Daur Materi (Biogeokimia)

Daur Materi dan Suksesi- Daur materi merupakan suatu siklus, artinya jika suatu organisme mati, tidak berarti aliran materinya terhenti. Aliran itu melibatkan unsur senyawa kimia yang mengalami perpindahan lewat organisme (biotik) dan beredar kembali ke lingkungan fisik (abiotik) yang disebut daur biogeokimia. Daur biogeokimia dalam ekosistem meliputi unsur-unsur berikut.

Daur Karbon (C).

Sumber karbon bagi kebutuhan makhluk hidup terdapat dalam bentuk karbon dioksida (CO2) yang berasal dari atmosfer maupun yang terlarut di dalam air. Karbon dibutuhkan tumbuhan hijau (produsen) dalam proses fotosintesis untuk pembentukan karbohidrat, protein, dan lemak. Adapun manusia dan hewan (konsumen) memperoleh karbon dalam bentuk senyawa karbohidrat, protein, dan lemak yang terdapat dalam tumbuhan hijau. Pelepasan karbon ke atmosfer terjadi pada pernapasan (respirasi) makhluk hidup seperti tumbuhan, hewan, dan manusia. Selain itu, pelepasan karbon juga terjadi pada proses pembusukan sisa tumbuhan atau hewan yang telah mati oleh mikroorganisme dan pembakaran karbon organik seperti pembakaran minyak bumi dan batu bara. Daur karbon secara jelas dapat dilihat pada Gambar 10.10!

Gambar 10.10 Daur karbonGambar 10.10 Daur karbon

Karbon dapat dijumpai dimana-mana. Karbon dapat dijumpai didalam atmosfer sebagai CO2 dalam jaringan semua mahluk hidup dan terbesar dijumpai dalam batuan endapan serta bahan baker fosil yang terdapat dalam perut bumi. Tumbuhan hijau dan hewan serta organisme yang lain berperan aktif dalam kelangsungan siklus karbon. CO2 merupakan salah satu komponen pokok untuk berlangsungnya fotosintesis. Dengan bantuan energi cahaya maka CO2 merupakan salah satu komponen pokok untuk berlangsungnya fotosintesis.Dalam bentuk karbon dioksida dikembalikan ke alam, bila hewan atau tumbuhan tersebut mati akibat kerja mikroorganisme karbon akan dikembalikan ke bumi. Sumber utama karbon untuk makhluk hidup berada dalam udara, dalam bentuk karbon dioksida jumlahnya kira-kira 0,03% dari volume. Karbon dioksida diudara akan difiksasi ke dalam jaringan hidup melalui fotoototrof tanaman dan ganggang, kemudian ototrof tersebut akan dikonsumsi oleh heterotrof, yang akan menggunakan karbon tersebut untuk energi dan pertumbuhannya.Karbondioksida juga akan terlarut dalam air dan tanah dan dapat membentuk ion bikarbonat. Karbon dapat diperoleh juga dari pembakaran kayu dan fosil yang akan menghasilkan karbon dioksida ke atmosfer, pada keadaan kekurangan oksigen karbon dioksida dapat diubah menjadi karbon monoksida, species tertentu mikroorganisme gas toksik tersebut dan akan mengubah menjadi karbon dioksiba dan energi.Dari hasil penelitian sumber karbon dalam bentuk glukosa atau maltosa meningkatkan aktifitas enzim dalam sel Bacillus sp. Pada kondisi anaerob karbondioksida direduksi menjadi metan (CH4) oleh mikroorganisme.

Daur Oksigen (O2)

Oksigen (O2) dalam keadaan bebas terdapat di atmosfer dan di dalam air. Oksigen tersebut diambil atau digunakan oleh makhluk hidup seperti tumbuhan, hewan, dan manusia untuk pernapasan (respirasi). Oksigen yang diambil itu kemudian diganti oleh tumbuhan hijau yang melepas oksigen ke atmosfer pada saat berlangsungnya proses fotosintesis. Agar lebih jelas dilihat pada Gambar 10.11.

