Apa yang dimaksud dengan Siklus Karbon di tingkat global?

kenarihitam · June 14, 2017, 7:32am

Dimulainya kehidupan di bumi ini menyebabkan terjadinya konversi CO2 yang sudah ada di atmosfer dan di lautan menjadi bentuk-bentuk organik maupun anorganik lain yang terdapat di lautan dan daratan. Sejak ribuan tahun yang lalu perkembangan kehidupan di berbagai ekosistem yang ada di alam ini telah membentuk suatu pola aliran karbon melalui sistem lingkungan global.

Pertukaran C terjadi secara alami antara atmosfer, lautan dan daratan, namun pola pertukaran itu telah dirubah karena adanya aktivitas manusia dan alih- guna lahan. Aktivitas manusia baik dalam bidang industri, transportasi maupun pertanian meningkatkan konsentrasi CO2 di atmosfer dari 285 ppmv (parts per million on a volume basis) pada jaman sebelum revolusi industri (abad ke 19) menjadi 336 ppmv di tahun 1998.

Nilai ini meningkat sekitar 28% dari nilai awal yang diperoleh pada 150 tahun yang lalu. Kenaikan konsentrasi CO2 selama sepuluh tahun terakhir sekitar 3,3 Gt th-1(1 giga ton = 109 t = 1015 g).

Bila kita perhatikan siklus C di tingkat global (Gambar 5), pertama kali yang harus kita perhatikan adalah cadangan C saat ini. Cadangan tertinggi adalah di lautan sekitar 39 Tt of C (1 tera ton = 1012 t = 1018 g) dibandingkan dengan jumlah total C yang ada di alam sekitar 48 Tt. Urutan cadangan C terbesar ke dua adalah fosil, mengandung C sekitar 6 Tt. Selanjutnya, cadangan C di hutan yang meliputi biomasa pohon dan tanah hanya sekitar 2,5 Tt, sedang di atmosfer mengandung C sekitar 0,8 Tt.

priyodanu · June 14, 2017, 9:23am

Siklus karbon adalah siklus biogeokimia di mana 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 bermaca-macam. 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.

Karbon di atmosfer

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 di mana selanjutnya dipakai untuk membuat karbonat laut dengan reaksi yang sebaliknya (reverse reaction).

Karbon dapat kembali ke atmosfer dengan berbagai cara pula, yaitu:

Melalui pernapasan (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 di mana air menjadi lebih hangat, karbon dioksida terlarut dilepas kembali ke atmosfer.
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 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.

Karbon di biosfer

Sekitar 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 heterotrof 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 pernapasan 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.

Karbon di laut

Laut mengandung sekitar 36.000 gigaton karbon, di mana 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−

Ayu_Permatasari1 · November 27, 2019, 9:02am

Karbon adalah elemen kunci dari kehidupan dan merupakan elemen terbanyak ke empat di alam semesta setelah hidrogen (H), helium (He) dan oksigen (O). Siklus karbon adalah pertukaran karbon antara biosfer, geosfer, dan atmosfer. Pertukaran karbon ini melalui empat reservoir karbon utama yaitu atmosfer, biosfer teresterial, lautan dan sedimen. Pergerakan tahunan karbon dan pertukaran karbon antar reservoir, terjadi karena proses-proses kimia, fisika, geologi, dan biologi yang bermacam-macam. Siklus karbon merupakan siklus biogeokimia yang mencakup proses dan reaksi kimia, fisika, geologi, dan biologi yang membentuk komposisi lingkungan alam (termasuk biosfer, hidrosfer, pedosfer, atmosfer, dan lithosfer, serta siklus zat dan energi yang membawa komponen kimiawi bumi dalam ruang dan waktu.

Hutan dan laut adalah tempat alamiah di bumi ini yang berfungsi untuk menjadi tempat menyerap gas CO2. Gas karbon dioksida di serap oleh tumbuhan yang sedang tumbuh dan di simpan dalam batang kayunya. Di lautan, gas karbon dioksida yang digunakan oleh fitoplankton untuk proses fotosintesa, tenggelam ke dasar lautan bersama kotoran makhluk hidup pemakan fitoplankton dan predator- predator tingkat tinggi lainnya.

