Siklus Sulfur – Pengertian, Proses, Bakteri, Manfaat & Dampak

Siklus sulfur adalah salah satu siklus biogeokimia selain siklus karbon dan oksigen, siklus nitrogen, siklus air dan siklus fosfor. Siklus sulfur juga dikenal dengan siklus belerang / daur belerang / daur sulfur.

Daur sulfur diawali dengan perubahan hidrogen sulfida menjadi sulfur oksida, kemudian sulfat dan kembali menjadi hidrogen sulfida. Sulfur dapat ditemukan dalam berbagai bentuk.

Pada tanah, sulfur ditemukan dalam bentuk mineral, di udara juga terkandung sulfur dioksida dalam bentuk gas, serta di dalam tubuh organisme sebagai penyusun protein.

bangkai hewan Pixabay

Kandungan sulfur banyak terdapat pada produk-produk yang digunakan manusia sehari-hari, antara lain kandungan bahan baku obat, pembuatan bahan peledak, korek api, industri kimia, dan lain sebagainya.

Pengertian Siklus Belerang

Siklus belerang atau daur belerang adalah rangkaian perpindahan zat kimia yang mengandung unsur sulfur atau unsur belerang di permukaan bumi.

Belerang dalam lingkungan atmosfer terdapat dalam bentuk gas SO2 dari aktivitas vulkanis dan pembakaran bahan bakar fosil. Tidak hanya itu, belerang juga terdapat dalam gas H2S akibat proses pembusukan bahan organik yang terjadi di dalam tanah atau air.

Selain bermanfaat untuk kepentingan manusia, sulfur atau belerang juga memiliki manfaat bagi tumbuhan dalam bentuk anion sulfat di dalam tanah. Di dalam tanah belerang berperan sebagai sulfat, sulfida, dan belerang anorganik.

Proses Siklus Sulfur

Aktivitas dari gunung berapi, sumber air panas yang mengandung belerang, serta hasil dari penggunaan bahan bakar fosil turut melepaskan sulfur ke atmosfer dalam bentuk gas SO2. Setelah itu gas SO2 yang telah berada di udara akan mengalami oksidasi dan kemudian menjadi gas sulfat (SO4).

Proses pembusukan bahan-bahan organik yang dilakukan oleh mikroorganisme juga akan menghasilkan belerang baik dalam wujud gas ke atmosfer atau masuk ke dalam tanah dalam wujud H2S.

Aspergillus spp., Neurospora spp., Escherichia spp., Proteus spp., adalah beberapa organisme yang dapat mengubah protein dari bahan organik menjadi senyawa H2S ketika terjadi proses pembusukan.

Sedangkan organisme pengurai, seperti Vibrio desulphuricans, Aerobacter, dan Desulphovibrio berperan dalam merubah karbohidrat dari bahan organik menjadi H2 dan senyawa-senyawa lainnya.

siklus sulfur Google Image

Gas H2S yang ada di atmosfer kemudian akan melalui fase oksidasi sehingga menjadi gas sulfat (SO4). Kemudian gas sulfat akan kembali ke permukaan bumi bersama air hujan (fase presipitasi).

Kandungan gas sulfat yang tinggi di udara akan menyebabkan masalah bagi lingkungan, karena akan menyebabkan hujan asam. Hujan asam ini merupakan salah satu dampak buruk dari polusi air dan polusi udara.

Sedangkan gas H2S yang terdapat pada tanah akan memasuki fase reduksi dan akan menghasilkan unsur tunggal sulfur (S). Kemudian unsur tunggal tersebut akan memasuki fase oksidasi dengan bantuan bakteri Thiobacillus denitrificans dan Thiobacillus thiooxidans lalu menjadi SO4. Dilanjutkan dengan SO4 dalam tanah yang akan tereduksi kembali menjadi H2S oleh bakteri Thiobacillus thioparus.

Jenis Bakteri Pada Siklus Sulfur

Dalam pembentukan sulfat terdapat beberapa bakteri yang berperan, antara lain:

  • Proses H2S → S → SO4-2, yaitu bakteri fotoautotrof tak berwarna, hijau dan ungu.
  • Proses SO4-2 → H2S (reduksi sulfat anaerobik), yaitu bakteri Desulfovibrio dan Desulfomaculum.
  • H2S → SO4-2 (pengoksidasi sulfide aerobik), yaitu bakteri kemolitotrof, bakteri Thiobacilli.

Senyawa Organik → SO4-2 + H2S oleh mikroorganisme hetererotrof aerobik dan anaerobik melalui proses kimia saat sulfat mengendap pada permukaan tanah hasil dari oksidasi mineral sulfia (batuan plutonik).

Contoh dari persamaan reaksi pembentukan sulfat dari oksidasi mineral sulfida, misalnya mineral besi sulfida adalah 2 FeS2 + 7 O2 + 2 H2O → 2 Fe2+ + 4 SO42- + 4 H+ melalui proses kimia ketika gas SO2 terbentuk melalui pembakaran hasil emesi gas belerang atau aktivitas gunung berapi.

Untuk reaksi S (s) + O2 (g) → SO2 (g) melalui proses kimia terjadi saat gas H2S terbentuk melalui kegiatan biologis ketika bakteri mengurai bahan organik dalam keadaan tanpa oksigen atay anaerobik, seperti di lingkungan rawa dan saluran pembuangan limbah.

