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