Makalah Kimia Lingkungan Ii Pak Darma.docx

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Tiap organisme membutuhkan bahan-bahan kimia (nutrien) yang akan digunakan untuk pelestarian hidupnya. Adapun bahan-bahan kimia tersebut berupa zat organik maupun zat anorganik yang dapat diperoleh dari lingkungannya. Sedangkan organisme dalam hidupnya akan memberikan zat organik dan anorganik. Pada dasarnya semua yang ada di bumi ini baik mahluk hidup maupun benda mati tersusun oleh materi. Materi ini tersusun atas unsur-unsur kimia yang merupakan materi dasar makhluk hidup dan tak hidup. Unsur-unsur tersebut antara lain karbon (C), Oksigen (O), Nitrogen (N), Hidrogen (H), dan Fosfor (P). Secara umum ketika suatu unsur atau materi memasuki suatu media atau lingkungan, selanjutnya akan memasuki lingkungan atau media yang lainnya melalui suatu proses baik fisika, kimia maupun biologi. Secara alamiah tanpa campur tangan manusia perjalanan materi tersebut dari satu media ke media yang lain sudah berlangsung sejak bumi terbentuk. Adanya aktivitas manusia menyebabkan perjalanan tersebut menjadi lebih kompleks. Perjalanan atau aliran materi tersebut dalam ekosistem global dibumi yang mengalir melalui komponen biotik yang diuraikan menjadi mineral serta melibatkan mikroorganisme, abiotik, dan reaksi kimia yang berbentuk lingkaran dan dikenal sebagai siklus biogeokimia. Adapun beberapa macam siklus biogeokimia yang akan dibahas dalam makalah ini yakni siklus karbon, siklus nitrogen, dan siklus sulfur udara. 1.2 Rumusan Masalah 1. Apakah yang dimaksud dengan siklus biogeokimia? 2. Bagaimana proses terjadinya siklus karbon? 3. Bagaimana proses terjadinya siklus nitrogen? 4. Bagaimana proses terjadinya siklus sulfur udara?

1.3 Tujuan 1. Untuk mengetahui pengertian dan siklus biogeokimia 1

2. Untuk mengetahui bagaimana proses terjadinya siklus karbon? 3. Untuk mengetahui bagaimana proses terjadinya siklus nitrogen? 4. Untuk mengetahui bagaimana proses terjadinya siklus sulfur udara? 1.4 Manfaat Manfaat dari penulisan makalah ini agar pembaca dapat mengetahui dan memahami siklus biogeokimia yang meliputi siklus karbon, siklus nitrogen, siklus sulfur di udara.

2

BAB II PEMBAHASAN

2.1 Siklus Biogeokimia Biogeokimia berasal dari tiga kata yakni bio yang berarti melibatkan organisme biologis, seperti bakteri, tumbuhan, dan hewan, kata geo yang berarti melibatkan proses geologi, seperti pelapukan batu, dan kimia yang menunjukkan proses kimia, seperti pembentukan molekul. Siklus biogeokimia dapat didefinisikan sebagai pergerakan elemen yakni pertukaran atau perubahan yang terus menerus, antara komponen biosfer yang hidup dengan tak hidup. melalui organisme dan lingkungan (Yudho’afi,2012). Siklus Siklus biogeokimia dapat diklasifikasikan sebagai sedimen dan gas. Siklus sedimen bervariasi dari satu unsur ke yang lain, tetapi masing-masing siklus terdiri secara fundamental dari fase larutan dan fase batu (atau sedimen). Pada saat Pelapukan mineral dilepaskan dari kerak bumi sebagai reservoir dalam bentuk garam, beberapa di antaranya larut dalam air, melewati serangkaian organisme, dan akhirnya mencapai laut lepas, di mana mereka menetap dari peredaran tanpa batas. Garam lainnya disimpan sebagai sedimen dan batuan di laut dangkal, akhirnya akan lapuk dan didaur ulang, siklus sedimen termasuk dari zat besi, kalsium, fosfor, dan unsur-unsur yang lebih terikat pada bumi lainnya. Sedangkan siklus gas cenderung bergerak lebih cepat daripada sedimen dan dapat menyesuaikan lebih mudah terhadap perubahan biosfer karena reservoir atmosfer yang besar yakni udara atau laut (melalui penguapan). Misalnya, pengumpulan lokal karbon dioksida, segera disebarkan oleh angin atau diambil oleh tanaman. Bagaimanapun, gangguan lokal yang luar biasa dan sering bisa serius mempengaruhi kemampuan untuk menyesuaikan diri, siklus gas ialah termasuk nitrogen, oksigen, karbon, dan air (Juniarti et al, 2009). Fungsi Daur Biogeokimia ialah sebagai siklus materi yang mengembalikan semua unsur-unsur kimia yang sudah terpakai oleh semua yang ada di bumi baik komponen biotik maupun komponen abiotik, sehingga kelangsungan hidup di bumi dapat terjaga. 2.2 Siklus Karbon Gas karbondiokasida adalah gas rumah kaca yang berperan dalam efek rumah kaca. Penambahan gas ini mampu meningkatkan suhu udara di bumi. Sekarang ini, 3

