The Dam Yang tidak selesai, atau De Dam Tak Sudah, Danau Dendam Tak Sudah
Potensi masalah ketika tidak diolah, potensi pendapat keluarga ketika diolah, potensi nilai tambah ketika dilakukan Biokonversi Dikelola Secara Bijak
Pemanfaat Lahan Masjid Jamik Al Huda sebagai terapi psikologis dan nilaitambah pendapatan keluarga
Memanfaatkan Lahan Sempit untuk menambah nilai manfaat lahan diperkotaan sekaligus sebagai eduwisata
Sayuran segar siap dikonsumsi kapan saja...
ATMOSFER
2.1. Komposisi Atmosfer
Atmosfer merupakan percampuran dari berbagai macam gas dan aerosol yang menyelubungi permukaan bumi. Percampuran gas-gas dan aerosol tersebut merupakan percampuran mekanis, dan bukan percampuran kimiawi. Udara kering, berdasarkan volume, lebih dari 99 persen terdiri dari nitrogen dan oksigen. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa gas-gas ini bercampur secara proproporsi yang sangat konstan hingga ketinggian sekitar 100 km. Peranan utama atmosfer diantaranya adalah:
Sebagai penahan (buffer) bagi radiasi langsung dari matahari dan menahan pelepasan radiasi bumi, atmosfer berfungsi sebagai pelindung bumi dari pemanasan dan pendinginan yang berlebihan. Apabila tidak ada atmosfer suhu dapat mencapai 94 0C pada siang hari dan akan turun sampai -184 0C pada malam hari.
Atmosfer terdiri dari dua golongan gas penyusun yakni campuran gas-gas tanpa uap air yang disebut udara kering (Gambar 2.1 dan Tabel 1) dan uap air. Disamping itu di atmosfer juga terdapat partikel-partikel padat yang halus yang disebut aerosol. Pada kondisi udara kering konsentrasi berbagai macam gas di atmosfer dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu gas-gas yang bersifat stabil dan tidak stabil (unstabil).
Tabel 1. Komposisi Gas-gasa di atmosfer Bumi
Gas Penyusun | Lambang | Volume (%) |
Nitrogen | N2 | 78.1 |
Oksigen | O2 | 20.9 |
Uap Air | H2O | 0.05 – 4 |
Argon | Ar | 0.9 |
Karbon dioksida | CO2 | 0.03 |
Neon | Ne | 0.0018 |
Helium | He | 0.0005 |
Methan | CH4 | 0.0002 |
Krypton | Kr | 0.0001 |
Hydrogen | H2 | 0.00005 |
Nitrogen Oksida | N2O | 0.00005 |
Xenon | Xe | 0.000009 |
Ozon | O3 | Bervariasi |
Debu |
| Bervariasi |
Serbuk sari |
| Bervariasi |
Emisi Industri |
| Bervariasi |
Dari Tabel 1 terlihat bahwa empat macam gas penyusun atmosfer yang utama adalah Nitrogen (78.1 %), Oksigen (20.9%), Argon (0.9 %) dan CO2- (0.03 %), dengan jumlah meliputi 99.93 % dari volume udara kering. Sedang uap air (H2O) keberadaannya diatmosfer bervariasi antara 0.05 – 4% tergantung kondisi ditempat tersebut.
Pada ketinggian sampai 80 km komposisi gas pada lapisan atmosfer adalah relatif tetap setiap waktu, karena hal tersebut maka lapisan ini disebut dengan lapisan Homosfer. Sedangkan pada ketinggian di atas 80 km komposisi atmosfer sudah semakin berubah sehingga lapisan ini disebut lapisan Heterosfer
Dari gas-gas tersebut sebagian dapat menyerap radiasi surya diantaranya adalah CO2 dan Ozon. Selain itu uap air yang jumlahnya sangat tergantung dengan kondisi cuaca, bervariasi antara O - 3%. Debu serbuk sari, dan emisi industri dari pabrik juga dapat mengurangi penerimaan radiasi yang sampai ke permukaan bumi, walaupun pengaruhnya lebih kecil.
2.2. Radiasi yang diserap atmosfer
Komposisi gas di atmosfer dapat mempengaruh pengurangan spektrum radiasi yang mencapai permukaan bumi. vHal ini disebabkan adanya serapan oleh atmosfer dan scattering. Misalnya radiasi ultra violet banyak diserap oleh ozon dan oksigen; sedangkan cahaya tampak, infa merah, radiasi merah jauh dan radiasi merah banyak diserap oleh uap air dan karbondioksida (Gambar 2.2).