Gas ini juga dihasilkan dari gas alam seperti gunung berapi. Persamaan reaksinya adalah 1S -2 (s) + 2H+ (g) → (S2), belerang dioksida (SO2) dan (H2S) berubah menjadi SO4 atau sebaliknya dengan bantuan mikroorganisme dekomposer.

Pada proses tersebut juga akan muncul reaksi kimia lain, seperti H2S → S → SO4-2 SO4-2 → H2S H2S → SO4-2 Senyawa Organik → SO4-2 + H2S

1. Bakteri Thibacillus

Bakteri ini mempunyai ukuran kecil, gram negatif serta sel berbentuk batang (0,5×1,0­4,0μm) dengan beberapa spesies bersifal motil dengan flagel polar.

Energi diperoleh dari oksidasi satu atau lebih reduksi senyawa sulfur, meliputi sulfida, sulfur, thiosulfida, polithionat dan thiosionat. Sulfat menjadi produk akhir dar oksidasi senyawa sulfur, akan tetapi sulfur, sulfit dan polithionat kemungkinan bisa terkumpul oleh beberapa jenis bakteri.

Beberapa spesies bakter bisa memperoleh energi dari oksidasi besi ferro menjadi besi ferri. Bakteri ini mampu mengikat karbondioksida melalui lingkan BensonCalvin dan sanggup hidup secara autropik, yaitu obligat khemolitotropik. Bakteri tersebut hidup pada pH optimal 28 dan suhu optimal 20-43˚ Celcius.

Genus Thiobacillus juga disebut sebagai Acidithiobacillus. Genus bakteri ini bersifat termofilik dan hidup pada suhu 45-50˚ Celcius. Genus ini juga masuk dalam genus asidofil yang hidup pada pH 1,5-2,5 dan beberapa spesies lain hidup pada pH netral.

Bakteri khemolithotrof mampu mengoksidasi sulfur dan mendapat energid ari reduksi CO2. Bakteri khemolithotrof meliputi genera Thiobacillus, Sulfolobus, Leptospirillum, dan jenis lainnya.

Thiobacillus ferroxidans mampu mengoksidas Fe (II) menjadi Fe (III) dan mengoksidasi senyawa belerang. Senyawa belerang yang tereduksi digunakan sebagai sumber daya energinya.

Kemudian Solfolobus acidocaldarios adalah bakteri khemolithotrof yang hidup di lingkungan bersuhu optimum 70˚ Celcius dengan pH optium 2-3. Bakteri ini juga sanggup mengoksidasi Fe (II) serta senyawa sulfur.

Di perairan sungai, danau dan pantai, spesies Thibacillus merupakan pengoksidasi sulfur paling penting. Bakteri ini mampu mengoksidasi besi yang menyebabkan mereka mampu memetabolisme ionion metal seperti besi ferro Fe2+ + ½ O2 + 2H+ ­­> Fe3+ + H2O

Menurut Boy (1982) reaksi oksidasi pirit, yaitu:

  • FeS2 + H2O + 3,5 O2 → FeSO4 + H2SO4
  • 2 FeSO4+ ½ O2 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + H2O
  • FeS2 + 7 Fe2(SO4)3 + 8 H2O → 15 FeSO4 + 8 H2SO4

2. Bakteri Desulfovibrio desulfuricans

Mikroorganisme ini termasuk dalam Sulfate Reducing Backteri (SRB) yang dapat mengurangi sulfat pada kondisi anaerob dan bisa membentuk logam sulfide jika atom S berikatan dengan kation dari logam bebas di alam air.

Ada penelitian dan analisa yang menyebutkan jika reduksi sulfat pada bakteri Desulfovibrio desulfuricans dipengaruhi oleh sumber karbon, dimana etanol merupakan karbon terbaik. Persentase reduksi sulfat dengan asam formiat sekitar 34,27%, asam laktat 56,64% dan etanol 68%.

Fungsi dan Manfaat Siklus Sulfur

Beberapa fungsi dari adanya daur sulfur antara lain:

  • Membantu pembetukan butir hijau daun sehingga daun menjadi lebih hijau
  • Meningkatkan kandungan protein dan vitamin tanaman
  • Menambah jumlah anakan produksi pada tanaman padi
  • Berperan dalam proses pembentukan zat gula
  • Memperbaiki warna, aroma, serta struktur kelenturan tanaman tembakau
  • Memperbaiki aroma, mengurangi penyusutan dan pertumbuhan menyimpang, serta memperbesar umbi dan bawang merah

Dampak Sulfur Bagi Lingkungan

Adanya kandungan sulful pada lingkungan memberikan dampak positif maupun negatif, antara lain:

  • Dampak Positif – Sulfur atau belerang dapat dimanfaatkan dalam skala industri untuk membuat kertas sulfit, pupuk, fungisida, sterilisasi alat pengasap, serta memutihkan buah kering dan menjadi insulator yang baik.
  • Dampak Negatif – Meski bermanfaat, sulfur bisa menimbulkan dampa buruk bagi lingkungan terutama dalam hal pencemaran udara yang akan merusak atmosfer bumi.