Studi Geokimia pada Unsur-unsur Mayor dan Trace dan Isotop Pb-Sr dari Pelapukan Black Shale di central Hunan, CinaABSTRAKMakalah ini menyajikan studi geokimia pada unsur-unsur major dan trace dan isotop Pb-Sr dari pelapukan black shale di central Hunan, Cina. Enam horizon diidentifikasi dan sampel diambil secara vertikal di seluruh profil tanah. Komposisi kimia dari profil tanah terdiri dari unsur-unsur mayor Fe2O3, FeO, MnO, MgO, CaO, Na2O, P2O5, SiO2, TiO2, Al2O3, dan K2O. Perubahan kimiayang disebabkan oleh pelapukan dihitung dengan perbandingan kesetimbangan massa, dan hasilnya menunjukkan bahwa unsur mobilitas ditandai dengan meluruhnya SiO2, FeO, CaO, K2O, Na2O, LOI, Cr, V, Ba, Cs, Rb, Sr, U, dan Th, dan berkurangnya Al2O3, MgO, Fe2O3, Ni, Cu, Pb, Tl, Sn, Sc, Ge dan REE (Y). Unsur HFSE TiO2, Sn, Sc, U, Ga, Ge, Zr, Hf, Nb, dan Ta yang tidak bergerak selama pelapukan. Perubahan kimia dan data isotop Pb-Sr menunjukkan bahwa terjadi empat jenis reaksi kimia, yaitu oksidasi mineral sulfida (misalnya, pirit) dan karbon organik (OS), peluruhan clinochlore-Ia, kalsit, dan mineral P (DL), pemutusan albite detrital dan microcline (DA), dan transformasi mineral clay (TC) (misalnya, muskovit dan illite-smektit). Reaksi kimia tersebut kemudian menyebabkan dua tahap proses geokimia, tahap awal diferensiasi kimia dan tahap berikutnya homogenisasi kimia. Diferensiasi kimia didominasi oleh OS, DL, dan reaksi DA, menyebabkan hilangnya unsur bergerak (misalnya, MgO, Na2O, K2O, P2O5, Sr, dan REE) dan redistribusi beberapa unsur kurang bergerak (misalnya, SiO2 dan Al2O3). Sebaliknya, homogenisasi kimia, yang disebabkan oleh reaksi TC, menyebabkan pencucian kedua unsur bergerak dan kurang bergerak dari sistem dan akhirnya mengubah black shale lapuk menjadi tanah. Tanah yang berasal dari black shale di Cina Selatan merupakan hasil dari dua proses geokimia di atas.

