Universitas Gadjah Mada 22

Transkripsi

1 4) Bahan Mineral Penyusun Tanah Mineral Primer Ketebalan kerak bumi berkisar antara km. Dari 88 unsur alamiah pada bumi, hanya 8 merupakan penyusun utama kerak bumi. Kerak bumi dan tanah dirajai oleh asam silisik (silicic acid) dalam kombinasi dengan ion-ion Na, Al, K, Ca, Fe dan O. Tabel memperlihatkan rata-rata kandungan unsur tanah dan batuan kerak bumi, dan faktor perkayaan tanah disajikan. Unsur dengan nilai perkayaan (enrich-ment factor ~ EF) tinggi adalah C, N, S, dan unsur dengan nilai EF rendah adalah Na, Mg, Al, P, Cl, K, Ca, Mn dan Fe. Kelompok yang terakhir penting sebagai hara untuk pertumbuhan tanaman. Universitas Gadjah Mada 22

2 Unsur-unsur tersebut di atas adalah komponen dari mineral primer, sedangkan mineral primer adalah komponen dari batuan induk. Telah diketahui terdapat lebih kurang 3000 mineral, tetapi hanya 20 yang umum dijumpai dan diantaranya hanya 10 yang merupakan penyusun utama (90 %) kerak bumi. Mineral primer ditakrifkan sebagai mineral yang terdapat tetapi tidak terbentuk di dalam tanah. Batasan ini berbeda dengan mineral sekunder yang ditakrifkan sebagai mineral yang terbentuk di dalam tanah. Kebanyakan mineral primer (primary silicates) mempunyai struktur kristalin, i.e. struktur dimana ion tersusun secara teratur dengan pola sebaran berulang. Unit utama pada silikat adalah silikon-oksigen tetrahedral, yang tersusun dengan pusat ion silikon dikelilingi rapat (closely-packed) dan berjarak sama (equally-spaced) oleh 4 ion oksigen. Empat muatan positif dari Si diimbangi oleh 4 muatan negatif dari 4 ion oksigen (O 2 ), satu dari setiap ion, dengan demikian setiap unit tetrahedral mempunyai 4 muatan negatif. Ion yang berada di Universitas Gadjah Mada 23

3 pusat dapat salah satu: Al 3+, Fe 2+, atau Mg 2+. Apabila dalam koordinasi 6 rangkap (six-folded coordination), oksigen membentuk delapan pojok tetrahedral. Apabila terdapat ion yang lebih besar seperti Ca 2+, Na +, atau K +, maka ion-ion ini akan berada pada pusat Master tetrahedral, dengan tiap tetrahedral menyumbang sebagian dari seluruh oksigen yang diperlukan untuk membentuk koordinasi 8- atau 12-rangkap. Dalam pola semacam ini, kation yang lebih besar berlaku sebagai pusat muatan positif yang menarik serta memegang klaster-klaster tetrahedral. Ion-ion yang berada di luar atau diantara unit tetrahedral yang bertetangga disebut ion assesori. Ion-ion Si 4+ dan Al 3+ adalah ion dengan diameter ion kecil dan mempunyai muatan (valence) besar. Secara umum makin kecil diameter ion dan makin besar valensinya akan semakm kuat ikatan antara ion tsb dengan oksigen. Stabilitas mineral memerlukan struktur yang bermuatan listrik netral, e.g. muatan negatif dari O 2- di dalam struktur harus seimbang dengan muatan positif dari kation. Substitusi isomorfus (isomorphous substitution) adalah penggantian ion oleh kation sejenis tetapi valensi lebih rendah, misalnya: Al 3+ menggantikan Si 4+, dan Fe 2+ dan Mg 2+ menggantikan Al 3+. Substitusi ini mengakibatkan ketidakseimbangan muatan listrik. Pada silikat primer, Ca 2+, Na +, K + adalah kation-kation utama yang menetralisir muatan negatif yang timbul sebagai akibat dari substitusi ion. Mineral silikat primer yang terpenting akan dibahas dibawah ini. Universitas Gadjah Mada 24

