Vanderkluysen 2014 Komposisi dan pelepasan ledakan gas pada Lusi mud volcano (1)

Lusi Library: Knowledge Management 2015
Dikontribusikan oleh Dr. Hardi Prasetyo

Vanderkluysen 2014

Komposisi dan pelepasan ledakan gas pada

Lusi mud volcano    (Java Timur, Indonesia)

Composition and flux of explosive gas release at LUSI mudvolcano (East Java, Indonesia)

Loyd Vanderkluysen, Michael R. Burton, Amanda B. Clarke, Hilairy E. Hartnett and Jean-Francois Smekens

Geochemistry, Geophysics, Geosystems 10.1002/2014GC005275

VANDERKLUYSEN ET AL. VC 2014. American Geophysical Union

Vanderkluysen 2014

Komposisi dan pelepasan ledakan gas pada Lusi mud volcano             (Java Timur, Indonesia)

Composition and flux of explosive gas release at LUSI mudvolcano (East Java, Indonesia)

Loyd Vanderkluysen, Michael R. Burton, Amanda B. Clarke, Hilairy E. Hartnett and Jean-Francois Smekens

Pokok-pokok bahasan dan Kata Kunci

Kesimpulan

·      Kegiatan  Lusi mud volcano didominasi oleh pecahnya gelembung, memicu air lumpur mancur diselingi masa diam 3 menit:

·      Komposisi gas telah dilepaskan selama ledakan terdiri dari 98 % mol uap air, 1,5% mol karbon dioksida, dan 0,5 %  mol metana:

·      Total gas yang dilepaskan pertahun: 2.300 CH4, 30.00 CO2, dan 800.000 H20 Ton/tahun

·      Batas atas aliran “slug” lumpur-air 100.000m3/h:

·      Pengendali mekanisme aktivitas pemecahan gelembung bersiklus adalah pendidihan decompressional air

·      Perubahan paparan gas dapat digunakan untuk batasan terbesar dari masukan fluida:

Abstrak

·      Awal Semburan Lusi mud volcano dan dampaknya

·      Perilaku semburan dan penurunan intensitas kecepatan ekstrusi lumpur: 180.000m3/hari (Juni 2006) 0 <20.000m3/h tahun 2012

·      Teknologi yang digunakan pengambilan data tahun 2001: high-resolution time-lapse photography, open-path FTIR, and thermal infrared imagery

·      Selama periode melemah (1-3m) tidak terjadi rembesan gas

·      Total gas yang dilepaskan pertahun 800,000 t/tahun uap air, 30,000 t/tahun CO2, 2300 to/tahun gas metan

·      Kedalaman inti gas bubble >4000m untuk metan dan 600m CO2. Pengendali utama dari aktivitas peledakan bualan adalah dekompresi dari air mendidih

·      Batas atas estimasi masukan masa lumpur-air sebesar 100.000m3.

Aspek Penting dan Postur dari Kesimpulan

·      Seperti apa kegiatan di Geyser Lusi?.

·      Seperti apa Postur dan Perilaku Semburan saat pecahnya gelembung secara periodik?

·      Apa Komposisi gas?

·      Apakah ada gas disemburkan pada masa diam?

·      Berapa total gas yang dilepaskan ke atmosfer pertahun?

·      Berapa ambang batas lumpur-air dari aliran slug?

·      Bagaimana mekanisme pengendali pemecahan gelembung gas?

Pendahuluan: Lusi mud volcano

·    Istilah LUSI yang dianut?

·    Lusi salah satu dari keluarga besar mud volcano di Jawa Timur

·    Awal kejadian Lusi

·    Tidak ada dokumentasi yang pernah merekam terjadinya mud volkanisme sebelumnya.

·    Didekat Lusi telah didokumentasikan mud volcano yang aktif atau purba

·    Keunikan LUSI pada beberapa aspek, sulit dicarikan tandingannya!

