chapter 19 geosains

7/23/2019 Chapter 19 Geosains

http://slidepdf.com/reader/full/chapter-19-geosains 1/34

1

Chapter Report

LINTASAN-LINTASAN MATERI DALAM JALUR BIOSPER Chapter 19

Dosen : Prof Dr ! Pra"o#o$ MP%

O&eh

ROSMIATI

11''9()*)

O&eh

1 Ros+,at, 11''9()*)

!asto pan.oro 1)''9()*1

UNI/ERSITAS NE0ERI SURABAA

PRO0RAM PASCASARJANA

PRO0RAM STUDI S PENDIDI2AN SAINS

)1



2

CO/ER3333333333333333333333333333333

3

DA4TAR

ISI33333333333333333333333333

BAB IPENDA!ULUAN3333333333333333333333333

BAB II PEMBA!ASAN

1. Komposisi

biosfer…………………………………………………………………..

2. Reaksi oksidasi dan

reduksi………………………………………………………..

3. Siklus

air……………………………………………………………………………

4. Peran biologi

air……………………………………………………………………

5. Siklus

karbon……………………………………………………………………….

6. Bentukbentuk

nitrogen…………………………………………………………….

!. Reaksi biokimia

nitrogen…………………………………………………………...

". Siklus

nitrogen……………………………………………………………………...

#. Bentuk dan reaksi

sulfur……………………………………………………………

1$. Siklus sulfur………………………………………………………………………..

11. Siklus

oksigen………………………………………………………………………

12. Siklus

sedimen……………………………………………………………………...

%&

'

1

2

3

5

6

"

1$

1$

14

14

1!

1#

22

24

2!

3$

33



3

BAB III 2ESIMPULAN333333333333333333333333

DA4TAR PUSTA2A3333333333333333333333333

DA4TAR ISI

BAB I

PENDA!ULUAN

(nsur di dalam organisme dan ekosistem memberikan 2 fungsi) pertama materi

bermanfaat sebagai sarana penempatan bentuk energi kimia dan potensial gra*itasi) kedua) unsur

bermanfaat sebagai kerangka fisik untuk mendukung akti*itas ke+idupan biokimia. ,adi

ke+idupan tidak mungkin tanpa adan-a molekul -ang mena+an dan men-alurkan energi dari satu

bentuk ke bentuk lainn-a tanpa adan-a molekul -ang berisikan dan memberikan lingkungan fisik dan kimia -ang perlu bagi pengangkutan dan pen-ebaran energi. Karena molekul dibentuk dan

tersusun kembali ole+ reaksi kimia dan biokimia dalam ekosistem) atom -ang men-ususun

mereka tidak beruba+ atau +ilang) pada bentuk -ang sama energi itu +ilang pada suatu ekosistem

karena panas dalam pen-aluran energi. ,adi unsur dapat di+emat dalam ekosistem dan atom serta

molekul dapat digunakan ulang atau diedarkan dalam ekosistem.

%&tom dan molekul -ang bergerak melalui ekosistem adala+ pengaru+ dan proses

fisika dan biologi. Peredaran unsur melalui ekosistem bumi terdiri atas siklus /at. Pada 0+apter

ini) lima siklus /at tersebut -ang akan diba+as antara lain air) karbon) nitrogen) oksigen dan

sulfur. Ba+anba+an tersebut memberikan fungsi -ang berarti bagi organisme dan ekosistem.

Pemba+asan kita mengenai siklus akan menunukkan tidak +an-a bagaimana dan dimana ba+an

ba+an tersebut beruba+) tetapi mengapa mereka penting untuk organisme dan ekosistem.



4

Para kolog men-atakan dua tipe siklus) siklus gas dan siklus sedimentasi. Pada siklus

sedimen) pen-usun atau unsurn-a dilepaskan dari batuan ole+ peruba+an 0ua0a) kemudian

mengikuti gerakan aliran air +uan baik dalam larutan atau sebagai sedimen ke laut) dimana pada

ak+irn-a) berturutturut keadiann-a akan mengikis batuan. Ketika batuan suda+ terangkat dan

nampak lagi di laut akibat peruba+an 0ua0a maka siklusn-a suda+ lengkap. Pada siklus gas)

0aran-a singkat unsur atau sen-aa dapat berbentuk gas) berdifusi melalui atmosfer dan

kemudian mun0ul ke permukaan daratan atau laut digunakan ulang ole+ biosfer biasan-a dalam

aktu -ang singkat. Pada umumn-a) siklus gas lebi+ ban-ak dikenal daripada siklus sedimen)

disamping itu unsur primer dari unsur ke+idupan karbon) +idrogen) oksigen) dan nitrogen

seluru+n-a melalui siklus gas.

ambar 1#.1. Pola umum siklus /at

Pola umum siklus /at diperli+atkan pada gambar 1#.1 tempat -ang dilalui unsur kita

sebut sebagai pool aktif) dimana unsur dengan muda+ beruba+ bentuk dan muda+ dipakai dalam

proses +idup. an pool pen-impanan ) dimana unsur lebi+ sulit beruba+ untuk digunakan dalam

ke+idupan. &liran dalam pool aktif dan pool pen-impanan dikendalikan ole+ proses fisik.



5

Besarn-a pool aktif dan pool pen-impanan dapat berbeda. alam pool aktif unsur bergerak

dengan 0epat dan lebi+ ke0il.



6

BAB II

PEMBA!ASAN

1 2o+pos,s, B,osfer

Komposisi unsur biosfer diperli+atkan pada gambar 1#.2 dengan satuan mol per+ektar)

karena besarn-a perbedaan *ariasi maka digunakan proporsi dalam nilai logaritma. Kompenen

utama materi +idup tersebut adala+ karbon) +idrogen dan oksigen. Ketiga komponen ini dalam

bentuk 78%9% merupakan bentuk pen-usun dari karbo+idrat. Perbandingan ini uga merupakan

0iri dari keban-akan dari biomassa -ang sebagian besar disusun ole+ rantai molekul karbo+idrat .

ambar 1#.2 komposisi ratarata unsur ke+idupan

:eli+at grafik pada gambar 1#.2) ada enam elemen -ang disebut sebagai makronutrien

; <a) 8a) K) :g) S dan P =. Selaian itu nitrogen paling ban-ak terdapat di alam) dimana setiap



!

molekul asam amino pasti mengandung unsur nitrogen . (nsur makronutrien sangat diperlukan

dalam umla+ tertentu agar berbagai proses +idup dapat berlangsung. >osfor diperlukan untuk

men-usun struktur kerangka *ertebrata) uga penting untuk sintesis biokimia pada tingkat sel

baik tumbu+an maupun +ean. Kalsium ;8a=) dan Potassium ;Karbon= berperan penting bagi

pengaturan tekanan osmosis dalam sel. Selain itu Kalsium dalam bentuk karbonat atau pospat

sebagai ba+an 0ampuran pembentuk kerangka dalam atau luar bagi :olluska dan ?ertebrata.

(ntuk besi) magnesium dan mangan penting bagi bekeran-a beberapa en/im) seperti

molekul besar klorofil. Sulfur uga merupakan pen-ususun protein -ang uga berperan dalam en/im

tertentu. Sedangkan sodium dan klor diperlukan 0ukup ban-ak ole+ tumbu+an dan +ean)

alaupun nampakn-a tidak berguna. lemenelemen ini diperole+ organisme dalam bentuk ion

ion garam dan membantu proses sekresi -ang mengatur proses keseimbangan asam basa uga

umla+ air dalam tubu+. lemen mikronutrien -ang diperlukan dalam umla+ ke0il) alaupun

demikian keberadaann-a sangat *ital. (nsur ini sering dikenal dengan trace elemen. (nsur lain

-ang uga termasuk trace elemen adala+ tembaga ;8u=) besi ;>e=) klor ;8l=) mangan ;:n=) seng

;@n=) boron ;br=) molibdenum ;:o=) kobalt ;8o=) *anadium ;?=. Sebagian besar dari unsurunsur

memainkan peran k+usus dengan en/im) *itamin) dan molekul lain -ang terlibat dalam reaksi

biokimia mulai dari fotosintesis sampai metabolisme nitrogen.

