4) Bahan Mineral Penyusun Tanah 4. 1 . Mineral

4) Bahan Mineral Penyusun Tanah
4. 1 . Mineral Primer
Ketebalan kerak bumi berkisar antara 10-30 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 4. 1 . 1 .
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
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 (O2), satu dari setiap ion,
dengan demikian setiap unit tetrahedral mempunyai 4 muatan negatif. Ion yang berada di
Universitas Gadjah Mada
23
pusat dapat salah satu: Al3+, Fe2+, atau Mg2+. Apabila dalam koordinasi 6 rangkap (six-folded
coordination), oksigen membentuk delapan pojok tetrahedral. Apabila terdapat ion yang lebih
besar seperti Ca2+, 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 Si4+ dan Al3+ 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 O2- 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: Al3+ menggantikan Si4+, dan Fe2+ dan Mg2+
menggantikan Al3+. Substitusi ini mengakibatkan ketidakseimbangan muatan listrik. Pada
silikat primer, Ca2+, 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
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/cm3 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 Si4+ digantikan oleh Al3+, yang menyebabkan timbulnya muatan positif yang
kemudian diimbangi oleh kation Na+, K+ atau Ca2+. Pada alkali feldspars Na+ dan K+, dan
pada plagioclase Na+ dan Ca2+ 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 Si4+ sebagian digantikan oleh
Al3+, tetapi rantai dipegang oleh ion-ion Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Al3+ dan/atau Ti3+.
Universitas Gadjah Mada
25
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 Mg2+ dan/atau Fe2+. Olivine
dijumpai pada batuan basalt dan batuan volkanik.
Universitas Gadjah Mada
26
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
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 Fe2+ disubstitusi oleh Mg2+. 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
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.
4.2.1) 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
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.
4.2.2) 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
ini mencakup sekitar 75% permukaan bumi. Terdapat tiga kelompok utama batuan sedimen,
yaitu:
4.2.2.1) 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.
4.2.2.2) 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.
4.2.2.3) 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.
4.2.3) 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
4.3) Bahan Induk Terangkut
Bahan induk teralih-tempatkan adalah bahan tidak padu yang telah mengalami
proses pemindahan oleh angin, air atau grafitasi.
4.3.1) 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.
4.3.2) 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
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.
4.3.3) Lakustrin
Apabila partikel mengendap di danau maka terbentuk deposit lakustrin. Percampuran
dengan bahan organik (cangkang hewan air) memungkinkan partikel tersementasi
membentuk sedimen biogenik.
4.3.4) 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
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.
4.3.5) Glacial
Selama Pleistocene (1.5-10 000 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.
4.3.6) 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
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.
4.3.8) 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