FORMASI METANA DI LINGKUNGAN AEROBIK

Makalah

Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah KIMIA LINGKUNGAN

Disusun Oleh:

Des Saputro

Fathonah Hidayatullah

Tiara Yuniarti

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

2011 M/1432 H

ABSTRAK

Metana merupakan gas pokok rumah kaca antropogenik yang kedua setelah CO, yang

merupakan senyawa organic yang paling berlimpah di atmosfer dan memainkan peran sentral

dalam proses kimia pada atmosfer. Oleh karena itu, secara menyeluruh pemahaman sumber dan

penguraian dan parameter control emisi merupakan prasyarat untuk mensimulasikan keadaan

atmosfer pada masa lalu, sekarang dan masa depan. Sampai saat ini pembentukan biologis CH4

telah dikaitkan secara ekslusif dengan lingkungan anoxic dan aktivitas metanogen. Namun, ada

bukti yang menyakinkan mengenai pertumbuhan dan bukti yang menyakinkan dari jalur

alternatif dalam biosfer aerobik termasuk tumbuhan darat, tanah, ganggang laut dan hewan.

Mengidentifikasi dan menggambarkan sumber-sumber merupakan hal penting untuk melengkapi

pemahaman kita tentang siklus biogeokimia yang mengendalikan CH4 dalam lingkungan

atmosfir dan pengaruhnya sebagai gas rumah kaca.

BAB I

PENDAHULUAN

Metana (CH4) memiliki peranan penting sebagai radiactivaly dan gas kimia aktif pada

atmosfer kita. Hal ini dikarenakan metana merupakan hasil produksi dari metanogen dalam

kondisi anaerobic pada lahan basah, sawah, landfills dan saluran pencernaan pada hewan ternak

yang memiliki ruminansia dan rayap, dan merupakan emisi non mikroba yang dihasilkan dari

penggunaan bahan bakar fossil dan biomassa.

CH4 menghasilkan kerugian bila direaksikan dengan radikal hidroksil pada lapisan

troposfer. Kerugian ini dapat diukur dengan menggunakan metil kloroform, yang merupakan

antropogenik pelacak yang struktur kimia mirip dengan CH4 dan merupakan emisi yang baik.

Perhitungan untuk kerugian CH4 dalam atmosfer berdasarkan pada kerusakan stratosfer dan

konsumsi mikroba dalam tanah, jumlah CH4 yang diserap oleh tanah sebesar 500-600 Tg tahun-

1. Pada atmosfer tingkat CH4 cenderung konstan dalam 1 dekade terakhir sampai tahun 2007, hal

ini dikarenakan dapat diimbanginya jumlah penghasilan dengan penguraian CH4 yang sama rata.

Sumber partisi antara kategori yang membentuk dalam 500-600 Tg tahun-1 adalah sebuah

tantangan yang besar. Penggunaan bottom-up rentan terhadap kesalahan yang besar dari up-

scaling. Pada Top-down model studi inversi, menggunakan cara pengukuran di permukaan,

komposisi isotop CH4, dan melalui pengamatan satelit untuk mengetahui sumber kekuatan

relative dan menyelidiki perubahan terbaru CH4. Pada pengukuran space-borne (Gbr. 1) terutama

pada daerah tropis, dimana pengukuran permukaan yang dilakukan tidak dibatasi dengan

perhitungan terbalik dengan baik dan mereka menghasilkan estimasi ke atas emisi CH4 tropis,

pada hasil terbaru yang telah direvisi emisi CH4 tropis sebesar -\200 Tg tahun-1.

Pada hasil identifikasi terbaru didapat kontribusi sebagian dari emisi tropis yang di dapat

langsung dari vegetasi. Menurut keppler et al. dari hasil eksperiment menunjukkan tanaman

hidup, sampah tanaman dan tanaman structural komponen pektin memancarkan CH4 ke atmosfir

di bawah kondisi aerobic. peningkatan emisi dari tanaman yang hidup dari 62 - 236Tg CH4

tahun-1 adalah sebuah kemungkinan yang terlalu tinggi dan beberapa penelitian (Tabel 1)

menyarankan lebih rendah namun masih berpotensi penting fluks CH4 dari vegetasi.

