Daur Fosfor 2a48y

Daur fosfor yaitu daur atau siklus yang melibatkan fosfor, dalam hal input atau sumber fosfor-proses yang terjadi terhadap fosfor- hingga kembali menghasilkan fosfor lagi. Daur fosfor dinilai paling sederhana daripada daur lainnya, karena tidak melalui atmosfer. fosfor di alam didapatkan dari: batuan, bahan organik, tanah, tanaman, PO4- dalam tanah. kemudian inputnya adalah hasil pelapukan batuan. dan outputnya: fiksasi mineral dan pelindikan. fosfor berupa fosfat yang diserap tanaman untuk sintesis senyawa organik. Humus dan partikel tanah mengikat fosfat, jadi daur fosfat dikatakan daur lokal. Di alam, fosfor terdapat dalam dua bentuk, yaitu senyawa fosfat organik (pada tumbuhan dan hewan) dan senyawa fosfat anorganik (pada air dan tanah). Fosfat organik dari hewan dan tumbuhan yang mati diuraikan oleh decomposer (pengurai) menjadi fosfat anorganik. Fosfat anorganik yang terlarut di air tanah atau air laut akan terkikis dan mengendap di sedimen laut. Oleh karena itu, fosfat banyak terdapat di batu karang dan fosil. Fosfat dari batu dan fosil terkikis dan membentuk fosfat anorganik terlarut di air tanah dan laut. Fosfat anorganik ini kemudian akan diserap oleh akar tumbuhan lagi. Siklus ini berulang terus menerus. Fosfor dialam dalam bentuk terikat sebagai Ca-fosfat, Fe- atau Al-fosfat, fitat atau protein. Bakeri yang berperan dalam siklus fosfor : Bacillus, Pesudomonas, Aerobacter aerogenes, Xanthomonas, dll. Mikroorganisme (Bacillus, Pseudomonas, Xanthomonas, Aerobacter aerogenes) dapat melarutkan P menjadi tersedia bagi tanaman. Daur fosfor terlihat akibat aliran air pada batu-batuan akan melarutkan bagian permukaan mineral termasuk fosfor akan terbawa sebagai sedimentasi ke dasar laut dan akan dikembalikan ke daratan.

Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Siklus nitrogen secara khusus sangat dibutuhkan dalam ekologi karena ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat proses ekosistem kunci, termasuk produksi primer dan dekomposisi. Aktivitas manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan pelepasan nitrogen dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus nitrogen global. Pembukaannya sudah cukup, sekarang kita menginjak ke detail proses daur / siklus nitrogen.

Nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia termasuk nitrogen organik, amonium (NH4 +), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), dan gas nitrogen (N2). Nitrogen organik dapat berupa organisme hidup, atau humus, dan dalam produk antara dekomposisi bahan organik atau humus dibangun. Proses siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia lain. Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Diagram di atas menunjukkan bagaimana proses-proses cocok bersama untuk membentuk siklus nitrogen (lihat gambar). 1. Fiksasi Nitrogen Fiksasi nitrogen adalah proses alam, biologis atau abiotik yang mengubah nitrogen di udara menjadi ammonia (NH3). Mikroorganisme yang mem-fiksasi nitrogen disebut diazotrof. Mikroorganisme ini memiliki enzim nitrogenaze yang dapat menggabungkan hidrogen dan nitrogen. Reaksi untuk fiksasi nitrogen biologis ini dapat ditulis sebagai berikut : N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2

Mikro organisme yang melakukan fiksasi nitrogen antara lain : Cyanobacteria, Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan Frankia. Selain itu ganggang hijau biru juga dapat memfiksasi nitrogen. Beberapa tanaman yang lebih tinggi, dan beberapa hewan (rayap), telah membentuk asosiasi (simbiosis) dengan diazotrof. Selain dilakukan oleh mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi pada proses non-biologis, contohnya sambaran petir. Lebih jauh, ada empat cara yang dapat mengkonversi unsur nitrogen di atmosfer menjadi bentuk yang lebih reaktif : a. Fiksasi biologis: beberapa bakteri simbiotik (paling sering dikaitkan dengan tanaman polongan) dan beberapa bakteri yang hidup bebas dapat memperbaiki nitrogen sebagai nitrogen organik. Sebuah contoh dari bakteri pengikat nitrogen adalah bakteri Rhizobium mutualistik, yang hidup dalam nodul akar kacang-kacangan. Spesies ini diazotrophs. Sebuah contoh dari hidup bebas bakteri Azotobacter. b. Industri fiksasi nitrogen : Di bawah tekanan besar, pada suhu 600 C, dan dengan penggunaan katalis besi, nitrogen atmosfer dan hidrogen (biasanya berasal dari gas alam atau minyak bumi) dapat dikombinasikan untuk membentuk amonia (NH3). Dalam proses Haber-Bosch, N2 adalah diubah bersamaan dengan gas hidrogen (H2) menjadi amonia (NH3), yang digunakan untuk membuat pupuk dan bahan peledak. c. Pembakaran bahan bakar fosil : mesin mobil dan pembangkit listrik termal, yang melepaskan berbagai nitrogen oksida (NOx). d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2 dan O2 karena foton dan terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen. 2. Asimilasi Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik dalam bentuk ion nitrat atau ion amonium. Sedangkan hewan memperoleh nitrogen dari tanaman yang mereka makan. Tanaman dapat menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui rambut akarnya. Jika nitrat diserap, pertama-tama direduksi menjadi ion nitrit dan kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan klorofil. Pada tanaman yang memiliki hubungan mutualistik dengan rhizobia, nitrogen dapat berasimilasi dalam bentuk ion amonium langsung dari nodul. Hewan, jamur, dan organisme heterotrof lain mendapatkan nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil. 3. Amonifikasi Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur. 4. Nitrifikasi Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri yang hidup di dalam tanah dan bakteri nitrifikasi lainnya. Tahap utama nitrifikasi, bakteri nitrifikasi seperti spesies Nitrosomonas mengoksidasi amonium (NH4 +) dan mengubah amonia menjadi nitrit (NO2-). Spesies bakteri lain, seperti Nitrobacter, bertanggung jawab untuk oksidasi nitrit menjadi dari nitrat (NO3-). Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman. Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut ini :

