Upload
mevi-satyawan
View
120
Download
7
Embed Size (px)
Citation preview
SIKLUS BIOGEOKIMIA
Muhammas Aqly Satyawan
H1E108056
1.1 Siklus Karbon
Siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan di
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 (termasuk freshwater systemdan 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 bermacam-
macam. Lautan mengadung kolam aktif karbon terbesar, namun demikian laut dalam
bagian dari kolam ini mengalami pertukaran yang lambat dengan atmosfer. 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.
Bagian terbesar dari karbon yang berada di atmosfer bumi adalah gas karbon
dioksida (CO2). Meskipun jumlah gas ini merupakan bagian yang sangat kecil dari
seluruh gas yang ada di atmosfer, namun memiliki peran yang penting dalam
menyokong kehidupan. Gas-gas lain yang mengandung karbon di atmosfer adalah
metan dan kloroflorokarbon atau CFC (CFC ini merupakan gas artifisial atau buatan).
Gas-gas tersebut adalah gas rumah kaca yang konsentrasinya di atmosfer telah
bertambah dalam dekade terakhir ini, dan berperan dalam pemanasan global.
Karbon diambil dari atmosfer dengan berbagai cara:
1
a. Ketika matahari bersinar, tumbuhan melakukan fotosintesa untuk mengubah
karbon dioksida menjadi karbohidrat, dan melepaskan oksigen ke atmosfer.
Proses ini akan lebih banyak menyerap karbon pada hutan dengan tumbuhan
yang baru saja tumbuh atau hutan yang sedang mengalami pertumbuhan yang
cepat.
b. Pada permukaan laut ke arah kutub, air laut menjadi lebih dingin dan CO2
akan lebih mudah larut. Selanjutnya CO2 yang larut tersebut akan terbawa
oleh sirkulasi termohalin yang membawa massa air di permukaan yang lebih
berat ke kedalaman laut atau interior laut.
c. Di laut bagian atas (upper ocean), pada daerah dengan produktivitas yang
tinggi, organisme membentuk jaringan yang mengandung karbon, beberapa
organisme juga membentuk cangkang karbonat dan bagian-bagian tubuh
lainnya yang keras. Proses ini akan menyebabkan aliran karbon ke bawah.
d. Pelapukan batuan silikat. Tidak seperti dua proses sebelumnya, proses ini
tidak memindahkan karbon ke dalam reservoir yang siap untuk kembali ke
atmosfer. Pelapukan batuan karbonat tidak memiliki efek netto terhadap CO2
atmosferik karena ion bikarbonat yang terbentuk terbawa ke laut dimana
selanjutnya dipakai untuk membuat karbonat laut dengan reaksi yang
sebaliknya (reverse reaction).Karbon dapat kembali ke atmosfer dengan
berbagai cara pula, yaitu:
1. Melalui pernafasan (respirasi) oleh tumbuhan dan binatang. Hal ini
merupakan reaksi eksotermik dan termasuk juga di dalamnya penguraian
glukosa (atau molekul organik lainnya) menjadi karbon dioksida dan air.
b) Melalui pembusukan binatang dan tumbuhan. Fungi atau jamur dan
bakteri mengurai senyawa karbon pada binatang dan tumbuhan yang mati
dan mengubah karbon menjadi karbon dioksida jika tersedia oksigen, atau
menjadi metana jika tidak tersedia oksigen.
2
2. Melalui pembakaran material organik yang mengoksidasi karbon yang
terkandung menghasilkan karbon dioksida (juga yang lainnya seperti
asap). Pembakaran bahan bakar fosil seperti batu bara, produk dari
industri perminyakan (petroleum), dan gas alam akan melepaskan karbon
yang sudah tersimpan selama jutaan tahun di dalam geosfer. Hal inilah
yang merupakan penyebab utama naiknya jumlah karbon dioksida di
atmosfer.
3. Produksi semen. Salah satu komponennya, yaitu kapur atau gamping atau
kalsium oksida, dihasilkan dengan cara memanaskan batu kapur atau batu
gamping yang akan menghasilkan juga karbon dioksida dalam jumlah
yang banyak.
4. Di permukaan laut dimana air menjadi lebih hangat, karbon dioksida
terlarut dilepas kembali ke atmosfer. f) Erupsi vulkanik atau ledakan
gunung berapi akan melepaskan gas ke atmosfer. Gas-gas tersebut
termasuk uap air, karbon dioksida, dan belerang. Jumlah karbon dioksida
yang dilepas ke atmosfer secara kasar hampir sama dengan jumlah karbon
dioksida yang hilang dari atmosfer akibat pelapukan silikat; Kedua proses
kimia ini yang saling berkebalikan ini akan memberikan hasil
penjumlahan yang sama dengan nol dan tidak berpengaruh terhadap
jumlah karbon dioksida di atmosfer dalam skala waktu yang kurang dari
100.000 tahun.
