EKOLOGI UMUM : Hubungan Produsen Dan Konsumen Dalam Siklus Daur Kerbon Pada Ekosistem Perairan

Latar Belakang.

               Karbon di alam umumnya dalam bentuk gas dan batuan karbonat, disamping itu juga dalam bentuk bahan organic yang dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan melalui proses fotosintesis yang akan diubah menjadi senyawa organic yang dapat dipergunakan oleh organism lainnya, sebaai pemberi karbon, dan karbon akan kembali lagi ke atmosfer atau karbon dioksida melalui suatu proses metabolisme. Unsur karbon mempunyai kemampuan saling mengikat antar sesamanya sehingga merupakan dasar untuk terbentuknya keragaman dan ukuran molekuler dan tanpa ini kehidupan tidak akan ada.

Daur karbon merupakan bagian dari daur energi. Reaksi fotosintesis sangat esensial untuk daur karbon maupun daur energi, melalui proses fotosintesis tersebut karbon dioksida berhubungan dengan mahluk hidup. Melalui proses fotosintesisnya tumbuhan hijau berperan dalam daur karbon, karbon diubah menjadi karbohidrat dengan bantuan energi matahari dan pigmen klorofil.

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 iamemiliki peran yang penting dalam menyokong kehidupan. Gas-gas lain yang mengandung karbon di atmosfer adalah metan dan kloro floro carbon atau CFC.

Melalui beberapa hal pemahaman mengenai daur karbon, maka inilah yang mendorong dilakukannya percobaan daur karbon ini. 

Tinjauan Pustaka.

Pencemaran lingkungan menjadi salah satu pemicu munculnya penyakit degeneratif yang belakangan makin meningkat prevalensinya. Oleh sebab itu, pengendalian lingkungan harus dilakukan secara terpadu. Menurut Deputi Pengendalian Dampak Lingkungan dan Sumber Institusi Kementerian Lingkungan Hidup Isa Karmisa, dari hasil penelitian JICA, badan peneliti dari Jepang yang bekerja sama dengan Kementerian Lingkungan Hidup 1991-1998, menunjukkan adanya peningkatan jumlah penderita hipertensi akibat pencemaran timbal (Siswono, 2005).

Pada saat ini, pencemaran terhadap lingkungan berlangsung di mana-mana dengan laju yang sangat cepat. Sekarang ini beban pencemaran dalam lingkungan sudah semakin berat dengan masuknya limbah industri dari berbagai bahan kimia termasuk logam berat (Wikimedia foundation, 2005).

Karbon adalah elemen penting karena dapat membentuk bahan organik yang diperlukan bagi kehidupan di bumi. Karbon melalui rute perjalanannya di bumi mengalami suatu siklus yang disebut “siklus karbon”. Melalui siklus karbon kita dapat mempelajari aliran energi di bumi karena hampir seluruh energi kimia yang dibutuhkan untuk hidup disimpan pada bahan organik. Siklus karbon memiliki dua bagian penting yaitu, siklus di daratan dan siklus di perairan. Siklus karbon di perairan meninjau pergerakan karbon melalui ekosistim laut dan siklus karbon di darat meninjau pergerakan karbon melalui ekosistim daratan. Kandungan CO2 bebas di udara adalah sekitar 0,033%, dan cenderung mengalami peningkatan dari hasil penggundulan hutan dan pembakaran bahan bakar fosil (Riyanto, 1985).

Karbon diambil dari gas CO2 oleh tumbuhan utk fotosintesis. CO2 juga dihasilkan oleh tumbuhan dan hewan sebagai hasil pernafasan. Daur karbon melibatkan dua proses yang bersaingan, fotosintesis dan pernafasan. Fotosintesis : CO2+ H2O C6H12O6 + O2. Energi dari karbohidrat digunakan utk pernafasan. Pernafasan : C6H12O6 + O2 CO2+ H2O + energi. Walau energi hasil fotosintesis berlebih, jika pengembalian dlm bentuk CO2 terlalu cepat dapat menyebabkan kerusakan bumi (Riyn, 2009).

Siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan antara biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer bumi. Adapun objek astronomis lainnya bisa jadi memiliki siklus karbon yang hampir sama meskipun hingga kini belum diketahui (Acehpedia, 2009).