Siklus biogeokimia merupakan siklus atau proses perputaran yang secara tetap atau berpola yang meliputi siklus karbon dan oksigen, siklus nitrogen, siklus fosfor dan siklus air. Proses timbal balik fotosintesis dan respirasi seluler bertanggung jawab atas perubahan dan pergerakan utama karbon. Naik turunnya CO2 dan O2 atsmosfer secara musiman disebabkan oleh penurunan aktivitas fotosintetik. Dalam skala global kembalinya CO2 dan O2 ke atmosfer melalui respirasi hampir menyeimbangkan pengeluarannya melalui fotosintesis. Akan tetapi pembakaran kayu dan bahan bakar fosil menambahkan lebih banyak lagi CO2 ke atmosfir. Sebagai akibatnya jumlah CO2 di atmosfer meningkat. CO2 dan O2 atmosfer juga berpindah masuk ke dalam dan ke luar sistem akuatik, di mana CO2 dan O2 terlibat dalam suatu keseimbangan dinamis dengan bentuk bahan anorganik lainnya.

Pengetahuan dan pemahaman menyeluruh tentang bagaimana siklus karbon terjadi di laut merupakan hal yang sangat penting dalam meramalkan naiknya tingkat gas CO2 dan gas rumah kaca lainnya di atmosfer. Keberadaan lautan yang sangat penting dalam pengaturan alami CO2 atmosfer telah diakui oleh para ahli sejak dahulu. Kurangnya data akurat di laut telah membatasi pemahaman tentang mekanisme dan jumlah karbon yang terlibat dalam pertukaran karbon antara laut dan atmosfer.

Neraca karbon global adalah kesetimbangan pertukaran karbon yang masuk dan keluar antara reservoir karbon atau antara satu putaran spesifik siklus karbon dari atmosfer ke biosfer. Analisa neraca karbon dari sebuah kolam atau reservoir dapat memberikan informasi tentang apakah kolam atau reservoir berfungsi sebagai sumber atau lubuk karbon dioksida.

Pertukaran karbon menjadi penting dalam mengontrol pH di laut dan sebagai sumber atau lubuk karbon. Di laut yang terjadi upwelling CO2 dilepaskan ke atmosfer. Sebaliknya, pada daerah downwelling CO2 berpindah dari atmosfer ke lautan. Pada saat CO2 memasuki lautan, asam karbonat terbentuk.

Reaksi ini memiliki sifat dua arah dan mencapai sebuah kesetimbangan kimia. Reaksi lainnya yang penting dalam mengontrol pH lautan adalah pelepasan ion hidrogen dan bikarbonat. Reaksi ini mengontrol perubahan yang besar pada pH.

Bagian terbesar karbon di atmosfer bumi adalah gas karbon dioksida. Meskipun jumlah gas ini merupakan bagian yang sangat kecil dari seluruh gas yang ada di atmosfer (sekitar 0,04 % dalam basis molar), namun ia memiliki peran yang penting dalam menyokong kehidupan. Gas lain yang mengandung karbon di atmosfer adalah metana dan klorofluorokarbon atau CFC. Gas-gas tersebut adalah gas rumah kaca yang konsentrasinya di atmosfer telah bertambah dalam dekade terakhir ini, dan berperan dalam pemanasan global. Pertukaran atau perpindahan karbon dari atmosfer meleati berbagai macam cara yaitu :