Gambar 2.2. Distribsi spektrum radiasi di puncak atmosfer dan yang sampai ke permukaan laut (https://ecotality.com/can-solar-panels-work-with-artificial-light/)
Dari Gambar 2.2 dijelaskan bahwa spektrum radiasi diserap oleh gas-gas yang ada di atmosfer. Diantara gas-gas tersebut adalah gas methan (CH4) dan nitrous oksigen (N2), Ozon (O3) menyerap sinar ultra violet pada panjang gelombang 300-400 nm. Sedangkan CO2 serapannya yang tinggi terjadi pada panjang gelombang 2000-2250 nm. Uap air secara selektif banyak menyerap radiasi dengan panjang gelombang 1000-2000 nm.
Secara umum pada kisaran panjang gelombang (8-14 µm) yang tidak diserap atmosfer sehingga sering disebut sebagai jendela atmosfer (atmospheric window). Jendela atmosfer ini mempunyai peranan yang sangat penting karena pancaran radiasi bumi yang berada pada kisaran tersebut merupakan bentuk pengembalian energi oleh bumi ke luar angkasa, karena panjang gelombang tersebut tidak diserap oleh atmosfer (Gambar 2.3).
Gambar 2.2. Variasi serapan spektrum radiasi oleh gas-gas yang ada di atmosfer (https://meteor.geol.iastate.edu/gccourse/forcing/images/image7.gif)
Dari penjelasan di atas diketahui bahwa secara umum gas-gas yang berada di atmosfer masing-masing mempunyai peranan, baik terhadap proses fisik di atmosfer maupun kehidupan di atas permukaan bumi. Gas-gas tersebut mempunyai peranan penting untuk lebih jelasnya akan dibahas satu persatu, berikut ini:
1. Nitrogen.
Nitrogen merupakan gas yang paling besar volumenya di alam. Gas ini tidak terlalu penting untuk melindungi bumi dari radiasi ultra violet yang berlebihan. Pada keadaan murni gas ini sulit untuk diserap/dimanfaatkan oleh mahluk hidup. Hewan dan tumbuhan memanfaatkan nitrogen dalam bentuk persenyawaan. Nitrogen merupakan bahan dasar penyusun asam amino untuk pembentukan protein, sebagai sumber energi, dan sebagai penyusun kromosom, dan senyawa pembentuk klorofil.
Komposisi atmosfer diudara memang mencapai 78,1% nitrogen (N2), tetapi nitrogen di udara tidak tersedia untuk kita. Dua atom dalam molekul nitrogen di udara terikat sangat erat. Agar tubuh kita dapat memproses nitrogen tersebut, kedua atom harus terpisah. Gas N2 menjadi bagian dari organisme hidup dalam dua cara:
· Pertama melalui bakteri. Bakteri di dalam tanah menguraikan organisme mati seperti hewan dan tumbuhan untuk membentuk nitrat (NO3) yang kemudian juga dapat diserap oleh tanaman.
Tubuh kita membutuhkan protein yang mengandung nitrogen. Cara tubuh kita biasanya mendapatkan nitrogen adalah dengan memakan tumbuhan, hewan juga yang memakan tumbuhan. Tumbuhan menyerap nitrat di dalam tanah dan saat kita memakan tumbuhan, kita mendapatkan nitrogen dalam bentuk yang dapat digunakan tubuh kita, begitu juga dengan hewan.
Gambar 2.4. Siklus Nitrogen
(https://www.quora.com/What-is-the-role-of-nitrogen-in-the-atmosphere)
· Cara kedua adalah melalui petir. Selama aktivitas petir, nitrogen di udara bergabung dengan oksigen secara kimiawi dan kemudian bersatu dengan molekul air di udara untuk membangun asam yang jatuh ke tanah oleh hujan dan mengendapkan nitrat di tanah. Nitrogen sangat penting bagi tanaman untuk tumbuh, dibutuhkan oleh tanaman dalam bentuk ion nitrat atau amonium yang kemudian digunakan dalam pembentukan senyawa lain. Jika tidak ada nitrogen di udara, tidak ada kehidupan seperti yang kita ketahui.
