Karbon organik terlarut: Perbedaan antara revisi

[[File:Ocean DOC production and export fluxes.png|thumb|upright=1.8| {{center|'''Fluks produksi dan ekspor DOC laut bersih'''}} Produksi net DOC (NDP) di atas 74 meter (a) dan net ekspor DOC (NDX) di bawah 74 meter (b). Pada kondisi stabil, penjumlahan global NDX sama dengan NDP, yaitu 2,31 ± 0,60 PgC tahun. <ref>Roshan, S. and DeVries, T. (2017) "Efficient dissolved organic carbon production and export in the oligotrophic ocean". ''Nature Communications'', '''8'''(1): 1–8. {{doi|10.1038/s41467-017-02227-3}}.</ref>]]'''Karbon organik terlarut''' (''Dissolved organic carbon'' (DOC)) adalah bagian dari [[karbon]] yang larut dalam air dan dapat melewati filter dengan pori kecil, biasanya antara 0,22 hingga 0,7 mikrometer. Karbon ini sebagian besar terlarut dalam air.<ref name="carleton2018">{{Cite web|title=Organic Carbon|url=https://serc.carleton.edu/microbelife/research_methods/biogeochemical/organic_carbon.html|website=Bio-geochemical Methods|access-date=2018-11-27}}</ref> Di sisi lain, yang tetap menempel pada filter disebut ''Partikulat Organic Carbon'' (POC). POC adalah bagian dari karbon organik yang lebih besar dan tidak dapat melewati filter dengan ukuran pori tersebut. Dengan memahami perbedaan ini, para peneliti dapat mengidentifikasi dan mengukur berbagai fraksi karbon organik dalam lingkungan air.<ref>{{Cite journal|last=Kenny|first=Jonathan E.|last2=Bida|first2=Morgan|last3=Pagano|first3=Todd|date=October 2014|title=Trends in Levels of Allochthonous Dissolved Organic Carbon in Natural Water: A Review of Potential Mechanisms under a Changing Climate|journal=Water|language=en|volume=6|issue=10|pages=2862–2897|doi=10.3390/w6102862}}</ref>

DOC (Dissolved Organic Carbon) melimpah di sistem perairan laut dan air tawar dan merupakan salah satu [[reservoir]] bahan organik terbesar di Bumi, menyumbang jumlah karbon yang sama dengan di atmosfer hingga 20% dari seluruh karbon organik.<ref>{{Cite journal|last=Hedges|first=John I.|date=3 December 1991|title=Global biogeochemical cycles: progress and problems|url=http://www.ic.ucsc.edu/~mdmccar/ocea213/readings/discuss_2_Hedges/Hedges_1992_MarChem_global_biogeochem_cycles_progress_problems.pdf|journal=Marine Chemistry|volume=39|issue=1–3|pages=67–93|doi=10.1016/0304-4203(92)90096-s}}</ref> Secara umum, senyawa [[karbon organik]] adalah hasil dari proses dekomposisi bahan organik yang mati, termasuk tanaman dan hewan.<ref>{{Cite journal|last=Kritzberg|first=Emma S.|last2=Cole|first2=Jonathan J.|last3=Pace|first3=Michael L.|last4=Granéli|first4=Wilhelm|last5=Bade|first5=Darren L.|date=2004-03-01|title=Autochthonous versus allochthonous carbon sources of bacteria: Results from whole‑lake 13C addition experiments|url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2004LimOc..49..588K|journal=Limnology and Oceanography|volume=49|pages=588–596|doi=10.4319/lo.2004.49.2.0588}}</ref> DOC dapat berasal dari dalam atau luar suatu badan air tertentu. DOC yang berasal dari dalam badan air dikenal sebagai DOC [[autochthonous]] dan biasanya berasal dari tanaman air atau alga, sedangkan DOC yang berasal dari luar badan air dikenal sebagai [[allochthonous]] dan biasanya berasal dari tanah atau tanaman darat. <ref>{{Cite journal|last=Kritzberg|first=Emma S.|last2=Cole|first2=Jonathan J.|last3=Pace|first3=Michael L.|last4=Granéli|first4=Wilhelm|last5=Bade|first5=Darren L.|date=March 2004|title=Autochthonous versus allochthonous carbon sources of bacteria: Results from whole-lake ¹³C addition experiments|url=http://portal.research.lu.se/ws/files/4814125/624600.pdf|journal=Limnology and Oceanography|volume=49|issue=2|pages=588–596|bibcode=2004LimOc..49..588K|doi=10.4319/lo.2004.49.2.0588|issn=0024-3590}}</ref> Ketika air berasal dari daerah daratan dengan proporsi tanah organik yang tinggi, komponen-komponen ini dapat mengalir ke sungai dan danau sebagai DOC.

