Mineral Tanah: Tim Pengajar Dasar Ilmu Tanah

Kuliah Dasar Ilmu Tanah/ Pertemuan 5

MINERAL TANAH

Tim Pengajar Dasar Ilmu Tanah FP USU Medan

Lapisan Luar Permukaan Bumi: 1. Hidrosfir (Lapisan Air) : Samudra, laut, sungai, air dibawah permukaan tanah 2. Atmosfir (lapisan udara): Terdiri atas: Trofosfir, Stratosfir, Ionosfir 3. Biosfir (Ruang kehidupan) ; Bertautan dengan atmosfir, hidosfir dan lithosfir

Lapisan diatas sangat mempengaruhi transformasi (perubahan bentuk) yang terjadi pada kulit bumi

Lithosfir (lapisan kerak bumi) : Merupakan lapisan tanah yang berbatu, yang terdiri atas : - Lapisan katamorfik (lapisan pelapukan = crust of weathering) - Lapisan metamorfik (lapisan pengerasan = belt of cementation) Lithosfir mengandung unsur-unsur sbb: (Vinogradov) 1. Oksigen = 46,80 % 2. Silikon = 26,00 % 3. Aluminium = 7,45 % 4. Natrium = 2,40 % 5. Hidrogen = 2, 40 6. Besi = 4,20 % 7. Kalsium = 3, 25 % 8. Magnesium = 2, 35 % 9. Kalium = 2,25 %

Mineral Mineral adalah zat atau benda yang biasanya padat dan homogen dan hasil bentukan alam yang memiliki sifat-sifat fisik dan kimia tertentu serta umumnya berbentuk kristalin. -- Bentuk kristal : yaitu molekul, atom-atom dan ion-ion tiap unsur tersusun dalam susunan yang teratur dan membentuk suatu spatial lattice -- Bentuk amorphus : tidak terdapat bentuk yang teratur

Perbedaan interval struktur (pada bentuk kristal dan amorph) menyebabkan terjadi perbedaan sifat-sifat fisika pada mineral (pengantar panas dan listrik, kekerasan, sifat magnit dll)

Elemen-elemen Kristal C

A B

α

ABC = Bidang kristal (face) AB = Sisi bidang kristal (edge) α = Sudut antar bidang kristal (dihedral angle atau cristal interfacial angle) C = titik pertemuan sisi-sisi bidang kristal (apexes)

Klasifikasi Mineral Ada 3000 jenis mineral telah diketahui, 50 jenis terdapat di hampir semua tempat lapisan kerak bumi dan sisanya sangat jarang terdapat Kelompok mineral yang terdapat di lithosfir:

Feldspar = 60 % Kuarsa = 12,6 % Ferromagnesia Silikat = 16,8 % Lime (calsit) Feldspar = 1,5 % Dolomit = 0,1 % Mineral liat =1% Mineral-mineral lain = 6 %

Berdasarkan komposisi kimiawi dan bentuk jaringan kristalnya, mineral dapat dibagi atas beberapa kelas yaitu:

1. Unsur

tunggal/murni :

- Graphite (C) - Diamon (intan) - Sulfur (S) - Emas (Au) - Platinum (Pt)

2. Sulfida

:

- Pyrite (FeS2) - Chalcopyrite (CuFeS2) - Galena (PbS) - Sphalerite (ZnS)

3. Halida

:

- Halite (NaCl) - Sylvite (KCl) - Flaurite (CaF2) 4. Oksida

dan Hidroksida :

- Quartz (SiO2) - Chalcedony (SiO2) - Opal (SiO2. n H2O) - Hematite (Fe2O3) - Magnetite (FeO, Fe2O3) - Limonite (Fe2O3. n H20) - Corundum (Al2O3)

5. Karbonat

:

- Calcite (CaCO3) - Aragonite (CaCO3) - Magnesite (MgCO3) - Dolomit (MgCO3.CaCO3) - Siderite (FeCO3) - Malachite (CuCO3.Cu(OH)2 - Azurite (2 CuCO3.Cu(CH2) 6. Sulfat

:

- Gypsum (CaSO4. 2 H2O) - Gypsum anhydrat (CaSO4)

7. Fosfat

:

- Apatite (Ca3PO4)(CaF2)(CaCl2) 8. Silikat : Hampir 1/3 mineral merupakan kelompok silikat 75 % berat lapisan kerak bumi = berat total massa silikat - Olivin (Mg.Fe2.SiO4) - Augite (Ca, Na)(Mg, Fe, Al)(SiAl)2O6 - Horblende (Ca, Na)(Mg, Fe2+)4(Al, Fe3+)(AlSi2O11)2 (OH2) - Muscovite KAl2(OH)2(AlSi3O10) - Biotite (K, Mg, Fe)3(OH)2(AlSi3O10) - Talc (Mg3(OH)2 (Si4O10) - Serpentine (Mg6 (OH)8 (Si4O10) - Kaolinit (Al4OH8) (Si4O10) - Glauconite (komposisi mirip feromagnesia mika = lepidomeline) - Feldspar (Anortoclases (KAlSi3O8) dan plagioclases (NaAlSi3)8 dan Ca (Al2Si2O8)

