1

DAUR BIOGEOKIMIA

A. Pengertian Daur Biogeokimia

Siklus biogeokimia atau siklus organikanorganik adalah siklus unsur atau

senyawa kimia yang mengalir dari komponen abiotik ke biotik dan kembali lagike

komponen abiotik. Dengan kata lain Siklus Biogeokimia adalah suatu proses atau

perputaran (daur) yang didalamnya berlangsung penggunaan dan pelepasan unsur-unsur

anorganik yang esensial bagi tubuh serta melibatkan peristiwa biologis, geologis, dan

kimia. Contoh dari daur biogeokimia terdapat pada sawah, sawah adalah contoh

ekosistem yang melibatkan daur biogeokimia. Daur biogeokimia melibatkan beberapa

unsur-unsur kimia dan juga makhuk hidup serta ekosistem yang menjadi tempat

berlangsungnya daur biogeokimia. Salah satu contoh dari unsur kimia yang terlibat

dalam daur biogeokimia adalah Oksigen. Oksigen adalah gas yang digunakan oleh

makhluk hidup untuk bernafas sehingga disuatu ekosistem terdapat gas oksigen

Siklus unsur-unsur tersebut tidak hanya melalui organisme, tetapi juga

melibatkan reaksi reaksi kimia dalam lingkungan abiotik sehingga disebut siklus

biogeokimia. Siklus-siklus tersebut antara lain: siklus air, siklus oksigen, siklus karbon,

siklus nitrogen, dan siklus sulfur.

B. Contoh Unsur-Unsur Daur Biogeokimia

Daur Nitrogen

Daur Karbon dan Oksigen

Daur Air

Daur Belerang

Daur Posfor

1. Daur Air

daur-air

2

Air di atmosfer berada dalam bentuk uap air. 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 terkondensasi 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 sebagian 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 Pendek.

2. Daur Karbon dan Oksigen

3

daur-karbon

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.

3. Daur Nitrogen

4

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.

4. Daur Belerang (Sulfur)

5

daur-belerang

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.

5. Daur Posfor

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

6

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.

C. Apakah Daur Air Merupakan Daur Biogeokimia

Daur Air

daur-air

Air di atmosfer berada dalam bentuk uap air. 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 terkondensasi 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

7

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 sebagian 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 Pendek.

Daur air merupakan bagian dari daur biogeokimia karena air merupakan alat

transfer utama bagi pemindahan zat dalam beberapa daur biogeokimia. Air bergerak

dalam daur air secara global. Daur air ialah pergerakan air melalui sistem biotik dan

abiotik. Air sangat penting karena fungsinya sebagai pelarut kation dananion, pengatur

suhu tubuh, pengatur tekanan osmotic sel, dan bahan baku fotosintetis. Di alam daur air

sebagai berikut: Semua tempat yang terkena enegi matahari (air laut) akan menguap

termasuk pada tumbuhan dan hewan. Akibat tiupan angin, awan menuju permukaan

daratan

D. Contoh Daur Biogeokimia & Analisis

Siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan antara

biosfer ,geosfer , hidrosfer , dan atmosfer bumi.

8

Diagram dari siklus karbon. Angka dengan warna hitam menyatakan berapa

banyak karbon tersimpan dalam berbagai reservoir, dalam milyar ton("GtC" berarti Giga

Ton Karbon). Angka dengan warna biru menyatakan berapa banyak karbon berpindah

antar reservoir setiap tahun. Sedimen, sebagaimana yang diberikan dalam diagram, tidak

termasuk ~70 juta GtC batuan karbonat dankerogen. Model siklus karbon dapat

digabungkan ke dalam model iklim global, sehingga reaksi interaktif dari lautan dan

biosfer terhadap nilai CO2 di masa depan dapat dimodelkan. Ada ketidakpastian yang

besar dalam model ini, baik dalam sub model fisika maupun biokimia (khususnya pada

sub model terakhir). Model-model seperti itu biasanya menunjukkan bahwa ada timbal

balik yang positif antara temperatur dan CO2 . Sebagai contoh, Zeng dkk. (GRL, 2004)

menemukan dalam model mereka bahwa terdapat pemanasan ekstra sebesar 0,6°C (yang

sebaliknya dapat menambah jumlah CO2 atmosferik yang lebih besar). Karbon diambil

dari atmosfer dengan berbagai cara: Ketika matahari bersinar, tumbuhan melakukan

fotosintesa untuk mengubah karbon dioksida menjadi karbohidrat, dan melepaskan

oksigen ke atmosfer. Proses ini akan lebih banyak menyerap karbon pada hutan dengan

tumbuhan yang baru saja tumbuh atau hutan yang sedang mengalami pertumbuhan yang

cepat.

