Daur Biogeokimia untuk unsur karbon ( Siklus Karbon ) Lengkap

Kampungilmu.web.id - Karbon yang memiliki lambang kimia C merupakan salah satu unsur penting dalam kehidupan. 
Di alam unsur karbon terdapat paling banyak dalam bentuk gas karbon dioksida ( CO2 ), dan dalam bentuk terlarut dalam air.
Bagaimana daur karbon berlangsung di alam ?

Daur karbon secara alamiah dapat dimulai dari tumbuhan darat maupun fitoplankton dalam air yang menyerap gas karbondioksida ( CO2 ) dari atmosfer untuk diubah menjadi karbohidrat ( C6H12O5 ) melalui fotosintesis. Dalam fotosintesis, dibebaskan oksigen ( O2 ) ke atmosfer.

Oleh organisme, karbohidrat dimanfaatkan untuk memperoleh energi dengan cara melakukan "pembongkaran" karbohidrat dengan bantuan oksigen dari udara melalui peristiwa respirasi. 
Dalam respirasi, selain dihasilkan energi juga dibebaskan karbondioksida ( CO2 )  ke atmosfer.
Sementara itu, aktifitas bakteri dan jamur dalam melakukan respirasi juga akan melepaskan CO2 ke atmosfer.

Pada ekosistem perairan, pertukaran CO2 dengan atmosfer terjadi secara tidak langsung. CO2 berikatan dengan air membentuk asam karbonat yang kemudian akan terurai menjadi ion bikarbonat. Saat organisme air melakukan respirasi, CO2 dikeluarkan sebabagai bikarbonat. Jumlah bikarbonat dalam air dan jumlah CO2 adalah seimbang.

Penguraian oleh mikroorganisme yang berjalan lambat dapat mengakibatkan penumpukan karbon dalam bentuk batu bara dan minyak bumi. 

Proses yang terjadi pada daur biogeokimia

Dalam sebuah ekosistem pasti akan ada komponen-komponen biotik dan abiotik yang saling berinteraksi, sehingga ada hubungan timbal-balik di dalamnya. Daur perpindahan materi dari komponen abiotik ke biotik dan kembali lagi ke abiotik ini disebut sebagai daur biogeokimia. Berdasarkan materi atau mineral anorganiknya, daur biogeokimia dibagi menjadi daur air, daur karbon dan oksigen, daur nitrogen, daur fosfor, dan daur sulfur.

A) Daur Air

Daur air merupakan perputaran air di atmosfer dengan perubahan berbagai bentuk dan kembali pada bentuk awal. Hal ini menunjukkan bahwa volume air di permukaan bumi sifatnya tetap. Daur air atau siklus hidrologi melewati beberapa proses secara umum, yakni evaporasi, transpirasi, kondensasi dan presipitasi.

Evaporasi (penguapan)
Pelepasan ikatan molekul air sehingga mengembang sebagai uap air yang tidak terlihat di atmosfir.

Transpirasi
Proses keluarnya uap air dari daun-daun tumbuhan.

Kondensasi (pengembunan)
Perubahan wujud benda ke wujud yang lebih padat, seperti gas (atau uap) menjadi cairan.

Presipitasi
Pembentukan hujan, salju dan hujan batu (hail), yang bergantung pada suhu di sekitarnya.
*pada gambar ditunjukan dengan rain dan snow

Macam-Macam dan Tahapan Proses Siklus Hidrologi :

A. Siklus Pendek / Siklus Kecil

1. Air laut menguap menjadi uap gas karena panas matahari
2. Terjadi kondensasi dan pembentukan awan
3. Turun hujan di permukaan laut

B. Siklus Sedang

1. Air laut menguap menjadi uap gas karena panas matahari
2. Terjadi kondensasi
3. Uap bergerak oleh tiupan angin ke darat
4. Pembentukan awan
5. hujan di permukaan daratan
6. Air mengalir di sungai menuju laut kembali

