Tugas Kelompok :

LIMNOLOGI

(Oksigen, CO₂, Dan Gas-Gas Terlarut Lainnya)

Oleh :

IMAYUDINA	I1A10081
HAMSIA	I1A10077
NUR AZNIANA	I1A10071
DIAN ARIESTY RAZAK	I1A110079
ADE WINESTI	I1A10073

PROGRAM STUDI MANAJEMEN SUMBERDAYA PERAIRAN

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

UNIVERSITAS HALUOLEO

KENDARI

2012

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

            Oksigen yang dikenal dengan nama zat asam merupakan unsur yang sangat berperan dalam proses kehidupan kehidupan  dan  penghidupan yang normal di dunia ini. Tanpa oksigen proses respirasi dari organisme tidak akan berjalan, sehingga tentunya akan diikuti oleh kematian. Begitu pula bahan bakar tidak akan terbakar, logam tidak akan berkarat dan yang penting lagi zat-zat organic tidak akan terurai atau mengalami pembusukan tanpa adanya oksigen (TIMM 1966).

            Sumber terpenting oksigen adalah atmosfer dan hasil samping proses fotosintesa tumbuhan air. Penambahan kandungan oksigen perairan darat hanya berlagsung pada lapisan-lapisan air permukaan melalui absorpsi atau proses difusi dari atmosfer dn proses fotosintesa.

            Produksi oksigen oleh proses fotosintesa dapat melebihi kandungan oksigen dalam atmosfer sebagai akibat berlangsungnya prses fotosintesa yang sangat intensif. Nilai-niai kadar oksigen dalam hal ini mencapai nilai-nilai lebih besar 100% dari kadar jenuh.

            Oleh karena itu, maka dianggap perlu menyusun  makalah dan melakukan  presentasi tentang Oksigen, karbondioksida dan gas-gas terlarut lainnya yang ada di alam

B. Tujuan Dan Manfaat

            Tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut:

1.      Mengetahui pengertian Oksigen, karbondioksida, dan gas terlarut lainnya.

2.      Mengetahui kegunaan , sumber, faktor yang mempengaruhi dinamika dan distribusi vertical gas-gas terlarut dalam air.

3.      Mengetahui alat dan metode yang digunakan untuk mengukur gas-gas terlarut.

            Manfaat penulisan makalah ini adalah sebagai berikut:

1.      Sebagai bahan acuan pembelajaran bagi mahasiswa

2.      Sebagai bahan untuk menambah wawasan mengenai oksigen, karbondioksida, dan gas terlarut lainnya.

C. Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam karya tulis ini adalah :

1.      Bagaimana pengertian pengertian Oksigen, karbondioksida, dan gas terlarut lainnya.

2.      Bagaimana kegunaan , sumber, faktor yang mempengaruhi dinamika dan distribusi vertical gas-gas terlarut dalam air.

3.      alat dan metode apa yang digunakan untuk mengukur gas-gas terlarut.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

            Oksigen merupakan faktor penting bagi kehidupan makro dan mikro organisme perairan karena diperlukan untuk proses pernafasan. Kadar oksigen terlarut (DO) di ketiga lokasi penelitian berkisar antara 5,4 – 5,8 mg/l. Secara umum kadar oksigen terlarut di kedua lokasi ini tergolong baik. Di perairan tawar, kadar oksigen terlarut berkisar antara 15 mg/l pada suhu 0 C dan 8 mg/l pada suhu 25 C kadar oksigen yang terlarut dalam perairan alami bervariasi, tergantung pada suhu, salinitas, turbulensi air, dan tekanan atmosfer. Semakin besar suhu dan ketinggian (altitude) serta semakin kecil tekanan atmosfer, kadar oksigen terlarut semakin kecil. Kadar oksigen juga berfluktuasi secara harian (diurnal) dan musiman, tergantung pada percampuran (mixing) dan pergerakan (turbulence) massa air, aktivitas fotosintesis, respirasi, dan limbah (effluent) yang masuk ke badan air (Effendi, 2003).    