Pada permukaan laut ke arah kutub, air laut menjadi lebih dingin dan CO2 akan

lebih mudah larut. Selanjutnya CO2 yang larut tersebut akan terbawa oleh sirkulasi

termohalin yang membawa massa air di permukaan yang lebih berat ke kedalaman laut

atau interior laut (lihat bagian solubility pump).Di laut bagian atas (upper ocean), pada

daerah dengan produktivitas yang tinggi, organisme membentuk jaringan yang

mengandung karbon, beberapa organisme juga membentuk cangkang karbonat dan

bagian- bagian tubuh lainnya yang keras. Proses ini akan menyebabkan aliran karbon ke

bawah (lihat bagian biological pump). Pelapukan batuan silikat. Tidak seperti dua proses

sebelumnya, proses initidak memindahkan karbon ke dalam reservoir yang siap untuk

9

kembali keatmosfer. Pelapukan batuan karbonat tidak memiliki efek netto terhadap CO2

atmosferik karena ion bikarbonat yang terbentuk terbawa ke laut dimana selanjutnya

dipakai untuk membuat karbonat laut dengan reaksi yang sebaliknya (reverse reaction).

Karbon dapat kembali ke atmosfer dengan berbagai cara pula, yaitu: Melalui pernafasan

(respirasi) oleh tumbuhan dan binatang. Hal ini merupakan reaksi eksotermik dan

termasuk juga di dalamnya penguraian glukosa (atau molekul organik lainnya) menjadi

karbon dioksida dan air. Melalui pembusukan binatang dan tumbuhan.Fungi atau jamur

dan bakteri mengurai senyawa karbon pada binatang dan tumbuhan yang mati dan

mengubah karbon menjadi karbon dioksida jika tersedia oksigen, atau menjadi metana

jika tidak tersedia oksigen. Melalui pembakaran material organik yang mengoksidasi

karbon yang terkandung menghasilkan karbon dioksida (juga yang lainnya seperti asap).

Pembakaran bahan bakar fosil seperti batu bara, produk dari industri perminyakan

( petroleum), dan gas alam akan melepaskan karbon yang sudah tersimpan selama jutaan

tahun di dalam geosfer. Hal inilah yang merupakan penyebab utama naiknya jumlah

karbon dioksida di atmosfer. Di permukaan laut dimana air menjadi lebih hangat, karbon

dioksida terlarut dilepas kembali ke atmosfer. Erupsi vulkanik atau ledakan gunung

berapi akan melepaskan gas ke atmosfer. Gas-gas tersebut termasuk uap air , karbon

dioksida, dan belerang. Jumlah karbon dioksida yang dilepas ke atmosfer secara kasar

hampir samadengan jumlah karbon dioksida yang hilang dari atmosfer akibat pelapukan

silikat; Kedua proses kimia ini yang saling berkebalikan ini akan memberikan hasil

penjumlahan yang sama dengan nol dan tidak berpengaruh terhadap jumlah karbon

dioksida di atmosfer dalam skalawaktu yang kurang dari 100.000 tahun.

E. Apakah pencemaran lingkungan dapat mempengaruhi daur beogiokimia?

Iya, pencemaran dapat mempengaruhi daur biogeokimia. Karena dampak dari

pencemaran menyebar keseluruh aspek. Sehingga semua yang terjadi di bumi pasti

akan terkena dampaknya. Misalnya Pencemaran” adalah masuk atau dimasukkannya

mahluk hidup, zat, energi dan/ atau komponen lain ke dalam air atau udara.