“Ya, petir menambahkan nitrogen ke tanah, tetapi tidak secara langsung”
Terjadinya Petir. Updraft udara di badai awan membawa butiran/tetesan air dan kristal es naik, sementara soft hail (seperti salju) turun. Saat mereka bergesekan/bertabrakan, kristal es menjadi bermuatan positif dan soft hail (salju) menjadi bermuatan negatif. Karena itu, puncak awan menjadi bermuatan positif, dengan basisnya menjadi bermuatan negatif. Basis awan yang bermuatan negatif menggiring elektron ke tanah. Petir dari awan ke tanah (Cloud-to-ground lightning) adalah salah satu jenis petir. Petir juga bisa dihasilkan karena perbedaan muatan di awan (Gambar 2.5.). Pada saat terjadinya petir suhu dapat mencapai 30.000 0C, dengan kecemapatan petir menuju tanah bisa mencapai 343 m/detik. Petir menyebabkan pemanasan cepat dan udara mengembang (memuai) di dekatnya, diikuti oleh pendinginan dan kontraksi. Ini menciptakan gelombang kejut sonik yang dikenal sebagai Guntur.
Gambar 2.5. Peristiwa terjadinya Petir di Awan
https://www.compoundchem.com/2018/07/31/thunderstorms/
Peristiwa Kimiawi Saat Terjadi Petir
Sambaran petir dapat memecah oksigen diatomik udara menjadi atom oksigen individu. Ini bergabung dengan molekul oksigen lain untuk membentuk ozon, menimbulkan bau “sebelum-hujan'.
Petir mengionisasi molekul udara di terjadinya petir. Warna biru-ungu petir adalah sebuah konsekuensi emisi cahaya yang atom nitrogen dan hidrogen yang tereksitasi.
Pada suhu tinggi saat terjadinya petir akan menghasilkan, nitrogen dan oksigen bergabung untuk membentuk nitrogen oksida. Yang kemudian larut dalam hujan dan membentuk nitrat, masuk ke dalam tanah, akhirnya bisa diserap untuk untuk pertumbuhan tanaman.
Petir adalah cara alami lainnya. Nitrogen di atmosfer dapat diubah menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh tumbuhan, sebuah proses dikenal sebagai fiksasi nitrogen, melalui petir. Setiap sambaran petir membawa energi listrik yang cukup kuat untuk memutus ikatan kuat molekul nitrogen di atmosfer. Begitu terbelah, atom nitrogen dengan cepat berikatan dengan oksigen di atmosfer, membentuk nitrogen dioksida.
Bersama dengan petir di awan, Nitrogen dioksida larut dalam air, menghasilkan asam nitrat, yang membentuk nitrat. Nitrat jatuh ke tanah dalam bentuk tetesan hujan dan meresap ke dalam tanah dalam bentuk yang dapat diserap oleh tanaman.
Petir memang menambahkan nitrogen ke tanah, karena nitrat larut dalam presipitasi (Curah Hujan). Ini membantu tanaman, tetapi mikroorganisme di dalam tanah juga melakukan sebagian besar fiksasi nitrogen.
2. Oksigen.
Gas oksigen mempunyai peranan yang sangat penting karena diperlukan untuk kehidupan bagi mahluk hidup. Gas ini mempunyai fungsi sebagai absorber (penyerap) radiasi ultra violet, penting untuk proses respirasi (pembakaran) dan pembusukan. Gas ini diperlukan untuk proses respirasi dan dihasilkan pada proses fotosintesis.
Pelepasan Oksigen dalam Protokol Fotosintesis
Fotosintesis adalah proses biologis yang mengubah sinar matahari menjadi energi kimia. Persitiwa ini dilakukan oleh tumbuhan, alga dan bakteri tertentu. Fotosintesis memberikan dasar bagi kehidupan di Bumi dan merupakan sumber utama semua bahan bakar fosil dan oksigen yang kita hirup.
Ada beberapa metode kunci untuk menghitung laju fotosintesis. Ini termasuk:
Cara mengukur produksi O2 adalah metode yang paling sederhana dan umum digunakan untuk menentukan aktivitas fotosintesis.
