TUGAS GEOKIMIA UMUM

TOPIK 12

Disusun Oleh :

DANENDRA GARUDA WISDA

111.140.015

PROGRAM STUDI TEKNIK GEOLOGI

FAKULTAS TEKNOLOGI MINERAL

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”

YOGYAKARTA

2015

BUMI SEBAGAI SISTEM KIMIA DAN FISIKA

Bumi adalah planet ketiga dari Matahari yang merupakan

planet terpadat dan terbesar kelima dari delapan planet dalamTata Surya. Bumi

juga merupakan planet terbesar dari empat planet kebumian Tata Surya. Bumi

terkadang disebut dengan dunia atau Planet Biru.

Bumi terbentuk sekitar 4,54 miliar tahun yang lalu, dan kehidupan

muncul di permukaannya pada miliar tahun pertama. Biosfer Bumi kemudian

secara perlahan mengubah atmosfer dan kondisi fisik dasar lainnya, yang

memungkinkan terjadinya perkembangbiakan organisme serta

pembentukan lapisan ozon, yang bersama medan magnet Bumi

menghalangi radiasi surya berbahaya dan mengizinkan makhluk hidup

mikroskopis untuk berkembang biak dengan aman di daratan. Sifat fisik, sejarah

geologi, dan orbit Bumi memungkinkan kehidupan untuk bisa terus bertahan.

Litosfer Bumi terbagi menjadi beberapa segmen kaku, atau lempeng

tektonik, yang mengalami pergerakan di seluruh permukaan Bumi selama jutaan

tahun. Lebih dari 70% permukaan Bumi ditutupi oleh air, dan sisanya terdiri dari

benua dan pulau-pulau yang memiliki banyak danau dan sumber air lainnya yang

bersumbangsih terhadap pembentukanhidrosfer. Kutub Bumi sebagian besarnya

tertutup es; es padat di lapisan es Antarktika dan es laut di paket es kutub.Interior

Bumi masih tetap aktif, dengan inti dalam terdiri dari besi padat, sedangkan inti

luar berupa fluida yang menciptakan medan magnet, dan lapisan tebal yang relatif

padat di bagian mantel.

Bumi tergolong planet kebumian yang umumnya terdiri dari bebatuan,

bukannya raksasa gas seperti Yupiter. Bumi adalah planet terbesar dari empat

planet kebumian lainnya menurut ukuran dan massa. Dari keempat planet

tersebut, Bumi merupakan planet dengan kepadatan tertinggi, gravitasi

permukaan tertinggi, medan magnet terkuat, dan rotasi tercepat, dan diperkirakan

juga merupakan satu-satunya planet dengan tektonik lempeng yang aktif.

Bentuk Bumi kira-kira menyerupai sferoid pepat, bola yang bentuknya

tertekan pipih di sepanjang sumbu dari kutub ke kutub sehingga

terdapat tonjolan di sekitar khatulistiwa. Tonjolan ini muncul akibat rotasi Bumi,

yang menyebabkan diameter khatulistiwa 43 km (kilometer) lebih besar dari

diameter kutub ke kutub. Karena hal ini, titik terjauh permukaan Bumi dari pusat

Bumi adalah gunung api Chimborazo di Ekuador, yang berjarak 6.384 kilometer

dari pusat Bumi, atau sekitar 2 kilometer lebih jauh jika dibandingkan

dengan Gunung Everest. Diameter rata-rata bulatan Bumi adalah 12.742 km, atau

kira-kira setara dengan 40.000 km /π, karena satuan meter pada awalnya dihitung

sebagai 1/10.000.000 jarak dari khatulistiwa ke Kutub

Utara melewati Paris, Perancis.

Topografi Bumi mengalami deviasi dari bentuk sferoid ideal, meskipun

dalam skala global deviasi ini tergolong kecil: Bumi memiliki

tingkat toleransi sekitar 584, atau 0,17% dari sferoid sempurna, lebih kecil jika

dibandingkan dengan tingkat toleransi pada bola biliar (0,22%). Deviasi tertinggi

dan terendah pada permukaan Bumi terdapat di Gunung Everest (8.848 m di atas

permukaan laut) dan Palung Mariana (10.911 m di bawah permukaan laut).

Karena adanya tonjolan khatulistiwa, lokasi di permukaan Bumi yang berada

paling jauh dari pusat Bumi adalah puncak Chimborazo di Ekuador

dan Huascarán di Peru.

Massa Bumi kurang lebih 5,98×1024 kg. Komposisinya terdiri dari:

besi(32,1%), oksigen (30,1%),silikon (15,1%), magnesium (13,9%), belerang (2,9

%), nikel (1,8%), kalsium (1,5%), dan aluminium (1,4%); sisanya terdiri dari

unsur-unsur lainnya (1,2%). Akibat segregasi massa, bagian inti Bumi diyakini

mengandung besi (88,8%), dan sejumlah kecil nikel (5,8%), belerang (4,5%), dan

kurang dari 1% unsur-unsur lainnya.

Ahli geokimia F. W. Clarke menghitung lebih dari 47% kerak Bumi

mengandung oksigen. Konstituen batuan yang umumnya terdapat pada kerak

Bumi hampir semuanya merupakan senyawa oksida; klorin, belerang,

dan fluor adalah tiga pengecualian, dan jumlah total kandungan unsur ini dalam

batuan biasanya kurang dari 1%. Oksida utama yang terkandung dalam kerak

Bumi adalah silika, alumina, besi oksida, kapur, magnesia, kalium, dan soda.

Silika pada umumnya berfungsi sebagai asam, yang membentuk silikat, dan

mineral paling umum yang terdapat pada batuan bekuadalah senyawa ini.

Berdasarkan analisisnya terhadap 1.672 jenis batuan di kerak Bumi, Clarke

menyimpulkan bahwa 99,22% kerak Bumi terdiri dari 11 oksida (lihat tabel di

sebelah kanan).

Interior Bumi, seperti halnya planet kebumian lainnya, dibagi menjadi

sejumlah lapisan menurut kandungan fisika atau kimianya (reologi). Namun, tidak

seperti planet kebumian lainnya, Bumi memiliki inti luar dan inti dalam yang

berbeda. Lapisan luar Bumi secara kimiawi berupa kerak padat silikat yang

diselimuti oleh mantel viskose padat. Kerak Bumi dipisahkan dari mantel

oleh diskontinuitas Mohorovičić, dengan ketebalan rata-ratanya adalah 6 km di

bawah lautan dan 30-50 km di bawah daratan. Kerak Bumi, serta bagian kaku dan

dingin di puncak mantel atas, secara kolektif dikenal dengan litosfer, dan pada

lapisan inilah tektonika lempeng terjadi. Di bawah litosfer terdapat astenosfer,

lapisan dengan tingkat viskositas yang relatif rendah dan menjadi tempat melekat

bagi litosfer. Perubahan penting struktur kristal di dalam mantel terjadi pada

kedalaman 410 dan 660 km di bawah permukaan Bumi, yang juga mencakup zona

transisi yang memisahkan mantel atas dengan mantel bawah. Di bawah mantel,

terdapat fluida inti luar dengan viskositas yang sangat rendah di atas inti dalam.

Inti dalam Bumi mengalami perputaran dengan kecepatan sudut yang sedikit lebih

tinggi jika dibandingkan dengan bagian planet lainnya, sekitar 0,1-0,5° per tahun.

Lapisan Bumi

Penampang Bumi dari inti ke eksosfer.

Kedalaman

km

Lapisan

komponen

Kepadatan

g/cm3

0–60 Litosfer —

0–35 Kerak 2.2–2.9

35–60 Mantel atas 3.4–4.4

35–2890 Mantel 3.4–5.6

100–700 Astenosfer —

2890–5100 Inti luar 9.9–12.2

5100–6378 Inti dalam 12.8–13.1

Panas dalam Bumi berasal dari perpaduan antara panas endapan dari akresi

planet (sekitar 20%) dan panas yang dihasilkan oleh peluruhan

radioaktif (80%).Isotop penghasil panas utama Bumi adalah kalium-40, uranium-

238, uranium-235, dan torium-232. Di pusat Bumi, suhu bisa mencapai 6,000 °C

(10,830 °F), dan tekanannya mencapai 360 GPa. Karena sebagian besar panas

Bumi dihasilkan oleh peluruhan radioaktif, para ilmuwan percaya pada

awal sejarah Bumi, sebelum isotop dengan usia pendek terkuras habis, produksi

panas Bumi yang dihasilkan jauh lebih tinggi jika dibandingkan dengan sekarang.

Panas yang dihasilkan pada masa itu diperkirakan dua kali lebih besar daripada

saat ini, kira-kira 3 miliar tahun yang lalu, dan hal tersebut akan meningkatkan

gradien suhu di dalam Bumi, meningkatkan tingkat konveksi mantel dan tektonik

lempeng, serta memungkinkan pembentukan batuan beku seperti komatiites, yang

tidak bisa terbentuk pada masa kini.