·    Kecepatan aliran puncak memegang rekor tertinggi dari sejarah mud volcano

·    Memberikan implikasi pada kerusakan fisik dan sendi-sendi kehidupan warga terdampak

·    Daerah yang terkena dampak dan dilindungai oleh tanggul lingkar luar, salah satu terbesar di Bumi ini

·    LUSI sebagai sedimen induk sistem hidrotermal (LUSI a sediment-hosted hydrothermal system)

·    Intensitas Geyser Lusi aalnya 40.000 menjadi 120000-180.00me/hari

·    Munculnya perilaku geyser dengan kecepatan aliran tertinggi 180.000m3/h

·    Sistem semburan bersiklus sebagai perilaku hidrotermal

·    Penurunan Intensitas semburan yang signifikan tahun 2011

·    Perubahan komposisi volatil gas dari Pusat Semburan

·    Dominasi volatil CO2

·    Gas lainnya dalam jumlah lebih sedikit

·    Peningkatan rasio CO2/CH4

·    Kontras untuk rembesan atau pusat semburan satelit (Bualan)

·    Keseimbangan pusat semburan didominasi CO2 dan Semburan satelit didominasi gas metan

·    Konstrain masa/volume gas dan konsentrasi  uap air dari studi

·    Tujuan dari studi

Pendahuluan: Mud volkanisme

• ·      Pemahaman umum mud volkanisme
• ·   Kejadian mud volcano: Struktur pembubungan berakar pada sedimen overpressure berkedudukan dalam 
• ·      Asal usul cairan yang kompek diusur komposisi kima dan isotop
• ·      Kombinasi sumber cairan:
• ·      Kontribusi pelepasan fluida yang signifikan dari litosfer ke hidrosfer dan “atmospheric budget”
• ·      Pelepasan cairan dengan berulang terjadi di beberapa tempat
• ·      Asal mula ledakan bersiklus terus dipelajari
• ·      Tipe semburan mud volcano

Kesimpulan

Kegiatan  Lusi mud volcano didominasi oleh pecahnya gelembung, memicu air lumpur mancur diselingi masa diam 3 menit:

Kegiatan gunung lumpur LUSI (Lusi mud volcano) yang telah diamati pada tahun 2011,  didominasi oleh pecahnya gelembung diameter sekitar 3 m secara periodik (periodic bursting of bubbles).

Dimana telah memicu air mancur lumpur (trigger mud fountains) dengan tinggi 10 m, dan memiliki panjang periode diam reguler (regular quiescent periods)  sekitar 1-3 menit.

Komposisi gas telah dilepaskan selama ledakan terdiri dari 98 % mol uap air, 1,5% mol karbon dioksida, dan 0,5 %  mol metana:

Spektrometri serapan inframerah (Infrared absorption spectrometry) mengungkapkan bahwa gas yang telah dilepaskan selama fase ledakan, terdiri dari 98 % mol uap air, 1,5% mol karbon dioksida, dan 0,5 %  mol metana (98 mol % water vapor, 1.5 mol % carbon dioxide, and 0.5 mol % methane).

Sebagai catatan penting bahwa selama fase diam  (quiescent intervals) tidak ada fluks gas yang dideteksi (there is no detectable gas flux).

Total gas yang dilepaskan pertahun: 2.300 CH4, 30.00 CO2, dan 800.000 H20 Ton/tahun

LUSI melepaskan sekitar 2.300 ton/tahun metana, 30.000 ton/tahun CO2, dan 800.000 ton/tahun uap air (LUSI releases approximately 2300 t yr of methane, 30,000 t yr of CO2, and 800,000 t yr of water vapor).

Batas atas aliran “slug” lumpur-air 100.000m3/h:

Aliran dapat digambarkan sebagai suatu aliran slug (slug flow) dan pengukuran yang dilakukan terhadap gas-fluks.

Menempatkan batas atas fluks lumpur-air pada 100.000M3/h (gas-flux measurements place an upper-bound on orresponding mud-water flux at 10 5 m3d.).

Pengendali mekanisme aktivitas pemecahan gelembung bersiklus adalah pendidihan decompressional air.