Sementara pengukuran fluks menggunakan menara di atas kanopi tanaman biasanya

mengungkapkan wastafel tanah bersih, deteksi langsung dan pengukuran emisi CH4 yang lebih

kecil dari dedaunan kanopi yang bermasalah dan emisi vegetasi telah hanya diukur langsung di

lapangan dengan menggunakan ruang fluks statis. Walaupun kontribusi vegetasi pada anggaran

global masih samar-samar, hal ini dikarenakan ketidakpastian data yang didapat dari pengukuran

menggunakan iverse modeling, proses pembentukan CH4 dalam lingkungan aerobik mendapat

banyak perhatian berbagai disiplin ilmu. Hal ini dikarenakan untuk mengamati proses

pembentukan CH4 harus menggabungkan pengamatan dalam tanaman, hewan dan biologi laut,

sekarang jelas bahwa jalur beberapa reaksi yang menghasilkan CH4 di bawah kondisi aerobik,

menunjukkan bahwa pembentukan hayati non-metanogen mungkin terdapat di mana-mana yaitu

di ekosistem darat dan laut.

BAB II

ISI

Vegetasi yang diturunkan dari metana

Intensif bekerja pada mekanisme dan kekuatan emisi CH4 dari materi tanaman telah dimulai.

Sementara beberapa studi tidak mengamati emisi CH4 dari tanaman daun, sedangkan beberapa

orang lain dengan jelas mengamati emisi CH4 aerobik dari pelepasan dedaunan. Hasil yang

didapatkan menimbulkan perbedaan, Wawasan yang dapat membantu mendamaikan perbedaan

berasal dari studi yang mempertimbangkan potensi dan prekursor tanaman mekanistik rincian

rilis CH4 dari bahan tanaman. Keppler et al. menyarankan bahwa bagian dari kelompok

esterifikasi metil karboksil (kelompok metoksil), pektin terlibat dalam pembentukan CH4.

Sejalan dengan Keppler, Vigano et al., McLeodet al. dan Bruhn et al. menunjukkan bahwa

pelepasan CH4 dari komponen struktur (misalnya pektin dan lignin) pada daun segar dan kering

tergantung jaringan yang mengalami irradiasi UV . sebuah fakta tentang irradiasi UV

dikeluarkan oleh Dueck et al., Beerling et al. dan Kirschbaum dan Walcroft yang menjelaskan

adanya emisi CH4 dalam studi mereka. Terutama, Vigano et al. emisi CH4 menunjukkan

fromthe materi 13C-label yang sama yang digunakan oleh Dueck et al. apabila diobati dengan

UV-iradiasi. Di sisi lain, tingkat emisi yang tinggi yang dilaporkan di dalam botol kaca oleh

Keppler et al. Yang tidak melibatkan Tingkat UV, dan pengamatan ini masih belum dipahami

Brüggemann et al. Menunjukkan kecil emisi CH4 aerobik yang dihasilkan dari kultur pucuk

poplar dalam suhu kamar dan kondisi cahaya rendah, dan terutama dalam ketiadaan irradiasi UV.

Sebaliknya, Nisbet et al. menyarankan bahwa CH4 soilderived dari arus transpirasi adalah

sumber yang dilaporkan menghasilkan emisi CH4 dari daun. Namun, ini tidak dapat menjelaskan

bukti dari beberapa studi-pelabelan isotop stabil. Dalam penelitian lebih lanjut, Wang et al.

melaporkan emisi bersih CH4 dari semak-semak dari Mongolia. Steppe dan Cao et al. dari

padang rumput dari Dataran Tinggi Qinghai-Tibet, meskipun tidak jelas apakah emisi diamati

oleh studi terakhir yang benar-benar berasal dari vegetasi.

Stres terkait mekanisme?

