Secara
ringkas, daur karbon merupakan salah satu siklus biogeokimia
dimana terjadi pertukaran / perpindahan karbon antara bidang-bidang biosfer,
geosfer, hidrosfer, dan atmosfer. Kenapa sering dibarengi
dengan oksigen??? hal ini karena siklus karbon sangat terkait
dengan oksigen, terutama dalam hal fotosintesis dan respirasi.
Sesuai dengan pengertian tadi, ada empat tempat keberadaan untuk karbon,
yaitu : Biosfer (di dalam makhluk hidup), Geosfer (di dalam
bumi), hidrosfer ( di air), dan atmosfer ( di udara). Siklus
karbon terjadi di daratan dan perairan. tidak ada perbedaan yang
significant karena tempat yang berbeda tersebut. Yang berbeda hanyalah
organismenya.
PROSES DALAM
SIKLUS KARBON
Secara umum,
karbon akan diambil dari udara oleh organisme fotoautotrof (tumbuhan,
ganggang, dll yang mampu melaksanakan fotosintesis). organisme tersebut,
sebut saja tumbuhan, akan memproses karbon menjadi bahan makanan yang
disebut karbohidrat, dengan proses kimia sebagai berikut :
6
CO2 + 6 H2O (+Sinar Matahari yg diserap Klorofil) ↔ C6H12O6 + 6 O2
Karbondioksida
+ Air (+Sinar Matahari yg diserap Klorofil)↔ Glukosa + Oksigen
nah, hasil sintesa
karbohidrat itu dimakan para makhluk hidup heterotrof sebagai makanan plus oksigen
untuk bernafas. Ngga peduli makhluk herbivora, carnivora, atau omnivora, sumber
pertama energi yang tersimpan dalam karbohidrat adalah tumbuhan. Karbon
di dalam sistem respirasi akan dilepas kembali dalam bentuk CO2 yang
nantinya dilepaskan saat pernafasan. Selain pelepasan CO2 ke udara saat
pernafasan, para detrivor (pembusuk) juga melepaskan CO2 ke udara
dalam proses pembusukan. Manusia juga tidak kalah peran dalam proses ini. Hasil
segala pembakaran, mulai dari pembakaran sampah, pembakaran bahan bakar minyak
di dalam kendaraan bermotor, asap pabrik, dan lain-lain juga melepaskan CO2
ke udara. CO2 di udara nantinya akan ditangkap oleh tumbuhan lagi dan
siklus mulai dari awal lagi.
Di daratan,
proses pengubahan CO2 menjadi karbohidrat dan melepaskan oksigen
dilakukan oleh tumbuhan darat, sebaliknya, di daerah perairan, peran ini
dimainkan oleh organisme-organisme fotoautotrof perairan seperti ganggang,
fitoplankton, dan lain-lain. begitupula dengan peran yang melepaskan CO2
ke udara. Hal itu dilaksanakan oleh para detrovor dan organisme heterotrof. Di
daratan ada manusia, kambing, sapi, harimau, dll. di lautan ada berbagai jenis
ikan dan makhluk-makhluk perairan.
PERMASALAHAN
DALAM SIKLUS KARBON
Di udara,
konsentrasi karbondioksida sangat kecil bila dibandingkan dengan oksigen
dan nitrogen (kurang dari 0,04 %). akan tetapi gas ini adalah gas rumah kaca
yang berperan dalam efek rumah kaca. Penambahan gas ini dapat meningkatkan suhu
udara di bumi. Sekarang ini, populasi tumbuhan semakin berkurang (banyak hutan
rusak dan lain-lain ) sedangkan kedaraan bermotor bertambah banyak. Jadi kita
bisa bayangkan bahwa pelepasan CO2 ke udara tidak sebanding dengan
pengubahannya oleh tumbuhan menjadi Karbohidrat. ini akan mempengaruhi
keseimbangan atmosfer dan keseimbangan ekosistem di bumi.
Penjelasan
lebih lanjut yang cukup lengkap, penulis ambil dari Wikipedia bahasa
Indonesia, ensiklopedia bebas. bahan berikut ini bisa digunakan sebagai
tambahan.
Siklus
karbon adalah 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). Pergerakan tahuan karbon, pertukaran karbon antar reservoir, terjadi
karena proses-proses kimia, fisika, geologi, dan biologi yang bermacam-macam.
Lautan mengadung kolam aktif karbon terbesar dekat permukaan Bumi, namun
demikian laut dalam bagian dari kolam ini mengalami pertukaran yang lambat
dengan atmosfer.
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.
