Daur Biogeokimia

Daur Biogeokimia

Pernahkah terlintas dalam pikiranmu bahwa molekul zat penyusun tubuh kita berasal dari molekul hewan purba yang telah punah? Atau unsur yang kita makan berasal dari dalam tubuh kita sendiri beberapa tahun sebelumnya? Hal yang demikian mungkin terjadi karena molekul dan unsur yang masuk ke dalam tubuh kita mengalami siklus di dalam ekosistem.

Siklus atau daur unsur-unsur kimia tersebut berputar melewati tubuh makhluk hidup, tanah, dalam bentuk persenyawaan-persenyawaan kimia. Jadi, daur materi atau mineral ini berlangsung di dalam ekosistem (biosfer), mengalir melalui komponen: biotik → abiotik → reksi kimia → dan seterusnya. Oleh karena itu, siklus materi tersebut disebut sebagai daur biogeokimia.

Daur biogeokimia terjadi sejak munculnya makhluk hidup pertama kali di bumi. Daur biogeokimia mendukung proses berlangsungnya kehidupan. Makhluk hidup dapat memperoleh zat-zat dari lingkungannya, melakukan pertukaran zat, serta membuang zat-zat yang tidak berguna ke lingkungannya.Jika daur ini terhenti, maka proses kehidupan juga berhenti. Jadi, kelancaran daur biogeokimia penting bagi kelangsungan hidup makhluk hidup.

Daur biogeokimia yang akan dibahas meliputi daur nitrogen, daur karbon dan oksigen, daur belerang, dan daur fosforus. Berikut akan dibahas daur-daur tersebut satu-persatu.

1.        Daur Nitrogen

Nitrogen diperlukan oleh setiap organisme. Apa fungsi nitrogen bagi tubuh organisme? Nitrogen merupakan salah satu unsur pembentuk asam amino. Asam amino merupakan persenyawaan pembentuk molekul protein. Protein merupakan senyawa yang berguna sebagai penyusun tubuh, misalnya otot, dan sebagai penggiat reaksi-reaksi metabolisme tubuh, misalnya enzim pencernaan untuk mencerna makanan.

 Nitrogen diperlukan tidak dalam bentuk unsur, melainkan dalam bentuk peresnyawaan. Atmosfer bumi mengandung + 79% nitrogen. Petir menyebabkan nitrogen di bumi atmosfer bersenyawa dengan oksigen pembentuk nitrat (NO₃). Tumbuhan menyerap nitrat dari tanah untuk dijadikan protein. Ketika tumbuhan dimakan konsumen, nitrogen berpindah ke tubuh hewan. Urin, bangkai hewan, dan tumbuhan yang mati akan dimatikan oleh pengurai menjadi amonium dan amonia. Bakteri nitrit Nitrosomonas mengubah amonium menjadi nitrit. Selanjutnya, bakteri Nitrobacter akan mengubah nitrit menjadi nitrat. Peristiwa pengubahan amonium menjadi nitrit dan nitrat disebut sebagai nitrifikasi. Nitrat akan diserap lagi oleh tumbuhan. Ada pula bakteri yang mampu mengubah nitrit atau nitrat menjadi nitrogen bebas di udara. Prosesnya disebut sebagai denitrifikasi.

2.        Daur Karbon dan Oksigen

Unsur C (karbon) diserap tumbuhan dalam bentuk CO₂. Tumbuhan tidak dapat menyerap unsur C dalam bentuk gula atau zat tepung. Sebaliknya, hewan hanya dapat memanfaatkan karbon dalam bentuk persenyawaan organik. Unsur C dan O selalu terlibat dalam proses respirasi dan fotosintesis, yaitu dalam bentuk CO₂ dan O₂. Oleh karena itu, membahas daur karbon pada dasarnya juga membahas daur oksigen.

Daur karbon ini diawali oleh penyerapan CO₂ oleh tumbuhan dan dijadikan persenyawaan organik, yaitu glukosa, melalui proses fotosintesis. Selanjutnya, glukosa diubah menjadi amilum, kemudian amilum diubah menjadi senyawa gula yang lain, lemak, protein, dan vitamin. Pada proses pernapasan tumbuhan, dihasilkan lagi CO₂ dan oksigen. Dengan demikian, daur karbon terpendek terjadi pada tumbuhan → lingkungan → tumbuhan. Demikian puka daur oksigen.

Hewan mendapatkan karbon setelah memakan tumbuhan. Kemudian, tubuh hewan dan tumbuhan yang mati diuraikan menjadi karbon dioksida, air, dan mineral oleh pengurai. Karbon dioksida yang terbentuk dilepaskan ke udara. Demikian seterusnya daur karbon itu berlangsung. Daur karbon ini merupakan daur karbon terpanjang yang berlangsung melalui tumbuhan → hewan → pengurai → karbon dioksida di udara → tumbuhan.

Dalam ekosistem normal, terjadi keseimbangan antara daur karbon dan oksigen. Oksigen diserap hewan dan tumbuhan untuk oksidasi dan hasilnya, yaitu karbon dioksida dilepaskan ke udara. Karbon dioksida ini digunakan oleh tumbuhan untuk fotosintesis.

