SIKLUS BIOGEOKIMIA
Dalam lingkungan itu sendiri terdiri dari komponen biotic dan abiotik
serta terbagi menjadi beberapa bagian yakni antrosfer, hidrosfer,
geosfer, atmosfer dan biosfer. Materi dalam lingkungan akan bergerak
secara terus menerus melalui berbagai jenis reaksi sehingga membentuk
suatu siklus materi. Keterkaitan antara komponen komponen abiotik yaitu
udara, air dan tanah serta keterkitan dari masing-masing komponen dengan
komponen biotic atau biosfer. Adanya saling keterkaitan tersebut
membentuk suatu system yang disebut ekosistem.
Secara umum ketika suatu unsure atau materi memasuki suatu media atau
lingkungan, selanjutnya akan memasuki lingkungan atau media yang
lainnya melalui suatu proses baik fisika, kimia maupun biologi. Secara
alamiah tanpa campur tangan manusia perjalanan materi tersebut dari satu
media ke media yang lain sudah berlangsung sejak bumi terbentuk. Adanya
aktivitas manusia menyebabkan perjalanan tersebut menjadi lebih
kompleks. Perjalanan atau aliran matei tersebut dalam ekosistem global
dibumi ternyata berbentuk lingkaran yang dikenal dengan siklus
biogeokimia.
Istilah “siklus biogeokimia” berasal dari biologis, proses geologi,
dan kimia yang menyebabkan transfer materi terjadi. Karena ini siklus
yang berbeda yang terjadi secara alami, untuk sebagian besar, mereka
sudah lama dianggap siklus alam. Siklus biogeokimia dibagi menjadi 2
yaitu eksogenik (dalam mineral batuan) dan endogenik (melibatkan gas).
Jadi, Siklus biogeokimia atau yang biasa disebut dengan siklus
organik-anorganik adalah siklus unsur-unsur atau senyawa kimia yang
mengalirdari komponen abiotik ke komponen biotik dan kembali lagi ke
komponen abiotik. Siklus unsur-unsur tersebut tidak hanya melalui
organisme, tetapi juga melibatkan reaksi-reaksi kimia dalam lingkungan
abiotik sehingga disebut sebgai siklus biogeokimia.
Fungsi Siklus Biogeokimia adalah sebagai siklus materi yang
mengembalikan semua unsur-unsur kimia yang sudah terpakai oleh semua
yang ada di bumi baik komponen biotik maupun komponen abiotik, sehingga
kelangsungan hidup di bumi dapat terjaga
Siklus biogeokimia yang terjadi di alam dapat berupa siklus oksign, karbon, siklus nitrogen, dan siklus phosphor dan sulfur.
- Siklus Karbon
Siklus karbon adalah siklus biogeokimia di mana karbon dipertukarkan
antara biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer bumi. Dalam siklus ini
terdapat empat reservoir karbon utama yang dihubungkan oleh jalur
pertukaran. Reservoir-reservoir tersebut adalah:
- Atmosfer
- Biosfer Teresterial, meliputi freshwater sistem dan material nonhayati organik seperti soil karbon (karbon tanah)
- Lautan, meliputi karbon anorganik terlarut dan biota laut hayati atau nonhayati
- Sedimen, meliputi bahan baker fosil
Pertukaran karbon antara reservoir terjadi karena proses kimia, fisika, geologi, dan biologi yang bermacam-macam.
Terdapat lebih banyak persenyawaan karbon yang dikenal daripada
persenyawaan unsur lain kecuali hydrogen. Kebanyakan dikenal sebagai
zat-zat kimia organic. Keistimewaan karbon yang unik adalah
kecenderungannya secara alamiah mengikat dirinya sendiri dalam
rantai-rantai atau cincin-cincin , tidak hanya dengan ikatan tunggal,
C-C, tetapi juga mengandung ikatan ganda, C=C atau C=C . Di atmosfer
terdapat kandungan COZ sebanyak 0.03%. Sumber-sumber COZ di udara
berasal dari respirasi manusia dan hewan, erupsi vulkanik, pembakaran
batubara, dan asap pabrik. Karbon dioksida di udara dimanfaatkan oleh
tumbuhan untuk berfotosintesis dan menghasilkan oksigen yang nantinya
akan digunakan oleh manusia dan hewan untuk berespirasi. Hewan dan
tumbuhan yang mati, dalam waktu yang lama akan membentuk batubara di
dalam tanah. Batubara akan dimanfaatkan lagi sebagai bahan bakar yang
juga menambah kadar C02 di udara.
