Siklus Biogeokimia

TUGAS MIKROBIOLOGI LINGKUNGAN

“SIKLUS BIOGEOKIMIA”

DOSEN PENGAMPU   :

ARDYAN PRAMUDYA KURNIAWAN S.Si, M.Sc

DISUSUN OLEH :

1. RIZKY TRI JAYANTI                            (14513027)

2. DWITA SUBHI RAMADHAN              (14513121)

3. ISNA AMALIA ABDA                            (14513132)

4. MAYU DWI ANJANI                             (14513157)

5. MARGITA RAHAYU ABAY                (14513144)

6. NADYYA NURUL VAHRA                  (14513181)

                               

JURUSAN TEKNIK LINGKUNGAN

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN

UNIVERSITAS ISLAM INDONESIA

2015

BAB 1

PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

Udara, air, tanah, kehidupan, dan teknologi saling berkaitan secara erat. Atmosfer merupakan lapisan tipis gas-gas yang menyelimuti permukaan bumi, memegang peranan penting sebagai tempat penampungan (reservoir) dari berbagai macam gas. Atmosfer juga menyeimbangkan panas bumi, mengabsorbsi energy dan merusak radiasi sinar ultra violet yang datang dari matahari. Selain itu memindahkan energy panas dari wilayah ekuator, serta berfungsi sebagai jalan atau media pergerakan air pada phase uap dalam siklus hidrologi (Achmad, Rukaesih;2004).

Hidrosfer mengandung air bumi. Lebih dari 97% dari air bumi berupa lautan, dan sisa yang terbanyak berupa air tawar dalam bentuk es. Oleh karena itu secara relative hanya sedikit persentase dari total air bumi yang secara actual terlibat dengan tanah, atmosfer, dan proses-proses biologis. Kehebatan dari air laut yang mengalami sirkulasi melalui proses-proses dalam lingkungan, dan sirkulasi tersebut terjadi dalam atmosfer, dalam sumber air, dan dalam air permukaan seperti saluran air, sungai-sungai, danau-danau, waduk-waduk dan penampungan-penampungan air (Achmad, Rukaesih: 2004).

Geosfer terdiri dari padatan bumi meliputi tanah yang sangat mendukung kehidupan tumbuhan. Bagian dari geosfer yang langsung terlibat dengan proses-proses lingkungan melalui kontak dengan atmosfer, hidrosfer dan semua kehidupan adalah litosfer. Semua kehidupan yang ada di bumi membentuk biosfer (Achmad, Rukaesih;2004) .

Suatu ekosistem terdiri dari interaksi yang menguntungkan antara organisme-organisme dengan lingkungannya di mana terjadi pertukaran dari sejumlah besar material-material dalam bentuk siklus, yang dikenal dengan siklus materi. Siklus materi menyangkut bagaimana aliran atau perjalanan materi yang terdiri dari bahan-bahan kimia dari satu media ke media lainnya di dalam lingkungan, termasuk di dalamnya media kehidupan Bahan-bahan kimia yang termasuk penyusun kehidupan yang paling banyak antara lain: karbon, nitrogen, oksigen, belerang, dan fosfor (Achmad, Rukaesih;2004). 

Secara struktural setiap siklus materi terdiri dari bagian cadangan dan bagian yang mengalami pertukaran. Di dalam bagian cadangan, unsur kimia tersebut akan terikat dan sulit bergerak, atau pergerakannya lambat. Di dalam bagian pertukaran, unsur kimia tersebut aktif bergerak atau mengalami pertukaran. siklus materi dibedakan atas dua tipe, yaitu tipe gas dan tipe sidimeter. Nitrogen merupakan salah satu siklus materi tipe gas. Bagian cadangannya terdapat di dalam atmosfer. sedangkan siklus fosfor merupakan contoh siklus materi tipe sedimenter. Bagian cadangan siklus fosfor terdapat di dalam tanah atau kerak bumi dan sukar terlarut, sehingga siklus ini mudah terganggu (Kuncoro.2007). 

Dalam siklus nitrogen, fosfor maupun belerang, terdapat organisme-organisme yang mempunyai peranan penting untuk berlangsungnya siklus tersebut, misalnya organisme penambat nitrogen bebas. Pengetahuan mengenai peranan organisme dalam siklus materi dapat dimanfaatkan manusia, misalnya dalam bidang pertanian. Siklus materi yang satu dengan yang lain dapat saling terkait atau mempengaruhi. Hal ini dapat dilihat misalnya pada siklus belerang. Aktivitas manusia juga dapat mempengaruhi siklus materi. Sebagai contohnya adalah kegiatan pabrik dan mesin-mesin kendaraan bermotor dapat meningkatkan kandungan senyawa-senyawa oksidasi beterang, dan oksida nitrogen di udara (Kuncoro. 2007). 

