daur biogeokimia

Yani Sutriyani (1113016100011)

Endah Safitri (1113016100018)

Siti Maziatul M. (1113016100024)

Presented by KELOMPOK 4

ASAS-ASAS DAN KONSEP

MENGENAI DAUR BIOGEOKIMIA

19 Nov 2014

Sub Bahasan

Tipe dan pola daur biogkimia

Pengkajian Kuantitatif Daur-daur Biogeokimia

Daur sedimen

Daur unsur-unsur yang tidak perlu

Daur-hara-hara organik

Daur hara dalam daerah tropik

Rintisan-rintisan pendauran ulang

Pendahuluan

Bio Organisme Hidup

Geo Bumi

Kimia zat /unsur kimia

BioGeoKimia jadi siklus zat kimia dari bio ke geo atau dari Geo ke bio ( memutar membentuk daur )

Biogeokimia Secara ekologi diartikan sebagai kajian tentang daur atau peredaran materi secara timbal balik antara komponen hidup & komponen tidak hidup

Di dalam biosfer terdapat + 90 unsur kimia

30 - 40 diantaranya sangat penting bagi kehidupan

A. Tipe dan Pola Daur Biogkimia

Keterkaitan antara Siklus Biogeokimia (Aliran Material/Nutrien) dan

Aliran Energi dalam suatu Ekosistem

Aliran energi berjalan satu arah

Aliran material/nutrien bersiklus

Unsur hara yg terlibat dlm siklus biogeokimia beredar lebih cepat diban-dingkan dgn unsur hara yg berada pd sumbernya (cadangan hara)

Daur Nitrogen

Seandainya orang mau saja

membagi makanan dengan

“mikroba yang baik hati” itu

dan tidak meracuni lingkungan

tanah dan airnya, mereka

akan melaksanakan tugasnya

tanpa imbalan apapun.

(Eugene P. Odum)

Quote:

Daur Nitrogen

Mikroorganisme berperan penting dlm siklus N

N dipecah dari bentuk organik ke anorganik oleh bakteri pengurai

Hasil rombakan bakteri berupa amoniak & nitrat dapat diserap langsung oleh tumbuhan

N masuk ke udara dgn bantuan bakteri denitrifikasi

N dikembalikan ke dlm siklus melalui fiksasi bakteri & mikroorganisme pengikat nitrogen

Daur Nitrogen

Tahapan Daur Nitrogen

Fiksasi : N di udara di fiksasi oleh bacteri pada bintil akar kacang-kacangan menjadi Amonia

Bakteri bebas Azotobacter (Aerob) & Clostridium (Anaerob)

Bakteri simbion Rhizobium (Bersimbiosis dgn Leguminoseae), Actinomycetes (dgn akar tumbuhan non Leguminoseae), Rhodospirillum (Bakteri fotosintetik), Pseudomonas (Bakteri tanah)

Amonifikasi : Dekomposer akan merombak protein menjadi gas amoniak (NH3) dan garam ammonium yang larut dalam air (NH4+) kembali

Tahapan Daur Nitrogen

Nitrifikasi :

Nitritasi

Nitratasi

Denitrifikasi: Apabila oksigen dalam tanah terbatas, nitrat dengan cepat ditransformasikan oleh bakteri pseudomonas menjadi gas nitrogen atau oksida nitrogen dan dikembalikan ke udara

Daur Nitrogen pada ekosistem darat dan laut

Jadi, dari mana saja Nitrogen berasal?

Komunitas Biota mengasimilasikan + 1000 teragram N per tahun (I tg = 106 Ton)

80 % Berasal dari hasil daur ulang pd strata lahan & air

20 % merupa-kan input baru yg berasal dari N atmosfir me-lalui fiksasi N

lewat sentuhan petir dari udara melalui hujan yang membawa material N

*(NOx , HNO3)

dari demineralisasi / penguraian oleh dekomposer bahan mati yang

mengandung protein (CHON)

dari Proses pengendapan akibat suatu tempat terkena erosi / pencucian

pemberian pupuk buatan atau alami

proses Fiksasi oleh organisme mikro yang handal punya kemampuan

mengikat gas Inert N2 udara yang tidak dipunyai oleh organisme tumbuhan

tingkat tinggi

Nitrifikasi oleh bakteri nitrifikans

Daur Posfor

P merupakan penyusun penting dari protoplasma

P merupakan makronutrien yg sangat rawan/ terbatas

Sumber P terbesar adalah batuan endapan fosfat yg tercuci/tererosi/ terlepas sedikit demi sedikit & masuk ke dlm ekosistem

P merupakan elemen yg lebih langka dibandingkan dengan N (dlm air 1 : 23)

Daur Posfor

Tahapan Daur Posfor

Posfor terdapat di alam dalam bentuk ion fosfat (PO4) anorganik, Ion Fosfat terdapat

dalam bebatuan.

