Upload
rifkasyaputri
View
30
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
nitrogen, fosfor dan silikon di laut
Citation preview
KATA PENGANTAR
Puji syukur atas kehadirat Tuhan YME karena berkat rahmat dan hidayah-
Nya kami selaku penulis dapat menyelesaikan makalah mata kuliah Kimia
Oceanografi ini dengan baik dan tepat waktu.
Tidak lupa kami juga mengucapkan terimakasih kepada Bapak dosen mata
kuliah Kimia Oceanografi ini, karena atas pemberian tugasnya inilah, tercipta suatu
kesibukan yang bermanfaat.
Dalam makalah ini dibahas sebuah materi yang mencakup tentang
Mikronutrien ( N, P dan Si ) yang di dalamnya terdiri atas pembahasan mengenai
bagaimana peran Nitrogen, Fosfor dan Silikon bagi kehidupan Biota laut.
Kami selaku penulis menyadari dalam makalah ini masih terdapat beberapa
kekurangan sehingga kritik dan saran para pembaca kami harapkan demi
kesempurnaan makalah ini selanjutnya.Terima kasih.
Makassar, 13 Maret 2012
Penulis
BAB IPENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Tumbuhan dan hewan yang hidup umumnya membutuhkan
nutrien untuk tumbuh dan berkembang. Organisme hidup
memenuhi kebutuhannya akan nutrien dengan cara menyerap
unsur hara dari tanah, makan dan minum atau melalui proses
absorbsi, dekomposisi dan difusi elemen yang dibutuhkan dari
lingkungan sekitarnya. Ada elemen atau senyawa yang mampu
diproduksi dan dihasilkan oleh tubuh seperti hormon, zat tepung,
serbuk sari dan madu pada bunga. Namun adapula elemen yang
tidak dapat dihasilkan oleh tubuh. Elemen ini umumnya
diperlukan dalam jumlah sedikit oleh tubuh namun sangat
penting bagi proses metabolisme, fisiologi dan reaksi biokimiawi
dalam tubuh. Kekurangan elemen ini akan menyebabkan
gangguan metabolisme dan penyakit akibat defisiensi. Elemen
ini dikenal sebagai elemen esensial. Vitamin dan mineral
umumnya termasuk dalam senyawa yang bersifat esensial
Riley dan Chester (1971), menyatakan bahwa unsur N, P dan
Si adalah merupakan elemen esensial terpenting yang
dibutuhkan oleh organisme laut. Ketiga elemen tersebut
berperan penting dalam metabolisme, proses fisiologis dan
reaksi biokimiawi dalam tubuh.
2. Rumusan masalah
Bagaimana peran Nitrogen bagi kehidupan biota laut?
Bagaimana peran Fosfor bagi kehidupan biota laut?
Bagaimana peran Silikon bagi kehidupan biota laut?
3. Tujuan
Untuk mengetahui peran Nitrogen bagi kehidupan biota
laut
Untuk mengetahui peran Fosfor bagi kehidupan biota laut
Untuk mengetahui peran Silikon bagi kehidupan biota laut
BAB II
PEMBAHASAN
Elemen adalah unsur, materi atau bahan dasar
(fundamental kinds of matter) yang menyusun seluruh benda di
alam semesta. Elemen ini tersusun dari atom-atom yang berasal
dari elemen yang sama secara kimiawi dan memiliki sifat yang
identik. Hingga saat ini telah dikenal sekitar 116 elemen atau
unsur.
Secara garis besar, elemen dapat dibagi menjadi 2,
yaitu : elemen organik dan inorganik. Millero dan Sohn (1992)
menyatakan bahwa perairan laut memiliki konsentrasi senyawa
organik yang sangat rendah dibandingkan konsentrasi senyawa
inorganik. Senyawa organik terdiri dari kelompok hewan yang
telah hidup dan telah mati. Serasah atau detritus hasil degradasi
bahan organik dan pengaruh antropogenik. Berdasarkan
komposisi kimianya, bahan organik terdiri atas karbohidrat, protein,
asam amino, lemak, hidrokarbon, asam karbosiklik, humus, dan
kerogen serta komponen-komponen mikro lainnya seperti
steroid, aldehid, alkohol dan komponen organo-sulfur.
Millero (2006) membagi elemen (organik dan inorganik)
menjadi 3 kelompok berdasarkan rata-rata konsentrasinya di
alam, yaitu:
1. Elemen makro (0,05 – 750 mM) (Na, Cl, Mg)
2. Elemen mikro (0,05 – 50 μM) (P, Si dan N)
3. Elemen trace atau kelumit (0,05 -50 nM) (Pb, Hg, Cd)
Elemen esensial yang ada di laut umumnya memiliki
konsentrasi yang rendah. Konsentrasi elemen esensial yang
berlebihan di dalam air laut (akibat run off dari daratan dan
antropogenik) dapat memberikan dampak yang merugikan bagi
makhluk hidup. Elemen yang tidak dibutuhkan oleh tubuh atau jika
kekurangan tidak menimbulkan gangguan pada proses
metabolisme dalam tubuh tergolong elemen non esensial.