Gambar 10.11 Daur oksigenGambar 10.11 Daur oksigen

  1. Proses fotosintesis tumbuhan dan alga menghasilkan O2 ke atmosfer.
  2. O2 dihirup oleh hewan dan digunakan sebagai pembakar sari makanan sehingga dapat dihasilkan tenaga untuk beraktivitas. Proses ini dinamakan respirasi. Hasil respirasi adalah senyawa yang mengandung oksigen yaitu CO2 dan H2O.
  3. Aktivitas industri-pun dapat bekerja ketika tersedia oksigen. Oksigen digunakan dalam pembakaran. Beberapa mineral juga mengalami reaksi oksidasi. Hasil pembakaran dan oksidasi tersebut menghasilkan senyawa yang mengandung oksigen.
  4. Senyawa hasil respirasi makhluk hidup maupun pembakaran industri adalah senyawa yang berguna bagi tanaman. Senyawa tersebut adalah CO2 dan H2O yang digunakan tumbuhan untuk berfotosintesis. Tumbuhan menghasilkan Oksigen dalam bentuk molekul O2 yang siap dihirup dan digunakan dalam proses pembakaran.

Daur Nitrogen (N).

Di dalam lapisan atmosfer bumi terdapat sekitar 79% nitrogen (N) dalam bentuk N2. Beberapa unsur nitrogen (N) yang ada di alam tidak berubah menjadi unsur lain dan senantiasa jumlahnya tetap, tetapi hanya berubah dari senyawa satu ke senyawa yang lain. Tumbuhan hanya dapat memanfaatkan nitrogen dalam bentuk senyawa nitrit dan senyawa nitrat, sedangkan hewan dan manusia memanfaatkan nitrogen dalam bentuk protein. Nitrogen relatif sangat jarang ditemukan dalam bentuk senyawa karena lambat atau susah bereaksi dengan unsur lain, maka satu-satunya cara organisme memperoleh nitrogen melalui fiksasi.

Fiksasi nitrogen (N) merupakan proses pemisahan dua atom nitrogen (gas N2) kemudian digabung. Fiksasi ini terjadi melalui kerja enzim nitrogenase dengan menggunakan energi dari metabolisme organisme, sedangkan proses fiksasi tanpa enzim dilakukan oleh industri kimia seperti pembuatan pupuk urea, NPK, dan amonium nitrat.

Gambar 10.12 Daur nitrogen

Gambar 10.12 Daur nitrogen

Beberapa cara fiksasi nitrogen, adalah sebagai berikut. Proses nitrifikasi oleh bakteri dapat dituliskan sebagai berikut.

1) Fiksasi Nitrogen Udara

Nitrogen bebas di atmosfer yang bereaksi dengan oksigen atau hidrogen dengan bantuan energi petir atau kilat akan membentuk NO2 atau NH2 yang turun ke bumi bersama air hujan, sehingga bila kita minum air hujan akan terasa agak asam.

2) Fiksasi Nitrogen oleh Mikroorganisme

Bakteri Rhizobium yang hidup pada bintil-bintil akar kacang tanah dapat mengikat nitrogen bebas dari udara untuk diubah menjadi nitrat yang kemudian dimanfaatkan tumbuhan tersebut sebagai senyawa penyusun protein.

3) Nitrifikasi

Nitrifikasi merupakan proses pengubahan senyawa amoniak menjadi senyawa nitrat oleh bakteri tertentu. Proses ini dapat berlangsung pada keadaan cukup oksigen (aerob).

Nitrifikasi

4) Denitrifikasi

Denitrifikasi merupakan proses penambahan ion-ion amoniak, nitrit, dan nitrat menjadi nitrogen, terjadi pada keadaan tanpa oksigen (anaerob). Jika suatu organisme mati kemudian mengalami proses dekomposisi melalui kegiatan mikroorganisme dekomposer dikeluarkan senyawa nitrogen dalam bentuk urea ke atmosfer.

Daur Air (H2O)

Jika hujan turun, tidak semua air hujan itu dimanfaatkan oleh makhluk hidup karena sebagian airnya menguap dengan cepat ke atmosfer dan hanya sebagian yang dimanfaatkan oleh makhluk hidup seperti tumbuhan, hewan, dan manusia kemudian dilepaskan lagi ke atmosfer melalui pernapasan, keringat, dan urin. Selebihnya, air meresap ke bawah menuju lapisan air di dalam tanah serta yang di permukaan tanah mengalir ke danau, sungai, dan pada akhirnya menuju ke laut lalu menguap ke atmosfer.

