SIKLUS BIOGEOKIMIA

Ravika Ta'awwana Sandra 

J3M119105 / A1

LNK 56 SV IPB

Daur Biogeokimia merupakan perpindahan unsur-unsur kimia melalui makhluk hidup dan lingkungan abiotik (tanah dan air). Dalam daur biogeokimia dikenal dua macam daur, diantaranya daur edafik dan daur atmosferik. Daur edafik merupakan daur yang unsur kimia pada daur tersebut tidak pernah membentuk gas di udara. Adapun daur atmosferik adalah daur yang unsur kimia pada daur tersebut mengalami fase berbentuk gas di udara. Daur biogeokimia berfungsi mengatur keseimbangan ekosistem. Artinya keseimbangan ekosistem tergantung pada pengulangan yang terjadi secara berputar pada unsur-unsur kimia tertentu. Unsur-unsur kimia yang dapat mengalami daur biogeokimia meliputi karbon, nitrogen, hidrogen, dan oksigen, serta fosfor. Dalam siklus biogeokimia juga sebagai pertukaran antara komponen biosfer yang hidup dan tidak hidup yang akan di tingkat trofik yang tidak hilang dalam ekosistem. 

Siklus biogeokimia karbon mencakup pertukaran/perpindahan karbon diantara biosfer, pedosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer bumi sedangkan respirasi organisme akan mengembalikan CO2 ke atmosfer (Campbell, 2004). Meningkatnya kandungan CO2 di udara menyebabkan panas yang dilepaskan akan diserap 2 oleh CO2 dan dipancarkan kembali ke permukaan bumi, sehingga proses tersebut akan memanaskan bumi (Indriyanto, 2006 dikutip Windusari, 2012). Aliran karbon dari atmosfir ke vegetasi merupakan aliran yang bersifat dua arah, yaitu pengikatan CO2 ke dalam biomassa melalui fotosintesis dan pelepasan CO2 ke atmosfer melalui proses dekomposisi dan pembakaran. Melalui fotosintesis, CO2 diserap dan diubah oleh tumbuhan menjadi karbon organik dalam bentuk biomassa.

Fungsi Siklus Biogeokimia 

Siklus biogeokimia penting karena planet kita adalah sistem tertutup, dari mana materi tidak keluar (dan sampai taraf tertentu tidak masuk), penting agar unsur-unsur kimia penting didaur ulang, jika tidak, mereka akan habis dan bersama mereka kemungkinan berkelanjutan kehidupan. Dalam pengertian itu, siklus biogeokimia adalah mekanisme berbeda yang dimiliki alam untuk mengedarkan materi beberapa makhluk hidup kepada makhluk lain, sehingga memungkinkan margin tertentu untuk selalu tersedia. Tak satu pun dari nutrisi yang dibutuhkan makhluk hidup akan ada di dalamnya selamanya, dan akhirnya, itu harus dikembalikan ke lingkungan sehingga dapat digunakan kembali oleh orang lain.

Siklus Nitrogen 

Siklus nitrogen adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Senyawa nitrogen merupakan senyawa yang sangat penting dalam kehidupan, karena merupakan salah satu nutrien utama yang berperan dalam pertumbuhan organisme. Keberadaan nitrogen di alam, tersedia dalam berbagai bentuk yang dihasilkan melalui proses (transformasi) yang difasilitasi oleh mikroorganisme (umumnya bakteri) bagaikan suatu siklus (Taroreh et.al, 2016). 

Siklus nitrogen dialam meliputi proses fiksasi nitrogen, amonifikasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi. Siklus nitrogen sangat dibutuhkan dalam ekologi karena ketersediaan nitrogen di alam dapat mempengaruhi keberlanjutan ekosistem. Nitrifikasi merupakan proses pengubahan nitrogen ammonium (N-NH4) menjadi nitrogen-nitrit (N-NO2) oleh bakteri nitrosomonas dan kemudian nitrit diubah menjadi nitrat (NO3) oleh bakteri nitrobater. Proses nitrifikasi akan berlangsung dalam lingkungan aerob (adanya oksigen). Proses nitrifikasi (perubahan ammonium menjadi nitrat) dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu aerasi, suhu, kelembaban, pH, dan nisbah karbon-nitrogen. Proses nitrifikasi biasanya berlangsung pada pH 5,5 hingga pH 10, dan optimum pada pH 8,5 (Damanik et.al, 2011). 

