gravitasi yang seimbang, memungkinkan partikel untuk tetap tersuspensi diatas bed pada waktu yang lebih lama dari pada air yang tidak terturbulensi. Jika gaya angkat yang timbul dari turbulensi tidak menentu dan tidak secara kontinu dipertahankan kesetimbangannya, maka pada umumnya selama transportasi dijumpai pasir halus – pasir sedang yang  kembali jatuh ke bed dari waktu ke waktu. Sifat tersebut dinamakan intermitten suspension (suspensi berselang). Intermitten suspension berbeda dari saltasi karena partikel yang tersuspensi cenderung terbawa lebih tinggi dan lebih lama di atas bed. Partikel yang lebih kecil mempunyai settling velocity yang lebih rendah yang dapat memungkinkan partikel ini tetap tersuspensi yang disebut sebagai continuous suspension dan terbawa bersama  fluida dan mengalir dengan kecepatan hampir sama dengan kecepatan aliran fluida. Transportasi sedimen suspensi merupakan transportasi sedimen yang dapat terjadi oleh media angin dan aliran sungai. Khusus transportasi tipe intermitten suspension, pada umumnya dijumpai di samudera berada pada cloudy layers yang berada pada air bagian bawah yang disebut nepheloid layers. Nepheloid layers merupakan sedimen tersuspensi pada tubuh arus turbidit yang dapat mencapai tinggi beberapa ratus meter di atas lantai samudera. Layer tersebut lebih kental daripada air yang berada disekitarnya akan tetapi tidak cukup kental untuk membuatnya tenggelam secara cepat. Oleh karena itu material sedimen dapat tersuspensi pada waktu yang lebih lama pada layer ini. Kebanyakan material yang berada pada layer ini merupakan material berbutir sangat halus (clay) yang pada mulanya berasal dari daratan.

Washload dan Dustload

Pada umumnya material yang halus, yaitu partikel berukuran lempung, mempunyai settling velocity yang sangat rendah, oleh karena itu material tersebut tetap tertransportasi secara suspensi (continous suspension). Di sungai, sedimen tersebut berasal dari area sumber di hulu atau hasil erosi, dari pada berasal dari stream bed, dan disebut sebagai washload. Sungai mempunyai kapasitas untuk mentranspor washload yang sangat besar meskipun pada aliran yang mepunyai kecepatan arus yang sangat rendah. Karena perjalanan washload secara kontinu tersuspensi pada kecepatan aliran air yang sama, dan ditransportasikan langsung oleh sistem sungai. Transportasi secara suspended load yang dibawa oleh media angin, disebut sebagai dustload. Difusi ke atas dalam ketidak stabilan, massa apung udara (buoyant), diketahui dapat membawa debu secara cepat dengan ketinggian mencapai ratusan hingga ribuan meter selama terjadinya erupsi vulkanik. Material dapat terbawa ke atas dengan cara suspensi pada waktu yang sangat lama dan dapat tersebar secara luas diberbagai tempat termasuk di cekungan samudera (Prospero, 1981 dalam Boggs, 1995). Faktanya adalah komponen sedimen pelagic laut dalam berbutir sangat halus dipercaya sebagian besar berasal dari tiupan angin.

Endapan aliran fluida.

Proses sedimentasi dan transportasi terhenti, kemudian akan muncul proses pengendapan, ketika kondisi hidrologi lokal atau kondisi angin berubah dan dapat menyebabkan penurunan shear stress pada bed hingga ketitik yang tidak memadai lagi untuk menjadikan partikel bergerak. Penurunan shear stress pada bed tersebut disebabkan oleh terjadinya penurunan kecepatan aliran. Kecepatan aliran dan shear stress dapat menurun dibawah level kondisi kritis yang diperlukan sedimen untuk tertransportasi disebabkan oleh banyak sebab. Seperti transportasi air, dimana terjadi penurunan slope pada bed, dan terjadi peningkatan roughness pada bed, dan kehilangan volume air.

Sedimen dapat terendapakan secara tetap atau sementara. Sebagai contoh, pengendapan sedimen di saluran sungai dan point bars, lingkungan pantai, dan diberbagai lingkungan dekat daratan lainnya dapat kembali mengalami transportasi sedimen  karena terjadinya perubahan iklim atau perubahan kondisi hidrologi pada daerah tersebut. Faktanya, sedimen sungai dapat terendapkan beberapa kali sebelum pada akhirnya terendapakan dalam samudera. Beberapa sedimen sungai, sedimen danau, dan sedimen yang tertransportasi melalui angin, dapat terendapkan pada tatanan kontinen dan terawetkan pada periode yang sangat lama dan tercatat dalam bagian dari rekaman geologi. Sebagain besar material sedimen mengalami transportasi dan akhirnya dijumpai dalam cekungan samudera, dimana material tersebut terendapakan dibawah dasar gelombang dan sedikit banyaknya tidak bergerak lagi secara permanen hingga terawetkan.

Sedimen yang terendapkan oleh aliran fluida air atau angin umumnya dicirikan dengan lapisan atau perlapisan dengan berbagai ketebalan, jarang dijumpai ukuran butiran yang bergradasi vertikal, ukuran butir tersortasi dengan dari buruk hingga sangat baik, bergantung dari kondisi pada saat sedimen terendapakan, dan kehadiran berbagai struktur sedimen. Pengendapan sedimen dari arus traksi umumnya mengawetkan struktur sedimen yang cross – beds, ripple mark, dan imbrikasi kerakal yang dapat mencirikan arah dari aliran fluida yang terjadi pada masa lalu. Pengendapan sedimen yang berasal dari arus suspensi kurang menunjukkan struktur aliran namun sebagai gantinya dapat dicirkan oleh fine laminasi. Transportasi seidmen oleh angin hanya dapat mengendpakan material yang sangat halus, pasir – dust (clay). Sangat berbeda dengan transportasi angin yang dapat mengendakan material dari lempung hingga bongkah, dengan diameter ratusan centimeter. Berbagai ukuran butiran yang dapat ditransportasikan oleh media angin dan air gtersebut merefleksikan kondisi energy dari angin dan air tersebut untuk dapat mentransportasikan material sedimen.
Endapan aliran fluida memberikan gambaran hubungan antara proses aliran dan karakteristik hasil dari endapan batuan sedimen.

Efek Ukuran Butir Sedimen Dan Kedalaman Air

Studi eksperimen menunjukkan bahwa suksesi bedform yang terbentuk tidak hanya dipengaruhi oleh kecepatan aliran akan tetapi juga dipengaruhi oleh ukuran butir sedimen. Gambar dibawah ini menunjukkan bahwa hubungan antara pembentukan bedform dengan kecepatan aliran dan ukuran butir sedimen pada kedalaman air sekitar 0,25 – 0,40 m. Jika aliran berada pada sedimen dengan ukuran butir kasar sekitar 0,9 mm, sebagai contoh, ripples tidak akan terbentuk. Sementara itu, tahap lower plane - bed hanya terbentuk pada periode pembentukan dunes. berdasarkan gambar dibawah ini juga menunjukkan bahwa ukuran butir sedimen dibawah 0,15 mm, dunes tidak dapat terbentuk.

Gambar 9. Diagram mean velocity dibandingkan dengan ukuran sedimen yang menunjukkan stabilitas dari fase bed. (After Southard dkk, 1990 dalam Boogs, 1995)

 

Gambar 10. Sekuen Bedform yang terbentuk akibat pertambahan kecepatan aliran untuk sedimen berbagai ukuran ( modified from Harms, J. C., J. B. Southard and R.G. Walker, 1982., dalam Boogs  1995)