BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Sebagian besar ekosistem menerima suplai energi surya yang

berlimpah, unsur-unsur kimia hanya tersedia dalam jumlah

terbatas. Oleh karena itu, kehidupan di bumi bergantung pada

pendaurulangan unsur-unsur kimia. Selama suatu organisme

hidup, sebagian besar simpanan zat kimianya digantikan terus-

menerus seiring asimilasi nutrient.

Lingkungan secara umum terdiri dari komponen hidup (biotik)

dan komponen tak hidup (abiotik) yang berinteraksi membentuk

suatu kesatuan yang teratur. Untuk mencapainya, dibutuhkan

arus materi dan energi yang dikendalikan oleh komponen-

komponen tersebut.

Keteraturan tersebut menunjukkan suatu kondisi

keseimbangan yang tidak statis melainkan dinamis dan selalu

berubah (berbentuk siklus). Siklus yang terjadi biasanya

merupakan aliran ion ataupun molekul dari nutrien yang

dipindahkan dari lingkungan ke organisme (komponen hidup)

dan dikembalikan lagi ke komponen tak hidup (abiotik). Siklus ini

disebut sebagai siklus biogeokimia. Cakupan dari siklus

biogeokimia adalah siklus hidrologi, siklus atmosfer, dan siklus

sedimen. Oleh karena itu, dalam penyusunan makalah ini yakni untuk

mengetahui tentang materi biogeokimia dan mengetahui kaitannya dengan

ekologi.

1.2 Tujuan

1. Untuk mengetahui siklus dasar biogeokimia.

2. Untuk mengetahui siklus hidrologi, siklus atmosfer, dan siklus

sedimen.

1

3. Untuk mengetahui hubungan antara komponen hidup (biotik)

dan komponen tak hidup (abiotik).

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian dan Fungsi Biogeokimia

Siklus biogeokimia disebut dengan siklus organik-anorganik adalah siklus

unsur-unsur atau senyawa kimia yang mengalir dari komponen abiotik ke

komponen biotik dan kembali lagi ke komponen abiotik. Siklus unsur-unsur

tersebut tidak hanya melalui organisme, tetapi juga melibatkan reaksi-reaksi kimia

dalam lingkungan abiotik sehingga disebut sebgai siklus biogeokimia.

Fungsi Daur Biogeokimia adalah sebagai siklus materi yang mengembalikan

semua unsur-unsur kimia yang sudah terpakai oleh semua yang ada di bumi baik

komponen biotik maupun komponen abiotik, sehingga kelangsungan hidup di

bumi dapat terjaga.

2.2 Dasar Sebuah Siklus Biogeokimia

Siklus biogeokimia terdapat dua katagori umum dari siklus biogeokimia yaitu

global dan lokal. Unsur hara yang bersifat global yaitu bentuk gas dari karbon,

oksigen, sulfur, dan nitrogen terdapat di atmosfer. Sedangkan unsure hara yang

bersifat local yaitu fosfor, kalium, dan kalsium yang berada dalam bentuk gas

dipermukaan bumi. Hubungan material organic berpindah menjadi material

anorganik dalam dasar sebuah siklus biogeokimia seperti berikut :

2

Material organic tersedia sebagai nutrient

Organisme hidup,

detritus

Material organic tidak tersedia sebagai nutrient

Batu bara, minyak, gambut

FOSILISASI

PEMBAKARAN BAHAN BAKAR FOSIL

RESPIRASI, DEKOMPOSISI,EKSKRESI

ASIMILASI

1. Fosilisasi merupakan proses dari sisa organisme yang telah mati jasad dari

material organic menjadi material anorganik yang tidak tersedia

nutriennya. Seperti tumbuhan, hewan, dan manusia yang telah mati akan

mengalami pembusukan, sebagian sisa fosilnya dapat menjadi batu

bara,minyak, dan gambut (materi organic).

2. Pembakaran bahan bakar fosil dengan mengubah material organic yang

tidak memiliki nutrient berpindah menjadi material anorganik yang

tersedia sebagai nutrient dengan melalui pembakaran.

Seperti batu bara, minyak dan gambut (sedimen) yang mengendap di

dalam tanah, Sedimen yang mengandung fosfat bisa naik ke atas

permukaan disebabkan terjadinya geseran gerak dasar bumi. Sebagian batu

bara mengalami pembakaran. Pembakar tersebut menghasilkan CO2 baik

di atmosfer.CO2 dapat digunakan kembali oleh organisme yang hidup

dengan cara asimilasi atau fotosintesis.

