A. PENGERTIAN SIKLUS BIOGEOKIMIA
Siklus biogeokimia atau yang biasa disebut dengan siklus organik-anorganik
adalah siklus unsur-unsur atau senyawa kimia yang mengalirdari komponen abiotik
ke komponen biotik dan kembali lagi ke komponen abiotik. Siklus unsur-unsur
tersebut tidak hanya melalui organisme, tetapi juga melibatkan reaksi-reaksi
kimia dalam lingkungan abiotik sehingga disebut sebgai siklus biogeokimia.
Siklus biogeokimia yang terjadi di alam dapat berupa silkus air, siklus
oksign dan karbondioksida (karbon), siklus nitrogen, dan siklus materi
(mineral) yang berupa unsur-unsur hara.
1. Siklus Karbon
Siklus karbon adalah siklus biogeokimia di mana karbon dipertukarkan antara
biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer bumi. Dalam siklus ini terdapat empat
reservoir karbon utama yang dihubungkan oleh jalur pertukaran.
Reservoir-reservoir tersebut adalah:
1. Atmosfer
2. Biosfer Teresterial, meliputi freshwater sistem dan material nonhayati
organik seperti soil karbon (karbon tanah)
3. Lautan, meliputi karbon anorganik terlarut dan biota laut hayati atau
nonhayati
4. Sedimen, meliputi bahan baker fosil
Pertukaran karbon antara reservoir terjadi karena proses kimia, fisika,
geologi, dan biologi yang bermacam-macam.
Karbon di Atmosfer
Kandungan karbon terbesar yang terdapat diatmosfer bumi adalah gas
karbondioksida (CO2) sebesar 0.03%. Meskipun jumlah gas ini
merupakan bagian yang sangat kecil dari seluruh gas yang ada di atmosfer, namun
gas ini memiliki peran penting dalam menyokong kehidupan gas-gas lain yang
mengandung karbon di atmosfer semakin bertambah selama beberapa tahun terakhir
ini dan berperan dalam peningkatan pemanasan global.
Karbon dapat
diambil dari atmosfer dengan berbagai cara, antara lain:
1. Melalui proses fotosintesis
Ketika matahari bersinar, tumbuhan melakukan fotosintesis untuk mengunbah
karbondioksida menjadi karbohidrat dan melepaskan oksigen ke atmosfer. Karbon
pada proses ini akan banyak di serap oleh tumbuhan yang baru saja tumbuh atau
pepohonan pada hutan yang sedang di reboisasi sehingga membutuhkan pertumbuhan
yang cepat
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 tersebut
akan terbawa oleh sirkulasi termohalin yang membawa massa air di permukaan yang
lebih berat menuju ke dalam laut. Di laut bagian atas , pada daerah yang
poduktivitasnya tinggi organisme membentuk cangkang karbonat dengan
bagian-bagian tubuh lainnya yang keras. Proses ini menyebabkan aliran karbon
menuju ke bawah.
3. Melalui pelapukan batu silikat
Proses ini tidak memindahkan karbon ke dalam reservoir yang siap untuk
kembali ke atmosfer seperti dua proses sebelumnya. Pelapukan batuan silikat tidak
memilki efek yang terlalu besar terhadap karbondioksida pada atmosfer karena
ion karbonat pada atmosfer yang terbentuk terbawa oleh air laut dan selanjutnya
akan dipakai untuk membuat karbonat laut.
Karbon dapat
kembali lagi ke atmosfer dengan beragai cara pula antara lain:
4. Melalui respirasi tumbuhan dan binatang
Proses ini merupakan reaksi eksotermik dan termasuk juga penguraian glukosa
menjadi karbohidrat dan air.