Mineral dapat juga diklasifikasikan berdasarkan:

Proses Kejadiannya: Mineral primer: Terjadi langsung dari magma dan menyusun diri membentuk batuan tertentu. Mineral sekunder: Terjadi dari mineral primer yang mengalami pelapukan atau pelarutan dan kemudian menkristal kembali

Warnanya: Mineral gelap: yaitu mineral yang berwarna hitam, hijau, coklat, biru dsb. Mineral terang: Yaitu mineral yang tidak berwarna atau berwarna putih seperti kuarsa

Berat jenisnya (BJ) : Mineral berat: yaitu mineral dengan BJ > 2,9 Mineral ringan : Yaitu mineral dengan BJ < 2,9

Kedudukannya dalam menyusun batuan: Mineral utama : yaitu mineral yang menduduki sebagian besar dari batuan tersebut. Mineral Tambahan: yaitu mineral yang sebahagian kecil saja menyusun batuan tersebut.

Mineral Pengiring: yaitu mineral yang kadang ada tetapi kadang tidak ada sebagai penyusun batuan tersebut

Klasifikasi Batuan Disamping berdasarkan komposisi mineraloginya, batuan dapat dibedakan berdasarkan struktur dan teksturnya. Struktur batuan: Mineral-mineral yang beragregasi membentuk lapisan batuan yaitu derajat kristalin, bentuk bangun kristal dan komposisi(takaran) mineral yang membentuk batuan Tekstur batuan : Susunan mineral-mineral yang membentuk batuan

Berdasarkan proses pembentukannya batuan dibagi 3 kelompok: 1. Batuan beku = batuan magma (magmatic rocks)

Yaitu batuan yang terbentuk akibat pendinginan/pembekuan magma 2. Batuan Endapan (sedimentary rocks) Yaitu batuan yang terbentuk dari hancuran batuan yang telah ada akibat perubahan secra mekanis, kimia dan biologi (aktivitas hewan dan tumbuhan) 3. Batuan Metamorfik (metamorphic rocks)

Yaitu batuan yang terbentuk akibat berubahnya batuan magma (beku) atau batuan endapan akibat pengaruh tekanan dan temperatur yang tinggi

Batuan Beku (magma) dibagi atas: 1. Batuan Intrusif : Batuan yang terbentuk akibat proses pembentukan magma di dalam lapisan kerak bumi

2. Batuan Effusif: batuan yang terbentuk akibat pembekuan magma diluar permukaan bumi

Berdasarkan komposisi silika oksida (SiO2), batuan beku dibagi atas 4 kelompok: 1. Batuan asam: Mengandung 65 – 75 % SiO2

2. Batuan intermedier : Mengandung 55 – 65 % SiO2 3. Batuan Basa : Mengandung 45 – 55 % SiO2 4. Batuan Ultrabasa : Mengandung < 45 % SiO2

Contoh batuan

asam:

Granite, Liparite, Quartz-porphyrite, Horblende dari Liparite

Contoh Batuan

intermedier:

Diorite, Andesite, porphyrite, Syenite, Trachyte Contoh Batuan

Basa :

Gabbro, basalt, Diabase, Contoh batuan

Ultrabasa:

Peridotite, Dunite, Pyroxenite

Berdasarkan asal 3 kelompok;

terbentuknya, batuan endapan dibagi atas

1. Batuan pecahan (fragmenting atau clastic rocks) Terjadi akibat pemecahan secara mekanis 2. Batuan Kimia (chemical rocks)

Terbentuk melalui pengendapan unsur-unsur yang ada pada larutan 3. Batuan Organogenic (organogenic rocks) Terbentuk akibat aktivitas kehidupan makhluk organik

Fast weathering

Slow weathering

Igneous rock

Nutrient poor

High in Fe and Mg

Mineral Sekunder Yaitu mineral yang terbentuk dari hasil pelarutan mineral primer yang telah mengkristal kembali (misalnya mineral sekunder silikat = min. liat; lemonit; hematit dan gibsit).

