GEOSPHERE

MUHAMMAD FAHRI. BRAWUJAYA UNIVERSITY MALANG 2009

GEOSPHERE

Geosphere adalah bagian padat dari bumi, mencakup inti, mantel, dan kulit keras. Karena tujuan diskusi, kita sedang memperlakukan geosphere sebagai hal terpisah dari lapisan lain, tetapi dalam keadaan komponen yang sebenarnya dari lapisan lain, terutama biosphere dan hydrosphere, lekat dihubungkan ke geosphere. Contoh penghubung antara geosphere dan lapisan lain adalah air tanah, aquifers, sedimen air, akar tananam, dan jasad renik di dalam di bawah permukaan tanah. Banyak proses penting didalam geosphere dikendalikan oleh biota dan/atau air.

Inti berisi terutama semata besi. Jumlah Nitrogen (N) tak dikenal tetapi mungkin tidak penting, dan jalan masuk untuk siklus di permukaan bumi. Mantel terutama terdiri atas magnesium dan silikat besi. N adalah suatu unsur pelengkap didalam mantel, tetapi dalam volume yang besar mantel, ada pertimbangan jumlah N didalam mantel itu. Inti dan mantel diperkirakan berisi total di atas 1.6 x 1017 metric ton N. Bagaimanapun, N tidak siap digunakan untuk diedarkan permukaan dekat lingkungan bumi. Pada beberapa waktu tertentu masuk atmospir dan hydrosphere melalui letusan volkanis, terutama sebagai amoniak (NH3) dan gas Nitrogen (N2).

Kulit keras dibagi lagi ke dalam batu karang, sedimen tidak diperkuat, dan tanah. N mempunyai rata-rata konsentrasi hanya 20 bagian per juta (ppm) di dalam yang kulit keras. Itu bukan mineral utama yang membentuk unsur, dan dipusatkan crustal batu karang hanya didalam lingkungan tidak biasa.

Umumnya kandungan N mineral nitrat dibentuk secara evaporasi oleh lingkungan. Mineral Nitrat sangat dapat larut, dan dapat tetap berlaku hanya didalam tempat sangat kering. Soda niter (NaNO3) adalah mineral nitrat yang paling umum, dengan niter (KNO3) umumnya lebih sedikit. Satu-Satunya deposit soda niter di dunia adalah sabuk sempit di Cili Utara, dimana evaporite lain mineral tidak biasa juga ditemukan. Pada suatu waktu, deposit ini adalah sumber nitrat penting (NO3-) untuk pupuk dengan proses produksi pupuk buatan modern, deposit ini tidak lagi berharga untuk NO3-. Ada sekitar 30 mineral ammonium (NH4+) yang dikenal. Seperti mineral nitrat, mereka sangat dapat larut dan jarang memelihara. Mereka terjadi paling umum sebagai produk kerusakan karena iklim sedimen kaya organik. NH4+ didalam mineral biasanya ditemukan sebagai suatu ketidak-bersihan dalam beberapa mineral silikat umum, seperti feldspars, mika, dan mineral tanah liat, di mana itu menggantikan poatssium (K+).
Crustal batu karang dibentuk oleh tiga lingkungan, igneous, metamorphic, and sedimentary. N didalam batu karang metamorphic dan igenous ada sebagai NH4+ menggantikan K+ didalam mineral silikat. Konsentrasi NH4+ biasanya kurang dari 20 ppm didalam batu karang dan metamorphic igenous. NH4+ tidak ada dari batu karang yang dekat volkanis sebab divolatilisasi oleh magmatik dingin. Beberapa batu Karang seperti plutonic granit, konsentrasi NH4+ lebih besar dari 100 ppm, kiranya diperoleh dari asal mula sedimen organic-bearing yang berasimilasi dengan sumber magmatic. NH4+ diangkut oleh aktivitas hydrothermal dan hydrothermal mengalir dan secara hydrothermally mengubah batu karang secara signikan diperkaya NH4+.