9ksigen merupakan sala+ satu unsur -ang melimpa+ di bumi. Karbon dan +idrogen

adala+ bagian ke0il dari bumi) tetapi terkonsentrasi pada unsur +idup. <itrogen) unsur lain -ang

diperlukan dalam umla+ besar. Konsentrasi karbon) +idrogen) oksigen dan nitrogen dalam

biosfer tidak akan bertabrakan) unsurunsur ini lebi+ ringan) muda+ menguap) dan karena

unsureunsur tersebut muda+ beruba+ dalam sen-aa organik dan inorganik) paling sesuai

digunakan untuk transfer dan transformasi energi biokimia. Selain kegunaan-a dalam proses

biokimia) unsureunsur ini tersedia se0ara luas di permukaan bumiA 892) 92) % dalam %29) <

pada sen-aa <2 dan lainn-a tela+ terkonsentrasi di atmosfer dan +idrosfer karena sifat muda+

menguap mereka sebagai 0air dan gas. engan demikian) proses kimia ke+idupan tela+

berkembang dengan menggunakan ba+anba+an -ang tersedia dan mengambil keuntungan dari

karakteristik reaktif mereka.

Rea5s, O5s,%as, %an Re%65s,

Reaksi kimia dan biologi -ang erat kaitann-a dengan peruba+an bentuk satu menadi

-ang lain adala+ reksi oksidasi dan reduksi. Sen-aa -ang tereduksi mengandung lebi+ ban-ak



"

atom +idrogen daripada atom oksigen) sedangkan sen-aa -ang teroksidasi mengandung atom

oksigen lebi+ ban-ak daripada atom +idrogen. ari sudut pandang kimia) kita dapat

mendefinisikan reaksi oksidasi atom sebagai ke+ilangan elektron pada atom. 8onto+ reaksi

pembentukan air ole+ atom +-drogen dan oksigen 9 2%→%29.

Kimiaan mengukur kemampuan sebua+ atom untuk menarik elektron ole+

keelektronegati*itasann-aA oksigen memiliki elektronegati*itas tertinggi dari semua unsur

ke0uali fluor. lektronegati*itas tinggi oksigen berarti ba+a ketika ikatan molekul terbentuk

antara +idrogen dan oksigen) oksigen akan 0enderung untuk memiliki ikatan -ang sangat erat

ter+adap elektron +idrogen. fekn-a adala+ men-ebabkan +idrogen ke+ilangan elektron) atau

akan teroksidasi) dan untuk oksigen mendapatkan elektron) atau tereduksi. Per+atikan ba+a

reaksi oksidasi dan reduksi akan selalu teradi pada reaksi -ang sama) karena ika satu di atom

ke+ilangan elektron ;teroksidasi=) atom lain mendapatkan ele0tron ;tereduksi=.8onto+ lain adala+ reaksi metana dengan oksigen untuk membentuk karbon dioksida dan

air 8%4292→8922%29. Karena karbon memiliki elektronegati*itas lebi+ tinggi dari

+idrogen) elektron disumbangkan ole+ +idrogen pada molekul metana terikat pada atom karbon.

Setela+ reaksi) elektron dalam molekul 892 terikat ole+ atom oksigen) karena oksigen lebi+

elektronegatif dari karbon. :eli+at dari sisi karbon saa) karbon tela+ ke+ilangan elektron dalam

reaksi) dan ole+ karenan-a tela+ teroksidasi. &tom oksigen) tela+ mengikat elektron dari karbon)

dan ole+ karena itu tereduksi. (ntuk atom +idrogen) sedikit beruba+A elektronn-a berikatan

dengan karbon dalam molekul metana) dan sekarang berikatan dengan oksigen dalam molekul

air. Karena atom +idrogen mengikat dan ke+ilangan elektron dalam reaksi) se+ingga teroksidasi

dan terekdusi sekaligus.

Pentingn-a reaksi oksidasi dan reduksi terletak pada +ubungan energi mereka. Pelepasan

elektron membutu+kan energi) ketika elektron ditangkap) energi -ang +ilang diperole+ kembali.

engan meli+at transfer elektron dari karbon ke oksigen. Karbon mengikat lema+ elektron)

+an-a seumla+ ke0il energi -ang diperlukan untuk melepasn-a. lektron diikat sangat kuat ole+

atom oksigen) dan seumla+ besar energi dilepaskan. Karena energi -ang dibutu+kan lebi+ ke0il

dari energi -ang dilepaskan) maka +asiln-a adala+ pelepasan energi. alam respirasi) energi ini

dimanfaatkan untuk mendorong proses metabolisme.

Peran oksigen pada organisme berada pada tingkat molekuler dan pengikatan elektron

meng+asilkan energi -ang sangat ban-ak -ang ada +ampir selalu 0ukup tersisa untuk ekstrak



#

pekeraan biokimia. %ampir semua pelepasan elektron ;oksidasi= ole+ karbon) nitrogen) atau

belerang akan meng+asilkan energi ika elektron ditangkap le+ oksigen. engan demikian) peran

biologis utama oksigen adala+ sebagai akseptor elektron.

%ubungan energi uga penting untuk reaksi inorganik -ang terlibat dalam siklus material.

Karena begitu ban-ak energi -ang dilepaskan dengan menamba+kan elektron ke oksigen

;mereduksin-a=) +ampir semua unsur akan menamba+ oksigen dan ke+ilangan elektron

;teroksidasi= se0ara spontan. ,adi sen-aa tereduksi seperti <%2 ;amonia=) %2S ;+idrogen

sulfida=) atau 8%4 ;metana= akan dikon*ersi menadi <92) S92) dan 892 di baa+ kondisi -ang

tepat) dan dengan adan-a oksigen pada lapisan ke+idupan akan 0enderung diuba+ se0ara

inorganik ke dalam bentuk teroksidasi. >akta ini uga berarti ba+a ika suatu organisme

memerlukan unsure dalam bentuk tereduksi) seperti karbon dalam protein atau lipid) atau

nitrogen dalam asam amino) maka kemungkinan besar +arus meng+abiskan energi untuk

mendapatkann-a) karena mungkin akan tersedia +an-a dalam bentuk teroksidasi.

* S,5&6s A,r

ari semua siklus material) siklus air adala+ -ang paling penting dalam biosfer) karena

disertai dengan material -ang bergerak pada ban-ak siklus lainn-a. Cni berfungsi sebagai media

penampung ban-ak material) dan membaa karbon) oksigen) nitrogen) belerang) fosfor) dan

ban-ak unsur biologis penting lainn-a dalam bentuk larutan dari darat ke laut. &ir tidak +an-a penting sebagai pembaa unsur terlarut dan tersuspensi) tetapi uga penting sebagai dirin-a

sendiri) karena air adala+ komponen penting dari sel +idup dan berperan dalam reaksi biokimia.

Dabel 1#.1 men-aikan ringkasan dari pool aktif dan pen-impanan dalam siklus air.

Sekitar #!E air berada dalam enam daftar pool aktif) dan -ang satu lebi+ besar berkalikali lipat

dari -ang lain -aitu lautan. 'ima pool aktif -ang lain ) tremasuk dalam air segar di darat dan air

di udara) umlan-a kurang dari 1F1$$$ dari total air di pool aktif) namun memiliki peran -ang

besar dalam biomassa. %an-a sekitar 2F!4) atau kurang dari 3E) air di dunia tidak bisa digunakan

untuk +idup) berada di pool pen-impanan seperti kantung es) gletser) dan air tana+.umla+ ke0il

inimasi+ ratusan kali lebi+ ban-ak daripada umla+ dalam pool aktif terrestrial.



1$

Dabel 1#.1 Pool aktif dan pen-impanan dalam siklus air

ambar 1#.3 menunukkan pool tersebut dan umla+ untuk pergerakan air antar pool .

'ebi+ dari 2$ uta G 1$12 mol sirkulasi air setiap ta+un -ang diukur ole+ 0ura+ +an total atau

penguapan total. Pada tingkat ini) air di atmosfer diganti setiap dua minggu atau lebi+. <amun)

siklus lengkap semua air di lautanmelalui atmosfer dan kembali ke lautanmembutu+kan aktu

-ang au+ lebi+ besar) mungkin sekitar 4.$$$ ta+un. Siklus air mungkin akan ditandai

terbentukn-a satu pool aktif -ang sangat besar ;lautan= -ang diikuti sebua+ pool aktif sangat

ke0il ;air di udara dan di darat= -ang mendukung sebagian besar biomassa di dunia.

ambar 1#.3 Siklus air. &liran air antar pool dalam 1$12mol per ta+un



11

7 Peran B,o&o8, A,r

&ir adala+ sen-aa inorganik paling penting dalam biosfer. &ir digunakan ole+

organisme setidakn-a dalam tiga 0ara ;1= sebagai reaktan dalam reaksi biokimia -ang men-uplai

+idrogen ;%= dan ion +idroksil ;9%=) ;2= sebagai media seluler -ang mena+an molekul

biokimia dalam larutan) dan ;3= sebagai media sirkulasi dalam organisme multisel mengangkut

ion dan molekul nutrisi ke sel dan mengeluarkan sisa metabolisme.