Meskipun gelembung karbon dioksida dan metana berada pada sistem dalam yang berkisar ratusan hingga ribuan meter (Although carbon dioxide and methane bubbles ucleate deep in the system (hundreds to thousands of meters deep).

Namun mekanisme pengendali utama untuk aktivitas pemecahan gelembung bersiklus yang diamati (the primary driving mechanism for the observed cyclic bubble-bursting activity), adalah pendidihan decompressional air dalam sistem (is decompressional boiling of the water in the system).

Dimana berawal pada puluhan meter di bawah permukaan (initiates tens of meters below the surface).

Perubahan paparan gas dapat digunakan untuk batasan terbesar dari masukan fluida

Mengingat rezim peta dari sistem yang disajikan di sini, adanya perubahan dari fluks gas (changes in gas flux) ketika masih menunjukkan kondisi aliran slug.

Sehingga dapat digunakan untuk membatasi jumlah fluks cairan maksimum (can be used to constrain maximum liquid flux).

Batas atas estimasi masukan masa lumpur-air sebesar 100.000m3.

Hasil pengukuran terhadap gas yang dikeluarkan dan model konsepsi (measured gas flux and conceptual mode) cenderung memberikan batas atas estimasi masukan masa lumpur-air (lead to a corresponding upper-bound estimate for the mud-water mass flux) sebesar 100.000m3.

Abstrak

Awal Semburan Lusi mud volcano dan dampaknya

LUSI mud volcano telah menyembur sejak Mei 2006 pada wilayah berpenduduk padat, di Kabupaten Sidoarjo (Jawa Timur, Indonesia), menyebabkan dievakuasinya 40.000 warga dan merusak industri, lahan pertanian dan lebih dari 10.000 rumah.

Perilaku semburan dan penurunan intensitas kecepatan ekstrusi lumpur: 180.000m3/hari (Juni 2006) 0 <20.000m3/h tahun 2012

Kecepatan ekstrusi lumpur (Mud extrusion rates) sebesar 180.000m3/hari telah diukur pada bulan pertama dari semburan, selanjutnya menurun menjadi <20.000 m 2012. Pada beberapa tahun terakhir aktivitas telah dicirikan dengan semburan ledakan dengan prioda kehidupan yang pendek (by periodic short-lived eruptive bursts).

Teknologi yang digunakan pengambilan data tahun 2001: high-resolution time-lapse photography, open-path FTIR, and thermal infrared imagery

Pada Mei dan Oktobber 2011, telah didokumentasikan aktivitas pengukuran menggunakan teknologi high-resolution time-lapse photography, open-path FTIR, and thermal infrared imagery.

Selama periode melemah (1-3m) tidak terjadi rembesan gas

Selama perioda tenang selama 1-3 menit, tidak terjadi rembesen gas.

Total gas yang dilepaskan pertahun 800,000 t/tahun uap air, 30,000 t/tahun CO2, 2300 to/tahun gas metan

Diperkirakan bahwa LUSI melepaskan sekitar 800,000 t/tahun uap air (water vapor), 30,000 t/tahun CO2, dan 2300 t/tahun gas metan (methane gas).

Kedalaman inti gas bubble >4000m untuk metan dan 600m CO2. Pengendali utama dari aktivitas peledakan bualan adalah dekompresi dari air mendidih

Kedalaman inti gas bualan > 4000m untuk metan dan sekitar 600m untuk karbon dioksida (Gas bubble nucleation depths are>4000 m for methane and approximately 600 m for carbon dioxide).

Pengendali utama dari aktivitas peledakan bualan adalah dekompresi dari air mendidih (the primary driver of the cyclic bubble-bursting activity is decompressional boiling of water), dimana berawal beberapa puluh meter di bawah permukaan, mengangkat ke atas aliran slug di atas saluran (which initiates a few tens of meters below the surface, setting up slug flow in the upper conduit.).

Batas atas estimasi masukan masa lumpur-air sebesar 100.000m3.

Hasil pengukuran terhadap gas yang dikeluarkan dan model konsepsi (measured gas flux and conceptual mode) cenderung memberikan batas atas estimasi masukan masa lumpur-air (lead to a corresponding upper-bound estimate for the mud-water mass flux) sebesar 100.000m3.

