Geokimia OrganikPengetahuan mengenai perjalanan semua senyawa organik yang terdapat dalam geosfer, mulai asal usulnya dari bakteri, terikatnya senyawa organik ke dalam batuan sedimenter dan tersimpan dalam periode geologi tertentu, sampai kembali ke permukaan bumi, yang kesemuanya itu melibatkan berbagai proses transformasi biokimia dan geokimia

1. Produksi dan Siklus Bahan Organik di Alam - Siklus Karbon Global - Fotosintesis dan Evolusi kehidupan - Konstribusi utama terhadap bahan organik sedimenter - Fotosintesis dan isotop stabil karbonR. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 02 1

Siklus Karbon Global Kandungan karbon di bumi hanya sekitar 0.08 % yang terdapat di litosfer, hidrosfer dan atmosfer, tetapi merupakan unsur yang sangat penting dalam kehidupan Bentuknya dapat berupa intan dan grafit (bentuk lahirnya karbon), kalsium dan magnesium karbonat (kalsit, batu kapur, dolomit, marbel dan kapur) dan hidrokarbon (gas, minyak dan batubara) Kuliah ini akan mempelajari bagian hidrokarbon (gas, minyak dan batubara) beserta kemampuan karbon untuk bersenyawa dengan berbagai unsur seperti dengan hidrogen, oksigen, belerang dan nitrogen secara alamiah

R. Y. Perry Burhan

Geokimia Organik 02

2

Siklus Karbon GlobalPengkajian karbon di biosfer dan geosfer dimulai dari siklus karbon global, seperti gambaran berikut :

R. Y. Perry Burhan

Geokimia Organik 02

3

Reservoir karbon dan pengalirannya

Pada gambaran tersebut terlihat berbagai kompartemen karbon (reservoir), dan pengaliran antar kompartemen. Reservoir karbon ditandai dengan kotak dan pengaliran per tahun ditandai dengan gambar panah dengan satuan Gt (109 ton). Reservoir karbon paling besar (99.9 % dari total) adalah dalam bentuk karbonat yang terdapat pada batuan sedimenter Masukan dan luaran antar reservoir berada dalam kesetimbangan

R. Y. Perry Burhan

Geokimia Organik 02

4

Organisme yang terlibat dan siklus karbonDi atmosfir karbon terdapat dalam bentuk CO2, diambil oleh tumbuhan melalui fotosintesis dengan bantuan sinar matahari disebut sebagai produksi kotor primer. Sebagian produksi kotor primer digunakan sebagai sumber energi dalam proses biokimia, disebut sebagai respirasi. Respirasi membakar senyawa organik, sehingga melepasan kembali karbon ke atmosfir, sedangkan yang tetap tertinggal untuk pertumbuhan dan reproduksi disebut sebagai produksi primer bersih. Produksi primer bersih tahunan tumbuhan darat dan laut hampir sama (masing-masing 60 dan 40 Gt), walaupun biomassanya tidak sama bomassa tidak mempengaruhi produksi Produksi primer di samudra 95 % dilakukan oleh fitoplankton yang mempunyai umur lebih pendek dari tumbuhan daratR. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 02 5

Organisme yang terlibat dan siklus karbon (lanj.)Semua makhluk hidup menggunakan sinar matahari untuk proses fotosintesis menjadi karbohidrat, kecuali tumbuhan dan beberapa bakteri (mis. sianobakteri) fototrof Bakteri pengguna senyawa kimia (amoniak, nitrit dan ion besi) untuk menghasilkan senyawa organik kemotrof. Fototrof dan kemotrof autotrof (karena menghasilkan bahan organik dari sumber anorganik) dan selain itu (yang butuh pasokan bahan organik) heterotrof Produksi primer paling banyak dilakukan karnivor, dan herbivor adalah yang pertama penyentuh rantai makanan, lalu jaringan tanaman di mangsa oleh hewan herbivor. Tanaman mati dan kotoran hewan detritus, dan dalam tanah terjadi rantai makanan detrital, oleh hewan invertebrata yang disebut detritivor, dan yang paling penting adalah dekomposer berupa bakteri dan jamurR. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 02 6

Akumulasi bahan organik sedimenterDi lingkungan laut (marin) bahan organik (95 %) didaur ulang oleh organisma pelagik (yang mengapung), dan sebagian oleh organisma benthik (yang di permukaan sedimen) membentuk sedimen kaya bahan organik. Total karbon terakumulasi ke dalam sedimen sekitar 4 Mt/th atau sekitar 0.01 % dari produksi primer bersih marin. Di lingkungan daratan (terrestrial) preservasi bahan organik tidak diketahui dengan tepat, tetapi banyak terjadi dalam pembentukan lumpur (meskipun lebih rendah dari sedimentasi marin). Akumulasi di daratan masih ada lagi seperti sedimentasi di lingkungan danau (lakustrin), tetapi jumlah air di danau lebih sedikit dari lautan preservasi bahan organik secara gobal terjadi pada sedimen marin Penyimpangan dapat terjadi pada siklus apabila karbon masuk ke atmosfer sebagai metana dan karbon monoksida.R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 02 7