Peran penting dari sinar UV menghasilkan spesies oksigen reaktif (ROS) hal ini telah

dirumuskan oleh Messenger et al. yang menggunakan ROS dan-ROS generator untuk

mengungkapkan bahwa radikal hydoxyl (• OH) dan oksigen singlet (tetapi tidak hidrogen

peroksida atau radikal oksida super) yang terlibat dalam CH4 pelepasan dari pektin. Persyaratan

khusus ROS untuk menghasilkan CH4 dari bahan tanaman mungkin menjadi kunci untuk

memahami mekanisme fungsional emisi CH4 aerobik dan bisa menjelaskan hasil yang berbeda

dari menerbitkan data emisi CH4 dari tanaman. Semua lingkungan menekankan, baik biotik dan

abiotik, serta sinyal selular melibatkan proses pembentukan ROS. Dalam penelitian masa depan,

akan sangat penting untuk mempertimbangkan status oksidatif tanaman, sifat dan lokasi

subselular proses yang melibatkan produksi ROS (yaitu mitokondria atau kloroplas, lihat di

bawah) dan lainnya mekanisme reaksi mungkin untuk memahami pentingnya lingkungan penuh

dengan proses yang dapat menyebabkan pembentukan CH4 aerobik. Dalam linewith hipotesis

ini, menunjukkan CH4 (dan juga etana dan etena) yang merilis pada tembakau dengan

menggunakan bakteri patogen dan generator kimia ROS. Qaderi dan Reid melaporkan bahwa

suhu dan air stres meningkatkan suatu emisi CH4 berikutnya menggunakan enam jenis

tumbuhan, sedangkan Wang et al. menunjukkan bahwa cedera fisik (dengan memotong) juga

memunculkan emisi CH4 aerobik. Kutu atau cedera umumnya disertai oleh gelombang emisi

senyawa organik yang mudah menguap (VOC), yaitu metanol, asetaldehida, dan volatile

Greenleaf (Z)-3-hexenyl asetat dan lainnya alifatik ester dari (Z)-3-hexen-1- ol akibat stres

oksidatif sementara. Emisi CH4 mungkin sampai sekarang merupakan bagian integral yang

diabaikan dari reaksi pertahanan tanaman (Gbr.2)

Mengapa tanaman inang bakteri metana memakan?

Produksi aerobik CH4 oleh jaringan tanaman memberikan penjelasan mengenai potensi bakteri

methanotrophic yang hidup dalam jaringan tanaman. Methanotrophs dibagi menjadi dua

kelompok utama. Untuk mengetahui kelompok bakteri ini dilakukan pengujian dengan afiliasi

filogenetik, metode fiksasi formalin, dan struktur membran. Secara khusus, tipe II methanotrophs

dari genus Methylocystis telah diisolasi jaringan frombud dan daun dari limau dan cemara pohon

dan knotgrass. Methylosinus sp., milik tipe II, dan jenis yang tidak diketahui pada tipe I

methanotroph diidentifikasi jaringan akar stemand inmaize masing-masing. Methanotrophs

sebelumnya telah diidentifikasi hanya di tanah, lingkungan air tawar dan laut dan di aerenchyma

yang muncul pada tanaman lahan basah, yang diharapkan mewakili CH4 yang kaya bakteri pada

lingkungan ini. Secara umum, bakteri methanotrophic mengoksidasi CH4 sebagai satu-satunya

sumber karbon dan energi dalam kondisi aerobik. Hampir semua methanotrophs adalah

konsumen obligateCH4 hanya genus Methylocella yang diketahui mengandung strain

methanotroph fakultatif. Hanya ada sedikit informasi mengenai distribusi methanotrophs dalam

kisaran jaringan tanaman atau antara spesies tanaman yang berbeda tetapi data yang

dikumpulkan sejauh ini menunjukkan bahwa banyak jenis tanaman individu pelabuhan

methanotrophs ke tingkat variabel. Ini merupakan hal yang menarik dan menantang pertanyaan

apakah pembentukan CH4 sangat bervariasi pada kondisi aerobik yang dapat menyediakan niche

selektif untuk kolonisasi jaringan tanaman internal methanotrophs.

