Siklus Karbon

Siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan antara biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer Bumi (objek astronomis lainnya bisa jadi memiliki siklus karbon yang hampir sama meskipun hingga kini belum diketahui). 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). Pertukaran karbon antar reservoir, terjadi karena proses-proses kimia, fisika, geologi, dan biologi yang bermacam-macam. Lautan mengadung kolam aktif karbon terbesar dekat permukaan Bumi, namun demikian laut dalam bagian dari kolam ini mengalami pertukaran yang lambat dengan atmosfer.

Bagian terbesar dari karbon yang berada di atmosfer Bumi adalah gas karbon dioksida (CO2). Gas-gas lain yang mengandung karbon di atmosfer adalah metan dan kloroflorokarbon atau CFC (CFC ini merupakan gas artifisial atau buatan). Gas-gas tersebut adalah gas rumah kaca yang konsentrasinya di atmosfer telah bertambah dalam dekade terakhir ini, dan berperan dalam pemanasan global.

Karbon mengalir antara masing-masing penampungan (reservoir) dalam pertukaran yang disebut siklus karbon, yang memiliki komponen lambat dan cepat. Setiap perubahan dalam siklus karbon yang bergeser dari satu reservoir menempatkan lebih banyak karbon di penampungan lain. Perubahan yang menempatkan gas karbon ke atmosfer hasil dalam suhu lebih hangat di Bumi.

Selama jangka panjang, siklus karbon tampaknya mempertahankan keseimbangan yang mencegah semua karbon Bumi dari memasuki atmosfer (seperti halnya di Venus) atau agar tidak disimpan seluruhnya dalam batuan. Keseimbangan ini membantu menjaga suhu bumi relatif stabil, seperti termostat.

Siklus karbon merupakan siklus biogeokimia terbesar. Ada 3 hal yang terjadi pada karbon :

• Tinggal dalam tubuh, 
• Respirasi oleh hewan, 
• Sampah/sisa dan Karbon itu masuk ke dalam perairan melalui proses difusi.

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 disebutkarbohidrat, 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.

Hasil sintesa karbohidrat itu dimakan para makhluk hidup heterotrof sebagai makanan plus oksigen untuk bernafas. Tidak 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 makhluk-makhluk perairan.

Proses timbal balik fotosintesis dan respirasi seluler bertanggung jawab atas perubahan dan pergerakan utama karbon. Naik turunnya CO2 dan O2 atsmosfer secara musiman disebabkan oleh penurunan aktivitas Fotosintetik. Dalam skala global kembalinya CO2 dan O2 ke atmosfer melalui respirasi hampir menyeimbangkan pengeluarannya melalui fotosintesis.

Akan tetapi pembakaran kayu dan bahan bakar fosil menambahkan lebih banyak lagi CO2 ke atmosfir. Sebagai akibatnya jumlah CO2 di atmosfer meningkat. CO2 dan O2 atmosfer juga berpindah masuk ke dalam dan ke luar sistem akuatik, dimana CO2 dan O2 terlibat dalam suatu keseimbangan dinamis dengan bentuk bahan anorganik lainnya.

Gambar: Daur Karbon dan daur oksigen

Gambar : Siklus Karbon

Karbon diambil dari atmosfer dengan berbagai cara, antara lain:

• 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 sirkulasi termohalin yang membawa massa air di permukaan yang lebih berat ke kedalaman laut atau interior laut (lihat bagian solubility pump). 
• 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 (lihat bagian biological pump). 
• 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).

Karbon dapat kembali ke atmosfer dengan berbagai cara pula, antara lain:

1. Melalui pernafasan (respirasi) oleh tumbuhan dan binatang. Hal ini merupakan reaksi eksotermik 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. 
4. 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. 
5. Di permukaan laut dimana air menjadi lebih hangat, karbon dioksida terlarut dilepas kembali ke atmosfer. 
6. 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.

 Permasalahan dalam siklus karbon

Karbon (C) adalah elemen yang paling sering kita temui di dalam kehidupan kita sehari-hari. Dalam tanaman dan hewan. Tumbuhan menyimpan Carbon d dalam sari buahnya (dalam bentuk glukose) dan tanaman juga memanfaatkan carbon (CO2-Carbondioksida) dari atmosfer untuk membantu proses fotosintesisnya.