1. NH3 + CO2 + 1.5 O2 + Nitrosomonas → NO2- + H2O + H+ 2. NO2- + CO2 + 0.5 O2 + Nitrobacter → NO33. NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e− 4. NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e note : "Karena kelarutannya yang sangat tinggi, nitrat dapat memasukkan air tanah. Peningkatan nitrat dalam air tanah merupakan masalah bagi air minum, karena nitrat dapat mengganggu tingkat oksigen darah pada bayi dan menyebabkan sindrom methemoglobinemia atau bayi biru. Ketika air tanah mengisi aliran sungai, nitrat yang memperkaya air tanah dapat berkontribusi untuk eutrofikasi, sebuah proses dimana populasi alga meledak, terutama populasi alga biru-hijau. Hal ini juga dapat menyebabkan kematian kehidupan akuatik karena permintaan yang berlebihan untuk oksigen. Meskipun tidak secara langsung beracun untuk ikan hidup (seperti amonia), nitrat dapat memiliki efek tidak langsung pada ikan jika berkontribusi untuk eutrofikasi ini." 5. Denitrifikasi Denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat untuk kembali menjadi gas nitrogen (N2), untuk menyelesaikan siklus nitrogen. Proses ini dilakukan oleh spesies bakteri seperti Pseudomonas dan Clostridium dalam kondisi anaerobik. Mereka menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron di tempat oksigen selama respirasi. Fakultatif anaerob bakteri ini juga dapat hidup dalam kondisi aerobik. Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui beberapa kombinasi dari bentuk peralihan sebagai berikut: −

−

NO3 → NO2 → NO + N2O → N2 (g)

Proses denitrifikasi lengkap dapat dinyatakan sebagai reaksi redoks: −

−

+

2 NO3 + 10 e + 12 H → N2 + 6 H2O

6. Oksidasi Amonia Anaerobik Dalam proses biologis, nitrit dan amonium dikonversi langsung ke elemen (N2) gas nitrogen. Proses ini membentuk sebagian besar dari konversi nitrogen unsur di lautan. Reduksi dalam kondisi anoxic juga dapat terjadi melalui proses yang disebut oksidasi amonia anaerobik +

−

NH4 + NO2 → N2 + 2 H2O

Belerang atau sulfur merupakan unsur penyusun protein. Tumbuhan mendapat sulfur dari dalam tanah dalam bentuk sulfat (SO4 ). Kemudian tumbuhan tersebut dimakan hewan sehingga sulfur berpindah ke hewan. Lalu hewan dan tumbuhan mati diuraikan menjadi gas H2S atau menjadi sulfat lagi. Secara alami, belerang terkandung dalam tanah dalam bentuk mineral tanah. Ada juga yang gunung berapi dan sisa pembakaran minyak bumi dan batubara. Daur tipe sedimen cenderung untuk lebih kurang sempurna dan lebih mudah diganggu oleh gangguan setempat sebab sebagian besar bahan terdapat dalam tempat dan relatif tidak aktif dan tidak bergerak di dalam kulit bumi. Akibatnya, beberapa bagian dari bahan yang dapat dipertukarkan cenderung " hilang" untuk waktu yang lama apabila gerakan menurunnya jauh lebih cepat dari pada gerakan "naik" kembali. Setiap daur melibatkan unsur organisme untuk membantu menguraikan senyawa-senyawa menjadi unsur-unsur. Dalam daur belerang misalnya, mikroorganisme yang bertanggung jawab dalam setiap trasformasi adalah sebagai berikut : 1. H2S → S → SO4; bakteri sulfur tak berwarna, hijau dan ungu.