Karbon di
atmosfer
Bagian
terbesar dari karbon yang berada di atmosfer Bumi adalah gas karbon dioksida
(CO2). Meskipun jumlah gas ini merupakan bagian yang sangat kecil dari seluruh
gas yang ada di atmosfer (hanya sekitar 0,04% dalam basis molar, meskipun
sedang mengalami kenaikan), namun ia memiliki peran yang penting dalam
menyokong kehidupan. Gas-gas lain yang mengandung karbon di atmosfer adalah
metan dan kloroflorokarbon atau CFC (CFC ini merupakan gas artifisial atau
buatan). Gas-gas tersebut adalah gas rumah kaca yang konsentrasinya di atmosfer
telah bertambah dalam dekade terakhir ini, dan berperan dalam pemanasan global.
Karbon
diambil dari atmosfer dengan berbagai cara:
- Ketika
matahari bersinar, tumbuhan melakukan fotosintesa untuk mengubah karbon
dioksida menjadi karbohidrat, dan melepaskan oksigen ke atmosfer. Proses ini
akan lebih banyak menyerap karbon pada hutan dengan tumbuhan yang baru saja
tumbuh atau hutan yang sedang mengalami pertumbuhan yang cepat.
- Pada
permukaan laut ke arah kutub, air laut menjadi lebih dingin dan CO2 akan lebih
mudah larut. Selanjutnya CO2 yang larut tersebut akan terbawa oleh sirkulasi
termohalin yang membawa massa air di permukaan yang lebih berat ke kedalaman
laut atau interior laut (lihat bagian solubility pump).
- Di laut
bagian atas (upper ocean), pada daerah dengan produktivitas yang tinggi,
organisme membentuk jaringan yang mengandung karbon, beberapa organisme juga
membentuk cangkang karbonat dan bagian-bagian tubuh lainnya yang keras. Proses ini
akan menyebabkan aliran karbon ke bawah (lihat bagian biological pump).
- Pelapukan
batuan silikat. Tidak seperti dua proses sebelumnya, proses ini tidak
memindahkan karbon ke dalam reservoir yang siap untuk kembali ke atmosfer.
Pelapukan batuan karbonat tidak memiliki efek netto terhadap CO2 atmosferik
karena ion bikarbonat yang terbentuk terbawa ke laut dimana selanjutnya dipakai
untuk membuat karbonat laut dengan reaksi yang sebaliknya (reverse reaction).
Karbon dapat
kembali ke atmosfer dengan berbagai cara pula, yaitu:
- Melalui
pernafasan (respirasi) oleh tumbuhan dan binatang. Hal ini merupakan reaksi
eksotermik dan termasuk juga di dalamnya penguraian glukosa (atau molekul
organik lainnya) menjadi karbon dioksida dan air.
- Melalui
pembusukan binatang dan tumbuhan. Fungi atau jamur dan bakteri mengurai senyawa
karbon pada binatang dan tumbuhan yang mati dan mengubah karbon menjadi karbon
dioksida jika tersedia oksigen, atau menjadi metana jika tidak tersedia
oksigen.
- Melalui
pembakaran material organik yang mengoksidasi karbon yang terkandung
menghasilkan karbon dioksida (juga yang lainnya seperti asap). Pembakaran bahan
bakar fosil seperti batu bara, produk dari industri perminyakan (petroleum),
dan gas alam akan melepaskan karbon yang sudah tersimpan selama jutaan tahun di
dalam geosfer. Hal inilah yang merupakan penyebab utama naiknya jumlah karbon
dioksida di atmosfer.
- Produksi
semen. Salah satu komponennya, yaitu kapur atau gamping atau kalsium oksida,
dihasilkan dengan cara memanaskan batu kapur atau batu gamping yang akan
menghasilkan juga karbon dioksida dalam jumlah yang banyak.
- Di
permukaan laut dimana air menjadi lebih hangat, karbon dioksida terlarut
dilepas kembali ke atmosfer.
- Erupsi
vulkanik atau ledakan gunung berapi akan melepaskan gas ke atmosfer. Gas-gas
tersebut termasuk uap air, karbon dioksida, dan belerang. Jumlah karbon
dioksida yang dilepas ke atmosfer secara kasar hampir sama dengan jumlah karbon
dioksida yang hilang dari atmosfer akibat pelapukan silikat; Kedua proses kimia
ini yang saling berkebalikan ini akan memberikan hasil penjumlahan yang sama
dengan nol dan tidak berpengaruh terhadap jumlah karbon dioksida di atmosfer
dalam skala waktu yang kurang dari 100.000 tahun.