Sekitar 1900 gigaton karbon ada di dalam biosfer. Karbon adalah bagian yang
penting dalam kehidupan di Bumi. Karbon memiliki peran yang penting dalam
struktur, biokimia, dan nutrisi pada semua sel makhluk hidup. Dan kehidupan
memiliki peranan yang penting dalam siklus karbon: Autotroph adalah organisme
yang menghasilkan senyawa organiknya sendiri dengan menggunakan karbon
dioksida yang berasal dari udara dan air di sekitar tempat mereka hidup. Untuk
menghasilkan senyawa organik tersebut mereka membutuhkan sumber energi dari
luar. Hampir sebagian besar autotroph menggunakan radiasi matahari untuk
3
memenuhi kebutuhan energi tersebut, dan proses produksi ini disebut sebagai
fotosintesis. Sebagian kecil autotroph memanfaatkan sumber energi kimia, dan
disebut kemosintesis. Autotroph yang terpenting dalam siklus karbon adalah pohon-
pohonan di hutan dan daratan dan fitoplankton di laut.Fotosintesis memiliki reaksi:
6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2
Karbon dipindahkan di dalam biosfer sebagai makanan heterotrop pada organisme
lain atau bagiannya (seperti buah-buahan). Termasuk di dalamnya pemanfaatan
material organik yang mati(detritus) oleh jamur dan bakteri untuk fermentasi atau
penguraian. Sebagian besar karbon meninggalkan biosfer melalui pernafasan atau
respirasi. Ketika tersedia oksigen, respirasi aerobik terjadi, yang melepaskan karbon
dioksida ke udara atau air di sekitarnya dengan reaksi
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
Pada keadaan tanpa oksigen, respirasi anaerobik lah yang terjadi, yang
melepaskan metan ke lingkungan sekitarnya yang akhirnya berpindah ke atmosfer
atau hidrosfer. Pembakaran biomassa (seperti kebakaran hutan, kayu yang digunakan
untuk tungku penghangat atau kayu bakar, dll.) dapat juga memindahkan karbon ke
atmosfer dalam jumlah yang banyak.
Laut mengandung sekitar 36.000 gigaton karbon, dimana sebagian besar
dalam bentuk ion bikarbonat. Karbon anorganik, yaitu senyawa karbon tanpa ikatan
karbon-karbon atau karbon-hidrogen. Pertukaran karbon ini menjadi penting dalam
mengontrol pH di laut dan juga dapat berubah sebagai sumber (source) atau
lubuk (sink) karbon. Pada daerah upwelling, karbon dilepaskan ke atmosfer.
Sebaliknya, pada daerah downwelling karbon (CO2) berpindah dari atmosfer ke
lautan. Pada saat CO2 memasuki lautan, asam karbonat terbentuk.
4
1.2 Siklus Nitrogen
Gas nitrogen banyak terdapat di atmosfer, yaitu 80% udara. Siklus nitrogen
adalah transfer nitrogen dari atmosfir ke dalam tanah. Selain air hujan yang
membawa sejumlah nitrogen, penambahan nitrogen ke dalam tanah terjadi melalui
proses fiksasi nitrogen. Fiksasi nitrogen secara biologis dapat dilakukan oleh bakteri
Rhizobium yang bersimbiosis dengan polong-polongan, bakteri
Azotobacter dan Clostridium. Selain itu ganggang hijau biru dalam air juga memiliki
kemampuan memfiksasi nitrogen. Nitrogen bebas juga dapat bereaksi dengan
hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat/petir. Tumbuhan memperoleh nitrogen
dari dalam tanah berupa ammonia (NH3), ion nitrit (NO2-), dan ion nitrat (NO3
-).
Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi senyawa yang
mengandungunsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain.
Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Siklus
nitrogen secara khusus sangat dibutuhkan dalam ekologi karena
ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat proses ekosistem kunci, termasuk
produksi primer dan dekomposisi. Aktivitas manusia seperti pembakaran bahan bakar
fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan pelepasannitrogen dalam air limbah
telah secara dramatis mengubah siklus nitrogen global. Pembukaannya sudah cukup,
sekarang kita menginjak ke detail proses daur / siklus nitrogen.
Nitrogen sangatlah penting untuk berbagai proses kehidupan di
Bumi. Nitrogen adalah komponen utama dalam semua asam amino, yang nantinya
dimasukkan ke dalam protein, tahu kan kalau protein adalah zat yang sangat kita
butuhkan dalam pertumbuhan.Nitrogen juga hadir di basis pembentuk asam nukleat,
seperti DNA dan RNA yang nantinya membawa hereditas. Pada tumbuhan, banyak
dari nitrogen digunakan dalam molekul klorofil, yang penting untuk fotosintesis dan
pertumbuhan lebih lanjut. Meskipun atmosfer bumi merupakan sumber
berlimpah nitrogen, sebagian besar relatif tidak dapat digunakan oleh tanaman.
Pengolahan kimia atau fiksasi alami (melalui proses konversi seperti yang dilakukan
5
bakteri rhizobium), diperlukan untuk mengkonversi gas nitrogenmenjadi bentuk yang
dapat digunakan oleh organisme hidup, oleh karena itu nitrogen menjadi komponen
penting dari produksi pangan. Kelimpahan atau kelangkaan dari bentuk
"tetap" nitrogen, (juga dikenal sebagai nitrogen reaktif), menentukan berapa banyak
makanan yang dapat tumbuh pada sebidang tanah.
Nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia termasuk nitrogen
organik, amonium (NH4+), nitrit (NO2
-), nitrat (NO3-), dan gas nitrogen (N2). Nitrogen
organik dapat berupa organisme hidup, atau humus, dan dalam produk antara
dekomposisi bahan organik atau humus dibangun. Proses siklus
nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia lain. Banyak proses yang
dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau
menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Diagram di
atas menunjukkan bagaimana proses-proses cocok bersama untuk membentuk siklus
nitrogen.
1. Fiksasi Nitrogen
Fiksasi nitrogen adalah proses alam, biologis atau abiotik yang
mengubah nitrogen di udara menjadi ammonia (NH3). Mikroorganisme yang mem-
fiksasi nitrogen disebut diazotrof. Mikroorganisme ini memiliki enzim
nitrogenaze yang dapat menggabungkan hidrogen dan nitrogen. Reaksi untuk fiksasi
nitrogen biologis ini dapat ditulis sebagai berikut :
N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2
Mikro organisme yang melakukan fiksasi nitrogen antara
lain : Cyanobacteria, Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan Frankia. Selain
itu ganggang hijau biru juga dapat memfiksasi nitrogen. Beberapa tanaman yang
lebih tinggi, dan beberapa hewan (rayap), telah membentuk asosiasi (simbiosis)
dengan diazotrof. Selain dilakukan oleh mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi
pada proses non-biologis, contohnya sambaran petir. Lebih jauh, ada empat cara yang
dapat mengkonversi unsur nitrogen di atmosfer menjadi bentuk yang lebih reaktif :
a. Fiksasi biologis: beberapa bakteri simbiotik (paling sering dikaitkan dengan
tanaman polongan) dan beberapa bakteri yang hidup bebas dapat memperbaiki
6
nitrogen sebagai nitrogen organik. Sebuah contoh dari bakteri pengikat
nitrogen adalah bakteri Rhizobium mutualistik, yang hidup dalam nodul akar
kacang-kacangan. Spesies ini diazotrophs. Sebuah contoh dari hidup bebas
bakteri Azotobacter.
b. Industri fiksasi nitrogen : Di bawah tekanan besar, pada suhu 600 C, dan
dengan penggunaan katalis besi, nitrogen atmosfer dan hidrogen (biasanya
berasal dari gas alam atau minyak bumi) dapat dikombinasikan untuk
membentuk amonia (NH3). Dalam proses Haber-Bosch, N2 adalah diubah
bersamaan dengan gas hidrogen (H2) menjadi amonia (NH3), yang digunakan
untuk membuat pupuk dan bahan peledak.
c. Pembakaran bahan bakar fosil : mesin mobil dan pembangkit listrik termal,
yang melepaskan berbagai nitrogen oksida (NOx).
d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2 dan O2 karena foton dan
terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen
2. Asimilasi
Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik dalam
bentuk ion nitrat atau ion amonium. Sedangkan hewan memperoleh nitrogen dari
tanaman yang mereka makan.
Tanaman dapat menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui rambut
akarnya. Jika nitrat diserap, pertama-tama direduksi menjadi ion nitrit dan
kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan
klorofil. Pada tanaman yang memiliki hubungan mutualistik
dengan rhizobia, nitrogen dapat berasimilasi dalam bentuk ion amonium langsung
dari nodul. Hewan, jamur, dan organisme heterotrof lain
mendapatkan nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil.
3. Amonifikasi
Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium
(NH4+) oleh bakteri dan jamur.
4. Nitrifikasi
7
Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri yang hidup
di dalam tanah dan bakteri nitrifikasi lainnya. Tahap utama nitrifikasi,
bakteri nitrifikasi seperti spesies Nitrosomonas mengoksidasi amonium (NH4 +) dan
mengubah amonia menjadinitrit (NO2-). Spesies bakteri lain, seperti Nitrobacter,
bertanggung jawab untuk oksidasi nitrit menjadi dari nitrat (NO3-). Proses
konversi nitrit menjadi nitrat sangat penting karena nitrit merupakan racun bagi
kehidupan tanaman.
Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut ini :
1. NH3 + CO2 + 1.5 O2 + Nitrosomonas → NO2- + H2O + H+
2. NO2- + CO2 + 0.5 O2 + Nitrobacter → NO3
-
3. NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e−
4. NO2− + H2O → NO3
− + 2H+ + 2e
Karena kelarutannya yang sangat tinggi, nitrat dapat memasukkan air tanah.
Peningkatan nitrat dalam air tanah merupakan masalah bagi air minum, karena nitrat
dapat mengganggu tingkat oksigen darah pada bayi dan menyebabkan sindrom
methemoglobinemia atau bayi biru. Ketika air tanah mengisi aliran sungai, nitrat yang
memperkaya air tanah dapat berkontribusi untuk eutrofikasi, sebuah proses dimana
populasi alga meledak, terutama populasi alga biru-hijau. Hal ini juga dapat
menyebabkan kematian kehidupan akuatik karena permintaan yang berlebihan untuk
oksigen. Meskipun tidak secara langsung beracun untuk ikan hidup (seperti amonia),
nitrat dapat memiliki efek tidak langsung pada ikan jika berkontribusi untuk
eutrofikasi ini.
5. Denitrifikasi
Denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat untuk kembali menjadi gas nitrogen
(N2), untuk menyelesaikan siklus nitrogen. Proses ini dilakukan oleh spesies bakteri
seperti Pseudomonas dan Clostridium dalam kondisi anaerobik. Mereka
menggunakan nitratsebagai akseptor elektron di tempat oksigen selama respirasi.