4 Rangka Silikat (framework silikat) Terdiri atas unit tetrahedral terhubung lewat pojok membentuk struktur 3D yang berkelanjutan. Quartz silikat yang sepenuhnya terdiri atas silikon-oksigen tetrahedral. Kerapatan massa quartz adalah 2.65 g/cm 3 dan quartz mempunyai ketahanan tinggi terhadap abrasi mekanik (mechanical abrasion) dan pelapukan kimia. Quartz sangat umum dijumpai pada batuan beku, batuan sedimen dan batuan metamorfik. Pada feldspars sebagian Si 4+ digantikan oleh Al 3+, yang menyebabkan timbulnya muatan positif yang kemudian diimbangi oleh kation Na +, K + atau Ca 2+. Pada alkali feldspars Na + dan K +, dan pada plagioclase Na + dan Ca 2+ adalah kation-kation asessori yang dominan. Feldspars adalah mineral primer yang sangat dominan (50-60%) dalam kerak bumi. Rantai Silikat (chain silicate) Amphibole dan pyroxene adalah rantai silikat, dimana Si 4+ sebagian digantikan oleh Al 3+, tetapi rantai dipegang oleh ion-ion Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+, Al 3+ dan/atau Ti 3+. Universitas Gadjah Mada 25

5 Pada rantai silikat, unit tetrahedral terhubung satu dengan yang lain dengan berbagi bersama (sharing) dua hari tiga pojok alas untuk membentuk rantai yang berkelanjutan. Pyroxene terdiri atas silika-tetrahedral yang membentuk rantai tunggal, sedangkan amphibole terdiri atas silika tetrahedral rantai rangkap (double chain). Karena ikatan antar rantai tidak terlalu kuat, amphibole dan pyroxene mudah terlapukan. Ortho- dan Cincin silikat (Ortho- and Ring Silicate) Termasuk dalam kelompok ini adalah olivine, zircon, dan titanite. Pada olivine silikontetrahedral tersusun dalam lembaran and terhubungkan oleh ion Mg 2+ dan/atau Fe 2+. Olivine dijumpai pada batuan basalt dan batuan volkanik. Universitas Gadjah Mada 26

6 Lembaran Silikat (sheet silicate) Lembaran silikat terdiri atas tiga lembaran utama: Lembar silikat tetrahedral, terdiri atas silikon tetrahedral terhubung bersamaan dalam pola hexagonal dengan tiga ion oksigen dari tiap tetrahedral dalam bidang yang sama dan semua ion oksigen puncak berada pada bidang ke dua. Dengan demikian lembaran silikon tetrahedral mempunyai pola hexagonal datar dari silicon-oksigen tetrahedral. Lembaran aluminium hidroksida, unit utama dari lembaran ini adalah aluminium-hidroksil oktahedral dimana tiap ion dikelilingi oleh 6 group hidroksil, sedemikian rupa sehingga terdapat dua bidang dari ion-ion hidroksil, dengan bidang yang ketiga mengandung ion aluminium terjepit diantara dua bidang hidroksil tadi. Agar supaya semua valensi dari struktur silikat terpuaskan maka hanya dua dari setiap tiga posisi dalam lembaran aluminium hidroksida ditempati oleh ion aluminium membentuk apa yang disebut struktur dioktahedral (dioctahedral structure) Lembaran Magnesium hidroksida, ini mempunyai struktur yang serupa dengan lembaran aluminium hidroksida tetapi aluminium digantikan oleh magnesium, dan karena magnesium divalent maka semua posisi pada bidang tengah terisikan, membentuk struktur trioktahedral. Pada pyrophyllite, satu lembaran aluminium hidroksida terletak diantara dua lembaran silikon tetrahedral dan dikenal sebagai mineral tipe 2:1. Mika adalah lembaran silikat primer yang paling umum, seperti muskovit (mika putih) dan biotit (mika hitam). Mika mengandung oksigen pada oktahedral sebagaimana juga pada tetrahedral dan keduanya terdapat Universitas Gadjah Mada 27

7 susunan serupa-lembaran (sheetlike arrangement). Oleh karena rasio dua lembaran tetrahedral untuk tiap lembaran oktahedral maka mika disebut mineral 2:1. Mika umumnya dijumpai pada granitik-pegmatit, yang merupakan batuan beku dengan struktur kristalin kasar. Pada muskovit, seperempat ion silikon tersubstitusikan oleh ion aluminium pada lapisan silikon tetrahedral. Ketidak seimbangan muatan dipenuhi oleh kalium. Pada biotit, sekitar sepertiga Fe 2+ disubstitusi oleh Mg 2+. Muatan negatif yang timbul dinetralisir oleh kalium yang bertempat pada ruang antara lapisan yang bertetangga. Oleh karena ikatan kalium lemah maka mudah terjadi pelepasan lapisan. Universitas Gadjah Mada 28