&daptasi organisme untuk *ariasi pasokan air sangat ber*ariasi dan efektif -ang

di+asilkan ole+ proses e*olusi -ang bertindak melalui pola kelebi+an dan kekurangan ditentukan

ole+ siklus air. Keseimbangan antara 0ura+ +uan) penguapan) aliran air dan infiltrasi -ang

menentukan ketersediaan air untuk organisme terestrial pada titik tertentu dalam aktu atau

ruang. Keseimbangan ini) dipengaru+i ole+ organisme. :elalui transpirasi) tanaman

mengembalikan sebagian besar air tana+ ke atmosfer. engan meng+ambat aliran permukaan

dan meningkatkan porositas tana+) tanaman mengurangi aliran air dan meningkatkan peresapan.

Detapi ketika kita mengeta+ui ba+a lebi+ dari setenga+ permukaan tana+ se0ara umum adala+

tundra) gurun) gunung) atau es -ang berkontribusi sedikit atau tidak pada penguapan air ke

atmosfer melalui penguapan renda+ atau pengangkutan renda+) kita dapat meli+at ba+a pola

utama *ariasi kelembaban dari satu tempat ke tempat lain masi+ ditentukan ole+ dinamika

keseluru+an atmosfer dan lautan. :eskipun pergerakan air melalui proses biologis sangat penting dari sudut pandang ke+idupan organik) efek mereka ke0il dibandingkan dengan proses

fisik -ang mengontrol fiturfitur utama dari siklus air.

( S,5&6s 2ar"on

Pergerakan karbon melalui lapisan ke+idupan adala+ sangat penting) bagi semua

ke+idupan terdiri dari sen-aa karbon dari satu bentuk atau -ang lain. ambar 1#.4 men-aikan

siklus karbon dalam bentuk diagram. Dabel 1#.2 daftar pool aktif dan pen-impanan karbon

dalam ekosistem bumi. Karbon tersedia untuk proses ke+idupan dalam dua bentuk sebagai 892)

dan sebagai karbon organik. 892 adala+ unsur ke0il atmosfer) meakili sekitar 1F3$ dari satu

persen ;3$$ ppm= *olume total atmosfer. &kibatn-a) penampung 892 di atmosfer relatif ke0il.

,umla+ 892 terlarut dalam air lautan dunia sekitar 2.#$$.$$$ G 1$12 mol) -ang au+ lebi+ besar



12

dibandingkan dengan angka 5".$$$ G 1$12 mol untuk atmosferA pada ken-ataann-a) konsentrasi

892 dalam air biasan-a lebi+ dari seratus kali lebi+ besar daripada konsentrasi di udara.

Sebagian besar dari karbon laut dalam bentuk ion karbonat ; CO

3

¿

=) tetapi karena karbonat dan

892 muda+ bereaksi) 892 selalu tersedia. Semakin tinggi konsentrasi 892 dalam air permukaan

berarti 892 -ang lebi+ muda+ digunakan untuk organisme perairan daripada -ang daratan) dan

fakta ini uga men-iratkan proses ke+idupan autotrop+ daratan mungkin dibatasi ole+ umla+

ke0il 892 di atmosfer.

ambar 1#.4 Siklus Karbon



13

Pool 8apa0it-

;1$12 moles=

&0ti*e pool s

&s 892 or 893 in solution

&tmosp+ere 5")$$$

90ean surfa0e la-ers 43)$$$eep o0ean la-ers 2)#$$)$$$

&s organi0 0arbon

'and organisms 3")$$$

e0a-ing organi0

matter) land 5")$$$

:arine organisms "3$

e0a-ing organi0

matter) o0eans 25$)$$$

Dotal a0ti*e pool s 3)34!)"3$

Rounded total ;3)3$$)$$$=

Storage pool s

&s 0arbonate

8arbonate sediments 1)!$$)$$$)$$$

&s organi0 0arbon

>ossil fuels "3$)$$$

Dotal storage pool s 1)!$$)"3$)$$$

Rounded total ;1)!$$)$$$)$$$=Dabel 1#.2 &ktif dan Sumber Pen-impanan dalam Siklus Karbon

Karbon dalam bentuk reduksi ini men-impan energi -ang dibutu+kan ole+ +eterotrof.,umla+ karbon -ang terbentuk dalam bentuk organik ini kirakira sama dengan umla+ 89 2 -ang

aktif. <amun seau+ ini karbon -ang ban-ak terdapat dalam bentuk satuan sedimen diperkirakan

ribuan kali dari karbon -ang aktif. Karbon organik di dalam ba+an bakar fosil +an-a dua kali dari

umla+ total karbon organik -ang dimasukkan di dalam pool aktif ;Dabel 1#.2=

inamika siklus karbon digambarkan pada ambar 1#.4. <ampak eratn-a kaitan antara

karbon -ang teradi se0ara biokimia. :elalui fotosintesis 892 mengalami reduksi menadi

bentuk 78%9% melalui respirasi karbon organik -ang diuba+ ke bentuk 892 -ang

meng+asilkan energi. alam kedua proses tersebut teradi transformasi bentuk materi dari gas

menadi padat dan menadi gas kembali. ,adi 892 dapat berpinda+ 0epat dalam bentuk gas

melalui difusi dibantu ole+ air) namun lambat dalam bentuk padat. (ntuk alasan ini maka karbon

-ang terdapat dalam organisme disebut karbon tetap.



14

Siklus karbon diaali ole+ peristia fiksasi dan reduksi ole+ tumbu+an darat. >iksasi

ta+unan disebut sebagai produk primer netto -ang merupakan kon*ersi umla+ karbon dalam mol

menadi energi -ang tersimpan di+itung dalam kilokalori. ,umla+ ini sekitar 2.1$$ G 1$12 mol

karbon -ang merupakan 5E dari total karbon -ang terdapat di daratan seperti kita keta+ui

seluru+ karbon -ang ada akan digunakan ole+ bakteri +eterotrof di tana+ dan akan

mengembalikan ke atmosfer dalam siklusn-a. 9ksidasi seluru+n-a di dalam tana+ memerlukan

aktu -ang lama) seperti di +utan tropis setidakn-a beberapa dekade) sedangkan di daera+ +utan

lain memerlukan sekitar beberapa ratus ta+un.

i dalam lautan total produksi netto primer sekitar 3.3$$ G 1$12 mol tiap ta+un) +al ini

lebi+ besar satu setenga+ kali dari -ang di+asilkan ole+ tumbu+an daratan. Produksi ini berasal

dari 892 -ang terlarut dari lapisan permukaan. Keban-akan materi organik -ang di+asilkan

dengan 0epat melalui reoksidasi 892 ole+ +eterotrof -ang kemudian dilepaskan ke lapisan

permukaan sekitar seperdelapan dari permukaan memasuki bagian dalam laut dimana proses

oksidasi teradi sangat lambat. Kelarutan 892 sangat dipengaru+i ole+ tekanan) se+ingga makin

dalam makin ban-ak 892 dan 893 -ang terlarut. :elalui peristia diffusi *ertikal sekitar 3."$$

G 1$12 mol karbon mengalami peruba+an di permukaan dan bagian dalam tiap ta+un. Pada

ke0epatan tersebut 892 -ang terdapat dibagian dasar seluru+n-a akan berganti setiap 1$$$ ta+un

atau lebi+. Sedangkan peruba+an antara permukaan laut dengan atmosfer teradi lebi+ 0epat -aitu

sekitar ".3$$ G 1$12 mol teradi tiap ta+un. ,umla+ ini 0ukup untuk mengganti 892 seluru+n-a

dibagian permukaan sekitar 6 ta+un. 8ara -ang lain) semua 892 di atmosfer ratarata mengalir ke

lautan sekali setiap ! sampai " ta+un.

Siklus karbon dalam pool aktif bertamba+ tiap ta+un melalui proses pengembunan dan

sedimentasi -ang kemudian menadi ba+an bakar dan batu kapur. %an-a masi+ sedikit -ang

diketa+ui berapa umla+ -ang tersimpan dalam bentuk ini tiap ta+un. Karbon kembali dari pool

pen-impanan dalam batuan berupa sen-aa karbonat) -ang terangkat ke permukaan ole+

peristia tektonik. Setela+ itu mengalami pelapukan ole+ 0ua0a se+ingga diperole+ batuan -ang

berupa keseimbangan antara 892 dengan 893. 8adangan ba+an bakar fosil -ang dibakar

meng+asilkan lebi+ 0epat 892 di udara -aitu sekitar 42$ G 1$12 mol tiap ta+un setara dengan

seperlimapulu+ fiksasi di daratan. Ke0epatan kon*ersi karbon dari pool pen-impanan ke pool

aktif meng+asilkan penamba+an -ang n-ata seumla+ 892 ke atmosfer dalam 1$$ ta+un terak+ir.