Isotop utama penghasil panas Bumi saat ini

Isotop Pelepasan

panas

W/kg isotop

Paruh

hidup

tahun

Konsentrasi mantel rata-

rata

kg isotop/kg mantel

Pelepasan

panas

W/kg mantel

238U 9.46 × 10−5 4.47 × 109 30.8 × 10−9 2.91 × 10−12

235U 5.69 × 10−4 7.04 × 108 0.22 × 10−9 1.25 × 10−13

232Th 2.64 × 10−5 1.40 × 1010 124 × 10−9 3.27 × 10−12

40K 2.92 × 10−5 1.25 × 109 36.9 × 10−9 1.08 × 10−12

Rata-rata pelepasan panas Bumi adalah 87 mW m−2, dan 4.42 ×

1013 W untuk panas global. Sebagian energi panas di dalam inti Bumi diangkut

menuju kerak oleh bulu mantel; bentuk konveksi yang terdiri dari batuan bersuhu

tinggi yang mengalir ke atas. Bulu mantel ini mampu menghasilkan bintik

panas dan basal banjir. Panas Bumi yang selebihnya dilepaskan melalui lempeng

tektonik oleh mantel yang terhubung dengan punggung tengah samudra.

Pelepasan panas terakhir dilakukan melalui konduksi litosfer, yang umumnya

terjadi di samudra karena kerak di sana jauh lebih tipis jika dibandingkan dengan

kerak benua.

Lempeng tektonik

Lapisan luar Bumi yang berbentuk lapisan kaku, disebut dengan litosfer,

terpecah menjadi potongan-potongan yang disebut dengan lempeng tektonik.

Lempeng-lempeng ini merupakan segmen kaku yang saling berhubungan dan

bergerak pada salah satu dari tiga jenis batas lempeng. Ketiga batas lempeng

tersebut adalah batas konvergen, tempat dua lempeng bertumbukan; batas

divergen, tempat dua lempeng saling menjauh; dan batas peralihan, tempat dua

lempeng saling bersilangan secara lateral. Gempa bumi, aktivitas gunung

berapi, pembentukan gunung, dan pembentukan palung laut terjadi di sepanjang

batas lempeng ini. Lempeng tektonik berada di atas astenosfer, lapisan mantel

yang bentuknya padat tetapi tidak begitu kental, yang bisa mengalir dan bergerak

bersama lempeng, dan pergerakan ini disertai dengan pola konveksi di dalam

mantel Bumi.

Karena lempeng tektonik berpindah di seluruh Bumi, lantai samudra

mengalami penunjaman di bawah tepi utama lempeng pada batas konvergen. Pada

saat yang bersamaan, material mantel pada batas divergen membentuk punggung

tengah samudra. Perpaduan kedua proses ini secara berkelanjutan terus mendaur

ulang kerak samudra kembali ke dalam mantel. Karena proses daur ulang ini,

sebagian besar lantai samudra berusia kurang dari 100 juta tahun. Kerak samudra

tertua berlokasi di Pasifik Barat, yang usianya diperkirakan 200 juta tahun.

Sebagai perbandingan, kerak benua tertua berusia 4.030 juta tahun.

Tujuh lempeng utama di Bumi adalah Lempeng Pasifik, Amerika

Utara, Eurasia, Afrika, Antarktika, Lempeng Indo-Australia, danAmerika Selatan.

Lempeng terkemuka lainnya adalah Lempeng Arab, Lempeng Karibia, Lempeng

Nazca di pantai barat Amerika Selatan, dan Lempeng Scotia di Samudra

Atlantik selatan. Lempeng Australia menyatu dengan Lempeng India kira-kira 50

sampai 55 juta tahun yang lalu. Lempeng dengan pergerakan tercepat adalah

lempeng samudra; Lempeng Cocos bergerak dengan laju kecepatan

75 mm/tahun, dan Lempeng Pasifik bergerak 52–69 mm/tahun. Sedangkan

lempeng dengan pergerakan terlambat adalah Lempeng Eurasia, dengan laju

pergerakan sekitar 21 mm/tahun.

Permukaan

Permukaan padat Bumi menurut persentase luas total permukaan Bumi:

  Punggung samudra (22.1%)

  Lantai cekungan samudra (29.8%)

  Pegunungan benua (10.3%)

  Dataran rendah benua (18.9%)

  Landas benua dan lereng (11.4%)

  Tanjakan benua (3.8%)

  Busur pulau vulkanik, palung laut, gunung api dasar laut, dan perbukitan (3.7%)

Permukaan Bumi bervariasi dari tempat ke tempat. Sekitar 70,8%

permukaan Bumi ditutupi oleh air, dan terdapat banyak landas benua di bawah

permukaan laut. Luas permukaan Bumi yang ditutupi oleh air setara

dengan 361,132 km2 (139,43 juta sq mi). Permukaan Bumi yang terendam

memiliki bentang pegunungan, termasuk rangkaian punggung tengah samudra dan

gunung api bawah laut, bentang lainnya adalah palung laut, lembah bawah

laut, dataran tinggi samudra, dan dataran abisal. Sisanya, 29,2% (148,94 km2 atau

57,51 juta sq mi) permukaan Bumi dilingkupi oleh daratan, yang terdiri dari

pegunungan, padang gurun, dataran tinggi, pesisir, dan geomorfologi lainnya.

Permukaan Bumi mengalami pembentukan kembali pada periode waktu

geologi karena aktivitas tektonik dan erosi. Permukaan Bumi yang terbentuk atau

mengalami deformasi akibat tektonika lempeng merupakan permukaan yang

mengalami pelapukan oleh curah hujan, siklus termal, dan pengaruh

kimia. Glasiasi, erosi pantai, pembentukan terumbu karang, dan

tubrukan meteorit besar merupakan beberapa peristiwa yang memicu

pembentukan kem

bali lanskap permukaan Bumi.

Altimetri dan batimetri Bumi saat ini. Data dariTerrainBase Digital Terrain

Model Pusat Data Geofisika Nasional.

Kerak benua terdiri dari material dengan kepadatan rendah seperti batuan

beku granitdan andesit. Batuan dengan persentase kecil adalah basal, batuan

vulkanik padat yang merupakan konstituen utama lantai samudra. Batuan

sedimen terbentuk dari akumulasi sedimen yang terpadatkan. Hampir 75%

permukaan benua ditutupi oleh batuan sedimen, meskipun batuan itu sendiri

hanya membentuk 5% bagian kerak Bumi. Batuan ketiga yang paling umum

terdapat di permukaan Bumi adalah batuan metamorf, yang terbentuk dari

transformasi batuan yang sudah ada akibat tekanan tinggi, suhu tinggi, atau

keduanya. Mineral silikat yang ketersediaannya paling melimpah di permukaan

Bumi adalah kuarsa, feldspar, amfibol, mika, piroksen, dan olivin. Sedangkan

mineral karbonat paling umum adalah kalsit (ditemukan pada batu

kapur dandolomit).

Pedosfer adalah lapisan terluar Bumi yang menjadi tempat

terjadinya proses pembentukan tanah. Lapisan ini terletak pada antarmuka litosfer,

atmosfer, hidrosfer, dan biosfer. Total permukaan tanah saat ini adalah 13,31%

dari luas total permukaan Bumi, dan dari jumlah tersebut, hanya 4,71% yang

ditanami secara permanen. Hampir 40% permukaan tanah dimanfaatkan sebagai

lahan pertanian dan padang rumput, dengan rincian 1,3×107 km2 lahan pertanian

dan 3,4×107 km2 padang rumput.

Ketinggian permukaan tanah Bumi bervariasi. Titik terendah berada pada

ketinggian −418 m di Laut Mati, sedangkan titik tertinggi adalah 8.848 m di

puncak Gunung Everest. Ketinggian rata-rata permukaan tanah dihitung dari

permukaan laut adalah 840 m.

Secara logis, Bumi dibagi menjadi Belahan Utara dan Selatan yang

berpusat di masing-masing kutub. Akan tetapi, Bumi secara tidak resmi juga

dibagi menjadi Belahan Bumi Barat dan Timur. Permukaan Bumi secara

tradisional dibagi menjadi tujuh benua dan berbagai laut. Setelah manusia

menghuni dan mengelola Bumi, hampir semua permukaan dibagi menjadi negara-

negara. Hingga tahun 2013, terdapat 196 negara berdaulat dengan jumlah

penduduk sekitar 7 miliar yang menghuni permukaan Bumi.

Hidrosfer

Hidrosfer Bumi pada umumnya terdiri dari lautan, namun secara teknis

juga mencakup semuaperairan yang terdapat di permukaan Bumi,

termasuk danau, sungai, laut pedalaman, dan air bawah tanah di kedalaman

2.000 m. Perairan terdalam dari permukaan Bumi adalah Challenger

Deep di Palung Mariana, Samudra Pasifik, dengan kedalaman 10.911,4 m di

bawah permukaan laut.