Amonifikasi merupakan proses pembentukan amonia dari materi organik. Amonia juga mampu mengalami asimilasi menjadi asam amino dan dapat diasimilasi secara langsung oleh kelompok diatom, alga selular dan tanaman tingkat tinggi. Denitrifikasi merupakan reaksi reduksi nitrat menjadi nitrit, nitrit oksida, dan gas nitrogen. Fiksasi nitrogen merupakan pengikatan gas nitrogen menjadi amonia dan nitrogen organik (Hastuti PY 2011). 

Siklus Fosfor 

Siklus fosfor adalah siklus biogeokimia yang menggambarkan transformasi dan translokasi fosfor dalam tanah, air, serta bahan organik hidup dan mati. Unsur fosfor di alam banyak dijumpai dalam bentuk ion fosfat baik dalam bentuk organik maupun anorganik. Keberadaan unsur di lapisan tanah tidak stabil karena berbentuk mineral-mineral yang sangat reaktif terhadap air yang mengalir dipermukaannya 5(Pescod, 1978). . Fosfor diperairan dan sedimen berada dalam bentuk senyawa fosfat larutan dan fosfat partikulat. Fosfat terlarut terdiri dari fosfat organik (gula fosfat, nukleoprotein, fofoprotein) dan fosfat anorganik (ortofosfat dan folifosfat). Keberadaan diperairan akan terurai menjadi senyawa ion dalam bentuk H2PO4 - , HPO4 2- , dan PO4 3- , kemudian akan diabsorbsi oleh fitoplankton dan masuk ke dalam rantai makanan (Hutagalung dan Rozak 1997). 

Siklus Sulfur 

Siklus sulfur atau daur belerang dalam daur biogeokimia. Siklus sulfur adalah perubahan sulfur dari hidrogen sulfida menjadi sulfur diokasida lalu menjadi sulfat dan kembali menjadi hidrogen sulfida lagi. Sulfur di alam ditemukan dalam berbagai bentuk. Dalam tanah sulfur ditemukan dalam bentuk mineral, di udara dalam bentuk gas sulfur dioksida dan didalam tubuh organisme sebagai penyusun protein. 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 (Widyaningsih 2013). 

Siklus Karbon 

Siklus karbon merupakan siklus beogeokimia yang mencangkup pertukaran atau perpindahan karbon dalam biosfer, pedosfer, geosfer, hidrosfer dan atmosfir bumi. Siklus karbon sesungguhnya merupakan suatu proses yang rumit dan setiap proses saling mempengaruhi (Purnobasuki 2012). 

Siklus Air 

Siklus hidrologi adalah sirkulasi air dari laut ke atmosfer kemudian ke bumi dan kembali lagi ke laut dan seterusnya. Air dari permukaan laut menguap ke udara, bergerak dan naik ke atmosfer. Kemudian mengalami kondensasi dan berubah menjadi titik air berbentuk awan dan selanjutnya jatuh ke bumi dan lautan sebagai hujan. Hujan yang jatuh ke bumi sebagian tertahan oleh tumbuh-tumbuhan sebagian lagi meresap ke dalam tanah, jika tanah sudah jenuh maka air akan mengalir di atas permukaan tanah yang mengisi cekungan, danau, sungai dan kembali lagi ke laut (Hidayat AK dan Empung 2016).

Jenis-Jenis Siklus Biogeokimia

 

 Siklus Nitrogen

 

 

Gambar 3.3.1 Siklus Nitrogen

 

Salah satu siklus biogeokimia utama, di mana mikroorganisme prokariotik (bakteri) dan tanaman mengikat nitrogen dalam tubuh mereka, salah satu gas utama di atmosfer. Sangat penting untuk berbagai senyawa tubuh hewan, termasuk manusia.