15

Bent65-"ent65 N,tro8en

Sala+ satu bentuk -ang umum dari nitrogen adala+ group amino <% 2 -ang merupakan

komponen dari asam amino dan akan di+asilkan dengan sendirin-a dalam bentuk amoniak <%3

atau ion amonium <%4. Con ini sulit untuk mengalami oksidasi sedang bentuk -ang muda+

adala+ nitrogen dalam bentuk ion nitrat <93 dan ion nitrit <92. <itrogen organik terdapat

dalam sen-aa -ang terlarut dalam air atau tana+) biasan-a dalam bentuk oksidasi nitros < 29.

Sen-aa ini dapat di+asilkan ole+ beberap organisme. i alam nitrogen berlimpa+ dalam bentuk

gas nitrogen ;<2 H !" E dari *olume udara atmosfer=. Bentuk lain dari sen-aa nitrogen adala+

gas nitrogen dioksida <92 dan nitrogen oksidasi <9 terdapat dalam umla+ sedikit di atmosfer

uga merupakan polutan -ang berasal dari akti*itas manusia. Karena lebi+ muda+ teroksidasi

bentuk umum dari nitrogen adala+ ion nitrat ;<93= nitrogen dioksida ;<92=) ion nitrit ;<92

=)

nitrogen oksida ;<9=) nitrus oksida ;<29=) gas nitrogen ;<2= dan amonia ;<%3=.

' Rea5s, B,o5,+,a N,tro8en

<itrogen beruba+ dari satu bentuk ke bentuk melalui proses biokimia seperti terli+at pada

Dabel 1#.3. Reaksi pertama adala+ reduksi nitrogen) -aitu pelepasan oksigen digantikan ole+

atom +idrogen. Peristia tersebut adala+ asimilasi nitrat) -aitu asimilasi nitrat atau nitrit menadi

amoniak. &moniak di atmosfer biasa langsung diasimilasi ole+ tumbu+an) namun demikian lebi+

sering teradi amoniak -ang diperole+ berasal dari ion nitrit atau nitrat dalam tana+ -ang diuba+

ole+ tumbu+an dan bakteri tana+. Reaksi -ang teradi tidak spontan) namun +al ini memerlukan

energi biokimia dari satu bentuk ke bentuk lain dan melibatkan beberapa ta+ap. Konsumen

tingkat tinggi tidak memiliki kemampuan untuk menggunakan nitrat atau nitrit. (ntuk nitrogen

-ang dapat digunakan +an-a dalam bentuk asam amino.

Sedangkan reaksi bentuk kedua dan ketiga seperti pada Dabel 1#.3 berlangsung bersama

sama untuk mengendalikan seumla+ nitrogen -ang diperlukan bagi ke+idupan. >iksasi nitrogen

menguba+ molekul nitrogen -ang sulit untuk digunakan menadi molekul nitrogen -ang dapat

dimanfaatkan. ari proses ini kemudian dibentuk nitrogen berupa amoniak selanutn-a diuba+

menadi sen-aa asam amino atau sen-aa biokimia lain -ang dapat mengalami siklus di dalam

ekosistem. %an-a organisme tertentu -ang memiliki kemampuan mengikat nitrogen bebas

maupun terikat. Sebagian bakteri pengikat nitrogen bersimbiosis dengan tumbu+an tingkat

tinggi.



16

enitrifikasi adala+ nama -ang diberikan pada proses biokimia -ang menguba+ nitrat

atau nitrit menadi molekul nitrogen atau nitrus oksida. Karena keduan-a berasal dari gas -ang

stabil) mereka masuk ke atmosfer mengalir dan meng+ilang) dan pada ak+irn-a kembali ke

biosfer. enitrifikasi +an-a teradi dibaa+ kondisi anaerob dan di+asilkan ole+ bantuan bakteri.

Sebagai +asil) denitrifikasi dibatasi pada lingkuangan anaerob pada raa dan tana+ berlumpur.

,umla+ signifikan dari denitrifikasi uga teradi pada tana+ permanen dimana bakteri dengan

0epat mengkonsumsi oksigen -ang terlarut pada air tana+ ) memproduksi lingkungan anaerob

-ang 0o0ok untuk denitrifikasi.

&monifikasi -aitu reaksi biokimia di mana asam amino dipe0a+ untuk meng+asilkan

energi. Pada Dabel 1#.3 ditunukkan reaksi tipikal asam amino ;glisin= dengan oksigen -ang

meng+asilkan 892 ) %29 dan <%3 dari reaksi di+asilkan uga energi -ang berasal dari kon*ersi

karbon organik menadi 892 bukan dari asam amino menadi amoniak. &monifikasi

dimanfaatkan ole+ mikroorganisme dekomposer dan berlangsung satu ara+. Reaksi ini tidak

dapat dikembalikan untuk mensintesis asam amino dari 892) %29 dan <%3.

<itrifikasi adala+ proses biokimia dimana amonia teroksidasi menadi nitrit) selain

di+asilkan energi ;Dabel 1#.3=. Reaksi berlangsung dua ta+ap dengan group bakteri -ang

berbeda. roup bakteri <itrosomonas mereaksikan ion ammonia atau ion amonium dengan

oksigen untuk meng+asilkan ion nitrit atau air. <itrobakter mengoksidasi ion nitrit menadi ion

nitrat. Kedua kelompok bakteri tersebut memanfaatkan amonia dan nitrit sebagai satusatun-a

sumber energi. Bakteribakteri tersebut ban-ak terdapat se+ingga nitrogen lebi+ ban-ak

berbentuk nitrit dibanding amoniak. alam bentuk <%3 -ang diproduksi ole+ fikasi nitrogen atau

amonifikasi akan se0ara 0epat teroksidasi menadi <93. (ntungla+ nitrogen dalam bentuk ini

lebi+ muda digunakan ole+ tumbu+an dan mikroorganisme. Bagi pengguna bidang pertanian

lebi+ ban-ak digunakan nitrat karena lebi+ stabil dan kurang bera0un dibandingkan amoniak

meskipun dalam konsentrasi tinggi.



1!

Dabel 1#.3 reaksi nitrogen dalam siklus nitrogen

Dabel 1#.4 meringkas dari kelompok aktif dan penempatan untuk nitrogen pada lapisan

ke+idupan. alam kelompok aktif) nitrogen ada dalam dua bentuk sebagai nitrogen anorganik

;nitrat dan nitrit= dan sebagai nitrogen organik ;asam amino dan sen-aa organik -ang berisikan

nitrogen lainn-a=. Kelompok nitrogen aktif -ang au+ lebi+ besar adala+ /at organik umla+n-a

kirakira 12$.$$$ G 1$12 mol Dotal massa dari /at +idup +an-a berisikan kirakira 1 E ban-akn-a

nitrogen. <itrogen anorganik dalam tana+ dan sedimen laut uga +an-a merupakan bagian ;kira

kira !F"= dari umla+ kekurangan /at organik.

<itrogen dalam kelompok pen-impanan ada dalam dua bentuk) sebagai molekul nitrogen

-ang se0ara relatif lembam ;<2= dan sebagai nitrogen dalam mineral pembentuk batuan. ari dua

bentuk tersebut) lebi+ dari lima kali ban-akn-a nitrogen -ang ada dalam kerak bumi dan batuan

sedimen daripada -ang ada dalam atmosfer. Iang benarbenar menarik adala+ perbedaan terbesar

antara ukuran dari kelompok aktif dan pen-impanan dalam siklus nitrogen. Jalaupun nitrogen

dalam mineral pembentukan batuan ditiadakan dalam tana+ -ang +ampir seluru+ nitrogen aktif

disuplai atmosfer melalui fikasi nitrogen) kelompok aktif totaln-a masi+ kurang dari 1F2$$$ dari

kelompok pen-impanan atmosfer.



1"

S,5&6s N,tro8en

Dabel 1#.4 meringkas dari kelompok aktif dan penempatan untuk nitrogen pada lapisan

ke+idupan. alam kelompok aktif) nitrogen ada dalam dua bentuk sebagai nitrogen anorganik

;nitrat dan nitrit= dan sebagai nitrogen organik ;asam amino dan sen-aa organik -ang berisikan

nitrogen lainn-a=. Kelompok nitrogen aktif -ang au+ lebi+ besar adala+ /at organik umla+n-a

kirakira 12$.$$$ G 1$12 mol. Dotal massa dari /at +idup +an-a berisikan kirakira 1 E

ban-akn-a nitrogen. <itrogen anorganik dalam tana+ dan sedimen laut uga +an-a merupakan

bagian ;kirakira sepertuu+= dari umla+ ba+an organik -ang membusuk.