Massa lautan kira-kira 1,35×1018 metrik ton, atau sekitar 1/4400 dari

massa total Bumi. Lautan mencakup area seluas3,618×108 km2, dengan

kedalaman rata-rata 3.682 m, dan volume air sekitar 1,332×109 km3.[77] Jika

daratan di permukaan Bumi tersebar merata, maka ketinggian air akan naik lebih

dari 2,7 km.[catatan 12] Sekitar 97,5% perairan Bumi adalah air asin, sedangkan 2,5%

sisanya adalah air tawar. Sekitar 68,7% air tawar yang terdapat di permukaan

Bumi pada saat ini adalah es, sedangkan selebihnya membentuk danau, sungai,

mata air, dan sebagainya.

Tingkat keasinan rata-rata lautan di Bumi adalah 35 gram garam per kilogram air

laut (3,5% garam). Sebagian besar garam ini dihasilkan oleh aktivitas vulkanis

atau hasil ekstraksi batuan beku. Lautan juga menjadi reservoir bagi gas atmosfer

terlarut, yang keberadaannya sangat penting bagi kelangsungan hidup sebagian

besar organisme air. Air laut memiliki pengaruh besar terhadap iklim dunia;

lautan berfungsi sebagai reservoir panas utama. Perubahan suhu di lautan juga

bisa menyebabkan perubahan cuaca di berbagai belahan dunia, misalnya El Niño–

Osilasi Selatan.

Atmosfer

Foto yang memperlihatkan bagaimana Bumi bersinar dalam cahaya ultraungu.

Rata-rata tekanan atmosfer di permukaan Bumi adalah 101,325 kPa,

dengan ketingggian skala sekitar 5 km. Atmosfer mengandung 78% nitrogen dan

21% oksigen, selebihnya adalah uap air, karbon dioksida, dan molekul gas

lainnya. Ketinggian troposfer beragam menurut garis lintang, berkisar antara 8 km

di wilayah kutub hingga 17 km di wilayah khatulistiwa, dan beberapa variasi yang

diakibatkan oleh faktor musim dan cuaca.

Biosfer Bumi secara perlahan telah memermak

komposisi atmosfer. Fotosintesis oksigenik berevolusi 2,7 miliar tahun yang lalu,

yang membentuk atmosfer nitrogen-oksigen utama saat ini. Peristiwa ini

memungkinkan terjadinya proliferasi organisme aerobik, serta

pembentukan lapisan ozon yang menghalangi radiasi surya ultraungu memasuki

Bumi dan menjamin kelangsungan kehidupan di darat. Fungsi atmosfer lainnya

yang penting bagi kehidupan di Bumi adalah mengangkut uap air, menyediakan

gas bernilai guna, membakarmeteor berukuran kecil sebelum menghantam

permukaan Bumi, dan memoderatori suhu. Fenomena yang terakhir dikenal

denganefek rumah kaca; proses penangkapan energi panas yang dipancarkan dari

permukaan Bumi pada atmosfer sehingga meningkatkan suhu rata-rata. Uap air,

karbon dioksida, metana, dan ozon merupakan gas rumah kaca utama pada

atmosfer Bumi. Tanpa pemancaran panas ini, suhu rata-rata di permukaan Bumi

akan mencapai −18 °C, berbeda jauh dengan suhu rata-rata saat ini (+15 °C), dan

kehidupan kemungkinan besar tidak akan bisa bertahan.

Cuaca dan iklim

Foto satelit tudung awan di Bumi menggunakan MRIS NASA.

Tiga perempat massa atmosfer berada pada ketinggian 11 kilometer dari

permukaan Bumi. Lapisan terbawah ini disebut dengan troposfer. Energi dari

Matahari memanaskan lapisan ini, serta permukaan di bawahnya, yang

menyebabkan terjadinya pemuaian udara. Udara pada lapisan ini kemudian

bergerak naik dan digantikan oleh udara dingin dengan kelembaban yang lebih

tinggi. Akibatnya, terjadi sirkulasi atmosferikyang memicu

pembentukan cuaca dan iklim melalui pendistribusian kembali energi panas.

Dampak utama sirkulasi atmosferik adalah terjadinya angin pasat di

wilayah khatulistiwa yang berada pada garis lintang 30° dan angin barat di

wilayah-wilayah lintang tengah antara 30° dan 60°. Arus laut juga menjadi faktor

penting dalam menentukan iklim, terutamasirkulasi termohalin yang menyebarkan

energi panas dari lautan di khatulistiwa ke wilayah kutub.

Uap air yang dihasilkan melalui penguapan di permukaan Bumi diangkut

oleh pola sirkulasi di atmosfer. Saat atmosfer melakukan pengangkatan udara

hangat dan lembab, uap air akan mengalami kondensasi dan mengendap ke

permukaan Bumi melalui proses presipitasi. Air yang diturunkan ke permukaan

Bumi dalam bentuk hujan kemudian diangkut menuju ketinggian yang lebih

rendah oleh sungai dan biasanya kembali ke laut atau bermuara di danau.

Peristiwa ini disebut dengan siklus air, yang merupakan mekanisme penting untuk

mendukung kelangsungan kehidupan di darat dan faktor utama yang

menyebabkan erosi di permukaan Bumi pada periode geologi. Pola presipitasi

atau curah hujan ini sangat beragam, berkisar dari beberapa meter air per tahun

hingga kurang dari satu milimeter. Sirkulasi atmosferik, topologi, dan perbedaan

suhu juga menentukan curah hujan rata-rata yang turun di setiap wilayah.

Besar energi surya yang mencapai Bumi akan menurun seiring dengan

meningkatnya lintang. Pada lintang yang lebih tinggi, cahaya matahari mencapai

permukaan Bumi pada sudut yang lebih rendah dan harus melewati kolom

atmosfer yang lebih tebal. Akibatnya, suhu rata-rata di permukaan laut menurun

sekitar 0,4 °C per derajat jarak lintang dari khatulistiwa. Bumi bisa dibagi menjadi

zona lintang spesifik berdasarkan perkiraan kesamaan iklim. Pembagian ini

berkisar dari wilayah khatulistiwa hingga ke wilayah kutub, yakni zona

iklim tropis (atau khatulistiwa), subtropis, iklim sedang, dan kutub. Iklim juga

bisa diklasifikasikan menurut suhu dan curah hujan, yang ditandai dengan wilayah

iklim dengan massa udara yang seragam. Yang paling umum digunakan adalah

sistem klasifikasi iklim Köppen (dicetuskan oleh Wladimir Köppen). Klasifikasi

ini membagi Bumi menjadi lima zona iklim (tropis lembab, kering, lintang tengah

lembab, kontinental, dan kutub dingin), yang kemudian dibagi lagi menjadi

subjenis yang lebih spesifik.

Atmosfer

Pemandangan dari orbit yang memperlihatkan Bulan purnama yang setengah

tertutup oleh atmosfer Bumi. Foto oleh NASA.

Di atas troposfer, atmosfer terbagi menjadi stratosfer, mesosfer,

dan termosfer. Masing-masing lapisan ini memiliki tingkat lincirberbeda, yang

umumnya didasarkan pada tingkat perubahan suhu dan ketinggian. Di luar lapisan

ini, terdapat lapisan eksosfer danmagnetosfer, tempat medan magnet Bumi

berinteraksi dengan angin surya. Di dalam stratosfer terdapat lapisan ozon,

komponen yang berperan melindungi permukaan Bumi dari sinar ultraungu dan

memiliki peran penting bagi kehidupan di Bumi. Garis Kármán, yang dihitung

100 km di atas permukaan Bumi, adalah garis khayal yang membatasi atmosfer

dengan luar angkasa.

Energi panas menyebabkan beberapa molekul di tepi luar atmosfer Bumi

meningkatkan kecepatan sehingga bisa melepaskan diri dari gravitasi Bumi. Hal

ini menyebabkan terjadinya kebocoran atmosfer ke luar angkasa. Hidrogen, yang

memiliki berat molekul rendah, bisa mencapai kecepatan lepas yang lebih tinggi

dan lebih mudah mengalami kebocoran ke luar angkasa jika dibandingkan dengan

gas lainnya. Kebocoran hidrogen ke luar angkasa mendorong keadaan Bumi dari

yang awalnya mengalami reduksi menjadi oksidasi.Fotosintesis menyediakan

sumber oksigen bebas bagi kehidupan di Bumi, tetapi ketiadaan agen pereduksi

seperti hidrogen menyebabkan meluasnya penyebaran oksigen di atmosfer.

Kemampuan hidrogen untuk melepaskan diri dari atmosfer turut memengaruhi

sifat kehidupan yang berkembang di Bumi. Saat ini, atmosfer yang kaya oksigen

mengubah hidrogen menjadi air sebelum memiliki kesempatan untuk melepaskan

diri. Sebaliknya, sebagian besar peristiwa pelepasan hidrogen terjadi akibat

penghancuran metana di atmosfer atas.

Medan magnet

Skema magnetosfer Bumi. Angin surya berhembus dari kiri ke kanan

Medan magnet Bumi diperkirakan terbentuk karena dipole magnetik,

dengan kutub magnet berada pada kutub geografi Bumi. Pada khatulistiwa medan

magnet, kekuatan medan magnet di permukaan Bumi mencapai 3.05 × 10−5 T,

denganmomen dipole magnet global 7.91 × 1015 T m3. Menurut teori dinamo,

medan magnet dihasilkan di dalam wilayah inti luar tempat energi panas

menciptakan gerakan konveksi material konduksi dan menghasilkan arus listrik.

