Jakarta - Tahukah kamu jika karbon memiliki peranan yang penting bagi makhluk hidup. Seluruh makhluk hidup memiliki kandungan karbon di dalamnya. Dalam prosesnya, ada siklus karbon yang menjadi bagian penting pada daur biogeokimia. Show
Daur biogeokimia menjadi siklus unsur dari senyawa kimia yang bermuara pada komponen abiotik lalu menjadi komponen biotik. Oleh karena itu, daur biogeokimia ini mengakumulasi beberapa unsur seperti kimia, bumi, dan juga kehidupan. Pengertian Siklus KarbonMenurut buku Enviromental Science: Earth as Living Planet yang ditulis oleh Daniel B. Botkin dan Edward A. Keller bahwa siklus karbon adalah proses pertukaran unsur karbon antara biosfer, pedosfer, hidrosfer dan atmosfer. Siklus karbon, siklus nitrogen, dan siklus air ini terbentuk dari urutan proses yang menjadikan kunci bumi mampu mendukung kehidupan dan menjelaskan pergerakan karbon di biosfer. Proses penggunaan kembali (reused) dan daur ulang (recycled) ini menjadi proses yang terjadi dalam siklus karbon. Oleh karena itu, karbon merupakan elemen penting bagi kehidupan di bumi sebagai komponen utama dari senyawa biologis. Di lain sisi, ada siklus karbon global dibagi berdasarkan interaksi atau perpindahan karbon antara reservoir utama, seperti atmosfer, geosfer, dan biosfer. Siklus Karbon pada TumbuhanTumbuhan adalah makhluk hidup yang mengalami siklus karbon. Ada dua proses dalam siklus karbon pada tumbuhan, yaitu fosintesis dan resiprasi. Nah, berikut adalah penjelasan siklus karbon pada tumbuhan: A. FotosintesisFotosintesis adalah peristiwa penyusunan zat organik (gula) dari zat anorganik (air, karbondioksida) dengan pertolongan energi cahaya matahari. Karena bahan baku yang dipergunakan adalah zat karbon (karbon dioksida), maka dapat juga disebut asimilasi zat karbon. Umumnya, proses fotosintesis mereaksikan dan menggabungkan karbondioksida serta air menjadi gula dengan menggunakan energi radiasi cahaya matahari. Proses fotosintesis umumnya hanya berlangsung pada tumbuhan yang berklorofil pada waktu siang hari asalkan ada sumber cahaya. Setelah itu, energi radiasi cahaya matahari dikonversikan menjadi energi kimia oleh karbon yang diperoleh dari gas karbondioksida. Oleh karena itu, karbon dalam proses fotosintesis akan dimanfaatkan oleh tumbuhan dalam berkembang dan terus menerus melakukan fotosintesis. B. RespirasiTumbuhan selain melakukan fotosintesis juga melalui proses respirasi. Apa itu respirasi? Menurut artikel ilmiah yang berjudul "Resiprasi pada Tumbuhan" yang ditulis oleh Suyitno, respirasi adalah pernapasan yang bertujuan untuk melakukan proses pembongkaran atau pembakaran zat sumber energi di dalam sel-sel tubuh untuk memperoleh energi atau tenaga. Pembakaran membutuhkan oksigen dan terjadi di dalam setiap sel yang hidup. Energi yang diperoleh berupa energi kimia yang digunakan untuk berbagai aktivitas fisiologi dalam tubuh. Di samping itu, pembakaran menghasilkan zat sisa berupa gas asam arang (CO2) dan air. Tumbuhan juga menyerap oksigen untuk pernapasannya, umumnya diserap melalui daun (stomata). Pada keadaan aerob, tumbuhan melakukan respirasi aerob. Bila dalam keadaan anaerob atau kurang oksigen, jaringan melakukan respirasi secara anaerob. Hal ini terjadi pada akar yang tergenang air. Nah, itu adalah penjelasan ilmiahnya mengenai siklus karbon pada tumbuhan. Simak Video "Belajar Sains Lewat Simulator Beat The Storm" [Gambas:Video 20detik] (nah/nah)
