Tugas Ekologi dan Ilmu Lingkungan

SIKLUS BIOGEOKIMIA

Disusun Oleh :
Ni Komang Sri Indriyani
Geografi “A”

PROGRAM STUDI S1 PENDIDIKAN GEOGRAFI JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN IPA UNIVERSITAS NEGERI GORONTALO
2014

SIKLUS BIOGEOKIMIA
Siklus biogeokimia merupakan siklus unsur atau senyawa yang mengalir dari komponen biotik ke komponen abiotik dan selanjutnya akan kembali lagi ke komponen biotik. Siklus unsur ini tidak hanya mengalir melalui organisme tetapi juga bisa melalui atau melibatkan reaksi-reaksi kimia dalam lingkungan tak hidup (abiotik).
Unsur-unsur seperti karbon, nitrogen, fosfor, belerang, hidrogen, dan oksigen adalah beberapa di antara unsur yang penting bagi kehidupan. Unsur-unsur tersebut diperlukan oleh makhluk hidup dalam jumlah yang banyak, sedangkan unsur yang lain hanya dibutuhkan dalam jumlah yang sedikit. Meskipun setiap saat unsur-unsur yang ada tersebut dimanfaatkan oleh organisme.
Siklus biogeokimia dapat dibedakan atas dua golongan besar yaitu siklus dari berbagai bentuk gas yang terdapat dalam atmosfer dan siklus sedimen yang terdapat di dalam kwerak bumi. Siklus tipe gas lebih sempurna dari tipe sedimen karena reservoir gas ada di atmosfer dapat secara cepat mengatasi bila terjadi ketidakseimbangan di dalam siklus.
Siklus-siklus biogeokimia tersebut antara lain adalah siklus Nitrogen, siklus Fosfor, siklus Karbon, siklus Oksigen, siklus Karbondioksida, siklus Air dan siklus Sedimen.
1. Siklus Nitrogen
Nitrogen merupakan unsur esensial untuk pembentukan protein dan asam nukleat. Sekitar 78% nitrigen terdapat di atmosfer dalam bentuk gas (N2), namun tumbuhan dan hewan pada umumnya tidak mampu menggunakannya dalam bentuk bebas. Nitrogen harus diubah menjadi bahan Nitrogen lain sehingga dapat digunakan. Pada umumnya tumbuhan adapat menggunakan nitrogen dalam bentuk amonia (NH3), ion nitrit (NO2), dan ion nitrat(NO3).
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.
 Contoh :
Nitrogen kebanyakan diperoleh ketika petir keluar dan menyebabkan nitrogen bersenyawa menjadi nitrat. Tumbuhan menyerap nitrat dari tanah untuk dijadikan protein lalu tumbuhan dimakan oleh konsumer senyawa nitrogen pindah ke tubuh hewan. Urin, bangkai hewan, dan tumbuhan mati akan diuraikan oeh pengurai jadi amonium dan amonia. Bakteri Nitrosomonas mengubah amonia tersebut menjadi nitrit, kemudian bakteri Nitrobacter merubahnya menjadi nitrat (NO3). Kemudian nitrat ini diserap oleh tumbuhan. (Proses perubahan nitrit menjadi nitrat disebut Nitrifikasi Perubahan nitrit atau nitrat menjadi nitrogen bebas disebut denitrifikasi.
Selanjutnya, Bakteri pemecah akan memecah protein dalam tubuh organisme mati atau hasil sisa mereka menjadi amonium, kemudian nitrit atau nitrat dan akhirnya menjadi gas nitrogen yang mana akan dilepaskan ke atmosfer dari mulai nitrogen diikat dan berputar lagi. Semua hewan hanya memperoleh nitrogen organik dari tumbuhan atau hewan lain yang dimakannya. Ketika makhluk hidup mati, materi organik yang dikandungnya akan diuraikan kembali oleh dekomposer sehingga nitrogen dapat dilepaskan sebagai amonia. Dekomposisi nitrogen organik menjadi amonia lagi disebut amonifikasi.
Adapun bakteri yang terlibat dalam daur nitrogen yaitu :
1. Nitrosomonas mengubah amonium/amonia menjadi nitrit.
2. Nitrobactar mengubah nitrit menjadi nitrat
3. Rhizobium menambat nitrogen di udara.
4. Bakteri hidup bebas pengikat nitrogen seperti Azotobacter (aerobik) dan Clostridium (anaerobik).
5. Alga biru hijau pengikat nitrogen seperti Anabaena, Nostoc, dan anggota-anggota lain dari ordo Nostocales.
6. Bakteri ungu pengikat nitrogen seperti Rhodospirillum.

