Daur Biogeokimia

Daur Biogeokimia :

-  pertukaran atau perubahan yang terus menerus,
   antara komponen biosfer yang hidup dengan
   tak hidup.
-  Dalam suatu ekosistem, materi pada setiap tingkat

   trofik tidak hilang. 

-  Materi berupa unsur-unsur penyusun bahan organik 

   tersebut didaur-ulang. 

-  Unsur-unsur tersebut masuk ke dalam komponen    

   biotik melalui udara, tanah, dan air. 

-  Daur ulang materi tersebut melibatkan makhluk               

   hidup dan batuan (geofisik) 

Fungsi Daur Biogeokimia  

 -  sebagai siklus materi yang mengembalikan semua

    unsur-unsur kimia yang sudah terpakai oleh semua    

    yang ada di bumi baik komponen biotik maupun 

    komponen abiotik, sehingga kelangsungan hidup di        

    bumi dapat terjaga.

Macam-macam daur biogeokimia yang akan kita 

pelajari:

a. daur Air/siklus hidrologi

b. daur Karbon

c. daur Nitrogen

d. daur Fosfor

e. daur sulfur/belerang

a.Daur Air/H2O (daur/siklus hidrologi)

    merupakan hal yang penting dalam 

    keberlangsungan daur air alami.    

    gambar berikut adalah skema siklus hidrologi :
    

SIKLUS/DAUR AIR DI LINGKUNGAN

-  Air di atmosfer berada dalam bentuk uap air 

-  Uap air berasal dari air di daratan dan laut 

   yang menguap (evaporasi) karena panas cahaya 

   matahari dan transpirasi karena penguapan 

   oleh tumbuhan 

-  Sebagian besar uap air di atmosfer berasal 

   dari laut karena laut mencapai tiga perempat 

   luas permukaan bumi. 

-  Uap air di atmosfer terkondensasi menjadi awan        

   yang turun ke daratan dan laut dalam bentuk          

   hujan (presipitasi) 

-  Pada perjalanan menuju bumi beberapa presipitasi   

   dapat berevaporasi kembali ke atas atau langsung    

   jatuh yang kemudian diserap oleh tanaman   

   sebelum mencapai tanah. 

-  Setelah mencapai tanah, siklus hidrologi terus    

   bergerak secara terus menerus dalam tiga cara         

   yang berbeda :

   1.  evaporasi / transpirasi

       - Air yang ada di laut, di daratan, di sungai, 

         di tanaman akan menguap  menjadi awan

       - Pada keadaan jenuh uap air (awan) itu akan 

         menjadi bintik-bintik air yang selanjutnya 

         akan turun (precipitation) dalam bentuk 

         hujan, salju atau es.

    2.  infiltrasi/perlokasi 

         - Air bergerak ke dalam tanah melalui celah-

           celah dan pori-pori tanah dan batuan menuju 

           muka air tanah. 

         - Air dapat bergerak akibat aksi kapiler atau 

           air dapat bergerak secara vertikal atau 

           horizontal dibawah permukaan tanah 

           hingga air tersebut memasuki kembali 

           sistem air permukaan.

      3.  Air Permukaan

           - Air bergerak diatas permukaan tanah 

             dekat dengan aliran utama dan danau 

           - makin landai lahan dan makin sedikit pori-

             pori tanah, maka aliran permukaan semakin 

             besar. 

b.  Daur/siklus Karbon (C)

       -  berkaitan dengan siklus oksigen

       -  siklus karbon berkaitan erat dengan peristiwa 

          fotosintesis yang berlangsung pada organisme 

          autotrof dan peristiwa respirasi yang berlangsung

          pada organisme heterotrof

       -  karbon diambil/diserap oleh tumbuhan dari 

          lingkungan untuk fotosintesis dalam bentuk CO2

       -  CO2 dilepas ke lingkungan oleh organisme 

          heterotrof yang merupakan hasil sampingan 

          dari peristiwa respirasi

       -  Proses timbal balik fotosintesis dan respirasi 

          seluler berpengaruh  terhadap perubahan dan 

          pergerakan utama karbon. 

       -  Naik turunnya kadar CO2 dan O2 atsmosfer 

          secara musiman disebabkan oleh  aktivitas 

          fotosintetik. 