            Karbondioksida merupakan produk dari respirasi yang dilakukan oleh tanaman maupun hewan. Ketersediaan karbondioksida adalah sumber utama untuk fotosintesis, dan pada banyak cara menunjukkan hubungan keterbalikan dengan oksigen. Meskipun suhu merupakan faktor utama dalam regulasi konsentrasi oksigen dan karbondioksida, tetapi hal ini juga tergantung pada fotosintesis tanaman, respirasi dari semua organisme, aerasi air, keberadaan gas – gas lainnya dan oksidasi kimia yang mungkin terjadi (Goldman dan Horne, 1983).

            Ketersediaan karbondioksida terlarut di air dapat bersumber dari air tanah, dekomposisi zat organik, respirasi organisme air, senyawa kimia dalam air maupun dari udara namun dalam jumlah yang sangat sedikit (Subarijanti, 1990). Tumbuhan akuatik, misalnya alga, lebih menyukai karbondioksida sebagai sumber karbon dibandingkan dengan bikarbonat dan karbonat. Bikarbonat sebenarnya dapat berperan sebagai sumber karbon. Namun di dalam kloroplas bikarbonat harus dikonversi terlebih dahulu menjadi karbondioksida dengan bantuan enzim karbonik anhidrase (Boney, 1989 dalam Effendi, 2003).

            Nitrogen adalah senyawa yang tersebar secara luas di biosfir. Atmosfir bumi mengandung sekitar 78% gas nitrogen yang inert. Pada sistem perairan Senyawa nitrogen dapat berupa nitrogen organik dan anorganik. Nitrogen terdiri atas amonia (NH3), amonium (NH4+), nitrit (NO3-) dan nitrit (NO2-), jumlah secara kuantitas dari nitrogen yang terakumulasi oleh tiap mahluk hidup baik hewan maupun tumbuhan bervariasi 1 sampai 10 persen dari total berat kering (dry weight) (Metcalf dan Eddy 1991).

            Nitrogen organik berupa asam amino, protein, dan urea, bentuk-bentuk tersebut mengalami transformasi sebagai bagian dari siklus nitrogen. Senyawa nitrogen organik dapat ditransformasi menjadi nitrogen amonium dan dioksida menjadi nitrogen nitrat dan nitrit dalam sistem biologis ( Effendi ,2003).

BAB III PEMBAHASAN

A. Pengertian Oksigen, CO_2, dan  Gas-Gas Terlarut Lainnya

1. Oksigen terlarut (dissolved oxygen)

            DO atau oksigen terlarut merupakan jumlah gas O₂ yang diikat oleh molekul air. Kelarutan O₂ di dalam air terutama sangat dipengaruhi oleh suhu dan mineral terlarut dalam air. Kelarutan maksimum oksigen dalam air terdapat pada suhu 0 °C, yaitu sebesar 14,16 mg/l. Konsentrasi ini akan menurun seiring peningkatan ataupun penurunan suhu.

            Evolusi oksigen fotolitik terjadi di membran tilakoid organisme dan memerlukan energi empat foton. Terdapat banyak langkah proses yang terlibat, namun hasilnya merupakan pembentukan gradien proton di seluruh permukaan tilakod. Ini digunakan untuk mensintesis ATP via fotofosforilasi. O₂ yang dihasilkan sebagai produk sampingan kemudian dilepaskan ke atmosfer.

Persamaan kimia yang sederhana untuk fotosintesis adalah:

6CO₂ + 6H₂O + foton → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

            Pada vertebrata, O₂ berdifusi melalui membran paru-paru dan dibawa oleh sel darah merah. Hemoglobin mengikat O₂, mengubah warnanya dari merah kebiruan menjadi merah cerah. Terdapat pula hewan lainnya yang menggunakan hemosianin (hewan moluska dan beberapa artropoda) ataupun hemeritrin (laba-laba dan lobster). Satu liter darah dapat melarutkan 200 cc O₂.

