4.DAUR BIOGEOKIMIA
4.1
PENGERTIAN DAUR BIOGEOKIMIA Dalam lingkungan, unsur-unsur kimia termasuk juga unsur protoplasma yang
penting akan beredar di biosfer mengikuti jalur tertentu yaitu dari lingkungan ( tanah, air, dan udara ) masuk ke organisme melalui rantai dan jaring-jaring makanan, dan dari organisme kembali lagi ke lingkungan. Ditinjau dari unsur kimia, maka makhluk hidup tersusun terutama oleh 6 (enam) unsur kimia yang merupakan 95% dari massa organisme, yaitu Carbon C, Oksigen (0), Hidrogen (H), Nitrogen (N), Fosfor (P), dan Belerang (S). Tetapi masih ada 40 unsur kimia lain penyusun kehidupan antara lain Kalsium (Ca), Magnesium (Mg) dan Kalium (K). Aliran unsur-unsur kimia tersebut dalam bentuk daur sehingga disebut daur biogeokimia. Karena rantai makanan merupakan saluran dari aliran energi, maka daur biogeokimia dan aliran energi merupakan dua proses utama yang terjadi dalam ekosistem. Istilah Bio adalah organisme hidup dan geo berarti batu, udara, dan air dari bumi. Sedangkan geokimia adalah ilmu pengetahuan alam penting yang membahas komposisi kimia bumi dengan pertukaran unsur antara berbagai bagian dari kulit bumi dan lautannya, sungai dan perairan lainnya. Hutchinson (1944), biogeokimia ialah pengkajian pertukaran atau perubahan yang terus menerus dari bahan-bahan antara komponen biosfer yang hidup dan yang tidak hidup.
Universitas Gadjah Mada
Keterangan : PG
= Gross Production
PN
= Net Primary Production
P
= Secondary Production
R
= Respirasi
(Odum,E.P.1983)
4.2. MACAM DAN GANGGUAN DAUR BIOGEOKIMIA Daur Biogeokimia dibedakan 3 macam yaitu : 1.
Daur gas : meliputi daur C, O dan N. Reservoir utamanya adalah udara.
2.
Daur sedimenter yaitu meliputi daur P, S, Ca, Mg dan K. Perjalannya melalui daratan menuju lautan kembali ke daratan dan memakan waktu yang lama.
3.
Daur hidrologik meliputi perputaran air di alam.
Daur Gas C selalu berikatan dengan O membentuk CO2 pada saat proses respirasi dan fotosintesis berlangsung. Dalam peristiwa ini cahaya matahari menjadi motor penggerak daur C dan O. Dengan adanya
Daur CO2
Universitas Gadjah Mada
energi cahaya matahari maka CO2 clan H2O diubah menjadi karbohidrat di dalam tubuh tanaman hijau melalui proses fotosintesis. Melaui rantai makanan, karbohidrat ditransfer ke tubuh hewan, dan dengan proses respirasi terjadi CO2 (di udara maupun di air) dan H2O (dalam tanah). Pada scat tanaman dan hewan mati oleh decomposer melalui proses pembusukan dihasilkan pula CO2, dan ini akan dipakai kembali untuk kelangsungan fotosintesis. Gangguan terhadap daur CO2 dapat terjadi karena adanya peningkatan penggunaan bahan bakar pada kendaraan bermotor dan berkembangnya industri. Bila kadar CO2 melampaui kadar normal CO2 di atmosfer maka akan terjadi apa yang disebut greenhouse effect. Greenhouse effect ialah terbentuknya lapisan CO2 yang berperan menghambat pemancaran kembali panas cahaya matahari ke atmosfer. Ada pendapat mengenai dampak gereenhouse effect : Pendapat yang pertama mengatakan bahwa kenaikan temperatur bumi rata-rata dua derajad sesius dapat menyebabkan mencairnya es di kutub-kutub bumi sehingga akan mengalami masa es (Miller, 1975). Pendapat lain mengatakan bahwa kenaikan temperatur justru akan menyebabkan peningkatan pembentukan awan dan kenaikan jumlah awan penutup bumi sebesar 2% saja dapat menurunkan temperatur bumi setara dengan kenaikan temperatur yang disebabkan oleh bertambahnya jumlah CO 2 dua kali lipat (Holgate, 1979).
