Universitas Gadjah Mada 43

Transkripsi

1 6) Silikat Sekunder 6.1) Struktur Struktur lempung silikat serupa dengan struktur silikat primer eg. silikat lembaran (sheet silicate). Mineral sekunder terdiri atas lembaran silikon tetrahedral, lembaran aluminium hidroksida, dan atau lembaran magnesium hidroksida. Pada kondisi pelapukan Iemah, mineral sekunder dapat merupakan warisan berupa fragmen berukuran koloid dari lapisan silikat primer sepert mika. Dibawah lingkungan pelapukan yang lebih kuat, mineral primer dapat mengalami transformasi menjadi mineral lempung sekunder, sebagaimana terbentuknva hidrous-mica dan vermicullite akibat terlindinya K (interlayer) dari mika primer. Neoformasi mineral lempung adalah pertanda akan pelapukan yang sangat intensif dimana mineral yang terbentuk samasekali berbeda dengan mineral semula. Berikut ini adalah beberapa mineral lempung terpenting di dalam tanah: Kaolinite Kaolinite terdiri atas satu tetrahedral berikatan dengan satu oktahedral dan karena itu digolongkan sebagai lempung silikat tipe 1:1. Dua permukaan dari mineral 1:1 terbentuk oleh ion yang berbeda. Satu terdiri atas oksigen tetrahedral dan yang lain adalah ion hidroksida kepunyaan lembaran oktahedra. Apabila lembaran 1:1 berada dalam satu tumpukan, ion OH - dari satu lembaran terletak berdampingan dan rapat dengan lapisan O 2-, tetangganya. Dengan pengaturan semacam ini, muatan positif dari ion H + di dalam lapisan OH - menimbulkan daya tarik kuat untuk oksigen negatif dari lembaran tetangga. Universitas Gadjah Mada 43

2 Dengan cara ini struktur kaolinite amat kuat dan rapat sehingga molekul air tidak mampu menerobos struktur. Hal inilah varg menyebabkan kolinite tergolong mineral yang tidak mengembang (non-expanding mineral). Sifat ini pula yang menjelaskan mengapa pada pembasahan kaolinite tidak mengembang dan pada pengeringan tidak mengerut. Kaolinite mempunyai ukuran (basal spacing) 0.72 nm. yang tergolong kecil dibandingkan dengan mineral lempung yang lain. Montmorillonit (kelompok smectite) Lempung silikat ini terbentuk oleh kristalisasi dari larutan yang mengandung silika dan magnesium tinggi. Montmorillonit mempunyai struktur lapisan 2:1. Semua tetrahedral mengandung ion Si 4+. Aluminium biasanya terdapat pada lembaran tengah (oktahedral) tetapi lebih kurang 1/8 dari oktahedral ini mengandung Mg 2+. Muatan negatif yang timbul akibat substitusi Al oleh Mg dinetralisir oleh berbagai kation terhidrat yang terjerap pada permukaan lembaran aktahedral. Kekuatan ikatan antara katian dan lembaran tadi tidak begitu kuat tergantung iumlah air yang tersedia. Dalam keadaan kering daya ikatan reklatif kuat. Tetapi pada kondisi basah, air akan menyusup kedalam ruang antar lapisan (interlayer space) yang menyebabkan lempung mengembang secara dramatis. Sifat khas montmorillonit adalah total luas permukaan yang tinggi sehingga daya serap air dan ion serta kapasitas pertukaran ion juga tinggi dimensi unit struktur pada kelompok smectite berkisar antara nm atau lebih. STRUKTUR UMUM MONMORILLONIT Universitas Gadjah Mada 44