2. SO4 → H2S (reduksi sulfat anaerobik), bakteri desulfovibrio. 3. H2S → SO4 (Pengokaidasi sulfide aerobik); bakteri thiobacilli. 4. S organik → SO4 + H2S, masing-masing mikroorganisme heterotrofik

PROSES DALAM SIKLUS KARBON Secara umum, karbon akan diambil dari udara oleh organisme fotoautotrof (tumbuhan, ganggang, dll yang mampu melaksanakan fotosintesis). organisme tersebut, sebut saja tumbuhan, akan memproses karbon menjadi bahan makanan yang disebut karbohidrat, dengan proses kimia sebagai berikut : 6 CO2 + 6 H2O (+Sinar Matahari yg diserap Klorofil) ↔ C6H12O6 + 6 O2 Karbondioksida + Air (+Sinar Matahari yg diserap Klorofil)↔ Glukosa + Oksigen nah, hasil sintesa karbohidrat itu dimakan para makhluk hidup heterotrof sebagai makanan plus oksigen untuk bernafas. Ngga peduli makhluk herbivora, carnivora, atau omnivora, sumber pertama energi yang tersimpan dalam karbohidrat adalah tumbuhan. Karbon di dalam sistem respirasi akan dilepas kembali dalam bentuk CO2 yang nantinya dilepaskan saat pernafasan. Selain pelepasan CO2 ke udara saat pernafasan, para detrivor (pembusuk) juga melepaskan CO2 ke udara dalam proses pembusukan. Manusia juga tidak kalah peran dalam proses ini. Hasil segala pembakaran, mulai dari pembakaran sampah, pembakaran bahan bakar minyak di dalam kendaraan bermotor, asap pabrik, dan lain-lain juga melepaskan CO2 ke udara. CO2 di udara nantinya akan ditangkap oleh tumbuhan lagi dan siklus mulai dari awal lagi. Di daratan, proses pengubahan CO2 menjadi karbohidrat dan melepaskan oksigen dilakukan oleh tumbuhan darat, sebaliknya, di daerah perairan, peran ini dimainkan oleh organisme-organisme fotoautotrof perairan seperti ganggang, fitoplankton, dan lain-lain. begitupula dengan peran yang melepaskan CO2 ke udara. Hal itu dilaksanakan oleh para detrovor dan organisme heterotrof. Di daratan ada manusia, kambing, sapi, harimau, dll. di lautan ada berbagai jenis ikan dan makhlukmakhluk perairan. Proses daur karbon dialam pertama kali diusulkan pada tahun 1938 oleh fisikawan Hans Bethe. Menurut beliau daur karbon atau daur cc (carbon cycle) adalah salah satu dari dua reaksi fusi yang mengubah hidrogen menjadi helium di dalam inti bintang, reaksi lainnya adalah reaksi rantai protonproton. Siklus Karbon Reaksi rantai proton-proton terutama terjadi di dalam bintang-bintang seukuran Matahari atau lebih kecil, namun reaksi pertama dari rantai proton-proton yang melibatkan dua proton memiliki penampang nuklir (cross section) yang kecil. Pada temperatur yang lebih tinggi bottleneck tersebut dilalui dengan memanfaatkan atom-atom karbon sebagai katalis dalam reaksi. Pada kondisi suhu inti Matahari, hanya 1,7% 4He yang diproduksi melalui mekanisme daur karbon ini, tetapi di dalam bintang-bintang yang lebih berat daur karbon menjadi sumber energi utama. Daur karbon juga dapat diartikan sebagai Rangkaian transformasi, karbon dioksida ditetapkan sebagai karbon atau senyawa karbon dalam organisme-organisme hidup melalui fotosintesa atau komosintesi, dibebaskan melalui respirasi dan atau kematian dan penguraian organisme pengikat, yang digunakan oleh spesies heterofik, dan akhirnya dikembalikan kepada keadaan asli untuk digunakan lagi. 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. Reaksi tersebut biasanya terjadi dihutan-hutan padang rumput dan juga dirumput laut dilautan. Dalam daur karbon,karbon dioksida dibutuhkan tumbuhan yang kemudian akan dikonsumsi hewan, ikan dan manusia untuk kebutuhan sel dan energi. Dalam bentuk karbon dioksida dikembalikan kealam, bila hewan atau tumbuhan tersebut mati akibat kerja mikroorganisme karbon akan dikembalikan kebumi. B AGON

