Pada hakikatnya dalam organisasi kehidupan tingkat ekosistem terjadi
proses-proses sirkulasi materi, transformasi, akumulasi energi, dan akumulasi
materi melalui organisme. Ekosistem juga merupakan suatu sistem yang terbuka
dan dinamis. Keluar masuknya energi dan materi bertujuan mempertahankan
organisasinya serta mempertahankan fungsinya. Zat-zat anorganik dalam suatu
ekosistem tetap konstan atau seimbang, mengapa? Ya, karena unsur-unsur kimia
esensial pembentuk protoplasma beredar dalam biosfer melalui siklus biogeokimiawi.
Contoh siklus biogeokimiawi adalah siklus carbon, siklus oksigen, siklus
nitrogen, siklus fosfor, dan siklus sulfur. (Materi ini akan Anda pelajari
khusus pada materi Daur Biogeokimia.) Maka dari itulah keseimbangan dalam
ekosistem sangat-penting-untuk-selalu-terjaga.
Materi yang menyusun
tubuh organisme berasal dari bumi. Materi yang berupa unsurunsur terdapat dalam
senyawa kimia yang merupakan Materi dasar makhluk hidup dan tak hidup.
Siklus biogeokimia atau
siklus organikanorganik adalah siklus unsur atau senyawa kimia yang mengalir
dari komponen abiotik ke biotik dan kembali lagi ke komponen abiotik. Siklus
unsur-unsur tersebut tidak hanya melalui organisme, tetapi jugs melibatkan
reaksireaksi kimia dalam lingkungan abiotik sehingga disebut siklus
biogeokimia.
Siklus-siklus tersebut
antara lain: siklus air, siklus oksigen, siklus karbon, siklus nitrogen, dan
siklus sulfur. Di sini hanya akan dibahas 3 macam siklus, yaitu siklus
nitrogen, siklus fosfor, dan siklus karbon.
1. Siklus Nitrogen (N2)Gas nitrogen banyak terdapat di atmosfer, yaitu 80% dari udara. Nitrogen bebas dapat ditambat/difiksasi terutama oleh tumbuhan yang berbintil akar (misalnya jenis polongan) dan beberapa jenis ganggang. Nitrogen bebas juga dapat bereaksi dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat/ petir.
Tumbuhan memperoleh
nitrogen dari dalam tanah berupa amonia (NH3), ion nitrit (N02- ), dan ion
nitrat (N03- ).
Beberapa bakteri yang
dapat menambat nitrogen terdapat pada akar Legum dan akar tumbuhan lain,
misalnya Marsiella crenata. Selain itu, terdapat bakteri
dalam tanah yang dapat mengikat nitrogen secara langsung, yakni 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 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. Lihat
Gambar.
| ![]()
Gbr. Siklus
Nitrogen di Alam
|
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. Lihat Gambar

Gbr.
Siklus Fosfor di Alam
3. Siklus Karbon dan OksigenDi atmosfer terdapat kandungan COZ sebanyak 0.03%. Sumber-sumber COZ di udara berasal dari respirasi manusia dan hewan, erupsi vulkanik, pembakaran batubara, dan asap pabrik.
Karbon dioksida di
udara dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk berfotosintesis dan menghasilkan oksigen
yang nantinya akan digunakan oleh manusia dan hewan untuk berespirasi.
Hewan dan tumbuhan yang
mati, dalam waktu yang lama akan membentuk batubara di dalam tanah. Batubara
akan dimanfaatkan lagi sebagai bahan bakar yang juga menambah kadar C02 di udara.
Di ekosistem air,
pertukaran C02 dengan atmosfer berjalan secara tidak langsung. Karbon dioksida
berikatan dengan air membentuk asam karbonat yang akan terurai menjadi ion
bikarbonat. Bikarbonat adalah sumber karbon bagi alga yang memproduksi makanan
untuk diri mereka sendiri dan organisme heterotrof lain. Sebaliknya, saat
organisme air berespirasi, COz yang mereka keluarkan menjadi bikarbonat. Jumlah
bikarbonat dalam air adalah seimbang dengan jumlah C02 di air. Lihat Gambar

Gbr. Siklus
Karbon dan Oksigen di Alam
Siklus karbon
Siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan antara biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer Bumi (objek astronomis lainnya bisa jadi memiliki siklus karbon yang
hampir sama meskipun hingga kini belum diketahui).
Dalam siklus ini terdapat empat
reservoir karbon utama yang dihubungkan oleh jalur pertukaran.
Reservoir-reservoir tersebut adalah atmosfer, biosfer teresterial (biasanya
termasuk pula freshwater system dan material non-hayati organik seperti
karbon tanah (soil carbon)), lautan (termasuk karbon anorganik terlarut dan biota laut hayati dan non-hayati), dan sedimen (termasuk bahan bakar fosil). Pergerakan tahuan karbon, pertukaran karbon antar reservoir, terjadi
karena proses-proses kimia, fisika, geologi, dan biologi yang bermaca-macam.
Lautan mengadung kolam aktif karbon terbesar dekat permukaan Bumi, namun
demikian laut dalam bagian dari kolam ini mengalami pertukaran yang lambat dengan atmosfer.
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.
Karbon di atmosfer
Diagram dari siklus karbon. Angka dengan warna hitam menyatakan berapa
banyak karbon tersimpan dalam berbagai reservoir, dalam milyar ton
("GtC" berarti Giga Ton Karbon). Angka dengan warna biru menyatakan
berapa banyak karbon berpindah antar reservoir setiap tahun. Sedimen,
sebagaimana yang diberikan dalam diagram, tidak termasuk ~70 juta GtC batuan
karbonat dan kerogen
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 (hanya sekitar 0,04% dalam basis molar, meskipun sedang mengalami
kenaikan), namun ia 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:
- 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.
- 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 (lihat bagian solubility pump).
- 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 (lihat bagian biological pump).
- 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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Di permukaan laut dimana air menjadi lebih hangat, karbon dioksida terlarut dilepas kembali ke atmosfer.
- 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.
No comments:
Post a Comment