TINJAUAN PUSTAKA Bahan Induk Bahan induk merupakan peruraian atau pelapukan dari batuan. Secara umum batuan dapat dibedakan menjadi tiga yaitu : batuan beku, batuan metamorfosa dan batuan sedimen. Batuan beku terjadi karena magma yang membeku. Batuan sedimen adalah batuan yang terbentuk akibat sidimentasi baik oleh air maupun angin. Batuan metamorfosa berasal dari batuan beku ataupun sedimen yang karena suhu dan tekanan yang tinggi berubah menjadi jenis batuan yang lain (Hardjowigeno, 1993). Pengaruh dan hubungan sifat-sifat bahan induk dengan sifat-sifat tanah terlihat jelas pada tanah-tanah di daerah kering atau tanah muda. Di daerah yang lebih basah atau pada tanah-tanah tua, hubungan antara sifat bahan induk dengan sifat-sifat tanah menjadi kurang jelas. Walaupun demikian tidak berarti pada tanah-tanah tua pengaruh bahan induk menjadi hilang. Contoh kwarsa yang sukar lapuk akan tetap ditemukan pada tanah-tanah tua (Buol, et al, 1980). Sifat bahan induk pasif berdasarkan kenyataan bahwa berbagai jenis bahan induk (faktor pembentuk tanah yang lain berada dalam keadaan yang serba sama) dapat menghasilkan jensi tanah yang sama. Sebaliknya, bahwa pada bahan induk yang sama tetapi mengalami kegiatan faktor-faktor pembentuk tanah yang berbeda-beda, akan menghasilkan jensi tanah yang berlainan (Krauskopf, 1979). Abu vulkan yang berasal dari gunung berapi di Indonesia umumnya bersifat andesit hingga basalt. Abu vulkan yang bersifat andesitik dijumpai di
daerah Banten yang berasal dari gunung purba, sedangkan di Sumatera Utara di sekitar gunung sibayak dan gunung Toba ditemukan tuff liparit, dasit, andesit (Hardjowigeno, 1986). Salah satu faktor yang terpenting dalam mendeterminasi karakteristik tanah bagi pakar perintis pedologi adalah bahan induk. Oleh karena itu, tidak mengherankan kalau klasifikasi dan survei tanah pada masa itu didasarkan pada bahan induk, sehingga tanah-tanah diberi nama seperti tanah granit, tanah andesit, tanah liparit, tanah abu volkan dan sebagainya (Hardjowigeno, 1993) Andisol Tanah andisol (andosol) adalah tanah yang berwarna hitam kelam sangat porous, mengandung bahan organik dan lempung tipe amorf, terutama alofan serta sedikit silica, alumina atau hidroxida-besi. Tanah ini terbentuk dari abu vulkanik umumnya ditemukan di daerah dataran tinggi (Darmawijaya, 1990). Andisol merupakan tanah mineral yang tidak mempunyai horison argilik, natrik, spodik, dan oksik, tetapi mempunyai satu atau lebih dari epipedon histik, epipedon molik, epipedon umbrik, horison kambik, horison plakik, duripan, atau pada jeluk 18 cm setelah dicampur mempunyai value kurang dari 3 (lembab) dan mempunyai kandungan bahan organik lebih dari 3 persen (Munir, 1986). Mineral liat silikat amorf yang terpenting adalah alopan. Mineral ini terdapat pada tanah yang berasal dari abu vulkan dan diperkiran berasal dari pelapukan gelas volkanik atau mineral feldspar. Mineral ini mempunyai kapasitas tukar kation tinggi, tetapi dapat memfiksasi P dengan kuat. Tanah yang
mengandung banyak alofan terasa licin bila dipirid dan umumnya mempunyai bulk density yang rendah (kurang dari 0, 90 g/cc) (Hardjowigeno, 1993). Konsepsi pokok dari Andisol (ando, tanah hitam) adalah tanah-tanah yang gembur, ringan dan porous, tanah bagian atas berwarna gelap/hitam, bertekstur sedang (lempung, lempung berdebu), terasa licin seperti sabun (smeary) apa bila dipirid, dan secara khusus terbentuk dari bahan piroklastik yang kaya gelas volkan Andisol adalah tanah muda dengan profil A/B/C atau A/C yang dahulu disebut Andosol, Andept sekarang ini di dalam Soil Taxonomy sebagai tanah dengan sifat andik dengan sifat spesifik karbon organic < 25%, Al+Fe ekstrak oksalat asam 2% dan retensi P > 85%. Asal Andosol adalah tanah abu volkanik kaya bahan organic, yang terlihatkan horizon A