SIKLUS KARBON: KARAKTERISTIK, TAHAPAN, KEPENTINGAN - LINGKUNGAN HIDUP - 2025

The siklus karbon adalah proses sirkulasi unsur kimia ini di udara, air, tanah dan makhluk hidup. Ini adalah siklus biogeokimia tipe gas dan bentuk karbon paling melimpah di atmosfer adalah karbon dioksida (CO2).

Penyimpanan karbon terbesar ada di lautan, bahan bakar fosil, bahan organik, dan batuan sedimen. Demikian juga, itu penting dalam struktur tubuh organisme hidup dan memasuki rantai trofik sebagai CO2 melalui fotosintesis.

Fotosintesis (tumbuhan, fitoplankton, dan cyanobacteria) menyerap karbon dari CO2 di atmosfer, dan kemudian herbivora mengambilnya dari organisme ini. Ini dikonsumsi oleh karnivora dan akhirnya semua organisme mati diproses oleh pengurai.

Selain atmosfer dan makhluk hidup, karbon ditemukan di tanah (edaphosphere) dan di air (hidrosfer). Di lautan, fitoplankton, makroalga, dan angiosperma air mengambil CO2 yang terlarut dalam air untuk melakukan fotosintesis.

Ilustrasi siklus karbon

CO2 diintegrasikan kembali ke atmosfer atau air melalui respirasi makhluk hidup darat dan air. Setelah makhluk hidup mati, karbon diintegrasikan kembali ke lingkungan fisik sebagai CO2 atau sebagai bagian dari batuan sedimen, batu bara atau minyak.

Siklus karbon sangat penting karena memenuhi berbagai fungsi seperti menjadi bagian dari makhluk hidup, membantu mengatur suhu planet dan keasaman air. Selain itu, ia berkontribusi pada proses erosif batuan sedimen dan berfungsi sebagai sumber energi bagi manusia.

karakteristik

Karbon

Unsur ini menempati urutan keenam dalam kelimpahan di alam semesta dan strukturnya memungkinkannya untuk membentuk ikatan dengan unsur lain seperti oksigen dan hidrogen. Ini dibentuk oleh empat elektron (tetravalen) yang membentuk ikatan kimia kovalen yang mampu menyusun polimer dengan bentuk struktural yang kompleks.

Suasananya

Karbon ditemukan di atmosfer terutama sebagai karbon dioksida (CO2) dengan proporsi 0,04% komposisi udara. Meskipun konsentrasi karbon atmosfer telah berubah secara substansial dalam 170 tahun terakhir karena perkembangan industri manusia.

Sebelum masa industri, konsentrasi berkisar antara 180 sampai 280 ppm (parts per million) dan saat ini melebihi 400 ppm. Selain itu, terdapat metana (CH4) dalam proporsi yang jauh lebih kecil dan karbon monoksida (CO) dalam jumlah kecil.

CO2 dan metana (CH4)

Gas berbasis karbon ini memiliki sifat menyerap dan memancarkan energi gelombang panjang (panas). Untuk alasan ini, keberadaannya di atmosfer mengatur suhu planet, dengan mencegah pelepasan panas yang diradiasikan oleh Bumi ke ruang angkasa.

Dari kedua gas ini, metana menangkap lebih banyak panas, tetapi CO2 memainkan peran paling menentukan karena kelimpahannya yang relatif.

Dunia biologis

Sebagian besar struktur organisme hidup terdiri dari karbon, penting dalam pembentukan protein, karbohidrat, lemak, dan vitamin.

Litosfer

Karbon merupakan bagian dari bahan organik dan udara di dalam tanah, juga terdapat dalam bentuk unsur seperti karbon, grafit dan intan. Dengan cara yang sama, ini adalah bagian fundamental dari hidrokarbon (minyak, bitumen) yang ditemukan di endapan yang dalam.

