SIKLUS BIOGEOKIMIA ~ MATERI DAN SOAL IPA UNTUK SMA

Setiap organisme memerlukan bahan-bahan kimia (nutrien) yang akan dipergunakan untk pelestarian hidupnya. Bhan-bahan kimia tersebut, baik zat organik ataupun zat anorganik diperoleh dari lingkungannya. Sedangkan, organisme dalam hidupnya akan mamberikan zat organik maupun zat anorganik ke lingkungannya. Organisme yang telah mati juga akan melepaskan zat organik dan anorganik. Oleh karena itu, zat organik dan zat anorganik akan mengalami siklus dalam ekosistem. Siklus-siklus zat dalam biosfer disebut siklus biogeokimia, yang berarti siklus bahan kimia dari komponen biotik dalam ekosistem ke komponen biotik yang kemudian diuraikan menjadi mineral yang melibatkan peranan mikroorganisme. Macam-macam siklus biogeokimia, seperti siklus karbon, siklus oksigen, siklus nitrogen, siklus air, siklus fosfor dan siklus sulfur.

a. Siklus Karbon dan Oksigen

Karbon dan oksigen merupakan unsur dasar penyususn senyawa organik. Sumber karbon di alam berupa CO2 yang terdapat di udara atau terlarut dalam air serta terdapat pada kerak bumi sabagai batu bara, batu kapur dan gas alam. CO2 masuk kedalam sistem kehidupan pertama kali secara difusi melalui stomata daun ke faringan palisade. Di jaringan ini CO2 dipergunakan untuk forosintesis. Hasil fotosintesis berupa bahan organik mengandung CO2 dan akan mengalir ke dalam ekosistem bersamaan dengan aliran energi. Fotosintesis menghasilkan hasil samping berupa oksigen. Oksigen selanjutnya akan dipergunakan pada saat respirasi.

Pada proses respirasi, karbihidrat (biomassa) akan diubah kembali menjadi energi, CO2 dan H2O. Kemudian CO2 dan H2O yang merupakan hasil samping respirasi tersebut dipergunakan lagi sebagai bahan bakar dalam proses fotosintesis sehingga membentuk CO2 dan O2 secara teratur.
Jalur siklus CO2 dan O2 yang panjang terjadi apabila organisme mati akan diuraikan oleh pengurai (bakteri pembusuk dan jamur saprofit), yang berarti ada perubuhan zat-zat organik menjadi zat-zat anorganik yang berupa CO2 dan H2O, dan oksigen kemudian akan dimanfaatkan kembali oleh produsen. Sedangkan minyak bumi dan batu bara apabila di bakar akan menghasilkan CO2 yang dilepaskan ke udara dan selanjutnya akan dimanfaatkan oleh makhluk hidup dalam ekosistem.

b. Siklus Nitrogen
Siklus nitrogen adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Siklus nitrogen secara khusus sangat dibutuhkan dalam ekologi karena ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat proses ekosistem kunci, termasuk produksi primer dan dekomposisi. Aktivitas manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan pelepasan nitrogen dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus nitrogen global.

Sebagian besar nitrogen yang terdapat di dalam organisme hidup berasal dari penambatan (reduksi) oleh mikro organisme prokariot. Sebagian diantaranya terdapat di akar tumbuhan tertentu atau dari pupuk hasil penambatan secara industri. Sejumlah kecil nitrogen pindah dari atmosfer ke tanah sebagai NH₄⁺ dan NO₃^- bersama air hujan dan diserap oleh akar. NH₄⁺ ini berasala dari pembakaran industri, aktivitas gunung berapi dan kebakaran hutan sedangkan NO₃^- berasal dari oksidasi N₂ oleh O₂atau ozon dengan bantuan kilat atau radiasi ultraviolet, sumber lain NO₃^- adalah samudera.

Penyerapan NO₃^- dan NH₄⁺ oleh tumbuhan memungkinkan tumbuhan untuk membentuk berbagai senyawa nitrogen terutama protein. Pupuk, tumbuhan mati, mikroorganisme, serta hewan merupakan sumber penting nitrogen yang dikembalikan ke tanah tapi sebagaian besar nitrogen tersebut tidak larut dan tidak segera tersedia bagi tumbuhan.