Daur Nitrogen Unsur nitrogen sangat penting dalam kehidupan manusia karena nitrogen merupakan indicator yang sensitive. Sebagian besar fungsi utama dalam tubuh memerlukan molekul yang bernitrogen seperti misalnya protein, asam nukleat, vitamin, ensim, dan hormon. Kekurangan protein (terutama tersusun oleh nitrogen) akan menyebabkan gangguan terhadap kesehatan. Di atmosfer mengandung sekitar 80% gas nitrogen (N2) merupakan jumlah yang cukup tinggi, tetapi kebanyakan hewan dan tumbuhan tidak dapat rnengkonsumsi N2 dalam bentuk gas. Dalam hal ini
Universitas Gadjah Mada
Gambar : Daur Nitrogen (Tanjung, 1984)
Gambar : Daur Nitrogen (Tanjung, 1984)
Universitas Gadjah Mada
bacteria dan ganggang hijau tertentu dapat menggunakan N2 untuk membentuk substansi organic. Substansi organic dalam bentuk nitrat (NO3) diserap oleh tumbuhan untuk dijadikan asam nuldeat dan protein. Pada saatnya nanti hewan dapat menggunakan protein nabati dalam bentuk asam amino (gugus —NH2). Hewan dalam aktifitas metabolismenya mengeluarkan ammonia (NH3) dan ammonium (NH4+) yang dapat mengalami perubahan menjadi gas N2 di atmosfer, sebagian menjadi nitrit (NO2) di dalam air tanah, dan sebagian yang lain dapat digunakan oleh tumbuhan tertentu. NO2- oleh baktri akan diubah menjadi NO3- yang siap dipakai oleh tumbuhan. Dalam perjalanan hidupnya tumbuhan dan hewan yang mati akan diurai oleh organisme decomposer dan hasilnya adalah NH3 dan NH4+ Yang selanjutnya akan mengalami daur kembali. Daur Sedimenter Daur sedimenter disebut juga daur benda-benda padat yang mengalami perputaran yaitu dari daratan ke perairan, sungai atau laut, melalui udara dan kembali lagi ke darat. Beberapa contoh daur sedimenter adalah daur fosfor (P) dan daur belerang atau sulfur (S). Daur P (Fosfor) Fosfor merupakan bagian penting sebagai unsure penyusun tubuh flora dan fauna. Gangguan terhadap daur P yaitu bila pemakaian pupuk buatan yang berlebihan, dan hal ini akan menyebabkan pencemaran perairan.
Gambar : Daur Pospor
Universitas Gadjah Mada
Daur S Flora dan fauna yang sudah mati akan diurai oleh mikrobia. Hasil uraian adalah S-organik dan H2S merupakan bentuk yang ada di alam. S-organik dan H2S yang telah berubah menjadi SO4 dapat dipakai kembali oleh hewan dan tumbuhan dan selanjutnya akan kembali ke alam setelah terjadi penguraian oleh mikrobia. Manusia dengan segala aktifitasnya, banyak berdirinya industri akan menambah jumlah oksida belerang di atmosfer, sehingga terjadi pencemaran yang beruntun terhadap sumberdaya, yaitu : 1.
Pertama-tama sumberdaya udara tercemar SOx dan Nox (yang berasal dari industri dan kendaraan bermotor), disebut sebagai pencemaran generasi pertama.
2.
Selanjutnya udara yang tercemar ini akan mencemari hujan (kalau turun hujan) sehingga ph air hujan lebih kecil dari 5,6 dan ini disebut pencemaran generasi kedua.
3.
Tanah pertanian yang tadinya subur (produktivitasnya tinggi) disiram dengan air hujan asam akan kehilangan nutrisinya, sehingga produktivitasnya menurun. Disebut pencemaran generasi ketiga.
4.
Bersamaan dengan rusaknya tanah karena hara tercuci, logam berat yang tadinya terikat dalam bentuk garam akan dilepaskan ke lingkungan. Sebagian dari logam berat akan hanyut ke perairan dan akan menimbulkan pencemaran perairan disebut sebagai pencemaran generasi keempat.
Daur Hidrologi Daur hidrologi bermula terutama dari permukaan perairan. Energi cahaya matahari akan mendorong terjadinya penguapan dari perairan, penguapan dari permukaan tanah (evaporasi) dan penguapan dari vegetasi (transpirasi). Awan yang terbentuk karena adanya evaporasi dan transpirasi pada saatnya akan menurunkan hujan ke bumi. Dari pegunungan melalui selokan dan sungai air mengalir ke danau atau laut untuk seterusnya akan menguap kembali. Sebagian air akan melakukan infiltrasi ke dalam tanah, atau melakukan perkolasi, kemudian masuk ke bagian kedap air sehingga menjadi air tanah, menempati ruang yang disebut aquifer. Gangguan terhadap daur hidrologi akan menyebabkan timbulnya pencemaran perairan. Ada tiga sumber pencemaran perairan yaitu kegiatan dari sektor pemukiman, pertanian dan perindustrian.
Universitas Gadjah Mada
Gambar : Daur Sulfur (Tanjung, 1984)
Gambar : Daur Sulfur (Tanjung, 1984)
Universitas Gadjah Mada
Keterangan: 1. Evaporasi dari taut 2. Evaporasi dari tanah 3. Evaporasi dari danau, sungai 4. Transpirasi 5. Evaporasi dari vegetasi 6. Evaporasi waktu hujan 7. Air tanah --> vegetasi 8. Air tanah --> tanah 9. Air tanah --> sungai 10. Air tanah --> taut Gambar Daur Hidrologi (Tanjung, 1984)
Universitas Gadjah Mada
Gambar Gangguan Daur Sulfur (Tanjung, 1984)
Gambar Dampak Hujan Asam (Tanjung, 1984)
Universitas Gadjah Mada