Pembentukan karbon

Saat vegetasi mati di cekungan danau, rawa atau laut dangkal, puing-puing tanaman terakumulasi dalam lapisan yang tertutup air. Proses dekomposisi anaerobik lambat yang disebabkan oleh bakteri kemudian dihasilkan.

Sedimen menutupi lapisan bahan organik yang membusuk yang mengalami proses progresif pengayaan karbon selama jutaan tahun. Ini melewati tahap gambut (50% karbon), lignit (55-75%), batubara (75-90%) dan terakhir antrasit (90% atau lebih).

Pembentukan minyak

Dimulai dengan dekomposisi aerobik yang lambat, kemudian terjadi fase anaerobik, terdiri dari sisa-sisa plankton, hewan dan tumbuhan laut atau danau. Bahan organik ini terkubur oleh lapisan sedimen dan mengalami suhu dan tekanan tinggi di dalam bumi.

Namun, mengingat kepadatannya yang lebih rendah, minyak naik melalui pori-pori batuan sedimen. Akhirnya, ia terperangkap di daerah kedap air atau membentuk singkapan bitumen yang dangkal.

Hidrosfer

Hidrosfer mempertahankan pertukaran gas dengan atmosfer, terutama oksigen dan karbon dalam bentuk CO2 (larut dalam air). Karbon ditemukan di air, terutama di lautan, terutama dalam bentuk ion bikarbonat.

Ion bikarbonat berperan penting dalam mengatur pH lingkungan laut. Di sisi lain, di dasar laut terdapat sejumlah besar metana yang terperangkap sebagai hidrat metana.

Hujan asam

Karbon juga menembus antara media gas dan cairan, ketika CO2 bereaksi dengan uap air atmosfer dan membentuk H2CO3. Asam ini mengendap dengan air hujan dan mengasamkan tanah dan air.

Tahapan siklus karbon

Penangkapan dan penyimpanan karbon. Sumber: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * LeJean Hardin dan Jamie Paynederivative bekerja: Jarl Arntzen (bicara) karya turunan: Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0 )

Seperti siklus biogeokimia lainnya, siklus karbon adalah proses kompleks yang terdiri dari jaringan hubungan. Pemisahan mereka ke dalam tahap-tahap tertentu hanyalah sarana untuk analisis dan pemahaman mereka.

- Tahap geologi

Tiket

Masukan karbon ke tahap ini datang pada tingkat yang lebih rendah dari atmosfer, oleh hujan asam dan udara yang disaring ke tanah. Akan tetapi, masukan utamanya adalah kontribusi organisme hidup, baik melalui kotorannya maupun oleh tubuhnya saat mati.

Penyimpanan dan sirkulasi

Dalam tahap ini, karbon disimpan dan bergerak di lapisan dalam litosfer seperti batu bara, minyak, gas, grafit, dan berlian. Ini juga merupakan bagian dari batuan karbonat, terperangkap di permafrost (lapisan tanah beku di garis lintang kutub) dan larut dalam air dan udara dari pori-pori tanah.

Dalam dinamika lempeng tektonik, karbon juga mencapai lapisan mantel yang lebih dalam dan merupakan bagian dari magma.

Keberangkatan

Aksi hujan pada batuan berkapur mengikisnya dan kalsium dilepaskan bersama dengan elemen lainnya. Kalsium dari erosi batuan karbonat ini tersapu ke sungai dan dari sana ke lautan.

Demikian pula, CO ₂ dilepaskan saat lapisan es mencair atau dengan membajak tanah secara berlebihan. Namun, output utama digerakkan oleh manusia dengan mengekstraksi batu bara, minyak dan gas dari litosfer, untuk dibakar sebagai bahan bakar.

Aktivitas manusia, berdasarkan konsumsi hidrokarbon, melepaskan karbon ke atmosfer

- Tahap hidrologi

Tiket

Atmosfer CO ₂ ketika datang ke dalam kontak dengan melarutkan permukaan air membentuk asam karbonat dan metana memasuki litosfer dari dasar laut, seperti yang telah terdeteksi di Kutub Utara. Selain itu, ion HCO ₃ masuk ke sungai dan lautan akibat erosi batuan karbonat di litosfer dan pencucian tanah.