Fakultatif anaerob bakteri ini juga dapat hidup dalam kondisi aerobik.
Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui beberapa kombinasi dari bentuk
peralihan sebagai berikut:
8
NO3− → NO2
− → NO + N2O → N2 (g)
Proses denitrifikasi lengkap dapat dinyatakan sebagai reaksi redoks:
2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O
6. Oksidasi Amonia Anaerobik
Dalam proses biologis, nitrit dan amonium dikonversi langsung ke
elemen (N2) gas nitrogen. Proses ini membentuk sebagian besar dari konversi
nitrogen unsur di lautan. Reduksi dalam kondisi anoxic juga dapat terjadi melalui
proses yang disebut oksidasi amonia anaerobik
NH4+ + NO2
− → N2 + 2 H2O
1.3 Siklus Oksigen
Oksigen atau zat asam adalah unsur kimia dalam sistem tabel periodik yang
mempunyai lambang O dan nomor atom 8. Ia merupakan unsur
golongan kalkogen dan dapat dengan mudah bereaksi dengan hampir semua unsur
lainnya (utamanya menjadi oksida). Pada Temperatur dan tekanan standar, dua atom
unsur ini berikatan menjadi dioksigen, yaitu senyawa gas diatomik dengan
rumus O2 yang tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau. Oksigen merupakan
unsur paling melimpah ketiga di alam semesta berdasarkan massa dan unsur paling
melimpah di kerak Bumi. Gas oksigen diatomik mengisi 20,9% volume atmosfer
bumi/
Semua kelompok molekul struktural yang terdapat pada organisme hidup,
seperti protein, karbohidrat, dan lemak, mengandung oksigen. Demikian
pula senyawa anorganik yang terdapat pada cangkang, gigi, dan tulang hewan.
Oksigen dalam bentuk O2 dihasilkan dari air oleh sianobakteri,ganggang, dan
tumbuhan selama fotosintesis, dan digunakan pada respirasi sel oleh hampir semua
makhluk hidup. Oksigen beracun bagi organismeanaerob, yang merupakan bentuk
kehidupan paling dominan pada masa-masa awal evolusi kehidupan. O2 kemudian
mulai berakumulasi pada atomsfer sekitar 2,5 miliar tahun yang lalu. Terdapat
pula alotrop oksigen lainnya, yaitu ozon (O3). Lapisan ozon pada atomsfer membantu
9
melindungi biosfer dari radiasi ultraviolet, namun pada permukaan bumi ia adalah
polutan yang merupakan produk samping dari asbut.
Oksigen merupakan unsur yang vital bagi kehidupan di bumi ini. siklus ini
berkaitan erat dengan siklus unsur lainnya, terutama dengan siklus karbon. Unsur
oksigen menjadi yang terikat secara kimia melalui berbagai proses yang
menghasilkan energi, terutama pada perubahan dan proses metabolik dalam
organisme. Oksigen dilepaskan dari reaksi fotosintesis. Unsur ini 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.
Suatu aspek yang sangat penting dari siklus di stratosfer, yaitu proses
pembentukan ozon. Ozon membentuk lapisan tipis di stratosfer yang berfungsi
sebagai filter dari radiasi ultraviolet, dengan demikian dapat menjaga kehidupan di
bumi dari kerusakan/kehancuran yang disebabkan oleh radiasi ini.
Siklus oksigen disempurnakan atau diakhiri ketika unsur oksigen masuk kembali ke
atmosfer dalam bentuk gas. Hanya satu cara yang signifikan dima yaitu melalui
fotosintesis yang dilakukan tumbuhan. Siklus hydrogen tidak dibuat tersendiri karena
di alam ini hydrogen paling banyak terlihat dalam bentuk senyawa air, H2O.
Siklus / Daur oksigen diperlukan oleh seluruh makhluk hidup karena dengan
adanya gas bernama oksigen inilah kita dapat hidup. Dengan mengetahui bagaimana
siklus / daur oksigen ini terjadi maka kita tentu dapat menjaga bumi kita ini.
Contohnya jika kalian mengetahui siklus / daur oksigen sudah tentu kalian tidak akan
melakukan pembabatan hutan secara sembarangan
Daur oksigen di dunia ini semakin lama semakin buruk. Hal tersebut terutama
terjadi dikarenakan banyaknya kendaraan bermotor serta pembabatan hujan yang
terjadi di sana – sini. Siklus / dauroksigen di dunia ini menjadi tidak stabil sehingga
terjadi pemanasan global di seluruh dunia.
10
Tanaman menandai awal dari siklus oksigen. Tanaman dapat menggunakan
energi sinar matahari untuk mengubah karbon dioksida dan air menjadi karbohidrat
dan oksigen dalam proses yang disebut fotosintesis. Tanaman sendiri dapat
menghasilkan 10 kali lebih banyak oksigen di siang hari dikarenakan mereka
melakukan proses fotosintesis di siang hari menggunakan bantuan sinar matahari.
Jika tanaman terus dibabat oleh manusia tentu siklus oksigen akan terganggu.