3 Vermiculite Lempung ini mempunyai struktur 2:1 serupa mika. Vermiculite mengandung salah satu Al 3+ atau Mg 2+ dan Fe 2+ sebagai ion oktahedral, dan pada tetrahedral terdapat Al 3+ sebagai substitusi dari sebagian ion Si 4+. Vermiculite berbeda dengan mika karena mineral lempung ini pada ruang antara lapisan (interlayer space) mengandung kation terhidrat bukan K + sebagaimana pada mika. Ikatan lemah yang tercipta memungkinkan vermiculite untuk mengembang pada pembasahan. Pengembangan pada vermiculite tidak hebat pada monmorillonite. Tidak seperti montmorillonite dan kaolinite, vermiculite tidak terbentuk lewat kristalisasi dari larutan tetapi terbentuk lewat alterasi atau pergantian ion secara selektif di dalam struktur tanpa merusak struktur (e.g. mika mengalami alterasi menjadi vermiculite). Jarak unit struktur berkisar antara nm atau lebih. Universitas Gadjah Mada 45

4 Illite (Hydrous mica) Illite dikenal juga sebagai mika-hidrat (hydrous mica) adalah mineral lempung tipe 2:1 yang mengandung K + pada ruang antara lapisan dalam jumlah cukup untuk membatasi pengembangan pada pembasahan. Kandungan K + pada illite tidak setinggi pada mika. pembentukan illite sangat didukung pada kondisi pada sedimen kaya K. Proses pembentukan illite diawali K + menggantikan kation interlayer pada montmorillonite atau vermiculite, dan disempurnakan bilamana terdapat panas dan tekanan yang menyebabkan terjadinya dehidrasi sehingga lempung beralih menjadi bentuk yang tidak rnengembang (non-expanding clay). Illite banyak dijumpai di dalam tanah dengan ketebalan (basal spacing) sekitar 1.0 nm. Universitas Gadjah Mada 46

5 Chlorite Kelompok ini mencakup serangkaian mineral yang mempunyai karakteristik utama yang sama mempunyai struktur 2:1, dan tidak mengembang (nonexpanding). Chlorite berbeda dengan mineral lempung 2:1 yang lain dalam satu sifat unik, yaitu stabil dan unit oktahedral bermuatan positif. Lembaran oktahedral terdiri atas dua lapisan ion OH - yang berikatan dengan Mg 2+, Fe 2+, atau Al 3+ sebagai ion pusat sehingga lembaran oktahedral netto bermuatan positif. Karena chlorite mengandung dua lembaran oktahedral maka disebut juga mineral 2:1:1. Ketebalan lapisan chlorite adalah 1.4 nm. Universitas Gadjah Mada 47

6 Allophane Penggolongan allophane kurang begitu pasti, suatu ketika dikelompokan ke dalam mineral lempung tetapi pada kesempatan lain digolongkan ke dalam hidroksida. Struktur mineral lemah e.g. mempunyai karakteristik amorf dan mengandung silika dan hidroksida. Mineral ini banyak dijumpai di dalam tanah yang berkembang dari deposit abu volkan. Rumus struktur allophane dituliskan sbb: Si 3 Al 4 O 12.nH 2 O, silikat lain yang serupa yaitu imogolite dengan rumus: Si 2 Al 4 O 10.5H 2 O. Satu hal yang perlu diingat bahwa mineral lempung jarang sekali terdapat dalam bentuk murni tetapi berbaur dengan mineral-mineral lain yang telah dibahas di atas. 6.2) Sifat-Sifat Silikat Sekunder Mineral lempung memperlihatkan perbedaan dalam kapasitas mengembang dan mengerut. Kaolinite, illite dan chlorite tergolong mineral lempung yang tidak mengembang (non-expanding), sedangkan yang lain termasuk golongan mineral lempung yang mempunyai sifat mengembang dan mengerut tinggi. Pada kaolinite ikatan (bonding) kuat karena ikatan kuat H-OH antar lapisan. Ikatan antar lapisan (interlayer) pada illite kebanyakan oleh ion K + yang relatif kuat. Montmorillonite dan vermiculite mempunyai ikatan yang lemah sampai sangat lemah karena keterdapatan berbagai kation diruang antar Universitas Gadjah Mada 48

