Mengenal Siklus Karbon: Apa Itu dan Bagaimana Dapat Terjadi?

Siklus karbon merupakan siklus yang tidak kalah penting dari siklus lainnya yang ada di bumi. Dapat dikatakan bahwa siklus karbon sangat berperan dalam kehidupan kita, mulai dari tingkat atmosfer, lautan, hingga ekosistem yang ada di darat menggunakan unsur karbon dalam kelangsungan hidupnya. Siklus karbon termasuk siklus biogeokimia yang merupakan mekanisme dasar untuk memproduksi energi baru seperti makanan, serat, bahan bakar, serta penghancuran material sampah organik melalui proses mineralisasi. Siklus ini tidak hanya disumbangkan secara alami, namun juga banyak aktivitas manusia yang dapat menyumbang kadar karbon ke lingkungan dan masuk ke dalam siklus karbon, mulai dari buangan hasil pernapasan, aktivitas industri, hingga proses pembakaran [1]. 

Sebelum mempelajari siklus karbon, kita harus mengetahui bahwa pada masing-masing lapisan ekosistem (udara, lautan, dan daratan) siklus karbon berdiri sendiri-sendiri sebelum akhirnya bergabung menjadi sebuah satu kesatuan siklus karbon secara utuh. Tidak hanya itu, kita juga harus memahami bahwa unsur karbon merupakan penyusun dari seluruh kehidupan di bumi. Mulai dari pembentukan molekul seperti protein dan DNA hingga pembentukan karbon dioksida (CO2) di atmosfer. Karbon berperan untuk mengatur regulasi suhu di bumi sehingga membuat seluruh aktivitas di bumi menjadi mungkin dilakukan. Regulasi suhu yang baik akan membuat organisme seperti tumbuhan dapat hidup dan memberikan sumber energi bagi makhluk hidup lainnya [2].

Berdasarkan unsur yang berperan di dalamnya, siklus karbon dapat kita tinjau dari sudut pandang biologi dan geologinya. Pada sudut pandang biologi, unsur karbon yang ada di lingkungan akan memasuki jaring-jaring makanan melalui ekosistem terestrial (darat) dan perairan. Karbon akan diserap oleh organisme autotrof yang dapat mensintesis unsur karbon menjadi energi yang dapat digunakan untuk kebutuhan hidupnya. Organisme autotrof dapat mengambil karbon dalam bentuk karbondioksida dari udara atau ion bikarbonat dari air dan membentuk senyawa organik seperti glukosa untuk memenuhi energinya Di sisi lain, organisme heterotrof yang tidak dapat menggunakan karbon dioksida dari udara secara langsung akan memanfaatkan organisme autotrof sebagai makanannya. Karbon yang masuk ke dalam tubuh organisme heterotrof akan berpindah dari satu tubuh ke yang lain pada jaring-jaring makanan [3].

Berbeda dengan sudut pandang biologi, apabila kita melihat dengan sudut pandang geologi, siklus karbon berlangsung sangat lama. Untuk bisa melepaskan energi yang tersimpan dalam bentuk molekul seperti gula, organisme autotrof dan heterotrof akan memutus ikatan molekul tersebut pada sebuah proses yang disebut respirasi seluler. Molekul karbon yang dikeluarkan adalah berbentuk karbon dioksida. Dekomposer yang ada juga akan mengeluarkan senyawa organik dan karbon dioksida saat mereka menghancurkan organisme yang telah mati dan produk sisa [3].

Berdasarkan sudut pandang geologi, karbon akan disimpan untuk periode yang sangat lama di atmosfer, lautan, sedimen, tanah, batu, bahan bakar fosil di lautan serta kerak bumi. Kadar karbon dioksida di atmosfer dapat dipengaruhi oleh kandungan karbon yang ada di lautan dan sebaliknya. Pada organisme laut yang bercangkang, umumnya terdapat kandungan karbonat pada cangkangnya. Apabila organisme tersebut mati, maka akan tenggelam dan terkubur ke dalam sedimen di lautan. Seiring berjalannya waktu, unsur karbon yang ada pada cangkang biota akan menyatu dengan karbon yang ada di sedimen lautan [3].