<itrogen dalam kelompok pen-impanan ada dalam dua bentuk) sebagai molekul nitrogen

-ang se0ara relatif lembam ;<2= dan sebagai nitrogen dalam mineral pembentuk batuan. ari dua

bentuk tersebut) lebi+ dari lima kali ban-akn-a nitrogen -ang ada dalam kerak bumi dan batuan

sedimen daripada -ang ada dalam atmosfer. Iang benarbenar menarik adala+ perbedaan terbesar

antara ukuran dari kelompok aktif dan pen-impanan dalam siklus nitrogen. Ba+kan ika nitrogen

dalam pembentuk batuan mineral dike0ualikan dengan alasan ba+a nitrogen atmosfer memasok

+ampir semua nitrogen aktif melalui fiksasi nitrogen) kolam aktif total masi+ kurang dari 1F2$$$

dari pen-impanan atmosfer.

ambar 1#.5 Siklus <itrogen



1#

ambar 1#.5 menunukkan dinamika siklus nitrogen. Ketiga proses fiksasi nitrogen -ang

ditunukkan adala+ fikasi biologi ;tela+ diba+as aal=) industrial dan atmosfer. ari ketigan-a

fikasi biologi -ang paling besar umla+n-a) mendekati 3)# G 1$12 molFta+un. >ikasi industri

besarn-a kirakira 3)2 termasuk produksi dalam pupuk nitrogen ;kurang lebi+ 2)1= dan oksidasi

nitrogen di+asilkan menggunakan proses %aber) dimana <2 dan <%2 disatukan katalis pada su+u

mendekati 5$$$ 8 dan tekanan mendekati 2$$ atm untuk meng+asilkan amonia. Selanutn-a

amonia dapat di oksidasi untuk menadi asam nitrat ;%<93=) -ang direaksikan dengan amonia

berlebi+an untuk meng+asilkan amonia nitrat ;<%4 <93=) suatu bentuk umum dari pupuk

nitrogen) atau amonia dapat direaksikan dengan 892 untuk meng+asilkan urea ;<%289<%2=

-ang mana merupakan pupuk lain -ang digunakan se0ara luas.

>iksasi nitrogen uga teradi pada pembakaran ter+adap ba+an bakar fosil. Bila < 2 dan 92

terbaa bersama pada su+u tinggi. imana 892 dan air -ang di+asilkan ole+ ba+an bakar itu

sendiri) kuantitas -ang signifikan dari gas <9 ;oksida nitrat= dan <9 2 ; nitrogen dioksida=

seringkali di+asilkan sebagai produk -ang tidak dike+endaki pada saat pelepasan di atmosfer dan

gas tersebut segera bergabung dengan uap air untuk meng+asilkan %<9 2 ;asam nitrat= dan

%<93 ;asam nitrit=) -ang men0apai permukaan tana+ atau laut melalui +uan atau men-uplai ion

<92 dan <9 pada biosfer. 9ksidasi nitrogen terutama di+asilkan ole+ dua sumber industri dan

elektrik dan 0erobong asap pabrik) dan pembakaran internal mesin. 9ksidasi nitrogen diakui

sebagai polutan ;tela+ didiskusikan pada bab 6=) tapi per+atian kita adala+ dengan umla+

nitrogen -ang 0ukup teroksidasi kurang lebi+ 1)1 G 1$12 molFta+un untuk ta+un 1#6". Cni berarti

ba+a semua fiksasi industri) termasuk pembuatan pupuk dan oksidasi dengan pembakaran)

mengkon*ersi sekitar "5E nitrogen dalam ban-ak bentuk -ang dapat digunakan seperti semua

pengikat nitrogen organisme.

Seumla+ ke0il nitrogen uga ditamba+kan ke kolam aktif ole+ fiksasi atmosfer dan

penamba+an remaa. >iksasi atmosfer +an-a teradi selama berlangsungn-a +alilintar) bila su+u

dan tekanan tinggi di0iptakan alam pada atmosfer se+ingga mengiinkan oksidasi ter+adap < 2 ke

<9 dan <92) -ang pada ak+irn-a men0apai bumi sebagai nitrit dan nitrat. Proses ini +an-a

memberi kontribusi dalam umla+ ke0il ter+adap 0ampuran nitrogen setiap ta+unn-a. an uga

pengeluaran gas <9 dan <92 ole+ pegunungan memberi kontribusi sedikit pada atmosfer) suatu

proses -ang disebut sebagai penamba+an muda.

Saat ini fiksasi au+ melebi+i denitrifikasi se+ingga nitrogen -ang dapat digunakan

terakumulasi pada biosfer. Kelebi+an ini disebabkan ole+ akti*itas manusia. Sebagian besar



2$

kelebi+an ini terbaa menuu sungai) danau dan ak+irn-a ke laut. %al ini menimbulkan masala+

polusi air se+ingga meningkatkan pertumbu+an ganggang dan p+itoplankton dan menurunn-a

populasi ikan -ang di+arapkan ;ini karena oksigen berkurang pada +abitat tersebut=. engan

demikian) aliran nitrogen meningkat tela+ sangat meningkatkan produkti*itas di lingkungan

perairan -ang ban-ak dan tela+ memberikan kontribusi pada proses eutrofikasi ;penuaan badan

air disertai dengan penurunan kandungan oksigen ke tingkat renda+=. :asala+ ini akan

ditekankan dalam beberapa ta+un mendatang) untuk fiksasi nitrogen industri dalam pembuatan

pupuk dua kali lipat setiap 6 ta+un saat ini. %an-a apa dampak dalam umla+ besar seperti

nitrogen men0apai laut akan teradi pada ekosistem bumi masi+ belum elas. :uda+muda+an)

denitrifikasi -ang meningkat akan memperbaiki beberapa efek) tapi denitrifikasi ole+ organisme

laut adala+ proses sedikit dimengerti. Bagaimanapun) manaemen +ati+ati manusia akan dampak

pada siklus nitrogen mungkin sangat baik menadi masala+ -ang kritis dalam aktu dekat.

9 Bent65 %an Rea5s, S6&f6r

Seperti nitrogen) sulfur dapat ditemui dalam berbagai bentuk. Sulfur dioksida ;S9 2= dan

+idrogen sulfida ;%2S= adala+ bentuk gas -ang paling penting. Con sulfur (SO4

¿ ) adala+ bentuk

umum dalam air dan tana+. alam organisme) sulfur adala+ tiga unsur pen-usun asam amino dan

dua diantaran-a biasan-a berbentuk kelompok sulfi+idril −S% atau rantai disulfida −S−S−.

Jalaupun beberapa sulfur organik uga berbentuk sulfat.

Sulfur mengalami seumla+ reaksi inorganik dan organik ;se0ara biologi=. Reaksi

inorganik sulfur penting untuk sirkulasi sulfur -ang ditunukkan se0ara seder+ana ole+ tabel

1#.5. Semua reaksi oksidasi meng+asilkan energi) untuk digunakan pada reaksi inorganik -ang

tidak dapat teradi se0ara spontan.



21

Dabel 1#.5 Reaksi inorganik siklus sulfur

Sebagian besar sulfur di atmosfer berupa S92) sebagai titik aal reaksi ;2=) ;3=) dan ;4=.

S92 dilepaskan langsung dari pembakaran ba+an bakar fosil atau terbentuk dari reaksi oksidasi

+idrogen sulfide) %2S -ang ditunukkan ole+ reaksi ;1=. Pada reaksi ;1= tampak menggunakan

ketiga bentuk oksigen di atmosfer 9) 92) dan 93. Reaksi teradi 0ukup lambat) ke0uali pada

permukaan -ang memungkinkan teradin-a reaksi seperti aerosol dan tetesan air.