Riley dan Chester (1971), menyatakan bahwa unsur N, P dan Si
adalah merupakan elemen esensial terpenting yang dibutuhkan
oleh organisme laut. Ketiga elemen tersebut berperan penting
dalam metabolisme, proses fisiologis dan reaksi biokimiawi dalam
tubuh. Nitrogen penting untuk membangun jaringan tubuh.
Sedangkan fosfor dan silica penting dalam pembentukan cangkang
terutama bagi kelompok Diatom, Coccolithofor dan Pteropod. Besi,
Mangan, Tembaga, Seng, Kobal dan Molybdenum adalah mikro
elemen esensial yang sangat dibutuhkan untuk pertumbuhan
sebagaimana ditemukan pada enzim.
Meskipun memiliki konsentrasi yang sedikit dalam air laut,
namun mikro elemen esensial tidak pernah menjadi faktor
pembatas yang mengontrol populasi biota laut. Kadang-kadang
konsentrasi mikro elemen esensial ditemukan dalam jumlah yang
banyak dalam air laut, namun hal tersebut belum menjamin
pemenuhan kebutuhan mikro elemen esensial bagi organisme laut.
Hal ini karena mikro elemen esensial tersebut berada dalam bentuk
yang tidak dapat diabsorbsi langsung oleh biota laut yang ada.
1. Nitrogen
Nitrogen merupakan kebutuhan pokok bagi seluruh
organisme, sebab unsur nitrogen diperlukan dalam mensintesis
molekul-molekul protein yang kompleks dan berpengaruh
terhadap pertumbuhan dan reproduksi organisme tersebut.
Menurut ODUM (1971) nitrogen yang terdapat dalam molekul-
molekul protein dalam organisme yang telah mati akan diuraikan
menjadi bentuk-bentuk nitrogen anorganik. Proses kimia ini
dilakukan oleh serangkaian organisme pengurai, terutama
bakteri pembentuk nitrat, hasilnya berupa zat hara nitrat yang
merupakan bentuk nitrogen anorganik siap pakai. Konsumennya
adalah tumbuhan hijau yang terdapat dalam air laut seperti
plankton dan algae.
Sehubungan dengan sifatnya yang unik, maka nitrogen
dalam lingkungan perairan pun terdapat dalam berbagai bentuk
dan gabungan kimiawi yang luas dan meliputi tingkat oksidasi
yang berbeda. Berdasarkan hal tersebut secara umum senyawa
nitrogen dalam air laut terdapat dalam dua bentuk, yaitu
nitrogen-organik dan nitrogen- anorganik. Nitrogen-organik
berada dalam bentuk terikat di unsur pokok sel mahluk hidup
yang masih hidup. Contohnya purin, peptida dan asam-asam
amino. Sedangkan ni-trogen-anorganik terdapat dalam keadaan
larut (ammonia, nitrat, dan nitrit), dan gas.
a. Konsentrasi senyawa nitrogen dalam air laut
Konsentrasi senyawa nitrogen yang terdapat dalam air laut
bervariasi, tergantung dari jauh dekatnya dari sumber-sumber
penyebab berlimpahnya senyawa nitrogen. Namun demikian
secara umum SHARP (1983) telah membaginya ke dalam 4
wilayah
b. Distribusi Nitrogen
Selain kandungan alamiah dalam air laut itu sendiri,
keberadaan nitrogen yang berlimpah dalam air laut dapat
berasal dari berbagai sumber yang mengalir ke dalam perairan.
Menurut SVERDRUP(1942) konsentrasi berbagai senyawa
nitrogen anorganik maupun organik yang terdapat dalam air
laut dipengaruhi oleh faktor-faktor biologi, akan tetapi
tenggelamnya organisme-organisme yang telah mati dan
proses-proses fisika antara lain arus juga menentukan
penyebaran senyawa-senyawa tersebut dalam kolom air laut.
Konsentrasi nitrogen yang terukur dalam kolom air pada waktu
tertentu merupakan hasil dari proses-proses biologi dan
fisika tersebut.
Proses distribusi nitrat tergolong lebih kompleks jika
dibandingkan dengan mikro elemen esensial yang lain seperti
Fosfat dan Silikat. Awal distribusi terjadi saat senyawa nitrat
yang berasal dari daratan tiba di muara sungai dan kemudian
masuk ke laut. Saat tumbuhan dan hewan mati, senyawa
nitrogen akan mengalami regenerasi dan terdistribusi ke
seluruh kolom air. Nitrat kemudian diambil dari lapisan
permukaan laut oleh fitoplankton melalui absorbsi dan
memasuki proses berikutnya, yaitu: fotositesis. Burung laut juga
dapat menyebabkan hilangnya kandungan nitrogen dalam air
dalam bentuk senyawa NaNO3 yang terdapat dalam guano.
Deposit NaNO3 yang besar di padang pasir daerah Chile dapat
saja terbentuk akibat fiksasi oleh bakteri ataupun aktifitas
vulkanisme. Nitrogen juga dapat hilang ke atmosfir sebagai
N2O. Gas ini juga dapat bereaksi dengan ozon. Dengan
demikian dapat didimpulkan bahwa siklus nitrogen sangat
ditentukan oleh organisme biologis. Fiksasi Nitrogen (N2NO3-)
dilakukan oleh bakteria nodular yang terdapat pada tumbuhan
dari kelompok Leguminosae yang terdapat di darat. Bakteri air
tawar, jamur dan khamir juga mampu melakukan fiksasi
nitrogen. Demikian pula alga hijau-biru yang hidup di laut.
c. Siklus Nitrogen dalam laut
Dari kajian-kajian tersebut di atas dapat dikaji bahwa
nitrogen dalam air terjadi dalam berbagai bentuk senyawa.
