Mekanisme Proses Pendahuluan • Faktor Pembentuk Tanah Aktif iklim, organisme Pasif bahan induk, waktu Penghambat topografi Percepatan topografi • Proses yang terjadi selama pembentukan tanah Penghancuran: Mineral primer/batuan induk Pelapukan kimia, Biokimia, Fisika Reaksi kimia pelarutan, oksidasireduksi, pelindian/pencucian, pemasaman, penggaraman dll. Pembentukan: Material sisa, mineral sekunder lempung, oksida dll. Komponen organik biodegradasi dan pembentukan MAHLUK HIDUP (Flora dan Fauna) • Kebutuhan Primer: – Udara (O2 dan CO2) respirasi dan fotosintesis – Air media berlangsungnya reaksi – Energi pembentukan dan penguraian rantai karbon – Nutrisi Aktifitas di luar dan pada rantai karbon • Asal Pemenuhan Kebutuhan – – – – Daur Daur Daur Daur Atmosfir Hidrologi Nutrisi Energi • Hukum Alam: Kekekalan Massa • Pelapukan: Perubahan mineral secara kimia yang melibatkan air, gas, asam dll. • Tanah merupakan hasil perombakan dari bahan induk yang melibatkan pengurangan dari unsurunsur yang ada dalam bahan induk. • Element loss/depletion is determined by elements position on periodic table (which column or group of columns) AND the element’s ionic potential SIKLUS HIDROLOGI SIKLUS AIRTANAH • Keywords : infiltrasi – perkolasi - recharge Profil Tanah Tropika Bahan Primer Proses Hasil Proses Sekunder Bahan Induk mineral Hidrolisis Hidrasi Pelarutan Oksidasi Reduksi Iklim A Organisme Residu resisten Quartz, Zirkon, dsb. B segar Nitrifikasi & mik. Org. Transformasi nitrogen Componen alterasi: Oksida hidrat, Silika, Mineral lempung Lapukan terlarut: Na, K, Ca, Mg, HCO3, Cl, SO4, HPO4, SIO4 Humus, NO3, NH4, Asam-asam organik. Waktu A. Mikroorganisme B. Penyerapan hara Bagan Proses Pembentukan Tanah (Yalon, 1960) Pertukaran ion, Translokasi Dispersi Agregasi Penjonjotan TANAH Air tanah, permukaan Reaksi • Hidrasi: Perubahan suatu senyawa dari bentuk solid ke bentuk lain yang dengan masuknya molekul air ke struktur bahan solid tersebut – Hematit (2Fe2O3) + 3 H2O limonit (2Fe2O3.3H2O) • Hidrolisis: Reaksi dari suatu senyawa dengan air yang membentuk suatu oksida dan bahan lain yang lebih mudah larut – Ortoklas + HOH clay + KOH • Pelarutan: Reaksi suatu senyawa dengan air dan melarutkan senyawa tersebut – NaCl + H2O Na+ + Cl• Oksidasi: Proses pelapukan mineral yang melibatkan reaksi dengan oksigen dan kehilangan elektron/muatan negatif pada elemen yang sama – 4FeO + H2O 2Fe2O3 + H+ • Reduksi: Reaksi dengan penambahan muatan negatif atau kehilangan muatan positif – NO3 + e- NH4 + OH+ • Kompleksi: Penggabungan ion larut – tidak larut kelat (Feorg), kristalisasi/penjonjotan Nilai Redoks Oksidasi O2 NO3 MnO2 Fe2O3 SO42CO2 Reduksi H 2O N 2, N 2O Mn2+ Fe2+ S2CH4 Eh (mV) > 300 – 280 – 200 – - 100 – - 200 – - 320 250 220 100 200 280 Kelarutan R O Sangat larut Menguap Banyak larut Banyak larut Sedikit larut Menguap Ciri Redoks/Glei 1. Nodul/konkresi (Fe, Mn) tersementasi 2. Massa, seperti nodul tapi tidak tersementasi, bercampur dalam matrik 3. Penebalan pori, merupakan perpindahan bahan dari matrik ke didinding pori >< deplesi redoks 4. Matrik tereduksi tanah rawa/sawah diudarakan dan berubah warna reaksi dengan aa dipiridin Penambahan ion, senyawa terlarutkan, dan bahan tersuspensi lewat curah hujan; bahan organik; debu; dan gas O2, CO2, dan N2 muka tanah Alih ragam bahan organik mineral primer humus lempung aluminosilikat oksida oksida terhidrat ion H4SiO4 Alihtempat humus, lempung, ion, dan H4SiO4 Penyingkiran bahan organik, lempung, senyawa terlarutkan, dll. oleh erosi dan aliran limpas Alihtempat ion, H4SiO4 batas bawah tanah Pelindian ion, H4SiO4 Berbagai proses mikro dalam pembentukan morfologi tanah Penghasilan H+ dari berbagai proses di alam 1. respirasi, udara, dan perombakan bahan organik CO2 H2O H2CO3 H2CO3 H+ HCO 3 2. hidrolisis Al (Tan, 1994) Muatan Al hidroksida Al3+ H2O Al(OH)2+ H+ 3+ berubah dari positif Al 2H2O Al(OH) 2H+ 2 Al3+ 3H2O Al3+ 4H2O 0 Al(OH) 3 3H+ Al(OH) 4 4H+ lewat nol ke negatif. Sejalan dengan peningkatan derajat hidrolisis dari 1 ke 5 H2O, keterlarutan Alhidrat menurun 2 Al(OH) 5 5H+ Al3+ 5H2O 3. nitrifikasi (Stevenson, 1969; Richards, 1976; Tan, 1994) 2NH 3O2 2NO 2H2O 4H+ energi 4 2 2NO O2 2NO 3 energi 2 4. oksidasi N: nitrogen dalam udara (N 2 dan N2O). 