Di ekosistem air, pertukaran C02 dengan atmosfer berjalan secara
tidak langsung. Karbon dioksida berikatan dengan air membentuk asam
karbonat yang akan terurai menjadi ion bikarbonat. Bikarbonat adalah
sumber karbon bagi alga yang memproduksi makanan untuk diri mereka
sendiri dan organisme heterotrof lain. Sebaliknya, saat organisme air
berespirasi, CO2 yang mereka keluarkan menjadi bikarbonat. Jumlah
bikarbonat dalam air adalah seimbang dengan jumlah C02 di air.
Siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan
antara biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer Bumi (objek astronomis
lainnya bisa jadi memiliki siklus karbon yang hampir sama meskipun
hingga kini belum diketahui). Dalam siklus ini terdapat empat reservoir
karbon utama yang dihubungkan oleh jalur pertukaran. Reservoir-reservoir
tersebut adalah atmosfer, biosfer teresterial (biasanya termasuk pula
freshwater system dan material non-hayati organik seperti karbon tanah
(soil carbon)), lautan (termasuk karbon anorganik terlarut dan biota
laut hayati dan non-hayati), dan sedimen (termasuk bahan bakar fosil).
Pergerakan tahuan karbon, pertukaran karbon antar reservoir, terjadi
karena proses-proses kimia, fisika, geologi, dan biologi yang
bermaca-macam. Lautan mengadung kolam aktif karbon terbesar dekat
permukaan Bumi, namun demikian laut dalam bagian dari kolam ini
mengalami pertukaran yang lambat dengan atmosfer.
Karbon dioksida (rumus kimia: CO2) atau zat asam arang adalah sejenis
senyawa kimia yang terdiri dari dua atom oksigen yang terikat secara
kovalen dengan sebuah atom karbon. Ia berbentuk gas pada keadaan
temperatur dan tekanan standar dan hadir di atmosfer bumi. Rata-rata
konsentrasi karbon dioksida di atmosfer bumi kira-kira 387 ppm
berdasarkan volume [1] walaupun jumlah ini bisa bervariasi tergantung
pada lokasi dan waktu. Karbon dioksida adalah gas rumah kaca yang
penting karena ia menyerap gelombang inframerah dengan kuat.
Karbon dioksida dihasilkan oleh semua hewan, tumbuh-tumbuhan, fungi,
dan mikroorganisme pada proses respirasi dan digunakan oleh tumbuhan
pada proses fotosintesis. Oleh karena itu, karbon dioksida merupakan
komponen penting dalam siklus karbon. Karbon dioksida juga dihasilkan
dari hasil samping pembakaran bahan bakar fosil. Karbon dioksida
anorganik dikeluarkan dari gunung berapi dan proses geotermal lainnya
seperti pada mata air panas. Karbon dioksida tidak mempunyai bentuk cair
pada tekanan di bawah 5,1 atm namun langsung menjadi padat pada
temperatur di bawah -78 °C. Dalam bentuk padat, karbon dioksida umumnya
disebut sebagai es kering. Neraca karbon global adalah kesetimbangan
pertukaran karbon (antara yang masuk dan keluar) antar reservoir karbon
atau antara satu putaran (loop) spesifik siklus karbon (misalnya
atmosfer – biosfer). Analisis neraca karbon dari sebuah kolam atau
reservoir dapat memberikan informasi tentang apakah kolam atau reservoir
berfungsi sebagai sumber (source) atau lubuk (sink) karbon dioksida.
- Siklus Nitrogen
Pada umumnya makhluk hidup tidak dapat mengambil langsung nitrogen
yang ada di udara. Tapi nitrogen dapat diambil pada proses fiksasi
nitrogen oleh bakteri Azotobacter dan Rhizobium.