berwarna hitam, sebagai asal namanya. Nama asli Andosol berasal dari bahasa Jepang, an = black dan do = tanah (Darmawijaya, 1990). Horizon B selalu memiliki sifat sebagai horizon Kambik (Bw). Tanah yang pertama diidentifikasi di Jepang, dinamakan Ando Soil ; Nama ini kemudian berubah menjadi Andosol. Dibeberapa bagian dunia dan di system klasifikasi FAO, tanah ini masih dikenal sebagai Andosol (Darmawijaya, 1997). Keberadaan bahan organik yang banyak bersama liat amorfus dan parakristalin, alofan dan imogolit, merupakan sebab untuk sifat-sifat Andisol yang unik. Bahan-bahan tersebut bertanggung jawab untuk muatan variable, kapasitas pegang air yang luas biasa tinggi, dan bulk density rendah. Di Indonesia, Andosol merupakan tanah yang subur, dan merupakan faktor kunci kesuksesan hortikultura dan banyak kegiatan pertanian lainnya. Di Jepang Andosol merupakan tanah yang
subur. Pada beberapa kasus, dilaporkan bahwa di tanah ini rendah kadar fosfatnya atau tingginya kapasitas fiksasi P (Tan, 1998). Andisol adalah tanah yang berkembang dari bahan volkan seperti abu volkan, batu apung, lava dan atau bahan volkanniklastik, yang fraksi koloidnya didominasi oleh mineral alophan, imogolit, ferihidrit atau kompleks Al-humus. Andisol memenuhi syarat sebagai tanah mineral. Syarat ini untuk membedakan dengan tanah histosol yang merupakan bahan organic (Hardjowigeno, 1993). Proses pembentukan tanah yang utama pada Andisol adalah pelapukan dan transformasi (perubahan bentuk). Proses pemindahan bahan (translokasi) dan penimbunan bahan-bahan tersebut di dalam solum sangat sedikit. Akumulasi bahan organik dan terjadinya kompleks bahan organik dengan Al merupakan sifat khas pada beberapa Andisol (Hardjowigeno, 1993). Menurut Alvarado dan Buol (1975), Andisol mempunyai sifat-sifat morpologi antara lain : a. Batas antara horizon jelas dan konsistensi sedikit lekat dan plastis b. Perkembangan struktur sangat lemah, kubus membulat sampai bersudut c. Penampang profil AC atau A (B) C. Pelapukan Geokimia Pelapukan adalah proses alam dimana berlangsung pemecahan dan transformasi batu-batuan dan mineral-mineral menjadi bahan lepas disebut regolith, terletak di permukaan bumi dengan kedalaman yang berbeda. Proses pelapukan dicirikan oleh dua tipe yakni fisika dan kimia yang sudah ada sebelum
jasad hidup muncul di permukaan bumi. Jasad hidup mempercepat proses pelapukaan secara kimia dengan memproduksi CO 2 sebagai hasil pernafasan. Dan oleh sekresi-sekresi asam-asam berasal dari akar (Plusnin, 1983). Pengklasifikasi tanah dengan cara berikut: Ia melihat profil dari batuan tanpa perubahan yang terjadi melalui permukaannya. Unit didefinisikan oleh atribut yang sangat yang membentuk tanah, dan mereka dikumpulkan sesuai dengan kondisi dan proses perubahannya. Dalam jangka waktu yang lama lanjutan evolusi seperti yang yang menyebabkan perubahan ferralitic, dan mengelompokkannya dalam kelompok dan subkelompok telah menjadi salah satu keluarga ( Siffermann, 1973). Pelapukan kimia terjadi karena mineral lebih mudah larut dan akan mengalami perubahan pada struktur, menyebabkan fragmentasi mudah. Perubahan kelarutan disebabkan oleh larutan (konstan dalam air), hidrolisis dan karbonasi. Srtuktural perubahan yang konstan yang dibawa oleh hidrasi, oksidasi dan reduksi (Donahue, dkk, 1977). Pelapukan mengacu pada disentegrasi dan perubahan batuan dan mineral disebabkan oleh proses fisik dan kimia. Pelapukan pada umumnya menghasilkan penurunan dalam ukuran partikel dan bahan dalam pelepasan bahan mudah larut dalam sintesis bahan-bahan baru (Tan, 1998). Pelapukan ini bekerja di dalam batuan keras, batuan lunak, bahan tanah, dan terus selama perkembangan tanah dan baru terhenti jika sudah tidak tersedia pereaksi. Pelapukan ini berlangsung di bawah dan di dalam solum (Munir, 1995).