Ketika tumbuhan mati, mereka membusuk dan bakteri pengurai akan menguraikannya menjadi bagian dari tanah, yaitu kompos. Karbon yang di dalam tanah (kompos) dalam jangka waktu berjuta-juta tahun kemudian, akan berubah menjadi fosil, sebagai sumber minyak bumi. Sedangkan karbon yg berada di dalam air akan dimanfaatkan tumbuhan air dalam proses fotosintesisnya. Ketika ada ikan yg memakan tumbuhan ini, maka terjadi perpindahan karbon (zat makanan/glukose) dari tumbuhan ke ikan. Sedangkan dalam proses pernafasannya, ikan akan mengeluarkan carbon, dalam bentuk CO2 (karbondioksida).

Kelanjutan dari fosil yg telah berubah menjadi sumber minyak bumi,carbon yg terkandung akan di suling (diolah) menjadi berbagai macam jenis minyak bumi, sebagai sumber energi utama di dunia ini. Metode inilah yg menjadi metode utama penghasil sumber energi kita, untuk menggerakkan mobil,motor, untuk penggerak listrik dan sumber energi bagi perindustrian. Dampak dari pembakaran minyak bumi, CO2 akan dilepaskan ke udara. Pelepasan CO2 yg berlebih diakibatkan salah satunya oleh deforestation (penghancuran hutan). Dengan tidak adanya hutan, maka CO2 tidak dapat digunakan sebagai bahan fotosintesis,,akan tetapi akan menumpuk di atmosfer kita. Penumpukan CO2 akan mengakibatkan efek rumah kaca dimana sinar UV tidak dapat dipantulkan oleh bumi. Sinar UV yg terperangkan di atmosfer akan menaikkan suhu bumi dan berakibat kepada Pemanasan Global.

Dengan adanya permasalahan dalam siklus karbon tersebut, agar tidak terjadi pemanasan global diperlukan adanya penyerapan dari atmosfir melalui tumbuhan dalam jumlah yang besar. Karena tumbuhan dalam proses fotosintesis memanfaatkan karbon. Oleh karena itu pengembangan areal hijau, penghutanan kembali (reboisasi) dan pelestarian hutan sangat diperlukan. Apakah hutan yang ada saat ini memiliki kemampuan penyerapan karbon yang setara dengan pelepasan krabon ke atmosfir pada siklus karbon seperti tersebut di atas? Benarkah tanaman perkebunan seperti sawit dapat menjadi penyerap karbon yang setara dengan hutan yang terkorversi. Untuk daerah perkotaan, perlu ada desain jalan dengan diikuti oleh penghijauan di sepanjang jalan. Begitu juga untuk jalan antar kota penanaman pohon menjadi paket pemeliharaan dan perlindungan jalan.

Di udara, konsentrasi karbondioksida sangat kecil bila dibandingkan dengan oksigen dan nitrogen (kurang dari 0,04 %). akan tetapi gas ini adalah gas rumah kaca yang berperan dalam efek rumah kaca. Penambahan gas ini dapat meningkatkan suhu udara di bumi. Sekarang ini, populasi tumbuhan semakin berkurang (banyak hutan rusak dan lain-lain ) sedangkan kedaraan bermotor bertambah banyak. Jadi kita bisa bayangkan bahwa pelepasan CO2 ke udara tidak sebanding dengan pengubahannya oleh tumbuhan menjadi Karbohidrat. ini akan mempengaruhi keseimbangan atmosfer dan keseimbangan ekosistem di bumi.

Neraca karbon global adalah kesetimbangan pertukaran karbon (antara yang masuk dan keluar) antar reservoir karbon atau antara satu putaran (loop) spesifik siklus karbon (misalnya atmosfer - biosfer). Analisis neraca karbon dari sebuah kolam atau reservoir dapat memberikan informasi tentang apakah kolam atau reservoir berfungsi sebagai sumber (source) atau lubuk (sink) karbon dioksida.