BIOGEOKIMIA

Oleh Rahayu Widyastuti

Jumat, 20 Mei 2016

Bagikan :

Tweet

A.Daur Air

Daur air merupakan perputaran air di atmosfer dengan perubahan berbagai bentuk dan kembali pada bentuk awal. Hal ini menunjukkan bahwa volume air di permukaan bumi sifatnya tetap. Daur air atau siklus hidrologi melewati beberapa proses secara umum, yakni evaporasi, transpirasi, kondensasi dan presipitasi.

Evaporasi (penguapan)
Pelepasan ikatan molekul air sehingga mengembang sebagai uap air yang tidak terlihat di atmosfir.

Transpirasi
Proses keluarnya uap air dari daun-daun tumbuhan.

Kondensasi (pengembunan)
Perubahan wujud benda ke wujud yang lebih padat, seperti gas (atau uap) menjadi cairan.

Presipitasi
Pembentukan hujan, salju dan hujan batu (hail), yang bergantung pada suhu di sekitarnya.
*pada gambar ditunjukan dengan rain dan snow

B.Daur Karbon dan Oksigen

Proses hubungan timbal balik atau daur ulang respirasi seluler dan fotosintesis bertanggung jawab atas terjadinya perubahan serta pergerakan utama karbon. Turun dan naiknya CO2 dan O2 Atmosir secara musiman dipengaruhi oleh menurunnya aktivitas Fotosintetik. Pada skala global kembalinya O2 dan CO2 ke Atmosfer sebagai struktur lapisan bumi melalui respirasi hampir menyeimbangkan pengeluarannya melalui Fotosintesis.

Namun, terjadinya pembakaran bahan bakar fosil dan kayu mengakibatkan bertambah banyaknya gas CO2 yang masuk ke Atmosfir. Sebagai dampaknya terjadi kenaikan gas CO2 dalam Atmosfir bumi. O2 serta CO2 atmosfer juga akan berpindah masuk ke luar dan kedalam sistem akuatik, dimana O2 dan CO2 akan terlibat dalam suatu keseimbangan dinamis dengan bentuk bahan organik yang lainnya.

C. Daur Nitrogen

Sebagian besar nitrogen atmosfer terdapat dalam bentuk nitrogen bebas (N2) dan 78% dari atmosfer adalah gas nitrogen. Daur nitrogen sendiri dibagi ke dalam beberapa proses, yaitu:

FIKSASI NITROGEN

Fiksasi nitrogen adalah proses penambatan atau pengambilan nitrogen bebas dari udara menjadi senyawa nitrogen yang dapat di manfaatkan tanaman. Fiksasi nitrogen dapat terjadi melalui 2 cara, yaitu:

Secara biologis

Fiksasi nitrogen biologis terjadi melalui bantuan mikroorganisme. Mikroorganisme yang dapat memfiksasi nitrogen disebut mikroorganisme diazotrof. Contohnya adalahAzotobacter chroococcum, Clostridium pasteurianum, dan Rhodospirillium rubrum. Ada juga yang bersimbiosis dengan tanaman kacang-kacangan contohnya Rhizobium leguminosorum, dan kelompok algae biru yaitu Gleocapsa sp. Anabaena ferilisima,Anabaena cycadae, Anabaena azzolla, dan Nostoc commune. Dari fiksasi nitrogen ini di hasilkan amonium (NH4).

Secara non –biologis

Fiksasi nitrogen non biologis dapat terjadi melalui beberapa cara, diantaranya adalah melalui sambaran petir yang akan memicu terbentuknya senyawa NO2 dan NH2, pembakaran bahan bakar fosil yang akan melepaskan senyawa nitrogen oksida (NOx).

 AMONIFIKASI

Amonifikasi adalah proses pembentukan amonium oleh bakteri yang hidup di dalam tanah. Selain dari hasil fiksasi nitrogen, amonium juga dapat terbentuk dari dekomposisi (penguraian) organisme yang sudah mati baik tumbuhan ataupun hewan oleh bakteri. Selain dekomposisi ssampah organik, amonifikasi juga dapat terjadi akibat aktivitas bakteri yang merubah senyawa nitrat menjadi amonium.

