siklus biogeokimia

Makalah Ekologi

SIKLUS BIOGEOKIMIA

Oleh : Kelompok 7

1.            Aditya (0932     )

2.            Laila Siska ( 09320      )

3.            Istigfar Aryanto (09320      )

4.            Rafi Rahmad Istianto (09320210)

5.            Titi Setyaningsih (09320219)

6.            Fahrudin (09320285)

PENDIDIKAN BIOLOGI

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

IKIP PGRI SEMARANG

2011

BAB I

PENDAHULUAN

Udara, air, tanah, kehidupan, dan teknologi saling berkaitan secara erat. Atmosfer merupakan lapisan tipis gas-gas yang menyelimuti permukaan bumi, memegang peranan penting sebagai tempat penampungan (reservoir) dari berbagai macam gas. Atmosfer juga menyeimbangkan panas bumi, mengabsorbsi energy dan merusak radiasi sinar ultra violet yang datang dari matahari. Selain itu memindahkan energy panas dari wilayah ekuator, serta berfungsi sebagai jalan atau media pergerakan air pada phase uap dalam siklus hidrologi (Achmad, Rukaesih; 2004).
Hidrosfer mengandung air bumi. Lebih dari 97% dari air bumi berupa lautan, dan sisa yang terbanyak berupa air tawar dalam bentuk es. Oleh karena itu secara relative hanya sedikit persentase dari total air bumi yang secara actual terlibat dengan tanah, atmosfer, dan proses-proses biologis. Kehebatan dari air laut yang mengalami sirkulasi melalui proses-proses dalam lingkungan, dan sirkulasi tersebut terjadi dalam atmosfer, dalam sumber air, dan dalam air permukaan seperti saluran air, sungai-sungai, danau-danau, waduk-waduk dan penampungan-penampungan air (Achmad, Rukaesih: 2004).

Geosfer terdiri dari padatan bumi meliputi tanah yang sangat mendukung kehidupan tumbuhan. Bagian dari geosfer yang langsung terlibat dengan proses-proses lingkungan melalui kontak dengan atmosfer, hidrosfer dan semua kehidupan adalah litosfer. Semua kehidupan yang ada di bumi membentuk biosfer (Achmad, Rukaesih;2004)

Suatu ekosistem terdiri dari interaksi yang menguntungkan antara organisme-organisme dengan lingkungannya di mana terjadi pertukaran dari sejumlah besar material-material dalam bentuk siklus, yang dikenal dengan siklus materi. Siklus materi menyangkut bagaimana aliran atau perjalanan materi yang terdiri dari bahan-bahan kimia dari satu media ke media lainnya di dalam lingkungan, termasuk di dalamnya media kehidupan Bahan-bahan kimia yang termasuk penyusun kehidupan yang paling banyak antara lain: karbon, nitrogen, oksigen, belerang, dan fosfor (Achmad, Rukaesih;2004)

Secara struktural setiap siklus materi terdiri dari bagian cadangan dan bagian yang mengalami pertukaran. Di dalam bagian cadangan, unsur kimia tersebut akan terikat dan sulit bergerak, atau pergerakannya lambat. Di dalam bagian pertukaran, unsur kimia tersebut aktif bergerak atau mengalami pertukaran. siklus materi dibedakan atas dua tipe, yaitu tipe gas dan tipe sidimeter (Kuncoro. 2007).

Nitrogen merupakan salah satu siklus materi tipe gas. Bagian cadangannya terdapat di dalam atmosfer. sedangkan siklus fosfor merupakan contoh siklus materi tipe sedimenter. Bagian cadangan siklus fosfor terdapat di dalam tanah atau kerak bumi dan sukar terlarut, sehingga siklus ini mudah terganggu (Kuncoro. 2007).

Dalam siklus nitrogen, fosfor maupun belerang, terdapat organisme-organisme yang mempunyai peranan penting untuk berlangsungnya siklus tersebut, misalnya organisme penambat nitrogen bebas. Pengetahuan mengenai peranan organisme dalam siklus materi dapat dimanfaatkan manusia, misalnya dalam bidang pertanian. Siklus materi yang satu dengan yang lain dapat saling terkait atau mempengaruhi. Hal ini dapat dilihat misalnya pada siklus belerang (Kuncoro. 2007).

Aktivitas manusia juga dapat mempengaruhi siklus materi. Sebagai contohnya adalah kegiatan pabrik dan mesin-mesin kendaraan bermotor dapat meningkatkan kandungan senyawa-senyawa oksidasi beterang, dan oksida nitrogen di udara (Kuncoro.2007).