Produksi primer marin dan sedimentasiDi lingkungan laut (marin) bahan organik (95 %) didaur ulang oleh organisma pelagik (yang mengapung), dan sebagian oleh organisma benthik (yang di permukaan sedimen) membentuk sedimen kaya bahan organik. Total karbon terakumulasi ke dalam sedimen sekitar 4 Mt/th atau sekitar 0.01 % dari produksi primer bersih marin. Di lingkungan daratan (terrestrial) preservasi bahan organik tidak diketahui dengan tepat, tetapi banyak terjadi dalam pembentukan lumpur (meskipun lebih rendah dari sedimentasi marin). Akumulasi di daratan masih ada lagi seperti sedimentasi di lingkungan danau (lakustrin), tetapi jumlah air di danau lebih sedikit dari lautan preservasi bahan organik secara gobal terjadi pada sedimen marin Penyimpangan dapat terjadi pada siklus apabila karbon masuk ke atmosfer sebagai metana dan karbon monoksida.R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 02 8

Fotosintesa dan Evolusi KehidupanPengendapan dan penyimpanan bahan organik di bumi mengalami perubahan sejak kejadian bumi hingga sekarang. Gas hidrogen dan helium di atmosfir digantikan oleh gas-gas baru dari dalm planet karena ada pembebasan oksigen dari fotosintesis

Kejadian penting yang mengganggu siklus karbon selama evolusi bumiR. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 02 9

Oksigen atmosfer, fotosintesis dan organisme awalOrganisme pertama yang melakuka fotosintesis dan membebaskan oksigen adalah sianobakteri (dulu disebut alga biru-hijau) bakteri fotosintetik Sianobakteri tidak hidup di lingkungan air, yang siap memasok air sebagai sumber hidrogen pada sintesis karbohidrat. Sianobakteri pada 3500 Ma ditemukan sebagai stromatolites Pembebasan oksigen berakibat terjadinya oksidasi Fe(II) menjadi Fe(III) Pada era Archaean terjadi respirasi aerobik oleh makhluk Archaean Proses tektonik mengakibatkan pereduksian gas dan dapat meningkatkan jumlah oksigenR. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 02 10

Evolusi organisme berdasarkan perbandingan sekuens RNA

R. Y. Perry Burhan

Geokimia Organik 02

11

Proses kimia yang melibatkan fotosintesis oksigenik

R. Y. Perry Burhan

Geokimia Organik 02

12

Evolusi kehidupan di lautPada zaman Precambrian, prokariot, bakteri fotosintetik dan sianobakteri produsen utama karbon organik Pada zaman Cambrian sampai Silurian, kedua prokariot + eukariot berupa tumbuhan fotosintetik yang hidup di permukaan air samudera bergabung sebagi penghasil karbon fitoplankton Fitoplankton awal : alga hijau (dinding selnya organik) Pada zaman Mesozoik muncul calcareous nanoplankton berupa dinoflagellata dan coccolithophores produksi primer Pada zaman Cretaceous dan Cenozoik muncul siliceous fitoplankton berupa diatoma dan silikoflagellata Saat ini produsen primer utama sediki coccolithophoresR. Y. Perry Burhan

dinoflagellata, diatoma dan13

Geokimia Organik 02

Evolusi kehidupan di lautPada zaman Precambrian hidup herbivorous zooplankton : radiolarians dan foraminiferans produsen bahan organik Zooplankton penting saat ini : copepodes (crustaceans kecil) dan foraminifrous Alga multiseluler non plankton muncul selama zaman Cambrian sampai Ordovician dan Silurian yang diklasifikasikan berdasarkan warna : Hijau (Chlorophyta), merah (Rhodophyta), coklat (Phaeophyta) Fungi muncul selama berlangsungnya evolusi alga dan sudah ditemukan fosilnya sejak zaman PrecambrianR. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 02 14

Evolusi kehidupan di daratOrganisme fotosintetik penting daratan : tumbuhan vaskular yang berevolusi dari alga-hijau, berupa tumbuhan tingkat tinggi dan juga bryophytes Vegetasi tumbuhan tumbuh selama zaman Devonian akhir dan Carboniferous pembentuk hutan batubara Tumbuhan vaskular bereproduksi awalnya dengan spora. Tumbuhan berbiji dimulai dengan gymnosperms pada Devonian akhir dari pteridophyte Gymnosperms didominasi oleh cycad, conifers dan ginkgos sampai munculnya tumbuhan darat angiosperms pada zaman Cretaceous Saat ini tumbuhan darat didominasi oleh angiosperms (tumbuhan berbunga), tapi gymnosperms masih tetap ada. Fosil dari Cretaceaos dan Tersier yang menghasilkan batubara didominasi oleh organisme ini.R. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 02 15

Kontributor utama bahan organik sedimenter

R. Y. Perry Burhan

Geokimia Organik 02

16

Kontributor utama bahan organik sedimenter pada kondisi saat ini

Fitoplankton dan tumbuhan tingkat tinggi merupakan kontributor utama dalam menghasilkan bahan organik sedimenter di darat. Di lautan kontributor utama adalah fitoplankton dan zooplankton dan tumbuhan tingkat tinggi juga memberikan kontribusi di pantai dan di danau Saat ini produksi primer bahan organik di laut dan di darat jumlahnya hampir sama Sumber bahan organik lain yang penting adalah bakteri, seperti di Laut Hitam bakteri autotrof merupakan kontributor penting Ada empat kontributor utama bahan organik sedimenter, yaitu : fitoplankton, bakteria, tumbuhan tingkat tinggi dan zooplanktonR. Y. Perry Burhan Geokimia Organik 02 17

Kontributor utama bahan organik sedimenter brdasarkan temuan fosil

Organisme bersel satu disitir sebagai acritarchs yang mungkin berasal dari baketri atau alga Organisme lain yang dicatat sebagai sumber bahan organik fosil adalah baketri dan fungi

R. Y. Perry Burhan

Geokimia Organik 02

18