5. Melalui pembusukan, tumbuhan, dan binatang
Jamur dan bakteri menguraikan senyawa karbon pada tumbuhan dan binatang
yang mati dan mengubah karbon menjadi karbon dioksida jika tersedia aksigen
atau menjadi metana jika tidak tersedia oksigen
6. Melalui pembakaran material organik
Proses ini berlangsung dengan cara mengoksidasi karbon yang terkandung pada
material organik menjadi karbondioksida. Pembakaran bahan bakar fosil seperti
batu bara, minyak bumi, dan gas alam akan melepaskan karbon yang tersimpan di
dalam geosfer, sehingga menyebabkan kadar karbon dioksida di atmosfer semakin
bertambah.
7. Melalui produksi semen
Salah satu komponen semen yaitu kapur atau kalium oksida dihasilkan dengan
cara memanaskan batu kapur yang akan menghasilkan karbon dioksida dalam jumlah
banyak.
8. Melalui erupsi vulkanik
Erupsi vulkanik atau ledakan gunung berapi akan melepasakan gas ke
atmosfer. Gas-gas tersebut termasuk uap air, karbon dioksida, dan belerang.
Jumlah karbon dioksida yang dilepas ke atmosfer hampir sama dengan jumlah
karbon dioksida yang hilang dari atmosfer akibat pelapukan batuan silikat.
9. Melalui pemanasan permukaan laut
Di permukaan laut, ketika air laut menjadi lebih hangat, karbon dioksida
yang larut dalam air akan dilepas ke atmosfer sebagai uap air.
Karbon di Biosfer
Dalam biosfer terdapat sekitar 1900GtC gas karbon dioksida dan oksigen.
Karbon adalah bagian yang penting dalam menunjang kehidupan di bumi, karena
karbon berperan dalam strutur biokimia dan nutrisi pada semua sel makhluk
hidup. Proses-proses perpindahan karbon di biosfer sama dengan proses
perpindahan karbon di atmosfer, karena semua proses yang terjadi di atmosfer
harus melalui biosfer terlebih dahulu.
Karbon di Laut
Laut mengandung sekitar 36000 GtC ion karbonat yang merupakan kandungan
umum. Karbon anorganik, yaitu senyawa karbon tanpa ikatan karbon-karbon atau
karbon-hidrogen, adalah penting dalam reaksi yang terjadi pada air. Pertukaran
karbon penting untuk mengontrol pH di laut dan dapat di jadikan sebagai sumber.
Proses pertukaran karbon antara atmosfer dengan lautan diawali dengan pelepasan
karbon ke atmosfer yang terjadi di daerah upwelling (lautan bagian
atas), kemudian pada daerah downwelling (laut bagian bawah), karbon
berpindah dari atmosfer kembali ke lautan. Pada saat CO2 memasuki
lautan, asam karbonat terbentuk dengan reaksi kimia:
CO2
+ H2O
H2CO3
Reaksi tersebut memiliki sifat dua arah untuk mencapai suatu
kesetimbangan kimia. Reaksi lain yang penting dalam mengontrol nilai pH larutan
adalah pelepasan ion hidrogen dan bikarbonat, dimana dapat menyebabkan
perubahan yang besar pada pH, yaitu H2CO3 H+ +
HCO3-
Terdapat lebih banyak
persenyawaan karbon yang dikenal daripada persenyawaan unsur lain kecuali
hydrogen. Kebanyakan dikenal sebagai zat-zat kimia organic. Keistimewaan karbon
yang unik adalah kecenderungannya secara alamiah mengikat dirinya sendiri dalam
rantai-rantai atau cincin-cincin , tidak hanya dengan ikatan tunggal, C-C,
tetapi juga mengandung ikatan ganda, C=C atau C=C . Di atmosfer terdapat kandungan COZ sebanyak 0.03%.
Sumber-sumber COZ di udara berasal dari respirasi manusia dan hewan, erupsi
vulkanik, pembakaran batubara, dan asap pabrik. Karbon dioksida di udara
dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk berfotosintesis dan menghasilkan oksigen yang
nantinya akan digunakan oleh manusia dan hewan untuk berespirasi. Hewan dan
tumbuhan yang mati, dalam waktu yang lama akan membentuk batubara di dalam
tanah. Batubara akan dimanfaatkan lagi sebagai bahan bakar yang juga menambah
kadar C02 di udara.