Selama fotosintesis oksigenik, energi cahaya mentransfer elektron dari air (H2O) ke karbon dioksida (CO2), untuk menghasilkan karbohidrat. Dalam transfer ini, CO2 "tereduksi", atau menerima elektron, dan air menjadi "teroksidasi", atau kehilangan elektron. Akhirnya, oksigen diproduksi bersama dengan karbohidrat
Fotosintesis oksigenik ditulis sebagai berikut:
6CO2 + 12H2O + Energi Cahaya → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Gambar 2.6. Proses Fotosintesis pada Tanaman
https://microbenotes.com/oxygen-release-in-photosynthesis-protocol/
Di sini, enam molekul karbon dioksida (CO2) bergabung dengan 12 molekul air (H2O) menggunakan energi cahaya. Hasil akhirnya adalah pembentukan molekul karbohidrat tunggal (C6H12O6, atau glukosa) bersama dengan enam molekul masing-masing oksigen dan air yang dapat bernapas.
Fotosintesis oksigenik berfungsi sebagai penyeimbang respirasi dengan mengambil karbon dioksida yang dihasilkan oleh semua organisme yang bernapas dan memasukkan kembali oksigen ke atmosfer.
Di laboratorium, evolusi oksigen dapat dideteksi dengan menggunakan tumbuhan (paling umum akuatik) yang diberi air, karbondioksida dan disinari sumber cahaya yang sesuai sehingga dapat melakukan fotosintesis. Sejumlah kecil natrium bikarbonat yang ditambahkan ke larutan air berfungsi sebagai sumber karbon untuk fotosintesis yaitu, bikarbonat berfungsi sebagai sumber karbon dioksida terlarut alternatif. Saat terpapar cahaya, proses fotosintesis dan oksigen dilepaskan. Pelepasan oksigen ini dapat dilihat dalam bentuk gelembung-gelembung gas yang dapat dihitung untuk menentukan laju proses atau dikumpulkan, dianalisis dan diukur kemudian.
3. Karbondioksida.
Karbondioksida terutama dihasilkan oleh organisme hidup dari pelapukan secara alami oleh unsur-unsur organik di dalam tanah, dari pembakaran bahan bakar dan kemudian diabsorbsi oleh tumbuh-tumbuhan untuk keperluan fotosintesis. Gas ini penting karena mempunyai peranan untuk menyerap radiasi infra merah. Pada konsentrasi yang berlebihan gas ini akan menyebabkan terjadinya Efek pemanasan pada atmosfer bumi, yang lebih dikenal dengan istilah Efek Rumah Kaca (Green House Effect).
Efek rumah kaca adalah proses alami yang menghangatkan permukaan bumi. Saat energi Matahari mencapai atmosfer bumi, sebagian dipantulkan kembali ke angkasa dan sisanya diserap dan diradiasikan kembali oleh gas rumah kaca. Gas termasuk sebagai Gas Rumah Kaca (GRK) diantaranya adalah uap air, karbon dioksida, metana, dinitrogen oksida, ozon dan beberapa bahan kimia buatan seperti klorofluorokarbon (CFC).
Energi yang diserap menghangatkan atmosfer dan permukaan bumi. Proses ini mempertahankan suhu Bumi sekitar 33 0C lebih hangat daripada sebelumnya, sehingga memungkinkan adanya kehidupan di Bumi.
Masalah yang kita hadapi sekarang adalah bahwa aktivitas manusia - terutama pembakaran bahan bakar fosil (batu bara, minyak dan gas alam), pertanian dan pembukaan lahan - meningkatkan konsentrasi gas rumah kaca (GRK). Aktivitas ini adalah menyebabkan meningkatnya efek rumah kaca, yang berkontribusi pada pemanasan bumi.
Gambar 2.7. Effek Rumah Kaca (Greenhouse effect)
https://www.environment.gov.au/climate-change/climate-science-data/climate-science/greenhouse-effect
Effek rumah kaca adalah proses peningkatan suhu udara akibat adanya hambatan pancaran radiasi gelombang panjang oleh adanya awan maupun polusi udara oleh gas-gas tertentu, seperti CO2. Gas-gas tersebut mempunyai sifat dapat meloloskan gelombang radiasi matahari (gelombang pendek), tetapi sulit untuk meloloskan gelombang panjang yang dipancarkan oleh bumi. Keadaan ini menyebabkan radiasi gelombang panjang akan dipantulkan kembali ke permukaan bumi, dan akan menyebabkan peningkatan suhu udara secara propersional. Sampai seberapa besar peningkatan suhu udara akibat polusi udara tergantung dengan besar-kecilnya tingkat polusi udara.