Adanya peristiwa erosi dan pelapukan menyebabkan fosfat terbawa menuju sungai

hingga laut membentuk sedimen.

Adanya pergerakan dasar bumi menyebabkan sedimen yang mengandung fosfat

muncul ke permukaan.

Di darat tumbuhan mengambil fosfat yang terlarut dalam air tanah sehingga terjadi

perpindahan materi dari geo ke bio ( dari alam ke tubuh tumbuhan ), Phosphat itulah

kemudian dikenal dengan phosphat organik

Herbivora mendapatkan fosfat dari tumbuhan yang dimakannya dan karnivora

mendapatkan fosfat dari herbivora yang dimakannya.

Seluruh hewan mengeluarkan fosfat melalui urine dan feses. sehingga terjadi

pengembalian senyawa P ini dari mahkluk hidup ( bio) ke Lingkungan ( Geo)

Bakteri dan jamur mengembalikan phosphat anorganik atau mineral lain dengan

mineralisasi atau mengurai bahan-bahan organik mahluk hidup yang mati di dalam

tanah menjadi bahan anorganik yang diperlukan tumbuhan.

Daur fosfor pada ekosistem darat dan laut

Daur fosfor pada ekosistem laut

Aliran P ke laut lebih besar dari pada aliran P ke darat

P banyak mengendap di dasar laut dangkal & dalam

Penambangan P dan pabrik pupuk P mempercepat laju aliran P dari darat ke laut

Manusia menambang 1 - 2 juta ton batuan P per tahun utk pupuk, dimana sebagian besar hilang tercuci ke laut

Manusia hanya mengembalikan P sekitar 60.000 ton/thn dari hasil penangkapan ikan

Burung laut mempunyai peranan penting dlm proses pengembalian P dari laut ke darat

Timbunan kotoran (Guano) burung laut di pantai Peru mengandung banyak P

Daur Blerang (Sulfur)

Sedimen merupakan sumber utama S

Hanya sedikit S yg berasal dari atmosfir

Peranan mikroorganis-me sangat penting pd siklus S

Mikroorganis-me berperan dlm oksidasi & reduksi S

Daur Blerang (Sulfur)

Tahapan Daur Belerang (Sulfur)

Di alam Sulfur ditemukan sebagai unsur murni atau sebagai mineral- mineral sulfida

dan sulfat

sulfur teradapat di udara karena adanya aktifitas gunung berapi dan penggunaan

dari bahan bakar fosil (menghasilkan SO2)

tumbuhan mendapat sulfur dari dalam tanah dalam bentuk sulfat organik (SO4 ).

sulfur berpindah ke organisme heterotrof dalam proses rantai makanan

penguraian organisme yang mati mengasilkan gas H2S atau menjadi sulfat lagi.

Sulfur direduksi oleh bakteri menjadi sulfida dan kadang-kadang terdapat dalam

bentuk sulfur dioksida atau hidrogen sulfida.

Beberapa jenis bakteri terlibat dalam daur sulfur, antara lain Desulfomaculum dan

Desulfibrio yang akan mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk hidrogen

sulfida (H2S).

Kemudian H2S digunakan bakteri fotoautotrof anaerob seperti Chromatium dan

melepaskan sulfur dan oksigen.

Sulfur di oksidasi menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrof seperti Thiobacillus.

B. Pengkajian Kuantitatif Daur-daur

Biogeokimia

Laju perpindahan unsur dari satu komponen ke komponen lain lebih

berperan dlm penentuan struktur & fungsi ekosistem dari pada jumlah

unsur yang terdapat pada suatu ekosistem

Konsep daur ulang atau turn-over sangat penting dalam

mempelajari/membandingkan laju pertukaran unsur pada berbagai

komponen dalam suatu ekosistem

Daur ulang adalah perbandingan antara materi yang beredar & yang

terkandung dalam suatu ekosistem

Waktu daur ulang adalah waktu yang diperlukan untuk mengganti semua

unit senyawa yang terdapat pada suatu komponen.

Contoh :

Jika 1000 unit senyawa terdapat di dalam komponen dan 10 unit senyawa keluar atau masuk setiap jam, maka :

Laju daur ulang =10 / 1000 = 0,01 per jam atau 1 % per jam

Waktu daur ulang = 1000 / 10 = 100 jam

KAJIAN KUANTITATIF DARI SIKLUS BIOGEOKIMIA Tabel 4.1 Perkiraan mengenai waktu pergantian fosfor dalam air dan sedimen pada tiga danau menurut Hutchinson, 1957.