C. Siklus Panjang / Siklus Besar

1. Air laut menguap menjadi uap gas karena panas matahari
2. Uap air mengalami sublimasi
3. Pembentukan awan yang mengandung kristal es
4. Awan bergerak oleh tiupan angin ke darat
5. Pembentukan awan
6. Turun salju
7. Pembentukan gletser
8. Gletser mencair membentuk aliran sungai
9. Air mengalir di sungai menuju darat dan kemudian ke laut

Baca Juga:

Ekositem Dan Komponen-komponen Abiotik Ekosistem

B) Daur Karbon dan Oksigen

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 Atmosfer 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.

C) Daur Nitrogen

Sebagian besar nitrogen atmosfer terdapat dalam bentuk nitrogen bebas (N2) dan 78% dari atmosfer adalah gas nitrogen. Daur nitrogen sendiri dibagi ke dalam beberapa proses, yaitu:

A. Fiksasi Nitrogen

Fiksasi nitrogen adalah proses penambatan atau pengambilan nitrogen bebas dari udara menjadi senyawa nitrogen yang dapat di manfaatkan tanaman. Fiksasi nitrogen dapat terjadi melalui 2 cara, yaitu:

Secara biologis

Fiksasi nitrogen biologis terjadi melalui bantuan mikroorganisme. Mikroorganisme yang dapat memfiksasi nitrogen disebut mikroorganisme diazotrof. Contohnya adalah Azotobacter chroococcum, Clostridium pasteurianum, dan Rhodospirillium rubrum. Ada juga yang bersimbiosis dengan tanaman kacang-kacangan contohnya Rhizobium leguminosorum, dan kelompok algae biru yaitu Gleocapsa sp. Anabaena ferilisima, Anabaena cycadae, Anabaena azzolla, dan Nostoc commune. Dari fiksasi nitrogen ini di hasilkan amonium (NH4).

Secara non –biologis

Fiksasi nitrogen non biologis dapat terjadi melalui beberapa cara, diantaranya adalah melalui sambaran petir yang akan memicu terbentuknya senyawa NO2 dan NH2, pembakaran bahan bakar fosil yang akan melepaskan senyawa nitrogen oksida (NOx).

B. Amonifikasi

Amonifikasi adalah proses pembentukan amonium oleh bakteri yang hidup di dalam tanah. Selain dari hasil fiksasi nitrogen, amonium juga dapat terbentuk dari dekomposisi (penguraian) organisme yang sudah mati baik tumbuhan ataupun hewan oleh bakteri. Selain dekomposisi ssampah organik, amonifikasi juga dapat terjadi akibat aktivitas bakteri yang merubah senyawa nitrat menjadi amonium.

C. Nitrifikasi

Nitrifikasi adalah proses pengubahan amonium menjadi nitrat oleh aktivitas enzim nitrogenase yang di miliki oleh bakteri nitrifikasi. Proses nitrifikasi berlangsung melalui dua tahap, yaitu nitritasi dan nitratasi. Nitritasi adalah proses pengubahan amonium menjadi nitrit (NO2) oleh bakteri nitrit seperti Nitrosomonas sp. dan Nitrosococcus sp. yang dilanjutkan dengan nitratasi, yaitu  proses pengubahan nitrit menjadi nitrat (NO3) oleh bakteri nitrat seperti Nitrobacter dan Bactoderma sp. Dalam wujud nitrat inilah baru nitrogen dapat diserap oleh tumbuhan.

D. Asimilasi dan Denitrifikasi

Nitrat yang terbentuk dari proses nitrifikasi akan mengalami proses asimilasi oleh tumbuhan dan denitrifikasi oleh bakteri. Asimilasi dan denitrifikasi adalah dua proses berbeda yang dapat terjadi dalam waktu bersamaan di dua tempat yaitu pada tumbuhan dan didalam tanah.