Reaksi ;2= dan ;3= adala+ reaksi oksidasi S92 -ang meng+asilkan %2S94. Reaksi ;2=

membutu+kan tiga molekul atom gas berbeda -ang bereaksi sekaligus S9 2) 9) dan seumla+

molekul -ang lain. Pertamatama S92 bereaksi dengan 9 untuk meng+asilkan S93) sulfur

trioksida. :olekul sulfur trioksida -ang terbentuk dengan 0epat bereaksi dengan uap air untuk

meng+asilkan %2S94 -ang terakumulasi dalam tetesan air karena tingkat kelarutan -ang tinggi

dan meng+asilkan asam sulfat) 0ampuran ion %)−¿

HSO4

¿

;ion bisulfat=) danSO

4

¿

dalam

bentuk 0air. Proses ini berlangsung lambat di troposfer) tapi di dalam lapisan o/on) dimana atom



22

oksigen ban-ak dilepaskan akibat pemisa+an 93 menadi 92 dan 9 ban-ak tersedia.)

meng+asilkan lapisan -ang ka-a akan %2S94 atau partikel sulfat pada ketinggian sekitar 1"km.

Reaksi ;3= teradi di baa+ kondisi kabut asap fotokimia. &sap ini mengandung agen oksidasi

kuat -ang menguba+ S92 menadi S93) -ang kemudian berekasi dengan air untuk meng+asilkan

asam sulfat. Karena reaksi ini membutu+kan asap fotokimia) maka rekasi teradi di dalam area

berpolusi) tetapi pelepasan S92 paling ban-ak teradi di suatu area karena pembakaran ba+an

bakar fosil.

Reaksi ;4= adala+ proses utama reaksi oksidasi S92 menadi sulfat. Reaksi teradi pada

tetesan air di udara atau benda -ang mengandung air taar dan air garam. S9 2 terlarut ditamba+

air meng+asilkan asam sulfur -ang kemudian teroksidasi menadi asam sulfat ole+ oksigen

terlarut. 'ogam garam berperan sebagai katalis -ang memper0epat reaksi) se+ingga kadar S9 2

pada air garam lebi+ besar daripada air taar.

Dabel 1#.6 Reaksireaksi biologi dari siklus sulfur

Reaksi organik sulfur ditunukan ole+ tabel 1#.6. Reaksi ;1= dan ;2= adala+ reaksi

reduksi. Prosesn-a diaali dengan sulfur di0erna ole+ tanaman dan mikroorganisme) ion sulfur

diserap dari tana+ dan berkurang akibat proses metabolisme) -ang ak+irn-a disatukan sebagai

kelompok sulfi+idril atau bentukbentuk protein terkait dan molekul biokimia -ang lain. Reaksi;2= teradi dilaut se0ara besarbesaran ole+ bakteri Desulfovibrio. Pada keadaan anaerob) bakteri

merekdusi sulfat untuk mengoksidasi sen-aa organik meng+asilkan energi.

Reaksi ;3= teradi ole+ bakteri fotosintesis. >otosintesis membutu+kan reduksi 892

dalam bentuk karbon organik) −8%9%−) dan reaksi oksidasi air menadi molekul oksigen se0ara

serentak. Bakteri fotosintesis tidak menggunakan air %29 tetapi %2S) sebagai ele0tron -ang



23

menangkap sen-aa. Sebagaimana 92 terbentuk dalam proses ini) bakteri fotosintesis

meng+asilkan belerang. Cholobacteriaceae ;bakteri fotosintesis +iau= dan Thiorhodaceae

;bakteri fotosintesis ungu= adala+ dua kelompok penting -ang melakukan reaksi ini. :ereka

biasan-a ditemukan pada lumpur bertingkat -ang memiliki lingkungan aerobik tetapi masi+ ada

sedikit 0a+a-a unutk fotosintesis.

Reaksi ;4= adala+ reaksi oksidasi dari +asil reaksi reduksi sulfur menadi sulfat. nergi

-ang di+asilkan ole+ reaksi tersebut digunakan ole+ bakteri aerob tertentu untuk melakukan

metabolisme.

1) S,5&6s S6&f6r

Sekitar 4!.$$$.$$$ G 1$12 mol sulfur terkandung dalam kolam pen-impanan batuan

sedimen. ambar 1#.6 men-ertakan ba+an bakar fosil) -ang mengandung sulfur sekitar 6E. Pada

kolam aktif) lautan memiliki umla+ -ang paling besar sekitar 3#.$$$.$$$G1$12 mol. Sebagian

besar dalam bentuk ion sulfat. Ba+an organik -ang membusuk +an-a memilik sekitar 16$G1$12

mol) dalam bentuk organik berupa unsur protein dan molekul organik lain. Danaman darat

mengandung 1#G1$12 mol sulfur) 25 kali lebi+ ban-ak daripada -ang di+asilkan tanaman laut

seban-ak $)!5G1$12 mol. Kelompok sulfur aktif di atmosfer adala+ -ang paling sedikit -aitu

$)1G1$12 mol) suda+ termasuk S92) %2S) danSO

4

¿

.

&da empat aliran utama sulfur di atmosfer) -aitu emisi bakteri ;4)2G1$12 molFt+=)

pembakaran ba+an bakar fosil ;2)52G1$12 molFt+=) pelepasan garam laut ;2)$2G1$12 molFt+=) dan

gunung api ;$)$32G1$12 molFt+=. Sebagian besar sulfur dalam bentuk S92 atau %2S diuba+

menadi ionSO

4

¿

dengan reaksi inorgani pada tabel 1#.5 dan ak+irn-a larut dalam tetesan air.

%uan mengembalikan sebagian sulfur ke laut) tetapi sebagian besar atu+ di atas daratan

;4)$G1$12mol=) mengembalikan aliran sulfat dari daratan dan permukaan air ke laut. Seumla+

besar sulfur ;2)1G1$12mol= di atmosfer diserap langsung ole+ tanaman dan diuba+ menadi bentuk

biologis -ang berguna.



24

ambar 1#.6 siklus sulfur

Sulfur uga bergerak melintasi litosfer sebagai sulfat dan tergabung kedalam batuan

sedimen di baa+ laut. sebagai batu 0ua0a pembaa sulfat)SO

4

¿

dilepaskan ke biosferbagian

darat.

&nalisa ambar 1#.6 menunukkan umla+ sulfur meningkat) di darat sekitar

1)5G1$12 molFt+ dan dilaut sekitar 1)$G1$12 molFt+. Pen0apaian ini disebabkan ole+ pembakaran

ba+an bakar fosil dan pelepasan sulfur ke litosfer. fek peningkatan umla+ sulfur ini tidak

terlalu besar di laut) tetapi akan sangat berbeda dengan di darat) terutama ken-ataan ba+a

dengan meningkatn-a umla+ sulfur) dapat men-ebabkan teradin-a +uan asam.

Beberapa ta+un terak+ir) a+li kimia air tela+ men0atat ba+a air +uan tela+ mengalami

penurunan p% se0ara drastis di daera+ barat laut ropa dan timur laut &merika berkisar antara

p% 35. Karena angka p% merupakan fungsi logaritmik) maka +uan daera+ ini tela+ 1$$1$$$

kali lebi+ asam dari sebelumn-a. ambar 1#.! menunukkan empat peta +uan di barat laut

ropa pada ta+un 1#56) 1#5#) 1#61) dan 1#66. Peta tersebut menunukkan penurunan tingkat p%

dan peningkatan luas pen-ebaran +uan asam. Jalaupun kelebi+an asam disebabkan ole+ reaksi

oksidasi S92) nitrogen dioksida -ang diuba+ menadi asam nitrat pada air +uan) mungkin uga

merupakan faktor penurun p%.

Belum ditemukan efek ekologi akibat peruba+an tingkat p%) tetapi bisa adi beragam

dan sangat komplek. fekn-a mungkin berupa +ilangn-a nutrisi daun) +ilangn-a nutrisi tana+)

pengasaman danau dan sungai) mempengaru+i metabolism organisme) dan korosi bangunan.



25

i+arapkan kesadaran menggunakan ba+an bakar renda+ sulfur dan mengurangi oksidasi

nitrogen dari emisi kendaraan.

ambar 1#.! %uan asam di ropa utara dalam ta+un 1#56) 1#5#) 1#61) dan 1#66. ambar menunukkan nilai p%.

;ata dari S. 9den) 1#!2A . . 'ikens)dkk) environtment ilid 14) no. 2) +alaman 36) gambar 1=

11 S,5&6s O5s,8en

&ir) molekul oksigen) dan karbondioksida adala+ tiga bentuk inorganik oksigen -ang paling

penting. (kuran kolam oksigen ditunukkan pada tabel 1#.!. Seau+ ini bagian terbesar dari

oksigen) +ampir !$ miliar G 1$12 mol) adala+ dalam bentuk air di lautan. :olekul oksigen di

atmosfer adala+ kolam aktif terbesar berikutn-a) terdiri dari sekitar 15$ uta G 1$12 mol) diikuti

ole+ oksigen dalam molekul air segar) 892 terlarut) dan dalam molekul air tana+. i kolam



26

pen-impanan) umla+ terbesar adala+ di oksida batuan kerak bumi. Pen-impanan dalam air tana+

dan sedimen karbonat lebi+ ke0il.