7 lembaran, dan oleh karenanya memperlihatkan pengembangan kuat terutama dalam kondisi basah. Pada chlorite ikatan sedang sampai kuat karena lapisan oktahedral bermuatan positif. Sifat mineral lempung diringkas dalam tabel 6.1. dibawah ini: Makin kecil ukuran partikel akan makin besar rasio permukaan terhadap volume. Ini berarti luas permukaan spesifik (specific surface area) semakin tinggi dengan makin kecilnya ukuran pertikel. Luas permukaan spesifik rendah untuk kaolinite dan illite, dan tinggi untuk montmorillonite, vermiculite dan allophane. Hal ini disebabkan luas permukaan spesifik sebenarnya terdiri atas luas permukaan luar ditambah luas permukaan antar lembaran yang disebut juga luas permukaan dalam (internal surface). Sebagai contoh, pasir kasar mempunyai luas permukaan spesifik sekitar 0.01 m 2 /g, pasir halus 0.1 m 2 /g, debu ~0.1-1 m 2 /g, dan asam humat m 2 /g (White, 1987). Kapasitas pertukaran kation (KPK) cukup beragam di dalam dan antar kelompok mineral. Sebagai contoh, KPK kaolinite, illite, dan chlorite rendah sedangkan KPK montmorillonite Universitas Gadjah Mada 49

8 dan vermiculite tinggi. Asam humat (humic acid) memperlihatkan KPK tertinggi sekitar cmol/kg. Terdapat dua mekanisme yang menentukan KPK dimana keduanya berkaitan dengan muatan negatif lempung silikat. Mekanisme pertama disebabkan tidak terpuaskannya valensi pada tepi patahan lembaran silika dan alumina. Juga permukaan luar yang datar mempunyai gugus oksigen dan hidroksil yang tersingkap, yang berlaku sebagai tapak bermuatan negatif. Terutama pada ph tinggi, hidrogen dari hidroksil ini sedikit terdisosiasi dan permukaan koloid menjadi bermuatan negatif yang disandang oleh oksigen. Pada tanah masam sedang sampai sangat masam, hidrogen ternyata diikat dengan kuat dan tidak mudah ditukar oleh kation lain. Besarnya muatan tergantung ph ini berbeda tergantung tipe koloid lempung. Pada tipe mineral 1:1 hampir semua muatan tergantung ph, tetapi hanya sekitar seperempat pada tipe mineral lempung 2:1. Kapasitas pertukaran kation tanah yang kandungan mineral lempung 2:1 tinggi bersumber terutama dari substitusi isomorf. Tapak bermuatan negatif ini tidak terpengaruh ph dan menjadi sumber muatan permanen. Pada mineral lempung kaolinite dimana substitusi isomorf absen sehingga tapak pertukaran terbatas pada bagian tepi patahan kristal dan karena itu KPK kecil. Dilain pihak, pada montmorillonite dan vermiculite substitusi isomorf relatif tinggi menghasilkan tapak pertukaran yang besar sehingga KPK tinggi. Flokulasi dan dispersi Flokulasi dan dispersi merupakan sifat penting berikutnya bagi mineral lempung. Flokulasi adalah proses dimana partikel menggumpal membentuk aggregat. Tingkat dari ketahanan agregat tergantung jenis ion yang terdapat dalam partikel yang bersangkutan. Sebagai contoh, kalsium dan hidrogen cenderung untuk meningkatkan flokulasi. Dispersi ditakrifkan sebagai proses yang menyebabkan partikel tetap berada dalam keadaan terpisah satu dengan yang lain. Fungsi ini dilakukan oleh ion kalium dan natrium. Dengan demikian tergantung dari jenis kation yang dominan di dalam tanah, maka zarah-zarah tanah dapat berada dalam keadaan teraggregasi atau terdispersi. Lempung yang jenuh natrium mempunyai lapisan rangkap listrik (electric double layer) yang tebal mengelilingi ion, ini berarti lempung tetap tersuspensikan. Kalsium menekan lapisan rangkap dan dengan demikian mendorong flokulasi, sementara ion bervalensi tiga (tri-) atau empat (tetravalent) lebih efisien lagi dalam mendorong flokulasi. Translokasi lempung sangat erat kaitannya dengan flokulasi dan dispersi. Translokasi lempung hanya mungkin apabila lempung terlebih dahulu berada dalam keadaan terdispersi serta tetap berupa suspensi selama dalam proses transportasi mengikuti gerakan air dalam pori dan retakan tanah. Universitas Gadjah Mada 50