3. Material organic yang tersedia nutrient berpindah menjadi materi

anorganik tersedia sebagai nutrient dengan cara respirasi, dekomposisi,

dan ekskresi dengan begitu organisme menghasilkan CO2 di udara, tanah,

dan di air. CO2 tersebut dapat digunakan kembali untuk organisme hidup

dengan asimilasi dan fotosintesis.

4. Dengan formasi batuan sedimen akan berpindah material anorganik

tersedia nutrient menjadi material anorganik tidak tersedia sebagai nutrient

menjadi mineral di dalam bebatuan. Mineral itu dapat berubah menjadi

CO2 dengan bantuan perubahan cuaca dan erosi.

2.3 Macam-Macam Daur Biogeokimia

Daur biogeokimia di alam terdapat 3 macam yaitu siklus hidrologi, siklus

atmosfer, dan siklus sedimen. Berikut adalah penjelasan tentang masing-

masing daur biogeokimia.

3

Material anorganic tersedia sebagai nutrien

Atmosfer, tanah, air

Material anorganic tersedia sebagai nutrien

Mineral di dalam bebatuan

PERUBAHAN CUACA DAN EROSI

FORMASI BATUAN SEDIMEN

A. Siklus Hidrologi

Siklus hidrologi adalah sirkulasi air yang tidak pernah berhenti dari atmosfer ke

bumi dan kembali ke atmosfer melalui kondesasi, presipitasi, evaporasi dan

transpirasi.

a. Siklus Air

Air dan tanah merupakan sumberdaya yang terperbarui untuk kehidupan

makhluk hidup. Air mengalami suatu daur. Air jatuh dari langit sebagai hujan.

sebagian mengalir di atas permukaan tanah dan sebagian lagi masuk keserap

tanah. Oleh panas matahari air menguap. Dari uap air terbentuklah awan dan dari

awan terjadilah hujan.

Gambar 1.2 : siklus air

Siklus ini merupakan siklus air di bumi yang dipengaruhi oleh

peran energi matahari dan gaya gravitasi bumi. Proses-proses

penting yang terjadi adalah proses penguapan, transpirasi,

kondensasi, dan presipitasi. Penguapan (evaporasi) merupakan

perubahan fase air dari bentuk cairan menjadi bentuk gas akibat

4

panas matahari di permukaan bumi. Pada proses ini,

dikhususkan air yang bukan berasal dari tanaman, contohnya air

danau, sungai, lautan dan bagian hidrosfer lainnya. Penguapan

ini terjadi sekitar 84% di lautan dan 16% di daratan.

Sementara, penguapan yang terjadi pada tanaman disebut

transpirasi. Air dalam bentuk uap ini kemudian memasuki

atmosfer dan mengalami pendinginan sehingga terjadi

kondensasi dan membentuk awan. Awan akan terbawa oleh

angin ke bagian lain dari bumi. Molekul-molekul air akan

terdispersi (terurai) secara menempel pada partikel-partikel debu

yang ada di atmosfer lalu bergabung membentuk buatiran-

butiran air. Butiran-butiran air yang sudah mencapai berat

tertentu akan jatuh ke permukaan bumi. Peristiwa ini disebut

dengan presipitasi. Presipitasi dapat berbentuk hujan, salju,

ataupun embun tergantung pada kondisi lingkungannya.

Presipitasi dapat terjadi secara langsung ke daerah hidrosfer,

sekitar 77%, dan sebanyak 23% jatuh di atas tanah dan batu-

batuan. Sebagian dari air yang jatuh di atas tanah dan batu-

batuan akan mengalir melalui permukaan menuju bagian

hidrosfer, sementara yang lainnya akan meresap ke dalam tanah

(air tanah). Air tanah ini mencapai lapisan yang kedap air lalu

meresap secara perlahan dan mengalir hingga bagian hidrosfer.

Setelah itu, terjadi siklus ulang .

B. Siklus Atmosfer

Siklus ini merupakan siklus yang terkait dengan kandungan

gas yang ada di bumi, di mana tempat terjadinya adalah di

atmosfer. Bagian yang terpenting adalah siklus oksigen (O2),

karbon (C), siklus dan nitrogen (N2).