Saat hujan, air membawa karbon berupa karbondioksida dari atmosfer dan dari bebatuan. Saat mencapai laut, karang, plankton, dan hewan air lainnya menggunakannya untuk tumbuh. Makhluk hidup ini - karang, plankton, dan hewan air - mati dan memasukkan karbon ke dalam tanah

Penyimpanan dan sirkulasi

CO2 larut dalam air membentuk asam karbonat (H2CO3), melarutkan kalsium karbonat dari cangkang, membentuk kalsium asam karbonat (Ca (HCO3) 2). Karenanya, karbon ditemukan dan bersirkulasi di air terutama sebagai CO2, H2CO3 dan Ca (HCO3) 2.

Di sisi lain, organisme laut mempertahankan pertukaran karbon yang konstan dengan lingkungan akuatiknya melalui fotosintesis dan respirasi. Selain itu, cadangan karbon yang besar dalam bentuk hidrat metana di dasar laut, dibekukan oleh suhu rendah dan tekanan tinggi.

Keberangkatan

Lautan bertukar gas dengan atmosfer, termasuk CO2 dan metana, dan sebagian darinya dilepaskan ke atmosfer. Baru-baru ini, peningkatan kebocoran metana di lautan telah terdeteksi pada kedalaman kurang dari 400 m, seperti di lepas pantai Norwegia.

Kenaikan suhu global memanaskan air di kedalaman tidak lebih dari 400 m dan melepaskan hidrat metana ini. Proses serupa terjadi di Pleistosen, melepaskan metana dalam jumlah besar, menghangatkan Bumi lebih banyak dan menyebabkan berakhirnya Zaman Es.

- Panggung atmosfer

Tiket

Karbon masuk ke atmosfer dari respirasi makhluk hidup dan dari aktivitas metanogenik bakteri. Begitu pula akibat kebakaran vegetasi (biosfer), pertukaran hidrosfer dengan hidrosfer, pembakaran bahan bakar fosil, aktivitas vulkanik dan pelepasan dari dalam tanah (geologis).

Pelepasan karbon geologis ke atmosfer oleh gunung berapi yang meletus. Penulis: Ciencia1.com

Penyimpanan dan sirkulasi

Di atmosfer, karbon sebagian besar berbentuk gas seperti CO2, metana (CH4) dan karbon monoksida (CO). Demikian pula, Anda dapat menemukan partikel karbon yang tersuspensi di udara.

Keberangkatan

Keluaran karbon utama dari tahap atmosfer adalah CO2 yang larut dalam air laut dan digunakan dalam fotosintesis.

- Tahap biologis

Tiket

Karbon memasuki tahap biologis sebagai CO2 melalui proses fotosintesis yang dilakukan oleh tumbuhan dan bakteri fotosintetik. Demikian juga, ion Ca2 + dan HCO3- yang mencapai laut melalui erosi dan digunakan oleh berbagai organisme dalam pembuatan cangkang.

Tumbuhan dan mikroorganisme menyerap karbon dioksida dari atmosfer dan mengubahnya menjadi oksigen dan energi melalui fotosintesis

Penyimpanan dan sirkulasi

Setiap sel dan oleh karena itu tubuh makhluk hidup terdiri dari sejumlah besar karbon, yang merupakan protein, karbohidrat, dan lemak. Karbon organik ini bersirkulasi melalui biosfer melalui jaringan trofik dari produsen utama.

Angiospermae, pakis, lumut hati, lumut, alga, dan cyanobacteria menggabungkannya dengan fotosintesis. Kemudian organisme tersebut dikonsumsi oleh herbivora, yang akan menjadi makanan karnivora.