Dabel 1#.! Kolam aktif dan kolam pen-impanan dengan siklus oksigen

Kapsitas kolam; 1$12 mol =

Kolam aktif 92

&tmosfer

'autan

892

&tmosfer

'autan

%29

&tmosfer

'autan

kelembaban tana+

permukaan air taar

oksigen organik

organisme tana+

organisme laut

ba+an organik) tana+

ba+an organik) sedimen lautan

Kolam aktif total

Dotal dibulatkan

15$)$$$)$$$

21$)$$$

12$)$$$

5)#$$)$$$

!$$)$$$

!$)$$$)$$$)$$$

3)!$$)$$$

6)#$$)$$$

3")$$$

1)"3$

5")$$$

25$)$$$

!$)16!)"!6)"3$

;!$)$$$)$$$)$$$=

Kolam pen-impanan %29

&ir tana+

Karbonat

batuan sedimen

batu oksida

batu Kristal

Kolam pen-impanan total

46$)$$$)$$$

5)1$$)$$$

!)!$$)$$$)$$$

")165)1$$)$$$



2!

Dotal dibulatkan ;")2$$)$$$)$$$=

erakan oksigen ditunukkan dalam ambar 1#.". Karena oksigen begitu sangat reaktif

dan mengambil bagian dalam ban-ak reaksi) aliran nilainilai luar -ang diberikan di baa+

diskusi tentang siklus karbon) nitrogen dan belerang sulit untuk menentukan dan tidak terdaftar.alam +al gerakan seder+ana dari oksigen -ang mengandung sen-aa) air mengalir dalam siklus

+idrologi -ang paling penting. alam +al reaksi) interkon*ersi biologis dari % 29) 892) dan 92

melalui fotosintesis dan respirasi dapat berlanut dengan ke0epatan terbesar. Reaksi kimia uga

teradi. :ineral silikat dalam batuan dibaa ke permukaan diuba+ ole+ oksidasi dan di +idrolisis

ole+ air dan molekul oksigen. Proses ini meng+ilangkan ketersediaan oksigen untuk tindakan

organisme. Sebagian besar oksidasi mineral dan +idrolisis teradi selama pemuatan) oksigen

berlimpa+. alam lingkungan anaerob) -ang biasan-a ditemukan di baa+ air) penipisan oksigen

dan akumulasi asam di beberapa tempat meng+asilkan kondisi pengurangan) -ang dapat

mengimbangi beberapa oksidasi mineral. ,uga) selama lithification sedimen) air +ilang dari

+idrolisis mineral lempung dan dilepaskan ke dalam pen-impanan air tana+.

ambar 1#." Siklus 9ksigen

Kebutu+an dan penggunaan oksigen ole+ organisme tela+ dielaskan melalui fotosintesis

dan respirasiA <amun) dampak manusia pada siklus oksigen masi+ +arus dipertimbangkan.



2"

:anusia mengurangi umla+ oksigen di udara melalui ;1= peng+ilangan oksigen dengan

membakar ba+an bakar fosil) ;2= peng+apusan dan drainase tana+) -ang memper0epat oksidasi

tana+ dan ba+an organik) ;3= mengurangi fotosintesis dengan pembabatan +utan untuk pertanian

dan trotoar dan menutupi permukaan -ang sebelumn-a produktif. fek terak+ir -ang dapat

diadikan sebagai bukti -aitu setiap enam bulan ukuran tana+ Rhode Island ditutupi ole+

konstruksi baru -ang tela+ menunukkan ba+a oksigen dikonsumsi di daratan &merika Serikat

pada ta+un 1#66 melebi+i umla+ -ang diproduksi -aitu +ampir !$E. (ntungn-a) analisis

terbaru menunukkan ba+a kolam oksigen begitu besar se+ingga dampak manusia atau dampak

potensial sangat ke0il) setidakn-a sampai saat ini.

1 S,5&6s Se%,+en

Berbeda dengan siklus gas) siklus sedimen berdasarkan satu ara+ aliran. Potasium)

magnesium) kalsium) fosfor) klorin) /at besi) sodium dan elemen lain -ang dirilis ole+ pelapukan

batuan di darat) diangkut ke laut) di mana pen-impanan sedimen kembali dalam litosfer. Karena

unsurunsur membentuk sen-aa gas pada su+u dan tekanan normal) mereka tidak dapat kembali

ke atmosfer dan kemudian ke bumi ke0uali dengan tiupan garam laut dari benua. Potensi)

kemudian) ada untuk elemenelemen ini menadi terbatas.

Dabel 1#." menunukkan input dan output dari nutrisi ion untuk &S ke0il di sungai

%ubbard) <e %amps+ire. :asukan dari air +uan) dan keluaran dalam bentuk limpasan. %asilekspor bersi+) -ang ditampilkan dalam kolom terak+ir. i0atat ba+a +utan di &S

mengumpulkan sulfat) potasium) amonium) dan nitrat) sedangkan +ilangn-a silika) sodium)

klorida) magnesium) dan kalsium. Keuntungan penggabungan ion sebagai ba+an tanaman baru

seperti pertumbu+an +utan. Karena angkaangka masukan tidak dirilis dari unsurunsur

pelapukan di daera+ aliran sungai) kerugian mungkin tidak dari tanaman atau ba+an organik)

melainkan berasal dari batuan. ,uga ter0atat ba+a dua ba+an -ang +ilang dalam umla+ terbesar

;<a dan Si92= tidak penting untuk tanaman. ata menunukkan bagaimana organisme

0enderung menumpuk unsur dan sen-aa bernilai bagi mereka) dan se+ingga memperlambat

pergerakan material ke laut sebagai bagian dari siklus sedimen.



2#

Dabel 1#." Cnput dan output nutrisi ion di &S ke0il

ConCnput

; mol F +ektar =

9utput

; mol F +ektar =

kspor bersi+

; mol F +ektar =+¿

NH 4

¿

−¿

NO3

¿

+¿

K ¿

SO4

¿

++¿

Ca¿

++¿

Mg¿

−¿

Cl¿

+¿

Na¿

SiO2

116

1$"

46

312

!$

45

!#

#1

32

1!

!!

2"

3$6

!5

!4

116

1"2

34"

##

31

1"

6

5

2#

3!

#1

316

,ika Dabel !.2) daftar delapan elemen -ang paling melimpa+ di kerak bumi) dibandingkan

dengan ambar 1#.2) -ang men-atakan komposisi ratarata materi +idup) +an-a tiga dari

macronutrients ter0antum dalam gambar tidak memiliki peringkat dalam tabel fosfor ) klorin)

dan mangan. i sini) fosfor -ang paling penting bagi organisme) karena digunakan ole+ semua

organisme sebagai pembaa energi dan mengambil dalam umla+ terbesar. Klorin adala+ unsur

utama dari garam laut 0ura+ +uan) se+ingga kemungkinan akan tersedia meskipun kelangkaan

tana+. :angan sangat arang) tetapi uga sebagai unsur en/im -ang diperlukan dalam umla+

-ang au+ lebi+ ke0il daripada fosfor atau klor) untuk itu merupakan suatu mikronutrien. &kan

mun0ul) kemudian) fosfor kemungkinan besar dalam pasokan ke0il.



3$

Kurangn-a fosfor meng+ambat perkembangan ban-ak organisme) dan) dalam ban-ak

kasus) sebagai pen-ebab ketidaksuburan tana+. >osfor larut +an-a di larutan asam atau di baa+

kondisi mengurangi) dan 0enderung tetap dalam bentuk fosfat kalsium atau besi fosfat dalam

tana+. Konsentrasi k+as fosfat di perairan permukaan alami mungkin di urutan beberapa ppm)

dan ganggang dan fitoplankton lain di air taar dibatasi ole+ konsentrasi fosfor -ang renda+.

Ketika kadar fosfat di danau meningkat dengan penamba+an limba+ 0air) seringkali

meng+asilkan produkti*itas -ang sangat meningkat) meng+asilkan alga -ang mekar. &tau) ika

nitrogen terbatas karena ban-akn-a pasokan alga fosfat) alga biru+iau mungkin lebi+ disukai)

karena mereka memiliki mekanisme sendiri untuk memperbaiki nitrogen atmosfer. alam +al

apapun) peruba+an ini merupakan bagian dari proses entrophication.

alam dua bab dari bagian 4) kita tela+ meli+at bagaimana gerakan energi dan materi

melalui bagian biologis dari lapisan ke+idupan. Kita +an-a mampu untuk menunukkan dampak

manusia ter+adap biosfer) untuk subek ini lebi+ tepat dipertimbangkan dalam mempelaari

lingkungan ekologi daripada lingkungan geosains. :eskipun demikian) ulasan singkat kita pada

topiktopik biologis tela+ men-elesaikan serangkaian proses fisik dan biologis dimana manusia

berinteraksi.



