Senyawa Karbon merupakan salah satu elemen paling dasar dari setiap makhluk hidup. Senyawa Karbon ini juga merupakan komponen yang mempunyai tugas 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 bermacam-macam bentuk dan di hampir semua lapisan bumi baik sebagai makhluk hidup maupun benda mati. Molekul-molekul yang penting dalam membentuk badan mahluk hidup ibarat 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 yaitu 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 prosedur dari alam untuk memakai kembali kandungan karbon yang ada dengan aneka macam cara dan di aneka macam tempat.
Senyawa Karbon akan bergerak dari atmosfer masuk ke badan 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) yaitu unsur yang sangat esensial dalam membentuk badan 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, binatang dan basil bisa hidup lantaran adanya senyawa karbon. Konsentrasi unsur karbon di dalam badan 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 imbas rumah kaca. Gas ini juga menjadi salah satu penyebab hujan asam. Oleh lantaran itu memahami bagaimana siklus karbon terjadi merupakan langkah yang sempurna dalam evakuasi 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 sanggup diciptakan dan tidak sanggup dimusnahkan? Itu yaitu aturan 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 bagan siklus karbon global yang terjadi:
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 kerikil 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 materi 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 badan satu makhluk hidup.
Lalu bagaimana ceritanya makhluk hidup bisa mendapat unsur karbon ini? Yakni melalui beberapa proses kimia yang terjadi di alam. Berikut ini yaitu beberapa list-nya:
Fotosintesis
Proses yang paling kuat di dalam siklus karbon ialah peresapan karbon dioksida $\ce {co2}$ di udara oleh tanaman. Ini yaitu proses fotosintesis dimana tumbuhan menyerap karbon dioksida dan memakai 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 sanggup 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 badan tanaman, senyawa karbon ini kemudian berpindah dari satu organisme ke organisme lainnya melalui rantai makanan.
Pembakaran dan Metabolisme
Rantai karbon yang terdapat di dalam badan makhluk hidup berpindah melalui proses memakan dan dimakan. Proses ini setidaknya menghasilkan energi untuk bergerak dan juga perkembangan dan pertumbuhan badan 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 mengatakan 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 sanggup 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 lantaran bereaksi dengan ion mineral ($¥ce{Ca2+, Mg2+, dll) sehingga dan terbentuk sedimentasi. Secara sederhana sanggup diwakilkan oleh reaksi kimia berikut:
$\ce{CO2(aq) + H2O(l) + CaCO3(s) \rightarrow Ca2+(aq) + 2 HCO3-(aq)}$
Reaksi di atas mengatakan merupakan kesetimbangan pada ketika 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 bencana sehari-hari bahwa terbentuk gas lantaran proses dekomposisi oleh bakteri, jamur dan mikroorganisme. Gas yang terbentuk ialah senyawa hidrokarbon rantai sederhana ibarat gas metana, etana, dan propana.
Selain itu, dalam kondisi tertentu, sisa-sisa karbon dalam badan makhluk hidup sanggup terkubur di dalam tanah dengan tekanan yang sangat tinggi sehingga menghasilkan materi bakar fossil.
Peran Manusia dan Industri dalam Siklus Karbon
Salah satu hal yang sangat penting untuk diketahui ialah peranan insan terutama industri dalam siklus karbon. Setelah terjadinya revolusi industri dunia, penggunaan materi bakar fossil meningkat sangat tajam sehingga memperngaruhi keseimbangan siklus karbon.
Meningkatnya kandungan $CO_2$ di udara mengakibatkan polusi udara. Penggunaan materi bakar fossil secara ekstensif di dalam industri kemudian diturunkan ke produk-produk yang sanggup diakses masyarakat, seperti: mobil, motor dan produk kemasan.
Bagaimanapun, ketika ini bukan hanya tugas dari pelaku industri saja yang bisa mengembalikan keseimbangan siklus karbon di bumi, melainkan perlu juga tugas serta insan secara keseluruhan untuk mengurangi emisi karbon di udara.
Sejak ditemukannya sumber-sumber energi alternatif gres dan penggunaan sumber tenaga listrik, insan mengatakan 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 bisa menghentikan perubahan iklim yang disebabkan lantaran global warming. Jumlah pemakaian materi bakar fossil yang masih tinggi, terutama pada barang-barang konsumsi masyarakat ibarat kendaraan bermotor harus dikurangi sesegera mungkin. Peralihan ke sumber energi listrik harus secara massif dilakukan. Tetapi kendalanya ketika ini ialah pada teknologi baterai yang bisa menyimpan energi besar.
Lalu apakah insan akan segera menemukan solusi permasalahan ini? Atau perubahan iklim akan mengakibatkan kepunahan besar sekali lagi?
Demikian artikel wacana 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
Sumber https://mystupidtheory.com