Proses ini pada gilirannya menciptakan medan magnet Bumi. Gerakan konveksi

pada inti Bumi berlangsung dengan tidak teratur; kutub magnet melayang dan

secara berkala mengubah arah gaya magnet. Hal ini memicu

terjadinya pembalikan medanpada interval tak beraturan, yang berlangsung

beberapa kali setiap jutaan tahun. Pembalikan medan terakhir terjadi sekitar

700.000 tahun yang lalu.

Medan magnet membentuk lapisan magnetosfer, yang berfungsi

membiaskan partikel yang terkandung dalam angin surya. Tepi medan magnet

yang mengarah ke Matahari berjarak sekitar 13 kali radius Bumi. Tabrakan antara

medan magnet dan angin surya menghasilkan sabuk radiasi Van Allen, yakni area

berbentuk torus konsentris dengan partikel bermuatan energi.

Saat plasma memasuki atmosfer Bumi pada kutub magnet, maka

terbentuklah aurora.

KERAK BUMI SEBAGI SATUAN YANG TERPISAH

Kerak Bumi adalah lapisan terluar bumi yang terbagi menjadi dua kategori, yaitu kerak samudra dan kerak benua. Kerak samudra mempunyai ketebalan sekitar 5-10 km sedangkan kerak benua mempunyai ketebalan sekitar 20-70 km. Penyusun kerak samudra yang utama adalah batuan basalt, sedangkan batuan penyusun kerak benua yang utama adalah granit, yang tidak sepadat batuan basalt.

Kerak Bumi dan sebagian mantel bumi membentuk lapisan litosfer dengan ketebalan total kurang lebih 80 km.

Temperatur kerak meningkat seiring kedalamannya. Pada batas terbawahnya temperatur kerak menyentuh angka 200-400 0C. Kerak dan bagian mantel yang relatif padat membentuk lapisan litosfer. Karena konveksi pada mantel bagian atas dan astenosfer, litosfer dipecah menjadi lempeng tektonik yang bergerak. Temperatur meningkat 30 0C setiap km, namun gradien panas bumi akan semakin rendah pada lapisan kerak yang lebih dalam.

Unsur-unsur kimia utama pembentuk kerak bumi adalah: Oksigen (O) (46,6%), Silikon (Si) (27,7%), Aluminium (Al) (8,1%), Besi (Fe) (5,0%), Kalsium (Ca) (3,6%), Natrium (Na) (2,8%), Kalium (K) (2,6%), Magnesium (Mg) (2,1%).

Para ahli dapat merekonstruksi lapisan-lapisan yang ada di bawah permukaan bumi berdasarkan analisis yang dilakukan terhadap seismogram yang direkam oleh stasiun pencatat gempa yang ada di seluruh dunia.

Kerak bumi purba sangat tipis, dan mungkin mengalami proses daur ulang oleh lempengan tektonik yang jauh lebih aktif dari saat ini dan dihancurkan beberapa kali oleh tabrakan asteroid, yang dulu sangat umum terjadi pada masa awal terbentuknya tata surya. Pembentukan kerak benua dihubungkan dengan periode orogeny intensif. Periode ini berhubungan dengan pembentukan super benua seperti Rodinia, Pangaea, dan Gondwana.

Kerak benua, contohnya kerak benua Eropa dan Asia (disebut Eurasia), kerak benua Afrika, kerak benua Amerika Utara, kerak benua Amerika Selatan. Kerak

samudera, contohnya kerak samudera Hindia, kerak samudera Pasifik, kerak samudera Atlantik. 

Kerak benua disebut juga sebagai lempeng benua, sedangkan kerak samudera disebut pula lempeng samudera. Lempeng samudera tertekan oleh magma yang ada di bawahnya, sehingga ada bagian membubung (naik). Bagian tersebut dinamakan pematang tengah samudera. Tekanan terus menerus berakibat  lempeng samudera tertekan dan bergerak menuju ke lempeng benua. Rata-rata pergerakannya sekitar 10 cm/tahun. Akibatnya lempeng samudera bertumbukan dengan lempeng benua. Akibat tumbukan tersebut ada bagian-bagian yang terangkat menjadi pegunungan.

Wilayah-wilayah dunia yang merupakan pertemuan lempeng ditandai dengan banyaknya deretan pegunungan.  Perbukitan kapur adalah contoh permukan bumi yang terangkat. Pada mulanya perbukitan kapur berasal dari dasar laut. Oleh karena ada tekanan dari dalam bumi, maka dasar laut terangkat hingga di atas permukaan laut. Adanya proses erosi dasar laut yang terangkat  tersebut menjadi perbukitan.

Berdasarkan gelombang seismik struktur internal bumi dapat dibedakan menjadi tiga komponen utama, yaitu inti (core), mantel (mantle) dan kerak (crust).

•  Inti bumi (core)

Dipusat bumi terdapat inti yang berkedalaman 2900-6371 km. Terbagi menjadi dua macam yaitu inti luar dan inti dalam. Inti luar berupa zat cair yang memiliki kedalaman 2900-5100 km dan inti dalam berupa zat padat yang berkedalaman 5100-6371 km. Inti luar dan inti dalam dipisahkan oleh Lehman Discontinuity.

Dari data Geofisika material inti bumi memiliki berat jenis yang sama dengan berat jenis meteorit logam yang terdiri dari besi dan nikel. Atas dasar ini para ahli percaya bahwa inti bumi tersusun oleh senyawa besi dan nikel.

• Mantel bumi (mantle)

Inti bumi dibungkus oleh mantel yang berkomposisi kaya magnesium. Inti dan mantel dibatasi oleh Gutenberg Discontinuity. Mantel bumi terbagi menjadi dua yaitu mantel atas yang bersifat plastis sampai semiplastis memiliki kedalaman sampai 400 km. Mantel bawah bersifat padat dan memiliki kedalaman sampai 2900 km.

Mantel atas bagian atas yang mengalasi kerak bersifat padat dan bersama dengan kerak membentuk satu kesatuan yang dinamakan litosfer. Mantel atas bagian bawah yang bersifat plastis atau semiplastis disebut sebagi asthenosfer.

• Kerak bumi (crust)

Kerak bumi merupakan bagian terluar lapisan bumi dan memiliki ketebalan 5-80 km. kerak dengan mantel dibatasi oleh Mohorovivic Discontinuity. Kerak bumi dominan tersusun oleh feldsfar dan mineral silikat lainnya.

Kerak bumi dibedakan menjadi dua jenis yaitu :

-   Kerak samudra, tersusun oleh mineral yang kaya akan Si, Fe, Mg yang disebut sima. Ketebalan kerak samudra berkisar antara 5-15 km (Condie, 1982)dengan berat jenis rata-rata 3 gm/cc. Kerak samudra biasanya disebut lapisan basaltis karena batuan penyusunnya terutama berkomposisi basalt.

-   Kerak benua, tersusun oleh mineral yang kaya akan Si dan Al, oleh karenanya di sebut sial. Ketebalan kerak benua berkisar antara 30-80 km (Condie !982) rata-rata 35 km dengan berat jenis rata-rata sekitar 2,85 gm/cc. kerak benua biasanya disebut sebagai lapisan granitis karena batuan penyusunya terutama terdiri dari batuan yang berkomposisi granit

 

 

SIKLUS GEOKIMIA

A. Siklus Hidrologi

Siklus air merupakan

perpaduan objek

hidrosfer secara

keseluruhan. Di dalam

siklus ini terdapat

beberapa proses yang

membentuk

pergerakan air secara kontinyu, Siklus air yang lengkap mencakup keberadaan air

dalam atmosfer hingga dalam tubuh air yang berada di permukaan bumi, seperti

laut, gletser, danau, maupun mengalir di bawah permukaan tanah. Selanjutnya, air

akan kembali ke atmosfer. Proses – proses yang terjadi di dalam siklus air, antara

lain evaporasi (penguapan, perubahan wujud dari cair menjadi gas), kondensasi

(pembentukan awan, perubahan wujud dari gas menjadi cair), presipitasi (proses

jatuhnya partikel air dari atmosfer menuju permukaan bumi), intersepsi (gangguan

dalam transportasi air), infiltrasi (proses pergerakan air tanah dari permukaan ke

dalam tanah), run off (aliran air di permukaan tanah), dan storage (penyimpanan

air). Kandungan air sesaat di atmosfer sekitar 0,001% (1.300 km3) dari semua

cadangan air di seluruh bumi. Molekul air yang masuk ke dalam atmosfer melalui

proses evaporasi akan kembali lagi menuju permukaan bumi setelah 10 hari

melalui proses presipitasi. Siklus air atau siklus hidrologi melewati beberapa

proses secara umum, yakni evaporasi, transpirasi, kondensasi dan presipitasi.

