5) Pelapukan 5.1) Pelapukan Fisik Pelapukan secara

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 H20 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 H2O yang lebih besar dan karena itu tidak
terjerap kuat. Ion Li+ yang kecil cenderung tetap terikat pada permukaan, sedangkan ion
Al3+ 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 Ca2+, Mg2+, 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 CO2. Ini diperlihatkan
pada hidrolisis olivine:
Reaksi ini menggunakan asam (carbonic acid — H2CO3) dan karena itu larutan menjadi
semakin alkalis selama penyelesaian reaksi hidrolisis.
Universitas Gadjah Mada
37
Oksidasi-reduksi
Beberapa mineral primer mengandung Fe2+ dan Mn2+. Apabila terdapat kondisi
lingkungan oksidatif maka Fe2+ akan teroksidasi menjadi Fe3+ (mengendap sebagai
oxyhydroxide tidak larut, biasanya salah satu ferrihydrite atau mineral goethite) dan Mn2+
menjadi Mn3+ atau Mn4+, 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 Fe2+ menjadi Fe3+ 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+, Ca2+ dan Mg2+.
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+, Ca2+). 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 Okation 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 Okation metal. Substitusi isomorphous Si4+ oleh Al3+ 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 Mn2+
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