Karena produksi dan degradasi yang berkelanjutan dalam sistem alami, kumpulan DOC mengandung spektrum senyawa reaktif yang masing-masing memiliki reaktivitasnya sendiri,.<ref>{{Cite journal|last=Vähätalo|first=Anssi V.|last2=Aarnos|first2=Hanna|last3=Mäntyniemi|first3=Samu|date=2010-03-13|title=Biodegradability continuum and biodegradation kinetics of natural organic matter described by the beta distribution|url=http://dx.doi.org/10.1007/s10533-010-9419-4|journal=Biogeochemistry|volume=100|issue=1-3|pages=227–240|doi=10.1007/s10533-010-9419-4|issn=0168-2563}}</ref>  yangBerdasarkan telahwaktu pergantian, maka spektrum DOC dibagi menjadi fraksi dari labil hingga rekalsitran, bergantung pada waktu pergantian,  ditunjukkan pada tabel berikut.

Siklus perputaran atau waktu degradasi bahan organik terlarut (DOC) memiliki variasi yang luas,. danVariasi inidegradasi terkaitbahan denganorganik terlarut (DOC) dapat dipengaruhi oleh berbagai faktor, seperti komposisi kimia, struktur, dan ukuran molekuler DOC. Faktor-faktor lingkungan seperti kondisi nutrisi, keragaman [[prokariota]], keadaan [[redoks]], ketersediaan besi, asosiasi dengan partikel mineral, suhu, paparan sinar matahari, produksi biologis senyawa refraktori, serta efek dari pemberian rangsangan atau pelarutan molekul individu juga memainkan peran penting dalam proses degradasi ini.<ref>{{Cite journal|last=Amon|first=Rainer M. W.|last2=Benner|first2=Ronald|date=1996-01|title=Bacterial utilization of different size classes of dissolved organic matter|url=http://dx.doi.org/10.4319/lo.1996.41.1.0041|journal=Limnology and Oceanography|volume=41|issue=1|pages=41–51|doi=10.4319/lo.1996.41.1.0041|issn=0024-3590}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Thingstad|first=T. F.|last2=Havskum|first2=H.|last3=Kaas|first3=H.|last4=Nielsen|first4=T. G.|last5=Riemann|first5=B.|last6=Lefevre|first6=D.|last7=Williams|first7=P. J. le B.|date=1999-01|title=Bacteria—protist interactions and organic matter degradation under P‐limited conditions: Analysis of an enclosure experiment using a simple model|url=http://dx.doi.org/10.4319/lo.1999.44.1.0062|journal=Limnology and Oceanography|volume=44|issue=1|pages=62–79|doi=10.4319/lo.1999.44.1.0062|issn=0024-3590}}</ref><ref>{{Cite book|last=Giorgio|first=P.A. del|last2=Davis|first2=J.|date=2003|url=http://dx.doi.org/10.1016/b978-012256371-3/50018-4|title=Patterns in Dissolved Organic Matter Lability and Consumption across Aquatic Ecosystems|publisher=Elsevier|isbn=978-0-12-256371-3|pages=399–424}}</ref>

