Rona Sandro

Marine Science UNPAD'11 – Jalesveva Jayamahe !

Hydrothermal Vents (Deep Oceanic hotsprings)

without comments

Hydrothermal Vents adalah retakan di permukaan planet yang secara geothermal memanaskan perairan. Hydrothermal vents biasa ditemukan di dekat daerah yang aktif secara vukanik, area di mana lempeng tektonik bergerak. Ditemukan di mid Ocean ridge (3000 meter) namun ada juga yang berada di laut dangkal, rentang suhu 5-100ºC,Pancaran asap hitam panas 250-400ºC, suhu sekitar vents 8-35ºC. Ekosistem hydrothermal vents memiliki produktivitas yang cukup tinggi oleh adanya aktivitas kemosintesis bakteri yang hidup bersimbiosis dengan cacing tabung Riftia pachyptila, Karbohidrat yang dihasilkan bakteri berfungsi bagi hewan agar dapat hidup di lingkungan yang ekstrim suhunya, Kemosintesis yang dilakukan memanfaatkan H2S yang tersedia melimpah dari Vents dengan persamaan kimia:

CO2 + 2H2S —> (CH2O) + H2O + 2S

Hydrothermal vents biasa ditemukan di bumi karena bumi secara geologis cukup aktif dan perairan berada di atasnya. Di daratan, Hydrothermal vents dapat berupa fumarol, mata air panas, dan geyser. Di bawah laut, Hydrothermal vents biasa disebut Black Smokers. Di sebagian besar laut dalam, area sekita Hydrothermal vents secara biologis sangatlah subur bagi kehidupan sekitarnya dan menjadi tuan rumah bagi berbagai makhluk hidup yang memanfaatkan bahan kimia terlarut dari lubang Hydrothermal Vents. Archaea kemosintesis membentuk dasar rantai makanan, mensupport berbagai organisme seperti cacing tabung raksasa, udang, dan kerang.

Hubungan dengan Biota

Hubungan hidrotermal vent dan biota di sekitarnya ialah pada lingkungan sumur hidrotermal, hidrogen sulfida berperan sebagai sumber energi dan mikroorganisme kemosistesis berperan sebagai produsen primer. Cacing tabung dan kerang putih raksasa merupakan jenis yang paling berhasil beradaptasi pada lingkungan hidrotermal, karena telah berhasil mengembangkan ke-mampuannya untuk memenuhi sendiri kebutuhannya akan nutrisi (autotrof) dan tidak tergantung pada keberadaan produsen primer. Sifat autotrof ini dimungkinkan dengan hadirnya mikroorganisme kemosintesis yang hidup secara endosimbion dalam tubuh inangnya. Kehadiran organisme endosimbion inilah yang menyebabkan komunitas hidro-termal menjadi sangat khas. Karena pada komunitas lain baik di darat maupun di per-airan, sinar matahari merupakan sumber energi yang dapat menyebabkan berlangsungnya proses fotosintesa pada produsen primer yang memiliki butir hijau daun.

Hidrotermal vent dikatakan mengutungkan karena:

  • Keunikan sumur hidrotermal selain sehagai tempat hidup berbagai jenis organisme yang sangat epidemik, juga sangat membantu dalam mekanisme penyebaran larva organisme tersebut.
  • Karena larva-larva tersebut menyebar bersama dengan gelembung-gelembung air yang terbentuk pada saat terjadi semburan dari sumur-sumur tersebut. Ekosistem hydrothermal vents memiliki produktivitas yang cukup tinggi oleh adanya aktivitas kemosintesis bakteri yang hidup bersimbiosis dengan cacing tabung Riftia pachyptila.

 

Sirkulasi Hydrothermal Vent

Sumber utama garam-garaman di laut adalah pelapukan batuan di darat, gas-gas vulkanik dan sirkulasi lubang-lubang hidrotermal (hydrothermal vents) di laut dalam. Bagaimana prosesnya? Kita tahu bahwa laut adalah tempat berkumpulnya semua air; air dari rumah, selokan, sungai, semua air, termasuk air hujan. Kesemuanya mengalir menuju laut, sambil “mencuci” batuan, tanah, semua benda yang dilewatinya, sambil membawa juga ion-ion tadi (semua terjadi dalam proses hidrologis). Belum lagi peristiwa alam seperti letusan gunung api baik yang di daratan maupun di lautan, semua memberi kandungan khlor yang berlimpah bagi lautan. Proses ini terjadi secara terus menerus selama milyaran tahun.

