2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sistem karbonat laut
Karbon dioksida CO
2
termasuk gas yang reaktif dan banyak terdapat dalam air laut. Keberadaan karbon dioksida di laut pada umumnya berasal dari
udara melalui proses difusi, aktivitas metabolisme dari organisme laut terutama respirasi dan hasil penguraian zat organik oleh mikroorganisme. Total jumlah
karbon di laut diperkirakan 50 kali lebih besar dibandingkan jumlah karbon yang ada di atmosfir, dan pertukaran karbon laut dan atmosfir terjadi dalam skala waktu
beberapa ratus tahun IPCC, 2001. Karbon dioksida yang terlarut di dalam air laut ditemukan dalam tiga
bentuk anorganik yang berbeda, yaitu CO
2
bebas ≈0,5 , bikarbonat 86,5
dan ion karbonat 13, penjumlahan dari ketiganya disebut sebagai dissolved inorganic carbon atau yang dikenal dengan DIC atau
ƩCO
2
Zeebe and Wolf- Gladrow, 2001. Dalam berbagai literatur DIC juga disimbolkan dengan TCO
2
dan C
T
Dickson et al. 2007. Persamaannya adalah sebagai berikut: DIC
≡ ƩCO
2
≡ C
T
= [CO
2
] + [HCO
3 -
] + [CO
3 2-
]............................................... 1 Selanjutnya menurut Zeebe and Wolf-Gladrow 2001, di dalam air laut,
CO
2
berpartisipasi dalam reaksi kesetimbangan yang dikenal sebagai sistem karbonat. Keseimbangan antara CO
2
CO terlarut, bikarbonat, ion karbonat, dan ion
H+ memberikan suatu sistem pengaturan pH di laut. Reaksi keseimbangan ini dapat ditulis sebagai berikut:
2
+ H
2
O H
2
CO
3
HCO
3 -
+ H
+
CO
3 =
+ 2H
+
...... 2 Arah reaksi keseimbangan ini sangat tergantung pada pH air laut sehingga
nilai pH dapat mengendalikan konsentrasi dan proporsi relatif dari spesies karbonat di laut, namun sebaliknya sistem karbonat adalah buffer alami untuk pH
air laut. Apabila pH air laut turun maka reaksi keseimbangan akan bergeser kearah kiri yang menyebabkan karbonat dan bikarbonat akan terurai menjadi CO
2
. Sebaliknya bila pH air laut naik maka reaksi keseimbangan bergeser kekanan dan
bikarbonat dan karbonat banyak terbentuk Zeebe and Wolf-Gladrow, 2001.
Persamaan dalam sistem karbonat melibatkan enam variabel yaitu [CO
2
], [HCO
3 -
], [CO
3 2-
], [H
+
], DIC, dan Alkalinitas karbonat, ketika dua dari enam variabel diketahui, maka semua komponen lainnya dapat dihitung Zeebe and
Wolf-Gladrow, 2001; Dickson et al. 2007. Variabel yang cukup penting dalam sistem karbonat adalah total alkalinitas TA yang berkaitan erat dengan
keseimbangan muatan dalam air laut. Dickson 1981 dalam Dickson et al. 2007 mendefinisikan TA sebagai jumlah mol ion hidrogen yang setara dengan
kelebihan akseptor proton basa yang terbentuk dari asam lemah dengan konstanta disosiasi K
≤ 10 - 4,5 pada suhu 25°C atas donor proton asam dengan K 10 - 4,5 dalam 1 kilogram sampel. Persamaannya adalah sebagai berikut:
TA = [HCO
3 -
] + 2[CO
3 2-
] + [BOH
4 -
] + [OH
-
] + [HPO
4 2-
] + 2[PO
4 3-
] + [SiOOH
3 -
] + [NH
3
] + [HS
-
] – [H
+
] – [HSO
4 -
] – [HF] – [H
3
PO
4
]........... 3 Sistem karbonat di laut di pengaruhi oleh proses-proses metabolisme
organisme seperti fotosintesis, respirasi, kalsifikasi dan dekomposisi, dimana perubahan pada sistem karbonat tersebut paling baik digambarkan oleh perubahan
konsentrasi DIC dan TA Zeebe and Wolf-Gladrow, 2001. Proses fotosintesis akan mengurangi konsentrasi DIC. Selanjutnya pembentukan CaCO
3
dalam proses kalsifikasi menyebabkan turunnya konsentrasi DIC dan TA. Untuk setiap
mol CaCO
3
yang terbentuk atau diendapkan dari satu mol karbon dan satu mol ion positif Ca
2+
Disamping proses-proses metabolisme, sistem karbonat dalam air laut juga dipengaruhi oleh suhu, salinitas dan tekanan dimana suhu, salinitas dan tekanan
akan mempengaruhi nilai konstanta kesetimbangan pK Zeebe and Wolf- Gladrow, 2001. Perubahan dari nilai pK menyebabkan perubahan dalam proporsi
relatif CO akan mengarah kepada penurunan DIC dan TA dengan rasio 1:2.
Hasil dari berbagai proses tersebut juga akan mempengaruhi spesies karbonat dan pH air laut.
2
, HCO
3 -
, dan CO
3 2-
. Sebagai contoh dari nilai referensi pK pada suhu T = 25
o
C, Salinitas S = 35 psu, dan tekanan p = 1 atm, ketika diturunkan suhu dan salinitas pada T = 0 dan S = 0 akan menghasilkan peningkatan nilai-nilai
pK. Air laut pada S = 35 dan air tawar pada S = 0 pada pH dan temperatur yang sama, mempunyai proporsi relatif dari ion [CO
3 2-
] dibandingkan dengan [CO
2
] dan [HCO
3 -
] lebih tinggi di air laut daripada di air tawar.
Contoh lain ketergantungan sistem karbonat terhadap suhu dan tekanan adalah air yang didinginkan dari suhu 25 sampai 0
o
C dan kemudian tenggelam dari permukaan S = 35, dan p = 1 atm ke laut dalam S = 35 dan p = 300 atm
pada kedalaman 3 km. Dalam contoh ini hanya ada hipotetis abiotik, karena proses biologis seperti produksi primer dan kalsifikasi yang merubah DIC dan TA
di laut diabaikan. Penurunan suhu dari 25 sampai 0
o
C menyebabkan peningkatan besar dalam nilai-nilai pK, sedangkan perubahan tekanan dari 1 sampai 300 atm
hanya menyebabkan peningkatan nilai pK yang kecil.
2.2 Siklus karbon dan pertukaran CO
Kategori