Karbon organik terlarut
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.[2] 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.[3]
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 dan hingga 20% dari semua karbon organik.[4] Secara umum, senyawa karbon organik adalah hasil dari proses dekomposisi bahan organik yang mati, termasuk tanaman dan hewan. DOC dapat berasal dari dalam atau luar suatu badan air tertentu. DOC yang berasal dari dalam badan air dikenal sebagai autochthonous DOC dan biasanya berasal dari tanaman air atau alga, sedangkan DOC yang berasal dari luar badan air dikenal sebagai allochthonous DOC dan biasanya berasal dari tanah atau tanaman darat. [5] Ketika air berasal dari daerah daratan dengan proporsi tanah organik yang tinggi, komponen-komponen ini dapat mengalir ke sungai dan danau sebagai DOC.
Cadangan DOC (Dissolved Organic Carbon) di laut memiliki peran penting dalam fungsi ekosistem laut karena berada di antarmuka antara dunia kimia dan biologi. DOC menyuplai makanan dalam jaring pangan laut dan merupakan komponen utama dalam siklus karbon Bumi. Dengan kata lain, DOC ini membantu menggerakkan dan memelihara berbagai proses kehidupan di ekosistem laut.
Ringkasan
Dissolved Organic Carbon (DOC) adalah nutrisi dasar yang mendukung pertumbuhan mikroorganisme dan memainkan peran penting dalam siklus karbon global melalui lingkaran mikroba. Dalam beberapa organisme atau tahap perkembangan yang tidak makan dalam arti tradisional, zat terlarut dapat menjadi satu-satunya sumber makanan eksternal. Selain itu, DOC juga merupakan indikator beban organik dalam aliran sungai, serta mendukung pemrosesan organik di daratan (misalnya, dalam tanah, hutan, dan lahan basah).
Karbon terlarut organik memiliki proporsi yang tinggi dari Biodegradable Dissolved Organic Carbon (BDOC) dalam aliran sungai ordo pertama dibandingkan dengan sungai ordo lebih tinggi. Di wilayah tanpa lahan basah yang luas, rawa, atau paya, konsentrasi aliran dasar (baseflow) DOC dalam daerah aliran air yang tidak terganggu umumnya berkisar antara 1 hingga 20 mg/L karbon. Konsentrasi karbon bervariasi secara signifikan di seluruh ekosistem, misalnya, Everglades mungkin berada di dekat atas rentang tersebut, sedangkan tengah samudra mungkin berada di dekat bawahnya. Terkadang, konsentrasi tinggi karbon organik dapat menunjukkan pengaruh antropogenik, tetapi sebagian besar DOC berasal secara alami.
Fraksi BDOC (Biodegradable Dissolved Organic Carbon) terdiri dari molekul-molekul organik yang dapat digunakan oleh bakteri heterotrof sebagai sumber energi dan karbon. Sebagian dari DOC juga merupakan prekursor dari produk samping disinfeksi untuk air minum. BDOC dapat berkontribusi pada pertumbuhan biologis yang tidak diinginkan dalam sistem distribusi air.
Selanjutnya, fraksi terlarut dari total organic carbon (TOC) merupakan klasifikasi operasional. Banyak peneliti menggunakan istilah "terlarut" untuk senyawa-senyawa yang dapat melewati filter 0,45 μm, tetapi filter 0,22 μm juga digunakan untuk menghilangkan konsentrasi koloid yang lebih tinggi.
Definisi praktis dari "terlarut" yang umum digunakan dalam kimia laut adalah semua zat yang dapat melewati filter GF/F, yang memiliki ukuran pori nominal sekitar 0,7 μm (filter serat kaca Whatman, retensi partikel 0,6–0,8 μm). Prosedur yang direkomendasikan adalah teknik HTCO, yang melibatkan penyaringan melalui filter serat kaca pra-terbakar, biasanya dengan klasifikasi GF/F.