Di ekosistem air, pertukaran C02
dengan atmosfer berjalan secara tidak langsung. Karbon dioksida berikatan
dengan air membentuk asam karbonat yang akan terurai menjadi ion bikarbonat.
Bikarbonat adalah sumber karbon bagi alga yang memproduksi makanan untuk diri
mereka sendiri dan organisme heterotrof lain. Sebaliknya, saat organisme air
berespirasi, COz yang mereka keluarkan menjadi bikarbonat. Jumlah bikarbonat
dalam air adalah seimbang dengan jumlah C02 di air.
Siklus karbon adalah siklus
biogeokimia dimana karbon dipertukarkan antara biosfer, geosfer, hidrosfer, dan
atmosfer Bumi (objek astronomis lainnya bisa jadi memiliki siklus karbon yang
hampir sama meskipun hingga kini belum diketahui). Dalam siklus ini terdapat
empat reservoir karbon utama yang dihubungkan oleh jalur pertukaran.
Reservoir-reservoir tersebut adalah atmosfer, biosfer teresterial (biasanya
termasuk pula freshwater system dan material non-hayati organik seperti karbon
tanah (soil carbon)), lautan (termasuk karbon anorganik terlarut dan biota laut
hayati dan non-hayati), dan sedimen (termasuk bahan bakar fosil). Pergerakan
tahuan karbon, pertukaran karbon antar reservoir, terjadi karena proses-proses
kimia, fisika, geologi, dan biologi yang bermaca-macam. Lautan mengadung kolam
aktif karbon terbesar dekat permukaan Bumi, namun demikian laut dalam bagian
dari kolam ini mengalami pertukaran yang lambat dengan atmosfer.
Karbon dioksida (rumus kimia:
CO2) atau zat asam arang adalah sejenis senyawa kimia yang terdiri dari dua
atom oksigen yang terikat secara kovalen dengan sebuah atom karbon. Ia
berbentuk gas pada keadaan temperatur dan tekanan standar dan hadir di atmosfer
bumi. Rata-rata konsentrasi karbon dioksida di atmosfer bumi kira-kira 387 ppm
berdasarkan volume [1] walaupun jumlah ini bisa bervariasi tergantung pada
lokasi dan waktu. Karbon dioksida adalah gas rumah kaca yang penting karena ia
menyerap gelombang inframerah dengan kuat.
Karbon dioksida dihasilkan oleh
semua hewan, tumbuh-tumbuhan, fungi, dan mikroorganisme pada proses respirasi
dan digunakan oleh tumbuhan pada proses fotosintesis. Oleh karena itu, karbon
dioksida merupakan komponen penting dalam siklus karbon. Karbon dioksida juga
dihasilkan dari hasil samping pembakaran bahan bakar fosil. Karbon dioksida
anorganik dikeluarkan dari gunung berapi dan proses geotermal lainnya seperti
pada mata air panas. Karbon dioksida tidak mempunyai
bentuk cair pada tekanan di bawah 5,1 atm namun langsung menjadi padat pada
temperatur di bawah -78 °C. Dalam bentuk padat, karbon dioksida umumnya disebut
sebagai es kering. Neraca karbon global adalah
kesetimbangan pertukaran karbon (antara yang masuk dan keluar) antar reservoir
karbon atau antara satu putaran (loop) spesifik siklus karbon (misalnya
atmosfer - biosfer). Analisis neraca karbon dari sebuah kolam atau reservoir
dapat memberikan informasi tentang apakah kolam atau reservoir berfungsi
sebagai sumber (source) atau lubuk (sink) karbon dioksida.