Danau Luas

(Km2

)

Keda-

laman (m)

Waktu Daur Ulang

Rasio antara

P yg

mengalir & P total dlm air Air

Sedi-

men

Bluf 0,4 7,0 5,4 34 6,4

Punch-borts

0,3 6,0 7,6 37 4,7

Crecy 2,04 3,8 17,0

176 8,7

Pada umumnya waktu daur ulang air & unsur pada suatu danau kecil atau dangkal hanya memerlukan waktu beberapa hari atau minggu, sedangkan untuk danau besar memerlukan sampai berbulan-bulan

KAJIAN KUANTITATIF DARI SIKLUS BIOGEOKIMIA

Peredaran unsur tdk kontinyu & tdk linier

Ada dua gudang fosfor Sedimen & detritus

Ada tiga komponen paling aktif Air, Spartina/ Rumput Rawa & Organisme pemakan detritus

Ada dua koefisien variable yaitu (D)t & (C)t

Koefisien ini mengikuti siklus musim dlm hal pelepasan fosfor

Pada musim panas fosfor diserap oleh akar rumput-rumputan dari dalam zona anaerob (jenuh) Angka dlm kotak menunjukkan cadangan tetap (Standing Stocks) dlm mg P/m2

Angka pd panah menunjukkan aliran dlm mg P/m3/hari

Angka dlm kurung menunjukkan variabel transfer rata-rata

Daur Global CO2 dan H20

Daur CO2

Tahapan Daur CO2

siklus karbon berkaitan erat dengan peristiwa fotosintesis yang

berlangsung pada organisme autotrof dan peristiwa respirasi yang

berlangsung pada organisme heterotrof

Selain melalui respirasi carbon dihasilkan melalui pembakaran

material organic yang mengoksidasi karbon yang terkandung

menghasilkan karbondioksida.

karbon diambil/diserap oleh tumbuhan dari lingkungan untuk

fotosintesis dalam bentuk CO2

Karbon berpindah ke organisme heterotrof dalam proses rantai

makanan

CO2 dilepas ke lingkungan oleh organisme heterotrof yang

merupakan hasil samping dari peristiwa respirasi

penguraian organisme yang mati mengasilkan gas CO2

dikembalikan ke udara

Daur H20

Tahapan Daur H2O

Evaporasi / Transpirasi

Air yang ada di laut, di daratan, di sungai, di tanaman akan menguap ke

atmosfer terkondensasi menjadi awan

Pada keadaan jenuh uap air (awan) itu akan menjadi bintik-bintik air yang

selanjutnya akan turun (precipitation) dalam bentuk hujan, salju atau es.

Infiltrasi / perlokasi

Air bergerak ke dalam tanah melalui celah-celah dan pori-pori tanah dan batuan

menuju muka air tanah.

Air dapat bergerak akibat aksi kapiler atau air dapat bergerak secara vertikal

atau horizontal dibawah permukaan tanah hingga air tersebut memasuki

kembali sistem air permukaan.

Air Permukaan

Air bergerak diatas permukaan tanah dekat dengan aliran utama dan danau dan

berakhir ke laut kembali

makin landai lahan dan makin sedikit pori-pori tanah, maka aliran permukaan

semakin besar.

3. DAUR SEDIMEN

Batuan sedimen adalah batuan yang berasal dari batuan

sebelumnya atau asalnya,karena itu proses dapat dimulai dari

pelapukan batuan.

Tahapan Daur Sedimen

Pelapukan

Erosi

Transportasi

Pengendapan/Sedimentasi

tektonik

Tahap: Daur Sedimen

Tahapan Daur Sedimen

1. Pelapukan

Pelapukan adalah proses dimana terjadi

penghancuran pada batuan pada permukaan bumi

dan pembentukan partikel sedimen.

Ada dua tipe pelapukan yaitu:

a) pelapukan secara fisika

b) pelapukan secara kimia

Tahapan Daur Sedimen

2. Erosi Erosi adalah perpindahan partikel-partikel yang

dihasilkan dari pelapukan,umumnya adalah air hujan.

3. Transportasi Transportasi terjadi setelah partikel klastik dan larutan

ion yang telah terbentuk dari pelapukan dan erosi mulai berpindah ke tujuan akhir yaitu cekungan sedimen.

Beberapa agen transport yang berperan adalah gravitasi, arus air,angin,dll

Tahapan Daur Sedimen

4. Pengendapan/Sedimentasi Pengendapan atau dikenal dengan sedimentasi,terjadi

saat partikel sedimen mulai mengendap di dasar dan terkumpul

5. Tektonik

proses tektonik yang menyebabkan terangkatnya lapisan sedimen yang berada di dalam permukaan bumi menuju permukaan, lalu kembali lagi pada proses pelapukan, erosi dan seterusnya.