NITRIFIKASI

Nitrifikasi adalah proses pengubahan amonium menjadi nitrat oleh aktivitas enzim nitrogenase yang di miliki oleh bakteri nitrifikasi. Proses nitrifikasi berlangsung melalui dua tahap, yaitu nitritasi dan nitratasi. Nitritasi adalah proses pengubahan amonium menjadi nitrit (NO2) oleh bakteri nitrit seperti Nitrosomonas sp. dan Nitrosococcus sp. yang dilanjutkan dengan nitratasi, yaitu  proses pengubahan nitrit menjadi nitrat (NO3) oleh bakteri nitrat seperti Nitrobacter dan Bactoderma sp. Dalam wujud nitrat inilah baru nitrogen dapat diserap oleh tumbuhan.

ASIMILASI DAN DENITRIFIKASI

Nitrat yang terbentuk dari proses nitrifikasi akan mengalami proses asimilasi oleh tumbuhan dan denitrifikasi oleh bakteri. Asimilasi dan denitrifikasi adalah dua proses berbeda yang dapat terjadi dalam waktu bersamaan di dua tempat yaitu pada tumbuhan dan didalam tanah.

Asimilasi adalah proses pemanfaatan nitrat dalam proses fotosintesis. Asimilasi terjadi melalui penyerapan nitrogen dalam bentuk ion nitrat dan amonium dari dalam tanah oleh tanaman. Senyawa ion nitrogen tersebut kemudian direaksikan hingga terbentuk berbagai unsur organik seperti asam amino, asam nukleat dan bahkan ada senyawa ion nitrogen yang di sisipkan ke dalam klorofil. Pada tanaman yang memiliki bintil/nodul akar yang berisi organisme diazotrof, nitrogen dapat langsung difiksasi hingga terbentuk ion amonium. Nitrogen dapat berpindah ke hewan dan manusia ketika memakan tumbuhan.

Denitrifikasi adalah proses pelepasan nitrogen kembali keudara. Proses ini terjadi di dalam tanah dengan bantuan bakteri denitrifikasi seperti Clostridium denitrificans, Thiobacillus denitrificans, Azotobacter denitrificans, dan Pseudomonas denitrificans. Selain melalui proses denitrifikasi, proses pelepasan nitrogen kembali keudara juga dapat berlangsung melalui proses Oksidasi Amonia Anaerobik. Dalam proses ini amonium dan nitrit bereaksi secara oksidasi menghasilkan Nitrogen bebas dan air (H2O).

Setelah nitrogen bebas terbentuk kembali, daur nitrogen mulai dari awal lagi di mulai dengan fiksasi nitrogen, amonifikasi, nitrifikasi, asimilasi dan denitrifikasi. Begitu seterusnya, sehingga menjadi sebuah siklus yang terus menerus berputar.

D. Daur Fosfor

Fosfor digunakan sebagai pembentuk asam nukleat, fosfolipid, ATP, serta pembentuk tulang dan gigi. Berbeda dengan daur hidrologi, daur karbon, dan daur nitrogen, daur fosfor tidak melalui komponen atmosfer. Di alam, fosfor dapat ditemukan dalam 2 bentuk, yaitu senyawa fosfor organik pada makhluk hidup dan senyawa fosfat anorganik pada air dan tanah. 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. Fosfor dialam dalam bentuk terikat sebagai Ca-fosfat, Fe- atau Al-fosfat, fitat atau protein. Bakeri yang berperan dalam siklus fosfor : Bacillus, Pesudomonas, Aerobacter aerogenes, Xanthomonas, dll. Bakteri-bakteri tersebut dapat melarutkan fosfat menjadi tersedia bagi tumbuhan. Tumbuhan lalu menggunakan dan membentuknya sebagai senyawa organik bagi konsumen. Manusia dan hewan memperoleh fosfat dari tumbuhan yang dimakannya. Jika kandungan fosfat dalam tubuh makhluk hidup berlebihan maka fosfat akan dikeluarkan kembali ke alam dalam bentuk urin atau feses yang kemudian diuraikan oleh bakteri pengurai kembali menjadi fosfat anorganik. Selain dari sisa-sisa metabolisme tubuh, fosfat juga di peroleh dari dekomposisi makhluk hidup yang telah mati oleh bakteri pengurai.