Aspek Penting dan Postur dari Kesimpulan

·      Seperti apa kegiatan di Geyser Lusi?.

Kegiatan Geyser Lusi yang umum, diawali dengan terjadinya mud kick atau mud bubble, baik yang dapat dilihat dengan mata atau tidak? Selanjutnya terjadi pecahnya gelembung secara periodik dengan diameter 3m.

·      Seperti apa Postur dan Perilaku Semburan saat pecahnya gelembung secara periodik?

Pecahnya gelembung telah memicu air mancur lumpur (trigger mud fountains) dengan tinggi 10 m, dan memiliki panjang periode diam reguler (regular quiescent periods)  sekitar 1-3 menit.

·      Apa Komposisi gas?

Komposisi gas yang telah dilepaskan ke atmosfer selama ledakan gelembung lumpur, terdiri dari 98 % uap air (98 mol % water vapor), 1,5% karbon dioksida (1.5 mol % carbon dioxide), dan 0,5 %  mol metana (0.5 mol % methane).

·      Apakah ada gas disemburkan pada masa diam?

Selama fase diam  (quiescent intervals) tidak ada fluks gas yang dideteksi (there is no detectable gas flux)

.

·      Berapa total gas yang dilepaskan ke atmosfer pertahun?

LUSI melepaskan gas ke atmosfer sekitar 800.000 ton/tahun uap air (water vapor),  30.000 ton/tahun CO2 (carbon dioxide), dan 2.300 ton/tahun metana (methane).

·      Berapa ambang batas lumpur-air dari aliran slug?

Batas atas fluks lumpur-air pada 100.000M3/h (an upper-bound on orresponding mud-water flux at 10 ⁵ m3/d.).

·      Bagaimana mekanisme pengendali pemecahan gelembung gas?

Pengendali mekanisme utama untuk aktivitas pemecahan gelembung bersiklus (the primary driving mechanism for the observed cyclic bubble-bursting activity), adalah pendidihan “decompressional” air dalam sistem  (is decompressional boiling of the water in the system).

Dimana berawal pada puluhan meter di bawah permukaan (initiates tens of meters below the surface).

Pendahuluan: Lusi mud volcano

Istilah LUSI yang dianut?

Nama gunung lumpur LUSI berasal dari kontraksi terminologi lumpur Sidoarjo Indonesia, yang berarti '' lumpur Sidoarjo, yakni, nama kabupaten di mana gunung berapi lumpur berada (Gambar 1).

Lusi salah satu dari keluarga besar mud volcano di Jawa Timur

Lusi adalah bagian dari sekelompok gunung lumpur aktif dan purba (Lusi is part of a cluster of active and ancient mud volcanoes).

Yang tersebar di Jawa Timur, maupun di Pulau Madura (scattered over eastern Java as well as on the island of Madura) Gambar 1).

Awal kejadian Lusi

Keluarnya Lumpur (Mud effusion) pada LUSI dimulai pada pagi hari tanggal 29 Mei 2006.

Tidak ada dokumentasi yang pernah merekam terjadinya mud volkanisme sebelumnya.

Lokasi di mana Lusi dilahirkan, diyakini tidak ada sejarah vulkanik lumpur yang terjadi sebelumnya didokumentasikan (in a location where no historical mud volcanism has been documented).

Didekat Lusi telah didokumentasikan mud volcano yang aktif atau purba

Meskipun secara sejarah, telah didokumentasikan gunung keberadaannya lumpur di dekat lokasinya, dan saat ini semburan lumpur sedang berlangsung pada jarak 25 km LUSI.

Keunikan LUSI pada beberapa aspek, sulit dicarikan tandingannya!

LUSI adalah unik dalam berbagai aspek (LUSI is unique in multiple aspects):

Kecepatan aliran puncak memegang rekor tertinggi dari sejarah mud volcano

Kecepatan aliran lumpur sebesar 180.000 M3/hari, yang diukur pada bulan September 2006, merupakan yang tertinggi.