2.Siklus Nitrogen
Beberapa jenis bakteri yang dapat menambat nitrogen terdapat pada akar
legume tumbuhan lain, misalnya Marsiella Siklus nitrogen merupakan
proses pembentukan dan penguraian nitrogen sebagai sumber protein utama di
alam. Nitrogen menjadi penyusun utama protein dan sangat diperlukan oleh
tumbuhan dan hewan dalam jumlah besar. Nitrogen diperlukan tumbuhan dalam
bentuk terikat (ikatan suatu senyawa dengan unsur lain). Nitrogen bebas dapat
difiksasi (di ikat) di dalam tanah oleh bakteri yang bersifat simbiotik dan
dapat mengikat protein jika bekerjasama dengan akar tumbuhan polong, yang
mempunyai bintil akar, rumpun tropik, dan beberapa jenis gangaang.
crenata. Selain itu terdapat bakteri dalam
tanah yang dapat memikat nitrogen secara langsung, yaitu acetobacter sp
yang bersifat aerob dan clostridium sp. yang bersifat anaerob.
Selain itu, terdapat beberapa jenis spesies gangganng biru yang dapat menambat
nitrogen, antara lain nostoc sp. dan anabaena sp.
Tumbuhan memperoleh nitrogen di dalam tanah berupa amonia (NH3),
ion nitrit (NO2-), dan ion nitrat (NO3-).
Dalam tanah nitrogen terdapat dalam organik tanah di berbagai tahap pembusukan,
namun belum dapat dimanfaatkan tumbuhan. Nitrogen yang dimanfaatkan tumbuhan
biasanya terikat dalam bentuk ammonium dan (NH4+) ion
nitrat (NO3-).
Amonia diperoleh dari hasil penguraian jaringan yang mati dan oleh bakteri.
Amonia ini dapat dinitrifikasi oleh bakteri nitrit, yaitu nitrosomonas dan nitrosococcus
menjadi NO2-. Selanjutnya oleh bakteri denitrifikasi,
yaitu pseudomonas denitrifikasi, nitrat diubah kembali menjadi ammonia dan
ammonia diubah kembali menjadi nitrogen yang dilepas bebas ke udara. Dengan
cara ini siklus nitrogen akan berulang dalam ekosistem.
Nitrat sangat mudah larut dalam tanah, sehinga cepat hilang karena proses
pembusukan. Taraf ketersesisaan nitrogen dalam tanah tergantung pada banyaknya
bahan organik, populasi zat-zat renik, dan tingkat pembasuhan tanah oleh air.
Dalam keadaan alami terjadi keseimbangan antara laju pertumbuhan dan gaya-gaya
yang menentukan penyediaan nitrogen dalam tanah. Proses pemanenan menyebabkan
sejumlah besar nitrogen terikat hilang akibat tanah mengalami pembasuhan oleh
gerak aliran air dan kegiatan jasad renik. Selain itu nitrogen terikat juga
hilang, karena diambil oleh bakteri pengubah nitrat menjadi nitrogen. Hal ini
menyebabkan pertanian intensif sangat tergantung pada tambahan pupuk nitrogen.
Bakteri penghasil ion nitrit dan nitrat bersifat autotrof dan aerob,
sehingga kehidupannya dipengaruhi oleh aerosotama, suhu, dan kandungan air
dalam tanah. Sementara itu proses perubahan nitrit menjadi nitrogen bersifa
Nitrogen terdapat di alam
terutama sebagai dinitrogen, N2 (titik didih 77,3 K). Gas nitrogen banyak
terdapat di atmosfer, yaitu 80% dari udara. Nitrogen bebas dapat
ditambat/difiksasi terutama oleh tumbuhan yang berbintil akar (misalnya jenis
polongan) dan beberapa jenis ganggang. Nitrogen bebas juga dapat bereaksi
dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat/ petir. Tumbuhan memperoleh nitrogen dari dalam tanah
berupa amonia (NH3), ion nitrit (N02- ), dan ion nitrat (N03- ). Beberapa
bakteri yang dapat menambat nitrogen terdapat pada akar Legum dan akar tumbuhan
lain, misalnya Marsiella crenata. Selain itu, terdapat bakteri dalam tanah yang
dapat mengikat nitrogen secara langsung, yakni Azotobacter sp. yang bersifat
aerob dan Clostridium sp. yang bersifat anaerob. Nostoc sp. dan Anabaena sp.