Oksigen dalam air dikenal sebagai oksigen terlarut. Di dalam air juga terdapat
siklus oksigen. Pada sebuah ekosistem yang sehat, tingkatan transfer oksigen ke
dalam air dan penyerapan oksigen oleh organisme di dalam air berbanding lurus
(stabil).
Organisme yang ada selain di air. Mereka menggunakan oksigen dalam
berbagai bentuk. Peran mereka dalam siklus dimulai dengan karbon dioksida di
atmosfer. Tanaman mengambil karbon dioksida dan menggabungkan dengan air
untuk membuat gula dan oksigen. Hewan dan manusia menghisap oksigen dan
melepaskan karbon dioksida kembali. Lalu siklus oksigen dimulai kembali.
Dengan banyaknya isu global warming yang terjadi di dunia ini maka sudah
tentu sekarang saatnya untuk mulai mempertahankan keberlangsungan siklus oksigen.
Beberapa caranya adalah dengan menambah jumlah tanaman, menggunakan sistem
tebang pilih tanam, mengurangi penggunaan kendaraan bermotor, dsb.
Proses hubungan timbal balik atau daur ulang respirasi seluler dan fotosintesis
bertanggung jawab atas terjadinya perubahan serta pergerakan utama karbon. Turun
dan naiknya CO2 dan O2 Atmosir secara musiman dipengaruhi oleh menurunnya
aktivitas Fotosintetik. Pada skala global kembalinya O2 dan CO2 ke Atmosfir sebagai
struktur lapisan bumi melalui respirasi hampir menyeimbangkan pengeluarannya
melalui Fotosintesis.
Namun, terjadinya pembakaran bahan bakar fosil dan kayu mengakibatkan
bertambah banyaknya gas CO2 yang masuk ke atmosfir. Sebagai dampaknya terjadi
kenaikan gas CO2 dalam Atmosfir bumi. O2 serta CO2 atmosfer juga akan berpindah
masuk ke luar dan kedalam sistem akuatik, dimana O2 dan CO2 akan terlibat dalam
suatu keseimbangan dinamis dengan bentuk bahan organik yang lainnya.
11
Gas oksigen bebas hampir tidak terdapat pada atmosfer bumi sebelum
munculnya arkaea dan bakteri fotosintetik. Oksigen bebas pertama kali muncul dalam
kadar yang signifikan semasa masa Paleoproterozoikum (antara 2,5 sampai dengan
1,6 miliar tahun yang lalu). Pertama-tama, oksigen bersamaan dengan besi yang larut
dalam samudera, membentuk formasi pita besi (Banded iron formation). Oksigen
mulai melepaskan diri dari samudera 2,7 miliar tahun lalu, dan mencapai 10% kadar
sekarang sekitar 1,7 miliar tahun lalu.
Keberadaan oksigen dalam jumlah besar di atmosfer dan samudera
kemungkinan membuat kebanyakan organisme anaerob hampir punahsemasa bencana
oksigen sekitar 2,4 miliar tahun yang lalu. Namun, respirasi sel yang menggunakan
O2 mengijinkan organisme aerobuntuk memproduksi lebih banyak ATP daripada
organisme anaerob, sehingga organisme aerob mendominasi biosfer bumi.
Fotosintesis dan respirasi seluler O2 mengijinkan berevolusinya sel eukariota dan
akhirnya berevolusi menjadi organisme multisel seperti tumbuhan dan hewan.
Sejak permulaan era Kambrium 540 juta tahun yang lalu,
kadar O2 berfluktuasi antara 15% sampai 30% berdasarkan volume. Pada akhir
masa Karbon, kadar O2 atmosfer mencapai maksimum dengan 35% berdasarkan
volume,[46] mengijinkan serangga dan amfibi tumbuh lebih besar daripada ukuran
sekarang. Aktivitas manusia, meliputi pembakaran 7 miliar ton bahan bakar fosil per
tahun hanya memiliki pengaruh yang sangat kecil terhadap penurunan kadar oksigen
di atmosfer. Dengan laju fotosintesis sekarang ini, diperlukan sekitar 2.000 tahun
untuk memproduksi ulang seluruh O2 yang ada di atmosfer sekarang
1.4 Siklus Fosfor
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 “endogenic”.Dalam geosfer, fosfor terdapat dalam jumlah
besar dalam mineral-mineral yang sedikit sekali larut, seperti hidroksiapilit dan
garam kalsium.
12
Di alam, fosfor terdapat dalam dua bentuk, yaitu senyawa fosfat organik (pada
tumbuhan dan hewan) dan senyawa fosfat anorganik (pada air dan tanah). Fosfor
terlarut dari mineral-mineral fosfat dan sumber-sumber lainnya, seperti pupuk fosfat,
diserap oleh tanaman dan tergabung dalam asam nukleat yang menyusun material
genetik dalam organisme. 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.
Anthrosphere adalah reservoir fosfor yang penting dalam lingkungan. Sejumlah besar
dari mineral-mineral fosfat digunakan sebagai bahan pupuk, industri kimia, dan “food
additives”. Fosfor merupakan salah satu komponen dari senyawa-senyawa sangat
toksik, terutama insektisida organofosfat.
