Pengertian dan Komponen Sistem Panas Bumi

Pengertian

Sistem panas bumi (geothermal system) secara umum dapat diartikan sebagai sistem penghantaran panas di dalam mantel atas dan kerak bumi dimana panas dihantarkan dari suatu sumber panas (heat source) menuju suatu tempat penampungan panas (heat sink). Dalam hal ini, panas merambat dari dalam bumi (heat source) menuju permukaan bumi (heat sink).

Sumber gambar:  http://geothermal.marin.org/GEOpresentation/sld00x.htm

Proses penghantaran panas dalam sistem panas bumi melibatkan fluida termal yang bisa berupa batuan yang mencair, gas, uap, air panas, dan lain-lain. Dalam perjalanannya, fluida termal yang berupa uap dan atau air panas  dapat tersimpan dalam suatu formasi batuan yang berada di antara sumber panas dan daerah tampungan panas. Formasi batuan ini selanjutnya dikenal sebagai reservoir.

Sistem panas bumi yang terpengaruh kuat oleh adanya uap dan atau air panas di dalamnya disebut sebagai sistem hydrothermal. Sistem ini sering berasosiasi dengan pusat-pusat vulkanisme atau gunung api. Jika fluida magmatik dari gunung api lebih mendominasi sistem hidrotermal, maka sistem ini dikenal sebagai sistem vulkanik hidrotermal (volcanic hydrothermal system). Sistem panas bumi dapat berada di daerah bermorfologi datar (flat terrain) dan dapat pula berada di daerah bermorfologi curam/lereng (step terrain). Di Indonesia, sistem panas bumi yang umum ditemukan adalah sistem hidrotermal yang berasosiasi dengan pusat vulkanisme pada daerah bermorfologi curam/lereng (step terrain).

Selain sistem hidrotermal, terdapat pula jenis lain dari sistem panas bumi, seperti: hot dry rock system (HDR system), geopressured system, heat sweep system, dll.

Komponen-Komponen Sistem Panas Bumi

Dalam tulisan ini selanjutnya sistem panas bumi akan mengacu kepada sistem hidrotermal, karena sistem inilah yang paling umum ditemukan di Indonesia. Sistem hidrotermal didefenisikan sebagai jenis sistem panas bumi dimana transfer panas dari sumber panas menuju permukaan bumi adalah melalui proses konveksi bebas yang melibatkan fluida meteorik dengan atau tanpa jejak fluida magmatik. Fluida meteorik contohnya adalah air hujan yang meresap jauh ke bawah permukaan tanah.

Komponen-komponen penting dari sistem hidrotermal adalah: sumber panas, reservoir dengan fluida termal, daerah resapan (recharge), daerah luahan (discharge) dengan manifestasi permukaan.

1. Sumber Panas

Sepanjang waktu panas dari dalam bumi ditransfer menuju permukaan bumi, dan seluruh muka bumi menjadi tempat penampungan panas (heat sink). Namun begitu, di beberapa tempat energi panas ini dapat lebih terkonsentrasi dan melebihi jumlah energi panas per satuan luas yang rata-rata ditemui.

Gunung api merupakan contoh dimana panas terkonsentrasi dalam jumlah besar. Pada gunung api, konsentrasi panas ini bersifat intermittent yang artinya sewaktu-waktu dapat dilepaskan dalam bentuk letusan gunung api. Berbeda dengan gunung api, pada sistem panas bumi konsentrasi panas ini bersifat kontinu. Namun demikian, pada kebanyakan kasus, umumnya gunung api baik yang aktif maupun yang dormant, adalah sumber panas dari sistem panas bumi. Hal ini umum ditemui di Indonesia dimana sistem panas buminya adalah sistem hidrotermal yang berasosiasi dengan pusat-pusat vulkanisme atau gunung api. Dalam hal ini, gunung api menjadi penyuplai panas dari sistem panas bumi di dekatnya.

Oleh karena gunung api merupakan sumber panas potensial dari suatu sistem panas bumi, maka daerah yang berada pada jalur gunung api berpotensi besar memiliki sistem panas bumi temperatur tinggi (di atas 225 Celcius). Itulah alasan Indonesia memiliki potensi energi panas bumi atau geothermal terbesar di dunia karena berada di jalur Cincin Api Pasifik (Pacific Ring of Fire). Cincin Api Pasifik dapat memberikan berkah bagi penghuninya seperti potensi energi panas bumi ini, tapi pada saat yang sama dapat pula memberikan ancaman bencana (seperti ancaman gempa dan letusan gunung api). Kita harus bijak untuk memanfaatkan berkah yang diberikan, dan juga untuk bersiap meminimalisir segala dampak dari setiap ancaman bencana yang juga diberikan oleh Cincin Api Pasifik ini.

Daerah lain yang berpotensi menjadi sumber panas adalah: daerah dengan tekanan litostatik lebih besar dari normal (misal pada geopressured system), daerah yang memiliki kapasitas panas tinggi akibat peluruhan radioaktif yang terkandung di dalam batuan, daerah yang memiliki magmatisme dangkal di bawah basemen. Namun pada kasus-kasus ini, intensitas panasnya tidak sebesar panas dari gunung api.

2. Reservoir

Reservoir panas bumi adalah formasi batuan di bawah permukaan yang mampu menyimpan dan mengalirkan fluida termal (uap dan atau air panas). Reservoir biasanya merupakan batuan yang memiliki porositas dan permeabilitas yang baik. Porositas berperan dalam menyimpan fluida termal sedangkan permeabilitas berperan dalam mengalirkan fluida termal.

