Karbon, Kerangka Dasar Pembentuk Kehidupan

Ilustrasi karbon

Karbon merupakan pembentuk kerangka dasar kehidupan. Banyak dari kita pernah mendengar kata kata tersebut, tetepi kurang memahami apa makna sebenarnya dari pernyataan tersebut. Seluruh benda hidup tersusun dari unsur unsur penyusunnya, dengan elemen paling berlimpah di alam adalah oksigen, karbon, hidrogen, nitrogen, kalsium dan fosfor. Dari berbagai unsur tersebut, karbon berperan penting dalam menyusun rangka dasar kehidupan melalui kemampuannya bergabung dengan unsur lain menjadi komponen penting seperti gula, pati, lemak dan protein. Bersama-sama, semua jenis senyawa karbon ini mencakup hampir separuh massa maskhluk hidup.

Karbon juga ada dalam bentuk lain di atmosfer bumi, tanah, lautan dan juga batuan kerak bumi. Manakala melihat bumi sebagai sebuah sistem, maka seluruh komponen ini disebut sebagai pool karbon atau dalam sumber lain disebut stock atau reservoir karbon karena fungsinya sebagai penyimpan cadanga karbon dalam jumlah besar. Setiap pergerakan atau perpindahan karbon dari salah satu pool ke reservoir yang lain dikenal sebagai fluxs (aliran). Dalam sistem yang saling terhubung dan terintegrasi, fluxs menghubungkan reservoir untuk secara bersama sama menghasilkan daur ataupun umpanbalik.

Salah satu contoh terbaik sebuah siklus materi adalah daur karbon yang terjadi di atmosfer. Karbon di atmosfer digunakan oleh tumbuhan untuk menyusun massa tumbuhan melalui proses fotosintesis. Dalam skala global, proses ini melibatkan tansfer karbon dalam jumlah besar dari satu pool (atmosfer) ke pool yang lain (tanaman). Seiring berjalannnya waktu, tanaman terserbut mati dan meluruh menjadi bentuk karbon yang lain. Semua proses tersebut mengalirkan karbon melalui daur dari berbagai pool dalam ekosistem dan melepaskan kembali karbon tersebut ke atmosfer. Berbagai jenis daur karbon yang lain juga terjadi misalnya yang terjadi di lautan.

Dalam skala waktu yang paling singkat dalam orde menit atau detik, tanaman menangkap karbon dari atmosfer melalui proses fotosintesis serta melepaskan kembali ke atmosfer melalui proses respirasi. Dalam skala waktu yang lebih panjang, karbon dari tanaman mati terurai dan terbenam dalam tanah, dan mungkin akan tetap seperti itu dalam kurun waktu, tahun, dekade atau abad, sampai dengan tanaman mati tersebut terurai oleh mikroba dan dilepasakan kembali ke atmosfer. Dalam skala waktu yang lebih tinggi, karbon yang berada dalam tanah akan terendapkan dalam sedimen, mencegahnya untuk terurai dan kemudian secara berlahan berubah menjadi minyak bumi, batubara atau gas seperti yang sekarang kita pakai. Ketika kita membakar senyawa ini, maka kita melepaskan kembali karbon yang telah tersimpan selama jutaan tahun kembali ke atmosfer dalam bentuk karbon dioksida.

Daur karbon memiliki peran yang sangat besar dalam kelangsungan fungsi dan kelanjutan segala kehidupan di planet bumi. Dalam skala global, daur karbon memegang peran dalam mengatur iklim di bumi melalui pengaturan konsentrasi karbon dioksida di atmosfer. Karbon dioksida berperan penting dalam gejala yang dikenal sebagai efek gas rumah kaca (greenhouse effect), melalui pemerangkapan panas matahari oleh beberapa jenis gas yang berada di permukaan bumi dan mencegahnya lepas keluar angkasa. Efek rumah kaca sendiri merupakan sebuah fenomena alam yang sempurna, dan tanpanya bumi akan merupakan suatu tempat yang sangat dingin dan tidak mungkin ditinggali makhluk hidup. Tetapi seperti dengan kasus lain, terlalui banyak hal baik akan membawa konsekuensi buruk, dan peningkatan konsentrasi gas rumah kaca secara tidak alami di atmosfer telah menyebabkan planet bumi menjadi lebih panas.

Dalam beberapa tahun terakhir, karbon dioksida telah menerima perhatian yang sangat besar terkait dengan peningkatan konsentrsinya di atmosfer yang mencapai 30% lebih besar dari kondisi normal, dan angka tersebut akan terus meningkat dalam beberapa tahun mendatang. Para ilmuan telah menunjukan bahwa kenaikan konsentrasi karbon dioksida di atmosfer tersebut terjadi sebagai akibat dari berbagai aktivitas manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil dan perusakan hutan yang dilakukan dalam kurun waktu 150 tahun terakhir. Karena karbon dioksida merupakan gas rumah kaca, maka peningkatan konsentrasinya di atmosefer dipercaya telah menyebabkan kenaikan suhu secara global. Inilah penyebab utama terjadinya perubahan iklim, dan inilah alasan utama meningkatknya ketertarikan terhadap karbon dan daurnya.