B.     TUJUAN

1.      Mahasiswa dapat mengetahui Pengertian siklus biogeokimia.

2.      Mahasiswa dapat mengetahui Jenis-jenis siklus biogeokimia.

3.      Mahasiswa dapat mengetahui Fungsi siklus biogeokimia.

C.     RUMUSAN MASALAH

1. Apakah yang dimaksud dengan siklus biogeokimia?
2. Apa saja jenis-jenis siklus biogeokimia?
3. Apakah fungsi dari siklus biogeokimia?

BAB II

PEMBAHASAN

A.   Pengertian Siklus Biogeokimia

Biogeokimia adalah pertukaran atau perubahan yang terus menerus, antara komponen biosfer yang hidup dengan tak hidup. Siklus biogeokimia atau siklus organik-anorganik adalah siklus unsur atau senyawa kimia yang mengalir dari komponen abiotik ke biotik dan kembali lagi ke komponen abiotik. Siklus unsur-unsur tersebut tidak hanya melalui organisme, tetapi jugs melibatkan reaksireaksi kimia dalam lingkungan abiotik sehingga disebut siklus biogeokimia.

          Jika aliran energi merupakan arus satu arah yang diperbarui terus dari pasokan Sinar Surya, aliran materi yang diperlukan dunia kehidupan pada dasarnya bersifat dua arah, karena bahan-bahan kimia terbatas persediannya hingga harus digunakan lagi melalui proses perputaran (siklus). Karena proses siklus materi tidak hanya terjadi dalam tubuh organisme (biota) tetapi berlangsung juga dalam lingkungan abiotik, proses ini disebut siklus biogeokimia.

          Siklus biogeokimia merupakan pergerakan memutar unsur apa pun melalui atmosfer, samudra, kerak bumi, dan makhluk hidup. Menurut Hutchinson (1944 , 1950) siklus biogeokimia merupakan suatu pertukaran atau perubahan yang terus – menerus dari bahan-bahan antara komponen biotik dan abiotik. Berdasarkan sumber  yang ada di alam, siklus biogeokimia dibagi dalam 2 golongan yaitu :

1.   Tipe gas, sebagai sumbernya atmosfer dan lautan (hidosfer) misalnya siklus hidrogen.

2.   Tipe sedimen, sumbernya adalah batuan bumi seperti fosfor, kalsium dan kalium.

          Siklus biogeokimia pada akhirnya cenderung mempunyai mekanisme umpan-balik yang dapat mengatur sendiri (self regulating) menjaga siklus itu dalam keseimbangan. Siklus biogeokimia yang terpenting adalah siklus karbon, siklus nitrogen, dan siklus fosfor, yang berperanan terhadap lingkungan tanaman. Aliran energi pada suatu ekosistem berjalan dalam satu arah. Energi ekosistem berasal dari energi matahari yang digunakan produsen untuk berfotosintesis. Sehingga, energi tersebut diubah menjadi energi kimia dan kemudian diteruskan ke konsumen dalam bentuk senyawa-senyawa

organik dalam makanannya, dan dibuang dalam bentuk panas. Unsur-unsur kimia, seperti karbon dan nitrogen, bersiklus di antara komponen-komponen abiotik dan biotik ekosistem. Organisme fotosintetik mendapatkan unsur-unsur ini dalam bentuk anorganik dari udara, tanah, dan air, dan mengasimilasi unsur-unsur tersebut menjadi molekul organik, yang sebagian kemudian dikonsumsi oleh hewan.

 Unsur itu dikembalikan dalam bentuk anorganik ke udara, tanah, dan air melalui metabolisme tumbuhan dan hewan, serta melalui organisme lain, seperti bakteri dan fungi, yang menguraikan buangan organik dan organisme yang mati.Karena pergerakan unsur-unsur yang merupakan nutrien di dalam ekosistem terjadi secara berulang melalui komponen biotik dan abiotik (geologis), maka proses tersebut juga disebut siklus biogeokimia (biogeochemical cycle). Pada siklus tersebut, unsur atau senyawa kimia mengalir dari komponen abiotik ke komponen biotik, lalu kembali lagi ke komponen abiotik. Siklus unsur-unsur tersebut tidak hanya melalui makhluk hidup, tetapi melibatkan juga reaksi-reaksi kimia dalam lingkungan abiotik.

Proses-proses biologis dan geologis menggerakkan nutrien di antara komponen-komponen organik dan anorganik. Lintasan spesifik suatu bahan kimia melalui suatu siklus biogeokimia bervariasi menurut unsur yang dimaksud pada struktur trofik suatu ekosistem.