Gambar 10.13 Daur air

Gambar 10.13 Daur air

Perputaran air dari atmosfer berupa air hujan turun ke bumi kemudian kembali lagi ke atmosfer merupakan daur air, seperti tampak pada Gambar 10.13.

Daur air disebut juga daur hidrologi. Secara garis besar daur hidrologi dibedakan menjadi tiga macam, yaitu daur hidrologi pendek, daur hidrologi sedang, dan daur hidrologi panjang.

a. Daur hidrologi pendek

Air laut menguap, uap air naik ke udara lalu bersatu menjadi awan. Pada ketinggian tertentu awan mengalami kondensasi dan presipitasi menjadi titik-titik air, kemudian turun sebagai hujan. Pada daur hidrologi pendek ini terbentuknya awan dan hujan terjadi di atas laut, jadi hujan tidak mencapai daratan.

b. Daur hidrologi sedang

Air laut menguap, uap air naik ke udara dan terbawa angin sampai di atas daratan membentuk awan. Pada ketinggian tertentu awan mengalami kondensasi dan presipitasi membentuk titik-titik air, lalu turun sebagai hujan di daratan. Sebagian air meresap ke dalam tanah, sebagian lain kembali ke laut melalui sungai.

c. Daur hidrologi panjang

Uap air yang berasal dari penguapan air laut, kolam, danau, sungai maupun hasil transpirasi tumbuhan naik ke udara, lalu bersatu menjadi awan. Awan terbawa oleh angin ke arah daratan dan pada jarak tertentu terhalang oleh pegunungan. Akhirnya awan mengalami kondensasi dan presipitasi menjadi titik-titik air dan turun sebagai hujan di atas pegunungan. Air hujan meresap ke tanah di pegunungan, lalu diserap oleh tumbuhan di pegunungan, sebagian muncul sebagai mata air. Melalui sungai air mengalir kembali lagi ke laut.

Daur Sulfur (Belerang).

Belerang dapat dijumpai di daerah pegunungan, belerang ini dapat dimanfaatkan untuk obat penyakit kulit. Belerang ini terkandung di dalam tanah yang terdapat di beberapa gunung berapi. Selain berasal dari dalam tanah, gas ini bisa berasal pula dari sisa pembakaran minyak bumi dan batu bara dalam bentuk SO2. Gas ini bisa pula berasal dari asap kendaraan dan pabrik.

Gambar 10.14 Daur sulfurGambar 10.14 Daur sulfur

Bila gas tersebut dihembuskan ke udara dan saat itu terkena uap air hujan akan berubah menjadi sulfat yang akan jatuh di tanah, sungai, dan lautan. Sulfat dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan atau ganggang air sebagai penyusun protein.

 

  1. Erupsi gunung api, kendaraan bermotor dan pabrik yang menggunakan bahan bakar fosil menghasilkan gas sulfur ke udara seperti H2S, dimetil sulfida (CH3SCH3), SO2, dan SO4.
  2. Gas-gas yang mengandung sulfur di atmosfer bereaksi dengan awan dan turun bersama hujan dalam bentuk ion-ion sulfat. Peristiwa ini disebut dengan hujan asam. Hujan asam memiliki pH rendah dibawah 5,7. Awas! Hujan asam bersifat korosif pada bangunan dan logam. Kandungan sulfat yang tinggi pada hujan asam dapat mengancam kehidupan organisme. Banyak organisme terutama tumbuhan mati karena hujan asam.
  3. Tumbuhan menyerap sulfat anorganikdari dalam tanah dan menggunakannya untuk mensintesa protein. Sementara itu hewan mendapatkan kebutuhan sulfat organik dengan memakan tumbuhan (melalui rantai makanan).
  4. Baik hewan maupun tumbuhan akan mati dan jasadnya diurai oleh dekomposer. Sisa jasad hewan dan tumbuhan yang mati secara aerob terurai membentuk sulfat anorganik lagi.
  5. Bila proses penguraiannya terjadi secara anaerob maka akan terbentuk senyawa sulfida yang busuk dan beracun. Senyawa busuk ini juga dihasilkan secara anaerob dari reduksi sulfat oleh bakteri sulfur. Contoh bakteri sulfur misalnya Sulfolobus sp., jenis bakteri termofilik yang suka hidup di habitat ekstrim dengan suhu 60°-80°C (hidup di mata air belerang).
  6. Ada juga bakteri yang merugikan kesuburan tanah karena mengubah sulfat menjadi asam sulfida sampai menjadi belerang. Proses ini dikenal dengan desulfurikasi. Contoh bakteri yang tersebut adalah Spirrillum desulfuricant.
  7. Jasad mati makhluk hidup yang tertimbun selama berjuta-juta tahun menjadi bahan bakar fosil yang mengandung sulfur. Gas sulfur akan dihasilkan tiap kali terjadi bahan bakar fosil digunakan.
  8. Sulfat yang larut di perairan juga bisa naik ke atmosfer saat terjadi penguapan (daur hidrologi).

