Kimia Tanah

KAJIAN LITERATUR

2.14 Kimia Tanah

Kajian komposisi kimia tanah secara mendalam bagi tujuan kejuruteraan adalah amat sedikit, namun kandungan bahan-bahan organik, sulfat, karbonat dan klorida adalah penting kerana ia mempengaruhi sifat-sifat fizikal tanah. Nilai pH (berasid atau beralkali) tanah juga penting kerana ia mempengaruhi jenis-jenis pembentukan mineral-mineral tanah (Head, 1992).

Di Malaysia yang mengalami taburan hujan tahunan yang tinggi, taburan tanah bakinya sebanyak 75 peratus akan menyebabkan keadaan tanah yang bermasalah. Antara masalah-masalah kejuruteraan tanah yang wujud di Malaysia, sebagaimana yang dikaji oleh Othman pada tahun 1982 adalah tanah gambut dan lempung. Kajian oleh Othman (1982) yang menyatakan bahawa tanah asid sulfat ialah tanah yang mengandungi ≥ 0.1 peratus kandungan sulfat larut air dan nilai pHnya ≤ 3.5. pH yang rendah disebabkan oleh kehadiran asid yang terjadi oleh

pengoksidaan pirit (FeS2) apabila tanah berair yang mengandungi pirit disalirkan.

Pada nilai pH yang begitu rendah, Al dan Fe akan melarut sehingga ke peringkat toksik.

Berbalik kepada tanah baki di Malaysia, granit yang mengandungi mineral kuarza dan feldspar (pada batuan induk) serta sedikit mineral mika adalah kurang penting berbanding jenis-jenis mineral yang terkandung dalam tanah baki bergred VI. Dalam tanah, ia juga mengandungi unsur-unsur silika, alumina dan kapur yang mana unsur-unsur inilah yang mengelaskan dasar tanah granit ini, sebagaimana yang dinyatakan oleh Hawkins dan Baxter (1990). Mereka menyatakan bahawa peratusan yang tinggi bagi kandungan silika dalam tanah baki granit iaitu masing-masing 69 % hingga 73 % dan 64 % hingga 76 %. Tovey (1986) menyatakan, selain daripada kajian dan penyelidikan tentang mineralogi dan mikrofabrik tanah, ujikaji berkaitan komposisi kimia tanah kurang diberi pendedahan dalam penyiasatan tanah secara khusus. Maka, analisis komposisi kimia tanah juga mampu memberikan maklumat tentang kelakuan zarah-zarah tanah. Komposisi dan ciri-ciri kimia sepatutnya ditentukan dalam membangunkan data-data berkaitan tanah baki granit seperti keasidan dan kealkalian (nilai pH), kandungan sulfat, klorida, organik dan juga

karbonat. Kajian-kajian yang dijalankan berdasarkan nilai pH oleh Little (1970) dan Fookes (1986) mendapati bahawa tanah baki granit adalah berasid.

2.14.1 Keasidan Tanah

Tanah menjadi asid apabila sebahagian besar daripada kebolehupaya

pertukaran kation (KPK)nya terdiri daripada Al³⁺ dan H⁺. Sebagaimana kajian oleh

Othman (1982), keadaan ini adalah disebabkan oleh proses larutlesap. Apabila air

bergerak melalui tanah, sebahagian daripada ion H⁺ menggantikan ion Na⁺, K⁺, Ca²⁺

dan Mg²⁺ yang terjerap pada permukaan lempung. Kepekatan tanah bertambah

dengan bertambahnya larutlesap, yang mana ia akan menyebabkan tanah baki granit berkeadaan berasid. Di dalam keadaan ini juga, aluminium wujud sebagai ion di dalam larutan dan mengambil bahagian dalam pertukaran kation. Namun begitu, dalam keadaan tanah yang tidak berair, lembap ataupun kering, satu atau lebih molekul air dalam zarah-zarah tanah akan mengalami pengionan lalu membekalkan

ion H⁺ dan seterusnya akan menambahkan lagi keasidan tanah.

Othman (1982) menyatakan bahawa keasidan tanah yang terdapat di kawasan bertropika adalah disebabkan oleh titisan hujan yang lebat yang mengakibatkan kebanyakkan daripada garam di dalam tanah itu akan melarut resap. Kehilangan bes

itu akan digantikan dengan ion H⁺ dan Al³⁺. Kehadiran ion-ion ini di tempat

pertukaran kation inilah yang bertanggungjawab terhadap keasidan tanah. Selain daripada taburan hujan yang tinggi, proses larut resap juga memainkan peranan yang penting dalam penambahan keasidan tanah. Tanah akan berasid dengan pertambahan

larut resap yang mana Al³⁺ dan H⁺ secara perlahan-lahan akan menggantikan tempat

bes seperti Na⁺, K⁺, Ca²⁺ dan Mg²⁺. Kehadiran ion-ion aluminium dan hidrogen yang

2.14.2 Pertukaran Ion

Dalam kajian yang dijalankan oleh Othman (1982), zarah tanah mempunyai cas samada bercas positif dan ada juga yang bercas negatif. Semua filosilikat bercas negatif. Mineral yang bercas positif ialah gibsit dan goetit. Untuk mencapai

keseimbangan elektrik mineral-mineral yang mengandungi jejaring cas itu ia akan menjerap ion. Kebanyakkan daripada kation yang dijerap oleh filosilikat akan bertukar ganti. Kation-kation yang terjerap di permukaan lempung mengambil bahagian dalam proses pertukaran kation. Pertukaran ion adalah bersifat seperti stoikiometri, berbalik, dikuasai oleh proses resapan, dan kadangkala ia mampu untuk memilih jenis-jenis ion untuk mengalami pertukaran dengannya.

