SIKLUS KIMIA OLEH MAHKLUK HIDUP KE DAN DARI LINGKUNGAN

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:

1. Daur Air/siklus hidrologi
2. Daur Karbon
3. Daur Nitrogen
4. Daur Fosfor
5. Daur sulfur/belerang

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

    Merupakan hal yang penting dalam keberlangsungan daur air alami.    

  

Skema siklus hidrologi :

    

• 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 karena penguapan oleh tumbuhan (Transpirasi)
• 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. 

2.  Daur/siklus Karbon (C)

• Siklus ini berkaitan dengan siklus oksigen
• Siklus karbon berkaitan erat dengan peristiwa fotosintesis yang berlangsung pada organisme autotrof dan peristiwa respirasi yang berlangsung pada organisme heterotrof 
• Carbon diambil/diserap oleh tumbuhan dari lingkungan untuk fotosintesis dalam bentuk CO2
• CO2 dilepas ke lingkungan oleh semua organisme  baik heterotrof maupun autotrof 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 penggunaanbahan 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 :

Short Cut :

• Pada siklus carbon ini mudah sekali dipahami bila ada tanda panah kebawah dari udara pasti menuju ketumbuhan karena ia yang bisa menyerapnya maka tanda panah kebawah pasti Fotosintesis 
• Jika tanda panahnya keatas pasti dari semua organisme karea semua melakukan oksidisasi atau respirasi untuk bisa mendapatkan energi untuk aktivitas
• Jika tanda panah di bawah tanah bisa penguraian kalau organisme itu mati ( dekomposisi) dan diuraikan dekomposer 
• Hasil urainnya Carbon atau abunya diserap oleh akar tumbuhan dalam bentuk abu anorganik
• Jika ke udara dalam bentuk asap gas yang terdapat partikulat padat misalnya pembakaran sampah /hutan disebut pembakaran 
• Begitu juga dari hasil pembakaran bahan bakar fosil misalnya minyak bumi atau batubara OK  

3. 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, 

Perhatikan Skema siklus nitrogen berikut !

Lebih jelasnya demikian

Keterangan

1.  Nitrifikasi
2.  Nitrafikasi
3.  Assimilasi
4.  Denitrifikasi : apabila oksigen dalam tanah terbatas, nitrat dengan cepat ditransformasikan menjadi gas nitrogen atau oksida nitrogen 
5. Fiksasi
6. Amonifikasi

Skema nitrifikasi dan nitrasi

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

Nitrasi : perubahan senyawa nitrit menjadi nitrat (tidak bersifat toksik) oleh Nitrobacter.

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 anorganik nitrat HNO3 dengan menghasilkan energi 
• Energi itulah yang kemudian digunakan oleh bakteri nitrifikans (energi berasal dari energi hasil reaksi kimia /khemosintesis oleh  bakteri) yang akan digunakan untuk membentuk glukosa sebagai bahan organik dari karbon dioksida (anorganik ) OK
• Nitrat sebagai bahan anorgai akan diserap kembali oleh  tumbuhan jadi nitrat bukan organik karena tumbuhan tidak memerlukan organik langsung dari lingkungan .  
• Selain melalui petir juga penyerapan nitrogen dapat melalui fiksasi (pengikatan langsung Nitrogen di udara oleh mikroorganisme Fiksasi

Mikroorganisme yang mampu Memfiksasi Nitrogen adalah  (Note Fiksasi beda dengan Nitrifikasi OK)

• Rhizobium leguminosarum
• Azotobacter
• Clostridium  pasteurianum
• Nostoc cummune, 
• Anabaena azzolae) 

Detail 

• Rhizobium leguminosarum : bersimbiosis dengan kacang kacangan membentuk bintil akar
• Anabaena azzolae  : bersimbiosis dengan paku air (Azolla pinata)  dan pakis haji (Cycas rumpii)
• 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 

4.  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.

e. Daur Belerang/Sulfur (S)

• Sulfur merupakan unsur non logam 
• Bentuk aslinya adalah sebuah zat padat kristal 
• Mineral Sulfur ini berwarna kuning
• Sulfur 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 Sulfur ditemukan  dalam bentuk senyawa asam amino (CHONSP) 
• 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