Skema Siklus Daur Karbon Global
Skema Siklus Karbon Global

Siklus Karbon | Daur Senyawa Karbon

Posted on

Senyawa Karbon merupakan salah satu elemen paling dasar dari setiap makhluk hidup. Senyawa Karbon ini juga merupakan komponen yang memiliki peran vital dalam atmosfer bumi. Siklus Karbon yang terjadi di bumi merupakan suatu proses penting yang harus dipahami dalam mempelajari ilmu lingkungan, biologi dan geologi.

Karbon merupakan unsur yang ditemukan dalam beragam bentuk dan di hampir semua lapisan bumi baik sebagai makhluk hidup maupun benda mati. Molekul-molekul yang penting dalam membentuk tubuh mahluk hidup seperti karbohidrat, protein, lemak dan lain-lainnya mengandung senyawa karbon sebagai komponen utamanya.

Senyawa karbon ini juga berada di udara dalam bentuk karbondioksida $\ce{CO2}$. Selain itu di dalam bumi juga terdapat kandungan karbon dari minyak bumi yang melimpah.

Pengertian Siklus Karbon

Siklus karbon adalah siklus penyimpanan dan perpindahan unsur karbon antara makhluk hidup (biosfer), atmosfer (udara), hidrosfer (lingkungan air) dan geosfer (tanah).

Siklus karbon atau yang disebut juga daur biogeokimia karbon pada dasarnya merupakan mekanisme dari alam untuk menggunakan kembali kandungan karbon yang ada dengan berbagai cara dan di berbagai tempat.

Senyawa Karbon akan bergerak dari atmosfer masuk ke tubuh organisme, kemudian kembali lagi ke atmosfer, dan berulang lagi dalam suatu siklus. Lalu bagaimana proses ini bekerja? Apa yang menggerakkan atom karbon?

Kenapa Siklus Karbon Penting?

Karbon (C) adalah unsur yang sangat esensial dalam membentuk tubuh organisme. Makhluk hidup di bumi, tumbuh dan berkembang dengan menyerap dan membuang unsur karbon dari lingkungannya.

Ketika mati, organisme tersebut akan mengalami pembusukan, dan unsur karbon yang diserapnya akan kembali ke lingkungan. Daur biogeokimia ini terjadi secara terus menerus di alam. 

Pohon, tanaman, hewan dan bakteri bisa hidup karena adanya senyawa karbon. Konsentrasi unsur karbon di dalam tubuh makhluk hidup ialah 18%, ini 100 kali lebih tinggi dari kandungan karbon di dalam tanah yang hanya 0,19%.

Senyawa karbon yang paling banyak terdapat di udara ialah $\ce{co2} $ yang merupakan gas efek rumah kaca. Gas ini juga menjadi salah satu penyebab hujan asam. Oleh karena itu memahami bagaimana siklus karbon terjadi merupakan langkah yang tepat dalam penyelamatan lingkungan di bumi.

Daur Karbon Global

Bumi merupakan lingkungan tertutup, dimana materi yang berada di lapisan bumi tidak akan berpindah keluar dari bumi secara alami. Pernahkan kalian mendengar mengenai materi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan? Itu adalah hukum kimia pada sistem terisolasi, dan bumi kita merupakan sistem terisolasi.

Pernahkan kalian memperhatikan siklus air? Air yang berasal dari hujan, akan diserap tanah dan ditampung oleh tanah, kemudian menguap terbawa ke langit dan turun lagi. Maka senyawa karbon juga mengalami siklus tersebut. Berikut ini skema siklus karbon global yang terjadi:

Skema Siklus Daur Karbon Global
Skema Siklus Karbon Global

Penyimpanan Karbon di Lingkungan

Secara garis besar, yang terjadi dalam siklus karbon ialah dua hal penting, yakni; (1) Penyimpanan karbon dalam bentuk senyawaanya di lingkungan, dan (2) Perubahan dari satu senyawa karbon ke bentuk senyawa lainnya melalui reaksi kimia.