Dari yang pernah tercatat di seluruh gunung berapi lumpur yang pernah eksis di dunia (Peak flow rates of 180,000 m3d, measured in September 2006, are the highest ever recorded at a mud volcano ) [misalnya, Mazzini et al, 2007; Davies et al, 2007, 2011]; pada 2011,

Memberikan implikasi pada kerusakan fisik dan sendi-sendi kehidupan warga terdampak

Pada tahun 2011, diperkirakan 40.000 orang telah direlokasi akibat lumpur mengalir masuk ke daerah-daerah yang dihuni, dan sekitar $ 300 juta USD (2,7 triliun rupiah Indonesia) telah dibayarkan sebagai kompensasi atas hilangnya tanah, bangunan, dan infrastruktur [Richards 2011];

 Daerah yang terkena dampak dan dilindungai oleh tanggul lingkar luar, salah satu terbesar di Bumi ini

Daerah yang terkena dampak oleh aliran lumpur (the area affected by the mud flows,), sebagian besar dilindungan oleh sistem tanggul buatan. Di sisi barat mencapai 12 m, 6,2 km2  (largely bound by an artificial levee system reaching 12 m high on its western side, is 6.2 km2) (per Februari 2012; Gambar 2).

Hal ini telah menempatkan  LUSI menjadi salah satu gunung lumpur yang terbesar yang diketahui di Bumi ini (making LUSI one of the largest known mud volcanoes on Earth.).

LUSI sebagai sedimen induk sistem hidrotermal (LUSI a sediment-hosted hydrothermal system)

Mazzini et al. [2012] mendalilkan bahwa fitur unik ini dihasilkan dari fakta bahwa LUSI bukan sebagai gunung lumpur lumpur yang lumrah (postulated that these unique features result from the fact that LUSI is not a mud volcano sensu stricto).

Namun beralasan, bahwa LUSI pada hakekatnya sebagai suatu sedimen yang berperan sebagai induk dari sistem hidrotermal (LUSI instead represents a sediment-hosted hydrothermal system)

Intensitas Geyser Lusi aalnya 40.000 menjadi 120000-180.00me/hari

Mazzini et al. [2007] menunjukkan bahwa masa yang dikeluarkan pada awal semburan relatif rendah lebih rendah 40.000 M3/h (that mass fluxes were relatively low early in the eruption).

Munculnya perilaku geyser dengan kecepatan aliran tertinggi 180.000m3/h

Dari 29 Mei - 1 Agustus 2006 diikuti oleh perilaku ''seperti geyser '' yang kuat pada paruh kedua tahun 2006 (followed by strong ‘‘geyser-like’’ behavior in the second half of 2006).

Dengan  kecepatan  aliran puncak mencapai 120.000-18 0.000m3/h (in the second half of 2006 and peak flow rates of 120.000–180.000m3/h).

Sistem semburan bersiklus sebagai perilaku hidrotermal

Para penulis tersebut juga melaporkan perilaku bersiklus  (pulsatory behavior) pada bulan Agustus dan September 2006.

Dengan periode waktu berhenti selama 30 menit, dan sekali lagi berlangsung pada bulan Februari 2007, dengan jangka waktu 1,5 jam.

Sehingga sistem semburan ditafsirkan sebagai ''perilaku quasi-hydrothermal”.

Penurunan Intensitas semburan yang signifikan tahun 2011

Pada Juni 2007, volume laju aliran masih sekitar 110.000 M3/H (In June 2007, volume flow rates were still approximately 110,000 m3d).

Selanjutnya  dipahami secara umum bahwa hingga Oktober 2011 intensitas semburan telah mengalami penurunan <20.000 M3/H (in a general sense, been decreasing to<20,000 m3d as of October 2011) [Mazziniet al, 2007, 2012.; Penelitian ini].

Perubahan komposisi volatil gas dari Pusat Semburan

Percontohan langsung gas yang dipancarkan oleh  LUSI by Mazzini et al. [2007, 2012] mengungkapkan, bahwa komposisi volatil yang dilepaskan dari kawah utama mungkin telah berubah sedikit dari kondisi  awal (that the composition of volatiles released from the main vent may have changed slightly since its inception).

