siklus hidrologi

Siklus biogeokimia: Pengertian, jenis manfaat, dampak

Siklus biogeokimia adalah sistem utama yang dengannya energi Matahari ditransformasikan menjadi energi senyawa kimia oleh makhluk hidup dan produk dari aktivitasnya.

Bumi adalah sistem tertutup untuk materi, kecuali sejumlah kecil puing kosmik yang memasuki atmosfer Bumi. Ini berarti bahwa semua unsur yang diperlukan untuk struktur dan proses kimiawi kehidupan berasal dari unsur-unsur yang ada di kerak bumi ketika terbentuk miliaran tahun yang lalu. Hal ini, balok-balok pembangun kehidupan, terus-menerus berputar melalui sistem Bumi, atmosfer, hidrosfer, biosfer, dan litosfer, pada skala waktu yang berkisar dari beberapa hari hingga jutaan tahun. Siklus ini disebut siklus biogeokimia, karena mereka mencakup berbagai proses biologis, geologis, dan kimia.

Banyak unsur berputar melalui ekosistem, organisme, udara, air, dan tanah. Banyak dari ini adalah elemen jejak. Unsur-unsur lain, termasuk karbon, nitrogen, oksigen, hidrogen, sulfur, dan fosfor adalah komponen penting dari semua kehidupan biologis.

Bersama-sama, oksigen dan karbon merupakan 80 persen dari berat manusia. Karena unsur-unsur ini adalah komponen utama kehidupan, mereka harus tersedia untuk proses biologis. Karbon, bagaimanapun, relatif jarang di kerak bumi, dan nitrogen, meskipun berlimpah di atmosfer, adalah dalam bentuk yang tidak bisa digunakan oleh organisme hidup.

Siklus biogeokimia adalah perputaran alami yang mengangkut dan menyimpan unsur-unsur penting ini sehingga dapat digunakan oleh organisme hidup. Setiap siklus membutuhkan banyak jalur berbeda dan memiliki berbagai reservoir, atau tempat penyimpanan, di mana elemen dapat berada untuk jangka waktu pendek atau panjang. Masing-masing proses kimia, biologis, dan geologis bervariasi dalam tingkat siklusnya.

Beberapa molekul mungkin berputar sangat cepat tergantung pada jalurnya. Atom karbon dalam sedimen laut dalam mungkin membutuhkan ratusan hingga jutaan tahun untuk siklus sepenuhnya melalui sistem. Molekul air rata-rata berada di atmosfer selama sekitar sepuluh hari, meskipun mungkin diangkut bermil-mil sebelum jatuh kembali ke Bumi saat hujan.

Seperti yang telah Anda pelajari tentang biosfer, bioma, dan ekosistem tertentu, kita juga telah mengenal berbagai siklus di sekitar Anda. Apakah Anda melihat rantai makanan atau pertumbuhan dan pengurangan populasi, ekosistem selalu bergeser dan berubah.

Hutan memiliki musim semi ketika tanaman mekar, musim gugur ketika mereka kehilangan daun, dan musim dingin saat salju turun. Siklus dimulai lagi musim semi berikutnya.

Pengertian

Siklus biogeokimia adalah sangat penting untuk keberadaan kehidupan, mengubah energi dan materi menjadi bentuk yang dapat digunakan untuk mendukung fungsi ekosistem, seperti disebutkan sebelumnya. Siklus ini menggambarkan pergerakan materi antara reservoir utama Bumi — atmosfer, biosfer terestrial, lautan, dan geosfer (tanah, sedimen, dan bebatuan). Enam unsur paling umum yang terdiri dari molekul organik — tulang punggung makhluk hidup — adalah karbon, nitrogen, hidrogen, oksigen, fosfor, dan belerang. Unsur-unsur ini berada di reservoir yang berbeda sampai batas yang berbeda dan terdiri dari berbagai bentuk kimiawi baik organik maupun anorganik.

BIO: Biologi. Kehidupan. Makhluk hidup. Unsur-unsur biologis siklus ini memainkan peran dalam kehidupan organisme. Siklus mungkin membatasi organisme Bumi atau mereka mungkin terjadi bersama, mengubah lingkungan. Misalnya, ketika oksigen (O) ditemukan di Anda atau di pabrik, itu adalah dalam fase siklus biologis. Ketika suatu zat dalam bagian ini dari sebuah siklus, itu adalah dalam fase biotik.

Ada juga siklus untuk komponen dan potongan-potongan yang menjaga semuanya hidup. Ada perputaran dan aliran nutrisi, molekul, dan energi. Sebagai contoh, kita telah mengenal siklus air beberapa kali. Air menguap, mengembun di awan, jatuh sebagai hujan, dan sering kembali ke lautan. Siklus biogeokimia mencakup semua siklus di Bumi yang berhubungan dengan faktor biologis, geologi, dan kimia. Siklus bigeokimia meliputi siklus karbon, siklus oksigen, siklus air, siklus sulfur, dan siklus nitrogen.