E. Daur Sulfur 
Sulfur terdapat dalam bentuk sulfur anorganik, sulfur direduksi oleh bakteri menjadi sulfida dan kadang-kadang terdapat dalam bentuk sulfur dioksida atau hidrogen sulfida. Hidrogen sulfida ini seringkali mematikan mahluk diperairan 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 sulfide dalam bentuk hydrogen sulfide (H₂S) kemudian H₂S digunakan bakteri fotoautotrof anaerob seperti Chromatium dan melepaskan sulfur dan oksigen. Sulfur dioksida menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrop seperti Thiobacillus.
Belerang atau sulfur merupakan unsur 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. Secara alami, belerang terkandung dalam tanah dalam bentuk mineral tanah. Ada juga yang gunung berapi dan sisa pembakaran minyak bumi dan batubara. 
Hidrogen sulfida (H₂S) berasal dari penguraian hewan dan tumbuhan yang mati oleh mikroorganisme seperti bakteri dan jamur. Hidrogen sulfida hasil penguraian sebagian tetap berada dalam tanah dan sebagian lagi dilepaskan di udara dalam bentuk gas hidrogen sulfida. Gas hidrogen sulfida di udara kemudian bersenyawa dengan oksigen membentuk sulfur dioksida. Sedangkan hidrogen sulfida yang tertinggal di dalam tanah dengan bantuan bakteri akan diubah menjadi ion sulfat dan senyawa sulfur oksida. Ion sulfat akan diserap kembali oleh tanaman sedangkan sulfur dioksida akan bereaksi dengan oksigen dan air membentuk asam sulfat (H₂SO₄) yang kemudian jatuh ke bumi dalam bentuk hujan asam. Hujan asam juga dapat disebabkan oelh polusi udara seperti asap-asap pabrik, pembakaran kendaraan bermotor, dll. Hujan asam dapat menjadi  penyebab korosi batu-batuan dan logam. H₂SO₄ yang jatuh kedalam tanah oleh bakteri dipecah lagi menjadi ion sulfat yang kembali diserap oleh tumbuhan, tumbuhan di makan oleh hewan dan manusia, makhluk hidup mati diuraikan oleh bakteri menghasilkan sulfur kembali. Begitu seterusnya. Siklus sulfur atau daur belerang tidak akan pernah terhenti selama  salah satu komponen penting seperti tumbuhan masih ada di permukaan bumi ini.

FUNGSI SULFUR

Dalam kehidupan, sulfur atau belerang berperan dalam:

•   Menstabilkan struktur protein. Ikatan sulfida sangat penting artinya untuk membentuk protein stabil.
• Berperan dalam mengaktifkan enzim, karena berbagai enzim membutuhkan gugus sulfurhidril (-SH) yang bebas, untuk melakukan aktivasinya. 
• Membentuk senyawa denganko-enzim A.
• sebagai peredam racun. Gugus sulfur yang aktif bersenyawa dengan racun sehingga menjadi senyawa yang tidak berbahaya, kemudian dikeluarkan melalui urin.
• Membantu pembentukan butir hijau daun sehingga daun menjadi lebih hijau
• Menambah kandungan protein dan vitamin hasil panen.
• Meningakatkan jumlah anakan yang di hasilkan (pada tanamanpadi).
• Berperan penting pada proses pembulatan zat gula.
• Memperbaiki warna,aroma, dan kelenturan daun tembakau (khusus pada tembakau omprongan).

Tag : BIOGEOKIMIA