8 4.2) Batuan Induk Watak bahan induk sangat mempengaruhi karakteristik tanah meskipun tanah yang sudah sangat lapuk. Sifat bahan induk yang sangat penting bagi perkembangan tanah adalah komposisi kimiawi dan mineralogi dari bahan induk. Regolith adalah bahan sarang, tidak padu pada permukaan lithosfer. Kebanyakan tanah-tanah di dunia berkembang dari sedimen yang semula berasal dari batuan glacial till, colluvium atau loess. Perkembangan tanah sering terjadi pada campuran bahan induk yang terdiri atas batuan terlapuk dan bahan-bahan sedimen tak padu. Saprolit adalah tanah residual purba dan batuan terlapuk yang terbentuk akibat alterasi batuan menjadi lempung dan bahan residual yang lain. Kenampakan yang menyolok dari saprolit adalah tetap memperlihatkan struktur batuan asal dan bahan ini belum teralih-tempatkan. Bahan residual yang lain meliputi deposit organik yang terdapat di daerah rawa, payau dan gambut. Drainase yang buruk di daerah iklim humid menimbulkan genangan yang mendorong berkembangnya vegetasi yang mampu beradaptasi dengan kondisi lingkungan basah. Istilah rawa umumnya digunakan untuk daerah yang selalu basah (jenih air) dengan vegetasi pepohonan. Komposisi mineral bahan induk sangat menentukan arah perkembangan tanah. Secara umum, makin tinggi kandungan kalsium dan magnesium dan semakin rendah kandungan silisium di dalam bahan induk akan berkembang tanah dengan kejenuhan basa tinggi. Tanah semacam ini sangat produktif karena mempunyai kapasitas pertukaran kation tinggi, yang mampu meningkatkan pertumbuhan tanaman. Lebih lanjut kalsium dan magnesium bersama lempung, oksida besi dan aluminium dan bahan organik akan membentuk aggregat. Pembentukan aggregat ini akan memperbaiki struktur tanah sehingga lebih resisten terhadap erosi ) Batuan Beku Batuan beku terbentuk lewat proses solidifikasi (solidification) dari magma di dalam kulit bumi. Batuan beku biasanya dipilah-pilahkan atas dasar kandungan kuarsa (quartz) dan Ca atau Na/K silikat yang berwarna ringan (cerah). Atas dasar kandungan mineral-mineral tersebut, batuan beku digolongkan batuan masam (acidic rock) apabila kandungan quartz Universitas Gadjah Mada 29

9 dan Ca atau Na/K silikat tinggi (misalnya granit) dan batuan alkalis (basic rock) apabila kandungan quartz dan Ca atau Na/K silikat rendah (misalnya gabbro, basalt). Oleh karena mineral yang terdapat dalam batuan basalt lebih mudah lapuk dibandingkan dengan mineral yang terdapat dalam batuan granit, maka dari batuan basalt akan berkembang tanah dengan tekstur halus dan sebaliknya tanah yang berkembang dari batuan granit biasanya mempunyai tekstur kasar. Pelapukan sempurna dari mineral dalam batuan basalt di daerah tropis humid akan menghasi]kan tanah dengan tekstur lempung sampai lempung berat dengan kandungan basa dan tingkat kesuburan tinggi. Tanah yang berkembang dari batuan induk granit biasanya tekstur kasar dan kurang subur ) Batuan Sedimen Batuan sedimen terdiri atas hasil pelapukan batuan beku dan batuan malihan (metamorfik) yang telah teralih tempatkan oleh angin atau air. Siklus pengangkatan geologi (geologic uplift), pelapukan, erosi dan deposisi bahan-bahan terangkut di sungai, danau atau laut telah menghasilkan lapisan-lapisan yang saling tumpang tindih. Karena pengaruh berat (bobot) dan lapisan atasan, maka lapisan bawahan secara berangsur akan mengeras (padu). Proses ini disebut juga diagenesis yang pada akhirnya akan menghasilkan batuan sedimen. Seringkali terjadi kalsium dan magnesium berfungsi sebagai perekat pada batuan sedimen. Ciri utama batuan sedimen adalah terdapatnya lapisan-lapisan (stratifikasi), batuan Universitas Gadjah Mada 30

