5) Pelapukan 5.1) Pelapukan Fisik Pelapukan secara umum mengacu pada sekelompok proses dengan mana batuan permukaan terpecah belah menjadi partikel-partikel halus atau terlarutkan ke dalam air karena pengaruh atmosfer dan hidrosfer. Proses pelapukan seringkali lambat (ratusan sampai ribuan tahun). Jumlah waktu dimana batuan dan mineral telah tersingkap pada permukaan bumi akan mempengaruhi tingkat pelapukan batuan dan mineral tersebut. Proses pelapukan dapat dibedakan ke dalam 3 kategori: Pelapukan fisik (physical weathering) Pelapukan kimia (chemical weathering) Pelapukan biologi (biological weathering) Mineral primer atau batuan terpecah menjadi pecahan (fragmen) karena pelapukan fisik. Ini mendorong terciptanya kondisi lingkungan yang sangat membantu pelapukan kimia. Terdapat beberapa bentuk pelapukan fisik: Pengikisan (abrasion): air yang membawa fragmen batuan mempunyai pengaruh mengikis permukaan yang dilewatinya. Sebagai contoh adalah penggerusan oleh glacier, krikil, krakal, bongkah batuan yang bergerak bersama aliran air Pembasahan dan pengeringan (wetting & drying). Air meresap kedalam batuan dan bereaksi dengan konstituen penyusun batuan Pembekuan dan pencairan (freezing & thawing). Apabila air tersekap di dalam batuan/celah pada batuan, pembekuan dan pencairan yang berulang-ulang akan menimbulkan pengembangan dan pengkerutan (apabila air membeku volumenya meningkat sekitar 9 %) Pemanasan dan pendinginan. Batuan terdiri atas berbagai mineral penyusun batuan. Apabila mengalami pemanasan karena sinar matahari, tiap mineral akan mengembang dan mengerut pada pendinginan dengan kecepatan yang berbeda. Fluktuasi suhu pada waktunya akan menimbulkan stress (karena perbedaan daya hantar panas antar mineral) yang akan melemahkan ikatan sepanjang butir/kristal dan pada akhirnya akan memecahkan batuan. Pembebasan tekanan. Ini adalah pengurangan tekanan pada batuan karena pemindahan bahan pada bagian atasan. Pembebasan tekanan akan mengakibatkan batuan terpecah sepanjang bidang lemah yang disebut joint. Kristalisasi. Pada lingkungan arid (kering) air menguap pada permukaan batuan dan kristal terbentuk dari mineral-mineral yang terlarutkan. Dengan berjalannya waktu, kristal ini akan tumbuh dan volumenya terus meningkat sehingga dapat menimbulkan tekanan yang cukup untuk memecahkan batuan. Universitas Gadjah Mada 36
Kegiatan organisme. Kegiatan organisme membantu disintegrasi batuan Akar tanaman. Kegiatan akar membantu disintegrasi fisik batuan. 5.2) Pelapukan Kimia Perbedaan antara pelapukan fisik dan kimia adalah bahwa yang terakhir mengakibatkan komposisi mineral atau batuan berubah. Makin tinggi luas permukaan (ukuran butir makin kecil) akan semakin mudah berlangsungnya pelapukan kimia. Pada pelapukan kimia peranan air adalah dominan karena air mengawali proses pelapukan. Berikut ini adalah deskripsi singkat beberapa proses pelapukan kimia terpenting. Hidrasi Ion mempunyai kecenderungan untuk berikatan apabila H 2 0 tersedia dan terdisosiasi. Proses ini berlangsung di daerah arid dimana terdapat garam. Sebagai contoh, chlorida dan sulfat melapuk karena proses hidrasi. Secara umum ion dengan muatan yang sama tetapi radius lebih kecil mempunyai lapisan H 2 O yang lebih besar dan karena itu tidak terjerap kuat. Ion Li + yang kecil cenderung tetap terikat pada permukaan, sedangkan ion Al 3+ yang besar terikat dan terjerap kuat. Kekuatan jerapan meningkat dengan urutan sebagai berikut: Hidrolisis Molekul air pada permukaan mineral terdisosiasi menjadi ion H + dan OH -. Ion H + menyusup kisi kristal, menyebabkan ketidak seimbangan muatan, yang mengakibatkan kation-kation seperti Ca 2+, Mg 2+, K +, dan Na + terdifusi keluar. Contoh: orthoclase feldspar terhidrolisis menghasilkan asam lemah (silicilic acid), basa kuat (KOH) dan meninggalkan residu mineral lempung illite, yang merupakan mineral sekunder. Dalam reaksi hidrolisis, perlu diperhatikan peranan penting dari CO 2. Ini diperlihatkan pada hidrolisis olivine: Reaksi ini menggunakan asam (carbonic acid H 2 CO 3 ) dan karena itu larutan menjadi semakin alkalis selama penyelesaian reaksi hidrolisis. Universitas Gadjah Mada 37