Nitrogen yang terbanyak dalam bentuk N-molekuler (N2) yang
berlipat ganda jumlahnya daripada nitrit (NO2) atau nitrat
(NO3), tetapi tidak dalam bentuk yang berguna bagi jasad
hidup. Nitrogen memegang peranan kritis dalam siklus organic
dalam menghasilkan asam-asam amino yang membuat protein.
Dalam siklus nitrogen, tumbuh-tumbuhan menyerap N-
anorganik dalam salah satu gabungan atau sebagai nitrogen
molekuler. Tumbuh-tumbuhan ini membuat protein yang
kemudian dimakan hewan dan diubah menjadi protein hewan.
Jaringan organik yang mati diurai oleh berbagai jenis bakteri,
termasuk didalamnya bakteri pengikat nitrogen yang mengikat
nitrogen molekuler menjadi bentuk-bentuk gabungan (NO2,
NO3, NH4) dan bakteri denitrifikasi yang melakukan hal
sebaliknya. Nitrogen lepas ke udara dan diserap dari udara
selama siklus berlangsung. Jumlah nitrogen yang tergabung
dalam mineral dan mengendap di dasar laut tidak seberapa
besar. Pola sebaran nitrogen di Samudera Atlantik, Pasifik dan
Samudera India tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan.
Sebaran menegak dari bentuk-bentuk gabungan nitrogen
berbeda di laut. Nitrat terbanyak terdapat di lapisan
permukaan, amonium tersebar secara seragam, dan nitrit
terpusat dekat termoklin. Interaksi-interkasi antara berbagai
tingkat nitrogen organik dan bakteri sedemikian rupa sehingga
pada saat nitrogen diubah menjadi berbagai senyawa
anorganik, zat-zat ini sudah tenggelam di bawah termoklin. Hal
ini menimbulkan masalah bagi penyediaan nitrogen karena
termoklin merupakan penghalang bagi migrasi menegak unsur-
unsur ini dan kenyataannya persediaan nitrogen akan menjadi
faktor pembatas bagi produktivitas di laut.
d. Nitrogen sebagai racun
Unsur nitrogen dan fosfor dalam air laut berfungsi sebagai
nutrisi bagi biota di dalamnya. Dalam batas-batas konsentrasi
tertentu yang layak untuk keperluan biota, maka keberadaan
unsur-unsur nutrisi tersebut tidak bermasalah, namun bila
konsentrasinya berlimpah maka akan menyebabkan terjadinya
eutrofikasi yang menyebabkan unsur-unsur nutrisi tersebut
berubah fungsinya.
Bentuk nitrogen-ammonia dalam air laut sebenarnya bukan
merupakan senyawa kimia beracun. Sifat racun ammonia ini
timbul bila terdapat dalam keadaan terdisosiasi, yaitu apabila
ammonia terdapat dalam larutan dimana terdapat ion hidrogen.
Pada awalnya proses yang terjadi adalah berasal dari
perubahan bentuk nitrogen-nitrat dan nitrogen-nitrit dalam
keadaan anaerob, menjadi bentuk nitrogen-ammonia,
selanjutnya ammonia ini bersenyawa dengan air membentuk
ion ammonium seperti reaksi berikut:
Dalam bentuk terdisosiasi seperti ini bentuk nitrogen-
ammonia lebih beracun terhadap ikan dibandingkan dalam
bentuk am-monium, dan hal ini erat kaitannya dengan derajat
keasaman (pH) perairan. Daya racun ammonia meningkat
dengan meningkatnya pH. Menurut SUTOMO (1989), efek
subletal ammonia terhadap ikan adalah terjadinya penyempitan
permukaan insang, akibatnya kecepatan proses pertukaran gas
dalam insang menjadi menurun. Selain itu efek lainnya adalah
terjadinya penurunan jumlah sel darah, penurunan kadar
oksigen dalam darah, mengurangi ketahanan fisik dan daya
tahan terhadap penyakit, serta kerusakan struktural berbagai
jenis organ tubuh.
2. Fosfor
Fosfor merupakan bahan makanan utama yang digunakan
oleh semua organisme untuk pertumbuhan dan sumber energi.
Fosfor di dalam air laut, berada dalam bentuk senyawa organik dan
anorganik. Dalam bentuk senyawa organik, fosfor dapat berupa
gula fosfat dan hasil oksidasinya, nukloeprotein dan fosfo protein.
Sedangkan dalam bentuk senyawa anorganik meliputi ortofosfat
dan polifosfat. Senyawa anorganik fosfat dalam air laut pada
umumnya berada dalam bentuk ion (orto) asam fosfat (H3PO4),
dimana 10% sebagai ion fosfat dan 90% dalam bentuk HPO42-.
Fosfat merupakan unsur yang penting dalam pembentukan protein
dan membantu proses metabolisme sel suatu organisme
(Hutagalung et al, 1997).