Asimilasi adalah proses pemanfaatan nitrat dalam proses fotosintesis. Asimilasi terjadi melalui penyerapan nitrogen dalam bentuk ion nitrat dan amonium dari dalam tanah oleh tanaman. Senyawa ion nitrogen tersebut kemudian direaksikan hingga terbentuk berbagai unsur organik seperti asam amino, asam nukleat dan bahkan ada senyawa ion nitrogen yang di sisipkan ke dalam klorofil. Pada tanaman yang memiliki bintil/nodul akar yang berisi organisme diazotrof, nitrogen dapat langsung difiksasi hingga terbentuk ion amonium. Nitrogen dapat berpindah ke hewan dan manusia ketika memakan tumbuhan.

Denitrifikasi adalah proses pelepasan nitrogen kembali keudara. Proses ini terjadi di dalam tanah dengan bantuan bakteri denitrifikasi seperti Clostridium denitrificans, Thiobacillus denitrificans, Azotobacter denitrificans, dan Pseudomonas denitrificans. Selain melalui proses denitrifikasi, proses pelepasan nitrogen kembali keudara juga dapat berlangsung melalui proses Oksidasi Amonia Anaerobik. Dalam proses ini amonium dan nitrit bereaksi secara oksidasi menghasilkan Nitrogen bebas dan air (H2O).

Setelah nitrogen bebas terbentuk kembali, daur nitrogen mulai dari awal lagi di mulai dengan fiksasi nitrogen, amonifikasi, nitrifikasi, asimilasi dan denitrifikasi. Begitu seterusnya, sehingga menjadi sebuah siklus yang terus menerus berputar.

 

Baca Juga:

Kelenjar Hipofisis : macam hormon dan fungsinya Lengkap

D) Daur Fosfor

Fosfor digunakan sebagai pembentuk asam nukleat, fosfolipid, ATP, serta pembentuk tulang dan gigi. Berbeda dengan daur hidrologi, daur karbon, dan daur nitrogen, daur fosfor tidak melalui komponen atmosfer. Di alam, fosfor dapat ditemukan dalam 2 bentuk, yaitu senyawa fosfor organik pada makhluk hidup dan senyawa fosfat anorganik pada air dan tanah. 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. Bakteri-bakteri tersebut dapat melarutkan fosfat menjadi tersedia bagi tumbuhan. Tumbuhan lalu menggunakan dan membentuknya sebagai senyawa organik bagi konsumen. Manusia dan hewan memperoleh fosfat dari tumbuhan yang dimakannya. Jika kandungan fosfat dalam tubuh makhluk hidup berlebihan maka fosfat akan dikeluarkan kembali ke alam dalam bentuk urin atau feses yang kemudian diuraikan oleh bakteri pengurai kembali menjadi fosfat anorganik. Selain dari sisa-sisa metabolisme tubuh, fosfat juga di peroleh dari dekomposisi makhluk hidup yang telah mati oleh bakteri pengurai (Effendi, 2003).

E) Daur Sulfur

Sulfur merupakan unsur non -logam rapuh, kuning, hambar, dan tidak berbau serta terdiri dari banyak vitamin, protein, dan hormon yang memainkan peran penting dalam kedua iklim dan kesehatan berbagai ekosistem. Sebagian besar sulfur bumi disimpan di bawah tanah di batuan dan mineral, termasuk sebagai garam sulfat yang terkubur di dalam sedimen laut.

Daur sulfur merupakan perubahan sulfur dari hidrogen sulfida menjadi sulfur dioksida lalu menjadi sulfat dan kembali menjadi hidrogen sulfida lagi. Sulfur dialam ditemukan dalam berbagai bentuk. Dalam tanah sulfur ditemukan dalam bentuk mineral, diudara dalam bentuk gas sulfur dioksida dan didalam tubuh organisme sebagai penyusun protein.