- Nitritasi : proses pengubahan amonia menjadi ion nitrit oleh Nitromonas dan Nitrococcus
- Nitratasi: proses pengubahan nitrit menjadi nitrat oleh Nitrobacter
- Denitrifikasi: proses pemecahan senyawa HNO3 menjadi gas N2 oleh Pseudomonas denitrificans dan Thiobacillus denitrificans
Di alam, Nitrogen terdapat dalam bentuk senyawa organik seperti urea,
protein, dan asam nukleat atau sebagai senyawa anorganik seperti
ammonia, nitrit, dan nitrat.
Gas nitrogen ikatannya stabil dan sulit bereaksi, sehingga tidak bisa
dimanfaatkan secara langsung oleh makhluk hidup. Nitrogen dalam tubuh
makhluk hidup merupakan komponen penyusun asam amino yang akan membentuk
protein. Nitrogen bebas juga dapat bereaksi dengan hidrogen atau
oksigen dengan bantuan kilat atau petir membentuk nitrat (NO).
Beberapa jenis bakteri yang dapat menambat nitrogen terdapat pada
akar legume tumbuhan lain, misalnya Marsiella Siklus nitrogen merupakan
proses pembentukan dan penguraian nitrogen sebagai sumber protein utama
di alam. Nitrogen menjadi penyusun utama protein dan sangat diperlukan
oleh tumbuhan dan hewan dalam jumlah besar. Nitrogen diperlukan tumbuhan
dalam bentuk terikat (ikatan suatu senyawa dengan unsur lain). Nitrogen
bebas dapat difiksasi (di ikat) di dalam tanah oleh bakteri yang
bersifat simbiotik dan dapat mengikat protein jika bekerjasama dengan
akar tumbuhan polong, yang mempunyai bintil akar, rumpun tropik, dan
beberapa jenis gangaang. Selain itu terdapat bakteri dalam tanah yang
dapat memikat nitrogen secara langsung, yaitu acetobacter sp yang
bersifat aerob dan clostridium sp. yang bersifat anaerob. Selain itu,
terdapat beberapa jenis spesies gangganng biru yang dapat menambat
nitrogen, antara lain nostoc sp. dan anabaena sp.
Tumbuhan memperoleh nitrogen di dalam tanah berupa amonia (NH3), ion
nitrit (NO2-), dan ion nitrat (NO3-). Dalam tanah nitrogen terdapat
dalam organik tanah di berbagai tahap pembusukan, namun belum dapat
dimanfaatkan tumbuhan. Nitrogen yang dimanfaatkan tumbuhan biasanya
terikat dalam bentuk ammonium dan (NH4+) ion nitrat (NO3-).
Amonia diperoleh dari hasil penguraian jaringan yang mati dan oleh
bakteri. Amonia ini dapat dinitrifikasi oleh bakteri nitrit, yaitu
nitrosomonas dan nitrosococcus menjadi NO2-. Selanjutnya oleh bakteri
denitrifikasi, yaitu pseudomonas denitrifikasi, nitrat diubah kembali
menjadi ammonia dan ammonia diubah kembali menjadi nitrogen yang dilepas
bebas ke udara. Dengan cara ini siklus nitrogen akan berulang dalam
ekosistem.
Nitrat sangat mudah larut dalam tanah, sehinga cepat hilang karena
proses pembusukan. Taraf ketersesisaan nitrogen dalam tanah tergantung
pada banyaknya bahan organik, populasi zat-zat renik, dan tingkat
pembasuhan tanah oleh air. Dalam keadaan alami terjadi keseimbangan
antara laju pertumbuhan dan gaya-gaya yang menentukan penyediaan
nitrogen dalam tanah. Proses pemanenan menyebabkan sejumlah besar
nitrogen terikat hilang akibat tanah mengalami pembasuhan oleh gerak
aliran air dan kegiatan jasad renik. Selain itu nitrogen terikat juga
hilang, karena diambil oleh bakteri pengubah nitrat menjadi nitrogen.
Hal ini menyebabkan pertanian intensif sangat tergantung pada tambahan
pupuk nitrogen.