Daur Fosfor

Di alam fosfor terdapat dalam dua bentuk senyawa, yaitu senyawa organik (pada tumbuhan dan hewan) dan senyawa fosfat anorganik (pada air dan tanah). Fosfat organik dari hewan dan tumbuhan yang mati akan diuraikan oleh bakteri dan dekomposer menjadi fosfat anorganik, sedangkan fosfat anorganik yang terlarut di air tanah atau air laut akan terkikis dan mengendap di sedimen laut. Oleh sebab itu, fosfat banyak terdapat pada batu dan karang fosil.

Fosfat dari batu dan fosil akan terkikis membentuk fosfat anorganik yang terlarut di dalam air tanah dan laut. Fosfat anorganik kemudian akan diserap lagi oleh akar tumbuhan dan siklus ini akan berlangsung terus menerus. Agar lebih jelas, perhatikan Gambar 10.15!

Gambar 10.15 Daur fosforGambar 10.15 Daur fosfor

Proses daur fosfor

  1. Sebagian besar ketersediaan fosfor dalam tanah berasal dari pelapukan batuan fosfat. Batuan tersebut lapuk oleh perubahan cuaca. Fosfat dari pelapukan batuan fosfat meresap ke dalam tanah dan menyuburkan tanaman sekitarnya.
  2. Fosfat anorganik yang tersedia di dalam tanah diserap tumbuhan. Hewan tidak dapat menyerap fosfat anorganik. Hewan hanya mampu menyerap fosfat organik. Kebutuhan fosfor organik ini terpenuhi dengan cara memakan tumbuhan melalui proses rantai makanan.
  3. Tumbuhan dan hewan yang mati, feses, dan urinnya akan terurai menjadi fosfat organik. Bakteri menguraikan fosfat organik ini menjadi fosfat anorganik. Fosfat ini akan tersimpan ke dalam tanah kembali dan diserap oleh tumbuhan.
  4. Di dalam ekosistem air, juga terjadi daur fosfor. Fosfat yang terlarut di dalam air diserap oleh ganggang dan tumbuhan air. Ikan-ikan mendapatkan fosfat melalui rantai makanan. Dekomposer menguraikan organisme air yang mati serta hasil ekskresinya menjadi fosfat anorganik.
  5. Selain hasil urai dekomposer, sumber fosfat dalam air berasal dari pelapukan batuan mineral (endapan batuan fosfat, fosil tulang) yang hanyut di perairan. Fosfat yang terlarut di lautan dalam akan membentuk endapan fosfor.  Endapan ini tidak dapat dimanfaatkan lagi karena tidak ada arus air di perairan dalam. Fosfat yang terlarut di perairan dangkal teraduk oleh arus air sehingga menyuburkan ekosistem. Ekosistem yang subur menjadi tempat hidup bagi banyak biota air.
  6. Di tempat tertentu, terjadi penimbunan fosfor karena penumpukan kotoran burung guano. Burung guano adalah spesies burung laut yang memangsa ikan-ikan laut. Gerombolan burung ini membawa kembali fosfat dari laut menuju darat melalui feses.

Artikel Terkait

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Budisma.web.id © 2014 Frontier Theme