Siklus Nitrogen Tahap atmosfer dominan dalam siklus nitrogen global, di mana fiksasi nitrogen dan denitrifikasi oleh organisme mikroba yang jauh yang paling penting (Gambar 18.21b). Udara nitrogen juga tetap oleh pelepasan petir selama badai dan mencapai tanah seperti asam nitrat terlarut dalam air hujan, tetapi hanya sekitar 3-4% nitrogen tetap berasal dari jalur ini. Organik bentuk nitrogen juga luas di atmosfer, beberapa yang hasil dari reaksi hidrokarbon dan oksida nitrogen dalam massa udara tercemar. Selain itu, amina dan urea secara alami disuntikkan sebagai aerosol atau gas dari daratan dan perairan ekosistem, dan sumber ketiga terdiri dari bakteri dan serbuk sari (Neff et al, 2002.). Sementara fase atmosfer menghasilkan yang paling masukan penting dari nitrogen, juga ada bukti bahwa nitrogen dari sumber geologi tertentu dapat memicu produktivitas lokal di darat dan air tawar masyarakat (Holloway et al, 1998.; Thompson et al, 2001.). Besarnya fluks nitrogen dalam sungai mengalir dari darat ke komunitas air mungkin relatif kecil, tetapi ini tidak berarti tidak penting untuk sistem air terlibat. Hal ini karena nitrogen adalah salah satu dari dua elemen (Bersama dengan fosfor) yang paling sering membatasi pertumbuhan tanaman. Akhirnya, ada kerugian tahunan kecil nitrogen untuk sedimen laut. Dalam model untuk bagian darat dari nitrogen, biosfer fiksasi menyumbang masukan dari 211 Tg N tahun-1. Ini adalah sumber utama dari nitrogen tahunan dan dapat dibandingkan dengan jumlah total yang tersimpan di vegetasi terestrial dan tanah dari 296 Pascasarjana tahun-1 (280 Pascasarjana tahun-1 yang ada di tanah, dan 90% dari ini dalam bentuk organik) (Lin et al., 2000).

Kegiatan manusia memiliki berbagai efek luas pada siklus nitrogen. Deforestasi, dan pembukaan lahan secara umum, menyebabkan peningkatan substansial dalam fluks nitrat dalam aliran aliran dan kerugian N2O ke atmosfer (lihat Bagian 18.2.2). Selain itu, proses teknologi menghasilkan nitrogen tetap sebagai produk sampingan dari pembakaran internal dan dalam produksi pupuk. Praktek pertanian menanam tanaman legum, dengan bintil akar mereka mengandung bakteri pengikat nitrogen, memberikan kontribusi lebih lanjut untuk fiksasi nitrogen. Bahkan, jumlah nitrogen tetap yang dihasilkan oleh aktivitas manusia adalah urutan yang sama besarnya dengan yang dihasilkan oleh fiksasi nitrogen alami. Produksi pupuk nitrogen (lebih dari 50 tahun Tg-1) adalah arti khusus karena proporsi yang cukup pupuk ditambahkan ke tanah menemukan jalan ke sungai dan danau. Konsentrasi artifisial menaikkan nitrogen memberikan kontribusi pada proses eutrofikasi budaya danau. Kegiatan manusia menimpa pada fase atmosfer dari nitrogen siklus juga. Sebagai contoh, pemupukan tanah pertanian menyebabkan limpasan meningkat serta peningkatan denitrifikasi, dan penanganan dan

menyebarkan pupuk di daerah intensif peternakan melepaskan sejumlah besar amonia untuk atmosfer. Atmosfer amonia (NH3) semakin diakui sebagai polutan utama ketika disimpan melawan arah angin bidang peternakan (Sutton et al., 1993). Karena banyak tanaman masyarakat yang disesuaikan dengan kondisi gizi rendah, masukan peningkatan nitrogen dapat diperkirakan akan menyebabkan perubahan pada komunitas komposisi. Dataran rendah heathland sangat sensitif terhadap pengayaan nitrogen (ini adalah mitra terestrial ke danau eutrofikasi) dan, misalnya, lebih dari 35% mantan Belanda heathland kini telah digantikan oleh padang rumput (Bobbink et al., 1992). Masyarakat sensitif lebih lanjut termasuk padang rumput gampingan dan ramuan dataran tinggi dan flora bryophyte, di mana penurunan kekayaan spesies telah dicatat (Sutton et al., 1993). Vegetasi beberapa komunitas darat lainnya mungkin kurang sensitif, karena dapat mencapai tahap di mana nitrogen adalah tidak terbatas. Peningkatan deposisi nitrogen untuk hutan, misalnya, dapat diharapkan dapat menghasilkan awalnya pertumbuhan hutan meningkat, namun pada titik tertentu sistem menjadi 'nitrogen jenuh' (Aber, 1992). Kenaikan lebih lanjut dalam deposisi nitrogen dapat diharapkan untuk 'menerobos' ke drainase, dengan konsentrasi mengangkat nitrogen dalam aliran limpasan berkontribusi terhadap eutrofikasi danau hilir. Ada bukti yang jelas dari peningkatan emisi NH3 selama beberapa dekade terakhir dan perkiraan saat ini menunjukkan bahwa untuk 60-80% dari masukan nitrogen antropogenik terhadap ekosistem Eropa, setidaknya di daerah lokal di sekitar operasi ternak (Sutton et al, 1993.). Para 20-40% lainnya berasal dari oksida nitrogen (NOx), yang dihasilkan dari pembakaran minyak dan batubara di pembangkit listrik, dan dari proses industri dan emisi lalu lintas. Atmosfer NOx diubah, dalam beberapa hari, menjadi asam nitrat, yang memberikan kontribusi, bersama dengan NH3, untuk keasaman presipitasi dalam dan arah angin dari daerah industri. Asam sulfat adalah penyebab lain, dan kami menguraikan konsekuensi dari hujan asam pada bagian berikutnya, setelah berurusan dengan siklus belerang global. Siklus Sulfur Pada siklus fosfor global yang kita telah melihat bahwa litosfer fase dominan (Gambar 18.21a), sedangkan siklus nitrogen memiliki atmosfer fase penting yang sangat besar (Gambar 18.21b). Belerang, sebaliknya, memiliki fase atmosfer dan litosfer besarnya sama (Gambar 18.21c).

