TINJAUAN PUSTAKA Batuan Batuan yang terdapat di permukaan bumi sangat bervariasi jenis dan kepadatannya. Batuan beku merupakan penyusun utama kerak bumi, tetapi batuan sedimen merupakan penyusun permukaan bumi yang paling luas penyebarannya secara horisontal. Penyebaran batuan metamorf tidak seluas batuan beku dan sedimen kerena batuan ini terbentuk jauh di bawah permukaan bumi dan hanya berhubungan dengan proses tektovulkanisme. Batuan terjadi dalam kondisi berbagai pembentukan. Lingkungan pembentukan batuan dipengaruhi oleh ph, komposisi magma asal (batuan beku), komposisi batuan asal (sedimen dan metamorf), temperatur pembentukan, proses dekomposisi (rekristalisasi, lithifikasi), tekanan dan waktu. Pembentukan dan penyebarannya di permukaan bumi memerlukan berbagai proses geologi. Batuan beku memerlukan proses tektovulkanisme, batuan sedimen proses sedimentasi dan tektonik, batuan metamorf proses pembebanan dan tektonik. Tekstur dan komposisi mineral batuan beku pada suatu daerah, dapat sama dan dapat berbeda, tergantung dari temperatur, larutan kimia (fluida), konsentrasi, komposisi host rock dan waktu pembentukannya (Browne, 1991 dalam Corbett dan Leach 1996). Batuan Beku Batuan beku (igneous rock) adalah batuan yang terbentuk dari hasil pembekuan magma pada temperatur 600 o C 1500 o C. Menurut Travis (1955), berdasarkan sifat kimia dan komposisi mineralnya, batuan beku dibagi atas: 1. Batuan beku ultra basa; dengan kandungan mineral: Olivin dan Ca- Plagioklas. Memberikan warna yang gelap. Contoh batuannya Peridotit. 2. Batuan beku basa; dengan kandungan mineral: Ca-Plagioklas, Piroksin. Memberikan warna yang gelap. Contoh batuannya: Gabro dan Basalt. 3. Batuan beku intermediet; dengan kandungan mineral: Biotit, Ca Na Plagioklas, Hornblende/Amfibol. Contoh batuannya: Diorit dan Andesit. 4. Batuan beku masam; dengan kandungan mineral: Kuarsa, K Feldspar. Memberikan warna yang terang. Contoh batuannya: Granit dan Riolit.
4 Berdasarkan tempat terbentuknya batuan beku dibagi atas: 1. Batuan beku luar/ekstrusif/eruptif (vulcanic rocks), memiliki tekstur holohialin. 2. Batuan beku korok/gang (hypabysal rocks), memiliki tekstur hipokristalin. 3. Batuan beku dalam/intrusif (plutonic rocks), memiliki tekstur holokristalin. Tingkat pelapukan batuan beku dipengaruhi oleh perbedaan lingkungan pembentukan dengan iklim (suhu) kepadatannya. Semakin berbeda lingkungan pembentukannya dengan lingkungan sekarang, akan semakin mudah lapuk. Batuan beku yang bertekstur holohialin lebih mudah melapuk dibanding yang bersifat hipokristalin dan holokristalin. Sistematika Mineral pada Batuan Mineral-mineral penyusun batuan memiliki kesamaan fisik dan sifat fisik, sehingga memungkinkan dilakukan penggolongan. Penggolongan mineral ke dalam suatu sistematika dikemukakan oleh Berzellius berdasarkan kelompok anion dan kation yang sama dalam kelompok besar yang disebut kelas. Klasifikasi mineral berdasarkan kelas atau golongan terdiri dari golongan unsur, golongan