 

Siklus nitrogen tahapannya dapat diringkas sebagai berikut:

 

● Bakteri tertentu memperbaiki gas nitrogen di tubuh mereka (N 2) di atmosfer, membentuk molekul organik yang dapat digunakan oleh tanaman, seperti amonia (NH 3).

● Tumbuhan memanfaatkan molekul nitrogen ini dan mengirimkannya melalui jaringannya ke hewan herbivora, dan ini melalui jaringannya ke hewan karnivora, dan ini ke pemangsa mereka, di sepanjang rantai trofik.

● Akhirnya, makhluk hidup mengembalikan nitrogen ke tanah, baik melalui urin (kaya amonia), atau ketika mereka mati dan dipecah oleh bakteri, yang memperbaiki molekul kaya nitrogen, melepaskan nitrogen ke dalam gas lagi.

 

 Siklus Fosfor

 

 

 

Gambar 3.3.2 Siklus Fosfor

 

Siklus fosfor adalah yang terakhir dan paling kompleks dari siklus biogeokimia utama, karena fosfor adalah unsur yang melimpah di kerak bumi, dalam bentuk mineral, tetapi makhluk hidup pada dasarnya membutuhkan, meskipun dalam jumlah sedang. Fosfor adalah bagian dari senyawa vital seperti DNA dan RNA, dan siklusnya dapat diringkas sebagai berikut:

 

Fosfor berasal dari mineral terestrial, yang oleh erosi (matahari, angin, air) dilepaskan dan diangkut ke berbagai ekosistem. Tindakan penambangan manusia dapat berkontribusi pada tahap ini juga, meskipun tidak harus dengan cara lingkungan yang positif.

 

Batuan yang kaya akan fosfor menyediakan nutrisi bagi tanaman, yang memperbaiki fosfor di jaringan mereka dan, sekali lagi, mentransmisikannya ke bentuk kehidupan hewan lainnya melalui rantai makanan. Pada gilirannya, hewan mengembalikan fosfor berlebih ke tanah melalui buang air besar dan penguraian tubuh mereka, menjaga fosfor dalam siklus dalam siklus di antara makhluk hidup.

 

Namun, fosfor juga mencapai laut, di mana ganggang memperbaiki dan mengirimkannya ke hewan, tetapi dalam hal ini unsur tersebut perlahan-lahan disimpan di dasar laut, di mana berbagai proses sedimen akan mengembalikannya ke bebatuan yang, kemudian, dalam proses geologi lambat dan panjang, mereka akan terkena dan akan memberikan fosfor ke biosfer lagi.

 

 Siklus Sulfur

 

 

 

Gambar 3.3.4  Siklus Sulfur

 

Sulfur terdapat dalam bentuk sulfat anorganik. Sulfur direduksi oleh bakteri menjadi sulfida dan kadang-kadang terdapat dalam bentuk sulfur dioksida atau hidrogen sulfida. Hidrogen sulfida ini seringkali mematikan mahluk hidup di perairan dan pada umumnya dihasilkan dari penguraian bahan organik yang mati. Tumbuhan menyerap sulfur dalam bentuk sulfat (SO4).

 

Perpindahan sulfat terjadi melalui proses rantai makanan, lalu semua mahluk hidup mati dan akan diuraikan komponen organiknya oleh bakteri. 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 ( Susanto N.)

 

Siklus Karbon

 

 

Gambar 3.3.5 Siklus Karbon

Siklus karbon adalah siklus biogeokimia yang paling penting dan paling kompleks karena semua kehidupan yang diketahui tersusun tanpa terkecuali senyawa yang berasal dari unsur itu. Selain itu, siklus ini melibatkan proses metabolisme utama tumbuhan dan hewan: fotosintesis dan respirasi.

 

Siklus karbon tahapannya dapat diringkas sebagai berikut:

 

● Atmosfer terdiri dari volume karbon dioksida (CO 2) yang signifikan. Tumbuhan dan ganggang menangkapnya dan mengubahnya menjadi gula (glukosa) melalui fotosintesis, menggunakan energi matahari untuk ini. Dengan demikian mereka mendapatkan energi dan dapat tumbuh. Sebagai imbalannya, mereka melepaskan oksigen (O 2) ke atmosfer.