Senyawa Karbon pada Non-Organiseme

Unsur karbon terdapat kerak bumi dalam bentuk senyawa sederhana yang terkandung di dalam batuan, udara dan kerak es di antartika. Beberapa senyawa karbon yang paling banyak ditemukan ialah:

  • $\ce{CaCO3}$ terdapat di alam dalam bentuk batu gamping.
  • $\ce{CO2}$ terdapat di udara sebagai pengotor sebagai (asap) hasil pembakaran.
  • $\ce{HCO3^-}$ terdapat di air, merupakan bentuk terlarut dari $\ce{CO2}$.
  • Senyawa Hidrokarbon sederhana dari kerak bumi yaitu bahan bakar fossil atau minyak bumi.
  • Senyawa Hidrokarbon kompleks sisa makhluk hidup yaitu humus. 

Dari sumber-sumber di atas itulah unsur karbon masuk ke dalam lingkungan organisme. Penyerapan karbon terjadi dalam proses pertumbuhan dan perkembangan yang melibatkan reaksi kimia.

Senyawa Karbon pada Organisme

Tubuh makhluk hidup tersusun atas sel, sel tersusun atas gen, gen tersusun atas DNA dan RNA tersusun atas rantai gula dan protein yang keduanya berasal dari unsur karbon. Artinya menyelimuti hampir seluruh tubuh satu makhluk hidup.

Lalu bagaimana ceritanya makhluk hidup bisa mendapatkan unsur karbon ini? Yakni melalui beberapa proses kimia yang terjadi di alam. Berikut ini adalah beberapa list-nya:

Fotosintesis

Proses yang paling berpengaruh di dalam siklus karbon ialah penyerapan karbon dioksida $\ce {co2}$ di udara oleh tanaman. Ini adalah proses fotosintesis dimana tanaman menyerap karbon dioksida dan menggunakan energi dari foton (cahaya) untuk memproduksi hidrokarbon (khususnya gula). 

Proses ini sangat kompleks dengan melibatkan pigmen klorofil dan organ kloroplas yang terdapat pada daun tumbuhan. Namun secara sederhana dapat diwakilkan oleh reaksi berikut:

$\ce{6 CO_2 + 12 H_2O — h\nu \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6 O_2 + 6 H_2O}$

Setelah menjadi gula (karbohidrat) yang tersimpan dalam tubuh tanaman, senyawa karbon ini kemudian berpindah dari satu organisme ke organisme lainnya melalui rantai makanan. 

Pembakaran dan Metabolisme

Rantai karbon yang terdapat di dalam tubuh makhluk hidup berpindah melalui proses memakan dan dimakan. Proses ini setidaknya menghasilkan energi untuk bergerak dan juga perkembangan dan pertumbuhan tubuh makhluk hidup itu sendiri. Untuk proses produksi energinya, maka secara sederhana digambarkan oleh reaksi pembakaran:


$\ce{C_6H_{12}O_6 + 6 O_2 \rightarrow 6 CO_2+ 6 H_2O}$

Dengan reaksi ini maka senyawa  $\ce{co2}$ akan dilepaskan kembali ke udara. 

Terlarutnya  $\ce{co2}$ ke air

Kandungan $\ce{co2}$ yang terlalu pekat di udara akan terlarut ke dalam air di awan dan jatuh bersama hujan. Dalam proses ini, terdapat perubahan bentuk kimia dari senyawa $\ce{co2}$. Secara sederhana reaksinya ialah:

$CO_2 + H_2O \rightarrow H_2CO_3$

$H_2CO_3 \rightarrow H^+ + HCO_3^-       K_{a1} = 4.2 \times 10^{-7}$

$HCO_3^- \rightarrow H^+ + CO_3^{2-}       K_{a2} = 4.8 \times 10^{-11}$

Ketiga rangkaian reaksi di atas menunjukkan kesetimbangan dimana perubahan bentuk dari $H_2CO_3, HCO_3^-, dan CO_3^{2-}$ itu terjadi secara konstan dan dalam kesetimbangan. 

Dari $CO_2$ terlarut inilah kemudian senyawa karbon dapat berpindah ke batuan atau permukaan tanah.