Siklus sulfur di mulai dari dalam tanah. yaitu ketika ion-ion sulfat di serap oleh akar dan di metabolisme menjadi penyusun protein dalam tubuh tumbuhan. Ketika hewan dan manusia memakan tumbuhan, protein tersebut akan berpindah ketubuh hewan dan manusia. Dari dalam tubuh manusia senyawa sulfur mengalami metabolisme yang sisa-sisa hasil metabolisme tersebut diuraikan oleh bakteri dalam lambung berupa gas. Salah satu zat yang terkandung dalam gas tersebut adalah sulfur. Semakin besar kandungan sulfur dalam gas maka gas akan semakin bau. Hidrogen sulfida (H2S) berasal dari penguraian hewan dan tumbuhan yang matioleh mikroorganisme seperti bakteri dan jamur. Hidrogen sulfida hasil penguraian sebagian tetap berada dalam tanah dan sebagian lagi di lepaskan ke udara dalam bentuk gas hidrogen sulfida. Gas hidrogen sulfida di udara kemudian bersenyawa dengan oksigen membentuk sulfur dioksida. Sedangkan hidrogen sulfida yang tertinggal di dalam tanah dengan bantuan bekteri akan diubah menjadi ion sulfat dan senyawa sulfur oksida. Ion sulfat akan diserap kembali oleh tanaman sedangkan sulfur dioksida akan terlepas keudara.

Di udara sulfur dioksida akan bereaksi dengan oksigen dan air membentuk asam sulfat (H2SO4) yang kemudian jatuh ke bumi dalam bentuk hujan asam. Hujan asam juga dapat disebakan oleh polusi udara seperti asap-asap pabrik, pembakaran, kendaraan bermotor, dll. Hujan asam dapat menjadi penyebab korosi batu-batuan dan logam. H2SO4 yang jatuh ke dalam tanah oleh bakteri di pecah lagi menjadi ion sulfat yang kembali diserap oleh tumbuhan. Lalu tumbuhan di makan oleh hewan dan manusia. Setelah itu makhluk hidup mati dan diuraikan oleh bakteri menghasilkan sulfur kembali, bergitu seterusnya. Siklus sulfur atau daur belerang tidak akan pernah berrhenti selama salah satu komponen penting seperti tumbuhan masih adadi permukaan bumi ini.

Dalam daur sulfur atau siklus belerang, untuk merubah sulfur menjadi senyawa belerang lainnya setidaknya ada dua jenis proses yang terjadi. Yaitu melalui reaksi antara sulfur, oksigen dan air serta oleh aktivitas mikrorganisme. Beberapa mikroorganisme yang berperan dalam siklus sulfur adalah dari golongan bakteri, antara lain adalah bakteri Desulfomaculum dan bakteri Desulfibrio yang akan mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk hidrogen sulfida (H2S). Kemudian H2S digunakan oleh bakteri fotoautotrof anaerob (Chromatium) dan melepaskan sulfur serta oksigen. Kemudian Sulfur dioksidasi yang terbentuk diubah menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrof (Thiobacillus).

Dalam daur belerang, mikroorganisme yang bertanggung jawab pada setiap proses trasformasi adalah sebagai berikut :

1. H2S → S → SO4 => bakteri sulfur tak berwarna, hijau dan ungu.
2. SO4 → H2S => bakteri desulfovibrio dalam reaksi reduksi sulfat anaerobik.
3. H2S → SO4 => bakteri thiobacilli dalam proses reaksi oksidasi sulfide aerobik.
4. Sulfur organik → SO4 + H2S => mikroorganisme heterotrofik, aerobik, dan anaerobik.

Contoh soal:

1. Perhatikan skema daur Biogeokimia dari unsur karbon berikut :

Proses yang terjadi pada daerah X adalah ……..

A . Mati
B . Fotosintesis
C . Respirasi
D . Pengendapan
E . Pembakaran
Jawab: D

Pembahasan :
Dalam ekosistem terjadi proses makan dan dimakan dan berakhir pada proses penguraian bahan-bahan sisa yang akan mengendap di dalam tanah.