(ganggang biru) juga mampu menambat nitrogen. Nitrogen yang
diikat biasanya dalam bentuk amonia. Amonia diperoleh dari hasil penguraian
jaringan yang mati oleh bakteri. Amonia ini akan dinitrifikasi oleh bakteri
nitrit, yaitu Nitrosomonas dan Nitrosococcus sehingga menghasilkan nitrat yang
akan diserap oleh akar tumbuhan. Selanjutnya oleh bakteri denitrifikan, nitrat
diubah menjadi amonia kembali, dan amonia diubah menjadi nitrogen yang
dilepaskan ke udara. Dengan cara ini siklus nitrogen akan berulang dalam
ekosistem.
3.Siklus Fosfor
Di alam, fosfor terdapat dalam dua bentuk, yaitu senyawa fosfat organik
(pada tumbuhan dan hewan) dan senyawa fosfat anorganik (pada air dan tanah).
Fosfat organik dari hewan dan tumbuhan yang mati diuraikan oleh dekomposer
(pengurai) menjadi fosfat anorganik. 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.
Siklus fosfor, bersifat kritis karena fosfor secara umum merupakan hara
yang terbatas dalam ekosistem. Tidak ada bentuk gas dari fosfor yang stabil, oleh
karena itu siklus fosfor adalah “endogenik”. Dalam geosfer, fosfor terdapat
dalam jumlah besar dalam mineral-mineral yang sedikit sekali larut seperti
hidroksiapilit, garam kalsium. Adapun gambar dari siklus fosfor adalah sebagai
berikut.
Fosfor terlarut dari mineral-mineral fosfat dan
sumber-sumber lainnya, seperti pupuk fosfat, diserap oleh tanaman dan tergabung
dalam asam nukleat yang menyusun material genetic dalam organisme. Mineralisasi
dari biomassa oleh pembusukan/penguraian mikroba mengembalikan fosfor kepada
larutan garamnya yang kemudian dapat mengendap sebagai bahan mineral. Sejumlah
besar dari mineral-mineral fosfat digunakan sebagai bahan pupuk, industry
kimia, dan “food additives”. Fosfor merupakan salah satu komponen dari senyawa-senyawa
sangat toksik, terutama insektisida organofosfat.
4.Siklus Belerang
Siklus belerang relative kompleks dimana melibatkan berbagai macam gas,
mineral-mineral yang sukar larut dan beberapa sepsis lainnya dalam larutan.
Siklus ini berkaitan dengan siklus oksigen dimana belerang bergabung dengan
oksigen membentuk gas belerang oksida, SO2, sebagai bahan pencemar air.
Diantara spesi-spesi yang secara siknifikan terlihat dalam siklus belerang
adalah gas hydrogen sulfide H2S; mineral-mineral sulfide seperti PbS; asam
sulfat H2SO4; belerang oksida, SO2 komponen utama dari hujan asam; dan belerang
yang terikat dalam protein. Hujan asam
didefinisikan sebagai segala macam hujan dengan pH di bawah 5,6. Hujan secara
alami bersifat asam (pH sedikit di bawah 6) karena karbondioksida (CO2) di
udara yang larut dengan air hujan memiliki bentuk sebagai asam lemah. Jenis
asam dalam hujan ini sangat bermanfaat karena membantu melarutkan mineral dalam
tanah yang dibutuhkan oleh tumbuhan dan binatang.
