Siklus biogeokimia

Siklus biogeokimia yang terjadi di alam dapat berupa silkus air, siklus oksigen dan karbondioksida (karbon), siklus nitrogen, dan siklus materi (mineral) yang berupa unsur-unsur hara.

Siklus Air

Siklus air atau siklus hidrologi adalah sirkulasi air yang tidak pernah berhenti dari atmosfer ke bumi dan kembali lagi ke atmosfer melalui proses kondensasi, prespitasi, evaporasi, dan transpirasi.

Pemanasan air samudera oleh sinar matahari merupakan kunci proses siklus hidrologi dapat berjalan secara kontinu. Air berevaporasi kemudian jatuh sebagai prespitasi dalam bentuk hujan, salju, hujan es, hujan salju bercampur es (sleet), hujan gerimis, atau kabut.

Pada perjalanan menuju bumi, beberapa prspitasi dapat berevaporasi kembali ke atas atau langsung jatuh ke bumi yang kemudian ditangkap oleh tanaman sebelum mencapai tanah. Setelah mencapai tanah, siklus hidrologi tersebut bergerak secara kontinu dalam tiga cara berbeda, yaitu:

1. Evaporasi

Air yang ada di laut, di daratan, di sungai, di tanaman, dan di tempat-tempat lain akan menguap ke atmosfer dan kemudian akan menjadi awan. Pada keadaan jenuh awan uap air tersebut akan menjadi bintik-bintik air yang yang selanjutnya akan turun (precipitation) dalam bentuk hujan, salju, es, dan lain-lain.

1. Infiltrasi/perkolasi

Air bergerak ke dalam tanah melalui celah-celah dan pori-pori tanah dan batuan menuju permukaan tanah. Air dapat bergerak akibat aksi kapiler atau secara vertical dan horizontal di bawah permukaan tanah hingga air tersebut memasuki kembali sistem air permukaan.

1. Air permukaan

Air bergerak di atas permukaan tanah di dekat aliran utama dan danau. Makin landai lahan dan makin sedikit pori-pori tanah, maka aliran permukaan semakin besar. Aliran permukaan tanah dapat dilihat pada daerah urban (perkotaan). Sungai-sungai kecil bergabung dan membentuk sungai utama yang membawa seluruh air permukaan disekitar aliran sungai menuju laut. Proses perjalanan air di daratan terjadi dalam komponen-komponen yang membentuk sistem DAS (Daerah Aliran Sungai).

Siklus Materi (Mineral)

Beberapa mineral atau unsur hara yang penting bagi tumbuhan adalah fosfor, kalium, kalsium, magnesium, dan belerang.

Di alam, fosfor terdapat dalam dua bentuk, yaitu senyawa fosfat organik (pada tumbuhan dan hewan) dan senyawa fosfat anorganik (pada air dan tanah). Fosfor terdapat dalam asam nukleat yang berperan dalam mengangkut energi dan diperlukan dalam jumlah kecil dan dalam bentuk supefosfat. Fosfor lebih tahan pembasuhan dan ketersediannya di alam bergantung pada pH tanah.

Fosfat organik dari hewan dan tumbuhan yang mati diuraikan oleh dekomposer menjadi fosfat anorganik. Fosfat anorganik yang terlarut dalam air atau air laut akan terkikis dan mengendap dalam sediment laut. Oleh karena itu, fosfat banyak terdapat di batu karang dan fosil. Fofat dan batu karang dan fosil yang terkikis akan membentuk fosfat anorganik kembali yang terlarut di air tanah dan air laut. Fosfat anorganik ini kemudian akan diserap oleh akar tumbuhan

Kalium diperlukan dalam jumlah sedang dan tersedia di alam sebagai ion yang terdapat pada tumbuhan koloid tanah. Pada tanah humus terdapat banyak kalium, tetapi dalam bentuk yang tidak dapat dimanfaatkan secara langsung sehingga perlu pemupukan kalium  yang dibutuhkan tanah dalam bentuk kalium iodida.

Pencemaran Udara

Udara merupakan komponen abiotik yang vital bagi kehidupan makluk hidup. Dalam udara, terkandung gas-gas antara lain: nitrogen, oksigen, karbondioksida, dan unsur gas lainnya. Setiap makhluk hidup memerlukan udara terutama oksigen untuk proses respirasi. Sedangkan bagi tumbuhan selain memerlukan oksigen sebagai respirasi juga memerlukan karbon dioksida dalam proses fotosintesis. Secara normal nitrogen memilki prosentase tertinggi di udara yaitu sekitar 78%, oksigen sekitar 21% sedangkan sisanya merupakan gas-gas dan unsur-unsur lain seperti karbon dioksida, sulfur oksida, karbon monoksida, dan lain sebagainya.

