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