Bahan organik terlarut (DOM) adalah salah satu penyimpan karbon paling aktif dan ''mobile'' serta memiliki peran penting dalam [[siklus karbon]] global.  Selain itu, karbon organik terlarut (DOC) mempengaruhi proses denitrifikasi muatan listrik negatif tanah, reaksi asam basa dalam larutan tanah, retensi dan translokasi unsur hara (kation), dan imobilisasi logam berat dan xenobiotik.<ref>{{Cite journal|last=Kalbitz|first=K.|last2=Solinger|first2=S.|last3=Park|first3=J.-H.|last4=Michalzik|first4=B.|last5=Matzner|first5=E.|date=2000-04|title=CONTROLS ON THE DYNAMICS OF DISSOLVED ORGANIC MATTER IN SOILS: A REVIEW|url=http://dx.doi.org/10.1097/00010694-200004000-00001|journal=Soil Science|volume=165|issue=4|pages=277–304|doi=10.1097/00010694-200004000-00001|issn=0038-075X}}</ref>  DOM tanah dapat diperoleh dari berbagai sumber (input), seperti karbon atmosfer yang terlarut dalam curah hujan, [[serasah]] dan sisa tanaman, pupuk kandang, eksudat akar, dan dekomposisi bahan organik tanah (SOM). Di dalam tanah, ketersediaan DOM bergantung pada interaksinya dengan komponen mineral (misalnya [[tanah liat]], oksida Fe dan Al) yang dimodulasi oleh proses [[adsorpsi]] dan [[desorpsi]]. Hal ini juga bergantung pada fraksi SOM (misalnya, molekul organik yang distabilkan dan biomassa mikroba) melalui proses mineralisasi dan imobilisasi. Selain itu, intensitas interaksi ini berubah sesuai dengan sifat bawaan tanah,  penggunaan lahan, dan pengelolaan tanaman.

Selama penguraian bahan organik, sebagian besar karbon hilang sebagai CO₂ atmosfer melalui oksidasi mikroba. Jenis tanah dan kemiringan lanskap, pencucian , dan limpasan juga merupakan proses penting yang terkait dengan hilangnya DOM di dalam tanah.  Di tanah yang memiliki [[drainase]] baik, DOC yang tercuci dapat mencapai permukaan air dan melepaskan unsur hara dan [[polutan]] yang dapat mencemari air tanah ,  sedangkan limpasan mengangkut DOM dan [[xenobiotik]] ke area lain, sungai, dan danau.

Curah hujan dan air permukaan melepaskan karbon organik terlarut (DOC) dari vegetasi dan serasah tanaman dan meresap melalui kolom tanah ke zona jenuh. Konsentrasi, komposisi, dan ketersediaan hayati DOC diubah selama pengangkutan melalui kolom tanah melalui berbagai proses fisikokimia dan biologi, termasuk penyerapan, desorpsi, [[biodegradasi]], dan [[biosintesis]]. Molekul [[hidrofobik]] lebih disukai terbagi menjadi mineral tanah dan memiliki waktu retensi yang lebih lama di dalam tanah dibandingkan molekul [[hidrofilik]]. [[Hidrofobisitas]] dan waktu [[retensi koloid]] dan molekul terlarut dalam tanah dikendalikan oleh ukuran, polaritas, muatan, dan ketersediaan hayati . DOM yang tersedia secara hayati mengalami dekomposisi mikroba, yang mengakibatkan pengurangan ukuran dan berat molekul. Molekul baru disintesis oleh mikroba tanah , dan beberapa metabolit ini memasuki reservoir DOC di air tanah.

Karbon akuatik terdapat dalam berbagai bentuk. Pertama, dilakukan pembagian antara karbon organik dan anorganik. Karbon organik merupakan campuran senyawa organik yang berasal dari [[detritus]] atau produsen primer. Ini dapat dibagi menjadi POC ( karbon organik partikulat; partikel > 0,45 μm) dan DOC (karbon organik terlarut; partikel <0,45 μm). DOC biasanya menyumbang 90% dari total jumlah karbon organik perairan. Konsentrasinya berkisar antara 0,1 hingga >300 mg/L.

Demikian pula karbon anorganik juga terdiri dari partikulat (PIC) dan fase terlarut (DIC). PIC terutama terdiri dari [[karbonat]] (misalnya CaCO₃), DIC terdiri dari karbonat (CO₃^2-), [[bikarbonat]] (HCO₃⁻), CO₂ dan sebagian kecil [[asam karbonat]] (H₂CO₃). Senyawa karbon anorganik berada dalam kesetimbangan yang bergantung pada pH air.  ​​KonsentrasiKonsentrasi DIC di air tawar berkisar dari nol di perairan asam hingga 60 mg C/L di daerah dengan sedimen kaya karbonat.

