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, oksidasi-

reduksi, pelindian/pencucian, pemasaman, penggaraman dll.

Pembentukan: Material sisa, mineral sekunder lempung, oksida dll.

Komponen organik biodegradasi dan pembentukan

MAHLUK HIDUP (Flora dan Fauna)MAHLUK HIDUP (Flora dan Fauna)

• Kebutuhan Primer:Kebutuhan Primer:– Udara (OUdara (O22 dan CO dan CO22) ) respirasi dan fotosintesis respirasi dan fotosintesis– Air Air media berlangsungnya reaksi media berlangsungnya reaksi– Energi Energi pembentukan dan penguraian rantai pembentukan dan penguraian rantai

karbonkarbon– Nutrisi Nutrisi Aktifitas di luar dan pada rantai karbon Aktifitas di luar dan pada rantai karbon

• Asal Pemenuhan KebutuhanAsal Pemenuhan Kebutuhan– Daur AtmosfirDaur Atmosfir– Daur HidrologiDaur Hidrologi– Daur NutrisiDaur Nutrisi– Daur EnergiDaur Energi

• Hukum Alam: Kekekalan MassaHukum 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 unsur-unsur 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

mineral A B segar mik. Org. Waktu

A. Mikroorganisme B. Penyerapan hara

Bagan Proses Pembentukan Tanah (Yalon, 1960)

Bahan Induk

Iklim

Organisme

Hidrolisis Hidrasi

Pelarutan Oksidasi Reduksi

Nitrifikasi & Transformasi nitrogen

Residu resisten Quartz, Zirkon, dsb.

Componen alterasi: Oksida hidrat, Silika, Mineral lempung

Lapukan terlarut: Na, K, Ca, Mg, HCO3, Cl, SO4, HPO4, SIO4

Humus, NO3, NH4, Asam-asam organik.

Pertukaran ion, Translokasi Dispersi Agregasi Penjonjotan

TANAH

Air tanah, permukaan

ReaksiReaksi• Hidrasi: Perubahan suatu senyawa dari bentuk solid ke bentuk Hidrasi: Perubahan suatu senyawa dari bentuk solid ke bentuk

lain yang dengan masuknya molekul air ke struktur bahan lain yang dengan masuknya molekul air ke struktur bahan solid tersebutsolid tersebut– Hematit (2FeHematit (2Fe22OO33) + 3 H) + 3 H22O O limonit (2Fe limonit (2Fe22OO33.3H.3H22O) O)

• Hidrolisis: Reaksi dari suatu senyawa dengan air yang Hidrolisis: Reaksi dari suatu senyawa dengan air yang membentuk suatu oksida dan bahan lain yang lebih mudah membentuk suatu oksida dan bahan lain yang lebih mudah larutlarut– Ortoklas + HOH Ortoklas + HOH clay + KOH clay + KOH

• Pelarutan: Reaksi suatu senyawa dengan air dan melarutkan Pelarutan: Reaksi suatu senyawa dengan air dan melarutkan senyawa tersebutsenyawa tersebut– NaCl + HNaCl + H22O O Na Na++ + Cl + Cl--

• Oksidasi: Proses pelapukan mineral yang melibatkan reaksi Oksidasi: Proses pelapukan mineral yang melibatkan reaksi dengan oksigen dan kehilangan elektron/muatan negatif pada dengan oksigen dan kehilangan elektron/muatan negatif pada elemen yang samaelemen yang sama– 4FeO + H4FeO + H22O O 2Fe 2Fe22OO3 3 + H++ H+

• Reduksi: Reaksi dengan penambahan muatan negatif atau Reduksi: Reaksi dengan penambahan muatan negatif atau kehilangan muatan positifkehilangan muatan positif– NONO33 + e + e- - NH NH44 + OH + OH++

• Kompleksi: Penggabungan ion larut – tidak larut Kompleksi: Penggabungan ion larut – tidak larut kelat (Fe- kelat (Fe-org), kristalisasi/penjonjotanorg), kristalisasi/penjonjotan