       -  Dalam skala global kadar CO2 dan O2 atsmosfer 

          dapat diseimbangkan oleh keberlangsunag 

          proses respirasi dan fotosintesis

       -  aktifitas manusia dan alam seperti penggunaan

          bahan bakar fosil untuk industrialisasi dan 

          transportasi, kebakaran hutan, pembakaran 

          hutan untuk lahan pertanian dan illegal logging 

          dapat meningkatkan kadar CO2 di atmosfer

       -  Karbon dalam tanah ditemukan dalam bentuk

          fosil berupa minyak bumi (fosil hewan) dan 

          batubara (fosil tumbuhan)

       

       Berikut adalah skema siklus Karbon :

c. daur/siklus nitrogen

     -  Nitrogen di udara sekitar 78 % dalam bentuk 

        nitrogen bebas

     -  organisme membutuhkan nitrogen dalam 

        bentuk senyawa

     -  organisme tingkat tinggi tidak dapat dengan

        mudah mengikat (memfiksasi) nitrogen bebas

     -  mikroorganisme berperan dalam fiksasi nitrogen

        ke tubuh organisme tingkat tinggi (terutama 

        tumbuhan)

     Bagaimana senyawa nitrogen dapat berada di 

     daratan/tanah, dalam bentuk larutan, di udara

     dan pada tubuh makhluk hidup, perhatikanlah 

     skema siklus nitrogen berikut !

daur NITROGEN

SKEMA SIKLUS NITROGEN

        I. nitrifikasi

       II. nitrafikasi

      III. assimilasi

      IV. denitrifikasi
           apabila oksigen dalam tanah terbatas, nitrat
           dengan cepat ditransformasikan menjadi
           gas nitrogen atau oksida nitrogen

      V.  fiksasi

      VI. amonifikasi

      Skema nitrifikasi dan nitrasi

      a. nitrifikasi

          penguraian amonia menjadi nitrit dengan
          bantuan Nitrosomonas dan Nitrosococcus (amonia
          dan nitrit bersifat toksik pada organisme)

Nitrifikasi

      

      b. nitrasi
          perubahan senyawa nitrit menjadi nitrat
          (tidak bersifat toksik) oleh Nitrobacter.

NITRASI

     Urutan Proses daur Nitrogen 

     -  Ketika petir terbentuk di atmosfer terjadi
        penyerapan nitrogen  menjadi senyawa nitrat.
     -  Nitrat yang terbentuk di atmosfer tentu akan
        terbawa hujan sehingga terjadi perpindahan
        nitrat dari udara ke daratan yang menjadikan
        nitrogen dalam bentuk nitrat itu menjadi berguna
     -  tumbuhan menyerap nitrat dari tanah untuk
        dijadikan protein
     -  nitrogen dalam bentuk protein diserap  oleh
        kosumen, senyawa nitrogen pindah ke tubuh
        hewan dan manusia
     -  Urin dan feces sebagai Ekresta , bangkai hewan,
        tumbuhan mati , sisa kehidupan (ranting,
        daun tua) yang disebut Egesta akan diuraikan
        oleh pengurai jadi ammonium dan ammoniak
        (amonifikasi) 
     -  Amoniak hasil pembusukan itu oleh bakteri
        Nitrifikan akan dirombak jadi Nitrit melalui
        Nitrifikasi (Nitrifikasi adala proses biokimia
        yang tergolong anabolisme mengubah senyawa
        sederhana anorganik berupa amoniak NH3
        menjadi senyawa organik nitrat HNO3 dengan
        energi berasal dari energi hasil reaksi kimia /
        khemosintesis oleh  bakteri)
     -  Nitrifikasi dilanjutkan dengan Nitrasi.
     -  Nitrat diserap kembali oleh  tumbuhan.
     -  Selain melalui petir juga penyerapan nitrogen
        dapat melalui fiksasi (pengikatan langsung
        Nitrogen di udara oleh mikroorganisme fiksasi
        (Rhizobium leguminosarum, Azotobacter, 
         Clostridium  pasteurianum, Nostoc cummune, 
         Anabaena azzolae)
         a. Rhizobium leguminosarum :
             bersimbiosis dengan kacang kacangan
             membentuk bintil akar
         b. Anabaena azzolae 
             bersimbiosis dengan paku air (Azolla pinata)
             dan pakis haji (Cycas rumpii)
         c. Azotobacter, Clostridium pasteurianum
             dan Nostoc commune hidup soliter
      -  Nitrogen juga bisa larut bersama air hujan,
         hujan asam ( acid rain) yang mengandung
         HNO3,  dari pupuk buatan Urea yang dilepaskan
         ke tanah

