Mikronutrien (unsur hara)Materi Kuliah Kimia Oseanografi

Pengertian Unsur-unsur dalam konsentrasi sedikit yang diperlukan oleh fitoplankton laut untuk pertumbuhan.

Unsur hara akan dimanfaatkan sampai keberadaannya menjadi menipis dan pertumbuhannya terhambat.

Jenis Unsur Hara Unsur utama : Nitrogen dan fosfor Unsur tambahan : silika (untuk membentuk cangkang, siliceous frustules, mis. Diatom) Unsur lain : Fe, Mn, Cu, Zn, Co dan Mo (penting, tetapi tidak menghambat atau membatasi pertumbuhan)

Fosfor di Laut Bentuk : terlarut dan partikel Komponen : anorganik dan organik (berasal dari penguraian tanaman)

Fosfor Organik Misal gula fosfat, fosfolipid, fosfonukleat, fosfat ester (ikatan O-P), asam aminofosfonat (ikatan C-P). Organik fosfor terlarut melimpah, walaupun tidak banyak yang teridentifikasi (berasal dari penguraian atau ekskresi organisme laut)

Fosfor Anorganik Sebagian besar berbentuk terionisasi yaitu:H3PO4 H2PO4HPO42H+ + H2PO4- K1 H+ + HPO42- K2 H+ + PO43K3

dimana;K1 = [H+][H2PO4-] [H3PO4] K2 = [H+][HPO42-] [H2PO4-] K3 = [H+][PO43-] HPO42-]

Spesiasi Fosfat

Variasi Nilai K vs Ionic StrengthMedia pK1 pK2 pK3

H2O 2,15 7,20 12,34 NaCl (0,7) 1,73 6,38 11,13 Air Laut (S=35) 1,57 5,86 8,69

Kontrol Fraksi Ionisasi Tingkat ionisasi bergantung pada pH, ionic strength, pembentukan ion pairing dengan Ca2+ dan Mg2+. Tingkat ionisasi terkait dengan tekanan (kedalaman).

Formasi Ion pairingM2+ + H2PO4MH2PO4+

M2+ + HPO42M2+ + PO43-

MHPO40MHPO4-

dimana konstanta assosiasi, K* adalah:K*1 = [MH2PO4+] [M2+][2PO43-] K*2 = [MHPO40] [M2+][HPO43-] K*3 = [MPO4-] [M2+][PO43-]

Nilai log K* Formasi Mg2+ dan Ca2+Spesies (X) H2PO4H2PO4PO430,14 1,23 3,36 LogK*MgX - 0,15 0,97 4,51 LogK*CaX

Komposisi (%) FosfatX H2PO4H2PO4PO43Xbebas MgX CaX 0,7 4,9 92,3 7,0 49,3 45,8 0,2 26,6 73,2

Siklus Fosfat di Lautekskresi ekskresi

Guano

Burung Laut

pemangsaan

Tanaman

Hewan Kotoran Hewan

fotosintesis

Fosfor Organik Terlarut

Bahan Partikel

aktifitas bakteri

Buangan Domestik

Bakteri

Aktifitas bakteri

Sedimen Batuan

Ortofosfat Terlarut

Distribusi fosfat di laut Dipengaruhi oleh proses biologi dan fisika perairan. Dipermukaan perairan, fosfat dimanfaatkan melalui proses fotosintesa. Absorpsi dan konversi ke fase fosfor organic dapat terjadi pada kondisi tanpa cahaya.

Nitrogen di Laut Senyawa nitrogen di laut sangat terbatas (~ 1/10 konsentrasi N2). Bentuk : terlarut dan partikel (organik dan anorganik).Fase Okidasi Senyawa

+5+4 +3 +2 +1 0

NO3-; N2O5NO2 HONO, NO2-, N2O3 HONNOH, HO2N2-, N2O22N2 O N2

-1-2 -3

H2NOH, HN3, N3-, NH2OHH2NNH2 RNH4, NH3, NH4+

Konsentrasi Konsentrasi: NO3(1 500 M) NO2 (0,1 50 M) NH3 + NH4 (1 50 M)

Ion ammonia terdapat dua bentuk benrgantung pH:NH4+ H+ + NH3

pK = 9,5, pada pH 8,1; 95 % berbentuk NH4+ dan hanya 5 % bentuk NH3

Spesiasi Ammonia

Sebaran Nitrogen di laut Sumber nitrogen: aktifitas gunung api (NH3); udara (fixasi N2); sungai (pupuk). Fiksasi Nitrogen di laut dilakukan oleh cyanobacteria (bluegreen algae), tetapi sangat terbatas. Pemanfaatan oleh fitplankton bentuk NH3 dan NO3, dan biasanya NH3 atau NH4+ lebih disukai

Sebaran Nitrogen

Proses Fiksasi NO3 melalui NH3Proses pembentuk NO3 menjadi asam amino melalui NH3 NO3- + 2 H+ + 2 e 2 NO2- + 4 H+ + 4 e N2O2- + 6 H+ + 4 e NH2OH + 2 H+ + 2 e NO2- + H2O N2O2- + 2 H2O 2 NH2OH NH3 + H2O

NH3 diubah menjadi asam glutamat dengan asam ketoglutarat melalui, HOOC-CO-(CH2) + NH3 + 2 NADPH HOOC-CH(NH2)CH2CH2COOH + 2 NADP + H2O Transaminasi dari asam glutamat dihasilkan 20 asam amino, sebagai contoh pembentukan alanin dari asam piruvat:

CH3COCOOH + HOOC-CH(NH2)CH2CH2COOH CH3CH(NH2)COOH + HOOC-CO(CH2)2COOH

Regenerasi Nitrogen Regenerasi NO3 terjadi melalui oksidasi bakteri dari Norganik. Jika sel mati, terjadi autolisis, menghasilkan NH3 dan PO4. Dekomposisi terjadi melalui beberapa tahap; dekomposisi Norganik dan nitrifikasi NH3 menjadi NO3. Denitrifkasi (NO3 menjadi N2 atau N2O) terjadi pada kondisi anaerob, dimana NO3 dipakai sebagai pengganti O2.

Siklus Nitrogen

Degradasi Org. Notrogen

Silika di Laut Bentuk : terlarut dan partikel Daya larut silica padat menurut reaksi.SiO2 (s) + 2 H2O Si(OH)4 (aq)

Karena bersifat asam lemah, terhadi desosiasi;Si(OH)4 Si(OH)3OH+ + Si(OH)3OH+ + Si(OH)2O22-

pK1* = 9,47 dan pK2* = 12,60; di laut pada pH = 8,1, 95,9 % adalah Si(OH)4, 4,1 % Si(OH)3O-.

Spesiasi Si

Silika di Laut Sumber mineral utama adalah pelapukan batuan, bentuk mineral adalah quartz, feldspar dan clay. Hidrotermal juga dapat menyumbang silica.

Polimerisasi silica tidak penting, karena konsentrasinya yang rendah. Pembentukan ion pairing dengan Ca+ dan Mg+, meningkatkan konsentrasi ion-ion silica.

Sebaran Silika Di laut, kondisi silica kurang jenuh, partikel silica melarut di perairan dalam, dan proses pelarutan ini berjalan lambat, karenanya profil konsentrasi dengan kedalaman tidak menunjukkan maksimum seperti nitrogen dan fosfor. Konsentration di laut antara 0 200 M, daerah pantai umumnya lebih tinggi dibandingkan dengan laut terbuka.