2.14.3 Kation Tukar Ganti

Proses penggantian isomorfus di dalam filosilikat mengeluarkan cas negatif. Untuk mencapai keseimbangan elektrik, kation dijerap oleh mineral lempung. Kebanyakan daripada kation yang terjerap itu boleh ditukar ganti. Sebahagian darinya terikat kuat oleh mineral itu mungkin kerana saiznya berpadanan dengan

jarak lapisan mineral seperti yang berlaku ke atas K⁺ dan NH4⁺ yang terjerap di

dalam ilit. Kation yang sering mengambil bahagian dalam proses tukar ganti ialah

Na⁺, Ca²⁺, K⁺, Mg²⁺, Al³⁺ dan H⁺ yang mana kuantitinya bergantung kepada jenis

tanah. Untuk tanah yang mengandungi pH yang tinggi, nilai Ca²⁺ dan Mg²⁺ akan

menguasai proses pertukaran. Manakala tanah yang terluluhawa yang mengalami

larut resap yang intensif pula akan dikuasai oleh Al³⁺ dan H⁺ (Brady, 1974). Pada

nilai pH yang tinggi, unsur Al akan mengalami pemendakan sebagai Al(OH)3

ataupun Al(OH)4^-.

Dalam kajian yang dijalankan oleh Carter (1993), Baize (1993) dan Tan (1992), mereka menyatakan bahawa nisbah setiap kation yang tersimpan dalam tanah bergantung kepada kepekatannya. Selain itu, sesuatu zarah-zarah tanah akan

memegang dua jenis kation sahaja iaitu K+ dan Na+, maka nisbah jumlah tersimpan

monovalen dan satu lagi divalen iaitu K⁺ dan Ca²⁺, nisbah jumlah tersimpan oleh tanah itu adalah bergantung kepada nisbah aktviti kation monovalen kepada punca ganda dua kation divalen dalam larutan. Inilah yang dikatakan hukum nisbah pertukaran ion.

2.14.4 Kesan Pertukaran Ion dalam Geoteknik dan Geologi

Dalam bidang geologi, contoh pertukaran ion adalah jelas melalui proses luluhawa (Radzali dan Tuan Besar, 1992). Proses luluhawa yang melibatkan pembebasan asid dan alkali dalam zarah-zarah tanah, samada dikekalkan di dalam bahan sekunder atau tidak, ianya bergantung kepada tindakbalas pertukaran ion-ion. Jenis hasil luluhawa bergantung kepada nilai asid dan alkali yang terdapat dalam batuan asal. Dengan ini, proses luluhawa bukan hanya sekadar penguraian mineral primer sahaja tetapi juga disusuli oleh proses larutresapan.

Di tapak binaan, kadangkala jurutera binaan secara tidak langsung telah menyebabkan tindakbalas pertukaran ion berlaku, samada dengan mengubah aras air, perletakan konkrit dan lain-lain lagi, atau dengan perubahan yang tidak dijangkakan dalam ciri-ciri tanah itu. Jika perubahan dalam sifat plastik, pemadatan, dan

pengecutan yang terhasil daripada tindakbalas pertukaran sedemikian tidak dikaji terlebih dahulu, kesannya mengakibatkan berlakunya kejadian ketidakstabilan struktur bangunan, jalan raya dan sebagainya.

2.14.5 Kebolehupaya Pertukaran Kation (KPK)

Kebolehupaya pertukaran kation (KPK) tanah ialah ukuran jaringan cas negatif. KPK boleh ditakrifkan sebagai jumlah kation tukar ganti di dalam 100 g tanah (meq/100 g tanah). KPK tanah dapat ditentukan dengan pelbagai kaedah,

biasanya dengan kaedah melarutresapkan tanah dengan larutan 1 M NH4OAc pada

dicadangkan oleh Carter (1993), iaitu penentuan KPK dengan kaedah-kaedah yang terdapat sekarang belum lagi memuaskan untuk tanah yang mengandungi kedua-dua cas yang bergantungan dengan pH. Ini adalah disebabkan oleh sisihan lazimnya tinggi dan perulangan yang rendah. Nilai KPK yang ditentukan dengan larut resap

oleh kation monovalen (K⁺, Na⁺, NH4⁺) adalah lebih rendah daripada yang

ditentukan dengan kation divalen (Ca²⁺, Ba²⁺, Mg²⁺) yang mana kemungkinannya

disebabkan oleh pengikatan oleh silikat (Tan, 1992).

Nilai KPK tanah sebenarnya bergantung kepada komposisi tanah dan ketepatan kaedah penentuan. Mengikut kajian yang dijalankan oleh Mitchell (1993) dan Radzali dan Tuan Besar (1992), mineral oksida akan lebih mempengaruhi nilai KPK sesuatu tanah itu daripada kuantiti setiap oksida itu. Jenis filosilikat yang menentukan nilai KPK tanah, iaitu montmorilonit dan vermikulit mempunyai nilai KPK yang sangat tinggi maka dengan ini tanah yang mengandungi mineral jenis ini akan juga mempunyai nilai KPK yang tinggi. Tetapi, tanah yang mempunyai

kandungan mineral kaolinit yang dominan, seperti tanah baki granit akan mempunyai nilai KPK yang rendah (Jadual 2.15).

Bagi tanah terluluhawa tropika seperti di Malaysia, ianya mempunyai cas

tetap dan casnya bergantung kepada keadaan pH. Goetit dan gibsit meliputi mineral

silikat bercas positif. Tetapi, pengikatan tidak berlaku ke atas Ca²⁺, Mg²⁺ dan Ba²⁺

kerana saiznya terlalu besar untuk memasuki lapisan silikat.