B.   Jenis-jenis siklus biogeokimia

a. Siklus Karbon dan Oksigen

Karbon merupakan bahan dasar penyusun senyawa organik. Di dalam organisme hidup terdapat 18% karbon. Kemampuan saling mengikat pada atom-atom karbon (C) merupakan dasar bagi keragaman molekul dan ukuran molekul yang sangat diperlukan dalam kehidupan. Selain terdapat dalam bahan organik, karbon juga ditemukan dalam senyawa anorganik, yaitu gas karbondioksida (CO₂) dan batuan karbonat (batu kapur dan koral) dalam bentuk calsium karbonat (CaCO₃). Organisme autotrof (tumbuhan) menangkap karbon dioksida dan mengubahnya menjadi karbohidrat, protein, lipid, dansenyawa organik lainnya. Bahan organik yang dihasilkan tumbuhan ini merupakan sumber karbon bagi hewan dan konsumen lainnya.Pada setiap tingkatan trofik rantai makanan, karbon kembali ke atmosfer atau air sebagai hasil pernapasan (respirasi).Produsen, herbivora, dan karnivora selalu bernapas dan menghasilkan gas karbondioksida. Setiap tahun, tumbuhan mengeluarkan sekitar sepertujuh dari keseluruhan CO₂ yang terdapat di atmosfer. Meskipun konsentarasi CO₂ di atmosfer hanya sekitar 0,03%, namun karbon mengalami siklus yang cepat, sebab tumbuhan mempunyai kebutuhan yang tinggi akan gas CO₂.

Walaupun begitu, sejumlah karbon dipindahkan dari siklus itu dalam waktu yang lebih lama. Hal ini mungkin terjadi karena karbon terkumpul di dalam kayu dan bahan organik lain yang tahan lama, termasuk batu bara dan minyak bumi. Perombakan oleh detritivor akhirnya mendaur ulang karbon ke atmosfer sebagai CO₂. Selain itu pembakaran kayu dan bahan bakar fosil juga ikut berperan, karena api dapat mengoksidasi bahan organik atau kayu menjadi CO2 dengan lebih cepat.

Gambar siklus Karbon dan Oksigen

b. Siklus Fosfor

Keberadaan fosfor pada organisme hidup sangat kecil, tetapi peranannya sangat diperlukan. Atom fosfor hanya ditemukan dalam bentuk senyawa fosfat (PO₄^-3). Fosfat diserap oleh tumbuhan dan digunakan untuk sintesis organik. Fosfor banyak dikandung oleh asam nukleat, yaitu bahan yang menyimpan dan mentranslasikan sandi genetik. Atom fosfor juga merupakan dasar bagi ATP (Adenosine Tri Phospat) berenergi tinggi yang digunakan untuk respirasi seluler dan fotosintesis.

Selain itu merupakan salah satu mineral penyusun tulang dan gigi. Fosfor merupakan komponen yang sangat langka dalam organisme tak hidup. Produktivitas ekosistem darat dapat ditingkatkan jika fosfor dalam tanah ditingkatkan. Peristiwa pelapukan batuan oleh fosfat akan menambah kandungan fosfat di dalam tanah. Contohnya adalah akibat hujan asam Setelah produsen menggabungkan fosfor ke dalam bentuk biologis, fosfor dipindahkan ke konsumen dalam bentuk organik. Setelah itu, fosfor ditambahkan kembali ke tanah melalui ekskresi fosfat oleh hewan dan bekteri penguarai detritus. Humus dan partikel tanah mengikat fosfat sedemikian rupa, sehingga siklus fosfor terlokalisir dalam ekosistem.

Namun, fosfor dapat dengan mudah terbawa aliran air yang pada akhirnya terkumpul di laut. Erosi yang terjadi akan mempercepat pengurasan fosfat di samping pelapukan batuan yang sejalan dengan hilangnya fosfat. Fosfat yang berada di lautan secara perlahan terkumpul dalam endapan yang kemudian tergabung dalam batuan. Ketika permukaan air laut mengalami penurunan atau dasar laut mengalami kenaikan, batuan yang mengandung fosfor ini menjadi bagian dari ekosistem darat. Dengan demikian, fosfat mengalami siklus di antara tanah, tumbuh an, dan konsumen dalam waktu tertentu.

Gambar siklus Fosfor

c. Siklus Nitrogen

Atmosfer mengandung lebih kurang 80% atom nitrogen dalam bentuk gas nitrogen (N₂). Di dalam organisme, nitrogen ditemukan dalam semua asam amino yang merupakan penyusun protein. Bagi tumbuhan, nitrogen tersedia dalam bentuk amonium (NH⁴⁺) dan nitrat (NO^3-) yang masuk ke dalam tanah melalui air hujan dan pengendapan debu-debu halus atau butiran lainnya.