10 ini mencakup sekitar 75% permukaan bumi. Terdapat tiga kelompok utama batuan sedimen, yaitu: ) Batuan Sedimen Klastik (clastic sedimentary rocks) Batuan ini terdiri atas fragmen dari mineral-mineral yang tahan lapuk. Tergantung dari ukuran (size) dari bahan terendapkan (conglomerates, sand, silt, clay) dapat terbentuk berbagai batuan sedimen klastik. Beberapa anggota dari kelompok ini antara lain adalah batupasir (sandstone) dengan kandungan quartz > 75% dan apabila melapuk akan menghasilkan tanah pasiran. Graywackes mempunyai kandungan mika dan chlorite tinggi, sedangkan quartzites mempunyai kandungan silicium (Si) tinggi. Batuan sedimen dengan kandungan fraksi lempung tinggi berasal dari deposisi lempung pada aliran air lambat. Lempung akan dibentuk menyerupai lembaran datar dan dengan tekanan akan membentuk lapisan-lapisan lempung yang diketahui sebagai clay slate (shale). Tanah yang berkembang dari bahan induk ini mempunyai kandungan basa tinggi tetapi kurang permeabel karena kandungan lempung yang sedemikian tinggi. Clay slate tidak terlalu resisten terhadap pelapukan ) Batuan Sedimen Kimia (chemical sedimentary rocks) Batuan ini terbentuk oleh presipitasi dan flokulasi dari larutan, umumnya gamping (limestone) dan dolomit. Gamping kaya dengan kalsium sedangkan dolomite kaya akan kalsium dan magnesium. Tanah yang berkembang dari batuan ini biasanya mempunyai tekstur halus ) Batuan Sedimen Biogenik (hiogenic sedimentary rocks) Batuan ini berkembang dari mahluk hidup di lautan atau danau yang kemudian mati dan tenggelam dikuti pengerasan. Misalnya cangkang kerang kaya dengan unsur kalsium ) Batuan Metamorfik Batuan beku dan sedimen apabila mengalami pemanasan dan tekanan tinggi akan berubah menjadi batuan metamorfik (malihan). Perubahan mineralogi dan struktur batuan membuat batuan metamorfik lebih tahan terhadap pelapukan. Termasuk batuan metamorfik adalah marble. schist. dan gneiss. Marble, batuan metamorfik setara dengan limestone atau dolomit, dapat mempunyai tekstur kasar atau halus. Gneiss, batuan metamorfik yang berasal dari batuan beku atau sedimen, terdiri atas lapisan berbutir kasar, biasanya quartz atau feldspars, bergantian dengan lapisan berbutir halus. Schist, berasal dari shale mengandung lapisan-lapisan mika (micaceous layers), Batuan metamorfik banyak dijumpai di Afrika, Brasil, Western Australia dan India. Universitas Gadjah Mada 31

11 4.3) Bahan Induk Terangkut Bahan induk teralih-tempatkan adalah bahan tidak padu yang telah mengalami proses pemindahan oleh angin, air atau grafitasi ) Eolian (angin) Angin mengalih-tempatkan fragmen batuan dengan cara menggelundungkan (rolling), lompatan (saltation) dan tiupan. Cara dan intensitas proses ini tergantung ukuran fragmen sehingga berbeda untuk pasir, debu dan lempung. Deposit eolian yang penting disebut loess, banyak dijumpai di Amerika utara, Eropa tengah dan Cina. Loess tanpa vegetasi sangat rentan terhadap erosi. Kebanyakan loess bersifat gampingan (calcareous). Tanah yang terbentuk dari bahan induk bess merupakan tanah yang sangat produktif ) Alluvial Trasportasi oleh air menghasilkan deposit alluvial. Selama proses transport bahan batuan terpilahkan berdasarkan ukuran dan bobot. Fragmen batuan yang besar bergerak dengan cara menggelundung (rolling), atau terangkat karena putaran air. Partikel yang halus terangkut dalam bentuk suspensi. Bahan kasar yang terangkut oleh aktivitas air dicirikan oleh bentuk permukaan yang membulat (rounded). Deposit alluvial tersebar sepanjang batas aliran selama baniir dengan memperlihatkan pola berlapis (stratifikasj). Apabila banjir melup melampaui tepian sungai. bahan-bahan kasar akan diendapkan dekat dengan sungai sedangkan bahan-bahan yang Universitas Gadjah Mada 32