31

BAB III

2ESIMPULAN

(nsur di dalam organisme dan ekosistem memberikan 2 fungsi) pertama materi

bermanfaat sebagai sarana penempatan bentuk energi kimia dan potensial gra*itasi) kedua) unsur

bermanfaat sebagai kerangka fisik untuk mendukung akti*itas ke+idupan biokimia. &da lima

siklus /at tersebut -ang akan diba+as antara lain air) karbon) nitrogen) oksigen dan sulfur.

Para kolog men-atakan dua tipe siklus) siklus gas dan siklus sedimentasi. Pada siklus

sedimen) pen-usun atau unsurn-a dilepaskan dari batuan ole+ peruba+an 0ua0a. Pada siklus gas)

0aran-a singkat unsur atau sen-aa dapat berbentuk gas) berdifusi melalui atmosfer.

Pola umum siklus /at) tempat -ang dilalui unsur kita sebut sebagai kolam aktif) dimana

unsur dengan muda+ beruba+ bentuk dan muda+ dipakai dalam proses +idup. an kolam

pen-impanan) dimana unsur lebi+ sulit beruba+ untuk digunakan dalam ke+idupan.

Kompenen utama materi +idup adala+ karbon) +idrogen dan oksigen. ada enam elemen

-ang disebut sebagai makronutrien ; <a) 8a) K) :g) S dan P =. Reaksi kimia dan biologi -ang

erat kaitann-a dengan peruba+an bentuk satu menadi -ang lain adala+ reaksi oksidasi dan

reduksi. Sen-aa -ang tereduksi mengandung lebi+ ban-ak atom +idrogen daripada atom

oksigen) sedangkan sen-aa -ang teroksidasi mengandung atom oksigen lebi+ ban-ak daripada

atom +idrogen. ari sudut pandang kimia) kita dapat mendefinisikan reaksi oksidasi atom

sebagai ke+ilangan elektron pada atom. reaksi oksidasi dan reduksi akan selalu teradi pada

reaksi -ang sama) karena ika satu di atom ke+ilangan elektron ;teroksidasi=) atom lain

mendapatkan elektron ;tereduksi=.



32

ari semua siklus material) siklus air adala+ -ang paling penting dalam biosfer) karena

disertai dengan material -ang bergerak pada ban-ak siklus lainn-a. Cni berfungsi sebagai media

penampung ban-ak material) dan membaa karbon) oksigen) nitrogen) belerang) fosfor) dan

ban-ak unsur biologis penting lainn-a dalam bentuk larutan dari darat ke laut. &ir tidak +an-a

penting sebagai pembaa unsur terlarut dan tersuspensi) tetapi uga penting sebagai dirin-a

sendiri) karena air adala+ komponen penting dari sel +idup dan berperan dalam reaksi biokimia.

&ir digunakan ole+ organisme setidakn-a dalam tiga 0ara ;1= sebagai reaktan dalam

reaksi biokimia -ang men-uplai +idrogen ;%= dan ion +idroksil ;9%=) ;2= sebagai media seluler

-ang mena+an molekul biokimia dalam larutan) dan ;3= sebagai media sirkulasi dalam organisme

multisel mengangkut ion dan molekul nutrisi ke sel dan mengeluarkan sisa metabolisme.

Karbon tersedia untuk proses ke+idupan dalam dua bentuk sebagai 892) dan sebagai

karbon organik. Siklus karbon diaali ole+ peristia fiksasi dan reduksi ole+ tumbu+an darat.

>iksasi ta+unan disebut sebagai produk primer netto -ang merupakan kon*ersi umla+ karbon

dalam mol menadi energi -ang tersimpan di+itung dalam kilokalori. Siklus karbon dalam kolam

aktif bertamba+ tiap ta+un melalui proses pengembunan dan sedimentasi -ang kemudian menadi

ba+an bakar dan batu kapur. Karbon kembali dari kolam pen-impanan dalam batuan berupa

sen-aa karbonat) -ang terangkat ke permukaan ole+ peristia tektonik. Setela+ itu mengalami

pelapukan ole+ 0ua0a se+ingga diperole+ batuan -ang berupa keseimbangan antara 892 dengan

893.

Sala+ satu bentuk -ang umum dari nitrogen adala+ group amino <% 2 -ang merupakan

komponen dari asam amino dan akan di+asilkan dengan sendirin-a dalam bentuk amoniak <%3

atau ion amonium <%4. <itrogen organik terdapat dalam sen-aa -ang terlarut dalam air atau

tana+) biasan-a dalam bentuk oksidasi nitros <29. Bentuk lain dari sen-aa nitrogen adala+ gas

nitrogen dioksida <92 dan nitrogen oksidasi <9 terdapat dalam umla+ sedikit di atmosfer uga

merupakan polutan -ang berasal dari akti*itas manusia.

<itrogen beruba+ dari satu bentuk ke bentuk melalui proses biokimia. Reaksi pertama

adala+ reduksi nitrogen) -aitu pelepasan oksigen digantikan ole+ atom +idrogen. Sedangkan

reaksi bentuk kedua dan ketiga. berlangsung bersamasama untuk mengendalikan seumla+

nitrogen -ang diperlukan bagi ke+idupan. >iksasi nitrogen menguba+ molekul nitrogen -ang

sulit untuk digunakan menadi molekul nitrogen -ang dapat dimanfaatkan.

enitrifikasi adala+ nama -ang diberikan pada proses biokimia -ang menguba+ nitrat

atau nitrit menadi molekul nitrogen atau nitrus oksida. &monifikasi -aitu reaksi biokimia di



33

mana asam amino dipe0a+ untuk meng+asilkan energi. <itrifikasi adala+ proses biokimia dimana

amonia teroksidasi menadi nitrit) selain di+asilkan energi .

Sulfur mengalami seumla+ reksi inorganik dan organik ;se0ara biologi=. Semuan-a

reaksi oksidasi -ang meng+asilkan energi) untuk digunakan pada reaksi inorganik -ang tidak

dapat teradi se0ara spontan. &da empat aliran utama sulfur di atmosfer) -aitu emisi bakteri

;4)2G1$12 molFt+=) pembakaran ba+an bakar fosil ;2)52G1$12 molFt+=) pelepasan garam laut

;2)$2G1$12 molFt+=) dan gunung api ;$)$32G1$12 molFt+=.

Beberapa ta+un terak+ir) a+li kimia air tela+ men0atat ba+a air +uan tela+ mengalami

peuruna p% se0ara drastis. Jalaupun kelebi+an asam disebabkan ole+ reaksi oksidasi S92)

nitrogen dioksida -ang diuba+ menadi asam nitrat pada air +uan) mungkin uga merupakan

faktor penurun p%. Belum ditemukan efek ekologi akibat peruba+an tingkat p%) tetapi bisa adi

beragam dan sangat komplek.

Kebutu+an dan penggunaan oksigen ole+ organisme tela+ dielaskan melalui fotosintesis

dan respirasiA <amun) dampak manusia pada siklus oksigen masi+ +arus dipertimbangkan.

:anusia mengurangi umla+ oksigen di udara melalui ;1= peng+ilangan oksigen dengan

membakar ba+an bakar fosil) ;2= peng+apusan dan drainase tana+) -ang memper0epat oksidasi

tana+ dan ba+an organik) ;3= mengurangi fotosintesis dengan pembabatan +utan untuk pertanian

dan trotoar dan menutupi permukaan -ang sebelumn-a produktif.

%utan di &S mengumpulkan sulfat) potasium) amonium) dan nitrat) sedangkan

+ilangn-a silika) sodium) klorida) magnesium) dan kalsium. Keuntungan penggabungan ion

sebagai ba+an tanaman baru seperti pertumbu+an +utan. Kita +an-a mampu untuk menunukkan

dampak manusia ter+adap biosfer) untuk subek ini lebi+ tepat dipertimbangkan dalam

mempelaari lingkungan ekologi daripada lingkungan geosains.



DA4TAR PUSTA2A

Sta+ler) &rt+or) Stra+ler &lan %. Environmental Geoscience Cntru0tion Beteen <aturalS-stem and %ailton Publis+ing 8ompani Santa Barbara) 8alifornia

chapter 19 geosains

Documents