2N2O O2 4NO 4NO 2O2 4NO2 4NO2 2H2O 2HNO2 2HNO3 (Tan, 1994) 5. oksidasi bentuk reduksi dari mangan dan besi 6. oksidasi S (Alloway & Ayres, 1994; Tan, 1994) butiran S O2 SO2 SO2 ½O2 SM SO3 SM = sinar matahari sebagai katalisator SO3 H2O H2SO4 SO2 + H2O H2SO3 SO2 H2O 2NO H2SO4 N2O 7. Panenan 8. Perombakan bahan organik Genesa Tanah Setempat/otochton e Insitu formation: + Transformasi + Transportasi + New formasi - Proses genesis - Diferensiasi horizon - Diagnostik horizon - Klasifikasi, Evaluasi Transported/alochton Sedimentasi: - Bahan dari luar (grafitasi) - Sungai: Aluvial - Rawa: sedimen mineral - Bahan setempat: - Gambut - Bahan luar dan setempat - sedimen marin + Transformasi + Transportasi + New formasi - Proses genesis - Diferensiasi horizon - Diagnostik horizon - Klasifikasi, Evaluasi Peristiwa yang merajai dalam pembentukan morfologi tanah ialah: • • • • • penambahan, penyingkiran, pelindian, alihragam, dan alihtempat. Pelapukan merupakan tanggapan bahan litosfer terhadap keadaan lingkungan yang berbeda dengan keadaan lingkungan asalnya untuk memperoleh keseimbangan ujud baru. Dekomposisi adalah perombakan bahan organik menjadi senyawa organik yang lebih sederhana. Mineralisasi adalah dekomposisi tuntas sampai kepada penguraian penyusun dasar bahan organik berupa senyawa anorganik dan unsur kimia. Buol, dkk. (1980), Proses Mikro Penting • memasuk-campurkan bahan organik ke dalam tanah mineral lewat permukaan tanah yang membentuk horison A • eluviasi lempung, Fe, dan/atau Al yang membentuk horison E • illuviasi lempung, Fe, Al, dan/atau humus yang dialihtempatkan dari horison A dan/atau E yang membentuk horison B • pelindian garam dan mineral silika yang melonggokkan seskuioksida (R2O3) secara residual yang membentuk horison oksik • Anti-eluviasi (alihtempat ke atas) yang melonggokkan garam dan membentuk horison salik (garam netral), kalsik (garam Ca dan/atau Mg karbonat), atau natrik (garam basa Na) • gleisasi yang membentuk horison G, otoglei (perembihan buruk), stagnoglei (penggenangan), dan hidroglei (air bumi dangkal) • pedoturbasi yang membaurkan horison yang ada atau menghalangi pembentukan horison (mekanik-kembang kerut fraksi lempung, ulah tumbuhan-akar dan tumbangnya pohon, dan kegiatan hewan penghuni tanah-membuat terowongan, sarang, dsb.) • penghambatan horisonisasi karena suhu beku (air tidak aktif karena berada dalam bentuk padat es) atau karena kelangkaan air Transformasi dan Translokasi: • Unsur yang paling mudah terlarut (kation basa) diangkut dengan pelonggokan nisbi terhadap unsur yang kurang terlarut seperti: Si, Al, Fe dan Ti. • Si lebih terlarut daripada Al+3 dan Fe+3 (pada pH >5). • pH rendah oleh senyawa organik, Al dan Fe+3 diikat secara kilasi. • Fe cenderung membentuk mineral sekunder Fe, seperti gutit, lepidokrosit, hematit dan/atau ferihidrit. • Si dan Al cenderung membentuk ikatan alumino-silikat. Mineralogi Tanah • Bila proses pengangkutan berjalan lambat, mineral sekunder yang terbentuk mempunyai nisbah SiO2/A12O3 kurang lebih 4, misalkan mineral tipe 2/1. Sebagian unsur alkali dan alkalin terlarut terikat di permukaan antar kisi: Proses "Bisialisasi“ • Bila pelapukan dan pelindian yang berjalan