Evaporasi

Ketika air dipanaskan oleh sinar matahari, permukaan molekul-molekul air

memiliki cukup energi untuk melepaskan ikatan molekul air tersebut dan

kemudian terlepas dan mengembang sebagai uap air yang tidak terlihat di

atmosfir. Sekitar 95.000 mil kubik air menguap ke angkasa setiap tahunnya.

Hampir 80.000 mil kubik menguapnya dari lautan. Hanya 15.000 mil kubik

berasal dari daratan, seperti: danau, sungai, dan lahan yang basah lainnya.

Transpirasi (penguapan dari tumbuhan)

Uap air juga dikeluarkan dari daun-daun tumbuhan melalui sebuah proses

yang dinamakan transpirasi. Setiap hari tanaman yang tumbuh secara aktif

melepaskan uap air 5 sampai 10 kali dari banyak air yang dapat ditahannya.

Kondensasi

Ketika uap air menguap, melalui arus udara/angin awan-awan itu

berkumpul di suatu tempat, lalu kemudian akibat tekanan udara terjadi peubahan

suhu yang mengakibatkan awan tersebut berkondensasi atau menjadi jenuh air dan

dapat turun sebagai hujan (Presipitasi)

Presipitasi

Presipitasi merupakan pembentukan hujan, salju dan hujan batu (hail),

yang bergantung pada suhu di sekitarnya.

Pada perjalanan menuju bumi beberapa presipitasi dapat berevaporasi

kembali ke atas atau langsung jatuh yang kemudian diintersepsi oleh tanaman

sebelum mencapai tanah. Setelah mencapai tanah, siklus hidrologi terus bergerak

secara kontinu dalam tiga cara yang berbeda :

1. Evaporasi/transpirasi - Air yang ada di laut, di daratan, di sungai, di

tanaman, dsb. kemudian akan menguap ke angkasa (atmosfer) dan

kemudian akan menjadi awan. Pada keadaan jenuh uap air (awan) itu akan

menjadi bintik-bintik air yang selanjutnya akan turun (precipitation) dalam

bentuk hujan, salju, es.

2. Infiltrasi/Perkolasi ke dalam tanah - Air bergerak ke dalam tanah melalui

celah-celah dan pori-pori tanah dan batuan menuju muka air tanah. Air

dapat bergerak akibat aksi kapiler atau air dapat bergerak secara vertikal

atau horizontal dibawah permukaan tanah hingga air tersebut memasuki

kembali sistem air permukaan.

3. Air Permukaan - Air bergerak diatas permukaan tanah dekat dengan aliran

utama dan danau; makin landai lahan dan makin sedikit pori-pori tanah,

maka aliran permukaan semakin besar. Aliran permukaan tanah dapat

dilihat biasanya pada daerah urban. Sungai sungai bergabung satu sama

lain dan membentuk sungai utama yang membawa seluruh air permukaan

disekitar daerah aliran sungai menuju laut.

Macam-Macam dan Tahapan Proses Siklus Hidrologi :

A. Siklus Pendek / Siklus Kecil

1. Air laut menguap menjadi uap gas karena panas matahari

2. Terjadi kondensasi dan pembentukan awan

3. Turun hujan di permukaan laut

B. Siklus Sedang

1. Air laut menguap menjadi uap gas karena panas matahari

2. Terjadi kondensasi

3. Uap bergerak oleh tiupan angin ke darat

4. Pembentukan awan

5. Turun hujan di permukaan daratan

6. Air mengalir di sungai menuju laut kembali

C. Siklus Panjang / Siklus Besar

1. Air laut menguap menjadi uap gas karena panas matahari

2. Uap air mengalami sublimasi

3. Pembentukan awan yang mengandung kristal es

4. Awan bergerak oleh tiupan angin ke darat

5. Pembentukan awan

6. Turun salju

7. Pembentukan gletser

8. Gletser mencair membentuk aliran sungai

9. Air mengalir di sungai menuju darat dan kemudian ke laut

B. Siklus Karbon

Siklus karbon

yaitu siklus

biogeokimia

dimana karbon

dipertukarkan

antara biosfer

(pada makhluk

hidup), geosfer

(di dalam bumi),

hidrosfer (di air),

dan atmosfer bumi (di udara). 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), serta sedimen

(termasuk bahan bakar fosil). Karbon di alam memiliki kandungan total 0,1% dari

massa kerak bumi. Dari total keseluruhan karbon tersebut, karbon terdapat dalam

atmosfer, biosfer, laut (termasuk karbon anorganik terlarut dan biota laut),

sedimen (termasuk bahan bakar fosil, sistem air tawar, dan material organik), serta

interior bumi (karbon dari kerak dan mantel bumi). Siklus karbon menjelaskan

tentang distribusi dan akumulasi karbon. Siklus ini berkaitan dengan vegetasi

yang menyerap gas CO2 selama proses fotosintesis. Secara umum terdapat tiga

macam siklus karbon yang dapat dijumpai di alam:

Siklus Biologi, melalui proses: atmosfer -> absorpsi -> vegetasi ->

asimilasi -> hewan -> respirasi -> atmosfer

Siklus Geologi, melibatkan lautan di bumi yang berperan sebagai

cadangan air utama di bumi. Air bersifat melarutkan gas CO2 melalui

proses: CO2 (atmosfer) –> CO2 (air) –> H2CO3 –> Ca(HCO3)2 –> CaCO3

Siklus teknogenik – biologi, melibatkan proses pengendapan material

organik pada masa lampau (minyak bumi, batubara, gas alam, sekis, dan

lain – lain) maupun aktivitas manusia. Proses pelepasan gas CO2 ke dalam

atmosfer oleh aktivitas manusia merupakan penyebab utama terjadinya

efek rumah kaca.

Siklus karbon geologi berlangsung dalam skala waktu jutaan tahun. Sementara

itu siklus karbon biologi berlangsung dalam skala waktu harian hingga ribuan

tahun.

Siklus karbon diawali dengan pembentukan karbon (CO2) di udara. CO2 dapat

terbentuk karena 2 hal yaitu aktivitas organisme dan aktivitas alam. Aktivitas

organisme termasuk respirasi, dekomposisi makhluk hidup yang mati,

pembakaran batu bara, asap pabrik dll. serta aktivitas alam seperti erupsi vulkanis.

Semua aktivitas tersebut merupakan sumber CO2 di alam ini. Terlalu banyak CO2

di udara akan menyebabkan efek rumah kaca.

Karbon dapat diambil dari atmosfer dengan berbagai cara, antara lain:

1. Melalui proses fotosintesis

Ketika matahari bersinar, tumbuhan melakukan fotosintesis untuk mengubah

karbondioksida menjadi karbohidrat dan melepaskan oksigen ke atmosfer. Karbon

pada proses ini akan banyak di serap oleh tumbuhan yang baru saja tumbuh atau

pepohonan pada hutan yang sedang di reboisasi sehingga membutuhkan

pertumbuhan yang cepat.

12H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2 + 6H2O

2. Melalui sirkulasi termohalin

Pada permukaan laut di daerah kutub, air laut menjadi lebih dingin dan

karbondioksida lebih mudah larut dalam air. Karbondioksida yang larut tersebut

akan terbawa oleh sirkulasi termohalin yang membawa massa air di permukaan

yang lebih berat menujuke dalam laut. Di laut bagian atas, pada daerah yang

poduktivitasnya tinggi organisme membentuk cangkang karbonat dengan bagian-

bagian tubuh lainnya yang keras. Proses ini menyebabkan aliran karbon menuju

ke bawah.

3. Melalui pelapukan batu silikat

Proses ini tidak memindahkan karbon ke dalam reservoir yang siap untuk

kembali ke atmosfer seperti dua proses sebelumnya. Pelapukan batuan silikat

tidak memilki efek yang terlalu besar terhadap karbondioksida pada atmosfer

karena ion karbonat pada atmosfer yang terbentuk terbawa oleh air laut dan

selanjutnya akan dipakai untuk membuat karbonat laut.

Karbon dapat kembali lagi ke atmosfer dengan beragai cara pula antara lain:

1. Melalui respirasi tumbuhan dan binatang

Proses ini merupakan reaksi eksotermik dan termasuk juga penguraian glukosa

menjadi karbohidrat dan air.

2. Melalui pembusukan, tumbuhan, dan binatang

Jamur dan bakteri menguraikan senyawa karbon pada tumbuhan dan binatang

yang mati dan mengubah karbon menjadi karbon dioksida jika tersedia aksigen

atau menjadi metana jika tidak tersedia oksigen

3. Melalui pembakaran material organik

Proses ini berlangsung dengan cara mengoksidasi karbon yang terkandung pada

material organik menjadi karbondioksida. Pembakaran bahan bakar fosil seperti

batubara, minyak bumi, dan gas alam akan melepaskan karbon yang tersimpan di

dalam geosfer, sehingga menyebabkan kadar karbon dioksida di atmosfer semakin

bertambah.

4. Melalui produksi semen

Salah satu komponen semen yaitu kapur atau kalium oksida dihasilkan dengan

cara memanaskan batu kapur yang akan menghasilkan karbon dioksida dalam

jumlah banyak.