Hujan asam disebabkan oleh belerang (sulfur) yang merupakan pengotor dalam
bahan bakar fosil serta nitrogen di udara yang bereaksi dengan oksigen
membentuk sulfur dioksida dan nitrogen oksida. Zat-zat ini berdifusi ke
atmosfer dan bereaksi dengan air untuk membentuk asam sulfat dan asam nitrat
yang mudah larut sehingga jatuh bersama air hujan. Air hujan yang asam tersebut
akan meningkatkan kadar keasaman tanah dan air permukaan yang terbukti
berbahaya bagi kehidupan ikan dan tanaman (wikipedia.org/wiki/Hujan_asam).
Belerang dari daratan cenderung terbawa air ke laut. Namun belerang di
daratan tak tampak habis setelah jutaan tahun. Kapan belerang kembali ke darat?
Melalui penguapan, kata ilmuwan zaman dulu. Tapi tak ada bukti bahwa laut
menguapkan hidrogen sulfida yang baunya bukan main itu ke angkasa. Laut selalu
berhawa segar.
Pertanyaan ini baru terjawab beberapa belas tahun yang lalu. Tumbuhan laut,
yang memiliki sel2 sederhana. Tumbuhan ini berusaha hidup dengan menahan
masuknya garam (NaCl) ke dalam selnya. Ini dilakukan dengan membentuk senyawa
penahan yang berbahan baku belerang, karena pasok belerang di laut banyak
sekali, datang dari daratan. Waktu sel mereka terurai, senyawa penahan ini
pecah dan menghasilkan gas dimetil sulfida (DMS) yang lepas ke atmosfir. Kita
pasti mengenali bau senyawa ini: segar, mirip ikan segar yang baru diangkat
dari laut. Setiap saat, sejumlah besar senyawa ini dilepas ke atmosfir, dan
syukurnya, senyawa ini mampu menjadi inti kondensasi uap air. Pada gilirannya,
terbentuk awan, yang menjadi hujan. Saat hujan jatuh di darat, senyawa belerang
ini dikembalikan ke daratan untuk dimanfaatkan makhluk daratan. Lalu ampasnya,
dalam dibuang lagi (duh) ke laut, untuk diolah oleh alga-alga baik hati itu
lagi. Yang merupakan bagian dari siklus belerang yang
sangat penting adalah adanya gas SO2 sebagai bahan pencemar dan H2SO4 dalam
atmosfer. Gas SO2 dikeluarkan dari pembakaran bahan bakar fosil yang mengandung
belerang. Efek utama dari belerang dioksida dalam atmosfer adalah kecenderungan
untuk teroksidasi menghasilkan asam sulfat. Asam ini dapat menyebabkan
terjadinya hujan asam (Achmad, Rukaesih; 2004).
5. Siklus Oksigen
Senyawaan oksigen dengan semua unsure kecuali He,
Ne, dan mungkin Ar dikenal. Molekul oksigen (dioksigen, O2 ) bereaksi dengan
semua unsur lain kecuali halogen, beberapa logam mulia, dan gas-gas mulia baik
dalam suhu ruangan atau pada pemanasan. Oksigen
merupakan unsur yang vital bagi kehidupan di bumi ini. Siklus oksigen
ditampilkan pada gambar di bawah ini
6. Siklus Air
Siklus air atau siklus hidrologi adalah sirkulasi air yang tidak pernah
berhenti dari atmosfer ke bumi dan kembali lagi ke atmosfer melalui proses
kondensasi, prespitasi, evaporasi, dan transpirasi.
Pemanasan air samudera oleh sinar matahari merupakan kunci proses siklus
hidrologi dapat berjalan secara kontinu. Air berevaporasi kemudian jatuh
sebagai prespitasi dalam bentuk hujan, salju, hujan es, hujan salju bercampur
es (sleet), hujan gerimis, atau kabut.
Pada perjalanan menuju bumi, beberapa prspitasi dapat berevaporasi kembali
ke atas atau langsung jatuh ke bumi yang kemudian ditangkap oleh tanaman
sebelum mencapai tanah. Setelah mencapai tanah, siklus hidrologi tersebut
bergerak secara kontinu dalam tiga cara berbeda, yaitu:
Evaporasi
Air yang ada di laut, di daratan, di sungai, di tanaman, dan di
tempat-tempat lain akan menguap ke atmosfer dan kemudian akan menjadi awan.