d.  Daur/siklus Fosfor
     -   Fosfor merupakan elemen penting dalam 

         kehidupan karena semua makhluk hidup 

         membutuhkan fosfor/ phosphat untuk 

         pembentukan senyawa ATP  (adenosin 

         triphosphat), ADP (adenosin diphosphat),
         dan AMP (adenosin monophosphat) untuk
         proses metabolisme tubuh.  

      -  Pada Hewan tingkat tinggi fosfor digunakan 

         untuk penusun tulang yang ditulang bergabung 

         dengan Calsium membeentuk CaPO4 (calsium 

         Phosphat

      -  Fosfor terdapat di alam dalam bentuk ion fosfat 

         (PO4)/fosfat anorganik 

      -  Ion Fosfat terdapat dalam bebatuan. 

      -  Adanya peristiwa erosi dan pelapukan menyebabkan 

         fosfat terbawa menuju sungai hingga laut membentuk 

         sedimen. 

      -  Adanya pergerakan dasar bumi menyebabkan sedimen 

         yang mengandung fosfat muncul ke permukaan. 

      -  Di darat tumbuhan mengambil fosfat yang terlarut 

         dalam air tanah sehingga terjadi perpindahan 

         materi dari geo ke bio dari alam ke tubuh 

         organisme 

      -  Fosfat itulah kemudian dikenal dengan fosfat

         organik 

      -  Herbivora mendapatkan fosfat dari tumbuhan 

         yang dimakannya dan karnivora mendapatkan 

         fosfat dari herbivora yang dimakannya. 

      -  Seluruh hewan mengeluarkan fosfat melalui urine 

         dan feses. 

         -  Bakteri dan jamur mengurai bahan-bahan 

         anorganik di dalam tanah lalu melepaskan fosfor

         kemudian diambil oleh tumbuhan.

DAUR FOSFOR

e. Daur Belerang/Sulfur (S)
      -  sulfur merupakan unsur non logam 
    -  bentuk aslinya adalah sebuah zat padat kristal 
       berwarna kuning
    -  di alam  ditemukan sebagai unsur murni atau 
       sebagai mineral- mineral sulfida dan sulfat
    -  sulfur teradapat di udara karena adanya aktifitas 
       gunung berapi dan penggunaan dari bahan bakar
       fosil (menghasilkan SO2) 
    -  unsur penting untuk kehidupan dan ditemukan 
       dalam bentuk senyawa asam amino 
    -  tumbuhan mendapat sulfur dari dalam tanah 
       dalam bentuk sulfat organik (SO4 ). 
    -  sulfur berpindah ke organisme heterotrof dalam
       proses rantai makanan 
    -  penguraian organisme yang mati mengasilkan gas 
       H2S atau menjadi sulfat lagi. 
    -  Sulfur direduksi oleh bakteri menjadi sulfida dan
       kadang-kadang terdapat dalam bentuk sulfur 
       dioksida atau hidrogen sulfida. 
    -  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.

  

Hal yang penting yang perlu dipahami dalam siklus biogeokimia :

1. Unsur/materi/senyawa (kimia) akan terdapat di 

    bumi (geo) dan dalam tubuh organisme

2. perpindahan dari geo ke geo terjadi misalnya 

    dari udara diserap oleh tanah atau lautan dengan

    perantara hujan, pelapukan (perubahan batuan 

    menjadi tanah), erosi (pengikisan) dan pengendapan

3. unsur/senyawa kimia dari bumi (geo) ke organisme 

    (bio) digunakan untuk berbagai proses metabolisme

4. penyerapan/perpindahan unsur/senyawa melibatkan

    berbagai jenis mikroorganisme yang berperan sebagai

    dekomposer