Hewan herbivora mengkonsumsi tumbuhan dan melepaskan karbon dioksida ke atmosfer. Saat hewan ini mati, mereka mengintegrasikan kembali karbon ke dalam tanah. Hal yang sama terjadi pada karang dan plankton di dasar laut

Keberangkatan

Kebocoran karbon utama dari tahap ini ke tahap lain dalam siklus karbon adalah kematian makhluk hidup yang mengintegrasikannya kembali ke dalam tanah, air, dan atmosfer. Bentuk kematian dan pelepasan karbon yang masif dan drastis adalah kebakaran hutan yang menghasilkan CO2 dalam jumlah besar.

Di sisi lain, sumber terpenting metana ke atmosfer adalah gas yang dikeluarkan oleh ternak dalam proses pencernaannya. Begitu pula aktivitas bakteri anaerob metanogenik pengurai bahan organik di rawa-rawa dan tanaman padi yang merupakan sumber metana.

Pentingnya

Siklus karbon penting karena fungsi relevan yang dipenuhi elemen ini di planet Bumi. Sirkulasinya yang seimbang memungkinkan untuk mengatur semua fungsi yang relevan ini untuk pemeliharaan kondisi planet sebagai fungsi kehidupan.

Pada makhluk hidup

Karbon adalah elemen utama dalam struktur sel karena merupakan bagian dari karbohidrat, protein, dan lemak. Elemen ini adalah dasar dari semua kimiawi kehidupan, dari DNA hingga membran sel dan organel, jaringan, dan organ.

Pengaturan suhu bumi

CO2 adalah gas rumah kaca utama, yang memungkinkan untuk mempertahankan suhu yang sesuai untuk kehidupan di Bumi. Tanpa gas atmosfer seperti CO2, uap air dan lain-lain, panas yang dipancarkan bumi akan benar-benar lepas ke luar angkasa dan planet tersebut akan menjadi massa yang membeku.

Pemanasan global

Di sisi lain, kelebihan CO2 yang diemisikan ke atmosfer, seperti yang saat ini disebabkan oleh manusia, merusak keseimbangan alam. Hal ini menyebabkan planet menjadi terlalu panas, yang mengubah iklim global dan berdampak negatif pada keanekaragaman hayati.

Pengaturan pH samudera

CO2 dan metana yang terlarut dalam air adalah bagian dari mekanisme kompleks untuk mengatur pH air di lautan. Semakin tinggi kandungan gas-gas tersebut di dalam air, maka pH menjadi lebih asam, yang berdampak negatif bagi kehidupan akuatik.

Sumber daya

Batubara merupakan bagian penting dari bahan bakar fosil, baik mineral batubara, minyak bumi maupun gas alam. Meskipun penggunaannya dipertanyakan karena efek lingkungan negatif yang dihasilkannya, seperti panas berlebih global dan pelepasan logam berat.

Nilai ekonomi

Batubara adalah mineral yang menghasilkan sumber pekerjaan dan keuntungan ekonomi untuk digunakan sebagai bahan bakar dan pembangunan ekonomi Umat manusia didasarkan pada penggunaan bahan baku tersebut. Di sisi lain, dalam bentuk kristalisasi intan, jauh lebih jarang, memiliki nilai ekonomis yang tinggi untuk digunakan sebagai batu mulia.

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. Espinosa-Fuentes, M. De la L., Peralta-Rosales, OA dan Castro-Romero, T. Siklus biogeokimia. Bab 7. Laporan Meksiko tentang perubahan iklim, Grup I, Basis ilmiah. Model dan pemodelan.
4. Margalef, R. (1974). Ekologi. Edisi Omega.
5. Miller, G. dan TYLER, JR (1992). Ekologi dan Lingkungan. Grupo Editorial Iberoamérica SA de CV
6. Odum, EP dan Warrett, GW (2006). Dasar-dasar ekologi. Edisi kelima. Thomson.