Di perairan, unsur fosfor tidak ditemukan dalam bentuk
bebas sebagai elemen, melainkan dalamm bentuk senyawa
anorganik yang terlarut (ortofosfat dan polifosfat) dan senyawa
organik yang berupa partikulat. Fosfor berbentuk kompleks dengan
ion besi dan kalsium pada kondisi aerob, besifat tidak larut, dan
mengendap pada sediment sehingga tidak dapat dimanfaatkan
oleh algae akuatik (Jeffries dan Mills, 1996).
a. Sumber dan Distribusi
Fosfor merupakan bahan makanan utama yang digunakan
oleh semua organisme untuk pertumbuhan dan sumber
energi. Fosfor di dalam air laut, berada dalam bentuk senyawa
organik dan anorganik. Dalam bentuk senyawa organik, fosfor
dapat berupa gula fosfat dan hasil oksidasinya, nukloeprotein
dan fosfo protein. Sedangkan dalam bentuk senyawa anorganik
meliputi ortofosfat dan polifosfat. Senyawa anorganik fosfat
dalam air laut pada umumnya berada dalam bentuk ion (orto)
asam fosfat (H3PO4), dimana 10% sebagai ion fosfat dan 90%
dalam bentuk HPO42-. Fosfat merupakan unsur yang penting
dalam pembentukan protein dan membantu proses
metabolisme sel suatu organisme (Hutagalung et al, 1997).
Sumber fosfat diperairan laut pada wilayah pesisir dan
paparan benua adalah sungai. Karena sungai membawa
hanyutan sampah maupun sumber fosfat daratan lainnya,
sehingga sumber fosfat dimuara sungai lebih besar dari
sekitarnya. Keberadaan fosfat di dalam air akan terurai menjadi
senyawa ionisasi, antara lain dalam bentuk ion H2PO4-, HPO4
2-,
PO43-. Fosfat diabsorpsi oleh fitoplankton dan seterusnya masuk
kedalam rantai makanan. Senyawa fosfat dalam perairan
berasal daari sumber alami seperti erosi tanah, buangan dari
hewan dan pelapukan tumbuhan, dan dari laut sendiri.
Peningkatan kadar fosfat dalam air laut, akan menyebabkan
terjadinya ledakan populasi (blooming) fitoplankton yang
akhirnya dapat menyebabkan kematian ikan secara massal.
Batas optimum fosfat untuk pertumbuhan plankton adalah 0,27
– 5,51 mg/liter (Hutagalung et al, 1997).
Fosfat dalam air laut berbentuk ion fosfat. Ion fosfat
dibutuhkan pada proses fotosintesis dan proses lainnya dalam
tumbuhan (bentuk ATP dan Nukleotid koenzim). Penyerapan
dari fosfat dapat berlangsung terus walaupun dalam keadaan
gelap. Ortofosfat (H3PO4) adalah bentuk fosfat anorganik yang
paling banyak terdapat dalam siklus fosfat. Distribusi bentuk
yang beragam dari fosfat di air laut dipengaruhi oleh proses
biologi dan fisik. Dipermukaan air, fosfat di angkut oleh
fitoplankton sejak proses fotosintesis. Konsentrasi fosfat di atas
0,3 µm akan menyebabkan kecepatan pertumbuhan pada
banyak spesies fitoplankton. Untuk konsentrasi dibawah 0,3 µm
ada bagian sel yang cocok menghalangi dan sel fosfat kurang
diproduksi. Mungkin hal ini tidak akan terjadi di laut sejak
NO3 selalu habis sebelum PO4 jatuh ke tingkat yang kritis. Pada
musim panas, permukaan air mendekati 50% seperti organik-P.
Di laut dalam kebanyakan P berbentuk inorganik. Di musim
dingin hampir semua P adalah inorganik. Variasi di perairan
pantai terjadi karena proses upwelling dan kelimpahan
fitoplankton. Pencampuran yang terjadi
dipermukaan pada musim dingin dapat disebabkan oleh bentuk
linear di air dangkal. Setelah musim dingin dan musim panas
kelimpahan fosfat akan sangat berkurang.
Fosfor berperan dalam transfer energi di dalam sel, misalnya
yang terdapat pada ATP (Adenosine Triphospate) dan ADP
(Adenosine Diphosphate). Ortofosfat yang merupakan produk
ionisasi dari asam ortofosfat adalah bentuk fosfor yang paling
sederhana di perairan.Ortofosfat merupakan bentuk fosfor yang
dapat dimanfaatkan secara langsung oleh tumbuhan akuatik,
sedangkan polifosfat harus mengalami hidrolisis membentuk
ortofosfat terlebih dahulu sebelum dapat dimanfaatkan sebagai
sumber fosfat. Setelah masuk kedalam tumbuhan, misalnya
fitoplankton, fosfat anorganik mengalami perubahan menjadi
organofosfat. Fosfat yang berikatan dengan ferri [Fe2(pO4)3]
bersifat tidak larut dan mengendap didasar perairan. Pada saat
terjadi kondisi anaerob, ion besi valensi tiga (ferri) ini
mengalami reduksi menjadi ion besi valensi dua (ferro) yang
bersifat larut dan melepaskan fosfat keperairan, sehingga
meningkatkan keberadaan fosfat diperairan (Effendi 2003).
b. Spesiasi Kimia
Secara rinci perputaran campuran organik –P yang
ditunjukkan di permukaan air secara garis besar tidak diketahui.