12 Iebih halus diendapkan pada tempat yang lebih jauh dari sungai. Apabila aliran air menggerus tepian menjadi lebih dalam maka akan terbentuk teras (terrace). Beberapa teras mungkin terbentuk sepanjang aliran sungai. Aliran permukaan yang mengalir dari perbukitan atau pegunungan akan meninggalkan sedimen yang terangkut disepanjang perjalanannya menuju lembah sebagai deposit seakan/berbentuk seperti kipas sehingga disebut juga alluvial-fan, biasanya bertekstur kasar terdiri atas pasir dan krikil. Partikel yang lebih halus terus terbawa aliran dan bermuara di danau, teluk atau derah tangkapan air (water catchment) lainnya dimana muatan aliran dihabiskan. Menurunnya kecepatan aliran mengakibatkan terendapkannya bahan-bahan tersuspensi dan dengan cara ini terbentuklah delta dengan drainase buruk. Dataran banjir dan delta biasanya kaya akan unsur hara tanaman dan bahan organik sebaliknya teras dan kipas alluvial relatif kurang subur ) Lakustrin Apabila partikel mengendap di danau maka terbentuk deposit lakustrin. Percampuran dengan bahan organik (cangkang hewan air) memungkinkan partikel tersementasi membentuk sedimen biogenik ) Marin Deposit marin biasanya dijumpai sepanjang garis pantai pesisir. Bahan-bahan ini diperoleh dari sedimen yang terbawa aliran sungai dan diendapkan di laut atau teluk karena Universitas Gadjah Mada 33

13 menurunnya kecepatan aliran air. Bahan lain dapat juga diperoleh dari reruntuhan pantai yang diterjang ombak secara terus menerus. Ini dapat berakibat berubahnya garis pantai dan topografi pesisir, ketebalan deposit dan tekstur akan sangat beragam. Deposit marin mempunyai sebaran luas sepanjang pantai Atlantik Amerika. Sedimen marin biasanya pasiran dan kandungan hara rendah ) Glacial Selama Pleistocene ( BC) bagian utara Amerika dan bagian utara dan tengah Eropa, dan sebagian bagian utara Asia telah diterjang oleh lapisan es yang sangat besar. Akibat tekanan massa es yang sedemikian besar lapisan tanah tersingkirkan dan batuan yang membawahinya digerus dengan hebat. Konsekwensinya gletser (glacier) tercampur dengan fragmen batuan yang terus terbawa aliran es. Akhirnya pada saat es mencair, lapisan yang terbawa aliran tadi terendapkan dan menyediakan bahan induk baru bagi perkembangan tanah selanjutnya. Glacial till adalah bahan terendapkan langsung oleh es, merupakan campuran sisa batuan yang sangat beragam. Glacial till dijumpai kebanyakan sebagai deposit yang disebut moraines ) Perpindahan massal Erosi air dapat dipilahkan kedalam 4 kategori: (1) percikan (spalsh), (2) lembaran (sheet), (3) parit (rill), dan (4) jurang (gully). Erosi lembaran menunjukan bahwa pengikisan tanah pada permukaan berlangsung seragam, sedangkan pada tipe erosi parit (rill) dan jurang (gully) pengikisan terkonsentrasikan pada lokasi sempit dan tidak merata diseluruh areal. Bahan yang terendapkan disebut colluvium yang terdiri atas campuran bahan kasar dan halus. Universitas Gadjah Mada 34

14 4.3.7) Aktivitas Volkanik (Volcanic activity) Abu volkan (volcanic ash) adalah bahan amorphous (non kristalin), halus, seperti debu disemburkan oleh gunung api. Abu jatuh disekeliling gunung api membentuk sediment tebal sebagai bahan induk tanah. Bahan lain yang dihasilkan oleh aktivitas volcano adalah scoria, pumice dan bomb ) Arti penting dalam Pedologi Simbol w digunakan untuk horizon yang telah menunjukan perkembangan warna dan struktur. Sebagai contoh Bw adalah horizon B yang telah menunjukan perkembangan warna dan struktur yang berbeda, biasanya lebih merah dari A dan C, tetapi tidak memperlihatkan akumulasi illuvial secara nyata. Horizon tertimbun (buried) yang mungkin berkembang karena aktivitas erosi dan deposisi diberi simbol b. Simbol r mengacu pada batuan induk terlapuk, simbol ini hanya digunakan pada horizon C. Simbol ini menunjukkan saprolit atau till yang mampat dan padat sehingga akar tanaman hanya dapat menembus (penetrasi) sepanjang celah, tetapi masih dapat digali dengan menggunakan sekop. Universitas Gadjah Mada 35