Inilah Pengertian siklus karbon

A.    Pengertian Siklus Karbon

Siklus karbon adalah proses pemanfaatan CO2 diudara untuk keperluan fotosintesis tumbuhan dan pembentukan CO2 kembali sebagai hasil dari proses respirasi makhluk hidup. CO2 atau karbondiokasida merupakangabungan dari satu molekul karbon dan 2 molekul oksigen. CO2 merupakan gas penyusun atmosfer yang ditemukan dalam jumlah sedikit yaitu sekitar 0,03%. Kadar CO2 di atmosfer berbanding terbalik dengan banyaknya tumbuhan hijau yang ada di sekitarnya. Hal ini disebabkan karena CO2 merupakan komponen utama dalam proses fotosintesi tumbuhan.

Siklus karbon diawali dengan pembentukan karbon (CO2) diudara.

CO2 dapat terbentuk karena 2 hal, aktivitas organisme dan aktivitas alam. Aktivitas organisme termasuk respirasi, dekomposisi makhluk hidup yang mati, pembakaran batubara, asap pabrik, dll. Aktivitas alam meliputi erupsi vulkanik. Semua aktivitas diatas merupakan sumber CO2 di alam ini. Terlalu banyak CO2 di udara akan menyebabkan efek rumah kaca.

 

CO2 diudara kemudian dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk proses fotosintesis. Hasil akhir proses fotosintesis adalah amilum dan Oksigen. Oksigen yang dihasilkan kemudian digunakan oleh manusia dan hewan untuk bernafas. Proses pernafasan manusia dan hewan menghasilkan H2O dan CO2. CO2 tersebut kemudian di manfaatkan oleh tumbuhan lagi.. begitu seterusnya.

Dalam ekosistem air, pertukaran CO2 di air dengan diatmosfer berjalan secara tidak langsung. Karbon dioksida berikatan dengan air membentuk asam karbonat yang akan terurai menjadi ion bikarbonat. Bikarbonat adalah sumber karbon bagi alga yang memproduksi makanan untuk diri mereka sendiri dan organisme heterotrof lain. Begitu pula sebaliknya, saat organisme air berespirasi, CO2 yang mereka keluarkan menjadi bikarbonat.

Proses timbal balik fotosintesis dan respirasi makhluk hidup merupakan sumber utama karbondiokasida. Tinggi rendahnya kadar CO2 dan O2 diatsmosfer secara berkala disebabkan oleh penurunan aktivitas Fotosintetik. Semakin banyak populasi manusia dan hewan, maka kadar karbon dalam udara semakin meningkat. Untuk menjada keseimbangan kadar karbon dan oksigen maka harus diimbangi dengan penanaman tumbuh-tumbuhan sebagai penghasil oksigen.

B.     Memahami Langkah Siklus Karbon

Siklus karbon pada dasarnya adalah proses dua langkah yang melibatkan fotosintesis dan respirasi. Tanaman hijau mengalami baik fotosintesis dan respirasi. Jamur dan hewan hidup hanya bernafas. Karbon “berputar” dari tanaman hijau ke atmosfer dan kembali ke tumbuhan.

1. fotosintesis

Selama fotosintesis, tumbuhan hijau menggunakan energi radiasi untuk mengubah air dan karbon dioksida menjadi karbohidrat, yang merupakan molekul energi tinggi.

2. Respirasi

Selama langkah respirasi, tanaman mengubah karbohidrat kembali ke air dan karbon dioksida, melepaskan energi yang digunakan untuk membangun karbohidrat. Ini adalah energi yang tanaman menggunakan untuk hidup pada malam hari.

Hewan juga menjalani proses respirasi. Ketika manusia dan hewan memakan tanaman, karbohidrat diubah kembali menjadi air dan karbon dioksida, yang keduanya dihembuskan. Energi yang dilepaskan selama respirasi digunakan untuk membuat Adenin trifosfat (ATP), yang diperlukan untuk sel manusia dan hewan untuk berfungsi.

