Siklus karbonDari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas Belum Diperiksa Langsung ke: navigasi, cari Lihat siklus CNO untuk siklus karbon dalam astrofisika. Siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan antara biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer Bumi (objek astronomis lainnya bisa jadi memiliki siklus karbon yang hampir sama meskipun hingga kini belum diketahui). Dalam siklus ini terdapat empat reservoir karbon utama yang dihubungkan oleh jalur pertukaran. Reservoir-reservoir tersebut adalah atmosfer, biosfer teresterial (biasanya termasuk pula freshwater system dan material non-hayati organik seperti karbon tanah (soil carbon)), lautan (termasuk karbon anorganik terlarut dan biota laut hayati dan non-hayati), dan sedimen (termasuk bahan bakar fosil). Pergerakan tahuan karbon, pertukaran karbon antar reservoir, terjadi karena proses-proses kimia, fisika, geologi, dan biologi yang bermacamacam. Lautan mengadung kolam aktif karbon terbesar dekat permukaan Bumi, namun demikian laut dalam bagian dari kolam ini mengalami pertukaran yang lambat dengan atmosfer. Neraca karbon global adalah kesetimbangan pertukaran karbon (antara yang masuk dan keluar) antar reservoir karbon atau antara satu putaran (loop) spesifik siklus karbon (misalnya atmosfer - biosfer). Analisis neraca karbon dari sebuah kolam atau reservoir dapat memberikan informasi tentang apakah kolam atau reservoir berfungsi sebagai sumber (source) atau lubuk (sink) karbon dioksida.

Daftar isi[sembunyikan]

1 Karbon di atmosfer 2 Karbon di biosfer 3 Karbon di laut 4 Model siklus karbon 5 Pranala luar 6 Pustaka

[sunting] Karbon di atmosfer

Diagram dari siklus karbon. Angka dengan warna hitam menyatakan berapa banyak karbon tersimpan dalam berbagai reservoir, dalam milyar 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 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 adalah metan 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. 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 oleh sirkulasi 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 bagian biological 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 pernafasan (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. Gasgas 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.

[sunting] Karbon di biosferSekitar 1900 gigaton karbon ada di dalam biosfer. Karbon adalah bagian yang penting dalam kehidupan di Bumi. Ia memiliki peran yang penting dalam struktur, biokimia, dan nutrisi 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 pernafasan 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.

[sunting] Karbon di lautBerkas:AYool GLODAP DIC.png Konsentasi DIC permukaan laut "saat ini" (1990-an) (dari the GLODAP climatology) 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

[sunting] Model siklus karbonModel siklus karbon dapat digabungkan ke dalam model iklim global, sehingga reaksi interaktif dari lautan dan biosfer terhadap nilai CO2 di masa depan dapat dimodelkan. Ada ketidakpastian yang besar dalam model ini, baik dalam sub model fisika maupun biokimia (khususnya pada sub model terakhir). Model-model seperti itu biasanya menunjukkan bahwa ada timbal balik yang positif antara temperatur dan CO2. Sebagai contoh, Zeng dkk. (GRL, 2004 [2]) menemukan dalam model mereka bahwa terdapat pemanasan ekstra sebesar 0,6 C (yang sebaliknya dapat menambah jumlah CO2 atmosferik yang lebih besar).

3. Siklus Karbon dan Oksigen Di atmosfer terdapat kandungan COZ sebanyak 0.03%. Sumber-sumber COZ di udara berasal dari respirasi manusia dan hewan, erupsi vulkanik, pembakaran batubara, dan asap pabrik. Karbon dioksida di udara dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk berfotosintesis dan menghasilkan oksigen yang nantinya akan digunakan oleh manusia dan hewan untuk berespirasi. Hewan dan tumbuhan yang mati, dalam waktu yang lama akan membentuk batubara di dalam tanah. Batubara akan dimanfaatkan lagi sebagai bahan bakar yang juga menambah kadar C02 di udara. Di ekosistem air, pertukaran C02 dengan atmosfer 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. Sebaliknya, saat organisme air berespirasi, COz yang mereka keluarkan menjadi bikarbonat. Jumlah bikarbonat dalam air adalah seimbang dengan jumlah C02 di air. Lihat Gambar

Siklus karbon lainnyaSiklus karbon antara Bumi, atmosfer dan samudra, mempengaruhi iklim kita. Oleh Daniel A. Gorelick - Staf Writer Washington - Karbon: unsur keempat paling berlimpah di alam semesta dan blok bangunan kehidupan di Bumi. Karbon bergerak di seluruh Bumi - antara atmosfer, lautan, batuan sedimen, tanah dan tanaman dan hewan - dalam apa yang disebut para ilmuwan siklus karbon. Memahami bagaimana siklus karbon bekerja sangat penting untuk memprediksi iklim bumi di masa depan. "Untuk memprediksi perilaku sistem iklim bumi di masa depan, kita harus mampu memahami fungsi sistem karbon dan memprediksi evolusi atmosfer karbon dioksida," tulis ilmuwan Jorge Sarmiento, Steve Wofsy dan kolega mereka dalam laporan tahun 1999 " sebuah U.S. Carbon Cycle Science Plan. Dalam bentuk murni karbon berujud sebagai berlian atau grafit, bahan dasar pensil. Terikat pada oksigen, hidrogen dan atom karbon lainnya, karbon membentuk senyawa penting: gula dan lemak yang menyediakan energi bagi tanaman dan hewan; minyak bumi, batubara dan gas alam bahwa kekuasaan kegiatan manusia; dan karbon dioksida dan metana, gas atmosfer yang memerangkap panas dari matahari dan menghangatkan Bumi. Tanaman, alga dan beberapa bakteri mengambil karbon dioksida dari atmosfer atau samudra dan mengubahnya menjadi gula (karbon terikat pada karbon lainnya, hidrogen dan atom oksigen), sebuah proses yang disebut fotosintesis. Hewan makan gula, sumber energi, dan menghembuskan karbon dioksida (karbon terikat pada dua atom oksigen) - respirasi.