Di dalam tumbuh-tumbuhan terjadi proses fotosintesa dengan bantuan sinar matahari yang menjadikan perubahan karbon dioksida menjadi karbohidrat dan melepaskan oksigen ke atmosfer.
Di dalam lautan pada proses sirkulasi termohalin, CO2 yang larut dalam air laut akan terbawa dalam massa air di permukaan yang lebih berat ke kedalaman laut atau interior laut.
Di dalam lautan yang mempunyai produktifitas tinggi terutama dibagian permukaan maka beberapa organisme memanfaatkannya untuk membentuk jaringan yang mengandung karbon seperti cangkang carbonat dan bagian tubuh lainnya yang keras dan terjadi proses aliran karbon dari permukaan laut ke bawah.
Di dalam proses geologi terutama proses pelapukan batuan silikat dan batuan karbonat. Pelapukan batuan karbonat tidak memiliki efek netto terhadap CO2 atmosferik karena ion bikarbonat yang terbentuk terbawa ke laut di mana selanjutnya di pakai untuk membuat karbonat laut dengan reaksi yang sebaliknya.

Karbon dapat kembali ke atmosfer dengan berbagai cara pula, yaitu:

Di dalam proses pernafasan baik pada tumbuhan dan binatang menghasilkan karbondioksida, serta penguraian glukosa dan molekul organik lainnya menjadi karbon dioksida dan air.
Di dalam proses penguraian/pembusukan binatang dan tumbuhan, dimana jamur dan bakteri akan mengubah senyawa karbon menjadi karbon dioksida jika tersedia oksigen, atau menjadi metana jika tidak tersedia oksigen.
Di dalam proses pembakaran material organik yang akan mengoksidasi karbon menghasilkan karbon dioksida dan asap. Pembakaran bahan bakar fosil seperti [batu bara, produk perminyakan dan gas alamakan melepaskan karbon yang sudah tersimpan selama jutaan tahun di dalam geosfer.
Di dalam proses pembuatan semen dengan cara memanaskan batu kapur akan menghasilkan karbon dioksida dalam jumlah yang banyak.
Di dalam proses pemanasan air laut permukaan oleh sinar matahari maka karbon dioksida terlarut akan di lepas kembali ke atmosfer.
Di dalam proses 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 yang hilang dari atmosfer akibat pelapukan silikat.

Jenis gas rumah kaca (GRK) yang memberikan sumbangan paling besar terhadap pemanasan global adalah karbon dioksida. Kenaikan kadar karbon dioksida dipercepat dengan berkembangnya teknologi yang menggunakan bahan bakar dari biomassa fosil (Arifin, 2001). Konsentrasi GRK di atmosfer dari waktu ke waktu terus meningkat yang telah dilepas ke atmosfer dalam kurun waktu 148 tahun yaitu dari tahun 1850 sampai 1998. Penyumbang pemanasan global yang terbesar adalah karbon dioksida sebesar 61%, diikuti oleh metana (CH4) sebesar 15%, chlorofluorocarbon (CFC) sebesar 12%, dinitrogen monoksida (N2O) sebesar 4% dan sumber lain sebesar 8% (Muhdi, 2008).

Menurut Samsul (2007), karbon dapat dijumpai di atmosfer sebagai karbon dioksida, di dalam jaringan tubuh mahluk hidup, dan terbesar dijumpai dalam batuan endapan serta bahan bakar fosil yang terdapat di dalam perut bumi. Karbon masuk ke dalam tubuh suatu organisme melalui rantai makanan. Karbon dioksida diserap oleh tumbuhan hijau melalui proses fotosintesis dan disimpan sebagai biomassa pada berbagai organ, diantaranya daun. Karbon organik dalam dedaunan hijau kemudian masuk ke tubuh organisme melalui proses pencernaan dan kembali ke udara melalui proses respirasi. Rangkaian proses ini menghasilkan siklus yang lengkap yang disebut dengan siklus karbon. Meskipun demikian, tidak semua karbon pada tubuh organisme kembali keatmosfer, sebagian ada yang terikat membentuk biomassa tubuh (Wirakusumah, 2003).

Jumlah karbon di atmosfer dipengaruhi oleh besarnya hasil proses fotosintesis, respirasi tegakan, respirasi serasah dan respirasi tanah. Jumlah karbon dalam bentuk karbon bebas juga sangat dipengaruhi oleh tambahan dari luar sistem seperti kebakaran hutan, letusan gunung dan sebagainya (Muhdi, 2008).