Tiga proses biogeokimia alami melepaskan sulfur ke atmosfer: (i) pembentukan volatil senyawa dimethylsulfide (DMS) (oleh kerusakan enzimatik dari senyawa melimpah di fitoplankton dimethylsulfonioproprionate), (ii) respirasi anaerobik oleh sulfat-mengurangi bakteri, dan (iii) aktivitas gunung berapi. Total rilis biologis sulfur ke atmosfer diperkirakan 22 Tg S-1 tahun, dan ini lebih dari 90% adalah dalam bentuk DMS. Sebagian besar sisanya diproduksi oleh bakteri sulfur yang melepaskan mengurangi senyawa sulfur, terutama H2S, dari terendam air rawa rawa dan masyarakat dan dari masyarakat kelautan terkait dengan flat pasang surut. Produksi Vulkanik menyediakan lanjut 7 Tg S-1 tahun ke atmosfer (Simo, 2001). Sebuah arus balik dari atmosfer melibatkan oksidasi senyawa sulfur untuk sulfat, yang mengembalikan ke bumi karena keduanya wetfall dan dryfall. Pelapukan batuan menyediakan sekitar setengah belerang pengeringan di atas tanah ke sungai dan danau, sisanya berasal dari sumber atmosfer. Dalam perjalanan ke laut, sebagian sulfur yang tersedia (terutama sulfat terlarut) diambil oleh tanaman, melewati sepanjang rantai makanan dan, melalui proses dekomposisi, menjadi tersedia lagi bagi tanaman. Namun, dibandingkan dengan fosfor dan nitrogen, sebagian kecil jauh lebih kecil

dari fluks sulfur terlibat dalam daur ulang internal dalam komunitas daratan dan perairan. Akhirnya, ada kerugian terus menerus belerang untuk sedimen laut, terutama melalui proses abiotik seperti konversi H2S, melalui reaksi dengan besi, untuk sulfida besi (yang memberikan sedimen laut warna hitam mereka). Pembakaran bahan bakar fosil adalah gangguan manusia utama dengan siklus belerang global (batubara mengandung sulfur 1-5% dan minyak mengandung 2-3%). Para SO2 dirilis ke atmosfer dioksidasi dan diubah menjadi asam sulfat dalam tetesan aerosol, sebagian besar kurang dari 1μm dalam ukuran. Rilis alam dan manusia sulfur ke atmosfer yang besarnya sama dan bersama-sama meliputi 70 Tg S tahun-1 (Simo, 2001). Sedangkan input alami tersebar cukup merata di dunia, input yang paling manusia terkonsentrasi di dalam dan sekitar kawasan industri di Eropa utara dan timur Amerika Utara, di mana mereka dapat memberikan kontribusi hingga 90% dari total (Fry & Cooke, 1984). Konsentrasi menurun secara progresif melawan arah angin dari situs produksi, tetapi mereka masih bisa tinggi di jarak beberapa ratus kilometer. Dengan demikian, satu bangsa bias SO2 ekspor ke negara-negara lain; terpadu politik internasional tindakan yang diperlukan untuk mengatasi masalah yang muncul. Air dalam kesetimbangan dengan CO2 dalam bentuk suasana encer asam karbonat dengan pH sekitar 5,6. Namun, pH asam presipitasi (hujan atau salju) dapat rata-rata di bawah 5,0, dan nilai-nilai serendah 2,4 telah dicatat di Inggris, di Skandinavia 2,8 dan 2,1 di Amerika Serikat. Emisi SO2 sering berkontribusi paling banyak untuk masalah hujan asam, meskipun bersama NOx dan NH3 untuk 30-50% dari masalah (Mooney dkk, 1987;.. Sutton et al, 1993). Kita lihat sebelumnya bagaimana pH rendah secara drastis dapat mempengaruhi biota sungai dan danau (lihat Bab 2). Hujan asam (lihat Bagian 2.8) telah bertanggung jawab atas kepunahan ikan dalam ribuan danau, terutama di Skandinavia. Selain itu, pH rendah dapat memiliki konsekuensi yang luas bagi hutan dan masyarakat darat lainnya. Hal ini dapat mempengaruhi tanaman secara langsung, dengan memecah lipid dalam membran daun dan merusak, atau tidak langsung, dengan meningkatkan pencucian beberapa unsur hara dari tanah dan dengan rendering nutrisi lainnya tidak tersedia untuk penyerapan oleh tanaman. Penting untuk dicatat bahwa beberapa gangguan terhadap siklus biogeokimia timbul melalui tidak langsung, efek 'knock-on' pada komponen biogeokimia lainnya. Misalnya, perubahan dalam fluks sulfur dalam diri mereka tidak selalu merusak komunitas darat dan air, tetapi efek dari kemampuan sulfat untuk memobilisasi logam seperti aluminium, yang banyak organisme yang sensitif, secara tidak langsung dapat menyebabkan perubahan dalam komposisi masyarakat. (Dalam konteks lain, sulfat di danau dapat mengurangi kemampuan untuk mengikat besi fosfor, melepaskan fosfor dan meningkatkan produktivitas fitoplankton (Caraco, 1993).) Asalkan pemerintah menunjukkan kemauan politik untuk mengurangi emisi SO2 dan NOx (misalnya, dengan memanfaatkan teknik telah tersedia untuk menghilangkan sulfur dari batubara dan minyak), masalah hujan asam harus dapat dikendalikan. Memang pengurangan emisi sulfur telah terjadi di berbagai belahan dunia.