Daur fosfor yaitu daur atau siklus yang melibatkan fosfor, dalam hal input
atau sumber fosfor-proses yang terjadi terhadap fosfor- hingga kembali menghasilkan
fosfor lagi. Daur fosfor dinilai paling sederhana daripada daur lainnya, karena tidak
melalui atmosfer. fosfor di alam didapatkan dari: batuan, bahan organik, tanah,
tanaman, PO4- dalam tanah. kemudian inputnya adalah hasil pelapukan batuan. dan
outputnya: fiksasi mineral dan pelindikan. fosfor berupa fosfat yang diserap tanaman
untuk sintesis senyawa organik. Humus dan partikel tanah mengikat fosfat, jadi daur
fosfat dikatakan daur lokal.
Unsur fosfor merupakan unsur yang penting bagi kehidupan, tetapi
persediaannya sangat terbatas. Dengan kemampuannya untuk membentuk ikatan
kimia berenergi tinggi, fosfor sangat penting dalam transformasi energi pada semua
organisme. Sumber fosfor terbesar dari batuan dan endapan-endapan yang berasal
dari sisa makhluk hidup. Sumber ini lambat laun akan mengalami pelapukan dan
erosis, bersamaan dengan itu fosfor akan dilepaskan ke dalam ekosistem. Tetapi
sebagian besar senyawa fosfor akan hilang ke perairan dan diendapkan. Fosfor dalam
tubuh merupakan unsur penyusun tulang, gigi, DNA atau RNA, dan protein.
13
Daur fosfor dimulai dari adanya fosfat anorganik yang berada di tanah yang
diserap oleh tumbuhan. Hewan yang memakan tumbuhan akan memperoleh fosfor
dari tumbuhan yang dimakannya. Tumbuhan atau hewan yang mati ataupun sisa
ekskresi hewan (urine dan feses) yang berada di tanah, oleh bakteri pengurai akan
menguraikan fosfat organik menjadi fosfat anorganik yang akan dilepaskan ke
ekosistem.
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 decomposer (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. Fosfor dialam dalam
bentuk terikat sebagai Ca- fosfat, Fe- atau Al- fosfat, fitat atau protein. Bakeri yang
berperan dalam siklus fosfor : Bacillus, Pesudomonas, Aerobacter aerogenes,
Xanthomonas, dll. Mikroorganisme (Bacillus, Pseudomonas, Xanthomonas,
Aerobacter aerogenes) dapat melarutkan P menjadi tersedia bagi tanaman.
Daur / siklus fosfor adalah proses yang tidak pernah berhenti mengenai
perjalanan fosfor dari lingkungan abiotik hingga dimanfaatkan dalam proses biologis.
Berbeda dengan daur hidrologi, daur karbon, dan daur nitrogen, daur fosfor tidak
melalui komponen atmosfer. Fosfor terdapat di alam dalam bentuk ion fosfat (fosfor
yang berikatan dengan oksigen). Ion fosfat banyak terdapat dalam bebatuan.
Pengikisan dan pelapukan batuan membuat fosfat larut dan terbawa menuju sungai
sampai laut sehingga membentuk sedimen. Sedimen ini muncul kembali ke
permukaan karena adanya pergerakan dasar bumi.
Ion fosfat dapat memasuki air tanah sehingga tumbuhan dapat mengambil
fosfat yang terlarut melalui absorbsi yang dilakukan oleh akar. Dalam proses rantai
makanan, Herbivora mendapatkan fosfat dari tumbuhan yang dimakannya.
Selanjutnya karnivora mendapatkan fosfat dari herbivora yang dimakannya.
14
Fosfat dikeluarkan dari organisme melalui urin dan feses. Di sini para detrivor
(bakteri dan jamur) mengurai bahan-bahan anorganik di dalam tanah lalu melepaskan
fosfor kemudian diambil oleh tumbuhan atau mengendap. Daur fosfor mulai lagi dari
sini.
Daur fosfor terlihat akibat aliran air pada batu-batuan akan melarutkan bagian
permukaan mineral termasuk fosfor akan terbawa sebagai sedimentasi ke dasar laut
dan akan dikembalikan ke daratan. Peranan Fosfor
a. Kegunaan
1. Fosfor sangat penting dan dibutuhkan oleh mahluk hidup tanpa adanya
fosfor tidak mungkin ada organic fosfor di dalam Adenosin trifosfat (ATP)
Asam Dioksiribo nukleat (DNA) dan Asam Ribonukleat (ARN)
mikroorganisme membutuhkan fosfor untuk membentuk fosfor anorganik dan
akan mengubahnya menjadi organic fosfor yang dibutuhkan untuk menjadi
organic fosfor yang dibutuhkan, untuk metabolisme karbohidrat, lemak, dan
asam nukleat.
2. Kegunaan fosfor yang terpenting adalah dalam pembuatan pupuk, dan
secara luas digunakan dalam bahan peledak, korek api, kembang api,
pestisida, odol, dan deterjen.
3. Kegunaan fosfor yang paling umum ialah pada ragaan tabung sinar katoda
(CRT) dan lampu fluoresen, sementara fosfor dapat ditemukan pula pada
berbagai jenis mainan yang dapat berpendar dalam gelap (glow in the dark).
b. Kerugian
Penyalahgunan fosfor menjadi bom yang sangat mengerikan. Fosfor bomb
memiliki sifat utama membakar. Menurut Ang Swee Chai, seorang
perempuan, dokter ortopedis kelahiran Malaysia yang juga seorang ahli
medis. alam bukunya ”From Beirut to Jerusalem” (Kuala Lumpur, 2002), zat
fosfornya biasanya akan menempel di kulit, paru-paru, dan usus para korban
selama bertahun-tahun, terus membakar dan menghanguskan serta
menyebabkan nyeri berkepanjangan. Para korban bom ini akan mengeluarkan
gas fosfor hingga nafas terakhir.
