DAUR BIOGEOKIMIA
RESUME
Disusun untuk Memenuhi Tugas dari Mata Kuliah
“Ekologi Lingkungan”
Oleh
Eko Kuntara
1200685
JURUSAN PENDIDIKAN GEOGRAFI
FAKULTAS PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN SOSIAL
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA
2013
Daur Biogeokimia
Definisi
Daur biogeokimia adalah unsur kimia atau siklus kimia yang mengalir
dari komponen abiotik ke komponen biotik dan kembali lagi ke komponen abiotik.
Unsur dan siklus ini tidak hanya melewati organisme, namun juga bisa melibatkan
reaksi-reaksi kimia dalam lingkungan abiotik sehingga disebut siklus
biogeokimia. Dan jejaring makanan bukan merupakan bagian dalam siklus atau daur
biogeokimia, karena jejaring makanan hanya berbentuk seperti rantai makanan
yang mengalir dengan komponen hidup, bertolak belakang dengan definisi daur
biogeokimia. Contohnya: Binatang herbivora yang mendapatkan makanan dari
tumbuhan, berbeda dengan karnivora yang mendapatkan makanan dari herbivora.
Herbivora dan karnivora mati maka diuraikanlah oleh bakteri pengurai, menjadi
nutrisi bagi tanaman.
1.
Daur
makanan adalah aliran elemen-elemen dan senyawa yang diperlukan untuk kehidupan
secara mudah disebut daur makanan.
2.
Kompatmen
a.
Pool
cadangan yaitu bagian yang lebih besar dan gerakannya lambat, umumnya terdiri
dari komponen non biologi.
b.
Pool
pertukaran yaitu bagian yang lebih kecil, akan tetapi lebih aktif bergerak
maju-mundur secara cepat antara organisme dan lingkungan.
3.
Tipologi
a.
Gas,
unsurnya terdapat di atmosfer dan hidrosfer.
b.
Tipe
sedimen, prosesnya terjadi didalam tanah.
Fungsi
Fungsi Daur
Biogeokimia adalah sebagai siklus materi yang mengembalikan semua unsur-unsur
kimia yang sudah terpakai oleh semua yang ada di bumi baik komponen biotik
maupun abiotik, sehingga kelangsungan di bumi dapat terjaga dengan baik.
Komponen
1.
Biologi. Suatu ilmu alam
yang mempelajari kehidupan dan organisme hidup, termasuk struktur, fungsi,
pertumbuhan, evolusi, persebaran, dan taksonomi. Biologi biasanya mengakui sel
sebagai satuan dasar kehidupan, gen sebagai satuan dasar pewarisan, dan evolusi
sebagai mekanisme yang mendorong terciptanya spesies baru. Organisme juga
diyakini bertahan dengan mengonsumsi dan
mengubah energi serta dengan meregulasi keadaan dalamnya agar tetap stabil dan
vital.
2.
Geomorfologi. Sebuah ilmu
yang mempelajari tentang bentuk alam dan proses pembentukannya. Proses
pembentukan utama terhadap pembentukan topografi adalah angin, ombak, cuaca,
pergerakan tanah, aliran air, glester, tektonik, dan vulkanik.
3.
Kimia. Kimia adalah
ilmu pusat. Karena menghubungkan berbagai ilmu lain, seperti fisika, ilmu
bahan, nanoteknologi, biologi, farmasi, kedokteran, bioinforatika, dan geologi.
Kimia berhubungan dengan interaksi materi yang dapat melibatkan dua zat atau
antara materi dan energi, terutama dalam hubungannya dengan hukum pertama
termodinamika.
Macam-macam Daur Biogeokimia
1.
Daur unsur Esensial
a.
Daur Karbon
Gambar
1. Siklus Karbon
Di atmosfer terdapat kandungan Karbon
(C) sebanyak 0.03% dalam bentuk karbon dioksida (CO2). Karbon
dioksida itu tidak mempunyai bentuk cair pada tekanan dibawah 5,1 atm namun
langsung menjadi padat jika temperaturnya di bawah -78OC. Karbon
dioksida jika dalam bentuk padat, umumnya disebut sebagai es kering.
Di lapisan biosfer juga terdapat
sekitar 1900GtC gas karbon dioksida dan oksigen. Karbon adalah bagian yang
penting dalam menunjang kehidupan di bumi, hal itu terjadi karena karbon
berperan dalam struktur biokimia dan nutrisi pada semua sel makhluk hidup.
Dalam proses perpindahan karbon di biosfer sama dengan proses perpindahan
karbon di atmosfer, karena semua proses yang terjadi di atmosfer harus melewati
lapisan biosfer terlebih dahulu.
