Dasar Ilmu Tanahsemester ganjil 2011/2012 (EHN & SIN)

Materi 07: Sifat Fisika (3)-AIR TANAH

AIR berada di ………………… dalam ruangan PORI

(diantara MATRIKS tanah)

Partikel Tanah

Ruangan Pori

Air Tanah

Berapa banyaknya air dalam tanah ?

Kadar Air

w (massa) = Ma/Mp kg/kg1

q (volume) = Va/Vt m3/m3

t (tebal) = Ta/Tt mm/m1

Ma=massa air Mp = massa padatan

Va =volume air Vt = volume tanah

Ta =tebal air Tt = tebal tanah

Molekul Air dan Kapilaritas

Air tanah sangat penting karena sebagian

besar aktivitas biologi dan reaksi kimia

memerlukan air, dan juga karena sebagian

besar erosi tanah disebabkan oleh air

Molekul Air dan Kapilaritas

Satu melekul air terbentuk ketika 2

atom H terikat secara kovalen dengan 1

atom O

Di dalam ikatan kovalen, elektron

dijumpai antar atom

Atom oksigen menarik elektron lebih

kuat dibanding hidrohen. Keadaan ini

menyebabkan terjadinya distribusi

muatan yang tidak simetris pada air

charge.

Molekul Air dan Kapilaritas

Molekum yang memilki ujung akir

dengan muatan positif dan negatif

disebut molekul polar

Sifat polar tersebut memungkinan air

untuk memisahkan molekul larutan

polar , oleh karena itu air dapat

melarutkan banyak sekali senyawa

kimia

Jadi, satu molekul air bukan molekul

netral

Bagaimana air bisa tinggal dalam

ruangan pori ?Air diikat oleh partikel (padatan) dan air

oleh gaya adhesi dan kohesi

KAPILARITAS

KapilaritasAir bisa mengalir naik melalui ruang pori tanah secara kapiler,

disebabkan oleh gaya-gaya adhesi dan kohesi

Kohesi & Adesi

Penarikan 1 molekul air ke molekul air lainnya

disebut kohesi

Adesi terjadi jika molekul-molekul air ditarik

oleh jenis melokul lainnya, seperti gelas, tanah,

logam, atau daun tanaman karena permukan

molekul lain tersebut juga mempunyai muatan

Gaya Adesi lebih kuat dibandingkan dengan

gaya kohesi

Kohesi & Adesi

Air yang jatuh dari daun karena

adanya lapisan lilin pada daun

yang melemahkan gaya adesi

antara molekul air dan permukaan

daun

Air yang akan jatuh dapat

bergantungan karena adanya

gaya kohesif antar molekul air.

Air Adesi- air yang ditarik ke permukaaan padatan

Di ikat oleh gaya elektrik yang kuat – energi rendah

Sedikit pergerakan- di ikat kuat oleh tanah

Berada dalam bentuk film

Tidak tersedia bagi tanaman

Dapat hilang dari tanah melalui pengeringan tanah dalam oven

Air Kohesi – air ditarik oleh molekul air lainnya

Di ikat oleh ikatan hidrogen

Status cair dalam film air

Sumber air utama untuk tanaman

energi lebih besar dibandingkan adesi

Air Gravitasi

Dijumpai dalam pori-pori makro

Mempunyai energi terbesar

Bergerak bebas akibat gaya gravitasi

Potensial Air

Air yang diikat tanah dinyatakan dalam potensial air (bars);

bernilai negatif

Nilai positif untuk potensian air disebut tegangan

Air yang diikat dalam tanah oleh adesion dan kohesi disebut

potensial matrik

Jika air terus ditambahkan, akan mencapai suatu titik dimana

gaya kohesif tidak cukup kuat untuk menahan air, maka air tetap

bebas bergerak ke wabah karena gaya gravitasi. Ini disebut

potensial gravitasi dari potensial tanah total

Potensial Air

Air mempunyai energi – cenderungberubah dari status energi tinggi keenergi rendah (air mengalir ke bawah)

Potensial air tanah – air ditanah olehtanah karena tegangan atau penarikanmolekul air oleh permukaan padatan danke molekuk air lainnya

Potensial Air

Tegangan (Tension) = - tekanan(pressure)

Potensial air tanah = jumlah gaya yang harus dilakukan per satuan jumlah air untuk memindahkan sejumlah air darisatu pool air murni ke air tanah

Potensial Air

Potensial air tanah total = Potensial Matrik + potensial gravitasi + Osmotik (garam)

Jika tanah mengering, maka potensial matrik berkurang atau jumlah negatif lebih besar

00 -5 -8 -10 -15 -55 -100

jenuh. basah - -------- kering ------- > sangat kering

Potensial Air -

• Potensial gravitasi

• Potensial matriks Potensial Total

• Potensial osmotik

t = g + m + o

Tegangan Air (+) atau Potensial (-)

0 bar

-0.33 bar-1 bar

--15 bar

Klasifikasi Air Tanah

Air bebas atau air gravitasi akan mengalir

dari tanah sampai potensial air tanah

mencapai -1/3 bar kapasitas lapangan

Air gravitasi tidak tersedia bagi tanaman

karena di dalam tanah hanya sebentar dan

menurunkan level oksigen sampai titik dimana

tanaman tidak akan menyerap air

Klasifikasi Air Tanah

Jika tanah menjadi kering– atau air digunakan

oleh tanaman-semakin banyak energi yang

diperlukan oleh tanaman untuk mengambil air.