Bakteri penghasil ion nitrit dan nitrat bersifat autotrof dan aerob,
sehingga kehidupannya dipengaruhi oleh aerosotama, suhu, dan kandungan
air dalam tanah. Sementara itu proses perubahan nitrit menjadi nitrogen
bersifa
- Siklus Fosfor
Posfor merupakan elemen penting dalam kehidupan karena semua makhluk
hidup membutuhkan posfor dalam bentuk ATP (Adenosin Tri Fosfat), sebagai
sumber energi untuk metabolisme sel.
Posfor terdapat di alam dalam bentuk ion fosfat (PO43-). Ion Fosfat
terdapat dalam bebatuan. Adanya peristiwa erosi dan pelapukan
menyebabkan fosfat terbawa menuju sungai hingga laut membentuk sedimen.
Adanya pergerakan dasar bumi menyebabkan sedimen yang mengandung fosfat
muncul ke permukaan. Di darat tumbuhan mengambil fosfat yang terlarut
dalam air tanah
Herbivora mendapatkan fosfat dari tumbuhan yang dimakannya dan
karnivora mendapatkan fosfat dari herbivora yang dimakannya. Seluruh
hewan mengeluarkan fosfat melalui urin dan feses.
Bakteri dan jamur mengurai bahan-bahan anorganik di dalam tanah lalu melepaskan pospor kemudian diambil oleh tumbuhan.
Di alam, fosfor terdapat dalam dua bentuk, yaitu senyawa fosfat
organik (pada tumbuhan dan hewan) dan senyawa fosfat anorganik (pada air
dan tanah). Fosfat organik dari hewan dan tumbuhan yang mati diuraikan
oleh dekomposer (pengurai) menjadi fosfat anorganik. Fosfat anorganik
yang terlarut di air tanah atau air laut akan terkikis dan mengendap di
sedimen laut. Oleh karena itu, fosfat banyak terdapat di batu karang dan
fosil. Fosfat dari batu dan fosil terkikis dan membentuk fosfat
anorganik terlarut di air tanah dan laut. Fosfat anorganik ini kemudian
akan diserap oleh akar tumbuhan lagi. Siklus ini berulang terus menerus.
Siklus fosfor, bersifat kritis karena fosfor secara umum merupakan
hara yang terbatas dalam ekosistem. Tidak ada bentuk gas dari fosfor
yang stabil, oleh karena itu siklus fosfor adalah “endogenik”. Dalam
geosfer, fosfor terdapat dalam jumlah besar dalam mineral-mineral yang
sedikit sekali larut seperti hidroksiapilit, garam kalsium. Adapun
gambar dari siklus fosfor adalah sebagai berikut.
Fosfor terlarut dari mineral-mineral fosfat dan sumber-sumber
lainnya, seperti pupuk fosfat, diserap oleh tanaman dan tergabung dalam
asam nukleat yang menyusun material genetic dalam organisme.
Mineralisasi dari biomassa oleh pembusukan/penguraian mikroba
mengembalikan fosfor kepada larutan garamnya yang kemudian dapat
mengendap sebagai bahan mineral. Sejumlah besar dari mineral-mineral
fosfat digunakan sebagai bahan pupuk, industry kimia, dan “food
additives”. Fosfor merupakan salah satu komponen dari senyawa-senyawa
sangat toksik, terutama insektisida organofosfat.
- Siklus Belerang (sulfur)
Belerang dalam tubuh organisme merupakan unsur penyusun protein. Di
alam, sulfur (belerang) terkandung dalam tanah dalam bentuk mineral
tanah dan di udara dalam bentuk SO atau gas sulfur dioksida. Ketika gas
sulfur dioksida yang berada di udara bersenyawa dengan oksigen dan air,
akan membentuk asam sulfat yang ketika jatuh ke tanah akan menjadi
bentuk ion-ion sulfat (SO4 2- ). Kemudian ion-ion sulfat tadi akan
diserap oleh tumbuhan untuk menyusun protein dalam tubuhnya. Ketika
manusia atau hewan memakan tumbuhan, maka akan terjadi perpindahan unsur
belerang dari tumbuhan ke tubuh hewan atau manusia.
