siklus karbon

SIKLUS KARBONKonsentrasi karbondioksida (CO2) di atmosfer cenderung meningkat dari tahun ke tahun sejalan dengan meningkatnya budidaya pertanian dan industri global. Walaupun lautan dan proses alam lainnya mampu mengurangi karbondioksida di atmosfer, aktifitas manusia yang melepaskan karbondioksida ke udara jauh lebih cepat dari kemampuan alam untuk menguranginya. Menurut JANZEN (2004) bahwa karbon dapat diambil dan dikembalikan ke atmosfer melalui beberapa cara. Pengikatan karbon dari atmosfer :1. Ketika matahari bersinar, tumbuhan melakukan fotosintesis 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.2. Permukaan laut di daerah kutub memiliki temperatur yang lebih rendah yang memungkinkan CO2 lebih mudah larut. Selanjutnya CO2 yang larut tersebut akan terbawa oleh sirkulasi termohalin yang membawa massa air di permukaan yang lebih berat ke lapisan air yang lebih dalam.3. Di lapisan air dekat permukaan (uper ocean), pada daerah dengan produktivitas yang tinggi, organisme membentuk jaringan yang mengandung karbon dan beberapa organisme juga membentuk cangkang karbonat dan bagian-bagian tubuh lainnya yang keras. Proses ini akan menyebabkan aliran karbon ke lapisan air yang lebih dalam.4. Pelapukan batuan silikat. 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).

Pengembalian karbon ke atmosfer:1. Melalui pernafasan (respirasi) pada tumbuhan dan hewan. Hal ini merupakan reaksi eksotermik dan termasuk juga di dalamnya penguraian glukosa (atau molekul organik lainnya) menjadi karbon dioksida dan air.2. Melalui pembusukan hewan dan tumbuhan. Fungi atau jamur dan bakteri mengurai senyawa karbon pada hewan dan tumbuhan yang mati dan mengubah karbon menjadi karbon dioksida jika tersedia oksigen, atau menjadi metana jika tidak tersedia oksigen.3. Melalui pembakaran material organik yang mengoksidasi karbon yang terkandung menghasilkan karbon dioksida (juga yang lainnya seperti asap) hasil pembakaran bahan bakar fosil seperti batu bara, produk dari industri perminyakan (petroleum), dan gas alam.4. 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.5. Di permukaan laut yang lebih hangat, karbon dioksida terlarut dilepas kembali ke atmosfer.6. Erupsi vulkanik atau ledakan gunung berapi akan melepaskan gas ke atmosfer. Gas-gas tersebut termasuk uap air, karbon dioksida, dan belerang. Jumlah karbon dioksida yang dilepas ke atmosfer secara kasar hampir sama dengan jumlah karbon dioksida yanghilang dari atmosfer akibat pelapukan silikat. Siklus karbon sendiri dibagi menjadi dua macam, yaitu siklu karbon global dan siklus karbon di samudera.1. Siklus karbon globalPanah yang tebal menunjukkan fluks yang paling utama dari titik keseimbangan CO2 di atmosfer yaitu produksi primer kotor dan respirasi oleh biosfer daratan, dan pertukaran fisik antara atmosfer dan laut. Perubahan yang terus menerus ini kira-kira seimbang setiap tahun, tetapi ketidakseimbangannya dapat mempengaruhi konsentrasi CO2 atmosfer secara signifikan dari tahun ke tahun. Panah yang tipis menandakan fluks alami tambahan (bentuk yang terlarut untuk fluks karbon sebagai CaCO3) yang cukup penting pada skala waktu yang lebih panjang. Fluks 0,4 PgC/th dari CO2 atmosfer melalui tumbuh-tumbuhan ke karbon tanah kira-kira seimbang pada skala waktu beberapa millenium oleh ekspor organik karbon terlarut (DOC) di sungai.. Di samudera, DOC dari sungai berespirasi dan dilepaskan kembali ke atmosfer, sedangkan produksi CaCO3 oleh organisme laut mengakibatkan separuh DIC dari sungai kembali ke atmosfer dan setengahnya lagi mengendap dalam sedimen dasar laut yang merupakan awal pembentukan batu karang karbonat. Gambar 1 juga menunjukkan proses dengan skala waktu yang lebih panjang yaitu penguburan material organik sebagai fosil karbon organik (termasuk bahan bakar fosil), dan luaran gas CO2 sampai pada proses tektonis (vulcanism). Pembakaran bahan bakar fosil dan perubahan penggunaan lahan menjadi proses antropogenik utama yang melepaskan CO2 ke atmosfer. Hanya sebagian dari CO2 ini yang tinggal di atmosfer, sisanya diserap oleh daratan (tanah dan tumbuh-tumbuhan) atau oleh samudera. Penyerapan komponen ini menyebabkan ketidak-seimbangan fluks dalam dua jalur alami yang besar yaitu antara samudera dan atmosfer dan antara atmosfer dan daratan.