            Spesi oksigen yang reaktif, misalnya ion superoksida (O₂⁻) dan hidrogen peroksida (H₂O₂), adalah produk sampingan penggunaan oksigen dalam tubuh organisme. Namun, bagian sistem kekebalan organisme tingkat tinggi pula menghasilkan peroksida, superoksida, dan oksigen singlet untuk menghancurkan mikroba. Spesi oksigen reaktif juga memainkan peran yang penting pada respon hipersensitif tumbuhan melawan serangan pathogen.

                DO pada ekosistem danau dan waduk (perairan lentik) pada awal perkembangannya relatif tinggi, karena pemanfaatan oleh aktivitas organisme rendah. Sumber oksigen terlarut utamanya berasal dari pengikatan langsung dari udara, sedangkan dari aktivitas fotosintesis masih sangat rendah. Pada tahap perkembangan selanjutnya DO akan fluktuatif sesuai dengan banyaknya aktifitas hidup, dan penyuburan. BOD juga relatif kecil karena bahan organik dalam ekosistem masih rendah, COD juga demikian.

            Oksigen terlarut (DO) dalam ekosistem perairan mengalir (sungai) cenderung relatif tinggi dan merata. Hal tersebut dikarenakan adanya gerakan air yang terus menerus di semua bagian perairan, mulai dari permukaan sampai dasar perairan.

2. Karbondioksida (CO₂)

            Karbondioksida (CO₂) atau zat asam arang adalah sejenis senyawa kimia yang terdiri dari dua atom oksigen yang terikat secara kovalen dengan sebuah atom karbon. Karbon dioksida adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Ketika dihirup pada konsentrasi yang lebih tinggi dari konsentrasi karbon dioksida di atmosfer. Ia berbentuk gas pada keadaan dan temperatur dan tekanan standard dan hadir di atmosfer di bumi. Karbondioksida dihasilkan oleh semua hewan, tumbuh-tumbuhan, fungi, dan mikroorganisme pada proses respirasi dan digunakan oleh tumbuhan pada proses fotosintesis. Oleh karena itu, karbondioksida merupakan komponen penting dalam siklus karbon. Karbon dioksida juga dihasilkan dari hasil pembakaran bahan bakar fosil. Karbondioksida anorganik dikeluarkan dari gunung berapi dan proses geothermal lainnya seperti pada mata air panas. Karbondioksida tidak mempunyai bentuk cair pada tekanan di bawah 5,1 atm namun langsung menjadi padat pada temperatur di bawah -78 . Dalam bentuk padat, karbondioksida umumnya disebut sebagai es kering .

            Karbondioksida adalah oksida asam. CO₂ di udara juga diperlukan dalam proses fotosintesis karbohidrat oleh tanaman. Sebagian juga diubah menjadi karbonat padat, melalui proses pelarutan dengan air dan membentuk asam karbonat, lalu berinteraksi dengan kation, sebagai contoh, dengan Ca²⁺ dan terbentuk senyawa kalsium karbonat yang tidak larut.

            Karbon dioksida larut dalam air dan secara spontan membentuk H₂CO₃ (asam karbonat) dalam kesetimbangan dengan CO₂. Konsentrasi relatif antara CO₂, H₂CO₃, dan HCO₃⁻ (bikarbonat) dan CO₃²⁻(karbonat) bergantung pada kondisi pH larutan. Dalam air yang bersifat netral atau sedikit basa (pH > 6,5), bentuk bikarbonat mendominasi (>50%). Dalam air yang bersifat basa kuat (pH > 10,4), bentuk karbonat mendominasi. Bentuk karbonat dan bikarbonat memiliki kelarutan yang sangat baik.