Ketika hewan atau tumbuhan mati, jasadnya akan diuraikan oleh bakteri
dan jamur pengurai dan menghasilkan bau busuk, yaitu gas hidrogen
sulfida (H2S) yang akan dilepas ke udara dan sebagian tetap ada di dalam
tanah. Gas hidrogen sulfida yang ada di udara akan bersenyawa dengan
oksigen membentuk sulfur oksida, dan yang di tanah oleh bakteri tanah
akan diubah menjadi ion sulfat dan senyawa sulfur oksida yang nanti akan
diserap kembali oleh tumbuhan.
Siklus belerang relative kompleks dimana melibatkan berbagai macam
gas, mineral-mineral yang sukar larut dan beberapa sepsis lainnya dalam
larutan. Siklus ini berkaitan dengan siklus oksigen dimana belerang
bergabung dengan oksigen membentuk gas belerang oksida, SO2, sebagai
bahan pencemar air. Diantara spesi-spesi yang secara siknifikan terlihat
dalam siklus belerang adalah gas hydrogen sulfide H2S; mineral-mineral
sulfide seperti PbS; asam sulfat H2SO4; belerang oksida, SO2 komponen
utama dari hujan asam; dan belerang yang terikat dalam protein. Hujan
asam didefinisikan sebagai segala macam hujan dengan pH di bawah 5,6.
Hujan secara alami bersifat asam (pH sedikit di bawah 6) karena
karbondioksida (CO2) di udara yang larut dengan air hujan memiliki
bentuk sebagai asam lemah. Jenis asam dalam hujan ini sangat bermanfaat
karena membantu melarutkan mineral dalam tanah yang dibutuhkan oleh
tumbuhan dan binatang.
Hujan asam disebabkan oleh belerang (sulfur) yang merupakan pengotor
dalam bahan bakar fosil serta nitrogen di udara yang bereaksi dengan
oksigen membentuk sulfur dioksida dan nitrogen oksida. Zat-zat ini
berdifusi ke atmosfer dan bereaksi dengan air untuk membentuk asam
sulfat dan asam nitrat yang mudah larut sehingga jatuh bersama air
hujan. Air hujan yang asam tersebut akan meningkatkan kadar keasaman
tanah dan air permukaan yang terbukti berbahaya bagi kehidupan ikan dan
tanaman
- Siklus Oksigen
Senyawaan oksigen dengan semua unsure kecuali He, Ne, dan mungkin Ar
dikenal. Molekul oksigen (dioksigen, O2 ) bereaksi dengan semua unsur
lain kecuali halogen, beberapa logam mulia, dan gas-gas mulia baik dalam
suhu ruangan atau pada pemanasan. Oksigen merupakan unsur yang vital
bagi kehidupan di bumi ini.
Sumber oksigen paling besar berasal dari proses fotosintesis yang
dilakukan tumbuhan. Tumbuhan dan manusia atau hewan adalah komponen
penyusun ekosistem yang mempengaruhi terjadinya proses atau daur oksigen
di alam semesta. Adapun daur oksigen tersebut dijelaskan seperti pada
gambar di bawah ini.
- Proses fotosintesis tumbuhan dan alga menyerap CO2 dan menghasilkan O2 yang dilepaskan ke atmosfer.
- Kemudian O2 dihirup oleh manusia dan hewan melalui respirasi atau pernafasan.
- Oksigen oleh manusia dan hewan kemudian digunakan sebagai bahan bakar sari makanan melalui proses metabolisme dalam tubuhnya masing-masing.
- Metabolisme manusia dan hewan menghasilkan CO2 yang kemudian dilepaskan ke atmosfer.
- Aktivitas industri juga dapat bekerja saat oksigen tersedia dan membuang CO2 ke atmosfer sebagai limbah industri.
- Senyawa hasil respirasi makhluk hidup dan pembakaran industri adalah CO2 dan H2O. Kedua senyawa ini kemudian digunakan kembali oleh tumbuhan untuk melakukan proses fotosintesis.
- Begitu seterusnya sehingga daur oksigen dapat terus berlanjut.
Comments
Post a Comment