Diagram siklus karbon berfungsi untuk menunjukkan bagaimana berbagai persediaan karbon pada formulir perubahan bumi dan akhirnya dilepaskan ke atmosfer dalam jumlah yang berbahaya, menambah efek rumah kaca dan pemanasan global.

Gambar siklus karbon

C.     Penyimpanan karbon

Karbon yang tersimpan dalam berbagai bentuk di bumi. Di bawah tanah, itu disimpan sebagai bahan bakar fosil banyak digunakan untuk energi. Ada lebih dari 1.500 miliar metrik ton karbon yang tersimpan di berbagai tingkatan dalam tanah. Lebih dari 41 lebih miliar metrik ton yang disimpan di bawah permukaan lautan. Berbagai tingkat karbon ditemukan di udara juga. Sebagian besar ini ditemukan secara alami.

D.    Fungsi Karbon

Fungsi karbon sangat banyak antara lain :

1.      bahan baku fotosintesis

2. Sebagai komponen penyusun makanan (karbohidrat, lemak, protein)
3. Bahan penyusun tulang dan gigi

E. Sumber Karbon

Sumber karbon sangat melimpah di bumi. Respirasi makhluk hidup menghasilkan senyawa karbon (CO2). Penggunaan bahan bakar fosil (seperti: minyak bumi, batubara, dan gas alam) menghasilkan karbon. Kebakaran hutan  hingga erupsi vulkanik gunung api yang memuntahkan larva juga menjadi sumber karbon bumi. Gas karbon yang melimpah bisa mengakibatkan polusi udara dan panas. Kendaraan bermotor dan pabrik berbahan bakar fosil adalah penyumbang terbesar polusi karbon di bumi. 

F. Daur Karbon

Karbon mengalami siklus/daur biogeokimia.

1. Karbon di atmosfer berbentuk gas karbondioksida (CO2). Karbondioksida dihasilkan dari berbagai proses pembakaran seperti respirasi makhluk hidup, bahan bakar fosil, erupsi gunung, dan kebakaran hutan. Proses naiknya karbondioksida ke atmosfer dapat dilihat pada Gambar C.3 di bawah ini.

2. Karbondioksida di atmosfer diikat (fiksasi) oleh tumbuhan pada saat fotosintesis. CO2 menjadi sumber karbon utama untuk menyusun bahan makanan. Bahan makanan yang dimaksud adalah senyawa karbon organik  yang disebut Glukosa (C6H12O6). Kemudian glukosa disusun menjadi amilum (pati) dan senyawa lain seperti lemak, protein, dan vitamin. Hasil fotosintesis tersebut disimpan di dalam tubuh tumbuhan seperti buah, batang, akar, dan daun. 

3. Hewan memperoleh kebutuhaan karbon dari tumbuhan melalui rantai makanan. Herbivora memakan tanaman, kemudian karnivora memangsa herbivora, dan seterusnya.

4. Jasad hewan yang mati maupun urin-fesesnya hancur menjadi detritus. Detritivor memakan detritus untuk memperoleh kebutuhan karbon. Bakteri pengurai menguraikan karbon organik jasad mati menjadi karbon anorganik. Karbon anorganik dikembalikan lagi ke alam.

5. Karbon anorganik yang terurai dari jasad mati tertimbun terus-menerus di lapisan bumi membentuk bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil digunakan sebagai sumber energi. Aktivitas industri dan kendaraan bermotor yang menggunakan bahan bakar fosil menghasilkan CO2 ke udara.

6. Daur karbon juga terjadi di dalam ekosistem air. Karbon di dalam air diikat oleh tumbuhan dan ganggang. Berbeda dengan di darat, karbon dalam air tersedia dalam bentuk  ion-ion bikarbonat (HCO3-). Ion-ion bikarbonat berasal dari penguraian asam karbonat (H2CO3) yaitu hasil ikatan CO2 dan air (H2O). Tiap-tiap hewan air yang bernafas menghasilkan bikarbonat. Ion-ion bikarbonat ini menjadi bahan baku fotosintesis tumbuhan air dan alga.