Siklus karbon ini terjadi dimana
karbon dipertukarkan antara biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer bumi
(dimana objek astronomi lainnya bisa jadi memiliki siklus karbon yang hampir
sama, meskipun hingga kini belum diketahui).
Karbon dapat
diambil dari atmosfer dengan berbagai cara, antara lain:
1)
Melalui
proses fotosintesis
Dalam
proses ini dimana matahari bersinar, tumbuhan akan melakukan fotosintesis untuk
mengubah karbondioksida menjadi karbohidrat kemudian melepaskannya ke atmosfer.
2)
Melalui
sirkulasi termohalin
Pada
permukaan laut di daerah kutub, air laut menjadi lebih dingin dan
karbondioksida lebih mudah larut dalam air. Karbondioksida yang larut iru akan
terbawa oleh sirkulasi termohalin yang membawa masa air dipermukaan yang lebih
berat menuju kedalam laut.
3)
Melalui
pelapukan batu silikat
Pelapukan batuan silikat ini tidak memilki
efek yang terlalu besar terhadap karbondioksida pada atmosfer, karena ion
karbonat pada atmosfer yang terbentuk dan terbawa oleh air laut selanjutnya
akan dipakai untuk membuat karbonat laut.
Karbon dapat kembali lagi ke atmosfer dengan berbagai cara, antara
lain:
1)
Melalui
respirasi tumbuhan, dan binatang.
Proses
ini merupakan reaksi eksotermik dan penguraian glukosa menjadi karbohidrat dan
air.
2)
Melalui
pembusukan tumbuhan, dan binatang.
Jamur,
bakteri akan menguraikan senyawa karbon pada tumbuhan dan binatang yang mati,
kemudian mengubah karbon menjadi karbondioksida jika tersedia oksigen atau
menjadi metana jika tidak tersedia oksigen.
3)
Melalui
pembakaran material organik.
Mengoksidasi
karbon yang terkandung pada material organik menjadi karbondioksida. Pembakaran
bahan fosil seperti batu bara, minyak bumi, dan gas alam akan melepaskan karbon
yang tersimpan di dalam geosfer, sehingga kadar karbondioksida di atmosfer
semakin bertambah.
4)
Melalui
produksi semen.
Komponen
semen yaitu kapur atau kalium oksida dihasilkannya dengan cara memanaskan batu
kapur yang menghasilkan karbondioksida dalam jumlah banyak.
5)
Melalui
erupsi vulkanik.
Jadi
erupsi vulkanik itu akan melepaskan gas ke atmosfer. Gas-gas tersebut termasuk
uap air, karbon dioksida, dan belerang. Jumlah karbondioksida yang terlepas di
atmosfer itu sama dengan karbondioksida yang hilang di atmosfer akibat
pelapukan batuan silikat.
6)
Melalui
pemanasan permukaan laut.
Pada
permukaan laut, ketika air laut menjadi lebih hangat, karbon dioksida yang
larut dalam air akan dilepas ke atmosfer sebagai uap air.
b.
Daur Oksigen
Gambar
2. Siklus Oksigen
Daur Oksigen dimulai dari tumbuhan, melalui proses fotosintesis
tumbuhan menghasilkan O2. Makhluk hidup menggunakan O2
(respirasi) untuk memecah senyawa organik di dalam tubuh menjadi energi. Di dalam air oksigen tersedia dalam bentuk DO (dissolved Oksigen = oksigen
terlarut). Organisme air menggunakan DO untuk bernafas. DO terbentuk oleh
gerakan permukaan air yang bersinggungan dengan oksigen bebas di udara. Hasil
dari proses respirasi sel adalah senyawa karbon CO2 yang akan diikat
oleh tumbuhan untuk menyusun zat-zat organik dan menghasilkan O2
melalui fotosintesis.
Di dalam air, respirasi organisme air menghasilkan senyawa bikarbonat yaitu
senyawa yang terbentuk dari reaksi CO2 dan asam karbonat di dalam
air. Bikarbonat merupakan sumber karbon bagi organisme autotrof air untuk
melakukan fotosintesis.
