pelapukan ( tugas geologi)

PELAPUKAN
Menurut Waheed (2002) ada 4 faktor utama yang mempengaruhi sifat fisik dan kimia pada batuan yaitu :
1 Peleburan / melting (pada tempat yang bertemperatur tinggi).
2 Perubahan bentuk / metamorphism (temperature tinggi/tekanan/sejumlah zat-zat kimia).
3 Perubahan hidrotermal (keterdapatan fluida pada temperature yang tinngi).
4 Pelapukan / weathering (sebagian besar dipengaruhi oleh temperatur dan tekanan).
Pelapukan adalah proses perubahan fisik dan kimia pada batuan atau mineral yang terjadi di atau dekat permukaan. Proses alterasi yang bekerja pada saat pembentukan mineral dan batuan pada fase baru adalah terjadinya proses kesetimbangan akibat aktivitas kelembaban, suhu dan unsur biologi.
Istilah pelapukan digunakan pada proses perubahan batuan yang terjadi oleh faktor-faktor dalam bumi yang mengakibatkan rusaknya struktur dan komposisi asli dari batuan. Proses-proses yang terjadi seperti peleburan (melting), metamorfisme dan alterasi hidrothermal.

Pelapukan dapat terbentuk melalui 2 cara (dalam Waheed, 2005), yaitu :
1 Pelapukan fisik : menyebabkan batuan menjadi pecah-pecah (erosi, kontraksi dan perluasan suhu, perluasan oleh pembekuan air, pergerakan tanaman dan binatang).
2 Pelapukan Kimia : proses dimana batuan bereaksi dengan agen-agen atmosfer, hidrosfer dan aktivitas biologi untuk membentuk fase mineral yang lebih stabil. Pelapukan kimia terjadi dalam 4 proses :
3 Hidrolisis : oksigen (O2), karbondioksida (CO2), airtanah, mineral-mineral asam yang terlarut dalam batuan dan menghancurkan struktur kristal.
4 Oksidasi : elemen-elemen akan terurai oleh pelapukan kimia melalui oksidasi.
5 Hidrasi : reaksi dengan sejumlah air pada ion hidroksil ke bentuk mineral yang baru.
6 Larutan (solution) : produk-produk yang mudah larut dari pecahan mineral akan terurai dan terbawa oleh airtanah.

IV.4.1 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pelapukan Kimia
Faktor yang mempengaruhi kecepatan pelapukan kimia ada 10 (Waheed, 2005), antara lain :
1. Kestabilan mineral (struktur kristal, titik peleburan)
2. Kondisi pH (asam / basa)
3. Potensial reduksi/oksidasi
4. Ukuran butir dan rekahan pada batuan
5. Laju dari proses leaching
6. Iklim
7. Topografi
8. Waktu
9. Peranan muka airtanah
10. Komposisi batuan induk

1. Kestabilan Mineral
Mineral-mineral dapat dibedakan berdasarkan resistensinya terhadap pelapukan kimia. Ada mineral yang sangat cepat mengalami pelapukan, ada juga yang sangat lambat mengalami pelapukan. Menurut Godiich (1938), dalam Waheed (2005) mengemukakan berkurangnya resistensi mineral-mineral pembentuk batuan terhadap tingkat pelapukan dikarenakan tingkat kestabilan dari mineral itu sendiri. Hal tersebut dapat terlihat pada Bowen Reaction Series.
Pada umumnya, struktur kristal pada mineral mafik silikat memudahkan kita dalam menentukan tingkat pelapukan kimia, seperti :
- Olivin dengan struktur tetrahedral silicon yang berdiri sendiri merupakan mineral yang sangat tidak stabil dan sangat rentan terhadap pelapukan kimia.
- Piroksen dengan struktur rantai polimerisasi merupakan mineral yang relatif stabil dan akan mengakibatkan kurang rentan terhadap pelapukan kimia jika dibandingkan dengan olivine.
- Mineral-mineral Amphibole dengan struktur cincin merupakan mineral yang tetap stabil dan tetap resisten terhadap pelapukan kimia.
- Clay dan mika dengan struktur lembaran merupakan mineral-mineral yang sangat resisten terhadap pelapukan kimia.

2. Kondisi Asam / Basa (pH)
Perbedaan material-material dipengaruhi juga oleh nilai pH. Nilai pH air alam berkisar 4-9. Ion hidrogen yang berasal dari hujan terbentuk karena pembusukan bahan organik yang terdapat didalam tanah. Nilai pH air hujan berkisar antara 3-9,8. Sedangkan air murni dalam kondisi setimbang (atm) memiliki pH 5,7.
Proses oksidasi mempengaruhi proses kelarutan dalam air alamiah. Kelarutan dari air alamiah tergantung pada nilai pH. Contohnya Alumina tidak larut pada pH normal, tetapi pada pH di bawah 4 dan di atas 10 alumina akan larut.
Nilai pH dapat turun apabila kelimpahan bahan seperti bahan-bahan organic(akar-akar tumbuhan) nilai pH dapat turun dari 4 menjadi 2, sedangkan apabila kelimpahan mineral-mineral basa seperti olivine, piroksen, nephelin dapat membuat pH naik menjadi 9.