oksida, golongan hidroksida, golongan sulfida, golongan halida, golongan karbonat, golongan sulfat, golongan fosfat dan golongan silikat. (Tan, 2003). Golongan Karbonat Mineral golongan karbonat dicirikan oleh kompleks anion CO 2-3. Mineral karbonat yang penting dibagi atas tiga grup yaitu grup Kalsit, Aragonit dan dolomit. Pada grup Kalsit, setiap atom O akan terikat pada dua atom Ca dan setiap atom Ca akan terikat pada delapan atom O (Hurlbut and Klein, 1977). Kelarutan mineral Kalsit bervariasi tergantung pada tekanan CO 2 dan konsentrasi H + dalam larutan (Krauskopf, 1967 dalam Birkeland, 1974). Peningkatan tekanan CO 2 dan konsentrasi ion H + akan meningkatkan laju peruraian Kalsit dan Aragonit serta (CaMg)(CO 3 ) 2 dari golongan Dolomit. Kalsium karbonat (CaCO 3 ) berada dalam bentuk (a) partikel dan fragmen yang berbeda dari bahan organik atau inorganik, (b) material mikrokristalin yang terbentuk dari lumpur karbonat, (c) pengendapan
5 oleh proses inorganik yang tersementasi secara kasar atau halus (Brownlow, 1979). Golongan Silikat Silika merupakan penyusun utama kerak bumi (Holmes, 1964). Kombinasi silika dengan unsur lain membentuk golongan silikat. Mineral golongan silikat dikelompokkan berdasarkan perbandingan unsur silikon dan oksigen. Mineral silikat terbagi dua jenis, yaitu silikat primer dan mineral silikat sekunder (Loughnan, 1969). Mineral silikat primer adalah mineral silikat yang terbentuk dari hasil pembekuan magma, contohnya grup mineral Piroksin, sedangkan mineral silikat sekunder terbentuk dari hasil pelapukan batuan atau dari hasil ubahan mineral primer, contohnya grup mineral liat (clay). Menurut Loughnan (1969) dalam struktur silikat, oksigen merupakan anion yang paling penting. Ikatan antara kation dan oksigen meningkat sesuai dengan jarak radius kation dan oksigen maka ikatan mineralnya akan semakin kuat. Mineral silikat didominasi oleh unsur Si, Al dan O ditambah unsur-unsur lain seperti K, Na, Ca, Mg, Fe. Unsur Si dengan angka koordinasi empat akan berikatan dengan oksigen membentuk kisi tetrahedra SiO 4. Kisi tetrahedra di dalam mineral akan membentuk rantai tetrahedra melalui penggunaan secara bersama atom oksigen pada sudut-sudutnya. Berdasarkan susunan SiO 4 di dalam struktur mineral, dikenal enam tipe silikat (Tan, 2003), yaitu: 1. Siklosilikat: lingkar tertutup atau lingkar ganda dari tetrahedra (SiO 3, Si 2 O 5 ). Struktur kelompok ini dicirikan oleh lingkaran heksagonal yang beranggota enam tetrahedra yang dihubungkan satu sama lain oleh kation seperti Mg, Na dan/atau Fe. Ikatan yang dihubungkan oleh kation tersebut merupakan titik lemah mineral Turmalin, namun karena banyaknya ikatan Si-O mineral ini relatif stabil. 2. Inosilikat: rantai tunggal atau ganda dari tetrahedra (SiO 3, Si 4 O 11 ). Kelompok ini dalam strukturnya mempunyai silika rantai tunggal (Piroksen) dan rantai ganda (Amfibol) dihubungkan satu sama lain oleh ikatan Ca-O, Mg-O dan/atau Fe-O, mineral ini cenderung cepat terlapuk.