populasi tumbuhan semakin berkurang (banyak hutan rusak dan lain-lain ) sedangkan kedaraan bermotor bertambah banyak. Jadi dapat di bayangkan bahwa pelepasan CO2 ke udara tidak sebanding dengan pengubahannya oleh tumbuhan menjadi Karbohidrat. Hal ini akan bearkibat pada keseimbangan atmosfer dan keseimbangan ekosistem di bumi (Umar, 2012) Siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon berpindah-pindah dari biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer Bumi. Karbon tersimpan di reservoir (tempat penampungan) yang ada di biosfer, geosfer, hidrosfer, atau atmosfer bumi (Hughton, 2005). 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 (Janzen, 2004). Siklus karbon dimulai dengan dilepaskannya CO2 oleh berbagai macam sumber seperti: 

Pengilangan minyak bumi.



Asap pabrik dan kendaraan bermotor.



Peristiwa alam seperti minyak bumi.



Organisme laut



Aktivitas manusia, hewan, dan tumbuhan

Di atmosfer terdapat kandungan CO2 sebanyak 0.03%. Sumber-sumber COZ di udara berasal dari respirasi manusia dan hewan, erupsi vulkanik, pembakaran batubara, dan asap pabrik (Darmadi, 2010). Karbon dioksida juga digunakan oleh tumbuhan dalam melakukan proses fotosintesis yang kemudian akan menghasilkan oksigen untuk kebutuhan manusia dan hewan dalam melakukan respirasi (Hughton, 2005).

Gambar 1. reaksi fotosintesis

4

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. Adapun dari proses pembakaran kayu dan bahan bakar fosil yang 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 (Annisanfushie, 2008)

Gambar 2. Siklus karbon Karbon dapat kembali lagi ke atmosfer dengan berbagai cara, antara lain: 

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.



Melalui respirasi tumbuhan dan binatang Proses ini merupakan reaksi eksotermik dan termasuk juga penguraian glukosa menjadi karbohidrat dan air.



Melalui produksi semen Komponen semen yakni kapur atau kalium oksida yang dipanaskan akan menghasilkan karbon dioksida dalam jumlah banyak.



Melalui pembusukan, tumbuhan, dan binatang Jamur dan bakteri

5

Proses ini dengan 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. 

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.



Melalui pemanasan permukaan laut Di permukaan laut Proses terjadi ketika air laut menjadi lebih hangat, karbon dioksida yang larut dalam air akan dilepas ke atmosfer sebagai uap air. Dalam ekosistem air, pertukaran CO2 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 CO2 di air. 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 hidrogen. Kebanyakan dikenal sebagai

zat-zat

kimia

organik.