Sepenuhnya adalah larutan inorganik fosfor seperti hasil
ionisasi pada H3PO4
H3PO4 ..................................... H+ + H2PO4
H3PO4 ..................................... H+ + HPO42-
H3PO4 ..................................... H+ + PO43-
Pecahan pada bentuk ini dibatasi oleh pH dan komposisi pada
air. Ionisasi konstan untuk tiga tahap penguraian dapat
didefinikan sebagai :
K1= [H+] [H2PO4] [H3PO4]
K2 = [H+] [HPO42-] [H2PO4
-]
K3 = [H+] [PO33-] [HPO4
2-]
Pehitungan persen pada beragam bentuk fosfat di H2O, NaCl, air
laut, seperti sebuah fungsi pada pH. Di laut dalam ion fosfat
bentuknya lebih penting (50% pada P= 1000 bar atau 10.000 m
). H2PO4- bebas adalah lebih besar dengan persentase 49%,
MgPO4-, 46%, dan 5% CaHPO4. Sementara PO4
3- 27% seperti
MgPO4- dan 73% seperti CaPO4.
c. Proses pengambilan secara Fisik dan Biologi
Ortofosfat dihasilkan dari dekomposisi tanaman atau jaringan
yang membusuk, karena hal tersebut merupakan proses yang
mudah dan cepat maka terjadi sangat tinggi di kolom perairan
sehingga menyediakan fosfat untuk tanaman ( Davis dalam
Effendi, 1987). Ketika fitoplankton mati, organik-P dengan cepat
berubah menjadi fosfat. Banyak fitoplankton dikonsumsi oleh
zooplankton dimana proses ini menghasilkan PO4.
Inorganik fosfat terlarut terdiri atas 90% dari total fosfor
selama waktu ketika produksi organik, maka dari itulah proses
pengambilan rendah. Tipe ini muncul saat musim dingin. Saat
musim panas, ketika produktifitas tinggi inorganik fosfat
berkurang setengah dari jumlah total.
d. Konsentrasi Fosfor dalam air laut
Keberadaan fosfor diperairan alami biasanya relative kecil,
dengan kaar yang lebih sedikit dari pada kadar nitrogen. Fosfor
tidak bersifat toksik bagi manusia, hewan, dan ikan.
Keberadaan fosfor secara berlebihan yang disertai dengan
keberadaan nitrogen dapat menstimulir ledakan pertumbuhan
algae di perairan (algae bloom). Algae yang berlimpah ini dapat
membentuk lapisan pada permukaan air, yang selanjutnya
dapat menghambat penetrasi oksigen dan cahaya mathari
sehingga kurang menguntungkan bagi ekosistem perairan.
Pada saat perairan cukup mengandung fosfor, algae
mengakumulasi fosfor di dalam sel melebihi kebutuhannya.
Fenomena yang demikian dikenal istilah konsumsi berlebih
(luxury consumption). Kelebihan fosfor yang diserap akan
dimanfaatkan pada saat perairan mengalami defisiensi fosfor,
sehingga algae masih dapat hidup untuk beberapa
waktuselama periode kekeurangan pasokan fosfor (Effendi
2003).
Berdasarkan kadar fosfat total, perairan diklasifikasikan
menjadi tiga yaitu: perairan dengan tingkat kesuburan rendah
yang memiliki kadar fosfat total berkisar antara 0 – 0.02
mg/liter; perairan dengan tingkat kesuburan sedang memiliki
kadar fosfat 0.021 – 0.05 mg/liter; dan perairan dengan tingkat
kesuburan tinggi, memiliki kadar fosfat total 0.051 – 0.1 mg/liter
(Effendi, 2003)
e. Siklus fosfor
Fosfor merupakan bagian protoplasma yang penting,
cenderung “beredar”, senyawa-senyawa organik terurai dan
akibatnya menghasilkan fosfat yang kembali tersedia bagi
tumbuh-tumbuhan. Reservoir yang tersbesar dari fosfor adalah
bukan udara, melainkan batu-batuan atau endapan-endapan
lain yang telah terbentuk pada abad-abad geologis yang telah
lalu. Dan semua itu berangsur-angsur terkikis, melepaskan
fosfat kedalam ekosistem-ekosistem, tetapi banyak juga yang
lepas kedalam laut, dimana sebagian dari padanya di endapkan
dalam sedimen-sedimen dangkal, dan sebagian lagi hilang ke
sedimen-sedimen yang lebih dalam. Cara-cara pengendalian
fosfor kedaurnya sekarang atau yang ada kurang mencukupi
untuk mengganti yang hilang (Odum, 1993).