Pada masa awal semburan, telah diukur adanya konsentrasi hidrogen sulfida (H2S) yang sangat tinggi (Early in the eruption, very high concentrations of hydrogen sulfide (H2S) were measured).

Hingga mencapai 500 ppm hari sebelum terjadinya semburan di dekat anjungan pemboran (yang memaksa dilakukan evakuasi sementara) (up to 500 ppm the day before the eruption at a nearby drill rig (which forced its temporary evacuation).

Kemudian menjadi hanya sebesar 35 ppm pada hari inisiasi letusan (35 ppm on the day of eruption initiation) [Mazzini et al., 2007; Sawolo et al., 2009].

Pada tahun 2007, konsentrasi H2S telah turun di bawah tingkat deteksi (0,5 ppm) (By 2007, H2S concentrations had fallen below detection levels (0.5 ppm)..

Dominasi volatil CO2

Karbon dioksida, CO2, adalah spesies karbon volatil yang dominan (Carbon dioxide, CO2, is the dominant volatile carbon species).

Gas lainnya dalam jumlah lebih sedikit

Bersama gas lainnya dengan jumlah yang lebih kecil dari metana, CH4, dan LUSI hidrokarbon yang lebih tinggi (along with smaller amounts of methane, CH4, and higher LUSI hydrocarbons).

Peningkatan rasio CO2/CH4

Rasio volume CO2/CH4 dilaporkan pada tahun 2006 dan 2007 adalah 2-4 ((The CO2/CH4volume ratios reported for 2006 and 2007 were 2–4).

Rasio meningkat menjadi 7-11 pada tahun 2008 dan 2010 (and the ratio increased to 7–11 in 2008 and 2010) [Mazzini et al., 2007, 2012].

Kontras untuk rembesan atau pusat semburan sekunder (Bualan)

Namun sangat kontras dimana dari  tahun 2006-2011, rembesan gas dari titik semburan satelit Lusi didominasi oleh gas metan (By contrast, from2006 to 2011, gas seeps from LUSI’s satellite vents were methane-dominated) [Mazzini et al., 2007, 2012].

Keseimbangan pusat semburan didominasi CO2 dan Semburan satelit didominasi gas metan

Dengan demikian dari keseimbangan hasil pekerjaan terdahulu, ditentukan bahwa pada kawah utama telah didominasi oleh karbon dioksida (the main vent has generally been carbon dioxide-dominated) [Mazzini et al., 2007, 2012].

Sedangkan kawah satelit didominasi oleh metan (whereas satellite vents have been methane-domin).

Konstrain masa/volume gas dan konsentrasi  uap air dari studi

Masa gas atau volume keluaran (Gas mass or volume

fluxes) tidak dihasilkan dari analisis titik contoh (cannot be derived from these point-sample analyses), dan konsentrasi uap air di semburan gas Lusi tidak diukur dari studi ini.

Tujuan dari studi

Tujuan dari studi ini terdiri dari dua bagian:

(1) menentukan, dengan temporal resolusi tinggi (determine, at high temporal resolution), komposisi dan keluaran harian dari gas-gas dihasilkan oleh Lusi mud volcano, di Jawa, Indonesia (the composition and daily flux of gases emitted by the LUSI mud volcano (East Java, Indonesia). Baik selama dan diantara periode ledakan semburan (both during and between periodic eruptive bursts);

Dan (2) menggunakan hasil pengukuran dari gas yang dilepaskan ke permukaan (use these measurements of gas release at the surface) untuk menguraikan suatu model konsepsi dari mekanisme pengendali semburan pada ledakan berperiodik (to

derive a conceptual model of the eruption mechanisms controlling periodic bursts).

Didasarkan pada properti-properti termodinamika dari pengukuranspesies fluida dan  perilaku yang diketaui dari tipe sistem multiphase ini (based on the thermodynamic properties of the measured fluid species and known behavior of multiphase systems of this type).