GEO: Bumi. Batu. Tanah. Air. Istilah ‘geo’ adalah bagian dari siklus yang mengacu pada komponen non-hidup atau fase abiotik. Misalnya, siklus oksigen melalui banyak sistem. Ketika oksigen angin pada bebatuan sebagai oksida besi (FeO) atau kristal, itu adalah di bagian ‘geo’ dari siklus.

KIMIA: Molekul. Reaksi. Atom. Ini adalah faktor kimia yang terlibat dalam siklus. Molekul lengkap tidak selalu lulus dari satu titik ke titik berikutnya. Reaksi kimia mengubah molekul dengan membangun dan memecah ikatan kimia. Interaksi kimia mungkin kecil, tetapi mereka sangat penting.

BIO:Oksigen, misalnya, termasuk dalam semua reaksi oksidasi. Sebagian kecil oksigen mungkin di udara dan kemudian terlibat dalam pipa besi menjadi berkarat. Karbon (C) menawarkan contoh penting dari faktor kimia yang terlibat dalam siklus. Karbon dioksida (CO2) ditemukan di atmosfer. Hal ini ‘tetap’ dalam molekul gula ketika tanaman melalui fotosintesis. Bergerak dari bentuk anorganik menjadi bentuk organik dan yang bermanfaat secara biologis.

Komponen unsur dalam siklus biogeokimia

Ketika organisme hidup mati dan membusuk, struktur tubuhnya hancur dan dapat direduksi menjadi molekul penyusunnya. Tergantung pada wilayah di mana disintegrasi organisme terjadi, komponen unsur-unsur molekul kemudian bergabung dengan siklus biogeokimia. Elemen yang diangkut dalam siklus biogeokimia telah dikategorikan sebagai:

  • Unsur mikro – ini adalah unsur yang dibutuhkan oleh organisme hidup dalam jumlah yang lebih kecil. Contoh unsur-unsur tersebut termasuk boron yang digunakan terutama oleh tanaman hijau, tembaga yang digunakan oleh beberapa enzim dan molibdenum yang digunakan oleh bakteri pengikat nitrogen.
  • Unsur makro – ini adalah unsur yang dibutuhkan oleh organisme hidup dalam jumlah yang lebih besar. Contoh unsur-unsur tersebut meliputi karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, fosfor, belerang.

Molekul selanjutnya dapat direduksi menjadi ion terionisasi atau terhidrasi dalam larutan air atau ion di atmosfer .. Molekul atau ion ini kemudian didaur ulang dan dimetabolisme oleh organisme baru, dan organisme dapat meneruskannya melalui ekskreta atau kematian / pembusukan menjadi bersepeda lagi. Karena itu, seluruh proses menjadi sebuah siklus.

Siklus nitrogen (N2)

Nitrogen merupakan unsur utama dalam pembentukan protein, terutama oleh hewan dan manusia. Oleh tumbuhan, unsur nitrogen dapat di manfaatkan dalam bentuk ion nitrat. Unsur ini dapat kembali ke tanah melalui urine atau penguraian sisa organisme setelah mati oleh dekomposer dalam bentuk amonium dan amonia. Selanjutnya, amonium menjadi nitrit, kemudian menjadi nitrat. Senyawa nitrit atau nitrat di ubah oleh bakteri menjadi gas nitrogen yang disebut denitrifikasi kemudian gas nitrogen ini dilepas ke atmosfer sehingga akan terjadi daur nitrogen.

Siklus fosfor

Fosfat organik dari hewan dan tumbuhan yang mati diuraikan oleh dekomposer (pengurai) menjadi fosfat anorganik. Fosfat anorganik yang terlarut di air tanah atau air laut akan terkikis dan mengendap di sedimen laut. Fosfat anorganik ini kemudian akan di serap oleh akar tumbuhan lagi.

Siklus Karbon dan Oksigen

Oksigen yang dilepaskan oleh tumbuhan digunakan oleh semua organisme aerobik untuk respirasi karbondioksida hasil respirasi akan dilepaskan ke atmosfer sebagai salah satu sumber CO2 di alam, yang nantinya akan diserap lagi untuk proses fotosintesis. Begitu seterusnya sehingga terjadi daur/siklus.

Siklus sulfur

Ketika hewan dan tumbuhan yang telah menyerap ion-ion sulfat yang ada didalam tanah, mati, bakteri pengurai mereduksi ion-ion sulfat dan melepaskan gas hidrogen sulfida yang beracun. Gas hidrogen sulfida yang lepas ke udara bereaksi dengan oksigen membentuk gas sulfur dioksida. Sedangkan yang ada di dalam tanah, dioksidasikan oleh bakteri tanah menjadiion sulfat dan senyawa sulfur dioksida (SO2).

Manfaat Pentingnya siklus biogeokimia

Siklus biogeokimia melayani berbagai fungsi di tingkat ekosistem dan dalam memastikan kelangsungan hidup berbagai organisme termasuk manusia. Berikut adalah beberapa manfaat siklus biogeokimia.