Nilai RedoksNilai RedoksOksidasiOksidasi ReduksiReduksi Eh (mV)Eh (mV) Kelarutan R Kelarutan R O O

OO22

NONO33

MnOMnO22

FeFe22OO33

SOSO442-2-

COCO22

HH22OO

NN22, N, N22OO

MnMn2+2+

FeFe2+2+

SS2-2-

CHCH44

> 320 > 320

300 – 250300 – 250

280 – 220280 – 220

200 – 100200 – 100- 100 – - 200100 – - 200- 200 – - 280200 – - 280

Sangat larutSangat larut

MenguapMenguap

Banyak larutBanyak larut

Banyak larutBanyak larut

Sedikit larutSedikit larut

Menguap 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 Penyingkiran Alih ragam bahan organik, lempung, bahan organik humus senyawa terlarutkan, dll. mineral primer lempung aluminosilikat oleh erosi dan aliran oksida limpas oksida terhidrat ion H4SiO4 Alihtempat Alihtempat humus, lempung, ion, ion, H4SiO4 dan 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) Al3+ H2O Al3+ 2H2O Al3+ 3H2O Al3+ 4H2O Al3+ 5H2O

Al(OH)2+ H+

Al(OH) 2 2H+

Al(OH) 03 3H+

Al(OH) 4 4H+

Al(OH) 25 5H+

Muatan Al hidroksida berubah dari positif lewat nol ke negatif. Sejalan dengan peningkatan derajat hidrolisis dari 1 ke 5 H2O, keterlarutan Al-hidrat menurun

3. nitrifikasi (Stevenson, 1969; Richards, 1976; Tan, 1994) 2NH

4 3O2 2NO 2 2H2O 4H+ energi

2NO 2 O2 2NO

3 energi 4. oksidasi N: nitrogen dalam udara (N2 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/otochtone

Transported/alochton

Insitu formation: + Transformasi + Transportasi + New formasi

- Proses genesis - Diferensiasi horizon - Diagnostik horizon - Klasifikasi, Evaluasi

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 Peristiwa yang merajai dalam pembentukan morfologi tanah ialah:pembentukan morfologi tanah ialah:

• penambahan, penambahan, • penyingkiran, penyingkiran, • pelindian, pelindian, • alihragam, dan alihragam, dan • alihtempat. 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 PentingBuol, dkk. (1980), Proses Mikro Penting

• memasuk-campurkan bahan organik ke dalam memasuk-campurkan bahan organik ke dalam tanah mineral lewat permukaan tanah yang tanah mineral lewat permukaan tanah yang membentuk horison Amembentuk horison A

• eluviasi lempung, Fe, dan/atau Al yang eluviasi lempung, Fe, dan/atau Al yang membentuk horison Emembentuk horison E

• illuviasi lempung, Fe, Al, dan/atau humus yang illuviasi lempung, Fe, Al, dan/atau humus yang dialihtempatkan dari horison A dan/atau E yang dialihtempatkan dari horison A dan/atau E yang membentuk horison Bmembentuk horison B

• pelindian garam dan mineral silika yang pelindian garam dan mineral silika yang melonggokkan seskuioksida (Rmelonggokkan seskuioksida (R22OO33) secara ) secara residual yang membentuk horison oksikresidual yang membentuk horison oksik

• Anti-eluviasi (alihtempat ke atas) yang Anti-eluviasi (alihtempat ke atas) yang melonggokkan garam dan membentuk horison melonggokkan garam dan membentuk horison salik (garam netral), kalsik (garam Ca dan/atau salik (garam netral), kalsik (garam Ca dan/atau Mg karbonat), atau natrik (garam basa Na)Mg karbonat), atau natrik (garam basa Na)

• gleisasi yang membentuk horison G, gleisasi yang membentuk horison G, otoglei (perembihan buruk), stagnoglei otoglei (perembihan buruk), stagnoglei (penggenangan), dan hidroglei (air bumi (penggenangan), dan hidroglei (air bumi dangkal)dangkal)

• pedoturbasi yang membaurkan horison pedoturbasi yang membaurkan horison yang ada atau menghalangi pembentukan yang ada atau menghalangi pembentukan horison (mekanik-kembang kerut fraksi horison (mekanik-kembang kerut fraksi lempung, ulah tumbuhan-akar dan lempung, ulah tumbuhan-akar dan tumbangnya pohon, dan kegiatan hewan tumbangnya pohon, dan kegiatan hewan penghuni tanah-membuat terowongan, penghuni tanah-membuat terowongan, sarang, dsb.)sarang, dsb.)