POC dapat terdegradasi menjadi DOC; DOC dapat menjadi POC dengan cara [[flokulasi ]]. Karbon anorganik dan organik dihubungkan melalui organisme akuatik . CO² digunakan dalam [[fotosintesis]] (P) misalnya oleh [[makrofita]], dihasilkan melalui [[respirasi]] (R), dan dipertukarkan dengan atmosfer. Karbon organik diproduksi oleh organisme dan dilepaskan selama dan setelah kehidupannya; misalnya di sungai, 1–20% dari jumlah total DOC dihasilkan oleh makrofita.  Karbon dapat masuk ke sistem dari tangkapan dan diangkut ke lautan melalui sungai. Ada juga pertukaran dengan karbon di sedimen, misalnya, penguburan karbon organik, yang penting untuk penyerapan karbon di habitat perairan.

Dalam sistem kelautan, DOC berasal dari sumber asli atau sumber allochthonous. DOC autochthonous diproduksi di dalam sistem, terutama oleh organisme plankton dan di perairan pesisir juga oleh [[mikroalga]] bentik, fluks bentik, dan makrofita,  sedangkan DOC allochthonous sebagian besar berasal dari daratan yang dilengkapi dengan masukan dari air tanah dan atmosfer.  Selain zat humat yang berasal dari tanah , DOC terestrial juga mencakup bahan yang tercuci dari tanaman yang dikeluarkan selama hujan, emisi bahan tanaman ke atmosfer dan pengendapan di lingkungan perairan (misalnya, karbon organik yang mudah menguap dan serbuk sari), dan juga ribuan bahan kimia organik sintetis buatan manusia yang dapat diukur di lautan dengan konsentrasi yang sangat kecil.

Karbon organik terlarut (DOC) merupakan salah satu penyimpan karbon terbesar di bumi. Ia mengandung jumlah karbon yang sama dengan atmosfer dan melebihi jumlah karbon yang terikat dalam [[biomassa]] laut sebanyak lebih dari dua ratus kali lipat.  DOC terutama diproduksi di lapisan dekat permukaan selama produksi primer dan proses penggembalaan [[zooplankton]].  Sumber DOC laut lainnya adalah pelarutan dari partikel,  masukan ventilasi terestrial dan hidrotermal,  dan produksi mikroba. Prokariota (bakteri dan archaea) berkontribusi pada kumpulan DOC melalui pelepasan bahan kapsuler, eksopolimer, dan enzim hidrolitik, serta melalui kematian (misalnya pintasan virus). Prokariota juga merupakan pengurai utama DOC, meskipun untuk beberapa bentuk DOC yang paling bandel, degradasi abiotik yang sangat lambat dalam sistem hidrotermal   atau mungkin penyerapan pada partikel yang tenggelam  mungkin merupakan mekanisme penghilangan utama. Pengetahuan mekanistik tentang interaksi DOC-mikroba sangat penting untuk memahami siklus dan distribusi reservoir karbon aktif ini.

Sedimen laut mewakili lokasi utama degradasi dan penguburan OM di lautan, menampung mikroba dengan kepadatan hingga 1000 kali lebih tinggi daripada yang ditemukan di kolom air .  Konsentrasi DOC dalam sedimen sering kali lebih tinggi dibandingkan kolom air di atasnya.  Perbedaan konsentrasi ini menghasilkan fluks difusif yang berlanjut dan menunjukkan bahwa sedimen merupakan sumber utama DOC yang melepaskan 350 Tg C tahun⁻¹ , yang sebanding dengan masukan DOC dari sungai.  Perkiraan ini didasarkan pada fluks difusif yang dihitungterhitung dan tidak termasuk peristiwa resuspensi yang juga melepaskan DOC.  dan olehOleh karena itu, perkiraan tersebut mungkin konservatif. Selain itu, beberapaBeberapa penelitian telah menunjukkan bahwa sistem panas bumi dan rembesan minyak bumi berkontribusi terhadap DOC yang sudah tua ke cekungan laut dalam. ,  namun perkiraanPerkiraan global yang konsisten mengenai keseluruhan masukan saat ini masih kurang. Secara global, air tanah merupakan bagian yang tidak diketahui dalam aliran DOC air tawar ke lautan.  DOC dalam air tanah merupakan campuran bahan terestrial, laut yang diinfiltrasi, dan bahan yang diproduksi secara mikroba in situ.  Fluktuasi DOC ke perairan pesisir mungkin penting, karena konsentrasi air tanah pada umumnya lebih tinggi dibandingkan air laut pesisir,  namun perkiraan global yang dapat diandalkan saat ini juga masih kurang.