Gambar 1. Siklus Nitrogen

2. Siklus Fosfor
Fosfor merupakan elemen terpenting bagi kehidupan, karena semua makhluk hidup membutuhkan fosfor dalam bentuk TAP sebagai sumber energi dalam proses meabolisme sel. Siklus fosfor tidak terjadi di atmosfer atau udara melainkan terjadi pada tanah, air, tumbuhan dan hewan melalui proses sedimnetasi. Di alam, fosfor terdapat dalam dua bentuk, yaitu senyawa fosfat organik (pada tumbuhan dan hewan) dan senyawa fosfat anorganik (pada air dan tanah).
Awalnya fosfat organik berasal dari hewan dan tumbuhan yang mati kemudian diuraikan oleh dekomposer (pengurai) menjadi fosfat anorganik. Selanjutnya fosfat anorganik yang terlarut di air tanah atau air laut tersebut akan terkikis dan mengendap di sedimen laut. Oleh karena itu, fosfat banyak terdapat di batu karang dan fosil. Selanjutnya, fosfat dari batu dan fosil tersebut terkikis dan membentuk fosfat anorganik terlarut di air tanah dan laut dan fosfat anorganik ini kemudian akan diserap oleh akar tumbuhan lagi yang selanjutnya ion fosfat yang ada di tumbuhan tersebut akan di makan oleh hewan sampai siklus ini berulang terus menerus.
 Contoh :
Siklus Fosfor ini dapat di lihat dari adanya peristiwa erosi dan pelapukan dari hewan dan tumbuan yang terlarut di dalam tanah sehingga menyebabkan fosfat terbawa menuju sungai hingga laut membentuk dan membentuk sedimen. Adanya pergerakan dasar bumi selanjutnya menyebabkan sedimen yang mengandung fosfat muncul ke permukaan. Di darat tumbuhan mengambil fosfat yang terlarut dalam air tanah.
Herbivora mendapatkan fosfat dari tumbuhan yang di makannya 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 fosfor kemudian diambil oleh tumbuhan atau mengendap.

Gambar 2. Siklus Fosfor

3. Siklus Karbon
Pada dasarnya siklus karbon terjadi melalui perpindahan karbon dari lautan, udara, batu, tanah dan semua makhluk hidup. Karbon bergerak dari atmosfer ke tanaman sehingga menempel pada tanaman melalui oksigen atau udara dalam bentuk gas yang di sebut (CO2). Karbondioksida yang menempel pada tanaman ini dengan bantuan matahari, melalui proses fotosintesis, ditarik dari udara untuk membuat makanan tanaman dari karbon. Sedangkan karbon yag berada di dalam air akan dimanfaatkan tumbuhan air dalam proses fotosintesisnya. Selanjutnya karbon yang ada pada tamanan berpindah pada hewan dan hewan yang memakan hewan lain melalui rantai makanan sehingga mereka mendapatkan karbon juga.
 Contoh :
Siklus Oksigen dapat di lihat dari hewan dan tumbuhan yang nantinya mati, baik tubuh mereka, kayu dan daun akan mengalami pembusukan dan karbon yang ada pada tubuh masing-masing hewan dan tumbuhan yang mati tersebut akan berpindah ke dalam tanah. Di dalam tanah akan terkubur dan akan menjadi bahan bakar fosil bagi makhluk hidup, seperti manusia. Selanjutnya karbon bergerak dari makhluk hidup ke atmosfer melalui nafas manusia sehingga manusia melepaskan gas karbon dioksida (CO2) ke atmosfer.
Karbondioksida dari manusia tersebut melalui atmosfer melalui proses resprasi hewan dan tumbuhan bisa mneghasilkan karbondioksida tersebut. Selanjutnya bahan bakar fosil melalalui atmosfer bergerak ketika bahan bakar fosil mengalami pembakaran yang di lakukan oleh manusia, misalnya untuk pabrik-pabrik listrik, pembangkit listrik, mobil dan truk, sebagian besar karbon dengan cepat memasuki atmosfer sebagai gas karbon dioksida. Kemudian hasil dari pembakan fosil oleh manusia tersebut menyebabkan karbon bergerak dari atmosfer ke lautan sehingga Lautan, dan badan air lainnya, menyerap beberapa karbon dari atmosfer dan begitulah seterusnya proses ini akan berulang kembali membentuk siklus.

