SIKLUS KALSIUM: KARAKTERISTIK, TAHAPAN DAN KEPENTINGANNYA - KIMIA - 2025

The siklus kalsium adalah sirkulasi dan penyimpanan di Bumi elemen ini, meliputi makhluk hidup, litosfer dan hidrosfer. Ini adalah siklus biogeokimia sedimen di mana kalsium bersirkulasi sebagai logam lunak alkali tanah, tidak memiliki tahap gas.

Tahap sirkulasi kalsium yang lebih besar adalah tahap biologis, seperti yang dikonsumsi oleh makhluk hidup dan digunakan dalam struktur dan metabolisme mereka. Setelah makhluk hidup mati, kalsium diintegrasikan kembali ke lingkungan fisik sebagai bagian dari tanah dan dasar laut.

Kalsium. Sumber: Pumbaa (karya asli oleh Greg Robson) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Ada banyak endapan kerang dan tulang terutama di dasar laut dan di danau-danau besar. Struktur ini bercampur dengan sedimen dan ditutupi oleh lapisan berturut-turut selama jutaan tahun.

Lapisan bawah sedimen mengalami tekanan tinggi, membentuk batuan sedimen yang kemudian terekspos ke permukaan akibat proses geologi terestrial. Batuan yang terbuka mengalami pelapukan dan erosi, melepaskan kalsium yang terintegrasi ke dalam tanah atau hanyut.

Di dalam tanah ia diserap terutama oleh akar tumbuhan dan di laut oleh fitoplankton dan organisme lainnya. Kalsium digunakan untuk keperluan struktural dan metabolisme yang berbeda, misalnya pembuatan cangkang.

Siklus kalsium penting karena memungkinkan elemen ini tersedia dalam berbagai tahapannya, memenuhi berbagai fungsi. Dengan demikian, menjadi bagian dari struktur organisme hidup, ikut serta dalam pembentukan relief tanah, mengatur pH tanah dan air serta berfungsi sebagai bahan baku industri manusia.

Karakteristik umum

- Kalsium

Kalsium (Ca) adalah logam lunak alkali tanah dengan nomor atom 20 dan massa atom 40.078, yang keadaan biasa adalah padat. Membentuk oksida yang bertindak sebagai basa kuat, bereaksi keras saat bersentuhan dengan asam.

- Siklus Anda

Kalsium memenuhi siklus biogeokimia tipe sedimen, karena tidak memiliki fase gas dan cadangan terbesar ada di litosfer. Ini terkait erat dengan siklus karbon, air dan fosfor.

Erosi batu

Siklus tersebut berkembang dari pelapukan dan erosi batuan berkapur yang melepaskan kalsium yang mengendap di dalam tanah. Demikian juga, dapat hanyut terlarut dalam air limpasan ke sungai, danau, dan lautan.

Ketika air hujan bersentuhan dengan CO2 di atmosfer, ia membentuk H2CO3 yang melarutkan batuan kapur, melepaskan Ca2 + dan HCO3-. Di sisi lain, CO2 yang dibawa oleh air hujan mengubah karbonat yang tidak larut menjadi bikarbonat yang larut.

Penyerapan dan penggunaan oleh makhluk hidup

Kalsium (Ca2 +) di dalam tanah diserap oleh tumbuhan dan badan air oleh organisme air. Kalsium memenuhi berbagai fungsi metabolisme dalam tubuh dan ketika organisme mati, ia kembali ke lingkungan fisik yang dibawa oleh limpasan air ke sungai, danau, dan lautan.

Formasi batuan

Kerangka hewan (internal dan eksternal atau cangkang) diendapkan di dasar laut sebagai bagian dari sedimen. Lapisan sedimen ditutupi dan dipadatkan selama jutaan tahun untuk membentuk batuan berkapur.

Batuan berkapur. Sumber: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Proses diastrofik selanjutnya (retakan dan gerakan ke atas kerak bumi) mengekspos batuan ke permukaan. Dengan cara ini siklus ditutup, karena bebatuan mengalami pelapukan lagi (aksi elemen iklim) dan dilapukan dan terkikis.

Tahapan siklus kalsium

Tahapan yang dilalui kalsium dalam siklus penyimpanan dan sirkulasi diberikan oleh kompartemen tempat proses ini terjadi. Ini adalah kerak dan bagian dari mantel bumi (litosfer), badan air (hidrosfer), dan organisme hidup.