Proses pelapukan dibagi menjadi 2 jenis yaitu pelapukan secara geologi dan pelapukan pedologi. Pelapukan geokimia terjadi di bawah solum tanah dan merupakan proses geologi, proses ini terjadi sebelum tanah terbentuk. Sedangkan pelapukan pedokimia merupakan proses pembentukan tanah dan terjadi pada solum (Buol et all, 1980). Sesuai dengan konsep pelapukan. Mineral primer dibagi dalam kelompok resisten dan mudah lapuk. Mineral resisten utama terdiri dari kwarsa opak dan konkresi besi. Mineral resisten dan mudah lapuk sering digunakan sebagai indicator tingkat pelapukan tanah (Foth, 1995). Pelapukan adalah penghancuran fisik dan kimia dari batuan karena mineral-mineral dalam batuan tersebut tidak dalam keseimbangan pada suhu, tekanan dan kelembaban. Pelapukan sudah dimulai sebelum proses pembentukan tanah berlangsung sampai tidak ada lagi bahan-bahan mudah lapuk. Pelapukan terjadi baik di bawah solum maupun di dalam solum. Pelapukan geokimia adalah pelapukan yang terjadi di bawah solum (horizon C) sedangkan pelapukan pedokimia adalah pelapukan yang terjadi pada solum tanah yaitu horizon A dan B (Hardjowigeno, 1993). Pelapukan geokimia adalah pelapukan yang terjadi di bawah solum (horizon R). Pelapukan geokimia meliputi reaksi oksidasi, oksidasi ruduksi, hidrasi, solusi dan hidrolisis. Mineral-mineral melapuk dan melepaskan unsurunsur yang dikandungnya yang sebagian merupakan unsur hara tanaman. Sebagian tercuci dari tanah bersama air perkolasi atau erosi, sedangkan sebagian lagi saling beraksi membentuk mineral-mineral baru (Hardjowigeno, 1993).