c. Daur Nitrogen
Gambar 3. Daur Nitrogen
Nitrogen terdapat di dalam
bentuk senyawa organik (urea, protein, dan asam nukleat) atau sebagai senyawa
anorganik (amonia, nitrit, dan nitrat). Tumbuhan dan hewan membutuhkan nitrogen
(tdidak dalam bentuk gas) untuk membuat protein. Nitrogen di udara ada kurang
lebih sebanyak 80%. Tumbuhan dapat menyerap nitrogen dalam bentuk senyawa nitrit
atau nitrat. Pertama, daur nitrogen adalah transfer nitrogen dari atmosfer ke
dalam tanah. Selain air hujan yang membawa sejumlah nitrogen, penambahan nitrogen ke dalam tanah terjadi melalui proses fiksasi
nitrogen yang dapat dilakukan oleh bakteri, hal itu dapat mengikat nitrogen
seperti bakteri rhizobium dan azetobacter. Selain itu, ganggang hijau-biru
dalam air juga memiliki kemampuan memfiksasi nitrogen. Kedua, nitrat yang
dihasilkan oleh fiksasi biologis digunakan oleh produsen (tumbuhan) diubah menjadi
molekul protein. Kemudian, jika tumbuhan atau hewan mati, makhluk
pengurai merombaknya menjadi gas amoniak dan garam amonium yang
larut dalam air. Proses ini disebut dengan amonifikasi. Selanjutnya adalah
proses nitrifikasi. Bakteri nitrifikasi (Nitrosomonas) mengubah amoniak dan
senyawa amonium menjadi nitrat oleh bakteri nitfrifikasi lainnya (Nitrobacter).
Apabila oksigen dalam tanah terbatas, nitrat dengan cepat ditransformasikan
menjadi gas nitrogen atau oksida nitrogen oleh proses yang d2isebut denitrifikasi.
d.
Daur posfor
.jpg)
Gambar 4. Daur Fosfor
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: H2PO4- dan HPO42-). 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.
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.
e. Daur / Siklus Sulfur (Belerang)
Secara alami, sulfur/belerang terkandung dalam tanah berbentuk mineral
tanah. Dan juga Sulfur terdapat dalam bentuk sulfat anorganik. Sulfur direduksi
oleh bakteri menjadi sulfida dan kadang-kadang terdapat dalam bentuk sulfur
dioksida atau hidrogen sulfida. Dalam proses aerobik tumbuhan mendapat sulfur
dari dalam tanah dalam bentuk sulfat (SO4). Selanjutnya tumbuhan
tersebut dimakan hewan sehingga sulfur berpindah ke hewan. kemudian hewan dan
tumbuhan mati lalu bangkai hewan dan tumbuhan itu diuraikan menjadi gas H2S
atau menjadi sulfat lagi.
Gambar 5. Daur Sulfur/Belerang
Setiap daur melibatkan
unsur organisme untuk membantu menguraikan senyawa-senyawa menjadi suatu unsur.
Dalam daur sulfur/belerang misalnya, mikroorganisme yang bertanggung jawab
dalam setiap transformasi 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 silfide
aerobik); bakteri thiobacilli.
4) S organik -> SO4 + H2S,
masing-masing mikroorganisme heterotrof aerobik dan anaerobik.
Selain itu ada beberapa
jenis bakteri terlibat dalam daur sulfur, antara lain Desulfomaculum dan
Desulfibro yang akan mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk
hidrogen sulfida (H2S). Kemudian H2S digunakan bakteri
fotoautotrof aerob seperti Chromatium dan melepaskan sulfur dan oksigen.
Sulfur dioksida menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrof seperti Thiobacillus.
2.
Daur Unsur non-Esensial
Unsur nonesensial ini banyak terdapat di sedimen, banyak terkonsentrasi
pada jaringan tertentu. Misalnya, Hg dan Pb yang beracun dan radio aktif
misalnya: St radioaktif sifatnya seperti Ca maka dapat mengganti kedudukan Ca
dalam tubuh, jadi hal ini sangat berbahaya.
3.
Daur Nutrien Organik
Organisme Heterotroph dan beberapa Ototroph (Algae) menentukan beberapa
vitamin dan nutrien lain di lingkungan, sebagian besar nutrien organik berasal
dari organisme (biotik).
Konsentrasi nutrien organik di alam sangat sedikit dan sering disebut
nutrien mikro, karena jumlahnya sangat sedikit
dapat menjadi faktor pembatas.
4.
Daur Nutrien di daerah Tropis
Di daerah dingin, sebagian besar bahan organik dan nutrien yang tersedia berada
dalam tanah atau sedimen. Di daerah tropis, sebagian besar bahan organik dan
nutrien berada pada biomassa. Di daerah sedang, ditanam tanaman musiman
(annual) yang berumur pendek kurang sesuai dengan jika diterapkan di daerah
tropis yang tanahnya miskin zat organik.
5.
Intervensi Manusia & Permasalahan Daur biogeokimia.
Manusia dapat mempengaruhi daur unsur, karena dapat mengubah daur yang
sempurna, menjadi daur yang tidak sempurna (asiklik).
Tujuan perlindungan sumber daya alam ialah membuat proses asiklik menjadi
siklik. Daur air merupakan tempat yang baik untuk memulai perbaikan daur unsur
karena daur air akan dapat mengendaliakan nutrien dalam air.