  • Siklus biogeokimia memungkinkan transformasi materi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Transformasi ini memungkinkan pemanfaatan materi dalam bentuk khusus untuk organisme tertentu. Misalnya manusia memanfaatkan air dalam bentuk cair. Melalui siklus hidrologi, uap air terkondensasi menjadi cair dan es dikonversi menjadi air cair. Nitrogen, meskipun berlimpah di atmosfer, seringkali merupakan nutrisi yang paling membatasi pertumbuhan tanaman. Masalah ini terjadi karena sebagian besar tanaman hanya dapat mengambil nitrogen dalam dua bentuk padat: ion amonium (NH4 +) dan ion nitrat (NO3-). Oleh karena itu, siklus biogeokimia memungkinkan penyediaan unsur untuk organisme dalam bentuk yang dapat dimanfaatkan.
  • Siklus biogeokimia memungkinkan perpindahan molekul dari satu tempat ke tempat lain. Beberapa unsur  seperti nitrogen kembali sangat terkonsentrasi di atmosfer, tetapi beberapa nitrogen atmosfer dipindahkan ke tanah melalui siklus nitrogen (yang merupakan siklus biogeokimia).
  • Siklus biogeokimia memfasilitasi penyimpanan unsur. Elemen-elemen yang dibawa melalui siklus biogeokimia disimpan dalam reservoir alami mereka, dan dilepaskan ke organisme dalam jumlah kecil yang dapat dikonsumsi. Misalnya melalui siklus nitrogen dan dengan bantuan bakteri pengikat nitrogen, tanaman hijau dapat memanfaatkan nitrogen dalam bit meskipun berlimpah di atmosfer.
  • Siklus biogeokimia membantu berfungsinya ekosistem. Ekosistem adalah sistem yang berfungsi dengan baik dalam keadaan keseimbangan, dan ketika terjadi ketidakseimbangan, ekosistem melalui siklus biogeokimia kembali ke keadaan keseimbangan; ini mungkin memakan waktu beberapa hari atau bertahun-tahun. Penyesuaian sedemikian rupa sehingga faktor yang mengganggu dihilangkan.
  • Siklus biogeokimia menghubungkan organisme hidup dengan organisme hidup, organisme hidup dengan organisme tidak hidup dan organisme tidak hidup dengan organisme tidak hidup. Ini karena semua organisme bergantung satu sama lain dan terutama, biotik (komponen hidup) dan komponen biotik ekosistem dihubungkan oleh aliran nutrisi yang direkayasa oleh siklus biogeokimia.
  • Siklus biogeokimia mengatur aliran zat. Karena siklus biogeokimia melewati bidang yang berbeda, aliran unsur diatur karena masing-masing bola memiliki media tertentu dan laju aliran unsur ditentukan oleh viskositas dan kepadatan media. Oleh karena itu elemen dalam siklus biogeokimia mengalir dengan laju yang berbeda dengan dalam siklus dan ini mengatur aliran elemen dalam siklus tersebut.

Dampak aktivitas manusia

Siklus biogeokimia dapat terganggu oleh aktivitas manusia. Manusia mempercepat siklus biogeokimia alami ketika unsur-unsur diekstraksi dari reservoirnya, atau sumbernya, dan diendapkan kembali ke lingkungan (tenggelam). Sebagai contoh, manusia telah secara signifikan mengubah siklus karbon dengan mengekstraksi dan membakar miliaran ton hidrokarbon dalam fosil yang terkubur jauh di dalam kerak bumi, selain membersihkan vegetasi yang menyimpan karbon. Pelepasan karbon global melalui aktivitas manusia telah meningkat dari 1 miliar ton per tahun pada tahun 1940 menjadi 6,5 miliar ton per tahun pada tahun 2000. Sekitar setengah dari karbon tambahan ini diambil oleh tanaman dan lautan, sementara separuh lainnya tetap berada di atmosfer.

Selain siklus karbon, manusia telah mengubah siklus nitrogen dan fosfor dengan menambahkan unsur-unsur ini ke lahan pertanian sebagai pupuk, yang telah berkontribusi pada pemupukan berlebihan ekosistem perairan ketika jumlah berlebih dibawa oleh limpasan ke saluran air lokal.

Para peneliti berusaha memahami semua jalur dan aliran yang berbeda dari setiap siklus biogeokimia untuk memahami bagaimana aktivitas manusia mempengaruhi siklus ini. Sementara banyak proses penting telah dipahami selama lebih dari seabad, ada banyak fenomena yang baru saja diselidiki oleh para ilmuwan. Teknologi satelit, di antara alat-alat lain, telah mengungkapkan informasi baru tentang interaksi antara lautan dan atmosfer yang berkontribusi pada pengetahuan tentang siklus karbon, tetapi masih ada banyak pertanyaan yang belum terjawab.

Leave a Comment