Karbon merupakan salah satu unsur penting di bumi dan termasuk dalam 4 unsur terbanyak di semesta (Balaubramanian, 2017). Karbon merupakan unsur penyusun hampir seluruh makhluk hidup (Gambar 1), pada tubuh manusia unsur karbon menyusun sekitar 18% (National Institute of Education, 2016). Selain itu, aktivitas makhluk hidup juga membutuhkan karbon dalam berbagai bentuk, di antaranya pada proses respirasi, makan, fotosintesis, transportasi dan banyak aktivitas lainnya. Proses perpindahan karbon dalam berbagai proses tersebut disebut dengan siklus karbon (Balaubramanian, 2017). Siklus karbon yang berlangsung cepat disebut dengan siklus karbon pendek, sementara siklus karbon yang berlangsung dalam rentang waktu yang lama dan melalui proses geologis disebut dengan siklus karbon panjang.
Gambar 1. Ilustrasi makhluk hidup tersusun atas karbon
Siklus Pendek
Proses fotosintesis, pembentukan humus, perpindahan karbon di udara dan laut berperan dalam siklus karbon pendek (Berner, 2003). Tumbuhan dan fitoplankton merupakan komponen utama yang berperan dalam siklus karbon pendek. Tumbuhan dan fitoplankton menyerap karbon dioksida di atmosfer untuk berfotosintesis membentuk karbohidrat dan oksigen. Tumbuhan memanfaatkan gula yang dihasilkan untuk menghasilkan energi dalam proses pertumbuhan. Selain itu, hewan dan juga manusia memakan tumbuhan dan fitoplankton untuk mendapatkan energi dari gula yang tersimpan pada keduanya. Selanjutnya, tumbuhan dan plankton yang mati akan mengalami penguraian, sehingga karbon terurai membentuk humus ataupun endapan karbonat di laut.
Hewan dan manusia melakukan proses respirasi, di mana dalam proses tersebut keduanya memerlukan oksigen dan kemudian melepaskan karbon dioksida ke atmosfer. Karbon dioksida di atmosfer nantinya akan dimanfaatkan oleh tumbuhan dan fitoplankton dan seterusnya membentuk suatu siklus. Proses berpindahnya karbon dalam berbagai bentuk melalui bermacam-macam proses tersebut terangkum pada Gambar 2.
Gambar 2. Ilustrasi siklus karbon pendek
(sumber : //www.abc.net.au/science/articles/2014/06/04/4018335.html)
Siklus Panjang
Pada siklus panjang, karbon berpindah dalam berbagai bentuk dari batuan, tanah, laut dan atmosfer dalam rentang waktu 100-200 juta tahun. Perpindahan karbon dari atmosfer ke permukaan bumi terjadi salah satunya melalui proses pelapukan batuan. Batuan yang tersingkap ke permukaan selanjutnya bereaksi dengan berbagai gas di atmosfer, salah satunya gas karbon dioksida (Gambar 3). Persamaan 1 menunjukkan reaksi kimia mineral silikat dengan karbon dioksida dan membentuk senyawa lainnya yang mengandung karbon (Berner, 2003). Reaksi tersebut merupakan reaksi bolak balik, yang mana reaksi dari kanan ke kiri menggambarkan proses lepasnya karbon dioksida ke atmosfer maupun ke laut pada proses penimbunan atau dekomposisi termal karbonat atau terumbu karang.
Persamaan 2 dari kiri ke kanan menunjukkan proses fotosintesis secara global dimana air dan karbon dioksida dari atmosfer bereaksi membentuk material organik (gula) dan oksigen (Berner, 2003). Material organik tersebut dapat menumpuk membentuk endapan gambut maupun membentuk sedimen lainnya. Penimbunan yang terus berlangsung dapat merubah senyawa organik menjadi senyawa kerogen dalam bentuk minyak, gas maupun batubara. Sementara dari reaksi kanan ke kiri menggambarkan proses pelapukan pada material organik yang tersingkap ke permukaan maupun proses dekomposisi termal material organik. Selain itu, persamaan 2 dari kanan ke kiri menunjukkan reaksi kimia yang terjadi pada proses pembakaran energi fosil, di mana dari reaksi tersebut diketahui bahwa proses pembakaran energi fosil menghasilkan pelepasan karbon dioksida ke atmosfer. Emisi karbon dari dalam bumi ke atmosfer juga dapat disebabkan karena peristiwa alami, salah satunya yaitu aktivitas vulkanisme, yang mana gas karbon dioksida termasuk gas yang cukup banyak dikeluarkan pada
saat gunung meletus.
Gambar 3. Siklus karbon panjang
(sumber : //serc.carleton.edu/earthlabs/carbon/lab_2.html)
Siklus Karbon terhadap Iklim Global
Siklus karbon menjaga keseimbangan konsentrasi karbon pada atmosfer, laut dan permukaan bumi. Jumlah yang berlebihan pada salah satu komponen dapat menyebabkan ketidakseimbangan pada keseluruhan siklus dan kondisi bumi. Jumlah karbon dalam bentuk karbon dioksida pada atmosfer yang berlebihan berpengaruh salah satunya dalam perubahan iklim. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 4, yang mana pada saat karbon dioksida meningkat, temperatur permukaan bumi juga mengalami peningkatan, dan sebaliknya pada saat konsentrasi karbon dioksida, temperatur permukaan bumi relatif rendah.
Gambar 4. Grafik karbon dioksida dan temperatur permukaan bumi sepanjang tahun
(Sumber : //earthobservatory.nasa.gov/Features/CarbonCycle)
Berdasarkan Gambar 4 dapat diketahui sejak dahulu temperatur permukaan bumi dan kadar karbon dioksida mengalami fluktuasi atau dapat disebut bahwa peristiwa perubahan iklim merupakan peristiwa yang normal. Akan tetapi, pada saat ini karbon diosida dilepaskan ke atmosfer dalam jumlah yang signifikan (IPCC, 2007). Kondisi ini dimulai sejak revolusi industri, dimana terjadi pembakaran energi fosil secara besar-besaran. Perubahan kandungan karbon dioksida secara signifikan mengakibatkan terjadi kenaikan temperatur permukaan bumi yang ekrtrem, di mana dalam periode 25 tahun terakhir laju kenaikan temperature permukaan bumi mencapai 0,177±0,052⁰C per dekade (Gambar 5). Kenaikan temperatur permukaan bumi yang ekstrem ini dapat mempengaruhi kehidupan makhluk hidup di bumi, di antaranya mencairnya es di kutub, meningkatnya ketidakseimbangan tanah, perubahan berbagai ekosistem, bencana banjir meningkat, dan lain – lain (IPCC, 2007). Oleh karena itu, manusia perlu mengurangi pembakaran bahan bakar fosil dan langkah – langkah lainnya untuk mengurangi pelepasan karbon ke atmosfer.
Gambar 5. Kenaikan temperatur permukaan bumi
(Sumber : Ferian Anggara menggunakan data IPCC, 2007)
Referensi :
Balaubramanian, A. 2017. Technical report of Siklus Karbon. Centre for Advance Studies in The Earth Science, University of Mysore, Mysore. (accessed through www.researchgate.net on July 23rd, 2018)
Berner, Robert A. 2003. The Long-Trm Carbon Cycle, Fossil Fuels and Atmospheric Composition. NATURE Vol 426, 323-326.
IPCC, 2007. Climate change 2007: the physical science basis: contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge; New York, 79-132.