Siklus karbon adalah siklus biogeokimia ketika 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 soil carbon atau karbon tanah), lautan (termasuk karbon anorganik terlarut dan biota laut hayati dan non-hayati), dan sedimen (termasuk bahan bakar fosil). Pergerakan karbon dan 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. Daur KarbonDaur karbon merupakan siklus biogeokimia yang sudah ada di bumi sejak jutaan tahun. Biogeokimia adalah suatu pertukaran atau terjadinya perubahan yang berlangsung terus menerus antara komponen abiotik dengan komponen biotik. Contoh komponen abiotik adalah tanah, air, udara, sinar matahari, sedangkan komponen biotik mencakup makhluk hidup seperti manusia, hewan, dan tumbuhan. Karbon dioksida merupakan bagian udara esensial yang dapat memengaruhi radiasi panas dari bumi, dan dapat membentuk persediaan karbon anorganik. Proses fotosintesis yang terjadi pada tumbuhan yang berperan sebagai produsen merupakan proses pengubahan karbon dioksida sebagai karbon anorganik menjadi karbohidrat sebagai senyawa hidrokarbon yang dalam hal pengubahan karbon disebut juga senyawa karbon organik dalam tubuh tumbuhan disertai dengan penyimpanan energi yang bersumber dari radiasi matahari, sehingga dalam tubuh tumbuhan tersimpan energi yang disebut energi biokimia. Energi ini tersimpan bersama dengan senyawa organik kompleks. Sebagian karbon organik yang terdapat dalam tubuh tumbuhan akan diubah melalui proses fisiologi tumbuhan. Senyawa ini akan terurai dari tumbuhan dalam bentuk CO2 melalui mekanisme respirasi. Dalam mekanisme respirasi ini, sebagian karbon organik lainnya diubah menjadi senyawa organik kompleks dalam tubuh tumbuhan selama pertumbuhannya. Senyawa organik tersebut akan ditransfer ke dalam tubuh konsumen melalui proses interaksi dalam rantai maupun jaringan makanan sehingga sebagian dari senyawa karbon organik akan tetap berada dalam tubuh konsumen (manusia dan hewan) sampai mati. Setelah produsen dan konsumen mati maka senyawa organik akan segera terurai kembali melalui proses dekomposisi atau penguraian oleh organisme pengurai dan karbon akan dilepas sebagai CO2 ke alam, kemudian masuk ke udara atau ke dalam air kembali. Namun, ada sebagian bahan organik yang kadang-kadang tidak bisa segera terurai dalam proses dekomposisi sehingga memerlukan waktu yang sangat lama dan kemudian akan berubah menjadi batu kapur, arang, atau minyak (dalam hal ini disebut bahan bakar fosil). 1. Proses FotosintesisNah, daur karbon ini dimulai dari proses fotosintesis, yang dilakukan oleh organisme autotrof seperti tumbuhan, alga, fitoplankton dan juga bakteri. Organisme autotrof kemudian melakukan fotosintesis dengan sumber energi matahari dan mengubah karbon menjadi gula. Gula tersebut akan menjadi makanan bagi tumbuhan dan membangun seluruh tubuh organisme autotrof. Kemudian, karbon berpindah dari organisme autotrof ke organisme heterotrof melalui rantai makanan. Pada tahap ini, karbon digunakan untuk membangun jaringan tubuh dan mempertahankan fungsi fisiologis. 3. Pernapasan Makhluk HidupSiklus karbon juga terjadi pada pernapasan makhluk hidup. Pada respirasi sel, molekul karbon dilepaskan setelah menerima oksigen, sehingga makhluk hidup mengembuskan karbon dioksida saat respirasi. Pada saat ini, karbon yang berada di dalam tubuh kembali ke atmosfer. 4. Proses DekomposisiSelain itu, siklus karbon juga terjadi pada proses dekomposisi atau proses penguraian sisa-sisa makhluk hidup. Sisa-sisa makhluk hidup dapat berupa tubuh organisme mati, tumbuhan yang layu, juga kotoran makhluk hidup. Proses dekomposisi akan menguraikan sisa-sisa zat organik tersebut menjadi bentuk yang lebih sederhana, termasuk karbon. Karbon dari makhluk hidup dilepaskan ke tanah juga udara. 