Siklus Karbon Fotosintesis dan respirasi adalah dua proses yang berlawanan yang mendorong siklus karbon global. Ini umumnya merupakan siklus gas, dengan CO2 sebagai kendaraan utama fluks antara atmosfer, hidrosfer dan biota. Secara historis, litosfer hanya memainkan peran kecil, bahan bakar fosil berbaring sebagai reservoir karbon aktif sampai intervensi manusia di abad-abad terakhir (Gambar 18.21d).

Tanaman terestrial menggunakan CO2 di atmosfer sebagai sumber karbon mereka untuk fotosintesis, sedangkan tanaman air menggunakan karbonat terlarut (karbon yaitu dari hidrosfer). Kedua subcycles dihubungkan oleh pertukaran CO2 antara atmosfer dan lautan sebagai berikut CO2 atmosfer 0 CO2 terlarut CO2 + H2O H2CO3 0 (asam karbonat). Selain itu, karbon menemukan jalan ke perairan darat dan lautan sebagai bikarbonat yang dihasilkan dari pelapukan (karbonasi) batuan calciumrich seperti batu gamping dan kapur: CO2 + H2O + CaCO3 0 CaH2 (CO3) 2. Pernafasan dari tanaman, hewan dan mikroorganisme rilis karbon yang terkunci dalam produk fotosintesis kembali ke atmosfer dan hydrospheric karbon kompartemen. Konsentrasi CO2 di atmosfer telah meningkat dari sekitar 280 bagian per juta (ppm) pada tahun 1750 menjadi lebih dari 370 ppm hari ini dan masih meningkat. Pola peningkatan dicatat di Mauna Loa Observatory di Hawaii sejak tahun 1958 ditunjukkan pada Gambar 18,22. (Perhatikan penurunan siklus CO2 dikaitkan dengan tingkat lebih tinggi dari fotosintesis selama musim panas di belahan bumi utara - yang menunjukkan kenyataan bahwa sebagian besar daratan dunia adalah utara khatulistiwa.)

Kami membahas ini peningkatan CO2 di atmosfer, dan berlebihan terkait dalam efek rumah kaca, dalam Bagian 2.9.1 dan 2.9.2, tetapi dipersenjatai dengan apresiasi yang lebih komprehensif dari anggaran karbon, kita sekarang dapat mengunjungi kembali hal ini. Penyebab utama kenaikan tersebut telah pembakaran bahan bakar fosil dan, dalam tingkat yang jauh lebih kecil, pembakaran kiln batu kapur untuk memproduksi semen (yang terakhir menghasilkan kurang dari 2% dari yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar fosil). Bersama-sama, selama periode 1980-1995, ini menyumbang kenaikan bersih suasana rata-rata 5,7 (± 0,5) Pascasarjana C tahun-1 (Houghton, 2000). Perubahan penggunaan lahan telah menyebabkan 1,9 lebih lanjut (± 0,2) Pascasarjana karbon memasuki atmosfer setiap tahun. Eksploitasi hutan tropis menyebabkan pelepasan CO2 yang signifikan, tetapi efek yang tepat tergantung pada apakah hutan ditebang untuk pertanian permanen, perladangan berpindah atau produksi kayu. Pembakaran yang mengikuti pembukaan hutan paling cepat mengkonversi beberapa vegetasi dengan CO2, sementara pembusukan rilis vegetasi yang tersisa CO2 selama periode lebih lama. Jika hutan telah dibersihkan untuk menyediakan untuk pertanian permanen, kandungan karbon tanah dikurangi dengan dekomposisi bahan organik, oleh erosi dan kadang-kadang dengan penghilangan mekanik humus. Clearance untuk pertanian pergeseran memiliki efek yang serupa, tetapi regenerasi flora tanah dan hutan sekunder selama periode bera disekap proporsi dari karbon awalnya hilang. Perladangan berpindah dan ekstraksi kayu melibatkan 'sementara' pembersihan di mana pelepasan bersih CO2 per satuan luas secara signifikan kurang dari halnya untuk izin 'permanen' untuk pertanian atau padang rumput. Perubahan penggunaan lahan di komunitas terestrial nontropis tampaknya memiliki efek yang dapat diabaikan di internet pelepasan CO2 ke atmosfer. Jumlah karbon yang dilepaskan setiap tahun ke atmosfer oleh aktivitas manusia (7,6 Pascasarjana C tahun-1; lihat Bagian 2.9.1) dapat dibandingkan dengan tahun-1 100-120 Pascasarjana C dirilis secara alami oleh respirasi biota di dunia (Houghton, 2000). Mana CO2 ekstra pergi? Peningkatan yang diamati dalam rekening CO2 di atmosfer untuk 3,2 (± 1,0) Pascasarjana C tahun-1 (yaitu 42% dari input manusia). Banyak istirahat, 2.1 (± 0,6) Pascasarjana C tahun-1, larut dalam lautan. Hal ini membuat 2,3 Pascasarjana C tahun-1, yang umumnya meletakkan ke wastafel terestrial sisa, besarnya, lokasi dan penyebab yang tidak pasti, tapi diyakini melibatkan produktivitas meningkat terestrial di utara lintang pertengahan daerah (yaitu bagian dari peningkatan CO2 dapat berfungsi untuk 'menyuburkan' komunitas terestrial dan diasimilasikan menjadi biomassa tambahan) dan pemulihan hutan dari gangguan sebelumnya (Houghton, 2000).