● Selain mendapatkan oksigen selama proses pernapasan mereka, hewan mengakses karbon dari jaringan tanaman, pada gilirannya, untuk tumbuh dan bereproduksi. Tetapi, baik hewan maupun tumbuhan, ketika mereka mati mereka memberikan tanah karbon tubuh mereka, yang melalui proses sedimen (terutama di dasar lautan, di mana karbon juga larut di perairan) itu diubah menjadi berbagai fosil dan mineral.

● Karbon dalam keadaan fosil atau mineralnya dapat bertahan jutaan tahun di bawah kerak bumi, mengalami transformasi yang membuang materi yang berbeda seperti batu bara mineral, minyak atau berlian. Hal ini akan muncul kembali berkat erosi, erupsi dan, terutama, tenaga kerja manusia: eksploitasi bahan bakar fosil, ekstraksi semen dan industri lain yang membuang ton CO 2 ke atmosfer dan baik lautan maupun tanah cair dan limbah padat lainnya kaya akan karbon.

● Di sisi lain, hewan terus-menerus melepaskan CO 2 dengan bernapas. Selain itu, proses energi lain seperti fermentasi atau dekomposisi bahan organik menghasilkan CO 2 atau menghasilkan gas kaya karbon lainnya, seperti metana (CH 4) yang juga masuk ke atmosfer.

 

 Siklus Air

 

 

Gambar 3.3.6 Siklus Air

Siklus hidrologi atau daur hidrologi adalah pola sirkulasi air dalam ekosistem yang dimulai dengan adanya proses pemanasan permukaan bumi oleh sinar matahari, lalu terjadi penguapan sehingga akan terjadi kondensasi uap air, yaitu proses perubahan uap air menjadi titik air. Kumpulan titik air di atmosfer dinamakan awan. Bila uap air telah menjadi titik-titik air, maka hujan akan turun. Kemudian air hujan yang jatuh ke permukaan bumi akan tersebar, ada yang meresap ke dalam tanah, singgah di dedaunan, mengalir menuju laut melalui sungai atau mengumpul di danau, atau menguap lagi ke atmosfer (Fitriono dan Ramli 2017).

 

Siklus ini menganut teori keseimbangan air atau Water Balance Theory yang intinya menyatakan jumlah air yang berputar mengalami siklus di permukaan bumi ini adalah bersifat tetap. Siklus hidrologi atau daur hidrologi memiliki unsur-unsur utama (komponen) yang terjadi dalam proses siklus hidrologi adalah sebagai berikut: Evaporasi (presipitasi), air di permukaan bumi, baik di daratan maupun di laut dipanaskan oleh sinar matahari kemudian berubah menjadi uap air yang tidak terlihat di atmosfer. Uap air juga dikeluarkan dari daun-daun tanaman melalui sebuah proses yang dinamakan transpirasi. Proses semuanya itu disebut evapotranspirasi. Kondensasi, uap air naik ke lapisan atmosfer yang lebih tinggi akan mengalami pendinginan, sehingga terjadi perubahan wujud melalui kondensasi menjadi embun, titik-titik air, salju dan es. Kumpulan  embun, titik-titik air, salju dan es merupakan bahan pembentuk kabut dan awan.

 

Presipitasi, ketika titik-titik air, salju dan es di awan ukurannya semakin besar dan menjadi berat, mereka akan menjadi hujan. Awan-awan tersebut bergerak mengelilingi dunia, yang diatur oleh arus udara. Sebagai contoh, ketika awan-awan tersebut bergerak menuju pegunungan, awan-awan tersebut menjadi dingin, dan kemudian segera menjadi jenuh air yang kemudian air tersebut jatuh sebagai hujan atau salju tergantung pada suhu udara sekitarnya. Infiltrasi (Perkolasi), air hujan yang jatuh ke permukaan bumi khususnya daratan, kemudian meresap ke dalam tanah dengan cara mengalir secara infiltrasi atau perkolasi melalui celah-celah dan pori-pori tanah dan batuan, sehingga mencapai muka air tanah (water table) yang kemudian menjadi air bawah tanah. Surface Runoff, air dapat bergerak akibat aksi kapiler atau air dapat bergerak secara vertikal atau horizontal di bawah permukaan tanah hingga air tersebut memasuki kembali sistem air permukaan. Air permukaan, baik yang mengalir maupun yang tergenang (danau, waduk, rawa), dan sebagian air bawah permukaan akan terkumpul dan mengalir membentuk sungai dan berakhir ke laut (Fitriono dan Ramli 2017).