N menjadi lebih berlimpah di bebatuan sedimentary dibanding bebatuan karang metamorphic atau igenous, dengan konsentrasi antara 200 dan 4000 ppm. Kebanyakan dari N hadir di batu karang sedimentary adalah NH4+ dan organik-N memperoleh dari dekomposisi material organik. NH4+ ditemukan baik fiksasi struktur hablur mineral silikat dan tersyimpan dalam bentuk yang dapat ditukarkan oleh adsorpsi ke permukaan mineral atau didalam cairan interstitial. Faure (1991) diperkirakan ada kira-kira 7.14 x 1019 tahi mol (1.01 x 1015 metric ton) dari N yang disimpan sedimen dan bebatuan sedimentary, 80% sebagai organic-N, kebanyakan didalam serpihan batu. Kolam N ini sama penting ketika N yang ditemukan di atmospir dan mengurangi N yang ditemukan di biosphere dan hydrosphere oleh beberapa besar. Peredaran jauh lebih pelan dibanding lapisan lain. Faure (1991) diperkirakan bahwa waktu habitat organic-N didalam sedimen dan sedimentary batu karang adalah 400 juta tahun. Di bawah kondisi-kondisi tertentu, ketika sedimen atau batu karang mengandung N penting diunjukkan ke oksigen, N direduksi dapat dioksidasi dan dikonversi ke NO3-, membentuk permukaan dan perairan dibawah permukaan tanah dengan konsentrasi NO3 meningkat (Hendry et al., 1984; Holloway et al., 1998).

Suatu sumber N penting didalam sedimentary batu karang adalah bahan bakar fosil, mencakup batubara, minyak, dan gas-alam. N isi batubara biasanya antara 0.1 - 2% dan untuk minyak kurang dari 0.1%. Gas N2 bisa merupakan suatu komponen gas-alam utama, umumnya kurang dari 5%, tetapi dalam beberapa deposito lebih besar dari 85%. Kolam N ini dengan aktif dipindahkan dari geosphere melalui penambangan dan pengeboran. Pada Tahun 1998, Illinois memproduksi kira-kira 40 juta ton batubara, menghadirkan kepindahan di atas 5 x 105 metric ton N dari geosphere. Paling tidak N digunakan untuk produksi energi, dan terutama sisa buangan proses pembakaran. Kebanyakan dari limbah ini N dilepaskan ke atmospir sebagai gas, seperti N2, NO, dan N2O.

Dari perspektif siklus, tanah adalah reservoir yang paling aktif dan dipusatkan untuk N didalam geosphere. Hampir semua tanah ada campuran N organik, rata-rata berisi 5 persen N oleh beban. Indeks N tanah berubah secara luas. Schreiner dan Brown (1938) melaporkan konsentrasi N alami didalam tanah midwest U.S. berkisar dari 6,500 - 218,000 kg N/Ha. Sumber N untuk tanah campuran organik meliputi fiksasi N2 dari atmospir, deposisi di atmosfir, manusia dan limbah binatang, pupuk buatan, dan residu tumbuhan. N diubah menjadi campuran organik, atau humus, sumber bahan nutrien untuk tumbuhan dan jasad renik. N secara khas membatasi bahan nutrien didalam tanah, pengisian kembali N didalam lahan pertanian dengan pemupukan adalah perlu.

Campuran organik didalam tanah tersedia untuk dipindahkan ke dalam biosphere, hydrosphere, dan atmospir lewat berbagai proses biologi dan physicochemical, mencakup degradasi campuran, pelarutan, erosi, tumbuhan dan pengambilan microbial, denitrifikasi, volatilisasi, dan lain lain. Itu diperkirakan 1 - 3 persen total organic-N didalam tanah daerah berhawa~sedang dimineralisasi satu tahun, menghasilkan suatu perputaran N tanah lengkap tiap 30 - 70 tahun (Foth, 1990).

Bentuk tanah Illinois adalah tanah Drummer, meliput sebagian besar east-central Illinois. Tanah Drummer adalah tanah produktif dengan bahan organik besar dalam lapisan bajaknya (6%) (Fehrenbacher, 1984). Untuk mengkalkulasi N isi tanah didalam meter bagian atas tanah Drummer, kita berasumsi bahwa bahan organik tanah berisi 5 persen N (Foth, 1990), walaupun beberapa peneliti menggunakan nilai lebih tinggi (Stevenson, 1994), dan menggunakan cakupan dilaporkan dari isi bahan organik dan kepadatan curah (Naiki, 1982). Penggunaan nilai ini, meter atas tanah Dummer dihitung berisi 29,200 - 48,800 kg N/Ha. Pada mineralisasi tingkat 1 - 3 persen/tahun, produksi inorganik N dalam meter atas tanah Drummer terbentang dari 290 - 1470 kg N/Ha-Yr. Mineralisasi N ini ada tersedia untuk pengambilan tumbuhan dan proses biologi lain dan physicochemical seperti pelarutan, denitrifikasi, erosi, dan lain lain