Siklus Biogeokimia

Unsur-unsur kimia yang membangun kehidupan bersiklus tanpa henti antara organisme, tanah, air, dan atmosfer, dan pelacakan siklus ini mengungkapkan bagaimana ekosistem dan sistem Bumi saling terkait.

Definition

Siklus biogeokimia adalah jalur di mana unsur-unsur kimia bergerak dan bertransformasi di antara kompartemen hidup, tanah, akuatik, dan atmosfer dalam ekosistem dan sistem Bumi.

Scope

Topik ini mencakup siklus unsur-unsur penting bagi kehidupan pada skala global dan ekosistem: siklus karbon dan pertukarannya antara biosfer, atmosfer, dan lautan; siklus nitrogen dengan fiksasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi; siklus fosfor; siklus sulfur; dan siklus hidrologi sebagai pembawa nutrisi terlarut. Topik ini membahas kumpulan (pools) dan fluks, waktu tinggal (residence times), dan bagaimana aktivitas manusia telah mengubah siklus-siklus ini.

Core questions

• Bagaimana karbon, nitrogen, dan fosfor bergerak di antara organisme dan lingkungan?
• Transformasi apa yang dialami setiap unsur dalam siklusnya?
• Bagaimana kumpulan dan fluks dikuantifikasi dan apa yang menentukan waktu tinggal?
• Bagaimana aktivitas manusia telah mengubah siklus biogeokimia global?

Key theories

Kumpulan, fluks, dan waktu tinggal

Setiap siklus dijelaskan oleh reservoir suatu unsur dan fluks di antaranya, dengan rasio ukuran kumpulan terhadap fluks yang menentukan waktu tinggal dan mengungkapkan kompartemen mana yang merespons dengan cepat atau lambat terhadap gangguan.

Perubahan siklus unsur oleh manusia

Fiksasi nitrogen industri, pembakaran bahan bakar fosil, dan penggunaan pupuk telah kira-kira menggandakan masukan nitrogen reaktif dan secara substansial mengganggu siklus karbon dan fosfor, dengan konsekuensi ekologis yang luas.

Mechanisms

Unsur-unsur bergerak di antara reservoir melalui transformasi biologis dan transportasi fisik. Karbon difiksasi melalui fotosintesis, dikembalikan melalui respirasi dan dekomposisi, serta dipertukarkan dengan atmosfer dan lautan; nitrogen difiksasi dari atmosfer oleh mikroba khusus, diubah melalui nitrifikasi dan asimilasi, dan dikembalikan ke udara melalui denitrifikasi; fosfor, yang tidak memiliki fase gas, bersiklus perlahan melalui pelapukan batuan, penyerapan, dan sedimentasi. Ukuran setiap kumpulan relatif terhadap fluks masuk dan keluar menentukan seberapa cepat ia berputar dan seberapa sensitif ia terhadap gangguan.

Clinical relevance

Pemahaman biogeokimia mendasari ilmu perubahan iklim, pengelolaan eutrofikasi akibat polusi nutrisi, kesuburan tanah dan penggunaan pupuk, serta perancangan kebijakan untuk membatasi gangguan siklus unsur global. Ini adalah konteks edukasi, bukan resep manajemen.

History

Vernadsky membingkai biosfer sebagai kekuatan geokimia pada tahun 1920-an, dan Hutchinson mengembangkan biogeokimia kuantitatif pada pertengahan abad kedua puluh. Kekhawatiran terhadap gangguan manusia tumbuh dengan studi hujan asam, kaskade nitrogen yang dijelaskan oleh Galloway, dan peran siklus karbon global dalam perubahan iklim.

Key figures

• Vladimir Vernadsky
• G. Evelyn Hutchinson
• William Schlesinger
• James Galloway

Seminal works

• schlesinger2013
• chapin2011
• galloway2004

Frequently asked questions

Mengapa siklus fosfor berbeda dari karbon dan nitrogen?

Fosfor tidak memiliki bentuk gas yang signifikan, sehingga tidak dapat bersiklus melalui atmosfer; sebaliknya ia memasuki ekosistem secara perlahan melalui pelapukan batuan dan akhirnya hilang ke sedimen, menjadikannya nutrisi pembatas yang umum.

Apa itu kaskade nitrogen?

Kaskade nitrogen adalah urutan efek lingkungan yang dapat disebabkan oleh satu atom nitrogen reaktif saat bergerak melalui udara, air, dan tanah, secara bergantian berkontribusi pada kabut asap, hujan asam, eutrofikasi, dan pemanasan rumah kaca sebelum mengalami denitrifikasi.