Peningkatan suhu udara dan konsentrasi CO2 dapat menyebabkan proses metabolisme pada tanaman akan berubah semakin cepat, terutama dapat meningkatkan laju respirasi dan fotosintesis. Disatu sisi tersedianya CO2 dengan konsentrasi yang lebih tinggi di atmosfer menyebabkan laju fotosintesis akan meningkat, akan tetapi disisi lain meningkatnya suhu berarti laju respirasipun akan menjadi lebih tinggi. Peningkatan metabolisme tersebut akan menguntungkan jika fotosintesis nettonya meningkat. Sampai seberapa jauh pengaruh efek rumah kaca tersebut tergantung dengan besarnya pengaruh suhu udara pada proses metabolisme tanaman.
Peningkatan suhu udara secara global juga dapat merugikan, karena dapat mengakibatkan mencairnya es yang ada di kutub. Hal ini menyebabkan permukaan air laut menjadi naik dan banyak daratan yang terendam air.
4. Uap Air (H2O).
Uap air berasal dari evapotranspirasi yang merupakan sumber utama untuk pembentukan awan yang selanjutnya memungkinkan akan menjadi hujan. Uap air merupakan salah satu rangkaian dalam sistem siklus hidrologi. Uap air merupakan media yang efektif untuk pemindah panas dari suatu daerah ke daerah lainnya, disamping itu juga berfungsi sebagai absorber radiasi infra merah.
5. Ozon (O3).
Ozon merupakan lapisan yang berfungsi sebagai mantel bumi untuk melindungi bumi beserta isinya dari sinar ultra violet secara langsung. Ozon pada dasarnya berupa gas yang secara alami terdapat di atmosfir, unsur kimia yang terkandung dalam partikel ozon adalah tiga buah oksigen (O3).
Sifat Ozon
Ozon mempunyai bau yang tajam, menusuk hidung. Ozon juga terbentuk pada kadar rendah dalam udara akibat arus listrik seperti kilat, dan oleh tenaga tinggi seperti radiasi eletromagnetik.
Manfaat Ozon
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Ozon adalah pelindung bumi sebagai mantel bumi dari cahaya ultaviolet yang berbahaya. Selain itu ada manfaat lain yang dimiliki ozon diantaranya:
Ozone merupakan salah satu jenis zat yang mempunyai peranan penting dalam penyerapan radiasi matahari terutama radiasi ultra violet. Ozon yang baik jika berada di stratosfer di mana kita tidak dapat menghirupnya (Gambar 2.8.). Ozon buruk juga menyerap sinar ultraviolet matahari, tetapi ia berada di dekat permukaan bumi di mana kita dapat menghirupnya. Untuk perlindungan dari UV, kita perlu memperhatikan jumlah total molekul ozon antara kita dan Matahari. 90% molekul ozon berada di stratosfer dan 10% di troposfer, jika di dekat permukaan bumi kita dapat menghirupnya.
Ozon dapat menjadi masalah penting yang mempengaruhi kesehatan manusia dan ekologi, baik untuk ozon baik maupun ozon buruk. Untuk ozon baik, masalah terpenting adalah pengurangan ozon secara global, Lubang Ozon Antartika, dan hilangnya ozon Arktik yang disebabkan oleh klorofluorokarbon. Pengurangan ozon berarti lebih banyak sinar UV matahari sampai ke permukaan, yang dapat menyebabkan lebih banyak kanker kulit. Untuk ozon buruk, masalah terpenting termasuk produksi ozon yang terlalu banyak di kota-kota dan daerah sekitarnya yang disebabkan oleh terlalu banyak polutan dari lalu lintas, proses industri, pembangkit listrik, dan aktivitas manusia lainnya. Peningkatan ozon berarti berpotensi lebih banyak orang mengalami masalah pernapasan dan jantung.
Gambar 2.8. Sebaran Ozon berdasarkan ketinggian tempat
https://www.e-education.psu.edu/meteo300/node/595
Untuk mendapatkan jumlah total ozon antara kita dan Matahari, kita cukup menjumlahkan jumlah ozon mulai dari permukaan dan naik ke atas lapisan ozon. Perhatikan berapa banyak ozon yang ada di stratosfer. Pada lintang yang lebih tinggi, bagian bawah lapisan ozon stratosfer berada pada jarak sekitar 10-12 km. Pada Gambar 2.9. berikut:
Gambar 2.9. Suhu potensial udara pada ketinggian tempat dan letak lintang
https://www.e-education.psu.edu/meteo300/node/595
Kredit: W. Brune, setelah Andews, Holton, dan Leovy
Suhu potensial (garis padat, K) sebagai fungsi dari lintang dan ketinggian. Perhatikan bahwa penurunan potensi suhu dengan ketinggian kecil di troposfer dan besar di stratosfer.