• penghambatan horisonisasi karena suhu penghambatan horisonisasi karena suhu beku (air tidak aktif karena berada dalam beku (air tidak aktif karena berada dalam bentuk padat es) atau karena kelangkaan bentuk padat es) atau karena kelangkaan airair

Transformasi dan TranslokasiTransformasi dan Translokasi::

• Unsur yang paling mudah terlarut (kation Unsur yang paling mudah terlarut (kation basa) diangkut dengan pelonggokan nisbi basa) diangkut dengan pelonggokan nisbi terhadap unsur yang kurang terlarut terhadap unsur yang kurang terlarut seperti: Si, Al, Fe dan Ti. seperti: Si, Al, Fe dan Ti.

• Si lebih terlarut daripada AlSi lebih terlarut daripada Al+3+3 dan Fe dan Fe+3+3 (pada pH >5). (pada pH >5).

• pH rendah oleh senyawa organik, Al dan pH rendah oleh senyawa organik, Al dan Fe+3 diikat secara kilasi.Fe+3 diikat secara kilasi.

• Fe cenderung membentuk mineral Fe cenderung membentuk mineral sekunder Fe, seperti gutit, lepidokrosit, sekunder Fe, seperti gutit, lepidokrosit, hematit dan/atau ferihidrit.hematit dan/atau ferihidrit.

• Si dan Al cenderung membentuk ikatan Si dan Al cenderung membentuk ikatan alumino-silikat. alumino-silikat.

Mineralogi Tanah

• Bila proses pengangkutan berjalan lambat, mineral sekunder Bila proses pengangkutan berjalan lambat, mineral sekunder yang terbentuk mempunyai nisbah SiOyang terbentuk mempunyai nisbah SiO22/A1/A122OO3 3 kurang lebih 4, kurang lebih 4, misalkan mineral tipe 2/1. Sebagian unsur alkali dan alkalin misalkan mineral tipe 2/1. Sebagian unsur alkali dan alkalin terlarut terikat di permukaan antar kisi: terlarut terikat di permukaan antar kisi: ProsesProses " "BisialisasiBisialisasi““

• Bila pelapukan dan pelindian yang berjalan kuat, semua Bila pelapukan dan pelindian yang berjalan kuat, semua unsur alkali dan alkalin terlarut terangkut dan dipindahkan, unsur alkali dan alkalin terlarut terangkut dan dipindahkan, demikian juga Si yang tinggal bersama Al membentuk 1/1 demikian juga Si yang tinggal bersama Al membentuk 1/1 alumino-silikat. alumino-silikat. Proses monosialisasiProses monosialisasi atau atau kaolinisasikaolinisasi..

Kedua proses di atas umum terjadi di wilayah tropika basah Kedua proses di atas umum terjadi di wilayah tropika basah dan pada waktu yang lalu disebutkan sebagai proses dan pada waktu yang lalu disebutkan sebagai proses ""laterisasilaterisasi".".

• Bila pelapukan dan pelindian berjalan dengan sangat cepat Bila pelapukan dan pelindian berjalan dengan sangat cepat maka semua Si terangkut, dan yang terbentuk hanya maka semua Si terangkut, dan yang terbentuk hanya hidroksida bebas Al: hidroksida bebas Al: Proses AlitisasiProses Alitisasi (pembentukan gibsit, (pembentukan gibsit, kadang-kadang bohmit).kadang-kadang bohmit).