3. Gas-Gas Terlarut Lainnya

            Contoh Gas-gas terlarut lainnya diantaranya yaitu sebagai berikut :

a. Gas Nitrogen (N₂ )

            Dalam semua ekosistem perairan nitrogen terdapat dalam berbagai bentuk. Sebagian besar dalam bentuk nitrogen molekuker (N₂), dan sebagian kecil dalam bentuk nitrit (NO₂) atau nitrat (NO₃), serta Amonia (NH₄). Nitrogen memegang peranan kritis dalam daur bahan organik untuk menghasilkan asam amino yang merupakan bahan dasar penyusunan protein. Nitrogen terlarut dalam ekosistem perairan dapat berasal dari pengikatan molekul nitrogen oleh bakteri pengikat nitrogen, penguraian sisa-sisa organisme yang mati, dan proses oksidasi yang dilakukan oleh bakteri Nitrosomonas.

            Keberadaan nitrogen di perairan dapat berupa nitrogen anorganik dan organik. Nitrogen anorganik terdiri atas ion nitrit (NO₂ ^-), ion nitrat (NO₃ ^-), ammonia (NH₃), ion ammonium (NH₄ ⁺⁾ dan molekul N₂ yang larut dalam air, sedangkan nitrogen organik berupa protein, asam amino dan urea akan mengendap dalam air. Effendi (2003) menyatakan bahwa bentuk-bentuk nitrogen tersebut mengalami transformasi (ada yang melibatkan mikrobiologi dan ada yang tidak) sebagai bagian dari siklus nitrogen. Transformasi nitrogen secara mikrobiologi mencakup hal-hal sebagai berikut:

1.         Asimilasi nitrogen anorganik (nitrat dan ammonium) oleh tumbuhan dan mikroorganisme (bakteri autorof) untuk membentuk nitrogen organic misalnya asam amino dan protein.

2.         Fiksasi gas nitrogen menjadi ammonia dan nitrogen organik oleh mikroorganisme. Fiksasi gas nitrogen secara langsung dapat dilakukan oleh beberapa jenis alga Cyanophyta (alga biru) dan bakteri.

N₂ + 3 H₂2 NH₃ (ammonia); atau NH₄ + (ion ammonium). Ion ammonium yang tidak berbahaya adalah bentuk nitrogen hasil hidrolisis ammonia yang berlangsung dalam kesetimbangan seperti reaksi berikut:

H₂O + NH₃ NH₄OH NH₄+ + OH

b. Belerang (Sulfur)

            Sulfur terdapat dalam bentuk sulfat anorganik. Sulfur direduksi oleh bakteri menjadi sulfida dan kadang-kadang terdapat dalam bentuk sulfur dioksida atau hidrogen sulfida. Hidrogen sulfida ini seringkali mematikan mahluk hidup di perairan dan pada umumnya dihasilkan dari penguraian bahan organik yang mati.
Tumbuhan menyerap sulfur dalam bentuk sulfat (SO₄).

            Perpindahan sulfat terjadi melalui proses rantai makanan, lalu semua mahluk hidup mati dan akan diuraikan komponen organiknya oleh bakteri. Beberapa jenis bakteri terlibat dalam daur sulfur, antara lain Desulfomaculum dan Desulfibrio yang akan mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk hidrogen sulfida (H₂S). Kemudian H₂S digunakan bakteri fotoautotrof anaerob seperti Chromatium dan melepaskan sulfur dan oksigen. Sulfur di oksidasi menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrof seperti Thiobacillus.

B. Menjelaskan Kegunaan, Sumber, Faktor yang mempengaruhi, Dinamika dan Distribusi Vertikal Gas-Gas Terlarut Dalam Air.

1. Kegunaan Gas-Gas Terlarut      

            Gas-gas terlarut seperti oksigen mempunyai manfaat sebagai berikut :

·      Untuk pernafasan makhluk hidup

·      Digunakan oleh industri baja untuk mengurangi kadar karbon dalam besi gudal

·      Sebagai bahan bakar roket (oksigen cair dengan nitrogen cair)

·      Industri kimia menggunakan oksigen untuk oksidasi berbagai zat

·      Oksigen dengan gas asetilena digunakan untuk mengelas baja

·      variabel kunci dalam menentukan macam dan keberadaan biota air.

