Fisika Tanah dan Hubungan Air
Fisika tanah mempelajari keadaan fisik dan perilaku tanah, terutama bagaimana air ditahan dan bergerak melalui jaringan pori, bagaimana kerangka padat terstruktur, dan bagaimana panas serta udara bergerak di dalamnya.
Definition
Fisika tanah adalah studi tentang sifat fisik dan proses tanah, khususnya retensi dan transportasi air, udara, dan panas dalam medium berpori yang dibentuk oleh padatan tanah dan ruang porinya.
Scope
Area ini mencakup penyimpanan dan keadaan energi air tanah, pergerakan air melalui infiltrasi dan aliran tak jenuh, arsitektur struktur dan porositas tanah, serta transportasi panas dan gas. Ini memperlakukan tanah sebagai medium berpori tiga fase yang terdiri dari padatan, air, dan udara, serta menyediakan dasar fisik untuk irigasi, drainase, dan pasokan air tanaman, yang di sini dikualifikasikan sebagai hubungan tanah-air untuk membedakannya dari air tanah dan hidrologi permukaan.
Sub-topics
Core questions
- Bagaimana air ditahan di dalam tanah, dan bagaimana kita menggambarkan keadaan energinya?
- Bagaimana air meresap dan bergerak melalui tanah tak jenuh?
- Bagaimana struktur dan porositas tanah mengatur penyimpanan dan aliran?
- Bagaimana panas dan udara bergerak melalui tanah dan memengaruhi akar serta mikroba?
Key concepts
- Potensi air tanah (matrik, gravitasi, osmotik)
- Kurva retensi air
- Kapasitas lapangan dan titik layu permanen
- Konduktivitas hidrolik
- Infiltrasi dan aliran tak jenuh
- Porositas, kerapatan curah, dan aerasi
Key theories
- Potensi air tanah
- Keadaan energi air tanah dijelaskan oleh potensi totalnya, jumlah komponen gravitasi, matrik, dan osmotik, yang menentukan apakah dan ke arah mana air akan bergerak serta seberapa tersedia air tersebut bagi tanaman.
- Persamaan Richards untuk aliran tak jenuh
- Richards menggabungkan hukum Darcy dengan konservasi massa untuk tanah tak jenuh, menghasilkan persamaan diferensial parsial di mana konduktivitas hidrolik sangat bergantung pada kadar air, yang merupakan dasar dinamika tanah-air kuantitatif.
- Medium berpori tiga fase
- Perilaku tanah diatur oleh proporsi relatif dan susunan padatan, air, dan udara; distribusi ukuran pori yang ditentukan oleh tekstur dan struktur mengontrol retensi air, drainase, aerasi, dan aliran panas.
Clinical relevance
Fisika tanah mendasari pengelolaan air untuk pertanian dan lingkungan: ini menentukan berapa banyak air yang dapat disimpan tanah untuk tanaman, seberapa cepat air meresap dan mengalir, bagaimana irigasi dan drainase harus dirancang, dan bagaimana pemadatan serta hilangnya struktur mengganggu pertumbuhan akar dan meningkatkan limpasan serta erosi.
History
Fisika tanah kuantitatif berkembang dari konsep potensi kapiler Buckingham pada awal abad ke-20, persamaan Richards tahun 1931 untuk aliran tak jenuh, dan pekerjaan pertengahan abad mengenai retensi air dan kapasitas lapangan. Teks-teks Hillel mensintesis bidang ini, menghubungkan fisika tanah-air dengan pertumbuhan tanaman dan proses lingkungan.
Key figures
- Daniel Hillel
- Lorenzo A. Richards
- Edgar Buckingham
Related topics
Seminal works
- hillel1998
- richards1931
- brady2016
Frequently asked questions
- Mengapa tanah berpasir lebih cepat kering daripada tanah liat?
- Tanah berpasir memiliki pori-pori besar yang mengalirkan air dengan cepat di bawah gravitasi dan menahan sedikit air melawannya, sedangkan tanah liat memiliki banyak pori-pori halus yang menahan air oleh gaya kapiler dan permukaan, sehingga tanah liat menyimpan lebih banyak air yang tersedia bagi tanaman dan mengering lebih lambat.
- Apa arti potensi air tanah?
- Potensi air tanah mengukur keadaan energi air dalam tanah relatif terhadap air bebas; air bergerak dari potensi yang lebih tinggi ke yang lebih rendah, dan semakin negatif potensinya, semakin erat air ditahan dan semakin keras tanaman harus bekerja untuk mengekstraknya.