Di beberapa bagian dari dunia sekarang ini tidak terdapat
pengangkatan atau pemunculan sedimen yang luas, dan
kegiatan burung-burung laut dan ikanpun (dibawa oleh binatang
dan manusia kedarat) tidak cukup. Burung-burung laut jelas
berperan penting dalam pengambilan fosfor ke dalam daur
(bukti endapan Guano di Peru yang terkenal). Pemindahan
fosfor dan bahan-bahan lain oleh burung-burung dari laut ke
dartan masih terus berlangsung, tetapi tidak dengan laju yang
sama. Tampaknya manusia juga berperan dalam proses
penghilangan fosfor. Walaupun manusia banyak mengambil
ikan laut, Hutchinson menaksir bahwa hanya kurang lebih
60.000 ton fosfor unsur pertahun yang dikembalikan dalam
jalan ini, dibandingkan dengan satu atau dua juta ton batuan
fosfat yang ditambang dan kebanyakan tercuci serta hilang.
Ahli-ahli pertanian memberitahukan, tidak perlu khawatir
karena batuan fosfat cadangan masih besar. Justru sekarang,
manusia lebih memperhatikan “ kekacauan dan kemacetan lalu
lintas” fosfat yang larut dalam jalan-jalan perairan yang di
akibatkan dari meningkatnya “pengikisan” yang tidak dapat di
imbangi atau diganti oleh “sisitem protoplasma” dan
“sedimentasi” (Odum, 1993).
3.Silikon
Silikon (Si) merupakan salah satu unsur yang terdapat ada
kerak bumi secara berlimpah. Di alam silikon tidak ditemukan
dalam bentuk elemen bebas, melainkan berikatan dengan
oksigen dan elemen lain. Silikon banyak ditemukan dalam
bentuk silika (SiO2).Silika bersifat tidak larut dalam air maupun
asam dan biasanya berada dalam bentuk koloid. Unsur silikon
termasuk kelompok metaloid.
a. Peran utama SiO2 dalam laut adalah:
Sebagai faktor pembatas untuk diatom dan radiolarian
(cangkang sel diatom atau frustule mengandung 20-60%
silikat)
Menentukan produktivitas perairan, pada temperatur air
normal (±250C) memiliki produktivitas yang tinggi;
Berperan dalam kestimbangan kation
Mempengaruhi pH perairan
b. Sumber Silikat
Silikat dalam perairan laut berasal dari pelapukan batuan
kerak bumi (land derived material), Silika terdapat pada hampir
semua batuan dan mudah mengalami pelapukan. Sumber alami
silika adalah mineral kuarsa dan feldspar, selain bersumber dari
aktivitas hidrotermal. Elemen silikat yang diendapkan dalam
sedimen dalam jumlah yang cukup besar. Tabel 1. Menunjukkan
kesetimbangan silikat dalam perairan laut melalui mekanisme
input dan output.
Tabel 1. Kesetimbangan biogeokimia silikat dalam perairan laut
Input
(x 1014 gSiO2/tahun)
Output
(x 1014 gSiO2/tahun)
Proses Jumla
h
Proses Juml
ah
1. Masukan dari sungai 4,3 1. Endapan mineral dan residu
organisme dalam sedimen
10,4
2. Pelapukan
3. Aktivitas hidrotermal
0,9
5,7
2. Adsorpsi oleh partikel tersuspensi
sungai (river particulate mattert)
0,4
Total 10,9 Total 10,8
Batuan kerak bumi (earth crust basalt, granite, shale)
mengandung silikat sebesar 23,0 -28,2 x 104 mg/kg, dan hasil
pelapukannya ditranspor terutama melalui sistem sungai. kadar
dalam sungai 0,5-0,6 mg/l (dengan rata-rata 13 mg/l) dan di
perairan estuari sekitar 2,0 mg/l. Nutrien silikat (silikat biogenik)
dibutuhkan untuk pembentukan cangkang fitoplankton,
radiolarian, dan sponge. Selain itu, SIO2 merupakan komponen
utama penyusun mineral batuan dalam sedimen. Oleh karena
itu, SiO2 merupakan pengendali kesetimbangan komposisi kimia
dalam laut. Diperkirakan transpor SiO2 melalui sungai sebesar
4,3x1014 g/tahun, dan sebesar 83% digunakan untuk kebutuhan
biologi.
Silikat dalam perairan laut bisa dalam bentuk terlarut dan
partikel. Reaksi dari kelarutan dari SiO2 adalah
SiO2(s) + 2H2O → Si(OH)4(aq)
Karena Si(OH)4 adalah asam lemah sehingga dapat terionisasi
dalam pelarut aqueous.
Si(OH)4 →H+ + Si(OH)3O-
Si(OH)3O- → H+ + Si(OH)2O22-
Dengan pK1* = 9,47 dan pK2* =12,60 untuk ionisasi dari
Si(OH)4 dalam 0,6 M NaCl pada 250C. Sementara pH di laut
adalah 8,1 ,nilai dari pK ini memberikan hasil
[Si(OH)4]/[Si ]T = {1+ KHA/[H+]}-1 = 95,9%
[Si(OH)3O- ]/[Si ]T = {1+ [H+]/ KHA}-1 = 4,1%
Bentuk polimer dari Si(OH)4 dan Si(OH)3O- bukan pelarut yang
penting dalam perairan laut. Hal ini disebabkan konsentrasi
SiO2 di perairan lebih rendah. Tetapi jika ion Mg+ atau
Ca+ membentuk ikatan kompleks dengan Si(OH)4 dan
Si(OH)3O- , maka akan membentuk konsentrasi yang lebih
tinggi.