Pengubahan nitrogen organik menjadi NH₄⁺ oleh bakteri dan fungi tanah disebut Amnifikasi yang dapat berlangsung oleh berbagai macam mikroorganisme pada suhu dingin dan pada berbagai nilai ph. Selanjutnya pada tanah yang hangat dan lembab dan ph sekitar netral NH₄⁺ akan dioksidasi menjadi nitrit (NO₂) dan NO₃^-dalam beberapa hari setelah pembentukkannya atau penambahannya sebagai pupuk disebut dengan Nitrifikasi yang berguna dalam menyediakan energi bagi kelangsungan hidup dan perkembangan mikroba tersebut.
Selain itu terdapat pula denitrifikasi yaitu suatu proses pembentukan N₂, NO, N₂O dan NO₂ dari NO₃^- oleh bakteri aneorobik yang berlangsung di dalam tanah yang penetrasi O₂^- nya terbatas, tergenang, padat dan daerah dekat pemukiman tanah yang konsentrasi O₂ nya rendah karena penggunaannya yang cepat dalam oksidasi bahan organik. Tumbuhan kehilangan sejumlah kecil nitrogen ke atmosfer sebagai NH₃, N₂O, NO₂, dan NO terutama jika diberi pupuk nitrogen dengan baik.

Nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia termasuk nitrogen organik, amonium (NH₄⁺), nitrit (NO₂^-), nitrat (NO₃^-), dan gas nitrogen (N₂). Nitrogen organik dapat berupa organisme hidup, atau humus, dan dalam produk antara dekomposisi bahan organik atau humus dibangun. Proses siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia ke bentuk kimiawi yang lain. Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan.

Fiksasi Nitrogen adalah proses alam, biologis atau abiotik yang mengubah nitrogen di udara menjadi amonia (NH₃). Mikroorganisme yang memfiksasi nitrogen disebut diazotrof. Milroorganisme ini memiliki enzim nitrogenaze yang dapat menggabungkan hidrogen dan nitrogen. Reaksi untuk fiksasi Nitrnitrogen biologis ini dapat ditulis sebagai berikut :

N₂ + 8 H⁺ + 8 e− → 2 NH₃ + H₂

Mikroorganisme yang melakukan fiksasi nitrogen antara lain: Cyanobacteria, Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan Frankia. Selain itu ganggang hijau biru juga dapat memfiksasi nitrogen. Beberapa tanaman yang lebih tinggi, dan beberapa hewan (rayap), telah membentuk asosiasi (simbiosis) dengan diazotrof. Selain dilakukan oleh mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi pada proses nonbiologis, contohnya sambaran petir.

c. Siklus Air

Air merupakan nutrien, yaitu zat yang penting bagi organisem karena mempengaruhi metabolisme dan sebagai pelarut zat-zat. Air adalah komponen terbesar dari litosfer, atmosfer dan dalam tubuh organisme. Air mengalami siklus melalui atmosfer, lautan, daratan dan organisme. Air dapat mengalami evaporasi, transpirasi dan respirasi menjadi awan dan melalui kondensasi akan turun menjadi hujan. Air hujan meresap dalam tanah, masuk ke sungai, dan kembali ke laut. Air dalam tanah, sungai/danau dimanfaatkan oleh organisem dan akan dikeluarkan lagi ke lingkungan melalui berbagai proses penguapan, transpirasi respirasi.

d. Siklus Fosfor

Fosfor merupakan elemen penting bagi organisme, karena penyusun penting organisme adalah asam nukleat dan ATO (adenosin triphosulphat). Fossor dalam tanah dan batuan terkikis/tererosi bersama air dalam bentuk fosfat (senyawa anorganik). Sebagian dimanfaatkan tumbuhan dan sebagian lagi mengikuti aliran air ke laut. Dari tumbuhan fosfor berpindah ari hewan dalam bentuk fosfor organik. Sisa-sisa tumbuhan dan hewan setelah mati mengembalikan fosfor ke tanah melalui bakteri. Fosfor dilautan akan dimanfaatkan oleh organisme laut, kemudian oleh burung laut melalui kotorannya, akan kembali menjadi fosfor anorganik.

e. Siklus Sulfur
Sulfur sangat penting bagi tumbuhan karena merupakan bahan pembentuk protein. Sulfur dalam tanah diserap tumbuhan dalam bentuk mineral SO4 /sulfat, dan selanjutnya berpindah dari hewan atau manusia dalam bentuk protein. Sisa sulfur dalam zat organik (protein diuraikan oleh bakteri (Thiobacillus) dan kembali lagi ke tanah. Sulfur dalam tanah melalui aliran air menuju lautan, sebagian senyawa itu juga menuju atmosfer dalam bentuk gas. misalnya H2S dan SO2. Sulfur di atmosfer juga berasal dari pembakaran batubara dan minyak. sulfur di atmosfer akan kembali ke tanah bersama dengan air hujan.

MATERI DAN SOAL PERANAN MANUSIA DALAM KESEIMBANGAN EKOSISTEM

Sumber :
BIOLOGI untuk SMA/MA kelas X. R Gunawan Susilowarno, dkk, Penerbit Grasindo, 2007
http://indonesia-edu-info.blogspot.com/2014/05/siklus-fosfor.html
http://biologigonz.blogspot.com/2009/12/daur-carbon-oksigen.html
http://budisma.web.id/pengertian-dan-proses-siklus-nitrogen/