Seiring dengan perkembangan jaman, penggunaan teknologi-teknologi yang dapat menghasilkan gas buang yang berbahaya semakin marak digunakan, misalnya kendaraan bermotor, dan alat-alat industri. Hal tersebut membuat udara yang tadinya memiliki kandungan gas-gas dengan prosentase yang normal menjadi berbahaya bagi makhluk hidup untuk respirasi. Oksigen dihasilkan dari proses fotosintesis tumbuhan, namun semakin banyaknya populasi manusia di muka bumi membuat lahan semakin sempit sehingga tidak ada lagi tempat untuk menanam tumbuhan. Ditambah lagi semakin banyaknya populasi manusia berarti semakin banyak pula kebutuhan oksigen. Bisa dibayangkan bagaimana keadaannya jika makhluk hidup berebut oksigen yang jumlahnya terbatas demi mempertahankan hidupnya, kondisi seperti itu bisa dibilang sebagai udara yang tercemar.

Pencemaran udara adalah suatu keadaan di mana kualitas udara menjadi rusak karena kehadiran satu zat atau lebih substansi fisik, kimia, atau biologi di atmosfer dalam jumlah yang melebihi batas kewajaran sehingga membahayakan bagi kesehatan makhluk hidup baik manusia, hewan, tumbuhan, dan organisme lain, menggangu keindahan dan kenyamanan atau merusak tatanan kehidupan. Pencemaran udara sering terjadi di kota-kota besar dan daerah padat industi yang menghasilkan gas-gas yang mengandung zst-zat diatas batas kewajaran. Rusak atau tidaknya lahan hijau dan pepohonan di suatu daerah juga dapat memperburuk kualitas udara di tempat tersebut. Semakin banyak kendaraan bermotor dan alat-alat industri yang mengeluarkan gas yang mencemarkan lingkungan akan semakin parah pada pencemaran udara yang terjadi.

Sumber-Sumber Pencemaran Udara

Pencemaran udara dapat disebabkan oleh sumber-sumber alami seperti gunung berapi, rawa-rawa, kebakaran hutan, nitrifikasi dan denitrifikasi biologi, dan aktivitas manusia, seperti: transportasi, industri, pembangkit listrik, pambakaran (perapian, kompor, furnace, insenerator dengan berbagai jenis bahan bakar), gas buang pabrik yang menghasilkan gas berbahaya seperti CFC. Sumber-sumber lain pencemaran udara bisa berupa gangguan fisik seperti polusi suara, panas, radiasi/polusi cahaya, transportasi ammonia, kebocoran tangki klor, timbulan gas metana dan TPA serta pelarut organic.

Jenis-Jenis Pencemaran Udara

Berdasarkan luas wilayah yang dicemari, pencemaran udara dibedakan menjadi tiga, yaitu:

1. Pencemaran lokal, jika pencemaran terjadi pada suatu daerah tertentu.
2. Pencemaran regional, jika pencemaran terjadi pada beberapa daerah.
3. Pencemaran global, jika pencemaran mencakup wilayah yang sangat luas.

Berdasarkan asal bahan pencemarnya, pencemaran udara dapat di bagi dua yaitu:

1. Pencemaran udara primer

Pencemaran udara primer adalah pencemaran udara yang disebabkan oleh substansi-substansi pencemar yang ditimbulkan langsung dari sumber pencemar udara, contoh substansi tersebut adalah CO₂ karena CO₂ merupakan hasil dari pembakaran.

1. Pencemaran udara sekunder

Pencemaran udara sekunder adalah pencemaran udara yang disebabkan oleh substansi-substansi pencemar yang terbentuk dari reaksi pencemaran-pencemaran primer di atmosfer, contohnya adalah pembentukan ozon.

Gas-Gas Pencemar Udara

1. Karbon monoksida (CO)

Karbon monoksida adalah gas yang bersifat racun yang bisa membunuh makhluk hidup termasuk manusia. Gas CO dapat menggangu sistem peredaran darah karena CO lebih mudah diikat oleh hemoglobin darah dibandingkan dengan oksigen dan dan gas-gas lainnya. Darah yang tercemar karbon monoksida sampai kadar 70-80% dapat menyebabkan kematian

1. Karbondioksida(CO₂)

Karbondioksida adalah gas yang mampu meningkatkan suhu pada suatu lingkungan sekitar kita yang disebut efek rumah kaca. Temperatur udara yang tercemar CO₂ akan naik dan secara otomatis suhunya akan semakin panas dari waktu ke waktu., seperti wilayah Jakarta. Hal ini disebabkan karena CO₂ akan berkonsentrasi sengan jasad renik, debu, dan titik-titik air yang membentuk awan yang dapat ditembus cahaya matahari namun tidak dapat melepaskan panas ke luar awan tersebut. Keadaan seperti ini mirip dengan rumah kaca tanpa ac dan ventilasi udara yang cukup.

