Arus gaya berat (gravity flow)

Middleton dan Hampton (1973)

memperkenalkan istilah sedimen gravity flow untuk menerangkan mekanisme pengangkutan batupasir dan sedimen klastik kasar lainnya dalam lingkungan laut dalam melalui pematang bawah samudra (submarine canyons). Dalam hal ini istilah sedimen gravity flow, digunakan secara umum untuk aliran sedimen atau campuran sedimen fluida dibawah pengaruh gaya berat. Berdasarkan gerakan relatif antar butir dan jaraknya dari sumber, sedimen gravity flow dapat dibedakan menjadi 4 jenis yaittu :

1)   Aliran turbid (turbidity current), dimana butir-butir telah lepas sama sekali dan masing-masing butir didukung oleh fluida (telah terinduksi menjadi turbulen).

2)   Aliran sedimen yang difluidakan (fluidized sediment flow), butir yang lepas di dukung oleh cairan yang diperas ke atas antar butir. Butir-butir masih bersentuhan.

3)   Aliran butir (grain flow), dimana butir-butir belum lepas dan dalam mengalir masih sering bersentuhan.

4)   Aliran debris (debris flow), dimana butir-butir kasar masih didukung oleh matriks (massa dasar) campuran sedimen yang lebih halus dan media (air) dan masih mempunyai kekuatan. Jika butir-butir ini masih mempunyai kekuatan dan relatif merupakan massa dan terdapat kohesi antara butir, maka hal ini disebut slump (lengseran), sehingga masih bersifat plastis.

Arus Turbid (turbidity current)

Turbidit didefinisikan oleh Keunen dan Migliorini (1950) sebagai suatu sedimen yang diendapkan oleh mekanisme arus turbidit, sedangkan arus turbidit itu sendiri adalah suatu arus yang memiliki suspensi sedimen dan mengalir pada dasar tubuh fluida, karena mempunyai kerapatan yang lebih besar daripada cairan tersebut.

Endapan turbidit mempunyai karakteristik tertentu yang sekaligus dapat dijadikan sebagai ciri pengenalnya. Namun perlu diperhatikan bahwa ciri itu bukan hanya berdasarkan suatu sifat tunggal sehingga tidak bisa secara langsung untuk mengatakan bahwa suatu endapan adalah endapan turbidit. Hal ini disebabkan banyak struktur sedimen tersebut, yang juga berkembang pada sedimen yang bukan turbidit.

Merupakan aliran yang cepat pada lereng karena densitas yang besar dalam fluida akibat kelimpahan materi yang tersuspensi di dalam fluida. Adanya arus turbulensi menghasilkan turbidity yang membawa gaya pembawa dalam aliran. Turbidity current umumnya dipicu oleh gempa bumi dan storm di laut. Proses turbidity current sulit diamati karena berlangsung cepat.

Massa turbulen memiliki bagian-bagian yaitu head, body, dan tail. Head adalah bagian tertebal dari aliran; body adalah bagian yang memiliki ketebalan uniform; dan tail adalah daerah dimana ketebalan berkurang dan konsentrasi sedimen. Mekanisme turbidity current : Aliran di head cenderung lebih acak dibandingkan dengan aliran yang ada di body, sehingga sedimen yang tersuspensi di body berpindah ke head, lalu sedimen tersebut terangkat dan tersapu (upward motion of head) kembali ke body.

Kecepatan head dikontrol oleh ketebalan head, densitas fluida sekitar (ambient fluida), perbedaan densitas ambient fluida dengan denditas arus turbidit, dan konstanta Froud (F=0.7). Sedangkan kecepatan pada body lebih cepat daripada kecepatan di head. Kecepatan pada body dikontrol oleh kemiringan lereng, koefisien gesek pada base (fb) , koefisien gesek pada puncak aliran (ft).  Untuk base yang smooth, nilai friksi bergantung pada Reynold number, sedangkan untuk base yang kasar bergantung pada kekasaran bed.

Sedimen yang lebih kasar akan terkonsentrasi di head, dan head juga mengerosi bed menghasilkan groove dan flute. Kemudian terisi oleh material dari body dan tail, yaitu sedimen yang lebih halus dan menghasilkan graded bed.

Aliran butir (grain flow)

Grain flow adalah aliran sedimen yang loose tanpa pengaruh media transport. Grain flow dihasilkan oleh tekanan dispersi yang dihasilkan dari collision butir. Mekanismenya terjadi ketika akumulasi sedimen mengakibatkan peningkatan shear stress. Pada keadaan aliran steady, shear stress dan tekanan dispersi diseimbangkan oleh gaya normal dan tangensial. Aliran butir cenderung menghasilkan deposisi yang uniform. Grain flow bukan aliran turbulen atau turbulensinya terbatas, sehingga tidak ada percampuran antara layer bawah dan layer atas. Ketika butir besar dapat tertransport di puncak aliran yang dikontrol oleh efek kinetic sieve. Hal tersebut dapat menghasilkan struktur reverse bedding.

Aliran sedimen yang difluidakan (fluidized sediment flow)

Fluidized flow adalah aliran sedimen akibat upward intergranular flow karena adanya hambatan akibat viskositas yang tinggi. Fluida ini berusaha untuk escape. Sedimen berlaku seperti fluida. Biasanya terdapat pada sedimen alami sebagai struktur sedimen dish structures, dan pillar. Gradding lemah sehingga batas atas dan bawah menjadi kabur.

Aliran debris (debris flow)

Debris flow atau aliran lumpur adalah pergerakan material sedimen gravitasi yang dilumasi oleh air di dalam ruangan antarbutir. Debris flow terjadi ketika massa sedimen yang tersortasi buruk, terganggu dan terjenuhkan oleh air, menyeruak menuruni lereng sebagai respon terhadap gaya gravitasi. Aliran ini terdiri atas partikel lempung dan pasir halus yang membentuk lumpur yang memiliki kekentalan yang dapat mengangkut material kasar. Fluida memiliki properti fisik yang dijabarkan dalam yield-strength model. Sifat aliran ini adalah memiliki plug ketika gaya geser rendah; bagian depan mulai dengan rolling (biasanya disebut sebagai caterpillar motion); deposit terpusatkan di ‘cake’ dinding samping. Karakteristik deposit debris flow adalah reverse grading.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.ocean.washington.edu/people/faculty/parsons/OCEAN542/debris.pdf

Martodjojo, Soejoeno. 1993. Diktat Kuliah Prinsip Stratigrafi. Laboratorium Stratigrafi ITB. Bandung.

AAPG UNDIP SC. 2008. http://aapgscundip.wordpress.com/2008/07/23/turbidite-current/