3. Potensial reduksi/oksidasi
Potensial reduksi oksidasi (redoks) dalam suatu system adalah suatu kemampuan system untuk mengalami reaksi reduksi atau oksidasi. Reduksi adalah reaksi dimana berkurangnya valensi positif dari unsure (Fe3+ menjadi Fe2+) atau bertambahnya valensi negative dari elemen. Oksidasi adalah reaksi dimana bertambahnya valensi positif dari unsure valensi negative. Contohnya pada kondisi reduksi besi (Fe) mudah terlarut sehingga dalam profil pelapukan kondisinya ferrous. Tetapi pada kondisi oksidasi besi (Fe) lebih stabil sehingga dalam profil pelapukan kondisinya ferric.

4. Ukuran butir dan rekahan pada batuan
Ukuran butir dan rekahan pada batuan seperti joint, rekahan(fracture) dan sesar, membantu dalam proses pelapukan dan pergerakan material yang terlarut. Hali ini dapat diamati pada butiran kasar batuan beku yang memiliki susceptibilitas tinggi pada pelapukan kimia daripada batuan yang berbutir halus.

5. Laju dari proses leaching
Laju dari pergerakan proses leaching tergantung pada beberapa kondisi yang masuk dalam system, seperti :
1 Kelarutan relative pada kondisi oksidasi.
2 Jumlah air yang menembus system
3 Kehadiran rekahan-rekahan (fractures), belahan (cleavage), porositas dan rekahan pada batuan.
Fracture dan joint dalam batuan sangat penting peranannya dalam menyediakan jalan masuk bagi oksigen dan airtanah dan sebagai saluran untuk material yang terlarutkan. Banyaknya joint dan fracture dapat memudahkan dan mempercepat proses laterisasi.

6. Peran Iklim
Iklim merupakan factor yang sangat berpengaruh terhadap laju dari pelapukan kimia. Faktor-faktor yang termasuk didalamnya adalah :
1 Curah Hujan
Curah hujan adalah pengontrol dari kelembaban pada reaksi kimia dan merupakan penyuplai air untuk proses pencucian , hujan yang kecil dan terus menerus lebih efektif pada proses lateritisasi dibandingkan dengan hujan yang keras dan tiba – tiba. Banyaknya curah hujan sangat mempengaruhi tinggi rendahnya muka air tanah. Muka air tanah yang tinggi mengisi rongga pada batuan dengan air dan tidak diikuti oleh oksigen untuk mencapai permukaan suatu kristal baru, efek yang menguntungkan dari muka air tanah yang tinggi adalah untuk memperkecil zona oksidasi pada massa batuan.
Muka air tanah yang rendah diikuti dengan kelimpahan oksigen dan menciptakan perluasan zona oksidasi. Hal ini juga menciptakan zona yang zona yang tipis sebeum terjadi pengkayaan unsure. Naik turunnya muka air tanah bermanfaat untuk mengontrol pengkayaan supergen.
1 Temperatur
Temperatur berpengaruh pada saat mineral mengalami perubahan atau pergantian tempat. Berdasarkan teori Vant hoff, setiap perubahan 100C terjadi penambahan kecepatan reaksi kimia dari 2 – 3.
1 Vegetasi
Akumulasi material organic yang luas pada lingkungan tropic mempengaruhi nilai pH dalam kumpulan air.

7. Topografi
Peranan topografi sangat besar pada proses lateritisasi, melalui beberapa faktor antara lain :
1 Penyerapan air hujan (pada slope curam umumnya air hujan akan mengalir kedaerah yang lebih rendah /runs off dan penetrasi kebatuan akan sedikit. Hal ini menyebabkan pelapukan fisik lebih besar dibanding pelapukan kimia)
2 Dearah tinggian memiliki drainase yang lebih baik daripada daerah rendahan dan daerah datar.
3 Slope yang kurang 20 memungkinkan untuk menahan laterit dan erosi.

Menurut Waheed, 2002 ada beberapa parameter yang digunakan untuk membandingkan proses-proses yang terjadi pada lereng yang berbeda, yaitu :
Flat Upland Hill slope Lowland Basin
Erotion Low Very High Very Low
Deposition Nil Nil Very High
Water runoff Medium Very High Very Low
Water absorbed High Low Very High
Tabel. 4.3 Parameter lereng (Waheed, 2002)

8. Waktu
Waktu atau durasi waktu yang panjang merupakan suatu bagian yang dibutuhkan oleh unsure dalam membentuk endapan nikel laterit.