Pada keadaan jenuh awan uap air tersebut akan menjadi bintik-bintik air yang
yang selanjutnya akan turun (precipitation) dalam bentuk hujan, salju, es, dan
lain-lain.
Infiltrasi/perkolasi
Air bergerak ke dalam tanah melalui celah-celah dan pori-pori tanah dan
batuan menuju permukaan tanah. Air dapat bergerak akibat aksi kapiler atau
secara vertical dan horizontal di bawah permukaan tanah hingga air tersebut
memasuki kembali sistem air permukaan.
Air permukaan
Air bergerak di atas permukaan tanah di dekat aliran utama dan danau. Makin
landai lahan dan makin sedikit pori-pori tanah, maka aliran permukaan semakin
besar. Aliran permukaan tanah dapat dilihat pada daerah urban (perkotaan).
Sungai-sungai kecil bergabung dan membentuk sungai utama yang membawa seluruh
air permukaan disekitar aliran sungai menuju laut. Proses perjalanan air di
daratan terjadi dalam komponen-komponen yang membentuk sistem DAS (Daerah
Aliran Sungai).
7. Siklus
Materi (Mineral)
Beberapa mineral atau unsur hara yang penting bagi tumbuhan adalah fosfor,
kalium, kalsium, magnesium, dan belerang. Di alam, fosfor terdapat dalam dua bentuk, yaitu senyawa fosfat organik
(pada tumbuhan dan hewan) dan senyawa fosfat anorganik (pada air dan tanah).
Fosfor terdapat dalam asam nukleat yang berperan dalam mengangkut energi dan
diperlukan dalam jumlah kecil dan dalam bentuk supefosfat. Fosfor lebih tahan
pembasuhan dan ketersediannya di alam bergantung pada pH tanah.
Fosfat organik dari hewan dan tumbuhan yang mati diuraikan oleh dekomposer
menjadi fosfat anorganik. Fosfat anorganik yang terlarut dalam air atau air
laut akan terkikis dan mengendap dalam sediment laut. Oleh karena itu, fosfat
banyak terdapat di batu karang dan fosil. Fofat dan batu karang dan fosil yang
terkikis akan membentuk fosfat anorganik kembali yang terlarut di air tanah dan
air laut. Fosfat anorganik ini kemudian akan diserap oleh akar tumbuhan
Kalium diperlukan dalam jumlah sedang dan tersedia di alam sebagai ion yang
terdapat pada tumbuhan koloid tanah. Pada tanah humus terdapat banyak kalium,
tetapi dalam bentuk yang tidak dapat dimanfaatkan secara langsung sehingga
perlu pemupukan kalium yang dibutuhkan tanah dalam bentuk kalium iodida.
B. DAUR SIKLUS BIOGEOKIMIA
Siklus biogeokimia
merupakan siklus atau proses perputaran yang secara tetap atau berpola, daur
siklus biogeokimia meliputi Daur Karbon dan Oksigen, Daur nitrogen, Daur
Fosfor, Daur Air
Proses timbal
balik fotosintesis dan respirasi seluler bertanggung jawab atas perubahan dan
pergerakan utama karbon. Naik turunnya CO2 dan O2 atsmosfer secara musiman
disebabkan oleh penurunan aktivitas Fotosintetik. Dalam skala global kembalinya
CO2 dan O2 ke atmosfer melalui respirasi hampir menyeimbangkan pengeluarannya
melalui fotosintesis.
Akan tetapi
pembakaran kayu dan bahan bakar fosil
menambahkan lebih banyak lagi CO2 ke atmosfir. Sebagai akibatnya jumlah
CO2 di atmosfer meningkat. CO2 dan O2 atmosfer juga berpindah masuk ke dalam
dan ke luar sistem akuatik,
dimana CO2 dan O2 terlibat dalam suatu keseimbangan dinamis dengan bentuk bahan
anorganik lainnya.