5

a. Siklus Oksigen

Siklus oksigen terkait dengan siklus karbon. Dari proses

fotosintesis tanaman, dihasilkan oksigen ke udara. Oksigen ini

diperlukan oleh organisme untuk respirasi, menghancurkan

bahan organik menjadi senyawa yang lebih sederhana (CO2). CO2

ini akan digunakan kembali untuk fotosintesis dengan hasil

samping O2 (siklus berulang). Selain itu, O2 digunakan untuk

pelapukan oksidatif dan pembakaran bahan baku fosil. ( Lihat

gambar 1.3 siklus karbon dan oksigen)

b. Siklus Karbon

Tumbuhan, herbivore, dan karnivora berespirasi dan dengan demikian

membebaskan karbon dioksida (CO2). Hal ini terjadi terjadi ketika tumbuhan dan

hewan atau bagian bagiannya mati. Bakteri dan fungi mempunyai fungsi yang

benar-benar penting sebagai pembebesan karbon dari bangkai dan serasa yang

tidak lagi berguna sebagai makanan bagi tingkat trofik lainnya. Melalu

metabolismenya, karbon dioksida (CO2) dibebaskan.

6

Gambar 1.3 : siklus karbon dan oksigen

Karbon diikat tanaman dalam proses fotosintesis, dari proses tersebut

dihasilkan karbohidrat dan oksigen. Bahan organik hasil fotosintesa berpindah ke

herbivora dan pemangsa (karnivora) dan kembali ke cadangan melalui respirasi

dan kegiatan bakteri. Sisa bahan organik yg tidak dimanfaatkan oleh herbivora

dan karnivora akan dilapukkan oleh bakteri pengurai. Bahan organik yang tidak

lapuk oleh bakteri, melalui proses geologik akan membentuk gambut, batu bara

dan minyak bumi. Kandungan karbon terikat pada gambut, batubara dan minyak

bumi tergantung pada tingkat pelapukan. Karbon akan lepas ke udara pada proses

pembakaran bahan tambang tersebut.

c. Siklus Nitrogen

Nitrogen adalah unsur yang paling berlimpah di atmosfer (78% gas di

atmosfer adalah nitrogen. Nitrogen merupakan unsur yang tidak reaktif (sulit

bereaksi dengan unsur lain) sehingga dalam penggunaan nitrogen pada makhluk

hidup diperlukan berbagai proses, yaitu : fiksasi nitrogen, Amonifikasi, nitrifikasi,

denitrifikasi, dan asimilasi.

7

Proses daur ulang nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia

termasuk nitrogen organik, amonium (NH4+), nitrit (NO2

-), nitrat (NO3-), dan gas

nitrogen (N2).  Proses siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia

lain. Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi

atau menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan dengan cara:

1) Fiksasi Nitrogen

Fiksasi nitrogen adalah proses alam, biologis atau abiotik yang

mengubah nitrogen di udara menjadi ammonia (NH3). Mikroorganisme yang

mem-fiksasi nitrogen disebut diazotrof. Mikroorganisme ini memiliki enzim

nitrogenaze yang dapat menggabungkan hidrogen dan nitrogen.

Reaksi untuk fiksasi nitrogen biologis ini dapat ditulis sebagai berikut :

N2 + 8 H+ 8 e− → 2 NH3 + H2

Mikro organisme yang melakukan fiksasi nitrogen antara lain Cyanobacteria,

Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan Frankia. Selain itu ganggang

hijau biru juga dapat memfiksasi nitrogen.

Selain dilakukan oleh mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi pada

proses non-biologis, contohnya sambaran petir.

2) Amonifikasi

Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium

(NH4+) oleh bakteri dan jamur.

3) Nitrifikasi

Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri yang hidup

di dalam tanah dan bakteri nitrifikasi lainnya. Tahap utama nitrifikasi,

bakteri nitrifikasi seperti spesies Nitrosomonas mengoksidasi amonium(NH4

+) dan mengubah amonia menjadi nitrit (NO2-).

8

Spesies bakteri lain, seperti Nitrobacter,bertanggung jawab untuk oksidasi

nitrit menjadi dari nitrat (NO3-). Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat

penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman.

Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut ini :

1.     NH3 + CO2 + 1.5 O2 + Nitrosomonas → NO2- + H2O + H+

2.     NO2- + CO2 + 0.5 O2 + Nitrobacter → NO3

-

4) Denitrifikasi

Denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat untuk kembali menjadi gas nitrogen

(N2), untuk menyelesaikan siklus nitrogen. Proses ini dilakukan oleh spesies

bakteri seperti Pseudomonas dan Clostridium dalam kondisi anaerobik.