Dapat juga berasal dari pelarutan sisa-sisa kerangka binatang berkapur (misalnya kalsit dan dolomit), bangkai dan kotoran burung layang-layang yang kemudian mengkristal kembali bersama unsur-unsur lainnya (misalnya apatit)

Pembentukan Mineral Liat Terbentuk dari hasil hancuran iklim terhadap mineral primer atau batuan yang mengandung feldspar, mika, pyroxen dan amphibol (Grim, 1953) 3KAlSi3O8 + 3H2O (feldspar) 3KAlSi3O10 (OH)2 + 5H2O (mika) 3KAlSi3O8 + 2H2O (feldspar)

H4Al2Si2O9 + 4SiO2 + 2K+ + OH(kaolinit) 3H4Al2Si2O9 + 2K+ + OH(kaolinit) KAl3Si3O10 (OH)2 + 6SiO2 + 2K+ + 2OH(illit)

Bahan induk Aluminium silikat primer, dapat berupa mineral primer dalam keadaan bercerai berai, dapat pula dalam bentuk gabungan sebagai batuan, melalui berbagai proses pelapukan atau hancuran iklim terbentuk mineral liat (Milner, 1940) Secara skematis proses pembentukannya dapat di gambarkan sebagai berikut:

Diagram showing the general conditions for formation of the various silicate clays and oxides of iron and aliminum

Hight in K

Microline

Hot wet climate ( -Si ) Rapid removal of bases

Orthoclase

Much Mg in weathering zone

others -K

Muscovite

+ H2 O

Mica

-K

Hydrous Micas

+K

-K - Mg

vermicullite

montmorillonite

Biotite -K

Soda-lime Feldspars Augit

kaolinite

Oxide Al & Fe

Chlorite - Mg

Slow removal of bases Rapid removal of bases Hot wet climate ( -Si )

Hornblende

others

Degree of weathering increases Sarifuddin/Ilmu Tanah/FP USU

Mineral Liat Tanah Mineral yang sangat berperan dalam mempengaruhi kesuburan suatu jenis tanah Tipe dan struktur kristal mineral liat sangat menentukan sifat dan ciri tanah

Tipe mineral liat :  Mineral liat silikat

 Mineral liat non silikat

Mineral Liat Silikat: Tipe: 1 : 1 (kaolinit, haloisit, anauksit, dikit)

2 : 1 (Montmorillonit, vermikulit, illit) 2 : 1 : 1 (2 : 2) (klorit)

Berdasarkan perbandingan antara Sitetraeder dan Al-oktaeder

Amorphus (alofan, imogolit)

Mineral Liat non Silikat ; Kelompok senyawa hidrousoksida besi dan Aluminium

Al2O3. n H2O (gibsit = Al2O3. 3 H2O) Fe2O3. n H2O (goetit = Fe2O3. H2O ; Lemonite = Fe2O3. n H2O)

Struktur Kimia dan Kristal Mineral Liat Struktur mineral-mineral silikat Satuan dasar struktur dari mineral silikat adalah Si tetrahedron Satuan ini mempunyai 4 muatan negatip sehingga dapat diberi rumus [SiO4]4O-

atau Si O-

O-

O-

Sarifuddin/Ilmu Tanah/FP USU

Struktur unit Si tetrahedron O100o

Si

O-

O-

O-

oksigen

silikon

Sarifuddin/Ilmu Tanah/FP USU

Struktur unit Al oktahedron OH1/2-

OH1/2-

½+

½+

OH1/2-

½+

Al3+

½+

OH1/2-

½+ OH1/2-

½+

OH1/2-

Gugus OH

Al

2:1:1

Sumber Muatan Negatip  Patahan pinggiran mineral liat (broken bond) Pinggiran kristal

OH

OH

Al

Al

OH

O-

H

O-

H

Si O

H

 Substitusi isomorphic O--

Si++++ O--

(0)

Tanpa subtitusi (muatan = 0)

O--

Al++++ O--

(muatan = -)

(-)

O--

Al+++ O--

(-)

subtitusi oleh Al (muatan = -)

O--

Mg++ O--

(--)

substitusi oleh Mg (muatan = --)

Syarat kation yang mensubstitusi adalah berukuran hampir sama dengan muatan/valensi yang lebih rendah

Sarifuddin/Ilmu Tanah/FP USU

6O 4 Si 4 O; 2 OH

4 Al 6 OH

Mineral liat 1:1

Sarifuddin/Ilmu Tanah/FP USU

6O 4 Si

4 O; 2 OH 4 Al 4 O; 2 OH 4 Si 6O Mineral liat 2:1

Sarifuddin/Ilmu Tanah/FP USU

6O 4 Si

4 O; 2 OH 6 (AlFe;FeMg)

4 O; 2 OH 4 Si 6O

4 O; 2 OH 6 (Al;Mg)

4 O; 2 OH

Peranan Mineral Tanah Menyediakan sebagian unsur hara melalui proses pelapukan Berfungsi sebagai penyangga (buffer) sehingga reaksi tanah tidak berubah secara drastis

Karena bersifat koloid mineral sekunder tanah berfungsi menjerap dan mempertukarkan ion