Pencemaran juga bisa berarti berubahnya tatanan (komposisi) air atau udara oleh

kegiatan manusia dan proses alam, sehingga kualitas air/ udara menjadi kurang atau

tidak dapat berfungsi lagi sesuai dengan peruntukkannya. Untuk mencegah terjadinya

pencemaran terhadap lingkungan oleh berbagai aktivitas industri dan aktivitas

10

manusia, maka diperlukan pengendalian terhadap pencemaran lingkungan dengan

menetapkan baku mutu lingkungan.

Pencemaran lingkungan dapat terjadi dimana saja dengan laju yang sangat cepat, dan

beban pencemaran yang semakin berat akibat limbah industri dari berbagai bahan

kimia termasuk logam berat. Pencemaran lingkungan dapat dikategorikan menjadi:

Pencemaran udara

Pencemaran air

Pencemaran tanah

pencemaran logam berat

Pencemaran suara.

Peningkatan jumlah bahan-bahan PENCEMAR yang dihasilkan oleh kemajuan

teknologi dan masuk ke dalam lingkungan dengan berbagai cara telah semakin

meningkatkan kecemasan masyarakat bahwa paparan bahan pencemar tersebut akan

menimbulkan efek kesehatan jangka panjang; seperti kanker, cacat lahir, kesukaran

reproduksi dan masalah-masalah immunologi. Validitas penelitian kesehatan

lingkungan dan kesehatan kerja tergantung dari validitas pengukuran paparan dan

efeknya terhadap kesehatan.

Dampak dan Risiko Pencemaran Lingkungan

1. Punahnya Spesies

Bahan pencemar lazimnya berbahaya bagi kehidupan biota air dan darat. Berbagai

jenis hewan mengelami keracunan, kemudian mati. Berbagai spesies hewan memiliki

kekebalan yang tidak sama. Ada yang peka, ada pula yang tahan. Hewan muda, larva

merupakan hewan yang peka terhadap bahan pencemar. Ada hewan yang dapat

beradaptasi sehingga kebal terhadap bahan pencemar., adpula yang tidak. Meskipun

hewan beradaptasi, harus diketahui bahwa tingkat adaptasi hewan ada batasnya. Bila

batas tersebut terlampui, hewan tersebut akan mati.

2. Peledakan Hama

Penggunaan pestisida dan insektisida dapat pula mematikan predator. Karena predator

punah, maka serangga hama akan berkembang tanpa kendali.

3. Gangguan Keseimbangan Lingkungan

11

Punahnya spasies tertentu dapat mengibah pola interaksi biologis dalam suatu

ekosistem. Rantai makanan, jaring-jaring makanan dan lairan energi menjadiberubah.

Akibatnya, keseimbangan lingkngan terganggu. Daur materi dan daur biogeokimia

menjadi terganggu.

4. Kesuburan Tanah Berkurang

Penggunaan pestisida dan insektisida dapat berdampak kematian fauna tanah. Hal ini

dapat menurunkan kesuburan tanah. Penggunaan pupuk terus menerus dapat

menyebabkan tanah menjadi asam. Hal ini juga dapat menurunkan kesuburan tanah.

Demikian juga dengan terjadinya hujan asam.

5. Keracunan dan Penyakit

Orang yang mengkonsumsi sayur, ikan, dan bahan makanan tercemar dapat

mengalami keracunan. ada yang meninggal dunia, ada yang mengalami kerusakan

hati, ginjal, menderita kanker, kerusakan susunan saraf, dan bahkan ada yang

menyebabkan cacat pada keturunanketurunannya.

6. Pemekatan Hayati

Proses peningkatan kadar bahan pencemar melewati tubuh makluk dikenal sebagai

pemekatan hayati (dalam bahasa Inggrisnya dikenal sebagai biomagnificition.

7. Terbentuknya Lubang Ozon dan Efek Rumah Kaca

Terbentuknya Lubang ozon dan terjadinya efek rumah kaca merupakan permasalahan

global yang dirasakan oleh semua umat manusia. Hal ini disebabkan karena bahan

pencemar dapat tersebar dan menimbulkan dampak di tempat lain.

Sehingga dengan terjadinya dampak sepeti berikut, maka jelas akan berdampak ke

daur biogeokimia.