Proses Sedimentasi

Di dalam lingkungan air, $CO_2$ yang terlarut akan diserap oleh plankton, kerang, udang dan karang laut. Di dalam proses ini terjadi perubahan kimiawi dari senyawa karbon karena bereaksi dengan ion mineral ($¥ce{Ca2+, Mg2+, dll) sehingga dan terbentuk sedimentasi. Secara sederhana dapat diwakilkan oleh reaksi kimia berikut:

$\ce{CO2(aq) + H2O(l) + CaCO3(s) \rightarrow Ca2+(aq) + 2 HCO3-(aq)}$

Reaksi di atas menunjukkan merupakan kesetimbangan pada saat kandungan $CO_2$ dalam air tinggi, namun ketika kandungan $CO_2$  menurun, keasaman lingkungan berkurang dan kesetimbangan berbalik sesuai reaksi:

$\ce{ Ca2+(aq) + 2 HCO3-(aq) \rightarrow CO2(aq) + H2O(l) + CaCO3(s) }$

Proses Pembusukan Makhluk Hidup

Organisme yang mati akan mengalami proses pembusukan atau bisa disebut juga proses dekomposisi. Proses ini melibatkan penghancuran senyawa-senyawa karbon menjadi bentuk yang lebih sederhana.

Di dalam proses ini bisa kita pahami dari kejadian sehari-hari bahwa terbentuk gas karena proses dekomposisi oleh bakteri, jamur dan mikroorganisme. Gas yang terbentuk ialah senyawa hidrokarbon rantai sederhana seperti gas metana, etana, dan propana. 

Selain itu, dalam kondisi tertentu, sisa-sisa karbon dalam tubuh makhluk hidup dapat terkubur di dalam tanah dengan tekanan yang sangat tinggi sehingga menghasilkan bahan bakar fossil. 

Peran Manusia dan Industri dalam Siklus Karbon

Salah satu hal yang sangat penting untuk diketahui ialah peranan manusia terutama industri dalam siklus karbon. Setelah terjadinya revolusi industri dunia, penggunaan bahan bakar fossil meningkat sangat tajam sehingga memperngaruhi keseimbangan siklus karbon. 

Meningkatnya kandungan $CO_2$ di udara menyebabkan polusi udara. Penggunaan bahan bakar fossil secara ekstensif di dalam industri kemudian diturunkan ke produk-produk yang dapat diakses masyarakat, seperti: mobil, motor dan produk kemasan. 

Bagaimanapun, saat ini bukan hanya peran dari pelaku industri saja yang mampu mengembalikan keseimbangan siklus karbon di bumi, melainkan perlu juga peran serta manusia secara keseluruhan untuk mengurangi emisi karbon di udara. 

Sejak ditemukannya sumber-sumber energi alternatif baru dan penggunaan sumber tenaga listrik, manusia menunjukkan perkembangan ke arah yang lebih baik. Emisi karbon telah berkurang walaupun pasokan energi terus bertambah dan teknologi semakin maju. 

Namun perubahan ini masih terasa kecil dan belum mampu menghentikan perubahan iklim yang disebabkan karena global warming. Jumlah pemakaian bahan bakar fossil yang masih tinggi, terutama pada barang-barang konsumsi masyarakat seperti kendaraan bermotor harus dikurangi sesegera mungkin. Peralihan ke sumber energi listrik harus secara massif dilakukan. Tetapi kendalanya saat ini ialah pada teknologi baterai yang mampu menyimpan energi besar.

Lalu apakah manusia akan segera menemukan solusi permasalahan ini? Atau perubahan iklim akan menyebabkan kepunahan besar sekali lagi?

Demikian artikel tentang siklus karbon dan daur biogeokimia karbon. Semoga bermanfaat

Referensi:

Chiah P, C. 2018. The Global Carbon Cycle. chem.libretexts.org. Diakses tanggal: 2/10/2018

Ophardt C. 2013. Carbon Cycle. chem.libretexts.org. Diakses tanggal: 4/10/2018

Helmenstine M, A. 2017. Carbon Cycle. Thought.co. Diakses tanggal: 3/10/2018

Mengaku-ngaku sebagai penulis sejak 2013, tak satupun buku yang berhasil dituliskan. Amatir Garis Keras!

3 thoughts on “Siklus Karbon | Daur Senyawa Karbon

  1. Salam kenal. 😀

    Proses dekomposisi tidak terjadi jika karbon terkubur jauh di dalam tanah. Pada keadaan ini, sangat sedikit sekali organisme hidup di dalamnya, sehingga tidak terjadi biodekomposisi, yang terjadi hanyalah reaksi2 anorganik dari karbon dan menghasilkan bahan bakar fosil.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.