Karbon di
biosfer
Sekitar 1900
gigaton karbon ada di dalam biosfer. Karbon adalah bagian yang penting dalam
kehidupan di Bumi. Ia memiliki peran yang penting dalam struktur, biokimia, dan
nutrisi pada semua sel makhluk hidup. Dan kehidupan memiliki peranan yang
penting dalam siklus karbon:
- Autotrof adalah organisme yang
menghasilkan senyawa organiknya sendiri dengan menggunakan karbon dioksida yang
berasal dari udara dan air di sekitar tempat mereka hidup. Untuk menghasilkan
senyawa organik tersebut mereka membutuhkan sumber energi dari luar. Hampir
sebagian besar autotrof menggunakan radiasi matahari untuk memenuhi kebutuhan
energi tersebut, dan proses produksi ini disebut sebagai fotosintesis. Sebagian
kecil autotroph memanfaatkan sumber energi kimia, dan disebut kemosintesis.
Autotroph yang terpenting dalam siklus karbon adalah pohon-pohonan di hutan dan
daratan dan fitoplankton di laut. Fotosintesis memiliki reaksi 6CO2 + 6H2O →
C6H12O6 + 6O2
- Karbon dipindahkan di dalam
biosfer sebagai makanan heterotrop pada organisme lain atau bagiannya (seperti
buah-buahan). Termasuk di dalamnya pemanfaatan material organik yang mati
(detritus) oleh jamur dan bakteri untuk fermentasi atau penguraian.
Sebagian
besar karbon meninggalkan biosfer melalui pernafasan atau respirasi. Ketika
tersedia oksigen, respirasi aerobik terjadi, yang melepaskan karbon dioksida ke
udara atau air di sekitarnya dengan reaksi C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O. Pada
keadaan tanpa oksigen, respirasi anaerobik lah yang terjadi, yang melepaskan
metan ke lingkungan sekitarnya yang akhirnya berpindah ke atmosfer atau
hidrosfer.
Pembakaran
biomassa (seperti kebakaran hutan, kayu yang digunakan untuk tungku penghangat
atau kayu bakar, dll.) dapat juga memindahkan karbon ke atmosfer dalam jumlah
yang banyak.
Karbon juga
dapat berpindah dari bisofer ketika bahan organik yang mati menyatu dengan
geosfer (seperti gambut). Cangkang binatang dari kalsium karbonat yang menjadi
batu gamping melalui proses sedimentasi.
Sisanya,
yaitu siklus karbon di laut dalam, masih dipelajari. Sebagai contoh, penemuan terbaru
bahwa rumah larvacean mucus (biasa dikenal sebagai "sinkers") dibuat
dalam jumlah besar yang mana mampu membawa banyak karbon ke laut dalam seperti
yang terdeteksi oleh perangkap sedimen. Karena ukuran dan kompisisinya, rumah
ini jarang terbawa dalam perangkap sedimen, sehingga sebagian besar analisis
biokimia melakukan kesalahan dengan mengabaikannya.
Penyimpanan
karbon di biosfer dipengaruhi oleh sejumlah proses dalam skala waktu yang
berbeda: sementara produktivitas primer netto mengikuti siklus harian dan
musiman, karbon dapat disimpan hingga beberapa ratus tahun dalam pohon dan
hingga ribuan tahun dalam tanah. Perubahan jangka panjang pada kolam karbon
(misalnya melalui de- atau afforestation) atau melalui perubahan temperatur
yang berhubungan dengan respirasi tanah) akan secara langsung memengaruhi
pemanasan global.
Karbon di
laut
Laut
mengandung sekitar 36.000 gigaton karbon, dimana sebagian besar dalam bentuk
ion bikarbonat. Karbon anorganik, yaitu senyawa karbon tanpa ikatan
karbon-karbon atau karbon-hidrogen, adalah penting dalam reaksinya di dalam
air. Pertukaran karbon ini menjadi penting dalam mengontrol pH di laut dan juga
dapat berubah sebagai sumber (source) atau lubuk (sink) karbon. Karbon siap
untuk saling dipertukarkan antara atmosfer dan lautan. Pada daerah upwelling,
karbon dilepaskan ke atmosfer. Sebaliknya, pada daerah downwelling karbon (CO2)
berpindah dari atmosfer ke lautan. Pada saat CO2 memasuki lautan, asam karbonat
terbentuk:
CO2 + H2O ⇌ H2CO3
Reaksi ini
memiliki sifat dua arah, mencapai sebuah kesetimbangan kimia. Reaksi lainnya
yang penting dalam mengontrol nilai pH lautan adalah pelepasan ion hidrogen dan
bikarbonat. Reaksi ini mengontrol perubahan yang besar pada pH:
H2CO3 ⇌ H+ + HCO3
Tidak ada komentar:
Posting Komentar