15
Fosfor merupakan unsur yang sangat penting dalam kehidupan. Dalam
beberapa tahun terakhir, asam fosfor yang mengandung 70% – 75% P2O5, telah
menjadi bahan penting pertanian dan produksi tani lainnya. Fosfor juga digunakan
dalam memproduksi baja, perunggu fosfor, dan produk-produk lainnya. Trisodium
fosfat sangat penting sebagai agen pembersih, sebagai pelunak air, dan untuk menjaga
korosi pipa-pipa. Fosfor juga merupakan bahan penting bagi sel-sel protoplasma,
jaringan saraf dan tulang. Oleh karena itu, kita harus mengetahui tentang betapa
pentingnya fosfor dalam kehidupan.
1.5 Siklus Belerang (Sulfur)
Sumber sulfur dalam ekosistem antara lain :
Sulfur yang berada di atmosfer secara alami berasal dari letusan gunung berapi yang
berupa hidrogen sulfida. Sulfur sebagian besar tersimpan dalam batuan bumi. Sulfur
dapat terlepas dari batuan bumi karena erosi oleh angin dan air.
Sulfur terdapat dalam bentuk sulfat anorganik. Sulfur direduksi oleh bakteri menjadi
sulfida dan kadang-kadang terdapat dalam bentuk sulfur dioksida atau hidrogen
sulfida. Hidrogen sulfida ini seringkali mematikan mahluk hidup di perairan dan pada
umumnya dihasilkan dari penguraian bahan organik yang mati. Tumbuhan menyerap
sulfur dalam bentuk sulfat (SO4).
Perpindahan sulfat terjadi melalui proses rantai makanan, lalu semua mahluk
hidup mati dan akan diuraikan komponen organiknya oleh bakteri. Beberapa jenis
bakteri terlibat dalam daur sulfur, antara lain desulfomaculum dan desulfibrio yang
akan mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk hidrogen sulfida (H2S).
Kemudian H2S digunakan bakteri fotoautotrof anaerob seperti Chromatium yang
melepaskan sulfur dan oksigen. Sulfur di oksidasi menjadi sulfat oleh
bakteri Kmolitotrof seperti Thiobacillus.
Siklus belerang relatif kompleks dimana melibatkan berbagai macam gas,
mineral-mineral yang sukar larut dan beberapa spesi 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-
16
spesi yang secara signifikan terlihat dalam siklus belerang adalah gas hidrogen sulfida
(H2S), mineral-mineral seperti Pbs, asam sulfat (H2SO4), belerang oksida (SO2)
sebagai komponen utama dari hujan asam, dan belerang yang terikat dalam protein.
Yang merupakan bagian dari siklus belerang yang sangat penting adalah adanya gas
SO2 sebagai bahan pencemar dan H2SO4 dalam atmosfer. Gas SO2 dikeluarkan dari
pembakaran bahan baker fosil yang mengandung belerang. Efek utama dari belerang
dioksida dalam atmosfer adalah kecenderungan untuk teroksidasi menghasilkan asam
sulfat. Asam ini dapat menyebabkan terjadinya hujan asam.
Sulfur terdapat dalam bentuk sulfat anorganik. Sulfur direduksi oleh bakteri
menjadi sulfida dan kadang-kadang terdapat dalam bentuk sulfur dioksida atau
hidrogen sulfida. Hidrogen sulfida ini seringkali mematikan mahluk hidup di perairan
dan pada umumnya dihasilkan dari penguraian bahan organik yang mati. Tumbuhan
menyerap sulfur dalam bentuk sulfat (SO4).Perpindahan sulfat terjadi melalui proses
rantai makanan, lalu semua mahluk hidup mati dan akan diuraikan komponen
organiknya oleh bakteri.
Beberapa jenis bakteri terlibat dalam daur sulfur, antaralain Desulfomaculum
dan Desulfibrio yang akan mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk
hidrogensulfida (H2S). Kemudian H2S digunakan bakteri fotoautotrof anaerob seperti
Chromatium danmelepaskan sulfur dan oksigen. Sulfur di oksidasi menjadi sulfat
oleh bakteri kemolitotrof seperti Thiobacillus. 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, mineral-mineral sulfide seperti
PbS, asam sulfat, belerang oksida, SO2 komponen utama darihujan asam dan belerang
yang terikat dalam protein.
Hujan asam didefinisikan sebagai segala macam hujan dengan pH di bawah
5,6. Hujan secara alamibersifat asam (pH sedikit di bawah 6) karena karbondioksida
(CO2) di udara yang larut dengan air hujanmemiliki bentuk sebagai asam lemah.
17
Jenis asam dalam hujan ini sangat bermanfaat karena membantumelarutkan mineral
dalam tanah yang dibutuhkan oleh tumbuhan dan binatang
Hujan asam disebabkan oleh belerang (sulfur) yang merupakan pengotor
dalam bahan bakar fosil sertanitrogen 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.