Kesimpulan

Siklus biogeokimia adalah salah satu jalur penting bagi peredaran materi-materi penting sebagai penyusun unsur kehidupan. Fungsi dari Daur Biogeokimia ialah menjadi daur atau siklus materi yang membalikkan lagi seluruh unsur-unsur kimia yang telah digunakan oleh seluruh yang ada di muka bumi dari komponen biotik ataupun komponen abiotik, yang pada akhirnya berkesinambungan dan seimbang dalam kehidupan di bumi dapat terjaga. jenis daur biogeokimia, antara lain daur air, daur fosfor, daur sulfur, daur nitrogen, dan daur karbon.

DAFTAR PUSTAKA

 

Campbell, N.A., Reece, J.B., dan Mitchell, L.G. 2004. Biologi. Jakarta: Erlangga.

Fitriono, Ramli. 2017. Perbedaan Hasil Belajar Geografi Antara Siswa yang Diajar dengan Menggunakan Model Pembelajaran Kooperatif Tipe Jigsaw dengan Kooperatif Tipe Group Investigation Pada Materi Hidrosfer Kelas X SMA Negeri 1 Mawasangka Tengah. Jurnal Penelitian Pendidikan Geografi. 1(1): 1-15.

Hastuti YP. 2011. Nitrifikasi dan denitrifikasi di tambak. Jurnal Akuakultur Indonesia 10(1) : 89–98. Hidayat AK, Empung. 2016. Analisis Curah Hujan Efektif dan Curah Hujan dengan berbagai Periode

Ulang untuk Wilayah Kota Tasikmalaya dan Kabupaten Garut. Jurnal Siliwangi. 2(2): 121-123.

Hutagalung, H.P and A. Rozak. (1997). Metode Analisis Air Laut, Sedimen dan Biota. Buku 2. Pusat Penelitian dan Pengembangan Oseanologi. LIPI. Jakarta.

Pratiwi N. 2020. Siklus Biogeokimia Adalah: Pengertian, Jenis, Peranan. Adalah.top. [diakses pada 2021 April 20]. Siklus biogeokimia adalah: Pengertian, jenis, peranan – Adalah.top

Pescod, M.B. (1978). Enviromental Indices Theory and Prestise. Ann Arbour Science Inc. Michigan : 59 pp.

Purnobasuki H. 2012. Manfaat Hutan Mangrove Sebagai Penyimpan Karbon. Buletin SPL Universitas Surabaya. 28: 3-5.

Rusmana, I. 2003b. Reduksi nitrat dissimilatif pada bakteri: isu lingkungan dan penerapannya.

Hayati.158–160.

Setiapermana, Deddy. 2006. Siklus Nitrogen di Laut. Jurnal Oseana. 31(2) : 19-31. Susanto N. Siklus Biogeokimia. Biologi FMIPA UNILA.

Taroreh FL, Karwur F, Mangimbulade J. 2016. Transformasi Nitrogen secara Biologis di Air Panas Sarongsong Kota Tomohon. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia. 1(1) : 1-6.

Widyaningsih ST. 2013. Pengembangan Ekoteknologi dengan proses aerasi-filtrasi untuk menurunkan kadar H2S pada limbah cair pasar ikan. Jurnal Rekayasa Lingkungan. 13 (2): 1-12.

Windusari, Yuanita, Nur A.P. Sari, Indra Yustiani, dan Hilda Zulkipli. 2012. Dugaan  Cadangan Karbon Biomasa Tumbuhan Bawah dan Serasah di Kawasan Suksesi Alami Pada Area Pengendapan Tailing PT Freeport Indonesia. Jurnal Biospecies. 5(1) : 22-28.