1. Gas Oksida Nitrogen (NO_X) dan Oksida Belerang (SO_X)

Gas-gas nitrogen dihasilkan dari aktifitas bakteri dalam proses nitrifikasi dan denitrifikasi. Sedangkan SO dan SO₂ dapat dihasilkan dari letusan gunung berapi.  Gas-gas tersebut jika berada di udara dalam jumlah yang melebihi batas normal dan masuk ke dalam tubuh akan menimbulkan gangguan pada saluran pernafasan mulai dari yang ringan sampai yang berat, seperti ISPA.

Dampak Pencemaran Udara

1. Dampak terhadap kesehatan

Substansi udara yang terdapat di alam udara dapat masuk ke dalam tubuh melalui sistem pernafasan. Jauhnya penetrasi subsyansi tersebut kedalam tubuh bergantung kepda jenis pencemar substansi/partikulat yang kerukunan besar dapat tertahan di saluran pernafasan bagian atas. Sedangkan substansi yang berukuran kecil dan gas dapat mencapai paru-paru yang kemudian diserap oleh system peredaran darah dan menyebar ke seluruh tubuh.

Dampak terhadap kesehatan yng paling sering terjadi adalah Infeksi Saluran Pernapasan Akut (ISPA) yang meliputi asma, brongkitis dan ganguan pernafasan lainnya. Beberapa zat pencemar dikategorikan sebagai toksik yang dapat mengganggu kerja organ-organ tubuh dan bersifat karsmogenik yang dapat memicu timbulnya kanker. Studi ADB memperkirakann dampak pencemaran udara di Jakarta yang  dengan kematian premature, perawatan rumah sakit, berkurangnya hari kerja efektif, dan ISPA pada tahun 1998 senilai dengan 1.8 triliun rupiah dan akan meningkat menjadi 4.3 triliun rupiah pada tahun2015. Selain ISPA pencemaran udara juga diyakini dapat menyebabkan penurunan intelligent Quotient (IQ) pada anak. Pengaruh tersebut tidak langsung dirasakan oleh anak melainkan berlangsung sejak dalam kandungan.

Kandungan zat berbahaya seperti logam berat pada emisi kendaraan yang terhisap oleh ibu akan mengalir melalui darah menembus ari-arei sebagai barier sehingga menggangu pertumbuhan dan fungsi otak ketika bayi dilahirkan. Badan pengendalian dampak lingkungan daerah DKI Jakarta mengadakan studi thaun2001 yang mengatakan bahwa ibu-ibu di pinggiran kota Jakarta memiliki asi yang berkadar timbel 10-20 mg, jauh lebih tinggi 10-15 kali lipat di bandingkan mereka yang tinggal pedesaan. Polutan timbal yang terdapat dalam solar memicu ganguan kesehatan kaum perempuan dan balita yang berimbas pada perkembngan sel-sel otak balita.

Sebagian besar kendaraan bermotor di kota-kota besar masih menggunakan bahan bakar fosil yang mengandung hirogen dan karbon (hidrokarbon), dimana hasil pembakarannya adalah karbon monoksida, karbondioksida, dan juga oksida nitrogen. Di samping itu masih ada juga kendaraan bermotor yang menggunakan solar sebagai bahan bakar karena alasan ekonomi, padahal pembakaran solar menghasilkan senyawa berbahaya timbel atau plumbum(pb), polutan inilah yang yang menjadi pemicu gangguan fungsi otak yang utama. Gas CO lebih sering menyerang anak-anak dan orang dewasa secara langsung, yakni menyebabkan pusing, pandangan kabur, pingsan, bahkan kehilangan koordinasi syaraf. Selain tu juga memicu bronkhitis, pneumonia, asma, serta ganguan fungsi paru, polusi udara juga menyebabkan penurunan tingkat kecerdasan.