6 3. Nesosilikat: tetrahedra SiO 4 terpisah. Kelompok ini terdiri atas tetrahedra tunggal yang dihubungkan satu sama lain oleh ion Mg 2+ dan Fe 2+. Ikatan Mg-O dan Fe-O merupakan ikatan yang lemah. Kepekaan mineral ini terhadap pelapukan bervariasi satu sama lain, misalnya Amfibol dan Olivin. Susunan atom oksigen yang padat misalnya pada atom zirkon mengakibatkan mineral ini relatif keras, sementara pada atom olivin susunan oksigennya relatif lebih renggang membuat mineral ini cepat terlapuk. 4. Filosilikat: lembar tetrahedra (Si 2 O 5 ). Rangkaian lembar tetrahedra silika dengan oktahedra aluminiun melalui penggunaan secara bersama atom oksigen. Penghancuran mineral biasanya terjadi melalui pemaksa-pisahan ikatan Al-O dalam posisi tetrahedra dan oktahedra. Mineral Biotit dan Muskovit merupakan contoh dari kelompok ini. 5. Sorosilikat: dua atau lebih tetrahedra berangkai (Si 2 O 7, Si 5 O 16 ). Tetrahedra silika secara tersendiri dan yang terangkai terbentuk melalui penggunaan secara bersama atom oksigen. Mineral Epidot agak sukar terlapuk, namun subsitusi isomorfik membuat mineral ini peka terhadap pelapukan. 6. Tektosilikat: jaringan tetrahedra (SiO 2 ). Mineral ini dianggap sebagai larutan padat dengan bentuk jaringan tetrahedra silika, yang celahcelahnya ditempati oleh Na, Ca dan sebagainya. Kerapatan susunan atom dalam strukturnya menyebabkan tingkat ketahanan bervariasi. Subsitusi Si oleh Al dalam menyebabkan mineral Plagioklas lebih lemah dari mineral K-Feldspar. Lignit Lignit dikenal dengan nama batubara muda, batubara coklat (brown coal) dan leonardite (Karr, 2001). Lignit terbentuk dari proses akumulasi bahan organik dalam jumlah yang berlebih, tergenang, mengalami dekomposisi dan pengompakan (consolidated) (Lawson dan Stewart, 1989). Proses perubahan material organik menjadi lignit terjadi melalui dua fase pembentukan. Fase pertama adalah proses akumulasi bahan organik dalam lingkungan yang tergenang. Kemudian oleh aktivitas mikroba, akumulasi bahan organik mengalami proses dekomposisi (humifikasi). Dekomposisi bahan organik ini merupakan
7 proses pembentukan bahan gambut. Pada fase kedua, bahan gambut yang telah terbentuk mengalami proses penimbunan oleh material sedimen (sedimentasi), sehingga bahan gambut mengalami pemanasan hingga mencapai suhu 200 0 C. Dari proses pematangan tersebut batubara diklasifikasikan menjadi 4 tingkatan (Sembiring 2006), yaitu: 1. Batubara antrasit, merupakan batubara yang tingkat kematangannya paling tinggi dan nilai kalorinya berada > 7100 kal/gram. 2. Batubara bituminous, memiliki nilai kalori 6100-7100 kal/gram. 3. Batubara sub bituminous, memiliki nilai kalori 5100-6100 kal/gram. 4. Batubara lignit, merupakan batubara yang tingkat kematangannya paling rendah dan memiliki nilai kalori < 5100 kal/gram. Senyawa Humat Bahan organik di dalam tanah sering dipisahkan menjadi bahan terhumifikasi dan tak terhumifikasi. Bahan-bahan tak terhumifikasi adalah senyawa-senyawa dalam tanaman dan organisme lain dengan karakteristik yang jelas seperti karbohidrat, asam amino, protein, lipid, asam nukleat dan lignin. Tidak semua senyawa-senyawa tersebut terkena reaksi-reaksi degradasi dan dekomposisi, ada yang dijerap oleh komponen anorganik tanah, seperti liat atau senyawa-senyawa tersebut berada dalam kondisi anaerobik. Di dalam kondisikondisi semacam ini, senyawa tersebut lebih terlindungi dari dekomposisi. Fraksi terhumifiksai dikenal sebagai humus, atau sekarang lebih dikenal dengan senyawa humat dan dianggap sebagai hasil akhir dekomposisi bahan tanaman di dalam tanah (Tan, 2003). Istilah asam humat berasal dari Berzellius pada tahun 1830, yang menggolongkan fraksi senyawa humat tanah ke dalam : (1) asam humat, yakni fraksi yang larut dalam basa. (2) asam krenik dan apokrenik, yakni fraksi yang larut dalam air, dan (3) humin, yakni bagian yang tidak dapat larut dan lembam (inert). Oleh Mulder pada tahun 1840 asam humat disebut juga asam ulmat, sedangkan humin disebut juga ulmin. Kemudian pada tahun 1912, Oden mengusulkan penggunaan nama asam fulvat menggantikan istilah asam krenik dan apokrenik. Kini senyawa-senyawa humat didefinisikan sebagai bahan