3.        Daur Air

Air sangat penting bagi makhluk hidup, karena air berfungsi sebagai pelarut kation dan anion, pengatur suhu tubuh, pengatur tekanan osmotik sel, dan bahan baku untuk fotosintesis. Di alam terjadi daur air yang dapat diuraikan sebagai nerikut.

Air laut, danau, dan sungai yang terkena cahaya matahari akan menguap. Tumbuhan dan hewan juga mengeluarkan uap air. Uap air akan membubung ke atmosfer dan berkumpul membentuk awan. Akibat tiupan angin, awan akan bergerak menuju ke permukaan daratan. Pengaruh suhu yang rendah mengakibatkan terjadinya kondensasi uap air menjadi titik-titik air hujan. Air hujan yang turun di permukaan bumi sebagian meresap ke dalam tanah, sebagian dimanfaatkan tumbuhan dan hewan, sebagian yang lain mengalir di permukaan tanah menjadi sungai-sungai, dan sebagian lain menguap menjadi uap air yang akan turun kembali bersama air hujan. Sebagian air yang diserap akar-akar tumbuh-tumbuhan akan dipindahkan menuju ke berbagai jaringan, dan ada yang mencapai buah atau daun. Apabila buah dan daun ini dimakan oleh hewan, maka air yang berpindah ke tubuh hewan dibuang dalam bentuk urin atau dimakan hewan yang lain. Air yang tidak diserap tumbuhan meresap ke dalam tanah, menjadi air tanah dan keluar dalam bentuk mata air. Hewan dan manusia memanfaatkan air dari mata air ini untuk diminum. Selanjutnya, air tersebut dikeluarkan dalam bentuk urin. Urin akan masuk ke dalam parit, kemudian ke sungai, dan akhirnya ke laut.

Air yang meresap ke dalam tanah bergerak menuju ke tempat-tempat yang rendah karena gravitasi bumi. Pada tempat tertentu, muncul sebagai mata air yang akan mengalir sebagai sungai. Di sungai, air dimanfaatkan lagi oleh biota sungai. Sungai yang menampung air, baik dari air tanah, air hujan, maupun kelebihan air yang telah dimanfaatkan manusia, akhirnya mengalir menuju ke laut.

Indonesia yang merupakan negara di daerah khatulistiwa seharusnya tidak kekurangan air. Akan tetapi, gangguan terhadap daur air alami, misalnya akibat penebangan hutan secara liar, proses peresapan air terganggu sehingga timbul banjir. Demikian juga kuantitas air tidak terdistribusi sebagaimana mestinya. Akibatnya, pada musinm hujan terjadi banjir, sedangkan pada musim kemarau terjadi kekeringan. Saat ini, air bersih menjadi semakin langka karena pencemaran.

4.        Daur Belerang

Belerang (sulfur) merupakan unsur penyusun protein. Tumbuhan mendapatkan belerang dari dalam tanah dalam bentuk sulfat (SO₄^2-). Di dalam tubuh tumbuhan, belerang digunakan sebagai bahan penyusun protein. Hewan dan manusia mendapatkan belerang dengan jalan memakan tumbuhan. Jika tumbuhan dan hewan mati, jasad renik akan menguraikannya menjadi gas H₂S atau menjadi SO₂ dan SO₄^2-.

Secara alami, belerang terkandung di dalam tanah dalam bentuk mineral tanah. Beberapa gunug berapi, misalnya Gunung Arjuno di jawa Timur, mengeluarkan belerang yang kemudian ditambang menjadi batangan belerang. Selain itu, belerang di udara juga berasal dari sisa pembakaran minyak bumi dan batu dara, dalam bentuk SO₂. Gas SO₂ banyak dihasilkan oleh asap kendaraan dan pabrik. Jika bereaksi dengan uap air hujan, maka gas tersebut berubah menjadi sulfat yang jatuh di tanah, sungai, atau lautan. Selanjutnya, sulfat dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan atau alga air.

5.        Daur Fosforus

Fosforus (P) merupakan bahan pembentuk tulang pada hewan. Semua makhluk hidup memerlukan fosforus untuk digunakan sebagai pembentuk DNA, RNA, protein, energi (ATP), dan senyawa organik lainnya. Daur fosforus terjadi melalui proses berikut.

Di dalam tanah terkandung fosfat anorganik yang dapat diserap tumbuhan. Hewan mendapatkan fosforus setelah memakan tumbuhan. Tumbuhan dan hewan yang mati, feses dan urinnya akan terurai menghasilkan fosfat organik. Oleh bakteri, fosfat organik akan diubah menjadi fosfat anorganik yang dapat diserap tumbuhan. Demikianlah daur fosforus.

Di dalam ekosistem air juga terjadi daur fosforus, yakni: tumbuhan → hewan air → bakteri → fosfat organik. Bagian tumbuhan yang jatuh ke dasar danau yang dalam atau lautan dalam akan membentuk endapan fosforus (batuan fosforus) yang tidak dapat dimanfaatkan kembali. Inilah salah satu alasan semakin kurusnya ekosistem air dalam yang tidak mempunyau arus air. Larutan yang memiliki arus air mengakibatkan endapan fosforus teraduk dan menyuburkan ekosistem laut.