Gambar 3. Siklus Karbon
4. Siklus Oksigen
Oksigen merupakan gas yang sangat di butuhkan oleh semua makhluk hidup, baik manusia, tumbuhan, hewan dan organisme lain yang ada di permukaan bumi baik osigen yang berasal dari darat, udara dan perairan.
Siklus oksigen bermula dari penguraian suatu zat oleh cahaya matahari yang masuk ke bumi melalui atmosfer dan cahaya matahari mengalami suatu kerusakan oleh iklim, dan terjadi pada lapisan biosfer dan litosfer. Setelah mengalami kerusakan oleh iklim, mengalami proses fotosintesis, dalam berfotosintesis menghasilkan oksigen yang nantinya akan digunakan oleh manusia, hewan untuk berespiras(bernafas) dan yang berada bebas di dalam atmosfir kemudian kembali lagi ke bumi untuk respirasi dan pembusukan hewan, tumbuhan, dan manusia yang mati dalam waktu yang lama akan mengalami pembusukan dan akan membentuk batu bara di dalam tanah dan tertimbun/penimbunan dalam proses menghasilkan co2,o2,h2o yang dapat dipergunakan untuk berfotosintesis dengan bantuan penguraian zat oleh cahaya matahari.
 Contoh :
Sumber oksigen sebenarnya bukan hanya berasal dari pohon-pohon yang rindang di daratan, namun oksigen ini banyak di hasilkan dari lautan yaitu berupa plankton yang berespirasi sehingga menghasilkan gelembung-gelembung oksigen. Selain plankton, ganggang juga berperan dalam proses fotosintesis yang mana hasil dari fotosintesis ini berupa oksigen.
Oksigen yang berasal dari lautan ini baik oksigen yang di hasilkan oleh plankton maupun ganggang ini akan naik ke atmosfer dan terbawa oleh angin sehingga dapat di nikmati oleh makhluk hidup lain yang berada di daratan seperti manusia dan juga di udara. Kemudian makhluk hidup yang menghirup oksigen tersebut akan mengeluarkan kembali gas dalam bentuk karbondioksida yang kemudian akan terbawa oleh angin sehingga kembali kelautan dan selanjutnya akan di proses oleh makhluk hidup lainnya untuk kembali menjadi oksigen.

Gambar 4. Siklus Oksigen

5. Siklus Karbondioksida
Siklus karbondioksida merupakan 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).
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. Karbondioksida 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
 Contoh :
Karbon dioksida salah satunya di hasilkan dari hewan dan tumbuhan yang mati, dalam waktu yang lama hewan dan tumbuhan ini akan membentuk batubara di dalam tanah, selanjutnya batubara yang terbentuk dari hewan dan tumbuhan yang mati terebut akan dimanfaatkan lagi sebagai bahan bakar yang juga menambah kadar C02 di udara melalui fotosintesis oleh tumbuhan dan respirasi oleh hewan.
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.

