Siklus Sulfur

 Siklus sulfur didahului oleh pembentukan sulfur dari kerak bumi dan atmosfer. Secara alami, sulfur terkandung di dalam tanah dalam bentuk mineral tanah. Dimana kerak bumi umumnya mengandung sekitar 0,06% belerang. Sulfida-sulfida logam terdapat dalam bebatuan plutonik, yaitu batuan yang membeku di dalam kerak bumi dan tidak mencapai ke permukaan bumi. Bebatuan plutonik ini apabila hancur dan mengalami pelapukan akan membebaskan sulfida ini melalui reaksi oksidasi dan menghasilkan sulfat (SO₄^-2) yang kemudian mengalami presipitasi (pengendapan) dalam bentuk garam-garam sulfat yang larut atau tidak larut.



Di atmosfer, terdapat hampir 0,05 ppm belerang dalam bentuk gas belerang dioksida (SO₂) yang merupakan hasil emisi pembakaran bahan bakar berbelerang seperti minyak bumi dan batubara yang banyak dihasilkan oleh asap kendaraan dan pabrik atau gas belerang dari gunung berapi semisal gunung arjuno di Jawa Timur. Gas SO₂ tersebut kemudian terkena uap air hujan sehingga gas tersebut berubah menjadi sulfat yang jatuh di tanah, sungai dan lautan. Dimana tanah yang mengandung banyak belerang adalah tanah-tanah berpasir dan tanah-tanah yang tinggi kandungan oksida Fe dan Al seperti mineral Pirit (FeS) dan rendah kandungan bahan organik. Sedangkan produksi sulfat melalui dekomposisi bahan organik berupa protein dan senyawa organik lainnya yang akan menghasilkan senyawa-senyawa sederhana berupa H₂S dan sulfida (S₂) yang jika teroksidasi akan menjadi sulfat (SO₄^-2).

Tumbuhan kemudian menyerap sulfat (SO₄^-2) yang  mengendap pada tanah, sungai, dan lautan. Di dalam tubuh tumbuhan, sulfur digunakan sebagai bahan penyusun protein. Hewan dan manusia mendapatkan sulfur dengan jalan memakan tumbuhan yang juga dimanfaatkan sebagai energi cadangan berupa protein. Jika tumbuhan dan hewan mati, jasad renik (dekomposer) akan menguraikannya menjadi gas berbau busuk yakni H₂S dan sulfida (S₂).

Pada aliran energi lebih ditekankan pada perputaran energi yang terjadi diantara komponen ekosistem. Siklus energi ini diawali dari energi matahari yang ditangkap oleh produsen, kemudian terus berputar tiada henti pada konsumen dan semua komponen ekosistem yang. hal ini karena menurut hukum termodinamika bahwa energi dapat berubah bentuk, tidak dapat dimusnahkan serta diciptakan. Perubahan bentuk energi ini dikenal dengan istilah transformasi energi. Aliran energi di alam atau ekosistem tunduk kepada hukum-hukum termodinamika tersebut. Dengan proses fotosintesis energi cahaya matahari ditangkap oleh tumbuhan, dan diubah menjadi energi kimia atau makanan yang disimpan di dalam tubuh tumbuhan. Proses aliran energi berlangsung dengan adanya proses rantai makanan. Tumbuhan dimakan oleh herbivora, dengan demikian energi makanan dari tumbuhan mengalir masuk ke tubuh herbivora. Herbivora dimakan oleh karnivora, sehingga energi makanan dari herbivora masuk ke tubuh karnivora.