1. PendahuluanBlack shale terdistribusi secara luas, biasanya terdapat di cekungan anoxic yang dalam (Tuttle dan Breit, 2009), dimana sedimen terakumulasi dengan sangat lambat. Black shale biasanya banyak mengandung karbon organik dan sulfida serta host dari beberapa mineral bijih, seperti Co, Ni, V, U, Mo, Mn, P, dan PGE (elemen kelompok platinum) (Jiang et al., 2006, 2007a). ksndungan karbon organic dan sulfide yang tinggi, menyebabkan black shale mudah terurai bila tercemar dan proses penambangan di seleruh dunia, mempercepat proses pelapukan batuan sedimen. Pelapukan black shale menjadi perhatian untuk lingkungan karena dapat menyebarkan logam toksik dari seprihannya; produksi asam tambang drainase yang dapat membahayakna ekosistem dengan teroksidasinya sulfide (Peng et al, 2004, 2009a); dan pelepasan CO2 yang dapat berkontribusi pada siklus karbon di lingkungan (Jaffe et al, 2002). Proses pelapukan black shale mendapat perhatian dari para peneliti, terutama pada perubahan kimia selama prosesnya (Xu et al., 2013). Perubahan kimia dalam proses pelapukan umumnya dengan, pemecahan mineral, pembentukan mineral sekunder, tukar kation, dan penelitian fasa amorf oksida, kebanyakan logam, termasuk Cd, Co, Mn, Mo, Ni, U, Zn, dan PGE, hilang dari serpih (Tuttle dan Breit, 2009), dan mineral lain dari serpih yang mengalami pengayaan di dalam tanah (Xu et al., 2013). Pengayaan logam di dalam tanah, dapat mengakibatkan geopulusi logam berat. Banyak penelitian telah mendokumentasikan mobilitas unsur selama proses pelapukan (Jaffe et al., 2002; Tuttle dan Breit, 2009; Tuttle et al., 2009). Penelitian ini bertujuan untuk memahami proses geokimia dari pelapukan black shale dan pembentukan tanha, yang dapat berkontribusi untuk pembelajaran pedogenesis.Penyelidikan terhadap isotop Pb-Sr dari pelapukan batuan granit (Harlavan et al., 2009), menjelaskan bahwa perubahan komposisi isotop hasil dari pemecahan mineral yang spesifik. Misal, tingginya nilai 206Pb/204Pb dan 207Pb/204Pb dalam larutan, mengindikasikan bahwa mineral urogenik seperti apatit telah lapuk; tingginya nilai 208Pb/204Pb menunjukkan bahwa mineral thorgenic seperti monazite telah lapuk; dan tingginya nilai 87Sr/86Sr menunjukkan mineral yang kaya Rb seperti microcline, telah lapuk (Harlavan et al., 2009). Dari penjelasan ini, keberadaan isotop Pb-Sr radiogenik di dalam larutan dapat menyebabkan produk pelapukan mengalami pengayaan komposisi sehingga isotop radiogenik berkurang. Oleh karena itu, analisis isotop produk pelapukan menawarkan informasi penting pada reaksi kimia yang terjadi selama pelapukan. Dengan demiian, analisis isotop Pb-Sr dimasukkan dalam penelitian ini.

2. Geologi Wilayah PelapukanWilayah pelapukan berlokasi di kota Dongping, Anhua Anhua County provinsi Hunan, terpusat di di daerah horizon black shale Cina-Selatan (SBH, Gambar. 1a), singkapannya ada di sepanjang sungai Yangtze yang melewati 6 provinsi, panjangnya sekitar 1600 km (Horan et al., 1994). Black shale yang terdistribusi di daerah ini, sangat kaya akan serpih yang mengandung zat arang dari formasi Niutitang dengan ketebalan strata lebih dari 260 m (HRGI, 1972) dan usia 531 24 Ma (Jiang et al, 2009). Mineral mayor dari serpih ini adalah muskovit, kaolinite, clinochlore, dolomit, kalsit, kuarsa, bahan organik dan pirit; mineral minornya antara lain, microcline, albite, kontribusi limonit, opal, dan gibs (Peng et al, 2007). Unsur trace yang mengalami pengayaan meliputi V, Co, Ni, Mo, U, Mn, Cu, Zn, Pb, dan PGE (Peng et al., 2005, 2009b).

Gambar 1. Sketsa (a) wilayah lokasi dan (b) geologi umum daerah pelapukan di DongpingPenelitian dipusatkan di kota Dongping (2823'020"N, 11013'09"E; Fig. 1b). Ditunjukkan secara vertikal pembagian strata horizon dari atas ke bawah (Gambar 2):

Gambar 2. Pusat Pelapukan di Daerah Dongping dibagi menjadi 6 horizon. Lokasi sampling ditunjukkan dengan titik-titik (dots) dan nomor sampel dengan huruf D dan angka yang menunjukkan pengambilan sampling di masing-masing lapisan horizon3. Sampling dan Metode AnalisisSampling dilakukan pada bulan Juli, 2007. Material hasil pelapukan dari horizon yang berbeda-beda diambil dengan hati-hati dari atas ke bawah. Untuk menghindari kemungkinan kontaminasi dari horizon di bawahnya dan material yang jatuh dari horizon di atasnya, maka pengambilan sampel dari masing-masing horizon menggunakan interval sekitar 10 cm.Sampel dikeringkan pada suhu 70C menggunakan Alceramic shatter box, kemudian disaring menggunakan saringan nylon untuk