Ternyata di antara alkali tanah, Ca lebih cepat terlindi dari Mg di antara alkali Na lebih cepat dari K. Dibandingkan dengan basa, pencucian SiO 2 dapat dianggap paling lambat. Akan tetapi keadaan sebaliknya diperlihatkan Al 2 O 3 yang selama berlangsung proses pelapukan kimia relative naik kadarnya (Darmawijaya, 1990). Reaksi-reaksi yang terjadi pada proses geokimia terdiri dari : (Hanafiah, 2005). 1. Pelarutan (solubilitasi) adalah proses pelarutan secara alamiah dilakukan oleh air yang daya larutnya akan meningkat bila mengandung senyawasenyawa terlarut seperti CO 2, asam-asam organik maupun senyawasenyawa organik tertentu. 2. Hidratasi adalah proses terbentuknnya mineral hidrat pada permukaan batuan. Apabila suatu mineral terendam air, maka bidang-bidang permukaan rusak dan sudut kristalnya akan dijenuhi molekul-molekul air dan membentuk lapisan air, disebut mantel hidrat, yang berfungsi sebagai isolator mineral-mineral terhadap pengaruh-pengaruh gaya-gaya dari luar. Pelapisan permukaan ini menyebabkan rusaknya bentuk dan kisi-kisi Kristal dan melepaskan energi pengikatnya. Sebagai contoh adalah reaksi hidratasi yang mengubah hematite (berwarna merah) menjadi limonit (berwarna kuning) dan kalsium anhidrat menjadi gips di bawah ini : 2 Fe 2 O 3 + 3 H 2 O 2 Fe 2. 3H 2 O atau 4Fe (OH) (limonit) CaS4 + 2 H 2 O CaSO 4.H 2 O (gips) 3. Hidroslisis adalah proses sederhana dapat berupa substitusi (pertukaran ) ion-ion alkali pada kisi-kisi Kristal mineral oleh ion-ion H + tersebut, yang
menghasilkan senyawa asam alumino-silikat atau asam ferro-sillikat dan membebaskan hidroksida-alkali. Menurut Hardjowigeno (1993) hidrolisis terjadi karena serangan ion hydrogen pada struktur Kristal, sehingga terjadi pergantian kation-kation dalam Kristal oleh hydrogen. Contoh dalam proses pembentukan asam silikat orthoklast dan liat kaolinit dari feldspar dengan reaksi sebagai berikut : Feldspar : KAlSi 3 O 8 + HOH HAlSi 3 O 8 + KOH 4. Oksidasi merupakan reaksi kimiawi yang menyebabkan berkurangnya electron (muatan negatif) baik melalui penambahan oksigen maupun tanpa oksigen. Proses oksidasi terhadap bebatuan umumnya terjadi lewat oksidasi senyawa-senyawa besi (Fe) dan mangan (Mn) yang dikandung mineral penyusunnya. Karena kedua logam ini mempunyai dua bentuk, yaitu bentuk tereduksi dan bentuk teroksidasi. Akibat adanya transformasi bentuk reduksi-oksidasi ini maka memicu terjadinya pelapukan bebatuan secara kimia. Salah satu contoh oksidasi, yaitu : Ferro-oksida menjadi ferri-oksida 4 FeO+O 2 2 Fe 2 O 3 (hematit) 5. Reduksi, reaksi di atas terlihat bahwa reaksi oksidasi-reduksi merupakan reaksi bolak-balik, apabila senyawa yang teroksidasi mengalami pengurangan electron akibat penambahan atau tanpa oksigen maka senyawa reduksi akan sebaliknya. Reaksi reduksi dominant pada tanahtanah berkadar bahan organic tinggi (tanah gambut) di rawa-rawa. 6. Karbonatasi, merupakan proses yang menyebabkan bereaksinya asam karbonat dengan basa-basa membentuk basa karbonat. Contoh reaksi ini
yaitu yang dialami orthoklast sebelum menghasilkan liat kaolinti, kalium, karbonat dan Si-oksida berikut : KAlSi 3 O 8 + 2 H 2 O H 4 Al 2 Si 2 O 8 + K 2 CO 3 + 4SiO 2 7. Asidifikasi, proses bebatuan juga berfungsi mempercepat pelapukan batuan, meliputi asam organik. Reaksi umum asidifikasi mineral adalah : Ca-Feldspar + H-Liat H- Silikat + Ca- Silikat Mengenai garam dari anion bervalensi dua terdapat berbagai macam daya larut. Garam sulfat dari Mg, Na dan K umumnya mudah larut, dengan daya larut pada 0 0 C dalam 100 cc air berturut-turut. Garam karbonat dan bikarbonat Na dan K mudah larut sedangkan Mg lebih sukar (0,1 g tiap 100 cc air) baik MgCO 3 maupun Mg(HCO 3 ) 2 (Darmawijaya, 1990)