8 koloidal yang bersifat amorf, berwarna kuning hingga coklat hitam dan mempunyai berat molekul relatif lebih tinggi (Tan, 2003). Senyawa humat tidak hanya di dalam tanah, tetapi juga terdapat di dalam batuan, endapan sedimen sungai, laut dan danau. Berdasarkan hal tersebut senyawa humat diklasifikasikan ke dalam 5 tipe (Tan, 2003), yaitu: 1. Senyawa humat yang berasal dari terrestrial atau tanah, dibedakan berdasarkan asal dari bahan organiknya; kayu daun jarum (softwood), kayu daun lebar (hardwood), rumput dan bambu. 2. Senyawa humat dari aquatic, merupakan senyawa humat yang berasal dari endapan sungai, laut dan danau, yang materialnya dapat berasal dari luar maupun dalam cekungan. Jika bahannya berasal dari luar cekungan, maka komposisi senyawa humatnya mirip dengan terrestrial. 3. Senyawa humat dari gambut atau endapan rawa. 4. Senyawa humat dari endapan geologi, berupa batubara dan serpih (shale). 5. Senyawa humat dari Anthropogenic; senyawa humat yang berasal dari aktivitas pertanian, industri, ternak, unggas dan sisa pembuangan (sampah). Bahan-bahan humat mengandung sejumlah ragam gugus hidroksil, namun untuk karakterisasi asam humat umumnya hanya tiga jenis OH yang dibedakan (Tan, 2003), yaitu: 1. Hidroksil total adalah gugus OH yang berkaitan dengan semua gugus fungsional, seperti fenol, enol, hidrokuinon. Akan tetapi, dalam banyak kasus hidroksil total mengacu hanya pada jumlah gugus OH-fenolik dan alkoholik. 2. Gugus OH-fenolik adalah OH yang terikat pada lingkar benzena. 3. Gugus OH-alkoholik adalah OH yang berikatan dengan gugus alkoholik. Peranan Senyawa Humat Bahan-bahan humat mempunyai peranan yang sangat menguntungkan di bidang pertanian. Bersama dengan liat tanah bahan-bahan humat mengandung peranan penting atas sejumlah aktivitas kimia tanah. Mereka terlibat dalam reaksi kompleks dan dapat mempengaruhi pertumbuhan tanaman secara langsung
9 maupun tidak langsung. Secara tidak langsung mereka diketahui memperbaiki kesuburan tanah dengan mengubah kondisi fisik, kimia dan biologi tanah. Secara langsung, bahan-bahan humat dilaporkan merangsang pertumbuhan tanaman melalui pengaruhnya terhadap metabolisme dan terhadap sejumlah proses fisiologi lainnya. Senyawa humat juga berperan serta dalam pembentukan tanah dan memainkan peranan penting khususnya dalam translokasi atau mobilisasi lempung, aluminium dan besi yang menghasilkan perkembangan horizon spodik dan horizon argilik (Tan, 2003). Asam Humat Lignit Asam humat lignit bersifat lebih hydrophobic, mengalami kondensasi yang tinggi sehingga jumlah gugus rantai dan gugus fungsionalnya sedikit dengan kandungan hidrogen, oksigen dan nitrogen rendah (Francioso et al. 2003), serta kandungan alifatik dan C/N ratio yang tinggi (Zavodska dan Lesny, 2006). Purifikasi garam humat akan menghasilkan senyawa humat dalam bentuk asam humat. Asam humat mempengaruhi tingkat pelepasan hara dari mineral tanah. Asam humat dapat memperbesar konsentrasi pelepasan hara kalium yang terfiksasi oleh mineral illit dan montmorillonit (Tan, 2003). Senyawa humat yang difraksionasi, utamanya dalam mencegah pemecahan hormon indoleacetic acid (IAA) tanaman (Mato et al., 1971, 1972) dan meningkatkan serapan air (Piccolo et al., 1993).