Konsentrasi gas ozon yang paling tinggi terdapat pada lapisan atmosfer dengan ketinggian 15 - 35 km. Pada lapisan ini berlangsung penyinaran kuat (irradiation) sinar ultra violet oleh surya, hal ini dapat menyebabkan penguraian molekul oksigen (O). Mengingat rendahnya nilai kerapatan atmosfer pada lapisan diatasnya maka sulit terjadi tumbukan dan penggabungan antara O, O2 dan O3. Proses penggabungan terutama berlangsung pada ketinggian 15-35 km sehingga terbentuk O3- melalui proses :
O2 + O + M Ã O3 + M
M: merupakan faktor kesetimbangan energi dan mementum yang dihasilkan oleh peristiwa tumbukan diantara sesama atom O‚ maupun antara O‚ dengan molekul O2. Secara alami gas Ozon dapat dirusak oleh proses tumbukan dengan O‚ dan oleh radiasi ultra violet. Proses perusakan ozon oleh tumbukan dengan O‚ reaksinya sebagai berikut :
O3 + O Ã O
Disamping itu perusakan ozon yang disebabkan oleh radiasi ultra violet prosesnya juga dapat terjadi seperti berikut :
Ultra Violet
O3 ---------Ã O2+ O
Demikianlah pada lapisan 15 - 35 km berlangsung dua proses sekaligus yaitu pembentukan dan perusakan ozon. Proses ini berlangsung dengan kesetimbangan alami.
Pembentukan Ozon
Seperti yang kita ketahui bahawa sinar UV sangat berbahaya karena frekuensinya tinggi dan energinya tinggi. Lapisan ozon penting untuk memblokir sebagian besar UV "buruk" agar tidak mengenai permukaan bumi. Di bawah ini adalah diagram tentang bagaimana energi UV digunakan untuk memecah molekul Oksigen.
Gambar 2.8. Proses Pembentukan Ozon
http://sscchemistry.weebly.com/ozone-depletion.html
Efek emisi antropogenik (akibat aktivitas manusia) Nitrous oksida (N2O), karbon dioksida (CO2), metana (CH4) dan halokarbon pada ozon stratosfer (O3) selama abad kedua puluh dan dua puluh satu diisolasi menggunakan model kimia stratosfer. Evolusi ozon di masa depan akan bergantung pada masing-masing gas ini, dengan N2O dan CO2 mungkin memainkan peran dominan saat halokarbon kembali ke tingkat pra-industri. Ada interaksi nonlinier antara gas-gas ini yang menghalangi pemisahan efeknya pada ozon. Misalnya, peningkatan CH4 selama abad kedua puluh mengurangi kehilangan ozon karena peningkatan halokarbon, dan penghancuran kimiawi N2O dari O3 disangga oleh efek termal CO2 di stratosfer tengah (sekitar 20% untuk skenario IPCC A1B / WMO A1 selama periode waktu 1900–2100). Meskipun demikian, N2O diperkirakan akan terus menjadi emisi antropogenik terbesar dari senyawa perusak O3 di masa mendatang.
Pengurangan emisi N2O antropogenik memberikan peluang yang lebih besar untuk pengurangan penipisan O3 di masa depan daripada emisi halokarbon yang tidak terkontrol yang tersisa. Hal ini juga menunjukkan bahwa tahun 1980 tingkat O3 dipengaruhi oleh halokarbon, N2O, CO2 dan CH4, dan dengan demikian mungkin bukan pilihan yang baik untuk patokan pemulihan O3.
Akhir-akhir ini dilaporkan adanya kerusakan lapisan ozon yang disebabkan oleh adanya pencemaran udara, diantara penyebab keruskan lapisan ozon tersebut adalah :
1. Nitrogen Oksida
Pencemaran NO dapat merusak lapisan ozon mencapai O-2O%. Untuk lebih jelasnya proses perusakan lapisan ozon oleh polusi NO, dapat dilihat pada reaksi di bawah ini.
N2O diproduksi di permukaan dan relatif inert di troposfer. Aktivitas mikroba di tanah dianggap sebagai sumber terbesar, tetapi ada banyak sumber kontribusi yang lebih kecil yang lain. Ini diangkut ke stratosfer dan dipecah di stratosfer tengah dan di atasnya melalui fotolisis.