kuat, semua unsur alkali dan alkalin terlarut terangkut dan dipindahkan, demikian juga Si yang tinggal bersama Al membentuk 1/1 alumino-silikat. Proses monosialisasi atau kaolinisasi. Kedua proses di atas umum terjadi di wilayah tropika basah dan pada waktu yang lalu disebutkan sebagai proses "laterisasi". • Bila pelapukan dan pelindian berjalan dengan sangat cepat maka semua Si terangkut, dan yang terbentuk hanya hidroksida bebas Al: Proses Alitisasi (pembentukan gibsit, kadang-kadang bohmit). • Bila terjadi pelonggokan unsur yang mudah larut (alkali dan alkalin serta Si. Cl- dan SO4-2) mineral sekunder yang terbentuk adalah silikat yang kandungan Al rendah, banyak mengandung unsur Si, alkali dan alkalin, terutama smektit. Pada kondisi pH alkali, hormit dan zeolit akan terbentuk. Sulfat dan klorin mengendap membentuk garam bebas Clay Mineral Classification Tetrahedral Sheet Arrangement Example Chemical Formula of Specific Minerals Si/Al+Fe Phyllosilicates 2 (tetra):1(oc ta) sme ctite group vermi culite group kaolin group sili ca group iron oxides (montmorilli nite) Mx(Al3.2Fe0.2Mg0.6)(Si 8)O20(OH)4 (1) (trioctahedral vermiculite) Mx(MgFe)6(Si8-xAlx)O20(OH)4(2) (kaolinite) (Al4)(Si 4)O10(OH)8 (opal) SiO2 •nH2O) (3) (geothite) FeOOH 2 (hematite) Fe2O3 0 (ferrihydrite) Fe5(O4H3)3 (4) 0 (gibbsite) Al(OH)3 0 (calcite) CaCO 3 NA NA NA 2 (tetra):1(oc ta) 1 (tetra):1(oc ta) Tectosilicates Oxides NA NA alumi num oxides Carbonates Organic Matter NA NA NA 2 1 infinity 0 CEC (meq(+)/100g mineral 110 (range 47162 ) (5) 150 (range 144207 ) (2) 1 (range 0-1) (6) 0 ~0 (pH dependent) (4) ~0 (pH dependent) ~0 (pH dependent) ~0 (pH dependent) ~0 (8) 100 -900 (pH dependent) (9) (1) from G. Sposito, The Chemistry of Soils, Oxford University Press, New Yo rk (1989). (2) from L.A. Do uglas, Vermiculites. In: J.B. Dixon and S.B. Weed, Minerals in Soil Environments, 2nd Ed., Soil Science Society of America, Madison, WI (1989). (3) amorphous or paracrystalline (4) from U. Schwertman and R.M. Ta ylor, Iron Oxides, Chap. 8 In: J.B. Dixon and S.B. Weed (op. cit. 2). Observed Silicate Mineral Weathering Pathways in Soils PRIMARY SILICATES SECONDARY MINERALS NESOSILICATES silicon smectite silicon opal kaolinite iron gibbsite silicon Si(OH)4 INOSILICATES Fe oxides calcium calcite calcium PHYLLOSILICATES biotite muscovite TECTOSILICATES -K trioctahedral illite -K dioctaheral illite trioctahedral vermiculite dioctahedral vermiculite plagioclase feldspars quartz Si(OH)4 INCREASING DEGREE OF DESILICATION 1:1 phyllosilicates: kaolinite •One layer of Si tetrahedra •One layer of Al octahedra •Individual minerals are held to another via H bonds 2:1 Phyllosilicates: di and trioctahedral Dioctahedral (smectites) •Substitution of +2 for +3 in octahedral layer (called isomorphous substitution) •Creates a net negative charge (and property of cation exchange capacity) •Results in expandable layers •Trioctahedral (vermiculite) •Substitution of +3 for +4 in tetrahedral layer •Also has CEC, but little or no expansion Other secondary mineral groups: oxides Al oxides (gibbsite) •Results of vigorous chemical weathering (desilication) Non-silicate secondary minerals: oxides Fe oxides 1. Geothite • Yellowish brown • Acidic, OM-rich envir. 2. Hematite • Bright red • Warm, dry environments Non-silicate secondary minerals: carbonates Calcite •Ca is released from some weathering source •Forms in arid to semi-arid environments when soil solution becomes saturated •Presence in upper 1m related to MAP •Depth of carbonate layer related to MAP Non-silicates: sulfates (gypsum) •Presence of sulfates in soils usually occurs in hyperarid climates (or sites with high water table and evaporative enrichment of salts)