2. Sumber Gas-gas Terlarut

            Sebagian besar oksigen pada perairan danau dan waduk merupakan hasil sampingan aktivitas fotosintesis. Pada proses fotosintesis, karbondioksida direduksi menjadi karbohidrat dan air mengalami dehidrogenasi menjadi oksigen. Di perairan danau, oksigen lebih banyak dihasilkan oleh fotosintesis alga yang banyak terdapat pada zone epilimnion, sedangkan pada perairan tergenang yang dangkal dan banyak ditumbuhi tanaman air pada zone litoral, keberadaaan oksigen lebih banyak dihasilkan oleh aktivitas fotosintesis tumbuhan air.Sumber oksigen terlarut dalam air berasal dari difusi oksigen yang terdapat di atmosfer, arus atau aliran air melalui air hujan serta aktivitas fotosintesis oleh tumbuhan air dan fitoplankton. Difusi oksigen atmosfer ke air bisa terjadi secara langsung pada kondisi air stagnant (diam) atau terjadi karena agitasi atau pergolakan massa air akibat adanya gelombang atau angin. Difusi oksigen dari atmosfer ke perairan pada hakekatnya berlangsung relative lambat, meskipun terjadi pergolakan massa air atau gelombang.     

            Karbondioksida dalam air dapat berasal dari pengikatan langsung dari udara bebas, dan melalui proses respirasi organisme. Karbondioksida dalam perairan sangat dibutuhkan terutama oleh tumbuh-tumbuhan air termasuk algae untuk fotosistesis.

            Nitrogen terlarut dalam ekosistem perairan dapat berasal dari pengikatan molekul nitrogen oleh bakteri pengikat nitrogen, penguraian sisa-sisa organisme yang mati, dan proses oksidasi yang dilakukan oleh bakteri Nitrosomonas.

3. Faktor-Faktor yang mempengaruhi Gas-gas terlarut

            Berbagai faktor dapat mempengaruhi keberadaan oksigen di perairan diantaranya:

1.      suhu,

2.      salinitas,

3.      turbulensi air,  

4.      tekanan atmosfir

5.      aktivitas fotosintesis,

6.      respirasi, dan

7.      limbah (effluent) yang masuk ke badan air.

4. Dinamika dan Distribusi Vertikal Gas-Gas Terlarut Dalam Air

            Distribusi vertikal oksigen dalam air laut yaitu :

• Kelarutan gas oksigen di permukaan jenuh karena ada fotosintesis dan interaksi laut-atmosfer
• Di lapisan photic dekat dasar perairan, terdapat keseimbangan jumlah karbon yang diambil fitoplankton dan proses respirasi.
• Compensation deep (keseimbangan), jumlah oksigen yang dihasilkan fitoplankton = jumlah yang mereka konsumsi untuk respirasi.

Karbon dioksida

• Pada suhu rendah lebih banyak gas Co2 yang terlarut
• Di bawah lapisan termoklin, walaupun kondisi suhu bersifat konstan, daya kelarutan CO2 menjadi fungsi tekanan

C. Alat Dan Metode yang Digunakan

            Alat yang digunakan  diantaranya pengukuran dengan menggunakan DO meter untuk mengetahui oksigen terlarut dalam suatu perairan. Pengukuran DO bertujuan melihat sejauh mana badan air mampu menampung biota air seperti ikan dan mikroorganisme, selain itu kemampuan air untuk membersihkan pencemaran juga ditentukan oleh banyaknya oksigen dalam air.

 

Gambar 1. DO-meter manual  dan DO-meter digital

(sumber : www.google.com)

Sedangkan metode yang digunakan ada 2 cara yaitu:

  a.   Metoda Titrasi dengan cara Wikler

Gambar 2. Metode titrasi winkler

(sumber : www.google.com)

            Langkah-langkahnya yaitu sebagai berikut :

1.      300 mL botol ukur "tanpa gelembung udara"

2.      secepatnya masukan sebanyak 2mL manganese sulfate kedalam botol sample.