Dalam daur karbon reservoir bumi dapat berfungsi ganda, sebagai sumber karbon ke atmosfer (source) dan juga berfungsi sebagai penyimpan karbon (sink) yang diambil dari udara. Jika kedua arah fluks karbon tersebut berada pada harga yang sama besar maka daur karbon dinyatakan sebagai dalam kesetimbangan dan  tidak ada perubahan ukuran dari reservoir seiring perubahan waktu. Menjaga jumlah karbon dioksida di atmosfer dalam jumlah tetap merupakan langkah tepat untuk menjaga kesetabilan temperatur rata rata planet bumi. Akan tetapi, penggunaan bahan bakar fosil dan alih fungsi hutan telah menjadikan aliran karbon ke atmosfer melebihi kemampuan alam untuk menyimpan karbon melalui lautan, hutan dan sejenisnya, sehingga ukuran reservoir karbon di atmosfer cenderung meningkat. Keadaan inilah yang saat ini ditengarai sebagai penyebab meningkatnya suhu global pertanda terjadinya perubahan iklim. Sejauh mana konsentrasi karbon dioksida akan meningkat dimasa mendatang sangat tergantung kepada seberapa banyak karbon yang dilepaskan manusia dan  seberapa besar karbon yang mampu diserap berbagai reservoir karbon alami planet bumi. Secara sederhana semuanya akan sangat tergantung kepada proses daur karbon yang terjadi di alam.

Adapted from  Global Carbon Cycle, University of New Hamshire

Visit my blog at www.maszoom.blogspot.com

Agrikultur Dan Perubahan Iklim Global

Ilustrasi Kegiatan Agrikultur

Agrikultur tidak hanya menjadi aktivitas mendasar manusia yang berada dalam resiko perubahan iklim, aktivitas ini juga merupakan pendorong dari perubahan lingkungan dan perubahan iklim itu sendiri.  Sektor ini mempunyai dampak yang sangat besar terhadap sumber daya air dan lahan. Secara global, 1,4 milyar hektar lahan subur digunakan untuk budidaya pertanian dan 2,5 milyar hektar lainnya digunakan untuk kegiatan peternakan. Selain itu, sekitar 4 milyar hektar merupakan hutan dengan lima persen diantaranya merupakan hutan tanaman. Dua milyar ton biji-bijian dihasilkan secara global pertahun yang diperuntukan sebagai bahan pangan dan pakan, menyediakan dua pertiga total masukan protein bagi seluruh umat manusia. Sekitar sepuluh persen total kebutuhan sereal dunia dipenuhi melalui perdagangan secara internasional. Lebih lanjut, sekitar 150 juta ton ikan dan produk perairan lainnya dikonsumsi umat manusia pertahunnya. Produk perairan berkontribusi sebesar 50 persen dari total masukan protein umat manusia, dan pada beberapa pulau kecil dan negara-negara berkembang angka tersebut cenderung lebih besar.

Selain menggunakan lahan secara masif, agrikultur juga memanfaatkan sumber daya air dalam skala yang sangat besar. Lebih dari 200 juta hektar lahan subur telah dilengkapi dengan sistem irigasi, dengan memanfaatkan hampir 2.500 milyar meter kubik air pertahunnya. Kebutuhan air ini berasal dari aquifer, danau maupun sungai dan mencapai hampir 75 persen pemenfaatan sumber daya air oleh umat manusia. Sistem irigasi menjamin keberlanjutan sistem suplai bahan pangan, sekitar 40 persen dalam kasus produksi sereal. Akhirnya, input bahan kimia dalam jumlah yang sangat signifikan diperlukan untuk mencapai hasil produksi yang tinggi dalam sistem yang intensif. Diantara bahan kimia tersebut adalah nitogen, dengan penggunaan mencapai 100 juta ton pertahun.

Sebagai konsekuensi dari aktivitas dalam skala yang sangat besar ini, agrikultur merupakan kontributor utama terhadap degradasi lahan, dan lebih khusus lagi terhadap emisi gas rumah kaca. Kegiatan ini mengemisikan 13-15 milyar ton CO2e per tahun, yang merupakan sepertiga total emisi yang dilepaskan dari seluruh aktivitas umat manusia. Dari keseluruhan aktivitas manusia, agrikultur bertanggung jawab terhadap 25 persen emisi karbon dioksida (sebagian besar diantaranya terjadi dari kerusakan hutan), 50 persen emisi metana (dari kegiatan pertanian lahan basah/padi dan fermentasi enterik), dan lebih dari 75 persen emisi N2O (sebagian besar dari penggunaan pupuk).

Jika emisi gas rumah kaca-termasuk yang berasal dari kegiatan agrikultur, tidak terkontrol dalam beberapa dekade mendatang, maka peningkatan konsentrasi mereka di atmosfer diproyeksikan akan memperkuat terjadinya perubahan iklim di abad ke 21. Jika interferensi antropogenik berbahaya terhadap sistem iklim perlu dihindari dalam beberapa dekade mendatang dan pemanasan atau peningkatan suhu global masih dalam batas yang dapat diterima (dalam hal ini adalah 2⁰ pada akhir abad ini), maka diperlukan usaha untuk menstabilisasi konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer. Hal ini memerlukan pengurangan emisi gas rumah kaca global secara signifikan, dimulai dari saat ini dan paling lambat antara tahun 2020-2030. 

Reference : Climate Change, Adaptation and Mitigation, Challenge and Opportunities In The Food Sector, FAO, Rome, Italy, 2012.