N2O + hv ---> N2 + O (1 D)
Dan reaksi O(1D)
N2 + O (1 D) ---> N2 + O2
N2 + O (1 D) ---> 2NO
Umur global N2O adalah sekitar 114 tahun (IPCC 2007), yang ditentukan oleh proses kehilangan di atas dalam hubungannya dengan kekuatan sirkulasi terbalik stratosfer. NO yang dihasilkan dalam reaksi (2.3) adalah sumber utama nitrogen reaktif (yaitu NOx) di stratosfer bawah dan tengah (pengangkutan NOx mesosfer dapat signifikan di stratosfer atas). Sekitar 10% N2O diubah menjadi NOx di stratosfer. Gambar 1a menunjukkan distribusi N2O yang diproduksi di National Oceanic and Atmospheric Administration / National Center for Atmospheric Research (NOCAR) model dua dimensi ([16] dan referensi di dalamnya). Bentuk konturnya merupakan cerminan dari sirkulasi stratosfer, ke atas di daerah tropis dan ke bawah di daerah ekstra-tropis. Gambar 1b menunjukkan laju produksi NOx karena reaksi (2.3) (kontur biru). Ini terjadi pada ketinggian yang agak lebih rendah daripada sebagian besar penghancuran N2O karena reaksi (2.1) (yang tidak menghasilkan NOx). Nitrogen reaktif dapat dihancurkan secara kimiawi melalui:
yang ditunjukkan melalui kontur merah pada gambar 1b. Ini adalah proses kehilangan bahan kimia utama untuk nitrogen teroksidasi total (NOy) dan menyebabkan sekitar 30% kehilangan NOy. Sisa NOy hilang melalui transpor troposfer (sekitar 70%).
Gambar 2.8. Model dua dimensi NOCAR tahun 2000
(a) Bidang N2O (dalam ppbv) yang dihasilkan oleh model dua dimensi NOCAR pada tahun 2000.
(b) Produksi NOx dari N2O (reaksi (2.3), kontur biru) dan laju kehilangan kimiawi NOx (reaksi (2.4) , kontur merah) pada tahun 2000 (dalam ppbv d − 1).
Antara tahun 1930 dan 1970-an, terbukti bahwa proses kehilangan lainnya diperlukan untuk menjelaskan kelimpahan ozon di lapisan ozon. Disadari bahwa nitrogen oksida, hidrogen oksida dan radikal klorin juga menghancurkan Ox (yaitu ozon) melalui siklus katalitik dari:
dengan X = {NO, HO, Cl}. Daur ulang molekul X memungkinkan satu X untuk menghancurkan banyak (biasanya 103-105) molekul ozon sebelum diubah menjadi molekul yang kurang reaktif. Siklus ini mewakili banyak bentuk siklus katalitik yang dianggap penting. Brom menarik karena siklus katalitik terpentingnya adalah siklus ClO / BrO gabungan, dan dengan demikian peningkatan klorin membuat brom lebih kuat sebagai agen perusak ozon.
Radikal individu berumur pendek dan juga berguna dimodelkan sebagai bagian dari keluarga berumur panjang (misalnya NOx = N + NO + NO2 + NO3 + N2O5; NOy = NOx + HNO3 + HNO4 + ClONO2 + BrONO2), dimana NOx mewakili jumlah spesies nitrogen berumur pendek dan NOy jumlah spesies nitrogen berumur pendek dan panjang.
Sumber Pencemaran NOx
Masalah lingkungan seperti emisi gas dari kendaraan, sumber stasioner, dan proses industri lainnya merupakan salah satu katalisis yang paling penting. Karbon oksida (COx), nitrogen oksida (NOx), senyawa organik volatil (VOC), dan sulfur oksida (SOx) adalah polutan gas yang umum. Nitrogen oksida, NOx, diketahui membentuk uap asam nitrat dan menyebabkan penipisan ozon di stratosfer. Mereka dapat bereaksi dengan bahan kimia organik umum untuk membentuk berbagai macam produk beracun seperti nitroarene dan nitrosamines.
Nitrous oksida (N2O), salah satu anggota nitrogen oksida, merupakan polutan udara dan gas rumah kaca. Ia memiliki masa hidup yang panjang selama 110 - 150 tahun dan Potensi Pemanasan Global (GWP) 310 kali lebih tinggi daripada CO2. N2O merupakan salah satu sumber utama pembentukan hujan asam di atmosfer. Ini juga merupakan produk sampingan yang tidak diinginkan dalam gas buang kendaraan.