Keistimewaan

karbon

yang

unik

adalah

kecenderungannya secara alamiah mengikat dirinya sendiri dalam rantai-rantai atau

6

cincin-cincin, tidak hanya dengan ikatan tunggal, C-C, tetapi juga mengandung ikatan ganda, C=C atau C≡C. 2.3 Siklus Nitrogen Nitrogen merupakan unsur yang penting dalam kehidupan, yaitu sebagai komponen pembentuk protein atau komponen penyusun asam nukleat (DNA dan RNA). Sumber utama nitrogen adalah N2 di atmosfer. Namun, sebagian besar organisme baik tumbuhan maupun hewan tidak dapat memanfaatkan N2 bebas di udara. Tumbuhan menyerap nitrogen dalam bentuk nitrat (NO3–). Pengikatan (fiksasi) N2 di udara menjadi NO3– dapat terjadi secara biologi dan elektrokimia. Pengikatan N2 secara biologi dilakukan oleh bakteri dan ganggang hijau-biru. Bakteri bebas (non-simbiotik) yang dapat mengikat N2 antara lain Azotobacter. Bakteri simbiotik yang mampu mengikat N2 antara lain Rhizobium leguminosarum yang bersimbiosis dengan bintil akar tumbuhan polong-polongan. 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 (Campbell, 2003).

7

Gambar 3. Siklus nitrogen Terdapat tahapan-tahapan dalam siklus nitrogen antara lain, 1. Fiksasi Nitrogen di udara difiksasi oleh bacter pada bintil akar kacang-kacangan menjadi ammonia. 2. Amonifikasi Decomposer akan merombak protein menjadi gas amoniak (NH3) dan garam ammonium yang larut dalam air (NH4+) kembali. 3. Nitrifikasi -

Nitritasi

-

Nitratasi

8

4. Denitrifikasi Apabila oksigen dalam tanah terbatas, nitrat dengan cepat ditransformasikan oleh bakteri pseudomonas menjadi gas nitrogen atau oksida nitrogen dan dikembalikan ke udara Nitrogen dapat diperoleh dari beberapa cara yakni, komunitas Biota mengasimilasikan + 1000 teragram N per tahun (I tg = 106 Ton), 80 % Nitrogen berasal dari hasil daur ulang pada strata lahan & air, 20 % Nitrogen merupa-kan input baru yg berasal dari N atmosfir me-lalui fiksasi N, melalui sentuhan petir dari udara melalui hujan yang membawa material N *(NOx , HNO3), demineralisasi / penguraian oleh dekomposer bahan mati yang mengandung protein (CHON) ,mealui proses pengendapan akibat suatu tempat terkena erosi / pencucian, pemberian pupuk buatan atau alami, fiksasi oleh organisme mikro yang handal punya kemampuan mengikat gas Inert N2 udara yang tidak dipunyai oleh organisme tumbuhan tingkat tinggi, dan nitrifikasi oleh bakteri nitrifikan. 2.4 Siklus Sulfur Di Udara Secara alami, belerang/sulfur terkandung dalam tanah dalam bentuk mineral tanah. Keberadaan sulfur di atmosfir hanya sedikit. Ada juga yang berasal dari gunung berapi dan sisa pembakaran minyak bumi dan batubara. Sulfur direduksi oleh bakteri menjadi sulfida dan kadang-kadang terdapat dalam bentuk sulfur dioksida atau hidrogen sulfida. Dan melalui proses aerobik Sulfida akan dimanfaatkan oleh bakteri Fotoautotrof anaerob seperti halnya Chromatium dan melepaskan sulfur serta oksigen. Bakteri kemolitotrof seperti halnya Thiobacillus yang akhirnya akan mengoksidasi menjadi bentuk sulfat, sehingga tumbuhan mendapat sulfur dari dalam tanah dalam bentuk sulfat (SO4 ) (Widayati, 2009). Kemudian tumbuhan tersebut dimakan hewan sehingga sulfur berpindah ke hewan. Lalu hewan dan tumbuhan mati diuraikan menjadi gas H2S atau menjadi sulfat lagi (Hanafiah, 2007).

9

Gambar 4. Siklus sulfur di Udara Setiap daur melibatkan unsur organisme untuk membantu menguraikan senyawa-senyawa menjadi unsur-unsur. Dalam daur belerang misalnya, mikroorganisme yang bertanggung jawab dalam setiap trasformasi adalah 

H2S → S → SO4; oleh bakteri sulfur tak berwarna, hijau dan ungu.