2. Siklus karbon di samuderaSamudera mempunyai peranan yang sangat penting dalam mengurangi pemanasan global atau peningkatan konsentrasi CO-2 di atmosfer. Disolusi air laut memberikan kesempatan yang besar untuk menenggelamkan CO2 antropogenik, hal ini di sebabkan karena CO2 mempunyai daya larut yang tinggi, disamping itu CO2 juga memisahkan diri ke dalam ion-ion dan berinteraksi dengan unsur pokok air laut.Proses timbal balik antara fotosintesis dan respirasi seluler bertanggung jawab atas perubahan dan pergerakan utama karbon. Naik turunnya konsentrasi CO2 dan O2 atmosfer secara musiman disebabkan oleh penurunan aktivitas fotosintesis. Dalam skala global kembalinya CO2 ke atmosfer melalui respirasi dapat diseimbangkan dengan pelepasan O2 melalui fotosintesis. Akan tetapi, pembakaran kayu dan dan bahan bakar fosil menambahkan lebih banyak lagi CO2 ke atmosfer, sebagai akibatnya jumlah CO2 di atmosfer meningkat. CO2 dan O2 atmosfer juga berpindah masuk ke dalam dan keluar sistem akuatik dimana CO2 dan O2 terlibat dalam suatu keseimbangan dinamis dengan bentuk bahan anorganik lainnya.Karbon dioksida yang terlarut di dalam air laut ditemukan dalam tiga bentuk utama, yaitu CO2 terlarut (non ionik, 1% dari jumlah total), ion karbonat (CO32, 8%) dan bikarbonat (HCO3, 91%), penjumlahan dari ketiganya disebut sebagai dissolved inorganic carbon/DIC (karbon anorganik terlarut) (IPCC, 2001). DIC di dalam samudera diangkut oleh proses fisik dan biologi. Tenggelamnya DOC dan partikel organik karbon (POC) dari proses biologi mengakibatkan aliran karbon mengarah ke bawah yang dikenal sebagai produksi ekspor. Material organik ini ditranspor dan direspirasi oleh organisme nonfotosintesis (respirasi heterotropik) dan pada akhirnya terangkat dan kembali ke atmosfer. Hanya sebagian kecil yang mengendap pada sedimen laut dalam. Penyerapan C02 oleh samudera sangat tergantung pada tinggi rendahnya suhu, sehingga transfer panas antara udara dan laut berpengaruh pada pola regional dan musiman dari transfer CO2. Permukaan air yang dingin cenderung lebih mudah menyerap CO2, sedangkan permukaan laut yang hangat menyebabkan hal yang sebaliknya dimana permukaan laut akan lebih mudah melepaskan gas CO2 ke atmosfer. Daerah hangat (perairan tropis) dan dingin (perairan kutub) ini dihubungkan oleh sirkulasi atau aliran arus laut yang oleh para ilmuwan disebut sebagai Sabuk Laut. Fungsi sabuk laut ini adalah mendorong air laut yang sudah dipanaskan oleh matahari di wilayah tropik ke daerah yang lebih dingin di daerah kutub. Proses sebaliknya juga terjadi, yaitu air dingin di Artik dan Antartika dibawa ke daerah tropik untuk dipanaskan (NOAA, 2007).Organisme laut seperti kerang juga membentuk cangkangnya dari kalsium karbonat padat (CaCO3) yang tenggelam atau terakumulasi pada sedimen, terumbu karang dan pasir. Proses penipisan CO32- permukaan ini mengurangi kadar alkalinitas dan cenderung meningkatkan pCO2 (CO2 partial pressure) dan membawa lebih banyak luaran gas CO2 (IPCC, 2001). Pengaruh dari formasi CaCO3 pada pCO2 permukaan dan fluks udara-laut kemudian terhitung untuk produksi organik karbon. Untuk lapisan permukaan laut secara global, perbandingan antara ekspor organik karbon dan ekspor kalsium karbonat ("rain ratio") adalah suatu faktor kritis yang mengontrol keseluruhan efek aktivitas biologi pada pCO2 permukaan laut (IPCC, 2001).