Mereka menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron di tempat oksigen

selama respirasi. Fakultatif anaerob bakteri ini juga dapat hidup dalam

kondisi aerobik. Kombinasi dari bentuk peralihan sebagai berikut:

NO3− → NO2

− → NO + N2O → N2 (g)

5) Asimilasi

Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik

dalam bentuk ion nitrat atau ion amonium. Hewan memperoleh nitrogen dari

tanaman yang mereka makan.

C. SIKLUS SEDIMEN

a. Siklus fosfor

Fosfor berupa nonlogam, bervalensi banyak, termasuk golongan nitrogen,

banyak ditemui dalam batuan fosfat anorganik dan dalam semua sel hidup tetapi

tidak pernah ditemui dalam bentuk unsur bebasnya.

9

Pengikisan bebatuan oleh cuaca secara perlahan-lahan menambahan fosfor ke

tanah beberapa di anataranya tergelontar ke dalam air tanah dan air permukaan,

dan pada akhirnya mencapai laut. Fosfor yang diambil oleh produsen dan

digabungkan kedalam molekul biologis dapat dimakan oleh konsumen dan

disebarkan melalui jejaring makanan. Fosfor dikembalikan ke tanah atau air

melaluli dekomposisi biomassa atau ekskresi oleh konsumen. Karena tidak ada

gas pengandung fosfor yang signifikan, hanya ada sedikit yang bergerak melalui

atmosfer, biasanya dalam bentuk debu dan percikan air laut.

Di alam, fosfor terdapat dalam dua bentuk, yaitu senyawa fosfat organik

(pada tumbuhan dan hewan) dan senyawa fosfat anorganik (pada air dan tanah).

Fosfat organik dari hewan dan tumbuhan yang mati diuraikan oleh decomposer

(pengurai) menjadi fosfat anorganik. Fosfat anorganik yang terlarut di air tanah

atau air laut akan terkikis dan mengendap di sedimen laut. Oleh karena itu, fosfat

banyak terdapat di batu karang dan fosil. Fosfat dari batu dan fosil terkikis dan

membentuk fosfat anorganik terlarut di air tanah dan laut. Fosfat anorganik ini

kemudian akan diserap oleh akar tumbuhan lagi. Bakeri yang berperan dalam

siklus fosfor : Bacillus, Pesudomonas, Aerobacter aerogenes, Xanthomonas dapat

melarutkan fosfor menjadi tersedia bagi tanaman.

10

Daur fosfor terlihat akibat aliran air pada batu-batuan akan melarutkan

bagian permukaan mineral termasuk fosfor akan terbawa sebagai sedimentasi ke

dasar laut dan akan dikembalikan ke daratan.

b. Daur Sulfur Atau Belerang

Siklus sulfur didahului oleh pembentukan sulfur dari kerak bumi dan

atmosfer. Secara alami, sulfur terkandung di dalam tanah dalam bentuk mineral

tanah. Dimana kerak bumi umumnya mengandung sekitar 0,06% belerang.

Sulfida logam terdapat dalam bebatuan plutonik, yaitu batuan yang membeku di

dalam kerak bumi dan tidak mencapai ke permukaan bumi. Bebatuan plutonik ini

apabila hancur dan mengalami pelapukan akan membebaskan sulfida ini melalui

reaksi oksidasi dan menghasilkan sulfat (SO4-2) yang kemudian mengalami

presipitasi (pengendapan) dalam bentuk garam-garam sulfat yang larut atau tidak

larut.

Di atmosfer, terdapat belerang dalam bentuk gas sulfur dioksida (SO2)

yang merupakan hasil emisi pembakaran bahan bakar berbelerang seperti minyak

bumi dan batubara yang banyak dihasilkan oleh asap kendaraan dan pabrik atau

gas belerang dari gunung berapi. Gas SO2 tersebut kemudian terkena uap air hujan

sehingga gas tersebut berubah menjadi sulfat yang jatuh di tanah, sungai dan

lautan. Sedangkan produksi sulfat melalui dekomposisi bahan organik berupa

protein dan senyawa organik lainnya yang akan menghasilkan senyawa-senyawa

sederhana berupa H2S dan sulfida (S2) yang jika teroksidasi akan menjadi sulfat

(SO4-2).

11

Tumbuhan kemudian menyerap sulfat (SO4-2) yang  mengendap pada

tanah, sungai, dan lautan. Di dalam tubuh tumbuhan, sulfur digunakan sebagai

bahan penyusun protein. Hewan dan manusia mendapatkan sulfur dengan jalan

memakan tumbuhan yang juga dimanfaatkan sebagai energi cadangan berupa

protein. Jika tumbuhan dan hewan mati, jasad renik (dekomposer) akan

menguraikannya menjadi gas berbau busuk yakni H2S dan sulfida (S2).