5. Pembakaran Bahan Bakar FosilKetika bahan bakar fosil dibakar, maka akan melepaskan gas karbon dioksida dan gas rumah kaca lainnya. Sebab, sumber energi fosil seperti minyak bumi, batu bara, dan juga gas alam terbentuk dari karbon. Sayangnya, adanya gas karbon dioksida dan gas rumah kaca dari hasil pembakaran bahan bakar fosil ini menyebabkan pemanasan global. Meskipun begitu, setiap karbon yang tersebar di udara dan tanah nantinya akan digunakan kembali oleh makhluk hidup dan kehidupan di Bumi. Diagram dari siklus karbon. Angka dengan warna hitam menyatakan berapa banyak karbon tersimpan dalam berbagai reservoir, dalam miliar ton (“GtC” berarti Giga Ton Karbon). Angka dengan warna biru menyatakan berapa banyak karbon berpindah antar reservoir setiap tahun. Sedimen, sebagaimana yang diberikan dalam diagram, tidak termasuk ~70 juta GtC batuan karbonat dan kerogen. 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), tetapi 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:
Karbon dapat kembali ke atmosfer dengan berbagai cara pula, yaitu:
Karbon di BiosferSekitar 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:
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 LautLaut mengandung sekitar 36.000 gigaton karbon, di mana 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− Model Siklus KarbonModel siklus karbon dapat digabungkan ke dalam model iklim global, sehingga reaksi interaktif dari lautan dan biosfer terhadap nilai CO2 pada masa depan dapat dimodelkan. Ada ketidakpastian yang besar dalam model ini, baik dalam sub model fisika maupun biokimia (khususnya pada sub model terakhir). Model-model seperti itu biasanya menunjukkan bahwa ada timbal balik yang positif antara temperatur dan CO2. Sebagai contoh, Zeng dkk. menemukan dalam model mereka bahwa terdapat pemanasan ekstra sebesar 0,6 °C (yang sebaliknya dapat menambah jumlah CO2 atmosferik yang lebih besar). Siklus Karbon terhadap Iklim GlobalSiklus karbon menjaga keseimbangan konsentrasi karbon pada atmosfer, laut dan permukaan bumi. Jumlah yang berlebihan pada salah satu komponen dapat menyebabkan ketidakseimbangan pada keseluruhan siklus dan kondisi bumi. Jumlah karbon dalam bentuk karbon dioksida pada atmosfer yang berlebihan berpengaruh salah satunya dalam perubahan iklim. Hal ini ditunjukkan dalam gambar di bawah ini pada saat karbon dioksida meningkat, temperatur permukaan bumi juga mengalami peningkatan, dan sebaliknya pada saat konsentrasi karbon dioksida, temperatur permukaan bumi relatif rendah. Grafik karbon dioksida dan temperatur permukaan bumi sepanjang tahun. Berdasarkan gambar tersebut, dapat diketahui sejak dahulu temperatur permukaan bumi dan kadar karbon dioksida mengalami fluktuasi atau dapat disebut bahwa peristiwa perubahan iklim merupakan peristiwa yang normal. Akan tetapi, pada saat ini karbon diosida dilepaskan ke atmosfer dalam jumlah yang signifikan. Kondisi ini dimulai sejak revolusi industri, dimana terjadi pembakaran energi fosil secara besar-besaran. Kenaikan temperatur permukaan bumi. Perubahan kandungan karbon dioksida secara signifikan mengakibatkan terjadi kenaikan temperatur permukaan bumi yang ekrtrem, di mana dalam periode 25 tahun terakhir laju kenaikan temperature permukaan bumi mencapai 0,177±0,052⁰C per dekade. Kenaikan temperatur permukaan bumi yang ekstrem ini dapat memengaruhi kehidupan makhluk hidup di bumi, di antaranya mencairnya es di kutub, meningkatnya ketidakseimbangan tanah, perubahan berbagai ekosistem, bencana banjir meningkat, dan lain-lain. Oleh karena itu, manusia perlu mengurangi pembakaran bahan bakar fosil dan langkah-langkah lainnya untuk mengurangi pelepasan karbon ke atmosfer. Rekomendasi Buku & Artikel Terkait
|