Hewan dan tanaman yang mati dan dikubur di bumi, tetapi senyawa karbon mereka tetap utuh, sumber energi bagi mikroba yang berpesta jasad mereka dan menghasilkan karbon dioksida dan metan (karbon terikat kepada empat atom hidrogen), beberapa di antaranya tetap berada dalam tanah, dan beberapa di antaranya yang lain dilepaskan ke atmosfir. Kadang-kadang, tanaman dan hewan tetap dikubur di dalam tanah atau tenggelam ke dasar laut dan dilindungi dari mikroba. Lebih dari ratusan juta tahun binatang tetap dikompres lebih dalam dan lebih jauh ke dalam bumi. Jaringan dan tulang yang hancur tapi karbon masih tetap ada, setelah membentuk senyawa yang disebut hidrokarbon, rantai panjang atom karbon terikat satu sama lain dan ke atom hidrogen. Hidrokarbon merupakan komponen utama batu bara dan minyak bumi bahan bakar fosil. Manusia menggunakan bahan bakar fosil untuk menghasilkan panas dan listrik, dan dengan berbuat demikian hidrokarbon dalam bahan bakar fosil diubah menjadi karbon dioksida dan dilepaskan ke atmosfir. Karbon di atmosfer larut ke dalam lautan atau diambil oleh tanaman dan siklus terus berlanjut. Batu di kerak bumi terdiri dari karbon, terbentuk selama jutaan tahun ketika mengikat mineral karbon. Karbon dioksida larut dalam air laut dalam bentuk bikarbonat, yang dikombinasikan dengan kalsium untuk membentuk batu kapur. Pelapukan dan erosi melarutkan senyawa karbon dari batu dalam kerak bumi ke laut. Karbon juga masuk di bawah kerak bumi - sebuah proses yang disebut subduksi - dan gunung berapi, sumber air panas dan geyser memuntahkan karbon dioksida dan metana kembali ke atmosfir. Komponen geologi siklus karbon - pelapukan, erosi, subduksi, pembentukan bahan bakar fosil terjadi selama jutaan tahun. Komponen biologis dari siklus karbon - fotosintesis, respirasi, dekomposisi oleh mikroba - terjadi selama berhari-hari untuk ribuan tahun. Rata-rata, jumlah karbon yang bergerak melalui komponen biologis setiap tahun adalah 1.000 kali lebih besar daripada jumlah karbon yang bergerak melalui komponen geologi setiap tahun. ANGGARAN GLOBAL CARBON Masalahnya sekarang adalah bahwa siklus karbon adalah garis miring. Butuh ratusan juta tahun untuk mengendapkan karbon jauh di dalam bumi dan di bawah dasar laut, dan manusia telah melepas banyak karbon ke atmosfir selama abad terakhir. Christine Goodale, ekologi hutan di Cornell University di negara bagian New York, mengkarakteristikannya sebagai "mengambil karbon yang terkunci dan memasukkannya ke dalam bentuk yang jauh lebih aktif di atmosfer." Manusia juga menghancurkan hutan, melepaskan lebih banyak karbon dioksida ke atmosfer dan mengurangi jumlah tanaman yang menyerapnya dari atmosfer. Atmosfir dipenuhi dengan karbon, terutama karbon dioksida (CO2). Sebagian diserap oleh lautan, sebagian diserap oleh tanaman dan tanah, meski bagaimana terjadinya hal ini tidak dipahami dengan baik. Karbon yang tetap berada di atmosfer menyerap panas, mencegahnya memancar keluar ke ruang

angkasa. Tanpa panas yang terjebak ini bumi tidak akan didiami. Terlalu banyak panas, dan iklim akan berubah dan menjadi kurang penghuni. Hal yang sama berlaku untuk lautan, di mana peningkatan karbon akan merubah kimiawi air laut, membuat lautan kurang layak huni dan membunuh kehidupan laut. Karbon di atmosfer bisa baik dan bisa buruk, seperti halnya air: manusia membutuhkannya untuk bertahan hidup, tapi terlalu banyak dan Anda akan tenggelam. Menurut laporan 2007 oleh Panel Antar Perserikatan Bangsa-Bangsa pemerintah tentang Perubahan Iklim (the United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change), "sekitar 50 persen dari peningkatan karbon dioksida akan dihapus dari atmosfer dalam waktu 30 tahun, dan selanjutnya 30 persen akan dihapus dalam beberapa abad. Sisanya 20 persen dapat tinggal di atmosfer selama ribuan tahun. " Bumi dan atmosfer adalah sistem tertutup, di mana karbon tidak diciptakan atau dihancurkan. Jumlah total karbon tidak berubah - karbon dapat berjalan dari kolam ke kolam renang, dari atmosfer ke laut, dari tanah ke endapan, tetapi tidak dapat ditambahkan atau dihapus. Karbon di atmosfer, misalnya, tidak bisa dilepas dalam angkasa luar. Ia harus pergi ke suatu tempat di Bumi: diambil oleh tanaman, atau dilarutkan kembali ke lautan.