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 (Acehpedia, 2009).

Karbon diambil dari atmosfer dengan berbagai cara (Acehpedia, 2009):

1.      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 sirkulasitermohalin yang membawa massa air di permukaan yang lebih berat ke kedalaman laut atau interior laut.

2.      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. 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 dimana selanjutnya dipakai untuk membuat karbonat laut dengan reaksi yang sebaliknya (reverse reaction).

Di ekosistem air, pertukaran C02 dengan atmosfer berjalan secara tidak langsung. CO2 bebas di perairan memiliki konsentrsi sedikit lebih tinggi bila dibandingkan dengan konsentrasi di udara. Hal ini disebabkan karena pH air laut umumnya agak alkalis yang berarti mengandung kation-kation seperti Mg dan Ca dalam jumlah berlebihan. Kondisi seperti ini sangat memungkinkan terjadi reaksi kesetimbangan antara CO2 dan H2O membentuk ion karbonat dan bikarbonat (Campbell, 2002)

Karbon dapat kembali ke atmosfer dengan berbagai cara pula, yaitu (Acehpedia, 2009):

1.      Melalui pernafasan (respirasi) oleh tumbuhan dan binatang. Hal ini merupakan reaksi dan termasuk juga di dalamnya penguraian glukosa (atau molekul organik lainnya) menjadi karbon dioksida dan air.

2.      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.

3.      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 dimana air menjadi lebih hangat, karbon dioksida terlarut dilepas kembali ke atmosfer.

4.      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.

Tumbuhan sebagai pemakai utama karbon akan memanfaatkannya melalui proses siklus materi karbon dan akan kembali lagi ke atmosfer atau sebagai CO₂ sebagai hasil suatu metabolisme. Konsentrasi karbon dioksida yang tinggi akan mempengaruhi tumbuhan dalam mengabsorbsi air dan unsur hara. Unsur karbon mempunyai kemampuan saling mengikat antar sesamanya yang merupakan dasar untuk terbentuknya keragaman dan ukuran molekuler, sehingga tanpa proses ini kehidupan tidak akan ada. Produsen darat (tumbuhan) umumnya mendapatkan CO₂ dari atmosfer sedangkan produsen dalam air memanfaatkan CO₂ yang terlarut sebagai bikarbonat, HCO₃. Kelarutan karbon dioksida dalam air berbeda dengan oksigen karena gas ini bereaksi secara kimiawi dalam air (Umar, 2009).

Metode Percobaan.

III.1 Alat

            Alat-alat yang digunakan pada percobaan ini yaitu botol sampel, balon lampu, pipet tetes,  ruang/kamar gelap dan gunting.

III.2 Bahan

            Bahan-bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu bromtimol biru, air, siput kecil (Lymnaea sp) sebagai konsumen dan Hydrilla verticillata sebagai produsen, plastic transparan dan karet gelang.

III.3 Cara Kerja

1.        Menyediakan 2 seri percobaan A dan B yang masing-masing terdiri atas 4 botol perlakuan. Memberikan label pada setiap botol dengan kode A1, A2, A3 dan A4 serta B1, B2, B3 dan B4.

2.        Mengisi air secukupnya pada tiap botol.

3.        Menambahkan ± 1 tetes bromtimol biru ke dalam setiap botol perlakuan kemudian mengocoknya.

4.        Memasukkan siput Lymneae sp ke dalam botol A1 dan B1, siput Lymneae sp dan Hydrilla sp ke dalam botol A2 dan B2, Hydrilla sp ke dalam botol A3 dan B3 serta A4 dan B4 sebagai control (tanpa perlakuan).

5.        Menempatkan kelompok A1-A4 pada tenpat terang dan kelompok B1-B4 pada kamar gelap.

6.        Mengamati percobaan tersebut dengan interval waktu setiap 24 jam selama 3 hari.Mencatat perubahan warna air dan keadaan organisme setiap pengamatan.

7.        Melakukan pertukaran kelompok, yaitu B1-B2 diletakkan pada tempat terang dan kelompok A1-A2 pada tempat gelap.

8.        Mengamati kembali dengan interval waktu 24 jam selama 2 hari. Dan mencatat perubahan warna yang terjadi.

9.        Membuat data hasil pengamatan dan kesimpulan yang didapatkan.