Biogeokimia (IPA)

BIOGEOKIMIA

 *Daur  BioGeoKimia

Daur Biogeokimia - Pada waktu produsen dimakan oleh konsumen pertama, materi akan berpindah ke konsumen kedua. Dalam respirasi, karbohidrat akan diubah kembali menjadi CO₂ dan air. Akan tetapi, mineral yang terikat dalam biomassa akan berpindah terus melalui masing-masing tingkatan trofik. Pada waktu organisme mati, kemudian diuraikan oleh pengurai, energinya akan habis, sedangkan mineral akan diubah menjadi bahan anorganik. Mineral anorganik ini kemudian akan dimanfaatkan kembali oleh produsen untuk membentuk biomassanya. Begitulah seterusnya terjadi berulang hingga membentuk suatu daur. Daur materi yang terjadi di alam disebut daur biogeokimia. Daur ini dapat dibedakan berdasarkan materi atau mineral anorganiknya menjadi daur air, daur karbon, daur nitrogen, dan daur fosfor. 

a. Daur Air

Air sangat penting bagi kehidupan manusia, karena makhluk hidup umumnya mengandung air. Seperti daur lainnya, daur air tidak berawal dan tidak berujung. Air yang turun ke bumi berasal dari hujan maupun pencairan es yang membeku. Sebagian air tersebut diserap oleh tumbuhan melalui akar. Setelah beberapa waktu, air dilepaskan dalam bentuk uap air melalui proses transpirasi pada daun. Sebagian lagi diminum hewan dan manusia, kemudian dilepaskan selama respirasi dan ekskresi.

              

Sebagian air hujan jatuh di kolam atau sungai yang menuju lautan. Air hujan juga diserap oleh tanah dan mengalir di bawah tanah menuju laut. Sebagian besar air akan terkumpul di laut. Proses penguapan air atau evaporasi juga akan terjadi di laut. Melalui evaporasi, uap air akan berkumpul di udara dalam bentuk awan dan akan turun lagi dalam bentuk hujan atau salju. Perhatikan Gambar Berikut.

Daur air yang dibantu oleh sinar matahari.

b. Daur Karbon

Karbon dioksida yang banyak terdapat di atmosfer merupakan hasil dari respirasi manusia, hewan, erupsi vulkanik (letusan gunung), dan hasil pembakaran. Fotosintesis pada tumbuhan menggunakan karbon dioksida sebagai bahan bakunya untuk membentuk molekul organik. Molekul organik, seperti selulosa dan karbohidrat lainnya akan digunakan oleh hewan dan manusia melalui proses. Jika hewan atau manusia memakan tumbuhan tersebut, komponen karbon menjadi bagian tubuhnya. Perhatikan Gambar Berikut.

Pada daur karbon, keberadaan produsen sangat diperlukan.

Sebagian karbon dikeluarkan hewan dan manusia melalui ekskresi dan defekasi. Jasad hewan maupun tumbuhan akan diuraikan oleh pengurai yang melepas karbon dioksida ke atmosfer. Terkadang tidak semua hewan dan tumbuhan terurai, namun menjadi fosil seperti batu bara, minyak bumi, dan gas. Bahan-bahan ini akhirnya kembali ke atmosfer karena pengeboran dan penggunaan oleh manusia.

c. Daur Nitrogen

Nitrogen merupakan elemen penting bagi tubuh karena merupakan pembentuk protein dan asam nukleat. Meski 78% udara di atmosfer adalah nitrogen, namun secara biologis tidak aktif. Hanya sebagian organisme, seperti bakteri dan Cyanobacteria yang dapat menggunakan nitrogen bebas di udara.

Bakteri, seperti Azotobacter sp. mengubah nitrogen di atmosfer menjadi amonia (NH₃). Amonia diubah menjadi senyawa ion nitrit (NO₂- ) oleh bakteri tanah yang disebut juga bakteri nitrit. Kemudian, diubah lagi menjadi ion nitrat (NO₃-). Kemudian, tumbuhan akan menyerap senyawa ion nitrit untuk diubah menjadi molekul organik, seperti nukleotida dan asam amino. Jika tanaman dimakan hewan atau manusia, asam amino akan dimanfaatkan. Sebagian akan dikeluarkan dalam bentuk amino sebagai sisa katabolisme. Setelah hewan dan tumbuhan mati, nitrat diubah menjadi amino lalu menjadi nitrogen bebas oleh bakteri denitrifikasi, seperti Nitrosomonas dan Nitrosococcus. Perhatikan Gambar Berikut. 