1.
Daur nitrogen
Di alam, Nitrogen
terdapat dalam bentuk senyawa organik seperti urea, protein, dan asam nukleat
atau sebagai senyawa anorganik seperti ammonia, nitrit, dan nitrat.
• Tahap pertama
Daur nitrogen
adalah transfer nitrogen dari atmosfir ke dalam tanah. Selain air hujan yang
membawa sejumlah nitrogen, penambahan nitrogen ke dalam tanah terjadi melalui
proses fiksasi nitrogen. Fiksasi nitrogen secara biologis dapat dilakukan oleh
bakteri Rhizobium yang bersimbiosis dengan polong-polongan, bakteri Azotobacter
dan Clostridium. Selain itu ganggang hijau biru dalam air juga memiliki
kemampuan memfiksasi nitrogen.
• Tahap kedua
Nitrat yang di
hasilkan oleh fiksasi biologis digunakan oleh produsen (tumbuhan) diubah menjadi
molekul protein. Selanjutnya jika tumbuhan atau hewan mati, mahluk pengurai
merombaknya menjadi gas amoniak (NH3) dan garam ammonium yang
larut dalam air (NH4+). Proses ini disebut dengan amonifikasi. Bakteri
Nitrosomonas mengubah amoniak dan senyawa ammonium menjadi nitrat oleh
Nitrobacter. Apabila oksigen dalam tanah terbatas, nitrat dengan cepat
ditransformasikan menjadi gas nitrogen atau oksida nitrogen oleh proses yang
disebut denitrifikasi.
2.
Daur Fosfor
Posfor merupakan
elemen penting dalam kehidupan karena semua makhluk hidup membutuhkan posfor
dalam bentuk ATP (Adenosin Tri Fosfat), sebagai
sumber energi untuk metabolisme sel.
Posfor terdapat di
alam dalam bentuk ion fosfat (PO43-). 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
Herbivora
mendapatkan fosfat dari tumbuhan yang dimakannya dan karnivora mendapatkan
fosfat dari herbivora yang dimakannya. Seluruh hewan mengeluarkan fosfat
melalui urin dan feses.Bakteri dan jamur mengurai bahan-bahan anorganik di
dalam tanah lalu melepaskan pospor kemudian diambil oleh tumbuhan.
3.
Daur Air
Air di atmosfer
berada dalam bentuk uap air yang natinya akan mengalami siklus hidrologi.
Uap air berasal dari air di daratan dan laut yang menguap karena panas cahaya
matahari. Sebagian besar uap air di atmosfer berasal dari laut karena laut
mencapai tigaperempat luas permukaan bumi. Uap air di atmosfer mengalami kondensasi
menjadi awan yang turun ke daratan dan laut dalam bentuk hujan. Air hujan di
daratan masuk ke dalam tanah membentuk air permukaan tanah dan air tanah.
Tumbuhan darat
menyerap air yang ada di dalam tanah. Dalam tubuh tumbuhan air mengalir melalui
suatu pembuluh. Kemudian melalui tranpirasi uap air dilepaskan oleh tumbuhan ke
atmosfer. Transpirasi oleh tumbuhan mencakup 90% penguapan pada ekosistem
darat.
Hewan memperoleh
air langsung dari air permukaan serta dari tumbuhan dan hewan yang dimakan,
sedangkan manusia menggunakan sekitar seperempat air tanah. Sebagian air keluar
dari tubuh hewan dan manusia sebagai urin dan keringat.
Air tanah dan air
permukaan sebagia mengalir ke sungai, kemudian ke danau dan ke laut. Siklus ini
di sebut Siklus Panjang. Sedangkan siklus yang dimulai dengan proses Transpirasi dan Evapotranspirasi
dari air yang terdapat di permukaan bumi, lalu diikuti oleh Presipitasi atau
turunnya air ke permukaan bumi disebut Siklus Pe