SO4 → H2S; oleh bakteri desulfovibrio. (reduksi sulfat anaerobik),



H2S → SO4; oleh bakteri thiobacilli. (Pengokaidasi sulfide aerobik)



S organik → SO4 + H2S; masing-masing oleh mikroorganisme heterotrofik aerobik dan anaerobik.

Adapun dampak positif dari siklus sulfur yakni dapat digunakan untuk industry kertas sulfit, pupuk,fungisida, mengsterilkan alat pengasap, dan untuk memutihkan buah kering dan , merupakan insulator yang baik. Sedangkan dampak negatif dari siklus sulfur ialah pencemaran udara dan merusak atmosfir.

10

BAB III PENUTUP

3.1 Simpulan 1. Siklus biogeokimia merupakan pertukaran atau perubahan yang terus menerus, antara komponen biosfer yang hidup dengan tak hidup. melalui organisme dan lingkungan. 2. Siklus karbon merupakan pelepasan CO2 dari beberapa sumber ke atmosfer, pertukaran CO2 dengan atmosfer berjalan secara tidak langsung. Nantinya CO2 akan dapat digunakan untuk proses fotosintesis tumbuhan sehingga dapat menghasilkan O2 untuk proses respirasi manusi dan tumbuhan. 3. Siklus nitrogen meliputi beberapa tahapan yakni fiksasi, amonifikasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi yang masing-masing tahapannya melibatkan bakteri. 4. Siklus sulfur terjadi dalam suatu rantai makanan, yang dimulai dari tumbuhan. Di dalam tubuh tumbuhan belerang dari dalam tanah digunakan sebagai penyusun protein. tumbuhan mendapat sulfur dari dalam tanah dalam bentuk sulfat (SO4 ). Kemudian tumbuhan tersebut dimakan hewan sehingga sulfur berpindah ke hewan. Lalu hewan dan tumbuhan mati diuraikan menjadi gas H2S atau menjadi sulfat lagi.

3.2 Saran Makalah ini disusun, supaya dapat memberikan informasi kepada pembaca agar lebih memahami mengenai siklus biogeokimia, dan pembaca menjadi lebih menjaga kelestarian bumi agar tetap terjaga.

11

DAFTAR PUSTAKA

Annisanfushie,

2008.

Hubungan

Produsen

dan

Konsumen.

http//annisanfushie’s.wordpress.com/. Diakses pada tanggal 10 Oktober 2018, hari Rabu pukul 18.13 WITA, Jimbaran. Budiati, Herni., 2009. Biologi Ligkungan. CV Gema Ilmu. Jakarta. Campbell, N.A, J.B Reece, L.G.Mitchell. 2003. Biologi Edisi Kelima jilid II. J, Erlangga, Jakarta Darmadi, 2010, Siklus Karbon di Laut, http//daniswara.wordpress.com/, Diakses pada tanggal 10 Oktober 2018, hari Rabu, pukul 18.17 WITA, Jimbaran Hanafiah, Kemas Ali, 2007, Dasar-Dasar Ilmu Tanah, Rajawali Press, Jakarta. Hughton, R. A. 2005, The contemporary carbon cycle, Pages 473-513 in W. H. Schlesinger, editor. Biogeochemistry, Elsevier Science. Janzen, H.H., 2004. Carbon Cycling in Earth Systems- A Soil Science Perspective, Mc Graw Hill Book Company, New York. Juniarti, Osmeli, D, Yuhernita, 2009, Kandungan senyawa kimia, uji toksisitas (brine shrimp lethality test) dan antioksidan (1,1-diphenyl-2-pikrilhydrazyl) dari ekstrak daun saga (Abrus precatorius L.), Makara Sains. 13(1): 50-54 Umar, Ruslan., 2012. Penuntun Praktikum Ekologi Umum. Universitas Hasanuddin. Makassar. Yudho’afi, Innani, 2012, Aplikasi Graf Dalam Siklus Karbon, ITB, Bandung Widayati, Sri., 2009. Biologi Jilid I. Pustaka Insan Madani. Jakarta

12