Laut, menurut sejarahnya, terbentuk 4,4 milyar tahun yang lalu, dimana awalnya bersifat sangat asam dengan air yang mendidih (dengan suhu sekitar 100°C) karena panasnya Bumi pada saat itu. Asamnya air laut terjadi karena saat itu atmosfir Bumi dipenuhi oleh Karbondioksida. Keasaman air inilah yang menyebabkan tingginya pelapukan yang terjadi yang menghasilkan garam-garaman yang menyebabkan air laut menjadi asin seperti sekarang ini.

Mekanisme Terjadinya Hydrothermal Vents

 

Air laut meresap ke dalam lapisan (1-3 km), dan bereaksi dengan basalt cair. Karena suhu air laut meningkat naik menuju lapisan, dapat memicu CaSO4. Sulfat dalam air laut diubah pada suhu tinggi untuk hidrogen sulfida. Bikarbonat diubah menjadi karbon dioksida dan metana. Magnesium bereaksi dengan basalt untuk fase dari mineral baru melepaskan proton. Beberapa proton dilepaskan terjadi pertukaran dengan basalt dan melepaskan sejumlah logam bekas untuk cairan. Cairan hidrotermal meresap kembali ke permukaan dan keluar, pada suhu rendah (2 – 23ºC) dan suhu tinggi (350ºC). reaksi antara logam dan sulfida dapat terjadi di sepanjang lapisan endapan sulfida. H2S sebagai senyawa berkurang yang datang dari vent adalah sumber pemberi elektron utama. Hal ini dibentuk oleh pengurangan   dari air laut, ditambah dengan oksidasi Fe2+ di basalt untuk Fe3+. H2S juga dapat tercuci dari kristal basalt. Kedua mekanisme telah ditemukan dalam percobaan laboratorium pada 300ºC. konsentrasi HS-(25μm) adalah hampir sama dengan  dalam air laut (28μm). Hal ini menunjukkan bahwa air laut berputar-putar melalui sistem hidrotermal dan bereaksi dengan jumlah batu yang hampir sama dengan massanya sendiri. Karena air laut dapat kehilangan  sebagai CaSO4 (anhidrit), sedikit air laut  dapat sampai ke bagian panas dari sistem dimana dapat dikurangi. Isotop dari belerang mengolah air vent ini menunjukkan bahwa H2S terutama berasal dari basalt tersebut.

KEMOSINTESIS

Kemosintesis merupakan reaksi anabolisme selain fotosintesis. Kemosintesis adalah konversi biologis satu molekul karbon atau lebih (biasanya karbon dioksida atau metana), senyawa nitrogen dan sumber makanan menjadi senyawa organik dengan menggunakan oksidasi molekul anorganik (contohnya, gas hidrogen, hidrogen sulfida) atau metana sebagai sumber energi. Kemosintesis adalah anabolisme yang menggunakan energi kimia. Energi kimia yang digunakan pada reaksi ini adalah energi yang dihasilkan dari suatu reaksi kimia, yaitu reaksi oksidasi. Organisme autotrof yang melakukan kemosintesis disebut kemoautotrof.

Menurut Campbell et al. (2002), prokariota paling awal adalah organisme kemoautotrof yang mendapatkan energi dari bahan kimia anorganik dan menghasilkan energinya sendiri dan bukannya menyerap ATP. Hal ini disebabkan Hidrogen sulfide (H2S) dan senyawa besi (Fe2+) sangat berlimpah di bumi purbakala, dan sel-sel primitive kemungkinan mendapatkan energi dari reaksi melibatkan senyawa tersebut. Beberapa arkhaea modern saat ini dapat bertahan hidup pada sumber mata air panas yang mengandung sulfur dan melakukan reaksi kimia yang membebaskan energi.