Ada yang cukup besar dari tahun ke tahun variasi dalam estimasi sumber CO2 dan tenggelam, dan peningkatan di atmosfer (Gambar 18,23). Memang, variasi ini adalah apa yang memungkinkan kesalahan standar untuk ditempatkan pada nilai rata-rata dalam paragraf sebelumnya. Penurunan peningkatan atmosfer CO2 antara tahun 1981 dan 1982 diikuti kenaikan dramatis dalam harga minyak, sedangkan penurunan pada tahun 1992 dan 1993 diikuti runtuhnya ekonomi Uni Soviet. Pada tahun 1997-98 (tidak ditampilkan pada Gambar 18,23), sebuah api yang luar biasa dalam bagian kecil dari dunia dua kali lipat tingkat pertumbuhan CO2 di atmosfer. Kebakaran hutan besar-besaran di Indonesia menghasilkan emisi karbon dari sekitar 1 Pascasarjana hanya dalam beberapa minggu. Daerah yang terbakar termasuk deposito yang besar gambut, yang kehilangan 25-85 cm kedalaman mereka selama api, dan sebagian besar karbon yang dilepaskan berasal dari sumber daripada pembakaran kayu. Kebakaran di Indonesia terutama sangat serius karena kombinasi dari keadaan - kekeringan disebabkan oleh Niño 1997-98 El acara, ketebalan hadir tanah gemuk, dan tertentu logging praktik yang memungkinkan vegetasi dan tanah mengering (Schimel & Baker, 2002). Prediksi akurat perubahan di masa depan emisi karbon adalah masalah menekan, tetapi akan menjadi tugas yang sulit karena begitu banyak variabel - iklim, politik dan sosiologis - menimpa pada keseimbangan karbon. Kami kembali ke banyak dimensi tantangan ekologi yang dihadapi umat manusia di akhir buku ini (lihat Bagian 22.5.3). 18.4.2 Model umum dari fluks gizi global

Waduk utama di dunia untuk nutrisi abiotik diilustrasikan pada Gambar 18.20. Para biota dari kedua daratan dan perairan habitat memperoleh beberapa unsur gizi mereka terutama melalui pelapukan batuan. Hal ini terjadi, misalnya, untuk fosfor. Karbon dan nitrogen, di sisi lain, berasal terutama dari atmosfer - yang pertama dari CO2 dan yang kedua dari gas nitrogen, ditetapkan oleh mikroorganisme dalam tanah dan air. Sulfur berasal dari sumber atmosfer dan litosfer. Pada bagian berikut kita mempertimbangkan fosfor, nitrogen, sulfur dan karbon pada gilirannya, dan bertanya bagaimana aktivitas manusia mengganggu siklus biogeokimia global dari unsur biologis penting. Siklus Fosfor Saham utama fosfor terjadi pada air sungai tanah,, danau dan lautan dan dalam batuan dan sedimen laut. Siklus fosfor dapat digambarkan sebagai sebuah siklus 'terbuka' karena kecenderungan umum untuk fosfor mineral untuk dibawa dari tanah tak terelakkan ke lautan, terutama di sungai, tetapi juga untuk luasan yang lebih kecil dalam air tanah, atau melalui aktivitas gunung berapi dan dampak atmosfer , atau melalui abrasi tanah pesisir. Siklus alternatif dapat disebut sebagai 'siklus sedimen' karena pada akhirnya fosfor menjadi tergabung dalam sedimen laut (Gambar 18.21a). Kita dapat mengungkap cerita yang menarik yang dimulai di daerah tangkapan terestrial. Sebuah atom fosfor khas, dibebaskan dari batu oleh pelapukan kimiawi, dapat masuk dan siklus dalam komunitas terestrial selama bertahun-tahun, dekade atau abad sebelum itu dilakukan melalui air tanah ke dalam sungai, di mana ia mengambil bagian dalam nutrisi spiral dijelaskan dalam Bagian 18.3. 1. Dalam waktu singkat memasuki aliran (minggu, bulan atau tahun), atom dibawa ke laut. Ini kemudian membuat rata-rata sekitar 100 perjalanan pulang antara permukaan dan kedalaman air, masing-masing berlangsung mungkin 1000 tahun. Selama perjalanan masing-masing, itu diambil oleh organisme yang hidup di permukaan laut, sebelum akhirnya menetap ke dalam lagi. Rata-rata, pada keturunan ke-100 (setelah 10 juta tahun di laut) gagal akan dirilis sebagai fosfor larut, tapi malah masuk sedimen bawah dalam bentuk partikulat. Mungkin 100 juta tahun kemudian, dasar laut diangkat oleh aktivitas geologi untuk menjadi lahan kering. Dengan demikian, atom fosfor kami akhirnya akan menemukan jalan kembali melalui sungai ke laut, dan untuk keberadaannya siklus (serapan biotik dan dekomposisi) dalam siklus (lautan) dalam siklus (benua pengangkatan dan erosi).