Asap rokok juga merupakan polutan yang perlu diperhatikan, walaupun sampai saat ini belum ada penelitian apakah asap rokok termasuk zat berbahaya bagi otak anak, namun ibu hamil yang menghisap rokok bisa berakibat fatal terhadap janin yang dikandungnya. Pembuluh darah ibu akan mengecil sehingga suplai darah ke calon bayi terhalang, akibatnya peartumbuhan bayi terhambat dan bahkan bisa lahir dengan cacat mental. Selain itu asap rook juga dapat menyebabkan impotensi pada pria yang mengkonsumsi rokok dalam jumlah yang besar dan dalam jangka waktu yang lama.

1. Dampak Terhadap Tumbuhan

Tanaman yang tumbuh di daerah dengan tingkat pencemaran udara yang tinggi dapat terganggu pertumbuhannya. Selain itu tanaman tersebut bisa terjangkit penyakit-penyakit, antar lain: klorosis, nekrosis, dan timbulnya bintik-bintik hitam pada daun. Bahan-bahan pencemar yang terdeposisi di permukaan tanaman juga bisa menghambat proses fotosintesis.

1. Dampak Terhadap Lingkungan
2. Hujan asam

Atmosfer merupakan sistem yang kompleks, dinamik dan rapuh. Dalam keadaan normal pH air hujan adalah 5,6 karena adanya  kandungan CO₂ di atmosfer. Apabila udara trcemar zat-zat seperti SO₂ dan NO₂ maka zat-zat tersebut akan bereaksi dengan dengan air hujan akan membentuk asam dan menurunkan pH air hujan.

SO₂ + H₂O

NO₂ + H₂O

Dampak-dampak yang ditimbulkan hujan asam adalah:

• Mempengaruhi kulitas air permukaan dan air tanah karena dapat melarutkan logam-logam  berat dlam tanah
• Merusak tanaman
• Bersifat korosif sehingga merusak material bangunan

1. Efek rumah kaca

Keberadaan gas-gas pencemar seperti CO₂, CFC, Metana, Ozon, NO₂ di lapisan troposfer dapat menyerap radiasi panas matahari yag dipantulkan oleh permukaan bumi. Akibatnya panas terperangkap dalam lapisan troposfer dapat menimbulkan pamanasan global. Pemanasan global dapat menyebabkan pencairan es di kutub, perubahan iklim secara regional dan global, serta perubahan siklus hidup flora dan fauna, akibatnya rusaklah tatanan kehidupan di muka bumi.

1. kerusakan lapisan ozon

Lapisan zon berada di stratosfer dan merupakan pelindung bumi karena dapat memfilter radiasi ultta violet β dari matahari. Pembentukan dan penguraian molekul-molekul ozon terjadi secara alami di stratosfer.

Emisi CFC yang mencapai stratosfer menyebabkan laju penguraian molekul-molekul ozon lebih cepat darui pembentukannya sehingga terbentuk lubang-lubang pada lapisa ozon. Kerusakan pada lapisan ozon menyebabkan sinar ultraviolet β matahari tidak terfilter dan dapat mengakibatkan kanker kulit serta penyakit pada tanaman.

Pencemaran Tanah

Tanah merupakan sumber kehidupan bagi seluruh makhluk hidup karena selain sebagai habitat, tanah juga menyediakan berbagai macam garam mineral yang diperlukan oleh makhluk hidup. Bagi tumbuhan, tanah memiliki peran yang amat vital karena tumbuhan hidup dan mengambil nutrisi secara langsung dari tanah, begitu juga dengan beberapa hewan yang hidup di dalam tanah seperti cacing tanah dan semut.

Tanah yang baik umumnya memiliki pH antara 5-8, sehingga memungkinkan tanaman dapat tumbuh dengan baik. Kisaran pH tersebut berpengaruh terhadap pertumbuhan akar. Meskipun setiap tanaman  menghendaki kisaran pH tertentu, kebanyakan tanaman tidak dapat hidup pada pH sangat rendah (< 4) yang bersifat asam atau sangat tinggi (> 9) yang bersifat basa. Pertumbuhan akar tanaman juga dipengaruhi oleh kelembaban tanah. Tanah yang baik memiliki kelembaban di atas 16%. Selain pH dan kelembaban, suhu juga memiliki peran yang sangat penting karena suhu merupakan factor pembatas bagi makhluk hidup yang mempengaruhi reaksi enzimatis. Suhu tanah yang baik berkisar antara 4 – 45_­C (suhu optimal). Pada suhu kurang dari 4 C reaksi enzim berjalan lambat sedangkan pada suhu lebih dari 45 C enzim mengalami denaturasi sehinggga dapat menyebabkan kematian. Sedangkan tanah dikatakan tercemar apabila terdapat zat-zat kimia(terutama buatan manusia) dan u kehidupan makhluk hidup.cemaran tanah adalah suatu kondisi dimana bahan kimia buatan manusia masuk dan merubah lingkungan alami. Sebagian besar pencemaran tanah disebabkan oleh akrifitas manusia antara lain: peimbunan sampah, penggunaan pestisida, pembuangan limbah rumah tangga, dan industri. Selain itu, pencemaran tanah juga biasa terjadi karena kebocoran limbah cair atau bahan kimia industri, masuknya air permukaan tanah tercemar kelapisan sub permukaan, kecelakaan kendaraan pengangkut minyak, zat kimiaatau limbah, air limbah dari tempat pembuangan sampah, serta limbah industri yang langsung dibuang ke tanah secara tidak memenuhi syarat-syarat (illegal dumping)