3.      Tambahkan 2 mL alkali-iodide-azide kedalam botol yang sama.

4.      kemudian aduk atau kocok botol tersebut, cek apakah ada gelembung udara ?, jika ada gelembung udara maka ulangi dari awal testing. jika terlihat ada warna mulai dari coklat ke jingga.

5.      Tambahkan 2 mL  concentrated sulfuric acid lewat pipa yang ada pada atas botol. Hati-hati terhadap tutup klep. pada titik ini, sample dapat di amankan "fixed" dan dapat disimpan lebih dari 8 jam jika tetap dalam kondisi dingin, dan dalam ruangan gelap. Dan dapat pula menggunakan tutup dari alumunium foil.

6.      Dalam botol berleher atau termors, titrate 201 mL dicampurkan dengan sodium thiosulfate maka dapat dihasilkan warna seperti warna jerami atau kuning.

7.      Tambahkan 2 mL agar didapatkan warna biru.

8.      Lanjutkan dengan perlahan sampai pemberian titrating sampai sample terlihat bersih. hingga didapatkan warna air menjadi biru.

9.      concentration kadar oxygen dalam sample sama dengan jumlah milliliters dari titrant yang digunakan. Setiap milliliter dari sodium thiosulfate ditambahkan  dalam langkah 6 dan 8 sama dengan 1 mg/L kadar kerusak oxygen.

Gambar 2. Bahan-bahan untuk metode titrasi winkler

(Sumber : www.google.com)

b.    Metoda Elektrokimia

 Cara penentuan oksigen terlarut dengan metoda elektrokimia adalah cara langsung untuk menentukan oksigen terlarut dengan alat DO meter. Prinsip kerjanya adalah menggunakan probe oksigen yang terdiri dari katoda dan anoda yang direndam dalam larutan elektrolit. Pada alat DO meter, probe ini biasanya menggunakan katoda perak (Ag) dan anoda timbal (Pb). Secara keseluruhan, elektroda ini dilapisi dengan membran plastik yang bersifat semi permeable terhadap oksigen. Reaksi kimia yang akan terjadi adalah :

Katoda : O₂ + 2 H₂O + 4e  ==> 4 HO^-

Anoda : Pb + 2 HO^- ==> PbO + H₂0 + 2e

BAB III PENUTUP

A. Kesimpulan

            Dari hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa DO atau oksigen terlarut merupakan jumlah gas O₂ yang diikat oleh molekul air. Karbondioksida (CO₂) atau zat asam arang adalah sejenis senyawa kimia yang terdiri dari dua atom oksigen yang terikat secara kovalen dengan sebuah atom karbon. Gas-gas terlarut lainnya seperti Nitrogen dan belerang merupakan gas – gas yang memiliki peranan penting dalam perairan namun jika dalam konsebtrasi yang tinggi dapat membhayakan organism di perairan.

  DAFTAR PUSTAKA

Effendi,H. 2003. Telaah Kualitas Air Bagi Pengelolaan Sumberdaya dan Lingkungan Perairan.Penerbit Kanisius. Yogyakarta

Goldman, C. R. and A. J. Horne. 1983. Limnology. McGraw-Hill Book Company. United State of America. America

Junaidi. Wawan. 2011. pengertian-dan-definisi-karbon dioksida. http://wawan-junaidi.blogspot.com/.html. Diakses pada tanggal 16 Maret 2012.

Anonim. 2012. Karbondioksida. http://id.wikipedia.org/wiki/ Diakses pada tanggal 16 Maret 2012.

Subarijanti, H.U. 1990. Diktat Kuliah Limnology. NUFFIC/ UNIBRAW/ LUW/ FISH. Universitas Brawijaya. Malang

Purnama, Dede. 2011. Oksigen Terlarut atau dissolved Oksigen http://dedepurnama.blogspot.com/en-terlarut.html. Diakses pada tanggal 16 Maret 2012.

Badaklari. 2011. Sifat dan Kegunaan Oksigen http://badaklari.blogspot.com.html. Diakses pada tanggal 16 Maret 2012.