Non-mikroba pembentukan metana pada hewan

Emisi aerobik CH4 tidak terbatas pada tanaman kingdom. Hampir satu dekade yang lalu hal ini

ditunjukkan oleh hewan mengeluarkan napas CH4 pada tingkat yang telah disempurnakan

setelah reoxygenisation dari sebelumnya jaringan hipoksia. Berdasarkan studi ini proses awal,

diusulkan bahwa kelompok metil elektrofilik (EMGs) yang terikat bermuatan positif pada gugus

nitrogen (seperti dalam molekul kolin) sehingga bertindak sebagai akseptor elektron, dan reaksi

ini memerlukan generasi CH4 dalam sel hewan. Kurangnya akseptor electron O2 akan

mempertahankan NADH mitokondria tinggi / NAD + rasio, sehingga menyebabkan

pembentukan ion hidrida nukleofilik yang dipindahkan ke EMG (Gbr. 3). Seperti meningkatnya

anomali mengurangi daya juga terjadi di patologi melibatkan gangguan aliran elektron menuruni

rantai transpor elektron mitokondria. Ada kemungkinan bahwa mekanisme yang sama terjadi

dalam mitokondria dan kloroplas tanaman. Memang, telah ditunjukkan bahwa akseptor elektron

alternatif dalam tanaman dapat membantu untuk mencegah overreduction pembawa elektron

(stres reduktif) di berfluktuasi cahaya atau dalam kondisi cahaya-diinduksi stres.

Penggunakan model in vitro pada reaksi eksotermik untuk menghasilkan CH4 dari campuran

hidrogen peroksida, besi, askorbat dan kolin. Hal ini menunjukkan bahwa pada kehadiran ROS,

CH4 dirilis secara proporsional dengan jumlah kelompok metil hadir dalam choline dan

demethylated kolin metabolites. Lebih lanjut, jelas bahwa kekurangan oksigen sementara atau

gangguan dari rantai pernafasan di sel aerobik dapat menyebabkan generasi CH4 dari biomolekul

dengan EMGs dalam matriks mitokondria. Rincian lebih lanjut menunjukkan bahwa jalur ini

dapat berfungsi untuk mengoreksi kenaikan abnormal dalam kegiatan donor elektron, sebagai

CH4-menghasilkan metabolit kolin melawan generasi ROS dan memiliki potensi untuk

menghambat produksi radikal hidroksil. Singkatnya, pembentukan metana pada hewan atau

plantmitochondria mungkin akibat umum kondisi redoks dengan potensial redoks negatif di

hadapan spesies oksigen atau oksigen reaktif. Dalam hal ini, hipoksia-inducedCH4 generasi

mungkin merupakan fenomena yang diperlukan kehidupan aerobik, dan mungkin suatu sifat

evolusi hidup pada hewan, serta pada tumbuhan.

Kelautan metana paradox

Lautan dunia dianggap menjadi sumber kecil CH4 untuk atmosfer. Konsentrasi CH4 di

perairan dekat permukaan 5-75% jenuh sering berkaitan dengan atmosfer disebabkan

metanogenesis lokal dan menyiratkan fluks bersih dari laut ke atmosfer. Karena permukaan

laut juga jenuh atau sedikit jenuh dengan oksigen yang tidak mendukung methanogenesis,

telah memiliki lewat-jenuh CH4 dan diistilahkan sebagai 'paradoks metana samudera'.

Sumber CH4 di perairan permukaan telah disarankan akan metanogenesis anoxic di

microenvironments organic agregat. [56] Sebuah substrat potensial dalam agregat tersebut

dimethylsulfoniopropionate (DMSP), sebuah produk alga penting yang juga pendahulu gas

lain iklim yang relevan, dimethylsulfide (DMS). [57] Walaupun produksi fotokimia CH4 di

samudera adalah pemikiran yang akan diabaikan di bawah oxic kondisi, [58] sebuah non

biologis alternatif CH4 formasi di air laut mungkin terjadi melalui jalur fotokimia karena

pembentukan radikal metil sebagaimana telah dilaporkan untuk metil halida [59] Ini

mengejutkan ketika Karl et al.. [60] baru-baru ini menunjukkan bahwa CH4 dihasilkan

aerobik sebagai oleh-produk dekomposisi methylphosphonate di phosphatestressed perairan.