5. Melalui erupsi vulkanik

Erupsi vulkanik atau ledakan gunung berapi akan melepasakan gas ke atmosfer.

Gasgas tersebut termasuk uap air, karbon dioksida, dan belerang. Jumlah karbon

dioksida yang dilepas ke atmosfer hampir sama dengan jumlah karbon dioksida

yang hilang dari atmosfer akibat pelapukan batuan silikat.

6. Melalui pemanasan permukaan laut

Di permukaan laut, ketika air laut menjadi lebih hangat, karbon dioksida yang

larut dalam air akan dilepas ke atmosfer sebagai uap air. Lautan mengadung

kolam aktif karbon terbesar dekat permukaan Bumi, namun demikian laut dalam

bagian dari kolam ini mengalami pertukaran yang lambat dengan atmosfer. Laut

mengandung sekitar 36000 GtC ion karbonat yang merupakan kandungan umum.

Karbon anorganik, yaitu senyawa karbon tanpa ikatan karbon-karbon atau

karbonhidrogen, adalah penting dalam reaksi yang terjadi pada air. Di ekosistem

air, pertukaran CO2 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, COz yang mereka keluarkan menjadi

bikarbonat. Jumlah bikarbonat dalam air adalah seimbang dengan jumlah CO2 di

air. Proses pertukaran karbon antara atmosfer dengan lautan diawali dengan

pelepasan karbon ke atmosfer yang terjadi di daerah upwelling (lautan bagian

atas), kemudian pada daerah downwelling (laut bagian bawah), karbon berpindah

dari atmosfer kembali ke lautan. Pada saat CO2 memasuki lautan, asam karbonat

terbentuk dengan reaksi kimia:

CO2 + H2O → H2CO3

Reaksi tersebut memiliki sifat dua arah untuk mencapai suatu kesetimbangan

kimia. Reaksi lain yang penting dalam mengontrol nilai pH larutan adalah

pelepasan ion hidrogen dan bikarbonat, dimana dapat menyebabkan perubahan

yang besar pada pH, yaitu:

H2CO3 H+ + HCO3-

Terdapat lebih banyak persenyawaan karbon yang dikenal daripada

persenyawaan unsur lain kecuali hidrogen. Kebanyakan dikenal sebagai zat-zat

kimia organik. 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. CO2 di udara kemudian dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk proses

fotosintesis. Hasil akhir proses fotosintesis adalah senyawa organik berupa

oksigen dan glukosa. Oksigen yang dihasilkan kemudian digunakan oleh manusia

dan hewan untuk bernafas. Proses pernafasan manusia dan hewan menghasilkan

H2O dan CO2. CO2 tersebut kemudian dimanfaatkan oleh tumbuhan kembali dan

begitu seterusnya.

Sedangkan glukosa hasil dari fotosintesis merupakan sumber energi bagi

tumbuhan untuk pertumbuhannya. Kemudian, senyawa organik dari tumbuhan ini

digunakan oleh organisme lainnya (manusia, hewan) melalui rantai makanan.

Selain sebagai sumber energi, senyawa organik tersebut sebagian disimpan dalam

tubuh organisme. Senyawa organik pada tumbuhan banyak terkandung dalam

batang. Adapun pada manusia dan hewan, bahan organik banyak terdapat pada

bagian tulang. Jika organisme mati, senyawa karbon akan diuraikan dan

diendapkan menjadi batuan karbonat dan kapur. Jika tersimpan dalam perut bumi

dalam jangka waktu yang sangat lama, senyawa karbon sisa organisme mati dapat

menghasilkan bahan bakar fosil (minyak bumi). Akhirnya oleh kegiatan manusia

bahan bakar fosil tersebut kembali membebaskan CO2 ke udara.

Pada ekosistem air, pertukaran CO2 di air dengan di atmosfer berjalan

secara tidak langsung. CO2 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. Begitu pula sebaliknya, saat organisme air berespirasi CO2 yang mereka

keluarkan menjadi bikarbonat.

Proses timbal balik fotosintesis dan respirasi makhluk hidup merupakan

sumber utama CO2. Tinggi rendahnya kadar CO2 dan O2 di atmosfer secara

berkala disebabkan oleh penurunan aktivitas fotosintesis. Semakin banyak

populasi manusia dan hewan, maka kadar CO2 dalam udara semakin meningkat.

Untuk menjaga keseimbangan kadar CO2 dan O2 maka harus diimbangi dengan

penanaman tumbuh-tumbuhan sebagai penghasil O2.

C. Siklus Oksigen

Oksigen merupakan sebuah gas yang

tidak memiliki warna dan bau, serta

membentuk senyawa dengan semua

unsur, kecuali gas mulia. Oksigen

terdapat di atmosfer dengan

kelimpahan volume sebesar 20,95%.

Oksigen penting untuk kelangsungan

hidup organisme. Selain berasal dari

proses fotosintesis, oksigen juga dapat terbentuk melalui proses disosiasi dari

sinar ultraviolet di atmosfer.

Vegetasi di biosfer setiap tahun melepas sekitar 430 – 470 miliar ton

oksigen selama proses fotosintesis. Siklus oksigen cukup kompleks karena

oksigen juga banyak dijumpai dalam material anorganik maupun organik.

Tanaman dan hewan menggunakan oksigen untuk respirasi dan melepaskannya ke

udara maupun air dalam bentuk gas karbondioksida. Karbondioksida digunakan

oleh alga dan tanaman hijau yang berklorofil untuk diubah menjadi karbohidrat

dalam proses fotosintesis. Oksigen juga dapat berasal dari air hujan maupun salju

yang sangat kaya akan oksigen terlarut. Konsentrasi oksigen menurun seiring

dengan bertambahnya kedalaman air karena berkurangnya aktivitas fotosintesis.

Jika air banyak mengandung material organik dan kondisinya sesuai maka akan

banyak dijumpai bakteri aerob sehingga jumlah oksigen terlarut berkurang.

Berkurangnya kadar oksigen terlarut ini sebanding dengan bertambahnya jumlah

populasi bakteri.

Faktor utama yang mendorong siklus oksigen ini adalah fotosintesis.

Fotosintesis melepaskan oksigen ke atmosfer, manakala respirasi dan proses

pembusukan menghilangkannya dari atmosfer. Dalam keadaan kesetimbangan,

laju produksi dan konsumsi oksigen adalah sekitar 1/2000 keseluruhan oksigen

yang ada di atmosfer setiap tahunnya. Oksigen bebas juga terdapat dalam air

sebagai larutan. Peningkatan kelarutan O2 pada temperatur yang rendah memiliki

implikasi yang besar pada kehidupan laut. Lautan di sekitar kutub bumi dapat

menyokong kehidupan laut yang lebih banyak oleh karena kandungan oksigen

yang lebih tinggi. Air yang terkena polusi dapat mengurangi jumlah O2 dalam air

tersebut. Para ilmuwan menaksir kualitas air dengan mengukur kebutuhan oksigen

biologis atau jumlah O2 yang diperlukan untuk mengembalikan konsentrasi

oksigen dalam air itu seperti semula. Oksigen secara cepat bersenyawa,

membentuk oksida-oksida, seperti dengan karbon dalam respirasi aerobik atau

dengan karbon dan hidrogen dalam perubahan bahan bakar fosil seperti dengan

metana.

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2

Suatu aspek yang sangat penting dari siklus di stratosfer yaitu proses

pembentukan ozon, O3. Ozon membentuk lapisan tipis di stratosfer yang

berfungsi sebagai filter dari radiasi ultraviolet, dengan demikian dapat menjaga

kehidupan di bumi dari kerusakan yang disebabkan oleh radiasi tersebut. Siklus

Oksigen disempurnakan atau diakhiri ketika unsur Oksigen masuk kembali ke

atmosfer dalam bentuk gas. Hanya ada satu cara yang signifikan dimana hal

tersebut terjadi, yaitu melalui fotosintesis yang dilakukan oleh tumbuhan.

D. Siklus Nitrogen

Nitrogen adalah gas

yang tidak berwarna dan

berbau, serta sedikit

larut dalam air di bawah

kondisi normal.

Kandungannya di kerak

0,04% dari massa

keseluruhan dan di

atmosfer 75,6% dari

massa keseluruhan dan

78,1% dari volume

keseluruhan. Hewan dan tanaman tidak dapat berasimilasi langsung dari nitrogen

di atmosfer tetapi tanaman dapat menggunakannya dalam bentuk nitrat terlarut di

tanah oleh akar tanaman.

Nitrogen bebas dapat ditambat/difiksasi terutama oleh bakteri

(contoh:Marsiella crenatta) yang terdapat pada akar tumbuhan legum, selain itu

dapat juga dilakukan oleh beberapa jenis bakteri (Azotobacter sp. yang bersifat

aerob dan Clostridium sp. yang bersifat anaerob. Nostoc sp. dan Anabaena sp.