9. Peranan muka airtanah
Ketinggian permukaan air pada suatu daerah bergantung pada topografi local, jumlah muatan yang masuk dan laju pergerakan airtanah yang menembus batuan. Faktor-faktor ini tergantung pada jumlah curah hujan, karakteristik kemiringan lereng serta porositas dan permeabilitas batuan.
Permukaan air yang tinggi mengisi ruang pori dengan air dan oksigen tidak dapat mencapai permukaan kristal baru. Permukaan air juga mempengaruhi keasaman air yang bergerak dari bagian atas.
Permukaan air yang rendah membuat kandungan oksigen yang berlebih sangat besar sehingga menciptakan zona terluas pada proses oksidasi. Hal ini juga menciptakan suatu zona yang tebal dari hasil pencucian sebelum unsur-unsur supergen terakhir terendapkan pada bagian bawah.

10. Komposisi batuan induk
Setelah kondisi iklim (temperature dan curah hujan), komposisi batuan induk mungkin bekerja lebih dominant dalam penentuan karakteristik tanah. Batuan yang kaya karbonat sangat berperan dalam pencucian, meninggalkan sisa dari material argillaceous dan silica. Batuan yang kaya silica (syenit/trachit) cenderung untuk memberikan konsentrasi alumunium hidroksida yang signifikan. Batuan mafik dan ultramafik cenderung untuk menghasilkan hidroksida besi.

5.1. Perilaku Unsur Selama Pelapukan
5.1.1. Nikel (Ni)
Nikel merupakan kation yang memiliki mobilitas terbatas (Waheed, 2001 dalam Nushantara, 2002), sehingga dalam proses pelapukan nikel tidak tercuci melainkan mengalami proses pengkayaan dan persentasenya meningkat seperti yang di tunjukkan pada gambar 5.17. Pengkayaan yang dialami nikel adalah pengkayaan relatif, artinya persentase nikel bertambah bukan karena adanya penambahan unsur Ni, melainkan karena berkurangnya unsur lain. Ni mengalami peningkatan % (persen) yang paling besar dibandingkan Fe dan Co, karena Ni terdapat dalam jaringan olivin dan piroksen, sedangkan Fe hanya ada dalam olivin, sementara Co hanya ada dalam piroksen, sehingga ketika terjadi pelapukan unsur Ni lebih banyak dibanding unsur Fe dan Co.
5.1.2. Kobal (Co)
Unsur Co adalah unsur yang immobile dan tidak larut (Hasanudin dkk, 1992), sehingga unsur ini mengalami pengkayaan relatif akibat proses pelapukan seperti pada grafiknya. Unsur Co umumnya terdapat dalam mineral piroksen dan karena mineral piroksen pada peridotit sangat sedikit dibanding olivin, maka persentase Co juga sangat sedikit.
5.1.3. Besi (Fe)
Besi merupakan kation yang tidak larut dan immobile (Hasanudin dkk, 1992), sehingga unsur ini tidak tercuci akibat proses pelapukan dan menjadi residu, akibatnya besi mengalami pengkayaan. Unsur Fe terutama berasal dari mineral olivin [(Mg, Fe)2SiO4] yang lepas ketika olivin mengalami proses pencucian. Unsur besi kemudian berikatan dengan oksigen dan membentuk mineral oksida besi.
5.1.4. Silika (SiO2)
Silika (Si) adalah unsur yang mudah larut dan mobile (Hasanudin 1992). Deplesi atau pengurangan persentase yang terjadi pada silika (SiO2) tidak sebesar yang dialami oleh magnesia. Hal ini dapat terjadi karena selain mobilitas silika yang relatif kecil, peridotit telah mengalami serpentinisasi dan serpentin memiliki resisten yang lebih tinggi dibandingkan olivin, hal ini menyebabkan silika dalam serpentin lebih mobile dibandingkan silika dalam olivin (Nushantara, 2002).
5.1.5. Magnesia (MgO)
Magnesium (Mg) seperti halnya silika adalah unsur yang mudah larut dan mobile (Hasanudin dkk, 1992), sehingga unsur ini terdeplesi atau berkurang akibat proses pelapukan. Secara kimia unsur Mg lebih mobile dibandingkan silika, sehingga deplesi atau pengurangan yang dialami Mg juga lebih besar.

5.2. Profil Kimia Pelapukan Bongkah Peridotit (Tanah Pelapukan Peridotit)
Berdasarkan profil kimia pelapukan bongkah peridotit untuk setiap zona lateritnya dapat dijelaskan bahwa bentuk grafik unsur Ni, Fe, Co umumnya mengalami peningkatan persentase seiring bertambahnya nilai rasio Fe2O3 / MgO dan sebaliknya grafik yang ditunjukkan oleh unsur SiO2 dan MgO mengalami penurunan persentase. Hal ini menunjukkan bahwa pelapukan pada bongkah peridotit (tanah pelapukan peridotit) adalah suatu profil mini dari profil endapan bijih nikel laterit.
Dengan demikian berdasarkan profil tersebut di atas dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi tingkat pelapukan pada bongkah akan menyebabkan perubahan kandungan unsur pada akhirnya terjadi pengkayaan nikel (Ni), besi (Fe) dan kobal (Co) serta deplesi (berkurangnya) silika (SiO2) dan Klorit (MgO). Proses pengkayaan nikel dan deplesi unsur yang mobile inilah yang membuat endapan Ni laterit menjadi ekonomis untuk ditambang.