Daur nitrogen dibantu oleh bakteri.

d. Daur Fosfor

Makhluk hidup memerlukan fosfor sebagai pembentuk asam nukleat, fosfolipid, dan ATP, serta penyusun tulang dan gigi (pada hewan tingkat tinggi). Di alam, fosfat berada dalam dua bentuk, yaitu senyawa fosfor organik pada makhluk hidup dan senyawa fosfat anorganik (PO₄₃+) pada air dan tanah. Fosfat yang terkandung di bebatuan terkikis oleh air hujan dan mengendap di tanah. Tumbuhan menggunakan dan membentuknya menjadi senyawa organik bagi konsumen. Melalui ekskresi dan aktivitas dekomposer, fosfat tersebut kembali ke tanah. Perhatikan Gambar Berikut.

Daur fosfor terjadi dengan bantuan hujan dan penaikan geologis oleh peristiwa letusan gunung.

e. Daur Belerang (Sulfur)

daur-belerang

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 dan melepaskan sulfur dan oksigen. Sulfur di oksidasi menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrof seperti Thiobacillus.

f. Daur Karbon dan Oksigen

Proses timbal balik fotosintesis dan respirasi seluler bertanggung jawab atas perubahan dan pergerakan utama karbon. Naik turunnya CO₂ dan O₂ atmosfer secara musiman disebabkan oleh penurunan aktivitas Fotosintetik. Dalam skala global kembalinya CO₂ dan O₂ ke atmosfer melalui respirasi hampir menyeimbangkan pengeluarannya melalui fotosintesis.

Akan tetapi pembakaran kayu dan bahan bakar fosil menambahkan lebih banyak lagi CO₂ ke atmosfir. Sebagai akibatnya jumlah CO₂ di atmosfer meningkat. CO₂ dan O₂ atmosfer juga berpindah masuk ke dalam dan ke luar sistem akuatik, dimana CO₂ dan O₂ terlibat dalam suatu keseimbangan dinamis dengan bentuk bahan anorganik lainnya.

Gambar Daur Karbon dan Oksigen

*Siklus Biogeokimia

Siklus biogeokimia atau siklus organic - anorganik 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 juga melibatkan reaksi-reaksi kimia dalam lingkungan abiotik sehingga disebut siklus biogeokimia.

Siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan antara biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer bumi.

Gambar Siklus Biogeokimia

Macam – macam siklus biogeokimia yaitu :

a.       Siklus Nitrogen

b.      Siklus Fosfor

c.       Siklus Karbon

d.      Siklus Oksigen

e.       Siklus Air

f.       Siklus Sulfur (Belerang)

Penjelasan tentang Siklus Biogeokimia :

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

2. 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. Lihat Gambar

Gbr. Siklus Fosfor di Alam

3. Siklus Karbon dan Oksigen
            Di atmosfer terdapat kandungan COZ sebanyak 0.03%. Sumber-sumber COZ di udara berasal dari respirasi manusia dan hewan, erupsi vulkanik, pembakaran batubara, dan asap pabrik.

Karbon dioksida di udara dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk berfotosintesis dan menghasilkan oksigen yang nantinya akan digunakan oleh manusia dan hewan untuk berespirasi.

Hewan dan tumbuhan yang mati, dalam waktu yang lama akan membentuk batubara di dalam tanah. Batubara akan dimanfaatkan lagi sebagai bahan bakar yang juga menambah kadar C02 di udara.

Di ekosistem air, pertukaran C02 dengan atmosfer berjalan secara tidak langsung. Karbon dioksida berikatan dengan air membentuk asam karbonat yang akan terurai menjadi ion bikarbonat. Bikarbonat adalah sumber karbon bagi alga yang memproduksi makanan untuk diri mereka sendiri dan organisme heterotrof lain. Sebaliknya, saat organisme air berespirasi, 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

4. Siklus Air
Air merupakan salah satu senyawa kimia yang terdapat di alam secara melimpah-limpah. Namun ketersediaan air yang memenuhi syarat bagi keperluan manusia relatif sedikit karena dibatasi oleh berbagai faktor. Lebih dari 97% air dimuka bumi ini merupakan air laut yang tidak dapat digunakan oleh manusia secara langsung. Dari 3% air yang tersisa, 2% diantaranya tersimpan sebagai gunung es (glacier) di kutub dan uap air yang juga tidak dapat dimanfaatkan secara langsung. Air yang benar-benar tersedia bagi keperluan
manusia hanya 0,62%, meliputi air yang terdapat di danau, sungai, dan air tanah. Jika ditinjau dari segi kualitas, air yang memadai bagi konsumsi manusia hanya 0,003% dari seluruh air yang ada.Air tawar yang tersedia selalu mengalami siklus hidrologi.