Determinasi dari Silikat
Determinasi silikat terlarut di laut membentuk kompleks
kuning silicomolybdic. Kompleks molybdate lain dibentuk
dengan arsenit dan fosfat. Bentuk yang beda ini dipisahkan atas
penambahan asam oxalic. Kompleks silicomolybdate berkurang
dengan penambahan larutan metal (p-methyaminophenol
sulfate). Senyawa ini berwarna biru yang dapat dipisahkan
secara spektrofotometrical pada 812nm. Senyawa ini secara
umum dapat mengurangi kestabilan dan absorbansi dari
kompleks biru molybdenum. Pengurangan ini dapat dilakukan
dengan metal (p-methyaminophenol sulfate)dan Na sulfite.
Fosfat juga menghasilkan senyawa yang sama, tetapi bentuk
tersebut dicegah dengan menggabungkan oxalic dan asam
tartaric dalam sedikit reagen.
Pada permukaan perairan umumnya ditemukan diatom
dan radiolarian, yang mempunyai skeleton dari opal (yaitu
bentuk noncristal dari senyawa hydrat SiO2). Nilai dari
SiO2 bervariasi dari 0 sampai 200µM di perairan laut.
SiO2 merupakan bagian penting dari struktur padat diatom,
radiolarian, dan sponges. Hingga 60% dari material
anorganik dalam tubuh diatom adalah SiO2 . Ketika organisme
ini mati, mereka tenggelam lalu membentuk
diatom oozes. Diatom oozes ini umum ditemukan di lautan
Antartika. Konsentrasi dari material terlarut ini bervariasi, pada
rata-rata 50% bahan anorganik Si bisa jadi 15%-60% dalam
bahan anorganik(sisanya kebanyakan CaCO3). Pada saat
terjadinya blooming diatom konsentrasi biogenik
SiO2 berkisar 100µg/l di permukaan Antartika.
Aktivitas dari diatom juga mempengaruhi dalam
penambahan SiO2 ke kolom perairan. Tidak banyak yang
mengetahui mekanisme pengambilan SiO2 dan penambahannya
sebagai hydrat silica. Protein terlibat dalam proses
absorpsi silica yang terjadi pada membran cyctoplanic. Proses
ini berlangsung cepat dan menyebar dari pusat.
Sebanyak 50% berat kering dari diatom berupa SiO2 . Ketika
diatom tumbuh dalam jumlah yang berlebih maka sel tubuhnya
akan kekurangan Si . Dengan demikian sel dapat hidup dalam
beberapa minggu. Mereka akan mengambil Si ketika malam.
Jika sel yang kekurangan tersebut mendapatkan sinar maka
mereka akan melakukan fotosintesis untuk beberapa periode
lalu segera mati. Silica pada diatom bersifat tidak larut ketika
masih hidup tetapi menjadi cepat larut ketika diatom mati.
Bahan organik atau anorganik yang mungkin melindungi kulit
mereka ketika masih hidup. Perlakuan dari sel yang mati
dengan EDTA menunjukkan terjadinya percepatan kelarutan.
Produksi dari diatom penting tetapi interaksi dari mineral
lainnya juga memiliki peranan yang penting.
Ketika laut tidak jenuh terhadap SiO2 maka partikel
silika tenggelam dan terlarut di laut dalam. Proses
ini merupakan proses yang lambat sehingga SiO2 terlarut tidak
terlihat pada kedalaman 1000km. Nilai dari SiO2 lebih tinggi
dibandingkan dengan Atlantik karena perairannya lebih lama
dan akumulasi dari SiO2 lebih lama.
c. Siklis Silikon
Kelompok diatom, radiolaria, pteropoda dan sponges juga
sebagian besar tumbuhan memanfaatkan silikon. Umumnya,
kelompok organisme tersebut mempunyai struktur kerangka
yang mengandung silika dalam jumlah tinggi. Sisa-sisa tubuh
yang telah mati terutama dari kelompok diatom akan
tenggelam ke dasar perairan membentuk deposit endapan
silikat yang spesifik. Sampai kini belum diketahui secara pasti
bagaimana silika terlarut diabsorbsi oleh diatom, kemudian
diubah menjadi hidrat silikat dan digunakan untuk membentuk
cangkang dengan pola yang indah. Beberapa algae, terutama
diatom (Bacillariophyta), membutuhkan silika untuk membentuk
frustule (dinding sel).
d. Distribusi dari SiO2 terlarut
Silikat terlarut di daerah perairan pantai umumnya cukup
tinggi karena efek “run-off” dari daratan, SiO2 yang berasal dari
daratan memasuki lautan melalui sungai yang dalam
perjalanannya berkurang di estuari sebelum mencapai lautan.
Konsentrasi dari SiO2 bervariasi menurut musim, pada musim
semi, ledakan populasi fitoplankton dengan cepat
menyebabkan menurunnya konsentrasi silikon. Regenerasi
silikon akan dimulai kembali pada musim panas saat
pertumbuhan fitoplankton menjadi lambat dan terus berlanjut
hingga mencapai puncaknya pada awal musim dingin. Pada
beberapa daerah, ledakan populasi fitoplankton pada musim
gugur dapat menyebabkan terhambatnya regenerasi silikon
untuk sementara waktu. Konsentrasi silikon terlarut di
permukaan laut umumnya rendah, kecuali di daerah yang
mengalami up-welling. Pada lapisan yang lebih dalam,
ditemukan peningkatan yang tajam dari konsentrasi silikon.