Oksidasi-reduksi Beberapa mineral primer mengandung Fe 2+ dan Mn 2+. Apabila terdapat kondisi lingkungan oksidatif maka Fe 2+ akan teroksidasi menjadi Fe 3+ (mengendap sebagai oxyhydroxide tidak larut, biasanya salah satu ferrihydrite atau mineral goethite) dan Mn 2+ menjadi Mn 3+ atau Mn 4+, yang menyebabkan bermuatan positif dan mineral menjadi tidak stabil. Ketidak seimbangan muatan ini dinetralisir oleh kehilangan besi atau mangan teroksidasikan dan/atau sejumlah kation terdisosiasi dari mineral. Endapan mungkin membentuk selaput pada permukaan mineral, yang akan memperlambat hidrolisis berikutnya. Perhatikan oksidasi Fe 2+ menjadi Fe 3+ mengikuti reaksi di bawah ini: Ion H + yang dihasilkan dalam reaksi ini umumnya akan mempercepat reaksi hidrolisis Kompleksasi Logam-logam yang dibebaskan dari mineral primer seperti Fe, Mn, dan Al membentuk kompleks dengan komponen-komponen organik, seperti asam fulfik dan asam humik yang sangat stabil. Satu hal penting dalam hubungannya dengan pelapukan kimia adalah hilangnya kation keluar dari sistem, sehingga menyebabkan ketidak seimbangan antara kation dan anion. Intisari Proses Pelapukan Kimia Pelapukan mineral primer menghasilkan mineral sekunder. Unsur yang terbebaskan dari mineral primer rentan terhadap pelindian apabila tidak membentuk kompleks. Dalam pelapukan pemiskinan unsur pertama adalah Na +, Ca 2+ dan Mg 2+. Universitas Gadjah Mada 38
5.3) Pelapukan Biologis Lichens memainkan peranan penting dalam pelapukan, karena lichens kaya akan unsur pengkhelat (chelating agents), yang mampu menangkap unsur yang terbebaskan pada dekomposisi batuan dan sekaligus membentuk kompleks organometalik. Sebagian lichens menjadi epilithic (hidup pada permukaan batuan), sebagian lagi endolithic (di bawah permukaan ~ aktif melubangi permukaan batuan). Bukti dari proses ini diperoleh dari hasil analisis rinci mikroskopis pada tapak batas (interface) lichen dan batuan. Mekanisme dan hasil kegiatan lichen disajikan pada Tabel 5.1. Universitas Gadjah Mada 39
5.4) Ketahanan Terhadap Pelapukan Ketahanan terhadap pelapukan e.g. stabilitas mineral bahan induk tergantung pada: Tipe mineral Luas permukaan batuan yang tersingkap Porositas batuan Batuan yang tersusun atas fragmen-fragmen besar (granite) mudah mengalami pelapukan fisik tetapi sukar atau lambat mengalami pelapukan kimia. Sebaliknya batuan yang tersusun oleh mineral primer berukuran halus (basalt) pelapukan kimia akan lebih intensif dibandingkan dengan pelapukan fisik. Pelapukan batuan sedimen tergantung pada orientasi dari stratifikasi dan tingkat sementasi batuan. Secara umum, resistensi (ketahanan) mineral primer terhadap pelapukan meningkat dengan meningkatnya tingkat andil (sharing) oksigen antara Si tetrahedral yang berdekatan di dalam kisi kristal. Ikatan Si-O mempunyai energi pembentukan (energy of formation) yang paling tinggi diikuti oleh ikatan Al-O, kemudian ikatan antara O dengan kation-kation logam yang lain (Na +, Ca 2+ ). Pada Gambar 5.2. disajikan ranking beberapa mineral primer dalam hubungannya dengan tingkat resistensi terhadap pelapukan. Olivine melapuk dengan cepat karena siikon tetrahedral saling terikat hanya oleh ikatan O- kation logam, sebaliknya quartz sangat resisten karena strukturnya terbentuk atas dasar ikatan silikon tetrahedral seluruhnya. Pada struktur rantai silikat (amphibole dan pyroxene) dan lembaran silikat (sheet silicate ~ phyllosilicates), titik terlemah adalah pada ikatan O- kation metal. Substitusi isomorphous Si 4+ oleh Al 3+ juga mengakibatkan ketidak stabilan karena proporsi ikatan Al-O dan Si-O meningkat. Hal inilah yang menyebabkan menurunnya stabiitas kalsium feldspar bila dibandingkan dengan natrium dan kalium feldspars. Kecepatan pelapukan dipengaruhi oleh beberapa faktor, a.l.: Temperatur Kecepatan perkolasi air Status oksidasi dari zone pelapukan (weathering zone) Pelapukan sangat dipengaruhi oleh anasir iklim, e.g. temperatur dan rata-rata curah hujan tahunan yang mengakibatkan terjadinya keragaman lengas tanah. Rata-rata masa-hidup (lifetime~bertahan) terhadap pelapukan sehingga menjadi saprolit kaolinitik dari satu centimeter berbagai batuan disajikan pada Tabel 5.4.1. Tabel ini memperlihatkan bahwa di daerah beriklim dingin, sedang atau humid tropis, iklim merupakan pengendali kecepatan pelapukan. Universitas Gadjah Mada 40
Universitas Gadjah Mada 41
Status keudaraan (oksidasi) mempengaruhi tingkat proses pelapukan kimia. Kondisi lingkungan oksidatif dapat menyebabkan ion-ion tertentu antara lain Fe2+ dan Mn 2+ teroksidasi. Air merupakan bahan yang mendorong proses hidrasi dan hidrolisis, tetapi kandungan air tinggi dapat menyebabkan terciptanya kondisi reduktif (anaerob) yang akan menurunkan kecepatan oksidasi. Universitas Gadjah Mada 42