- Tahap geologi

Dalam tahap geologis, terkotak-kotak di kerak dan mantel, di situlah jumlah penyimpanan kalsium terbesar ditemukan. Kalsium adalah unsur paling melimpah kelima di litosfer, yang merupakan 3,5% dari kerak bumi.

Itu ditemukan membentuk bagian dari batuan seperti batu kapur, dolomit, napal dan marmer, sedangkan batu kapur dan dolomit membentuk pegunungan besar di seluruh planet ini. Dengan cara yang sama, itu adalah bagian dari senyawa alami lainnya seperti gipsum dan alabaster (kalsium sulfat).

Dalam bentuk mineral, diperoleh sebagai kalsium karbonat (CaCO3) dari kalsit, dolomit, dan bentuk kristal lainnya seperti aragonit.

Batu gamping

Ini adalah jenis batuan sedimen yang sangat melimpah yang berasal dari endapan laut atau lakustrin kuno (danau), terdiri dari 99% kalsium karbonat. Batuan ini membentuk strata horizontal atau berubah bentuk oleh gerakan diastrofik dan pelapukannya menimbulkan tanah netral hingga dasar (pH 7 atau lebih tinggi), kaya akan kalsium.

Dolomit

Ini terdiri dari batuan sedimen yang terbentuk di endapan laut dangkal oleh reaksi substitusi kimia. Dalam hal ini, magnesium berpartisipasi dalam konformasi mineral, membentuk dolomit atau kalsium magnesium karbonat (CaMg (CO3) 2).

Margas

Mereka adalah batuan sedimen yang dibentuk oleh 1/3 hingga 2/3 kalsium karbonat dan sisa lempung. Batuan ini bertahan hidup di daerah kering, karena sangat rentan terhadap erosi air.

Marmer

Jika batuan kapur mengalami suhu dan tekanan tinggi di lapisan dalam kerak bumi, maka terbentuklah marmer. Ini adalah batuan metamorf yang sangat kompak dengan tingkat kristalisasi yang tinggi.

- Tahap hidrologi

Kalsium dilarutkan di sungai, danau, dan lautan sebagai kalsium klorida (ion paling melimpah di media ini) dan kalsium karbonat. Di lautan, kalsium karbonat (CaCO3) stabil pada kedalaman kurang dari 4.500 m.

Kalsium dalam media ini ditemukan pada organisme hidup dan dalam endapan batu kapur di dasar laut. Ini adalah batas kedalaman kompensasi karbonat, setelah itu CaCO3 larut dan tidak membentuk endapan batu kapur.

- Tahap biologis

Perpindahan kalsium dari tanah ke akar. Dari xilem ke daun tanaman. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Pada tahap ini, siklus kalsium mencapai sirkulasi terbesarnya, menjadi vital bagi makhluk hidup karena sebagai ion Ca2 + merupakan bagian dari mekanisme pertukaran membran sel. Di sisi lain, ini merupakan unsur penting dari tulang, gigi, kulit telur dan cangkang.

Cangkang kalsium dalam bivalvia. Sumber: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bivalvia.jpg

Dengan cara ini, kalsium bersirkulasi di biosfer dan ketika organisme mati, ia kembali ke sedimen untuk membentuk batuan baru seiring waktu.

Manusia

Elemen luar biasa dari tahap biologis siklus kalsium adalah peran manusia dalam menggunakan elemen ini sebagai bahan mentah. Elemen ini diekstraksi, diangkut dan digunakan dalam jumlah besar dengan berbagai cara.

Di tambang terbuka, batu kapur diekstraksi untuk digunakan sebagai elemen konstruksi atau untuk digiling dan digunakan sebagai bahan baku industri. Kerang juga digiling untuk membuat pupuk dan produk lainnya.

Cangkang foraminifera dan moluska

Cangkang hewan ini terbentuk dari kalsium karbonat, mengkristal sebagai kalsit atau aragonit. Ini adalah dua bentuk mineral dengan komposisi yang sama (CaCO3) tetapi mengkristal secara berbeda.

Moluska membentuk cangkangnya dari bentuk cair kalsium yang disekresikan oleh sel khusus. Lapisan paling dalam dari cangkang adalah nacre yang terbentuk dari kristal aragonit yang bercampur dengan protein konkiolin.

Pentingnya

Sirkulasi kalsium, yang membentuk siklus karakteristiknya, sangat penting untuk membuat elemen ini tersedia bagi makhluk hidup. Berkat proses yang melepaskan kalsium dari batuan dan membuatnya bersirkulasi, kehidupan ada seperti yang kita kenal.