Gambar 5. Siklus Karbondioksida

6. Siklus Hidrologi
Air merupakan materi alam yang sangat belimpah ruah nilainya dan merupakan salah satu kebutuhan mendasar bagi makhluk hidup, karena semua mahluk hidup di bumi pasti membutuhkan air untuk kelangsungan hidup di bumi.
Siklus hidrologi di awali dengan adanya penguapan baik dari laut, danau, rawa yang di sebut Evaporasi dan penguapan tumbuhan (Transpirasi) yang selanjutnya uap tersebut di angkat oleh angin ke atmosfer dan menjadi awan, dalam keadaan jenuh awan tersebut akan jatuh kebumi sebagai hujan, es maupun salju. Air yang jatuh tersebut untuk kembali menjadi air dapat terjadi oleh adanya air larian di atas permukaan tana dan selanjutnya mengalir dari saluran-saluran sampai kedanau atau laut.
 Contoh :
Siklus hidrologi dapat di lihat pada proses terjadinya hujan. Yang mana awalnya air hujan ini berasal dari uap air yang ada di lautan, danau, atau rawa, yang kemudian di angkat oleh angin ke atmosfir. Di atmosfer uap air ini berubah menjadi awan, dalam keadaan jenuh awan tersebut mengalami kondensasi atau pengembunan sehingga mencair dan jatuh sebagai bintik-bintik hujan.
Di bumi sebagian air hujan tersebut jatuh langsung ke tanah sebagian lagi tersingkap di pepohonan melalui tajuk-tajuk tanaman. Air hujan yang tersangkut tesebut selanjutnya mengalami penguapan kembali ke atmosfer. Sedangkan air hujan yang langsung jatuh ke permukaan tanah sebagian ada yang langsung mengalir di atas tanah sebagai Air Larian. Air larian tersebut selanjutnya akan mengalir menuju saluran-saluran yang ada hingga ke danau dan sampai kelaut.
Sedangkan air hujan yang sebagiannya lagi masuk ke dalam tanah dan terinfiltrasi melalui celah dan pori-pori tanah dan batuan menuju muka air tanah akibat aksi kapiler yang mana air dapat bergerak secara vertikal atau horizontal di bawah pemukaan tanah hingga air tersebut memasuki kembali sistem air permukaan dan selanjutnya akan jatuh lagi sebagai hujan.

Gambar 6. Siklus Hidrologi

7. Siklus Sedimen
Siklus sedimen diawali dengan tersingkapnya batuan yang sudah terbentuk ke permukaan bumi. Kemudian batuan tersebut mengalami pelapukan, ada yang mengalami pelapukan fisika, pelapukan kimia, ataupun pelapukan biologis.
Pelapukan fisika menyebabkan batuan terkikis menjadi fragmen-fragmen oleh proses mekanik, dan tidak menyebabkan perubahan komposisi kimianya. Sedangkan Pelapukan kimia terjadi ketika mineral atau material pada batuan terlarut. Selanjutnya batuan yang mengalami pelapukan tersebut mengalami erosi atau pengikisan sehingga material-materialnya terbawa baik oleh air, angin, atau gletser ke tempat atau cekungan dimana terakumulasi dan kemudian terendapkan, yang mana material-material hasil pengikisan yang lebih kecil berada di bawah dan yang besar berada di bagian atas, sehingga tersusun dengan sangat kompleks dan membtuhkan waktu cukup lama untuk menjadi batuan. Selanjutnya material-material tersebut selanjutnya terkompaksi atau mengalami penekanan yang sangat hebat dan mengalami proses diagenesis hingga akhirnya membentuk batuan sedimen. Kemudian karena adanya aktivitas tektonik, batuan tersebut akan terangkat kembali ke permukaan dan kemudian mengalami pelapukan dan kembali lagi mengalami siklus batuan, begitulah seterusnya.
 Contoh :
Siklus sedimen ini dapat dilihat pada batuan sedimen klastik merupakan batuan sedimen yang terbentuk dari pengendapan kembali detritus atau pecahan batuan asal baik berupa batuan beku, metamorf dan batuan sedimen itu sendiri yang terbentuk di lingkungan darat maupun lingkungan laut, yang mana batuan ini berasal dari letusan gunung berapi yang oleh angin atau air hujan selanjutnya rekahan-rehakan batuan itu kemudian tererosi dan tertransportasi menuju suatu cekungan pengendapan. Setelah pengendapan berlangsung sedimen mengalami diagenesa yakni, prosess- proses yang berlangsung pada temperatur rendah di dalam suatu sedimen, selama dan sesudah litifikasi sehingga membentuk kembali batuan dalam waktu yang lama karena adanya penumpukan sehingga terkompaksi menjadi batuan kembali.

Gambar 7. Siklus Sedimen