7. Saat fotosintesis dan respirasi membentuk dasar untuk siklus karbon, mereka tidak mendapatkan gambaran lengkap segala sesuatu yang terjadi selama proses tersebut. Dalam rangka untuk memahami siklus karbon, penting untuk memahami apa yang terjadi ketika karbon dioksida dilepaskan dan bagaimana bahan bakar fosil terbentuk

8, Ketika tanaman hijau mati, karbohidrat biasanya diuraikan oleh jamur atau bakteri, sebagai pengurai. Jamur dan bakteri menjalani respirasi, yang memungkinkan mereka untuk melepaskan karbon kembali ke atmosfer sebagai karbon dioksida.

9. Bahan bakar fosil terbentuk pada tanaman hijau atau protista mirip-tumbuhan (organisme bersel tunggal) yang menjalani fotosintesis dan kemudian mati. Mereka tenggelam ke dasar laut. Beberapa protista dimakan oleh dekomposer. Seiring waktu, mereka yang tidak dimakan menjadi apa yang kita kenal sebagai bahan bakar fosil. Ketika lapisan kaya bahan  karbohidrat menumpuk di dasar laut, mereka tertutup oleh sedimen yang jatuh ke bawah. Seiring waktu, tekanan lapisan membantu mengubah karbohidrat menjadi minyak dan gas alam.

10. Batu bara juga merupakan bahan bakar fosil yang terjadi sebagai akibat dari langkah-langkah siklus karbon, terbentuk saat tanaman mati dalam rawa bukan di laut. Lingkungan air rawa sangat asam, hangat, dan miskin oksigen, menciptakan kondisi di mana dekomposer tidak dapat bertahan hidup. Dalam ekosistem ini, lapisan bahan tanaman undecomposed dibangun, dan tekanan memaksa hidrokarbon kehilangan atom hidrogen mereka. Hasil akhir dari tekanan ini dari waktu ke waktu adalah batubara antrasit.

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 adalahmetan 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.

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

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 olehsirkulasi 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 bagianbiological 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 pernapasan (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, dannutrisi pada semua sel makhluk hidup. Dan kehidupan memiliki peranan yang penting dalam siklus karbon:

·         Autotroph 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 autotroph 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 pernapasan 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 [1]. 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⁻

 

Mengapa Siklus Karbon Penting?

Ketika orang membakar bahan bakar fosil, karbon yang awalnya diambil dari atmosfer oleh tanaman dilepaskan sebagai karbon dioksida. Atom karbon baru tidak diproduksi dan diperkenalkan ke atmosfer. Atom karbon yang ada di dunia saat ini telah ada sejak waktu awal. Atom-atom ini, yang diperlukan untuk mempertahankan hidup, masih di sini karena mereka telah didaur ulang berkali-kali melalui siklus karbon. Jika siklus karbon tidak bisa lagi berfungsi dengan baik, kehidupan seperti yang kita tahu itu akan berubah drastis.

 

 

Dampak Lingkungan

Setiap hari, jutaan ton karbon dioksida ke atmosfer setiap hari. Sayangnya, karbon dioksida adalah gas rumah kaca. Menyerap cahaya inframerah. Atmosfer sehingga dapat menyerap panas lebih dari itu digunakan untuk dapat di simpan, yang menghasilkan fenomena yang biasa disebut sebagai pemanasan global.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.kamusq.com/2012/10/siklus-karbon-daur-carbon-dalam.html(di akses pada hari Jumat tanggal 13/03/2015)

http://budisma.web.id/gambar-diagram-siklus-karbon/(di akses pada hari Jumat tanggal 13/03/2015)

http://biosmadaj.blogspot.com/2012/04/daur-karbon-c.html(di akses pada hari Jumat tanggal 13/03/2015)

http://id.wikipedia.org/wiki/Siklus_karbon(di akses pada hari Jumat tanggal 13/03/2015)

SCOPE 13 The Global Carbon Cycle [3]

Janzen, H. H. (2004). Carbon cycling in earth systems—a soil science perspective. In Agriculture, ecosystems and environment, 104, 399 – 417.

Houghton, R. A. (2005). The contemporary carbon cycle. Pages 473-513 in W. H. Schlesinger, editor. Biogeochemistry. Elsevier Science.