FeS  +  H2 S  ® FeS2  + H2   +  energi bebas

Protein membrane pada prokariota awal kemungkinan menggunakan sebagian energi bebas yang dihasilkan untuk memecahkan produk H2 menjadi proton dan electron serta menghasilkan suatu gradient proton sepanjang membrane plasmanya. Dalam bentuk primitive kemiosmosis, gradient tersebut kemungkinan dapat menyebabkan terjadinya sintesis ATP. Campbell et al. (2002), melaporkan percobaan yang dilakukan oleh Van Niel pada tahun 1930-an untuk mengamati proses fotosintesis pada bakteri yang membuat karbohidratnya dari CO2 tetapi tidak melepaskan O­2,  menyimpulkan bahwa pada bakteri tersebut CO2 tidak terurai menjadi karbon dan oksigen. Satu kelompok bakteri menggunakan hydrogen sulfide (H2S) dan bukannya air untuk fotosintesis, dan menghasilkan titik sulfur (belerang) warna kuning sebagai produk limbah dengan persamaan kimianya:

CO2  +  2H2S  ®   CH2O  +  H2O  +  2S

Kemampuan melakukan kemosintesis hanya dimiliki oleh beberapa jenis mikroorganisme, misalnya bakteri belerang nonfotosintetik (Thiobacillus) dan bakteri nitrogen (Nitrosomonas dan Nitrosococcus). Banyak mikroorganisme di daerah laut dalam menggunakan kemosintesis untuk memproduksi biomassa dari satu molekul karbon. Dua kategori dapat dibedakan. Pertama, di tempat yang jarang tersedia molekul hidrogen, energi yang tersedia dari reaksi antara CO2 dan H2 (yang mengawali produksi metana, CH4) dapat menjadi cukup besar untuk menjalankan produksi biomassa. Kemungkinan lain, dalam banyak lingkungan laut, energi untuk kemosintesis didapat dari reaksi antara O2 dan substansi seperti hidrogen sulfida atau amonia. Pada kasus kedua, mikroorganisme kemosintetik bergantung pada fotosintesis yang berlangsung di tempat lain dan memproduksi O2 yang mereka butuhkan (Isnan, 2007). Bakteri nitrogen, seperti Nitrosomonas dan Nitrosococcus memperoleh energi hasil dengan cara mengoksidasi NH3 yang telah bereaksi dengan CO2 dan membentuk amonium karbonat ((NH4)2CO3).

(NH4)2CO3  +  O2   ®  2 HNO2  +  CO2   +  Energi

Jenis bakteri lain yang mampu melaksanakan kemosintesis antara lain Nitrobacter. Bakteri ini mampu mengoksidasi senyawa nitrit dalam mediumnya. Hasilnya adalah senyawa nitrat dan membebaskan energi yang akan dipergunakan untuk menyintesis senyawa organik.

Ca(NO2)2  +  O2    ®     Ca(NO3)2   +  Energi

Pada Tumbuhan hijau untuk membuat energi yang membutuhkan bahan organik, bahan organik itudapat dibentuk dengan melakukan asimilasi C atau fotosintesis dengan mengubah bahan anorganikmenjadi bahan organik menggunakan bantuan cahaya sebagai sumber energi perubahnya. begitu pulapada bakteri yang berklorofil seperti ( bakterio purpurin maupun bakterio khlorofil).Dalam pembuatan energi dari bahan anorganik menjadi bahan organik itu ternyata tidak selalumenggunakan energi matahari . ada kelompok organisme yang mampu membuat bahan organik darianorganik itu tanpa menggunakan cahaya tetapi menggunakan energi dari hasil reaksi kimia . lebihmudahnya melakukan anabolisme tanpa energi matahari yaitu dengan menggunakan energi yangberasal dan hasil dari reaksi-reaksi kimia, energi hasil reaksi kimia itu digunakan untuk membentukbahan anorganik menjadi bahan organik , peristiwa biologi tersebut dikenal dengan Kemosintesis. Contoh khemosintesis misalnya dalam :

1. Pembentukan sulfat oleh bakteri sulfur

2.Pembentukan nitrat oleh bakteri nitrat, bakteri nitrit, bakteri NC.NS dan NB.

Written by ronasandro

October 31st, 2012 at 11:20 pm

Posted in Uncategorized

Leave a Reply