2. Bagan  berikut menunjukkan  daur nitrogen. Proses  nitrifikasi  terjadi pada nomor  ….

A . 1
B . 2
C . 3
D . 4
E . 5
Jawab: B
Pembahasan :
Proses nitrifikasi adalah proses pembentukan nitrat oleh bakteri nitrogen di dalam tanah
Keterangan gambar:
N₂ → NO₃                      = peristiwa nitrifikasi
NO₃ → protein              = proses sintesis
Protein→ CO₂                   = katabolisme atau pembusukan
Protein → NH₃                 = amonifikasi
NH₃  → N₂                           = denitrifikasi

3. Perhatikan salah satu daur biogeokimia di bawah ini!

Pada daur oksigen seperti pada skema X, Y, dan Z secara berurutan adalah ….
A. O₂, fotosintesis, dan CO₂
B. O₂, respirasi aerob, dan CO₂
C. CO₂, fotosintesis, dan O₂
D.CO₂, respirasi anaerob, dan O₂   
E. O₂, CO₂ dan fotosintesis                         
Jawab: D

Pembahasan :
Dalam daur oksigen, tumbuhan melepaskan oksigen (Y) sebagai salah satu hasil dari reaksi kimia fotosintesis disamping hasil lainnya berupa glukosa. Oksigen tersebut dilepaskan oleh tumbuhan ke udara (Z). Oksigen selanjutnya dibutuhkan oleh organisme yang melakukan respirasi seluler melalui peristiwa pernapasan (respirasi). Melalui peristiwa respirasi juga oksigen dilepaskan ke lingkungan dalam bentuk senyawa CO₂ dimana CO₂ digunakan oleh tumbuhan dalam peristiwa fotosintesis. Reaksi fotosintesis secara sederhana adalah sebagai berikut 6CO₂ + 6H₂OàC₆H₁₂O₆ + 6O₂.

4. Pernyataan yang tepat untuk daur nitrogen berikut ini kecuali
A. nitritasi diperlukan nitrit
B. melibatkan bakteri Nitrobakter
C. bersifat anaerob
D. membentuk nitrat
E. bahan utamanya amoniak
Jawaban: A

Pembahasan:
Nitrogen yang diikat biasanya dalam bentuk amonia (NH3). Amonia dihasilkan dari penguraian jaringan yang mati oleh dekomposer. Amonia ini akan mengalami nitritasi oleh bakteri nitrit, yaitu Nitrosomonas dan Nitrococcus yang akan diubah menjadi nitrit. Lalu dibantu lagi oleh nitrobacter sehingga dapat menghasilkan nitrat yang dapat diserap oleh akar tumbuhan. Selanjutnya, oleh bakteri denitrifikan, nitrat diubah menjadi nitrogen untuk dikembalikan ke udara melalui Denitrifikasi.

5. Berikut adalah beberapa mikroorganisme yang dapat mengikat nitrogen baik secara langsung ataupun tidak, kecuali…
A. Rhizobium leguminosorum
B. Azotobacter sp.
C. Nostoc sp.
D. Anabaena sp.
E. Xanthomonas
Jawaban: E
Pembahasan:

• Rhizobium leguminosorum merupakan bakteri yang dapat menambatkan nitrogen yang terdapat pada akar tumbuhan polong – polongan.
• Azotobacter sp.yakni bakteri yang berada didalam tanah yang hidup bebas yang dapat mengikat nitrogen secara langsung dan bersifat aerob.
• Nostoc sp.dan Anabaena sp. adalah jenis Ganggang biru yang juga mampu mengikat nitrogen.
• Sedangkan Xanthomonas adalah bakteri yang menyerang pucuk tanaman padi, Xantomonas citri menyerang tanaman budidaya jeruk
• Perlu diketahui Bakteri Rhizobium , Azotobacter ini adalah Fiksator N2 bebas diudara , bukan Bakteri Nitrifikasi