Pada akhirnya akan dicapai suatu titik dimana

tanaman tidak dapat lagi mengambil air

Hal di atas disebut Titik Layu dan terjadi pada

potensial air -15 bars. Dari-1/3 sampai -15 bars

adalah zona air tersedia

Klasifikasi Air Tanah

0 sampai -0.3 bar = Gravitasi (tidak tersedia)

-0.3 = kapasitas lapangan

-15 bar = titik layu

antara -0.3 & -15 air tersedia bagi tanaman (available water capacity = AWC)

-15 sampai -100 bar = status tanah kering udara

-10,000 bar = tanah kering oven

Klasifikasi Air Tanah

Air bergerak dari area dengan potensial tinggi (tanah basah : -2 atau -4) ke area dengan potensial rendah (tanah kering -8)

Pergerakan Air

Air tidak akan bergerak ke pasir sampai lempung menjadi jenuh

t 1

t 2

t3

t4

Pergerakan Air

Air bergerak ke liat setelah kontak dengan liat, tetapi karena liat menggerakan air lambat yang terbentuk di atas lapisan liat

Siklus Hidrologi di tentukan olehenergi dari matahari - Evaporasi

Air di panasi oleh matahari

Molekul permukaan menjadi cukup berenergi untuk memecahkan gaya tarik yang mengikatnya

Molekul air mengalami evaporasi dan meningkat menjadi uap tidak kasat mata ke atmosfer

Siklus Hidrologi-Transpirasi

Air di uapkan dari dauntanaman

Tanaman yang aktif tumbuhmentraspirasi 5 - 10 kali lebihbesar dari jumlah air yang dapat diikatnya

Partikel air tersebut kemudianmengumpul dan membentukawan

Siklus Hidrologi

Evaporasi

Transpirasi

Cadangan air tanah menentukan kandungan air bawah tanah

Neraca Air

http://wwwcimis.water.ca.gov/cimis/infoIrrBudget.jsp

Faktor mempengaruhi AWC tanamanAWC = Kapasitas lapangan-Titik Layu

Kedalaman perakaran Jenis tanaman Stadium pertumbuhan

Kedalaman lapisan pembatas pertumbuhan akar Infiltrasi vs. limpasan permukaan (makin banyak

air masuk ke tanah, makin banyak air disimpan) Jumlah fraksi kasar (terutama kerikil) Tekstur Tanah – ukuran dan jumlah pori

Lempung berdebu memilik AWC terbesar, kemudian lempung, lempung berliat, lempuang liat berdebu

Satuan Pengukuran Air Tanah

Kadar Air Tanah :

Kadar Air massa kg/kg

Kadar Air Volume m3 /m3

Tebal Air mm

Potensial Air Tanah

Potensial per massa J/kg

Potensial per volume N/m2 = Pa

Potensial per berat m

Konversi Satuan

cm H2O bars kPa pF

300 -0.3 -30 2,5

1.000 -1 -100 3,0

10.000 -10 -1000 4,0

15.000 -15 -1500 4.2

1 atm = 760 mm Hg = 1020 cm H2O = 1 bar = 100 KPa

pF = logaritma tekanan air dalam satuan cm H2O

Kadar Air dan Potensial Air

Semakin kering tanah semakin kuat potensial air

tanah :

•Ada hubungan antara Kadar Air vs Potensial

•Hubungan berbentuk semi-logaritmik

•Disebut :

•Kurva Karakteristik Air Tanah

•Kurva pF

tanah berpasir

tanah berliat

Kadar Air (%)

Tek

an

an

Air

(b

ars

)

0

-20

Kurva pF : Pengaruh Tekstur Tanah

Tanah beragregat

Kadar Air (%)

Tekan

an

Air

(b

ars

)

0

-100

tanah mampat

Kurva pF : Pengaruh Struktur Tanah

Kapasitas Menahan Air

Prosentase Air (Kadar air volume, q)

TEKSTUR Kapasitas Koefisien Air

TANAH Lapangan Higroskopis Kapiler

Lempung berpasir 12 3 9

Lempung berdebu 30 10 20

Liat 35 18 17

Tekanan (atm = bar) - 0,3 - 31 (-0,3)–(-31)

Bandingkan istilah2 ini dengan klasifikasi air secara fisik & biologi !

Kapasitas beberapa tanah dalam menahan air

Mengukur Kadar Air Tanah

Gravimetrik :

•• Timbang Tanah (Padatan + Air) = G1

•• Keringkan dan Timbang (Padatan) = G2

•• Hitung kadar air (w)

w =G1 – G2

G2(g g-1)

Alat-alat untuk Mengukur Air Tanah

Gypsum Block

Elektroda (Resistensi)

Sinar Gamma

Sinar Neutron

Tensiometer

TDR (Time Domain Reflectometer)

Neutron Probe