Sulfur berperan dalam penyimpanan dan pembebasan energi karena sulfur merupakan komponen penting asam-asam amino esensial penyusun protein tanaman maupun hewan, seperti methionin, sistein, dan sistin, juga dalam pembentukan polipeptida. Meskipun sulfur tidak berperan langsung dalam pembentukan energi (ATP) seperti phospor, namun sulfur berperan dalam sintesis protein. Dimana protein nantinya akan dirombak menjadi karbonhidrat jika zat makanan penghasil energi utama tidak mencukupi. Itu sebabnya mengapa protein berperan sebagai penghasil energi. Ketika hewan dan tumbuhan mati, dekomposer seperti bakteri akan menguraikan tubuh makhluk hidup tersebut menjadi gas H₂S. Beberapa bakteri anaerob melakukan kemosintesis. Dimana kemosintesis merupakan proses pembentukan senyawa bahan organik dari zat-zat anorganik dengan menggunakan energi yang berasal dari reaksi-reaksi kimia. Pada kemosintesis elektron donor berasal dari bahan anorganik sedehana, misalnya hidrogen, nitrgen, besi dan sulfur. Selama kemosintesis, elektron dilepaskan dari bahan anorganik sehingga menjadi molekul yang tereduksi. Substansi terduksi ini akan menimbulkan energi kimia, dan digunakan untuk produksi ATP serta NADPH. Selanjutnya, ATP dan NADPH menyediakan energi untuk sintesis karbohidrat. Berikut ini contoh kemosintesis yang dilakukan bakteri belerang (Thiobacillus)  untuk memperoleh energi dengan cara mengoksidasi H₂S. Reaksinya sebagai berikut: 2H₂S + O₂ ==> 2H₂O + 2S + Energi.

Selanjutnya energi tersebut digunakan untuk fiksasi CO₂ menjadi gula (karbonhidrat), reaksinya: CO₂ + 2 H₂S ==> CH₂O + 2S + H₂O     

 

Proses biologi terjadi ketika pembentukan sulfat melibatkan berbagai jenis mikroorganisme yang berperan sebagai dekomposer. Berikut adalah bakteri yang berperan dalam pembentukan sulfat.

1. H₂S → S → SO₄^-2; bakteri fotoautotrof tak berwarna, hijau dan ungu. 
2.  SO₄^-2 → H₂S (reduksi sulfat anaerobik); bakteri Desulfovibrio dan Desulfomaculum.
3.  H₂S → SO₄^-2 (Pengoksidasi sulfide aerobik); bakteri kemolitotrof : bakteri Thiobacilli.
4. Senyawa Organik → SO₄^-2 + H₂S, masing-masing mikroorganisme heterotrof aerobik dan anaerobik

Proses kimia terjadi ketika sulfat mengendap di dalam permukaan tanah hasil dari pengoksidasian mineral sulfida (batuan plutonik), berikut adalah contoh persamaan reaksi pembentukan sulfat melalui oksidasi mineral sulfida, misalnya mineral besi sulfida.

2 FeS₂ + 7 O₂ + 2 H₂O → 2 Fe²⁺ + 4 SO₄²⁻ + 4 H⁺

Proses kimia juga terjadi ketika gas SO₂ terbentuk melalui pembakaran hasil emisi pembakaran gas belerang atau aktivitas gunung berapi. Persamaan reaksinya:

S (s) + O₂ (g) → SO₂ (g)

Proses kimia juga terjadi ketika gas H₂S terbentuk melalui aktivitas biologis ketika bakteri mengurai bahan organik dalam keadaan tanpa oksigen (aktivitas anaerobik), seperti di rawa, dan saluran pembuangan kotoran. Gas ini juga muncul pada gas yang timbul dari aktivitas gunung berapi dan gas alam. Persamaan reaksinya:

1S ^-2(s) + 2H⁺ (g) → H₂S (g)

Proses kimia dan biologi juga terjadi ketika sulfida (S₂), belerang dioksida (SO₂) dan (H₂S) berubah menjadi SO₄ atau sebaliknya dengan bantuan dari dekomposer. Dimana didalam proses-proses tersebut  juga terdapat reaksi-reaksi kimia.

1.  H₂S → S → SO₄^-2 
2.   SO₄^-2 → H₂S 
3.   H₂S → SO₄^-2 
4.  Senyawa Organik → SO₄^-2 + H₂S

Untuk power point tentang siklus sulfur, kalian dapat download dengan klik disini:
PPT Siklus Sulfur