(ganggang biru) juga mampu menambat nitrogen). Nitrogen yang diikat biasanya

akan dirubah ke dalam bentuk amonia. Amonia diperoleh dari hasil penguraian

jaringan yang mati oleh bakteri. Amonia ini akan dinitrifikasi oleh bakteri nitrit,

yaitu Nitrosomonas dan Nitrosococcus sehingga menghasilkan nitrat yang akan

diserap oleh akar tumbuhan. Selanjutnya oleh bakteri denitrifikan, nitrat diubah

menjadi amonia kembali, dan amonia diubah menjadi nitrogen yang dilepaskan ke

udara. Dengan cara ini siklus nitrogen akan berulang dalam ekosistem. Nitrogen

bebas di udara dalam bentuk N2 dapat dioksidasi oleh karena pengaruh suhu saat

terjadinya proses presipitasi menjadi nitrit (NO3-) ataupun amonium (NH4+) dan

kemudian turun sebagai air hujan.

Dengan sejumlah reaksi kimia maka nitrogen akan berikatan membentuk

asam nukleik dan protein. Protein dimanfaatkan oleh organisme yang lebih tinggi.

Senyawa nitrogen yang berasal dari sisa organisme yang membusuk diuraikan

oleh bakteri membentuk senyawa sederhana yang merupakan kelompok amonia

dan garam amonium (amonifikasi). Kelompok bakteri lain mengubah senyawa ini

menjadi nitrat yang mudah digunakan untuk proses asimilasi oleh tanaman

(nitrifikasi). Sejumlah nitrogen di atmosfer difiksasi oleh badai guruh maupun

bakteri di akar tanaman kacang – kacangan. Sebagian nitrat di tanah ditransportasi

oleh air permukaan ke laut dan diendapkan di dasar laut. Sebagian dari nitrat ini

kembali ke daratan oleh proses: fitoplankton -> zooplankton -> ikan -> burung.

Bakteri tertentu, yaitu bakteri denitrifikasi mampu menguraikan senyawa

amonium. Sebagai hasilnya, gas nitrogen dilepaskan melalui proses yang disebut

denitrifikasi.

E. SIKLUS FOSFOR

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, diserap

oleh tanaman dan tergabung dalam asam nukleat yang menyusun material genetik

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.

F. SIKLUS BELERANG

Secara alami, belerang/sulfur terkandung dalam tanah dalam bentuk mineral

tanah. Ada juga yang berasal dari gunung berapi dan sisa pembakaran minyak

bumi dan batubara. Sulfur direduksi oleh bakteri menjadi sulfida dan kadang-

kadang terdapat dalam bentuk sulfur dioksida atau hidrogen sulfida. Dan melalui

proses aerobik tumbuhan mendapat sulfur dari dalam tanah dalam bentuk sulfat

(SO4 ). Kemudian tumbuhan tersebut dimakan hewan sehingga sulfur berpindah

ke hewan. Lalu hewan dan tumbuhan mati diuraikan menjadi gas H2S atau

menjadi sulfat lagi. Setiap daur melibatkan unsur organisme untuk membantu

menguraikan senyawasenyawa menjadi unsur-unsur. Dalam daur belerang

misalnya, mikroorganisme yang bertanggung jawab dalam setiap trasformasi

adalah sebagai berikut :

1. H2S → S → SO4; bakteri sulfur tak berwarna, hijau dan ungu.

2. SO4 → H2S (reduksi sulfat anaerobik), bakteri desulfovibrio.

3. H2S → SO4 (Pengokaidasi sulfide aerobik); bakteri thiobacilli.

4. S organik → SO4 + H2S, masing-masing mikroorganisme heterotrofik aerobik

dan

anaerobik.

Selain itu ada beberapa jenis bakteri terlibat dalam daur sulfur, antara lain

Desulfomaculum dan Desulfibro yang akan mereduksi sulfat menjadi sulfida

dalam bentuk hidrogen sulfida (H2S). Kemudian H2S digunakan bakteri

fotoautotrof aerob seperti Chromatium dan melepaskan sulfur dan oksigen. Sulfur

dioksida menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrof seperti Thiobacillus.

PENGARUH KEGIATAN MANUSIA TERHADAP SIKLUS

GEOKIMIADalam beberapa tahun terakhir telah tumbuh kesadaran dari sejauh mana

aktivitas manusia, seperti deforestasi dan pembakaran bahan bakar fosil, telah

langsung maupun tidak langsung memodifikasi proses biogeokimia dan fisik yang

terlibat dalam menentukan iklim bumi. Selain membantu menjaga jasa ekosistem

stabilitas iklim relatif melindungi makhluk hidup di bumi dari sinar ultraviolet

matahari yang berbahaya, memediasi limpasan dan evapotranspirasi dan mengatur

siklus hara.

Manusia jelas mengganggu banyak, jika tidak semua siklus biogeokimia

dan dalam proses mengancam banyak ekosistem. Dalam beberapa tahun

membenci kegiatan manusia secara langsung atau tidak langsung mempengaruhi

siklus biogeokimia yang menentukan kondisi iklim bumi. Sangat penting untuk

menyebutkan bahwa,  mengelola dan memahami masalah-masalah lingkungan

yang disebabkan oleh perubahan iklim akan membutuhkan pemahaman tentang

siklus biogeokimia. Siklus biogeokimia selalu melibatkan negara kesetimbangan:

keseimbangan dalam siklus unsur antara bidang. Namun, keseimbangan

keseluruhan mungkin melibatkan elemen didistribusikan pada skala global dan

itulah mengapa gangguan dalam satu siklus menyebabkan gangguan pada semua

siklus lainnya. Di bawah ini adalah ringkasan tentang bagaimana aktivitas

manusia telah memberikan kontribusi terhadap gangguan siklus biogeokimia.

Untuk dampak pada siklus tertentu, pembaca harus merujuk ke situs di mana

siklus ini disajikan.

Pengaruh manusia pada siklus fosfor terutama berasal dari pengenalan dan

penggunaan pupuk sintetis komersial. Penggunaan pupuk terutama telah

mempengaruhi fosfor dan nitrogen siklus. Tanaman mungkin tidak dapat

memanfaatkan semua pupuk fosfat diterapkan; sebagai akibatnya, banyak yang

hilang dari tanah melalui air run-off. Fosfat dalam air akhirnya diendapkan

sebagai sedimen di bagian bawah badan air. Di danau dan kolam tertentu dapat

dilarutkan kembali dan didaur ulang sebagai nutrisi masalah. Limbah hewan atau

pupuk kandang juga dapat diterapkan untuk tanah sebagai pupuk. Jika

disalahgunakan di tanah beku selama musim dingin, banyak pupuk mungkin

hilang ketika es mencair dan bentuk limpasan. Di daerah tertentu banyak pakan

yang sangat besar hewan, dapat mengakibatkan berlebihan run-off fosfat dan

nitrat ke sungai. Sumber manusia lainnya fosfat berada di luar arus dari instalasi

pengolahan limbah kota. Tanpa pengobatan tersier mahal, fosfat dalam limbah

tidak dihapus selama berbagai operasi pengobatan. Sekali lagi jumlah tambahan

fosfat memasuki air.

Pertambangan bahan bakar fosil: Manusia telah mengganggu siklus karbon

di mana bahan bakar fosil telah ditambang dari kerak bumi. Seandainya fosil

belum ditemukan sebelum revolusi industri, mereka bisa tetap ada sampai

sekarang. Karbon dioksida adalah nomor satu gas rumah kaca yang berkontribusi

terhadap pemanasan global dan perubahan iklim. Selain itu, pembukaan vegetasi

yang berfungsi sebagai penyerap karbon telah meningkatkan konsentrasi

karbondioksida di atmosfer.

Produksi Sulfur dioksida: Dampak manusia pada siklus sulfur terutama

dalam produksi sulfur dioksida (SO2) dari industri (misalnya pembakaran batu

bara) dan mesin pembakaran internal. Sulfur dioksida dapat memicu ke

permukaan di mana ia dapat dioksidasi untuk sulfat dalam tanah (itu juga beracun

untuk beberapa tanaman), dikurangi menjadi sulfida di atmosfer, atau teroksidasi

menjadi sulfat di atmosfer asam sulphiric (komponen utama hujan asam ).

Senyawa Sulphur memainkan peran besar dalam sistem iklim karena mereka

penting untuk pembentukan awan.

Selain itu, banyak sulfur dibawa ke udara oleh letusan gunung berapi.

Sebuah letusan yang kuat dapat memancarkan partikel sampai stratosfer sehingga

menyebabkan pendinginan planet.

Budidaya kacang-kacangan dan penggunaan pupuk nitrogen:

Sebagai hasil dari budidaya ekstensif kacang-kacangan, penciptaan pupuk

kimia, dan polusi yang dipancarkan oleh kendaraan dan pabrik-pabrik industri,

manusia memiliki lebih dari dua kali lipat transfer tahunan nitrogen ke dalam

bentuk biologis tersedia. Manusia telah memberikan kontribusi signifikan

terhadap transfer gas nitrogen dari bumi ke atmosfer, dan dari tanah ke sistem

perairan melalui empat proses utama:

Aplikasi pupuk nitrogen untuk tanaman telah menyebabkan tingkat

peningkatan denitrifikasi dan pencucian nitrat dalam air tanah. Nitrogen tambahan

memasuki sistem air tanah akhirnya mengalir ke sungai, sungai, danau, dan

muara. Dalam sistem ini, ditambahkan nitrogen dapat menyebabkan eutrofikasi.