Labil dan rekalsitran
Materi organik terlarut dapat diklasifikasikan sebagai labil atau rekalsitran tergantung pada reaktifitasnya. DOC rekalsitran juga disebut sebagai DOC refraktori. Istilah-istilah ini digunakan secara bergantian dalam konteks DOC. Bergantung pada asal dan komposisi DOC, perilaku dan sirkulasinya berbeda; fraksi labil dari DOC terurai dengan cepat melalui proses yang dimediasi oleh mikroba atau fotokimia, sedangkan DOC refraktori tahan terhadap degradasi dan dapat bertahan di lautan selama ribuan tahun.
Di lau pesisir, materi organik dari seresah tanaman terestrial atau tanah lebih tahan api sehingga sering kai memiliki perilaku konservatif. Selain itu, DOC refraktori dihasilkan di laut melalui transformasi bakteri dari DOC yang labil. Dengan kata lain, DOC labil cenderung terurai lebih cepat, sementara DOC refraktori cenderung lebih tahan terhadap degradasi dan dapat bertahan dalam lingkungan laut untuk waktu yang sangat lama. Proses ini memengaruhi sifat dan sirkulasi materi organik terlarut di dalam ekosistem laut.
Karena produksi dan degradasi yang berkelanjutan dalam sistem alami, kumpulan DOC mengandung spektrum senyawa reaktif yang masing-masing memiliki reaktivitasnya sendiri, yang telah dibagi menjadi fraksi dari labil hingga bandel, bergantung pada waktu pergantian, sebagai tampak pada tabel berikut.
| Spektrum kumpulan DOC dari labil hingga bandel | |||
|---|---|---|---|
| Fraksi DOC | akronim | waktu pergantian | jumlah |
| labil | DOCL | jam hingga hari | < 200TgC |
| semi labil | DOCSL | berminggu-minggu hingga berbulan-bulan | ~600TgC |
| semi-bandel | DOKSR | dekade | ~1400Tg C |
| bandel | DOCR | ribuan tahun | ~63000TgC |
| sangat tahan | puluhan ribu tahun | ||
Siklus perputaran atau waktu degradasi bahan organik terlarut (DOC) memiliki variasi yang luas, dan ini terkait dengan 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.
Sebagai contoh, lignin, suatu komponen dalam tanaman, dapat terurai dengan mudah di tanah yang kaya oksigen (aerobik), tetapi menjadi lebih tahan terhadap degradasi di dalam sedimen laut yang tidak memiliki oksigen (anaerobik). Contoh ini mengilustrasikan bagaimana sifat-sifat ekosistem dan kondisi lingkungan dapat memengaruhi kemampuan biologis untuk mendegradasi atau mengurai berbagai jenis senyawa organik. Bahkan senyawa yang biasanya dianggap sulit terurai, seperti minyak bumi, dapat mengalami degradasi jika berada dalam lingkungan yang sesuai. Oleh karena itu, pemahaman tentang faktor-faktor ini penting dalam memahami siklus dan perubahan materi organik di dalam ekosistem.
Referensi
- ^ 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.
- ^ "Organic Carbon". Bio-geochemical Methods. Diakses tanggal 2018-11-27.
- ^ Kenny, Jonathan E.; Bida, Morgan; Pagano, Todd (October 2014). "Trends in Levels of Allochthonous Dissolved Organic Carbon in Natural Water: A Review of Potential Mechanisms under a Changing Climate". Water (dalam bahasa Inggris). 6 (10): 2862–2897. doi:10.3390/w6102862.
- ^ Hedges, John I. (3 December 1991). "Global biogeochemical cycles: progress and problems" (PDF). Marine Chemistry. 39 (1–3): 67–93. doi:10.1016/0304-4203(92)90096-s.
- ^ Kritzberg, Emma S.; Cole, Jonathan J.; Pace, Michael L.; Granéli, Wilhelm; Bade, Darren L. (March 2004). "Autochthonous versus allochthonous carbon sources of bacteria: Results from whole-lake 13C addition experiments" (PDF). Limnology and Oceanography. 49 (2): 588–596. Bibcode:2004LimOc..49..588K. doi:10.4319/lo.2004.49.2.0588. ISSN 0024-3590.