Kegiatan manusia mempengaruhi siklus fosfor dalam beberapa cara. Perikanan laut transfer sekitar 50 Tg (1 teragram = 1012 g) dari fosfor dari laut ke darat setiap tahun. Karena kolam samudera total fosfor

adalah sekitar 120 Pascasarjana (1 petagram = 1015 g), arus balik ini memiliki konsekuensi diabaikan untuk kompartemen laut. Namun, fosfor dari hasil tangkapan ikan akan akhirnya pindah kembali melalui sungai ke laut dan, dengan demikian, memancing memberikan kontribusi tidak langsung dengan peningkatan konsentrasi di pedalaman perairan. Lebih dari 13 Tg fosfor tersebar setiap tahun atas tanah pertanian sebagai pupuk (beberapa berasal dari laut ikan menangkap) dan 2 atau 3 lebih lanjut Tg sebagai aditif untuk deterjen domestik. Sebagian besar mantan mencapai sistem akuatik sebagai limpasan pertanian, sedangkan yang terakhir tiba di limbah domestik. Dalam bentuk Selain itu, penggundulan hutan dan banyak dari erosi peningkatan pengolahan tanah di daerah tangkapan air dan berkontribusi untuk jumlah yang terlalu tinggi dari fosfor dalam air limpasan. Semua, kepada aktivitas manusia telah hampir dua kali lipat masuknya fosfor ke laut di atas bahwa yang terjadi secara alami (Savenko, 2001). Peningkatan masukan fosfor ke laut pada skala ini cenderung mengalami peningkatan produktivitas sampai batas tertentu, tetapi sebagai air lebih terkonsentrasi melewati sungai, muara, perairan pesisir dan terutama danau, pengaruhnya bisa sangat mendalam. Hal ini karena fosfor yang sering nutrisi yang pasokannya membatasi pertumbuhan tanaman air. Dalam banyak danau di seluruh dunia, masukan dari sejumlah besar fosfor dari limpasan pertanian dan limbah dan juga nitrogen (terutama sebagai limpasan dari lahan pertanian) menghasilkan kondisi yang ideal bagi produktivitas fitoplankton tinggi. Dalam kasus seperti eutrofikasi budaya (pengayaan), air danau menjadi keruh karena populasi padat fitoplankton (sering biru-hijau spesies), dan tanaman air besar keluar berkompetisi dan menghilang bersama dengan populasi terkait invertebrata. Selain itu, dekomposisi biomassa besar sel fitoplankton dapat menyebabkan konsentrasi oksigen rendah, yang membunuh ikan dan invertebrata. Hasilnya adalah sebuah komunitas produktif, tetapi satu dengan keanekaragaman hayati yang rendah dan daya tarik estetik rendah. Obat adalah untuk mengurangi masukan nutrisi, misalnya, dengan mengubah pertanian dan praktek dengan mengalihkan limbah, atau dengan kimia 'Pengupasan' fosfor dari kotoran diobati sebelum dibuang. Dimana beban fosfat telah berkurang di danau yang dalam, seperti Danau Washington di Amerika Utara, pembalikan tren yang dijelaskan di atas dapat terjadi dalam beberapa tahun (Edmonson, 1970). Di danau dangkal, bagaimanapun, fosfor disimpan dalam sedimen dapat terus dirilis dan penghapusan fisik dari beberapa sedimen dapat disebut untuk (Moss et al., 1988). Efek dari limpasan pertanian dan debit limbah yang lokal, dalam arti bahwa hanya mereka air yang mengalirkan DAS bersangkutan terpengaruh. Tapi masalahnya adalah meresap dan seluruh dunia.