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Siklus Karbon

Terdapat lebih banyak persenyawaan karbon yang dikenal daripada persenyawaan unsur lain kecuali hydrogen. Kebanyakan dikenal sebagai zat-zat kimia organic. Keistimewaan karbon yang unik adalah kecenderungannya secara alamiah mengikat dirinya sendiri dalam rantai-rantai atau cincin-cincin , tidak hanya dengan ikatan tunggal, C-C, tetapi juga mengandung ikatan ganda, C=C atau C=C (Cotton  dan Wilkinson;1989).

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.

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.

Karbon dioksida (rumus kimia: CO2) atau zat asam arang adalah sejenis senyawa kimia yang terdiri dari dua atom oksigen yang terikat secara kovalen dengan sebuah atom karbon. Ia berbentuk gas pada keadaan temperatur dan tekanan standar dan hadir di atmosfer bumi. Rata-rata konsentrasi karbon dioksida di atmosfer bumi kira-kira 387 ppm berdasarkan volume [1] walaupun jumlah ini bisa bervariasi tergantung pada lokasi dan waktu. Karbon dioksida adalah gas rumah kaca yang penting karena ia menyerap gelombang inframerah dengan kuat.
Karbon dioksida dihasilkan oleh semua hewan, tumbuh-tumbuhan, fungi, dan mikroorganisme pada proses respirasi dan digunakan oleh tumbuhan pada proses fotosintesis. Oleh karena itu, karbon dioksida merupakan komponen penting dalam siklus karbon. Karbon dioksida juga dihasilkan dari hasil samping pembakaran bahan bakar fosil. Karbon dioksida anorganik dikeluarkan dari gunung berapi dan proses geotermal lainnya seperti pada mata air panas.
Karbon dioksida tidak mempunyai bentuk cair pada tekanan di bawah 5,1 atm namun langsung menjadi padat pada temperatur di bawah -78 °C. Dalam bentuk padat, karbon dioksida umumnya disebut sebagai es kering.
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 (Anonim. 2009).

B.     Siklus Nitrogen

Nitrogen terdapat di alam terutama sebagai dinitrogen, N2 (titik didih 77,3 K). 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 (Anonim. 2009).

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.

C.     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 (Anonim. 2009).

Siklus fosfor, bersifat kritis karena fosfor secara umum merupakan hara yang terbatas dalam ekosistem. Tidak ada bentuk gas dari fosfor yang stabil, oleh karena itu siklus fosfor adalah “endogenik”. Dalam geosfer, fosfor terdapat dalam jumlah besar dalam mineral-mineral yang sedikit sekali larut seperti hidroksiapilit, garam kalsium.

D.    Siklus Belerang

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 H2S; mineral-mineral sulfide seperti PbS; asam sulfat H2SO4; belerang oksida, SO2 komponen utama dari hujan asam; dan belerang yang terikat dalam protein.

Hujan asam didefinisikan sebagai segala macam hujan dengan pH di bawah 5,6. Hujan secara alami bersifat asam (pH sedikit di bawah 6) karena karbondioksida (CO2) di udara yang larut dengan air hujan memiliki bentuk sebagai asam lemah. Jenis asam dalam hujan ini sangat bermanfaat karena membantu melarutkan mineral dalam tanah yang dibutuhkan oleh tumbuhan dan binatang.

Hujan asam disebabkan oleh belerang (sulfur) yang merupakan pengotor dalam bahan bakar fosil serta nitrogen 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 (wikipedia.org/wiki/Hujan_asam).
Belerang dari daratan cenderung terbawa air ke laut. Namun belerang di daratan tak tampak habis setelah jutaan tahun. Kapan belerang kembali ke darat? Melalui penguapan, kata ilmuwan zaman dulu. Tapi 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 sel2 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 di laut 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 ke atmosfir, 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 bahan pencemar dan H2SO4 dalam atmosfer. Gas SO2 dikeluarkan dari pembakaran bahan bakar 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 (Achmad, Rukaesih; 2004).

E.     Siklus Oksigen

Senyawaan oksigen dengan semua unsure kecuali He, Ne, dan mungkin Ar dikenal. Molekul oksigen (dioksigen, O2 ) bereaksi dengan semua unsur lain kecuali halogen, beberapa logam mulia, dan gas-gas mulia baik dalam suhu ruangan atau pada pemanasan (Cotton dan Wilkinson). Oksigen merupakan unsur yang vital bagi kehidupan di bumi ini.

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

1.      Siklus biogeokimia adalah perjalanan atau aliran bahan-bahan kimia dalam suatu ekosistem global di bumi ini yang membentuk suatu lingkaran.

2.      Siklus biogeokimia meliputi siklus karbon, siklus oksigen, siklus nitrogen, siklus fosfor, dan siklus belerang.

B.     Saran

Sebagai mahasiswa khususnya mahasiswa kimia ditekankan untuk lebih memahami cara penggunaan berbagai bahan kimia. Bahan kimia yang telah kita gunakan itu akan mengalami suatu siklus baik itu siklus yang dapat berdampak positif maupun negatif terhadap lingkungan.