Peningkatan deposisi nitrogen dari sumber atmosfer karena pembakaran

bahan bakar fosil dan pembakaran hutan. Kedua proses ini melepaskan berbagai

bentuk padat nitrogen melalui pembakaran.

Peternakan ternak. Ternak merilis jumlah besar amonia ke lingkungan dari

limbah mereka. Nitrogen ini memasuki sistem tanah dan kemudian sistem

hidrologi melalui pencucian, aliran air tanah, dan limpasan.

Air sebagai “driver” siklus biogeokimia

Siklus air ini didukung dari energi surya, lebih dari 85% dari penguapan

global yang terjadi dari lautan, mengurangi suhu mereka dengan pendinginan

dengan penguapan. Tanpa efek pendinginan dari penguapan efek rumah kaca akan

mengakibatkan suhu permukaan jauh lebih tinggi dari sekitar 670 C dan planet

yang lebih hangat.

Sementara siklus air itu sendiri merupakan siklus biogeokimia, aliran air di

atas dan di bawah bumi adalah komponen kunci dari bersepeda siklus

biogeokimia lainnya. Limpasan bertanggung jawab untuk hampir semua

transportasi sedimen terkikis dan fosfor dari darat ke badan air. Salinitas lautan

berasal dari erosi dan transportasi garam terlarut dari tanah. Eutrofikasi danau

terutama disebabkan fosfor, diterapkan lebih untuk bidang pertanian di pupuk, dan

kemudian diangkut melalui darat dan bawah sungai. Kedua limpasan dan air tanah

aliran memainkan peran penting dalam mengangkut nitrogen dari tanah ke badan

air. Limpasan juga memainkan peran dalam siklus karbon, melalui transportasi

batu terkikis dan tanah.

Ada banyak siklus biogeokimia lainnya yang saat ini sedang dipelajari

untuk pertama kalinya sebagai perubahan iklim dan dampak manusia secara

drastis mengubah kecepatan, intensitas, dan keseimbangan ini siklus yang relatif

tidak dikenal. Ini siklus biogeokimia yang baru dipelajari meliputi siklus merkuri

dan siklus manusia yang disebabkan dari atrazin.

Kondisi iklim menentukan kecepatan dan masa hidup siklus biogeokimia.

Para ilmuwan masih menyelidiki jalur yang siklus biogeokimia mengambil dan

bagaimana aktivitas manusia telah mempengaruhi siklus ini. Masih banyak

pertanyaan yang belum terjawab

Namun, telah berpendapat bahwa tidak adanya manusia di bumi tidak akan

menjamin stabilitas siklus biogeokimia. Alasan maju adalah bahwa kehidupan

telah ada selama sekitar 3,5 miliar tahun, dan rincian lengkap belum terjadi sejak

oksigen menjadi tersedia sekitar 1,5 miliar tahun yang lalu. Perubahan adalah

bagian dari siklus biogeokimia alami mengakibatkan periode biota yang

melimpah dan periode biota langka (baik di ekosistem darat dan perairan)

Kawah tubrukan meteor, saat ini dipenuhi oleh air, menandai permukaan Bumi.

Sebuah planet yang bisa mendukung kehidupan disebut dengan planet

layak huni, meskipun kehidupan tersebut tidak berasal dari sana. Bumi memiliki

air – lingkungan tempat molekul organik kompleks merakit diri dan berinteraksi,

dan memiliki energi yang cukup untuk mempertahankan metabolisme.[119] Jarak

Bumi dari Matahari, eksentrisitas orbit, laju rotasi, kemiringan sumbu,

sejarah geologi, atmosfer, dan medan magnet pelindung merupakan faktor-faktor

yang bersumbangsih terhadap kondisi iklim di permukaan Bumi saat ini.

Biosfer

Kehidupan Bumi secara keseluruhan membentuk biosfer. Biosfer Bumi

diperkirakan mulaiberevolusi sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu.[85] Biosfer terbagi

menjadi sejumlah bioma, yang dihuni oleh hewan dan tumbuhan sejenis. Di

daratan, bioma dibagi menurut perbedaan lintang,ketinggian dari permukaan laut,

dan kelembaban. Bioma kebumian membentang di Lingkar

Antarktika dan Arktik, di lintang tinggi atau wilayah kering, yang umumnya

memiliki tumbuhan dan hewan yang jarang; keanekaragaman spesies mencapai

puncaknya di dataran rendah di lintang khatulistiwa.

Sumber daya alam dan pemanfaatan lahan

Perkiraan pemanfaatan lahan oleh manusia, 2000

Pemanfaatan lahan Mha

Lahan pertanian 1.510–1.611

Padang rumput 2.500–3.410

Hutan alam 3.143–3.871

Hutan ditanami 126–215

Kawasan perkotaan 66–351

Lahan produktif, tidak

dimanfaatkan356–445

Bumi menyediakan sumber daya yang digunakan oleh manusia untuk

tujuan yang bermanfaat. Beberapa di antaranya adalah sumber daya tak

terbarukan, seperti bahan bakar mineral, yang sulit untuk ditambah atau diperbarui

dalam waktu singkat.

Sebagian besar bahan bakar fosil terkandung dalam kerak Bumi, yang

terdiri dari batu bara, minyak bumi, gas alam, dan metana klarat. Sumber daya ini

dimanfaatkan oleh manusia untuk memproduksi energi atau sebagai bahan baku

untuk memproduksi bahan-bahan kimia. Bijih mineral juga terbentuk di dalam

kerak Bumi melalui proses genesis bijih, yang disebabkan oleh aktivitas erosi dan

tektonik lempeng. Mineral ini menjadi sumber konsentrasi bagi

banyaklogam dan unsur kimia bernilaiguna lainnya.

Biosfer Bumi memproduksi banyak produk-produk biologi yang bermanfaat bagi

kehidupan manusia, termasukmakanan, kayu, obat-obatan, oksigen, dan

pendaurulangan limbah-limbah organik. Ekosistem darat bergantung pada humus

dan air tawar, sedangkan ekosistem laut bergantung pada nutrisi terlarut yang

diluruhkan dari darat. Pada tahun 1980, 5.053 Mha lahan di permukaan Bumi

terdiri dari hutan dan rimba, 6.788 Mha padang rumput dan lahan peternakan, dan

sisanya 1.501 Mha dibudidayakan sebagai lahan pertanian. Jumlah lahan irigasi

pada tahun 1993 diperkirakan 2,481,250 square kilometres (958,020 sq mi).

Manusia juga hidup di darat dengan memanfaatkan bahan bangunan untuk

membangun tempat tinggal.

Bencana alam dan lingkungan

Gunung berapi menyemburkan awan panas ke atmosfer

Sebagian besar wilayah di permukaan Bumi mengalami cuaca ekstrem

seperti siklon tropis, badai, hurikan, atau taifun yang mengancam kehidupan di

wilayah tersebut. Dari tahun 1980 sampai 2000, bencana-bencana tersebut telah

mengakibatkan kematian setidaknya 11.800 jiwa per tahun. Akibat aktivitas Bumi

atau tindakan manusia, banyak wilayah di permukaan Bumi yang dilanda

oleh gempa bumi, tanah longsor, tsunami, letusan gunung berapi, tornado, badai

salju, banjir, kekeringan, kebakaran hutan, dan bencana alam lainnya. Akibat

tindakan manusia, wilayah-wilayah tertentu di permukaan Bumi juga kerap

mengalami polusi udara atau air, hujan asam dan zat beracun, musnahnya vegetasi

(deforestasi, desertifikasi), kepunahan spesies, degradasi tanah, penipisan tanah,

erosi, dan pengenalan spesies invasif. Menurut Perserikatan Bangsa-Bangsa,

konsensus ilmiah saat ini mengaitkan aktivitas manusia dengan pemanasan

globalakibat emisi karbon dioksida industri. Fenomena ini diperkirakan akan

menyebabkan perubahan seperti mencairnya gletserdan lapisan es, suhu menjadi

lebih ekstrem, perubahan cuaca, dan naiknya permukaan laut.

DAFTAR PUSTAKA

Whitten, D.G.A., The Penguin Dictionary of Geology, Penguin Books Ltd.,

Hammondsworth, Middlesex, England

Lutgens, Frederick K. & Edward J. Tarbuck, Essentials of Geology

Artikel. 2015. (http://kliksma.com/2015/03/aktivitas-manusia-dan-pengaruh-mereka-

pada-siklus - biogeokimia-dan-perubahan-iklim.html , diakses tanggal 26 Desember

2015).

Artikel. 2015. (https://www.academia.edu/4314304/Siklus_Biogeokimia, diakses tanggal

26 Desember 2015).

Artikel. 2010. (http://documents.tips/documents/b-siklus-geokimia.html, diakses tanggal

26 Desember 2015).