Meskipun mekanisme belum sepenuhnya diidentifikasi, para penulis menunjukkan bahwa

methylphosphonate dekomposisi, dan dengan demikian CH4 produksi, dapat ditingkatkan

oleh aktivitas nitrogen mikroorganisme. Global pentingnya sumber baru diidentifikasi tidak

jelas. Namun, baru-baru ini kemajuan dari investigasi tumbuhan dan hewan mungkin

merangsang peneliti laut untuk mencari alternative sumber CH4 khususnya di lingkungan

menekankan alga dan pantai daerah upwelling yang telah diidentifikasi sebagai daerah

dengan emisi CH4 ditingkatkan.

KESIMPULAN

Sampai proses pembakaran baru-baru ini hanya dianggap bentuk CH4 di hadapan jumlah

terbatas oksigen. Independen pengamatan dari beberapa bidang penelitian sekarang

menunjukkan bahwa tanaman, hewan dan lingkungan laut menghasilkan CH4 bawah kondisi

aerobik. Bukti kolektif dari tak terduga Temuan menunjukkan bahwa pembentukan CH4 aerobik

mungkin tidak menjadi proses yang eksotis, tapi tersebar luas di alam. Yang langsung

Tantangannya adalah untuk menguji newhypotheses diusulkan untuk aerobicCH4 formasi dari

biomolekul yang berbeda dan struktur selular, dan untuk menggambar gambaran yang

komprehensif tentang sumber CH4 yang masuk akal dan kepentingan spesifik mereka pada

tumbuhan, hewan dan ganggang. The hasil yang dipublikasikan untuk tanggal menyiratkan

bahwa pembentukan metana aerobic mungkin merupakan bagian integral dari respon seluler

terhadap perubahan status oksidatif ada dalam semua eukariota dan itu sangat variabel waktu dan

sumber kekuatan. penelitian di masa mendatang harus menjawab pertanyaan apakah CH4

generasi semata-mata produk sampingan dari degradasi abiotik biomolekul, mis disebabkan oleh

iradiasi UV, peningkatan suhu, atau hipoksia, atau apakah itu juga memainkan lebih umum peran

fisiologis. Tampak bahwa pada tanaman, generasi CH4 mungkin dikaitkan dengan tekanan

lingkungan. Mekanisme serupa mungkin aktif pada hewan dan mungkin, juga manusia,

memproduksi CH4 ketika organisme berada di bawah eksternal atau internal (misalnya

peradangan) stres. Dengan pendekatan modern dalam biologi molekular, biokimia dan alat-alat

penelitian isotop stabil baru yang tersedia untuk mengidentifikasi mekanisme reaksi

pembentukan CH4 aerobik dan memperkirakan kontribusi mereka terhadap anggaran CH4

global, sementara tidak mengabaikan konsumsi CH4 oleh methanotrophs.Techniques untuk

mencari methanotrophs di berbagai jaringan tanaman jenis tanaman juga dapat menjadi indicator

dari co-evolusi, tanaman status stres atau hanya digunakan sebagai indeks tanaman CH4 emisi.

Atmosfer ilmuwan harus meninjau kembali sumber biogenik dari CH4 (termasuk lahan basah

dan tanaman) dalam pandangan global mungkin perubahan masukan. Ini mungkin termasuk

hubungan dengan stratosfer penipisan ozon kelembaban, temperatur berubah dan rezim,

peningkatan konsentrasi CO2, perubahan penggunaan lahan dan ekosistem tanggapan, yang

relevan untuk kedua modern dan paleo-iklim changes.A luas batas pengukuran lapangan pada

skala yang berbeda dan satelit pengukuran pada resolusi yang lebih tinggi diperlukan untuk

dukungan studi pemodelan numerik. Pengamatan bahwa beberapa pembentukan CH4 bawah

aerobic kondisi yang terjadi di banyak eko-dan bio-sistem yang kokoh dan umum, dan membuka

baru, menarik dan sangat menantang jalan untuk penelitian masa depan tanaman, hewan dan

lingkungan ilmu. Ini akan memerlukan upaya yang cukup oleh para peneliti dari disiplin ilmu

yang berbeda untuk melengkapi dan mengkonfirmasi pemahaman kita dari bersepeda

biogeokimia CH4 dan pentingnya bagi kami suasana dan iklim.