Reservoir panas bumi dicirikan oleh adanya kandungan klorida (Cl) yang tinggi dengan pH mendekati normal, adanya pengayaan isotop oksigen  pada fluida reservoir jika dibandingkan dengan air meteorik (air hujan) namun di saat bersamaan memiliki isotop deuterium yang sama atau mendekati air meteorik, adanya lapisan konduktif yang menudungi reservoir tersebut di bagian atas, dan adanya gradien temperatur yang tinggi dan relatif konstan terhadap kedalaman.

Reservoir panas bumi bisa saja ditudungi atau dikelilingi oleh lapisan batuan yang memiliki permeabilitas sangat kecil (impermeable). Lapisan ini dikenal sebagai lapisan penudung atau cap rock. Batuan penudung ini umumnya terdiri dari mineral-mineral lempung yang mampu mengikat air namun sulit meloloskannya (swelling). Mineral-mineral lempung ini mengandung ikatan-ikatan hidroksil dan ion-ion seperti Ka dan Ca sehingga menyebabkan lapisan tersebut menjadi sangat konduktif. Sifat konduktif dari lapisan ini bisa dideteksi dengan melakukan survei geofisika seperti survei Magneto-tellurik (MT) sehingga posisi lapisan konduktif ini di bawah permukaan dapat terpetakan. Dengan mengetahui posisi dari lapisan konduktif ini, maka posisi reservoir dapat diperkirakan, karena reservoir panas bumi biasanya berada di bawah lapisan penudung yang bersifat konduktif ini.

3. Daerah Resapan (Recharge)

Daerah resapan merupakan daerah dimana arah aliran air tanah di tempat tersebut bergerak menjauhi muka tanah. Dengan kata lain, air tanah di daerah resapan bergerak menuju ke bawah permukaan bumi.

Dalam suatu lapangan panas bumi, daerah resapan biasa berada pada elevasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan elevasi dari daerah dimana sumur-sumur produksi berada. Daerah resapan juga ditandai dengan rata-rata resapan air tanah per tahun yang bernilai tinggi.

Menjaga kelestarian daerah resapan penting artinya dalam pengembangan suatu lapangan panas bumi. Menjaga kelesatarian daerah resapan berarti juga menjaga keberlanjutan hidup dari reservoir panas bumi untuk jangka panjang. Hal ini karena daerah resapan yang terjaga dengan baik akan menopang tekanan di dalam formasi reservoir karena adanya fluida yang mengisi pori di dalam reservoir secara berkelanjutan. Menjaga kelestarian daerah resapan juga penting artinya bagi kelestarian lingkungan hidup. Sehingga dalam hal ini dapat dikatakan juga bahwa pengembangan panas bumi sangat bersahabat dengan lingkungan (ramah lingkungan).

4. Daerah Discharge dengan Manifestasi Permukaan

Daerah luahan (discharge area) merupakan daerah dimana arah aliran air tanah di tempat tersebut bergerak menuju muka tanah. Dengan kata lain, air tanah di daerah luahan akan bergerak menuju ke atas permukaan bumi. Daerah luahan pada sistem panas bumi ditandai dengan hadirnya manifestasi di permukaan. Manifestasi permukaan adalah tanda-tanda yang tampak di permukaan bumi yang menunjukkan adanya sistem panas bumi di bawah permukaan di sekitar kemunculannya.

Manifestasi permukaan bisa keluar secara langsung (direct discharge) seperti mata air panas dan fumarola. Fumarola adalah uap panas (vapor) yang keluar melalui celah-celah batuan dengan kecepatan tinggi yang akhirnya berubah menjadi uap air (steam). Tingginya kecepatan dari fumarola sering kali menimbulkan bunyi bising.

Manifestasi permukaan juga bisa keluar secara terdifusi seperti pada kasus tanah beruap (steaming ground) dan tanah hangat (warm ground), juga bisa keluar secara intermittent seperti pada manifestasi geyser, dan juga bisa keluar secara tersembunyi seperti dalam bentuk rembesan di sungai.

Secara umum, manifetasi permukaan yang sering muncul pada sistem-sistem panas bumi di Indonesia adalah: mata air panas, fumarola, steaming ground, warm ground, kolam lumpur panas, solfatara, dan batuan teralterasi. Solfatara adalah uap air (steam) yang keluar melalui rekahan batuan yang bercampur dengan H2S, CO2, dan kadang juga SO2 serta dapat mengendapkan sulfur di sekitar rekahan tempat keluarnya. Sedangkan batuan teralterasi adalah batuan yang terubahkan karena adanya reaksi antara batuan tersebut dengan fluida panas bumi.

Mata air panas sebagai salah satu bentuk manifestasi panas bumi.

Seepage yang muncul di danau sebagai bentuk lain dari manifestasi panas bumi.

Jika Anda tertarik untuk mengenal berbagai sistem panas bumi di Jawa - Indonesia, berikut saya sertakan link ke paper saya dkk yaitu: Green Field Geothermal Systems in Java, Indonesia.

Penulis: Robi Irsamukhti, S.Si, M.T. 

Copyleft

Silahkan mengutip dan menyebarkan materi ini selama menyebutkan penulis dan sumbernya.