Pola distribusi silikon berbeda dari satu samudera ke samudera
lainnya dan ditentukan oleh pola sirkulasi air dan oleh suplai
silikon terlarut dari Antartik dan dari diatom terlarut yang jatuh
dari permukaan. Proses absorbsi oleh organisme juga
berpengaruh terhadap pola distribusi silikon.
Selain itu, partikel SiO2 lainnya hasil pelapukan yang dibawa
oleh aliran sungai menumpuk di muara sebagai mineral liat.
Konsentrasi dari mineral liat yang tersuspensi tersebut dapat
mempengaruhi jenis organik dan anorganik dikarenakan
pengaruh absorpsi dan pertukaran ion. Pada umumnya kadar
nutrien silikat terlarut dalam laut serta nitrogen dan fosfat
berkurang dengan meningkatnya klorinitas atau salinitas
Dalam perairan laut laut SiO2 terdapat dalam berbagai bentuk
diantaranya:
Terlarut H4SiO4 atau orto-silikat ± 20% dari total silikat;
Kolodial (amorphous)- SiO2nH2O;
Kompleks sebagai “ Clay mineral ” atau mineral liat (±
70%) antara lain
Montmorillonite : NaAl8Si12O20(OH)6
Illite : KAl5Si7O20(OH)4
Kaolinite : Al2Si2O5(OH)4
Chlorie : Mg5Al2Si3O10(OH)8
Sepiolite : Mg2Si3O6(OH)4
Sodium feldspar : NaAlSi3O8
Potasium feldspar : KAlSi3O8
Beberapa kation pembentuk mineral yang penting adalah : Na,
K, Mg, Ca, Al, Si, Fe, Mn, sr, Ba, Pb, Ti, Cl, F, P, dan C. Melalui proses
geologi dalam sedimen laut mineral-mineral tersebut akan kembali
membentuk batuan induk
Mineral Si2+ terlarut dengan reaksi kesetimbangan
seperti yang dipaparkan sebelumnya
Si2+ + H2O ↔ SiO2 + 4H+ + 4e
Tabel 3. Kation makro dan silikat yang terdapat dalam
air jebakan sedimen laut
Elemen
Terlarut
Kadar dalam Perairan
Laut
(Salinitas 300/00)
Kandungan dalam
Air Jebakan
Mg2+ 1290 ppm -
K+ 380 ppm +/-
Ca+ 412 ppm +/-
Na+ 10772 ppm -/0
SiO2 2 ppm +
HCO3- 280 ppm +
SO42- 905 ppm -
Keterangan :
+ : Penambahan (increase)
- : Pengurangan (decrease)
0 : Relatif stabil
Adanya dinamika presipitasi atau deposisi dan pembentukan
mineral liat menyebabkan terjadinya penambahan atau
pengurangan kation dalam sedimen. Beberapa reaksi diagenetik
pembentukan mineral liat dalam sedimen lainnya terkait dengan
silikat adalah
6 SiO2(amorph) + 4 CaCO3 + 4 Mg2+ + 7 H2O → 2
Mg2Si3O6(OH)4(sepiolite) + 3H2O + 4CO2 + 4Ca2+
5Mg2Si3O6(OH)4 +2Al2Si2O5(OH)4(kaolinite)+20H2O → 2M
g5Al2Si3O10(OH)8(chlorite) + 13H4SiO4
2 NaAlSi3O8(sodium feldspar) + H2O + 2 H+ → 4 SiO2 +
Al2Si2O5(OH)4 + 2 Na+
BAB III
PENUTUP1. Kesimpulan
Riley dan Chester (1971), menyatakan bahwa unsur N, P dan
Si adalah merupakan elemen esensial terpenting yang
dibutuhkan oleh organisme laut. Ketiga elemen tersebut
berperan penting dalam metabolisme, proses fisiologis dan
reaksi biokimiawi dalam tubuh.felycitae ekalaya appa.
Nitrogen merupakan kebutuhan pokok bagi seluruh
organisme, sebab unsur nitrogen diperlukan dalam mensintesis
molekul-molekul protein yang kompleks dan berpengaruh
terhadap pertumbuhan dan reproduksi organisme tersebut.
Fosfor merupakan bahan makanan utama yang digunakan
oleh semua organisme untuk pertumbuhan dan sumber energi.
Fosfor di dalam air laut, berada dalam bentuk senyawa organik
dan anorganik. Fosfat merupakan unsur yang penting dalam
pembentukan protein dan membantu proses metabolisme sel
suatu organisme (Hutagalung et al, 1997).
Silikon (Si) merupakan salah satu unsur yang terdapat ada
kerak bumi secara berlimpah. Sebagai faktor pembatas untuk
diatom dan radiolarian (cangkang sel diatom atau frustule
mengandung 20-60% silikat), menentukan produktivitas
perairan, pada temperatur air normal (±250C) memiliki
produktivitas yang tinggi, berperan dalam kestimbangan kation
dan mempengaruhi pH perairan