Pada ekosistem daratan, karbon akan tersimpan sebagai karbon organik di tanah. Karbon organik ini berasal dari dekomposisi organisme hidup atau pelapukan batuan.  Apabila kita telisik lebih jauh ke dalam tanah, kita akan menemukan bahan bakar fosil seperti oli, batu bara, dan gas alam yang berasal dari dekomposisi makhluk hidup sebelumnya (telah lama mati). Tidak hanya itu, fenomena alam seperti erupsi gunung merapi juga memberikan kontribusi karbon dalam bentuk sedimen yang akan masuk ke dalam lautan. Tidak hanya erupsi, fenomena alam seperti hydrothermal vents akan membentuk karbon dioksida yang akan dikeluarkan ke atmosfer [1,3].

Jika kita ringkas, maka poin-poin yang terjadi pada masing-masing siklus karbon di tiap lapisan ekosistem antara lain [4]:

Daratan

• Berasal dari produk buangan respirasi organisme heterotrof yang berbentuk karbon dioksida (CO2). Organisme heterotrof mengambil udara dalam bentuk oksigen (O2) dan melepaskan dalam bentuk karbondioksida melalui proses respirasi seluler.
• Organisme heterotrof juga mengambil karbon dari organisme autotrof yang dikonsumsinya untuk mendapatkan energi. Hal ini disebabkan organisme heterotrof tidak dapat mengolah karbon (CO2) yang ada di udara secara langsung.
• Organisme autotrof mengambil karbon di udara dalam bentuk karbon dioksida (CO2) kemudian disintesis menjadi bentuk senyawa organik seperti glukosa. Glukosa yang disintesis akan menjadi energi dan penyusun tubuh dari organisme autotrof. 
• Organisme yang telah mati juga akan terdekomposisi oleh dekomposer. Dekomposer akan memutus ikatan karbon dan menyimpannya di dalam tanah. Dekomposer (fungi atau jamur atau bakteri) akan mengurai senyawa karbon pada hewan dan tumbuhan yang mati & mengubah menjadi CO2 jika oksigen tersedia atau menjadi metana (CH4) jika tidak terdapat oksigen.
• Manusia juga berkontribusi dalam kontribusi karbon melalui aktivitas industri. Aktivitas industri seperti pengambilan gas alam, batu bara, serta bahan bakar fosil lainnya akan diolah dan digunakan sebagai bahan bakar kendaraan dan kebutuhan lainnya. Produksi karbon yang dihasilkan dari industri berupa (CO2) dan hasil pembakaran oleh kendaraan akan berupa karbon monoksida (CO).

Lautan

• Karbon yang ada di lautan berasal dari biota-biota lautan yang telah mati dan tenggelam ke dasar lautan. Biota yang telah mati akan terdekomposisi oleh dekomposer di dasar lautan dan dekomposer akan memutus ikatan karbon pada biota yang telah mati. Karbon akan tersimpan di dalam sedimen laut.
• Fenomena alam seperti erupsi vulkanik dan hydrothermal vents akan menyumbang karbon berbentuk sedimen. Sedimen ini akan masuk ke dalam lautan dan menyatu dengan sedimen lautan lainnya.  
• Karbon yang tersimpan di dalam tanah (daratan) akan terbawa oleh air ke dalam laut jika terjadi hujan. Karbon terlarut yang didapatkan dari kerusakan karena hujan berbentuk CaCO3, umumnya berasal dari pelapukan batuan.

Atmosfer

• Karbon di atmosfer berasal dari akumulasi kontribusi karbon di daratan dan lautan (CO2).
• Buangan karbon dalam bentuk CO2 dari respirasi seluler akan kembali ke udara.
• Karbon yang terkumpul di dalam lautan akan kembali ke udara seiring dengan adanya proses penguapan (CO2). 

Referensi:

[1] Bolin, B., E.T. Degens., P. Duvigneaud., & S. Kempe. 1979. The global biochemical carbon cyle in “The Global Carbon Cycle”. SCOPE Report. 13: 1–56.

[2] National Oceanic and Atmospheric Administration U.S Department of Commerce (NOAA). 2020. What is the carbon cycle?. https://oceanservice.noaa.gov/facts/carbon-cycle.html#transcript. Diakses pada Minggu, 9 Agustus 2020 pk. 19.00 WIB.