Sulfur berperan dalam penyimpanan dan pembebasan energi karena

sulfur merupakan komponen penting asam-asam amino esensial penyusun protein

tanaman maupun hewan. Beberapa bakteri anaerob melakukan kemosintesis. 

Kemosintesis merupakan proses pembentukan senyawa bahan organik dari zat-zat

anorganik dengan menggunakan energi yang berasal dari reaksi-reaksi kimia.

Berikut ini contoh kemosintesis yang dilakukan bakteri belerang

(Thiobacillus)  untuk memperoleh energi dengan cara mengoksidasi

H2S. Reaksinya sebagai berikut: 2H2S + O2 ==> 2H2O + 2S + Energi.

Selanjutnya energi tersebut digunakan untuk fiksasi CO2  menjadi gula

(karbonhidrat), reaksinya: CO2 + 2 H2S ==> CH2O + 2S + H2O     

Proses biologi terjadi ketika pembentukan sulfat melibatkan berbagai

jenis mikroorganisme yang berperan sebagai dekomposer. Berikut adalah bakteri

yang berperan dalam pembentukan sulfat.

1. H2S → S → SO4-2;

bakteri fotoautotrof tak berwarna, hijau dan ungu. 

2. SO4-2 →H2S (reduksi sulfat anaerobik)

bakteri  Desulfovibrio dan Desulfomaculum.

3. H2S → SO4-2 (Pengoksidasi sulfida aerobik); 

bakteri kemolitotrof : bakteri Thiobacilli.

4. Senyawa Organik → SO4-2 + H2S,

12

masing-masing mikroorganisme heterotrof aerobik dan anaerobik

Proses kimia terjadi ketika sulfat mengendap di dalam permukaan tanah

hasil dari pengoksidasian mineral sulfida (batuan plutonik), berikut adalah contoh

persamaan reaksi pembentukan sulfat melalui oksidasi mineral sulfida, misalnya

mineral besi sulfida.

2 FeS2 + 7 O2 + 2 H2O → 2 Fe2+ + 4 SO42− + 4 H+

Proses kimia juga terjadi ketika gas SO2 terbentuk melalui pembakaran

hasil emisi pembakaran gas belerang atau aktivitas gunung berapi. Persamaan

reaksinya:S (s) + O2 (g) → SO2 (g)

Proses kimia juga terjadi ketika gas H2S terbentuk melalui aktivitas

biologis ketika bakteri mengurai bahan organik dalam keadaan tanpa oksigen

(aktivitas anaerobik), seperti di rawa, dan saluran pembuangan kotoran. Gas ini

juga muncul pada gas yang timbul dari aktivitas gunung berapi dan gas alam.

Persamaan reaksinya 1S -2(s) + 2H+ (g) → H2S (g)

BAB III

KESIMPULAN

3.1 Kesimpulan

Dari pemaparan diatas maka dapat diambi kesimpulan bahwa:

1. Siklus biogeokimia adalah siklus unsur-unsur atau senyawa kimia yang

mengalir dari komponen abiotik ke komponen biotik dan kembali lagi ke

komponen abiotik.

2. Daur biogeokimia di alam terdapat 3 macam yaitu siklus hidrologi,

siklus atmosfer, dan siklus sedimen.

13

3. Siklus hidrologi adalah sirkulasi air yang tidak pernah berhenti dari

atmosfer ke bumi dan kembali ke atmosfer melalui kondesasi, presipitasi,

evaporasi dan transpirasi. Siklus Atmosfer merupakan siklus

yang terkait dengan kandungan gas yang ada di bumi, di

mana tempat terjadinya adalah di atmosfer. Bagian yang

terpenting adalah siklus oksigen (O2), karbon (C), siklus

dan nitrogen (N2). Sedangkan siklus sedimen terdiri dari 2

yaitu siklus fosfor dan sulfur atau belerang.

1.2 Saran

Demi terwujudnya makalah yang lebih sempurna di pertemuan selanjutnya,

mohon kritik dan saran yang bersifatnya membangun supaya tidak terjadi

kesalahan dan lebih sempurna dari makalah yang sekarang.

Harapannya agar para pembaca mendapatkan pengetahuan baru terkait dengan

materi ini.

14