D. Unsur unsur yang tidak perlu

Unsur-unsur yang tidak perlu mengalami siklus dari

organisme dan lingkungan, dalam cara yang sama

seperti yang dilakukan oleh unsur-unsur yang

berguna dan banyak dari padanya terlibat dalam

daur sedimentasi.

Unsur unsur yang tidak perlu

Contohnya : Strontium

Strontium yang radioaktif dapat berhubungan dengan erat dengan jaringan pembentuk darah yang sangat peka terhadap kerusakan akibat radioaktif dan dapat menyebabkan kanker.

Unsur unsur yang tidak perlu

Dalam kondisi normal, unsur-unsus non esensial punya

pengaruhnya sangat kecil dalam ekosistem

Konsentrasinya meningkat setelah terjadi campurtangan manusia

melalui aktivitas industri kimia, pertambangan & pertanian

Limbah industri yang mengandung zat organik yang beracun,

seperti merkuri, timbal & bahan berbahaya lain ya setelah masuk

kedalam lingkungan dapat mengancam kehidupan

Strontium merupakan unsur yang hampir tidak dikenal sebelumnya,

namun setelah unsur ini digunakan dalam industri senjata nuklir,

maka unsur ini mulai mendapat perhatian

Strontium mempunyai sifat yang sama dengan kalsium sehingga

berbahaya bagi manusia & hewan vertebrata karena dapat

berkontak langsung dengan jaringan pembentuk darah & tulang.

E. Daur Hara-Hara Organik

Heterotrof dan autotrof memerlukan vitamin atau

hara-hara organik lainnya dari lingkungannya.

Sifat kimiawi vitamin-vitamin dan senyawa organik yang merangsang pertumbuhan dan jumlah yang diperlukan manusia serta binatang-binatang

Konsentrasi hara-hara organik dalam air atau tanah demikian kecil sehingga dinamakan hara-hara mikro.

Hara-hara organik memainkan peranan penting dalam metabolisme komunitas

Odum:

Hara-hara organik mendaur antara organisme dan

lingkungan di dalam cara umum yang sama seperti

hara-hara anorganik.

Daur Hara-Hara Organik

Pembahasan tentang daur vitamin B12 di laut oleh provasoli (1963),

menggambarkan betapa sedikitnya yang diketahui tentang daur

hara organik.

Mikroorganisme

(terutama bakteri)

&

Ganggang

autotrofik

Vit. B12

Bakteri

&

ganggang

Hewan

filter-

feeder

Partikel tak

bernyawa

( detritus, dll)

Lanjutan...

Vitamin B12 (cobalamin) di laut sebagaimana dinyatakan oleh Pravosali (1963), penghasil utama B12 adalah mikroorganisme (terutama baktrei) ganggang autotropik juga penghasil penting vitamin tersebut, ataupun ketika mati ia merupakan makanan bagi mikroorganisme penghasil vitamin.

Partikel tak bersenyawa (lempung, misel organik, detritus) menyerap sejumlah besar vitamin B12 pada makanan mensuplai fogotrof dengan vitamin. Tidak diketahui vitamin ini dalam keadaaan tetap atau sementara. Faktor tumbuh seperti B12 berprilaku sebagai variabel nutrisional, pada laut sargaao konsentrasi B12 rendah.

F. Daur Hara dalam Daerah Tropik

Pola daur hara di daerah tropik berbeda dengan

di daerah beriklim sedang. Di daerah dingin

bagian besar bahan organik dan hara tersedia di

dalam tanah atau sedimen, pada daerah tropik

terdapat di dalam biomas dan di daur ulang

dalam struktur organik dari sistem. Sebagai contoh

alasan strategi pertanian daerah beriklim sedang

yang melibatkan penanaman jenis tumbuh-

tumbuhan setelah berumur pendek.

Daur Hara dalam Daerah Tropik

Hutan hujan tropis

Hutan Konifer

Lanjutan...

Contoh meembandingkan penyebaran bahan

organik di hutan tropik dan hutan daerah

utara. Dalam perbandingan ini kedua

ekosistem mengandung jumlah organik karbon

yang kurang lebih sama tetapi lebih dari

separuh terdapat dalam serasah dan tanah

untuk hutan-hutan daerah utara sedangkan ¾

nya terdapat dalam vegetasi di hutan tropik

G. Rintisan-rintisan Pendaran Ulang

Pengembalian melalui kotoran binatang

Pengembalian melalui pembusukkan mikrobial dari detritus

Pendauran langsung dari tumbuh-tumbuhan ke tumbuh tumbuhan melalui mikroorganisme simbiotik

Autolisis

Rintisan-rintisan Pendaran Ulang

Sesi Diskusi

SEKIAN DAN TERIMAKASIH