 Beberapa tumbuhan,seperti seperti Bromeliaceae epifit yang ditemukan di hutan hujan tropis, memiliki akar udara yang dapat mengambil NH⁴⁺ dan NO^3-secara langsung dari atmosfer. Jalur lain penambahan nitrogen dalam ekosistem adalah melalui fiksasi nitrogen (nitrogen fixation).

Fiksasi nitrogen merupakan proses perubahan gas nitrogen (N₂) menjadi mineral yang digunakan untuk mensintesis senyawa organik seperti asam amino. Nitrogen difi ksasi oleh bakteri Rhizobium, Azotobacter, dan Clostridium yang hidup bebas dalam tanah. Selain dari sumber alami, sekarang ini fiksasi nitrogen dibuat secara industri yang digunakan sebagai pupuk. Pupuk bernitrogen ini memberikan sumbangan utama dalam siklus nitrogen di suatu ekosistem akibat kegiatan pertanian. Meskipun tumbuhan dapat menggunakan amonium secara langsung, tetapi sebagian besar amonium dalam tanah digunakan oleh bakteriaerob tertentu sebagai sumber energi. Aktivitas ini mengubah ammonium menjadi nitrat (NO3 kemudian menjadi nitrit (NO2-). Proses ini disebut nitrifi kasi.

Nitrat yang dibebaskan bakteri ini kemudian diubah oleh tumbuhan menjadi bentuk organik, seperti asam aminodan protein. Beberapa hewan akan mengasimilasi nitrogen organic dengan cara memakan tumbuhan atau hewan lain. Pada kondisi tanpa oksigen (anaerob), beberapa bakteri dapat memperoleh oksigen untuk metabolisme dari senyawa nitrat. Proses ini disebut denitrifi kasi. Akibat proses ini, beberapa nitrat diubah menjadi N2 yang kembali ke atmosfer. Perombakan dan penguraian nitrogen organik kembali menjadi amonium yang disebut amonifi kasi dilakukan oleh bakteri dan jamur pengurai. Proses-proses tersebut akan mendaur ulang sejumlah besar nitrogen di dalam tanah.

Gambar siklus Nitrogen

d. Siklus Air

Air merupakan komponen penting bagi kehidupan. Selain itu, aliran airdalam ekosistem berperan mentransfer zat-zat dalam siklus biogeokimia. Siklusair digerakkan oleh energi matahari melalui penguapan (evaporasi) dan terjadinya hujan (presipitasi).

Di lautan, jumlah air yang menguap lebih besar dari curah hujan. Kelebihan uap air ini dipindahkan oleh angin ke daratan. Di atas daratan, persipitasi melebihi evaporasi. Aliran air permukaan dan air tanah dari darat menyeimbangkan aliran uap air dari lautan ke darat. Siklus air memiliki sifat khas dibandingkan siklus biogeokimia yang lain.

 Sebagian besar siklus ini terjadi melalui proses fisik, bukan kimia. Dalam proses-proses tersebut air berbentuk H ₂O, sedangkan di dalam fotosintesis terjadi perubahan air secara kimiawi.

Gambar siklus Air

e. Daur Belerang (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.

                                               Gambar siklus sulfur

C.     Fungsi  Siklus Biogeokimia
              Fungsi Daur Biogeokimia adalah 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.

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

1.      Biogeokimia adalah pertukaran atau perubahan yang terus menerus, antara komponen biosfer yang hidup dengan tak hidup.

2.      Jenis-jenis siklus biogeokimia

a.       Karbon dan oksigen

b.      Fosfor

c.       Nitrogen

d.      Sulfur

e.       Air

3.      Fungsi dari siklus biogeokimia adalah untuk menjaga kestabilan ekosisitem yang ada di muka bumi.

DAFTAR PUSTAKA

·         Anonim. 2009. Siklus Biogeokimia. Online http://id.wikipedia.org/wiki/Siklus_karbon, diakses 18 Februari (2009).

·         Achmad, Rukaesih. 2004. Kimia Lingkungan. Universitas Negeri Jakarta: Jakarta.

·         Cotton dan Wilkinson. 1989. Kimia Anorganik Dasar. Jakarta: UI-PRESS.

·         Kuncoro. 2007. Pola dan Tipe Dasar Siklus Biogeokimia. Online (http://kun.co.ro/2007/01/10/, diakses 18 Februari 2009). 

ISI SURVEI DIBAYAR MAHAL http://www.indosurvei.com/exostan