Jika suatu zat pencemar yang berbahaya mencemari permukaa tanah maka kemungkinan yang terjadi adalah zat tersebut akan menguap, tersapu air hujan, atau masuk ke dalam tanah. Pencemar yang masuk kedalam tanah kemudian terendap sebagai zat kimia beracun dalam tanah yang akan berdampak langsung pada manusia jika bersentuhan langsung da dapat mencemari udara dan air tanah disekitar tanah.

Dampak pencemaran tanah

1. pencemaran tanah dapat memberikan beberapa dampak yang buruk bagi kesehatan tubuh manusia

pencemaran tanah ini dapat berasal dari berbagai polutan seperti: timbal, merkuri, organo fosfat, karmabat, dan lain-lain. Polutan tanah dari timbal dapat membahayakan bagi anak-anak, karena dapat menyebabkan kerusakan otak serta kerusakan ginjal pada seluruh populasi. Polutan tanah yang berasal dari merkuri dan siklodiena dikenal dapat meyebabkan dapat menyebabkan kerusakan ginjal, beberapa bahkan tidak dapat diobati.sedangkan polutan tanah yang berasal dari organofosfat dan karmabat dapat meyebabkan gangguan pada saraf otot.

1. percemaran tanah dapat memberikan dampak terhadap ekosistem di alam

perubahan kimia tanah yang radikal dapat ditimbulkan dengan adanya bahan kimia beracun yang terkandung di dalam tanah. Perubahan ini menyebabkan perubahan metabolisme dari mikroorganisme di dalamnya. Akibat pencemaran tanah ini memusnahkan bebrapa spesies primer dari rantai makanan sehingga berakibat besar terhadap predator atau tingkatan lain dari rantai makana tersebut yang apda akhirnya merusak sistem ekosistem yang sudah seimbang

1. pencemaran tanah paling berdampak besar terhadap hasil pertanian.

Hal ini dapat menyebabkan dampak lanjutan pada konservasi tanaman di mana tanaman tidak mampu menahan lapisan tanah dari erosi.

Penanganan Pencemaran Tanah

Penanganan pencemaran tanah dapat dilakukan dengan remediasi dan bioremediasi. Remediasi adalah kegiatan untuk membersihkan permukaan tanah yang  tercemar. Ada dua jenis remediasi tanah yaitu secara in situ an secara ek situ. Pembersihan in situ adalah pembersihan di lokasi. Pembersihan ini lebih murah dan lebih mudah, terdiri dari pembersihan, venting (injeksi) dan bioremediasi. Pembesihan ek situ meliputi penggalian tanah yang tercemar dan kemudian di bawa ke daerah yang aman. Setelah itu di daerah tersebut, tanahnya kemudian dibersihkan dari zat pencemar. Caranya yaitu: tanah tersebut disimpan di bak atau tangki yang kedap. Kemudian zat pembersih dipompakan ke bak atau tangki tersebut. Selanjutnya zat pencemar dipompakan keluar dari bak yang kemudian dapat diolah dengan instalasi pengolah air limbah. Pembersihan ek situ ini lebih mahal dan rumit.

Bioremediasi adalah proses pembersihan zat pencemar tanah dengan microorganisme (jamur atau bakteri). Bioremediasi bertujuan untuk memecah atau mendegradasi zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun. Empat teknik dasar yang digunakan dalam bioremediasi adalah:

1. Stimulasi aktifitas mikroorganisme asli(di lokasi tercemar) dengan penambahan nutrien.
2. Inokulasi (penanaman) mikroorganisme di lokasi tercemar yaitu mkroorganisme yang memilki kemampuan biotransportasi khusus.
3. Penerapan immobilized enzymes
4. Penggunaan tanaman (pytoremediation) untuk menghilangkan atau mengubah pencemar.