Belerang dari daratan cenderung terbawa air ke laut. Namun belerang di
daratan tak tampak habis setelah jutaan tahun. Tak ada bukti bahwa laut menguapkan
hidrogen sulfida yang baunya bukan main itu ke angkasa. Laut selalu berhawa segar.
Pertanyaan ini baru terjawab beberapa belas tahun yang lalu. Tumbuhan laut, yang
memiliki sel-sel sederhana. Tumbuhan ini berusaha hidup dengan menahan masuknya
garam (NaCl) ke dalam selnya. Ini dilakukan dengan membentuk senyawa penahan
yang berbahan baku belerang, karena pasok belerang dilaut banyak sekali, datang dari
daratan. Waktu sel mereka terurai, senyawa penahan ini pecah dan menghasilkan gas
dimetil sulfida (DMS) yang lepas ke atmosfir. Kita pasti mengenali bau senyawa ini,
segar, mirip ikan segar yang baru diangkat dari laut. Setiap saat, sejumlah besar
senyawa ini dilepas keatmosfir, dan syukurnya, senyawa ini mampu menjadi inti
kondensasi uap air.
Pada gilirannya, terbentuk awan, yang menjadi hujan. Saat hujan jatuh di
darat, senyawa belerang ini dikembalikan ke daratan untuk dimanfaatkan makhluk
daratan. Lalu ampasnya, dalam dibuang lagi (duh) ke laut, untuk diolah oleh alga-alga
baik hati itu lagi (Kuncoro. 2007).Yang merupakan bagian dari siklus belerang yang
sangat penting adalah adanya gas SO2 sebagai bahanpencemar dan H2SO4 dalam
atmosfer. Gas SO2 dikeluarkan dari pembakaran bahan bakar fosil yangmengandung
belerang. Efek utama dari belerang dioksida dalam atmosfer adalah kecenderungan
untuk teroksidasi menghasilkan asam sulfat. Asam ini dapat menyebabkan terjadinya
hujan asam.
18
Manusia juga berperan dalam siklus sulfur. Hasil pembakaran pabrik
membawa sulfur ke atmosfer. Ketika hujan terjadi, turunlah hujan asam yang
membawa H2SO4 kembali ke tanah. Hal ini dapat menyebabkan perusakan batuan
juga tanaman.
Dalam daur belerang, 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.
Proses rantai makanan disebut-sebut sebagai proses perpindahan sulfat, yang
selanjutnya ketika semua mahluk hidup mati dan nanti akan diuraikan oleh komponen
organiknya yakni bakteri. Beberapa bakteri yang terlibat dalam proses daur belerang
(sulfur) adalah Desulfibrio dan Desulfomaculum yang nantinya akan berperan
mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk (H2S) atau hidrogen sulfida. Sulfida
sendiri nantinya akan dimanfaatkan oleh bakteri Fotoautotrof anaerob seperti halnya
Chromatium dan melepaskan sulfur serta oksigen. Bakteri kemolitotrof seperti halnya
Thiobacillus yang akhirnya akan mengoksidasi.
Belerang atau sulfur merupakan unsur penyusun protein. 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. Secara alami, belerang
terkandung dalam tanah dalam bentuk mineral tanah. Ada juga yang gunung berapi
dan sisa pembakaran minyak bumi dan batubara.
Daur tipe sedimen cenderung untuk lebih kurang sempurna dan lebih mudah
diganggu oleh gangguan setempat sebab sebagian besar bahan terdapat dalam tempat
dan relatif tidak aktif dan tidak bergerak di dalam kulit bumi. Akibatnya, beberapa
bagian dari bahan yang dapat dipertukarkan cenderung hilang untuk waktu yang lama
apabila gerakan menurunnya jauh lebih cepat dari pada gerakan naik kembali. Setiap
19
daur melibatkan unsur organisme untuk membantu menguraikan senyawa-senyawa
menjadi unsur-unsur.
sulfur merupakan unsur non logam - bentuk aslinya adalah sebuah zat padat
kristal berwarna kuning. Di alam ditemukan sebagai unsur murni atau sebagai
mineral- mineral sulfida dan sulfat. Sulfur teradapat di udara karena adanya aktifitas
gunung berapi dan penggunaan dari bahan bakar fosil (menghasilkan SO2). Unsur
penting untuk kehidupan dan ditemukan dalam bentuk senyawa asam amino.
Tumbuhan mendapat sulfur dari dalam tanah dalam bentuk sulfat organik (SO4).
Sulfur berpindah ke organisme heterotrof dalam proses rantai makanan . Penguraian
organisme yang mati mengasilkan gas H2S atau menjadi sulfat lagi. Sulfur direduksi
oleh bakteri menjadi sulfida dan kadang-kadang terdapat dalam bentuk sulfur
dioksida atau hidrogen sulfida. Beberapa jenis bakteri terlibat dalam daur sulfur,
antara lain Desulfomaculum dan Desulfibrio yang akan mereduksi sulfat menjadi
sulfida dalam bentuk hidrogen sulfida (H2S). Kemudian H2S digunakan bakteri
fotoautotrof anaerob seperti Chromatium dan melepaskan ulfur dan oksigen. Sulfur di
oksidasi menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrof seperti Thiobacillus.
20