- Elemen penting bagi kehidupan

Kalsium sangat penting untuk kehidupan, karena merupakan elemen struktural dan metabolisme. Secara struktural, ini adalah bagian fundamental dalam konformasi kerangka internal dan eksternal.

Pada hewan bertulang, kalsium adalah komponen utama tulang (kerangka internal), juga gigi. Dalam foraminifera (protista) dan moluska (siput dan bivalvia) itu adalah bahan utama untuk pembentukan kerangka luar, yaitu cangkang.

Metabolisme

Kalsium merupakan agen transpor dalam membran sel, sehingga berperan penting dalam metabolisme. Di dalam membran sel terdapat saluran kalsium yang memungkinkan masuknya elemen ini secara pasif ke dalam sel.

Saluran kalsium. Sumber: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / Domain publik

Ini mengatur hubungan konsentrasi kalsium antara bagian dalam dan luar sel, mengaktifkan proses metabolisme yang berbeda. Misalnya, mekanisme ini penting untuk berfungsinya sistem saraf dan otot dan oleh karena itu memainkan peran yang relevan dalam fungsi jantung.

- Makanan dan kesehatan

Dari sudut pandang manusia, siklus kalsium memungkinkan elemen ini tersedia untuk makanan dan kesehatan manusia. Di atas segalanya itu penting dalam produksi dan persiapan makanan olahan susu untuk anak-anak.

Demikian pula, konsumsi untuk tujuan pengobatan digunakan dalam pengobatan penyakit kekurangan kalsium seperti osteoporosis. Penyakit melemahnya tulang ini sangat serius pada orang tua, terutama pada wanita.

- Mutiara

Ketika benda asing menyerang tiram, ia menutupinya dengan induk mutiara dan dengan demikian mutiara terbentuk. Mutiara mencapai nilai tinggi di pasar perhiasan di seluruh dunia.

- Bahan baku industri

Batu kapur digunakan secara industri untuk berbagai keperluan, misalnya pembuatan semen. Juga batu-batu ini digunakan langsung sebagai bahan bangunan, karena mudah diukir.

Selanjutnya, kalsium digunakan sebagai deoxidizer dan reduktor dalam berbagai proses, terutama dalam industri metalurgi.

jeruk nipis

Sebagai kapur, juga disebut kapur bangunan, mereka adalah kalsium oksida yang digunakan sebagai pengikat dan pelapis dalam konstruksi. Dengan cara yang sama, ini digunakan dalam pembuatan sabun, kertas, kaca, karet dan penyamakan kulit.

Selain itu, ia memiliki berbagai kegunaan dalam industri makanan dan pengolahan air. Sedangkan sebagai kapur mati atau kalsium hidroksida, juga digunakan dalam industri dan pertanian.

- Pengaturan pH tanah

Kandungan kalsium oksida di dalam tanah mempengaruhi pengaturan pH. Dalam pertanian kapur digunakan sebagai bahan perbaikan pertanian untuk mengurangi keasaman tanah dan juga sebagai pupuk.

- Air berkadar atau air sadah

Ketika air bersirkulasi di lingkungan yang kaya kalsium dan magnesium, ia melarutkan garam dari elemen-elemen ini dan dikenal sebagai air berkapur atau sadah. Batas kualitas air adalah 120 mg CaCO3 / liter, di atasnya air dianggap sadah.

Air dengan kandungan kalsium yang tinggi dapat menyebabkan gangguan kesehatan, terutama yang berkaitan dengan sistem kardiovaskular. Selain itu, air sadah menghasilkan endapan berkapur di dalam pipa yang menghalangi sirkulasi.

- Gua dan akuifer berkapur

Pada batuan berkapur, erosi hidrik seringkali membentuk sistem gua bawah tanah dengan konfigurasi internal yang menarik. Diantaranya, formasi stalaktit dan stalagmit menonjol, akibat endapan kalsium karbonat dari kebocoran di atap gua-gua ini.

Sistem berkapur ini juga melakukan fungsi penyaringan airtanah karena porositasnya membentuk akuifer.

Referensi

1. Calow, P. (Ed.) (1998). Ensiklopedia ekologi dan pengelolaan lingkungan.
2. Christopher R. dan Fielding, CR (1993). Tinjauan penelitian terbaru dalam sedimentologi fluvial. Geologi Sedimen.
3. Margalef, R. (1974). Ekologi. Edisi Omega.
4. Miller, G. dan TYLER, JR (1992). Ekologi dan Lingkungan. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
5. Odum, EP dan Warrett, GW (2006). Dasar-dasar ekologi. Edisi kelima. Thomson.