6. Fiksasi nitrogen dalam siklus nitrogen dapat dilakukan melalui beberapa cara di bawah ini kecuali:
A. Mikroorganisme yang ada di dalam tanah
B. Proses industri melalui temperatur dan tekanan yang tinggi
C. Mikroorganisme dalam nodul-nodul akar pada tumbuhan leguminose
D. Beberapa jenis tumbuhan yang dapat mengabsorbsi langsung gas nitrogen
E. Ketika terjadi petir/kilat di langit
Jawaban : D

Pembahasan:
Tumbuhan tidak dapat langsung mengabsorbsi gas nitrogen dari udara. Yang benar adalah beberapa tumbuhan dari famili leguminoceae berasosiasi dengan mikroba yang dapat langsung mengabsorbsi gas nitrogen dari udara. Contoh mikroba tersebut adalah Rhizobium leguminose yang berasosiasi dengan akar tanaman legum.

7. Manakah diantara pernyataan di bawah ini yang menunjukkan proses nitrifikasi pada siklus nitrogen:
A. Konversi dari ion amonium menjadi nitrat
B. Konversi dari ion amonium menjadi nitrit
C. Konversi dari gas nitrogen menjadi nitrit
D. Konversi dari gas nitrogen menjadi nitrat
E. Konversi dari nitrit menjadi nitrat
Jawaban : A

Pembahasan:
Proses nitrifikasi pada siklus nitrogen adalah proses perubahan amonium (NH) oleh bakteri nitrifikasi menjadi nitrit (NO) lalu dari nitrit diubah menjadi nitrat (NO) juga oleh bakteri nitrifikasi. Jadi hasil akhir dari proses nitrifikasi adalah nitrat.

8. Perhaikan gambar siklus nitrogen berikut!

Proses nitritasi dan nitratasi secara berturut –turut terjadi pada nomor…
A. I dan III
B. II dan III
C. II dan V
D. I dan VI
E. I dan II
Jawaban : E
Pembahasan :
Nitritasi adalah proses pembentukan nitrit, sedangkan nitratasi adalah proses pembentukan nitrat.

9. Perhatikan Daur Phospor berikut ini!

Proses yang terjadi pada bagian yang bertanda X adalah…..

A. mengambil unsur fosfor dari lingkungan Dalam bentuk fosfor dari lingkungan dalam Bentuk fosfat anorganik

B. mengubah fosfat organik dari sisa organisme Menjadi fosfat anorganik

C. melepaskan fosfor keatmosfir hasil Penguraian fosfatorganik.

D. mengikat fosfat anorganik dan Menyediakannya bagi tumbuhan.

E. pembentukan fosfat organik dan unsur-unsur fosfat.

Jawaban : B

Pembahasan:

Pada gambar di atas dapat dilihat bahwa PO₄ termasuk tumbuhan (berarti an-organik). Sisa hewan mati berarti zat organik. X berarti mengubah organik menjadi an-organik dan dilakukan oleh “dekomposer”

10. Perhatikan siklus karbon berikut!

Proses yang terjadi pada X dan Y secara berurutan adalah…

A. Respirasi dan transpirasi

B. Respirasi dan fotosintesis

C. Fotosintesis dan respirasi

D. Fermentasi dan transpirasi

E. Keduanya respirasi

Jawab: B

Pembahasan:

Unsur C di atmosfer terdapat dalam bentuk karbon dioksida. Karibon dioksida masuk pertama kali ke dalam komponen biotik melalui produsen lewat peristiwa fotosintesis menghasilkan bahan organik yaitu glukosa. Bahan organic yang mengandung unsur karbon tersebut selanjutnya ditransfer ke hewan dan manusia secara langsung maupun tidak langsung melalui peristiwa rantai makanan. Karbon dioksida dapat kembali lagi ke atmosfer melalui respirasi, pembusukan jasad mati oleh mikroorganisme dan pembakaran bahan bakar fosil.

Share this post