Bagan tentang cepat atau lambatnya mineral mengalami pelapukan tersususn di bawah ini (Krauskopf, 1975). Peningkatan suhu semakin cepat melapuk Olivine Piroxin Hornblade Biotite Kuarsa Ca- Plagiklas Na- Plagioklas Bulk density menunjukkan tingkat pelapukan batuan. Bulk density turun dengan meningkatnya pelapukan karena terbentuknya pori-pori tanah. Tekstur tanah turut menentukan tata air dalam tanah berupa kecepatan infiltrasi, penetrasi, dan kemampuan pengikatan air oleh tanah. Tekstur dan struktur tanah perlu dipertimbangkan dalam menentukan cara pengolahan (penggarapan) tanah (Hardjowigeno, 1993). Tanah yang terbentuk dari batuan tuff dasit bertekstur lempung berpasir sampai lempung berliat. Makin kebawah tekstur tanah menjadi liat dan kemudian beralih ke pasir. Semua unsur hara tanaman ditemukan dalam jumlah sedang kecuali unsur fosfat yang terdapat dalam jumlah yang rendah (Druif, 1969). Tujuan utaman geokimia salah satunya adalah untuk menetapkan komposisi dari bumi dan bagian-bagiannya, selain itu untuk menemukan hokumhukum yang mengatur distribusi setiap elemen (Whitten and Brooks, 1972). Pada dasarnya definisi ini menyatakan bahwa Geokimia mempelajari jumlah dan distribusi unsur kimia dalam mineral, bijih, Batuan tanah, air, dan
atmosfer. ecara sistematis satu atau lebih unsur jejak dalam batuan, tanah, sedimen sungai aktif, vegetasi, air, atau gas, untuk mendapatkan anomali geokimia, yaitu konsentrasi abnormal dari unsur tertentu yang kontras terhadap lingkungannya (Kiddy, 2005). Contohnya Cu yang tinggi yang berasosiasi dengan batuan basa dapat ditekan atau dihapus dengan studi distribusi Ni, Co dan V. Di lain pihak anomali yang signifikan akan kelihatan lebih kontras. Analisis faktorial bertujuan mendapatkan informasi dari data numerik yang besar. Sintesis ini membutuhkan perhitungan matematis yang kompleks. Contohnya jika satu seri plutonik dipelajari, dimulai dengan data kimia Fe, Mg dan Ti dikelompokkan pada faktor yang sama., ini dapat mengekspresikan variasi dalam level mineral feromagnesia dalam conto yang berbeda. Dalam prospeksi geokimia, fakta-fakta ini dapat dapat menggambarkan kehadiran berbagai mineralisasi, kontras antara unit geologi utama, fenomena pedologi, dan sebagainya (Bosstambang, 2009). Geokimia adalah cabang ilmu geologi yang mempelajari komposisikomposisi kimia bagian dari bumi misalnya pada lithosfer yang sebagian besar komposisi kimianya adalah silikat serta pada daerah stalaktit dan stalagmit banyak ditemukan CaCO3 (Marwan miner, 2007). Interaksi air batuan merupakan proses yang banyak terjadi di alam ini seperti proses tergerusnya batuan sungai oleh air sungai atau proses pengikisan batuan karang di pantai oleh air laut. Secara spesifik, istilah interaksi air batuan memiliki ruang lingkup yang lebih spesifik: terjadinya reaksi kimia atau pertukaran energi antara air dengan batuan. Sebagai contoh yang sederhana, air hujan yang secara alami mengandung banyak oksigen terlarut dapat berinteraksi
(bereaksi) dengan logam menghasilkan oksida logam, atau yang biasa dikenal dengan karat. Seiring berjalannya waktu, air hujan akan melarutkan karat itu sendiri, menyebabkan semakin lemahnya konstruksi benda logam tersebut (misalnya pipa atau pagar). Karat yang terlarut oleh air hujan biasanya dapat terdeposisi kembali sehingga meninggalkan jejak berwarna (kuning-coklat) searah aliran air hujan (Kelompok TI, 2005).