9 6.3) Pembentukan Lempung Silikat Pada umumnya kaolinite dan montmorillonite bersumber dari hasil pelapukan. Illite (hydrous mica) terbentuk karena alterasi vermiculite atau montmorillonite, demikian juga pembentukan vermiculite merupakan hasil alterasi mika atau mika hidrat. Chlorite terbentuk dari hasil alterasi vermiculite dan montmorillonite. Tahapan pelapukan disajikan dalam Tabel 6.2. Dari tabel di atas jelaslah bahwa komposisi larutan tanah sangat tergantung dari jenis mineral yang mengalami pelapukan. Tahap pertama mineral primer terlapuk/ terlarutkan dan mineral sekunder dapat terbentuk daripadanya. Pelindian unsur misalnya kalsium, magnesium, natrium, kalium, dan silika mendukung proses transformasi berikutnya. Kehilangan silika terlarutkan secara berangsur mengakibatkan pembentukan dan menghilangnya lempung dengan urutan yang teratur, mulai dengan lempung yang mengandung silika tertinggi dan berakhir dengan lempung yang tidak mengandung silika e.g. oksida terhidrat. Dalam jangka waktu panjang terbukti lempung yang terbentuk pertama tidak stabil, mengalami dekomposisi dan digantikan oleh mineral lempung sekunder yang lebih Universitas Gadjah Mada 51

10 stabil. Pada umumnya, pertama kali terbentuk mineral lempung 2:1. Oksida besi mungkin juga timbul pada awal pelapukan dan karena stabilitas yang sangat tinggi mineral ini bertahan hampir selamanya pada lingkungan pelapukan. Dengan berlanjutnya pelapukan, lempung kaolinit muncul yang kemudian juga mengalami dekomposisi. Silika yang terbebaskan terlindi dan aluminium kemudian beralih bentuk menjadi oksida terhidrat, biasanya gibbsite (AlOOH). Mineral ini cenderung bertahan sebagai hasil akhir dari proses pelapukan intensif dan lempung silikat. Tahapan pelapukan merupakan proses yang terkait waktu, dimana kecepatan pelapukan terutama tergantung faktor iklim (temperatur dan curah hujan). Pelapukan mineral silikat dan sintesis lempung berlangsung terbatas pada kondisi iklim kering dan dingin, tetapi berlangsung cepat pada daerah hangat dan basah sebagaimana di daerah tropis. Rentang waktu yang diperlukan untuk berlangsungnya pelapukan sempurna disajikan pada tabel 6.2. di atas. Arti penting dalam pedologi Bentukan lempung (argillans) sering menunjukan warna yang berbeda dengan S- matriks pada gumpal tanah (ped). Selaput lempung ini mudah diamati pada tanah pasiran atau geluhan (loamy), tetapi sukar dibedakan dari permukaan cermin sesar (slickenside) pada tanah lempungan. Pada notasi horizon, akumulasi lempung silikat ditandai oleh huruf t yang menunjukkan ada selaput lempung pada permukaan ped dan/atau pori. Selaput lempung mungkin terbentuk oleh proses illuviasi atau migrasi didalam horizon yang bersangkutan. Apabila tendapat cermin sesar, yang terbentuk akibat gesekan (ped) pada saat tanah mengembang karena pembasahan (sifat vertik) maka diberi tanda dengan huruf ss. Universitas Gadjah Mada 52