• Bila terjadi pelonggokan unsur yang mudah larut (alkali dan Bila terjadi pelonggokan unsur yang mudah larut (alkali dan alkalin serta Si. Clalkalin serta Si. Cl-- dan SO dan SO44

-2-2) mineral sekunder yang ) mineral sekunder yang terbentuk adalah silikat yang kandungan Al rendah, banyak terbentuk adalah silikat yang kandungan Al rendah, banyak mengandung unsur Si, alkali dan alkalin, terutama mengandung unsur Si, alkali dan alkalin, terutama smektitsmektit. . Pada kondisi pH alkali, hormit dan zeolit akan terbentuk. Pada kondisi pH alkali, hormit dan zeolit akan terbentuk. Sulfat dan klorin mengendap membentuk garam bebas Sulfat dan klorin mengendap membentuk garam bebas

ClayMineralClassification

Tetrahedral SheetArrangement

Example Chemical Formula of SpecificMinerals

Si/Al+Fe CEC(meq(+)/100gmineral

Phyllosilicates 2 (tetra):1(octa) smectitegroup

(montmorillinite)Mx(Al3.2Fe0.2Mg0.6)(Si8)O20(OH)4 (1)

2 110 (range 47-162) (5)

2 (tetra):1(octa) vermiculitegroup

(trioctahedral vermiculite)Mx(MgFe)6(Si8-xAlx)O20(OH)4(2)

2 150 (range 144-207) (2)

1 (tetra):1(octa) kaolingroup

(kaolinite)(Al4)(Si4)O10(OH)8

1 1 (range 0-1)(6)

Tectosilicates NA silica group (opal) SiO2 •nH2O) (3) infinity 0Oxides NA iron oxides (geothite) FeOOH 0 ~0 (pH

dependent) (4)(hematite) Fe2O3 0 ~0 (pH

dependent)

(ferrihydrite) Fe5(O4H3)3 (4) 0 ~0 (pHdependent)

aluminumoxides

(gibbsite) Al(OH)3 0 ~0 (pHdependent)

Carbonates NA (calcite) CaCO3 NA ~0 (8)Organic Matter NA NA NA NA 100-900 (pH

dependent) (9)(1) from G. Sposito, The Chemistry of Soils, Oxford University Press, New York (1989).

(2) from L.A. Douglas, Vermiculites. In: J.B. Dixon and S.B. Weed, Minerals in Soil Environments, 2nd Ed., Soil ScienceSociety of America, Madison, WI (1989).

(3) amorphous or paracrystalline

(4) from U. Schwertman and R.M. Taylor, Iron Oxides, Chap. 8 In: J.B. Dixon and S.B. Weed (op. cit. 2).

(5) from G. Borchardt, Smectites, Chap. 14 In: J.B. Dixon and S.B. Weed (op. cit. 2).

(6) from J.B. Dixon, Kaolin and Serpentine Group Minerals, Chap. 10 In: J.B. Dixon and S.B. Weed (op. cit. 2).

(7) from P.H. Hsu, Aluminum Oxides and Hydroxides, Chap. 7 In: J.B. Dixon and S.B. Weed (op. cit. 2).

(8) from H.E. Doner and W.C. Lynn, Carbonate, Halide, Sulfate, and Sulfide Minerals, Chap. 6, In: J.B. Dixon and S.B.Weed (op. cit. 2).

(9) from J.M. Oades, An Introduction to Organic Matter in Soils, Chap. 3 In: J.B. Dixon and S.B. Weed (op. cit. 2).

Observed Silicate Mineral Weathering Pathways in Soils

PRIMARY SILICATES SECONDARY MINERALS

NESOSILICATES smectite kaolinite gibbsitesilicon silicon silicon

opal iron Si(OH)4

INOSILICATES Fe oxides calcium

calcitecalcium

- KPHYLLOSILICATES biotite trioctahedral trioctahedral

illite vermiculite-K

muscovite dioctaheral dioctahedralillite vermiculite

TECTOSILICATES plagioclase

feldspars

quartzSi(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)