Sumber N2O antropogenik bertanggung jawab atas peningkatan N2O di atmosfer selama beberapa abad terakhir, misalnya. sektor pertanian, knalpot mesin dan produksi industri asam nitrat dan asam adipat. Dilaporkan bahwa konsentrasi N2O tahunan global meningkat sekitar 19% dari tahun 1750 hingga 2007. Khususnya dalam 30 tahun terakhir, peningkatan konsentrasi N2O diamati lebih cepat dari sebelumnya.
Saat ini, metode untuk pengurangan N2O terutama melibatkan penghancuran termal, daur ulang aliran (untuk produksi asam adipat atau asam nitrat), dan penghancuran katalitik (reduksi atau dekomposisi langsung). Daur ulang aliran terutama dapat diterapkan pada skala industri tetapi dekomposisi katalitik nitrous oksida adalah metode yang paling sesuai untuk menghancurkan N2O yang dipancarkan oleh kendaraan atau pada tingkat konsentrasi rendah. Mekanisme dekomposisi N2O bergantung pada jenis katalis dan kondisi reaksinya.
Tujuan utama penelitian kami adalah pemahaman yang lebih dalam tentang pengaruh gas pendukung dan reaksi terhadap dekomposisi katalitik N2O serta meningkatkan kinerja katalis logam transisi.
Gambar 2.10. Sumber Gas Antropogenik dari pemupukan, industri dan kendaraan.
https://www.department.ch.tum.de/en/ac4/research-topics/decomposition-of-nitrous-oxide/
2. Klorofluorokarbon
Ada keseimbangan antara pembentukan dan degradasi ozon. Lapisan ozon yang stabil dipertahankan di stratosfer. Namun, keseimbangan ini telah terganggu oleh CFC (Chloro Fluoro Carbon). CFC tidak reaktif, tidak mudah terbakar, dan tidak beracun dan itulah sebabnya, CFC bercampur dengan gas atmosfer dan akhirnya mencapai stratosfer. Di stratosfer, CFC dipecah oleh radiasi UV yang melepaskan radikal bebas klorin.
Ion klorin yang dihasilkan secara terus menerus menyebabkan kerusakan ozon dan lapisan ozon. 1 atom klorin memiliki kemampuan untuk mendisosiasi 100.000 molekul ozon. Saat ini, CFC digantikan oleh HFC (Hydro Fluoro Carbon).
Meskipun penipisan ozon banyak terjadi di stratosfer, penipisan ozon (lubang ozon) yang parah telah terjadi di Antartika. Ini karena suhu yang sangat rendah di Antartika yang mengarah pada pembentukan awan stratosfer kutub (PSC). Reaksi khusus yang terjadi di PSC ditambah reaksi klorin dan bromin bertanggung jawab atas lubang ozon di Antartika.
Penipisan ozon terutama disebabkan oleh aktivitas manusia. Efek utama penipisan ozon adalah peningkatan sinar UV-B yang mencapai permukaan bumi. Penyebab: chlorofluorocarbon (CFCs), halon, dan senyawa lain menguras lapisan ozon. Bahan kimia ini ditemukan dalam bahan pembersih, aerosol, busa isolasi, dan zat pendingin. CFC dan halon terurai menjadi klorin dan bromin yang pada gilirannya merusak lapisan ozon.
http://eschooltoday.com/ozone-depletion/what-is-ozone-depletion.html
Efek:
Manusia: peningkatan sinar UV-B berarti semakin tinggi risiko kanker kulit, katarak mata, dan kebutaan. Baca lebih lanjut di sini.
Kehidupan laut: Fitoplankton dan zooplankton sangat sensitif terhadap jumlah cahaya di lingkungan mereka, dan peningkatan sinar UV-B akan sangat memengaruhi mereka. Karena organisme ini adalah dasar dari rantai makanan, penurunan jumlah mereka kemungkinan besar akan berdampak luas bagi semua kehidupan laut. Baca lebih lanjut di sini.
Tanaman: Sinar UV-B berdampak negatif pada tanaman, termasuk tanaman yang diandalkan manusia. Peningkatan sinar UV-B dapat berarti ukuran daun lebih kecil, pertumbuhan tanaman menurun, dan kualitas tanaman lebih rendah bagi manusia. Tumbuhan membentuk dasar bagi sebagian besar rantai makanan, sehingga efek negatif kemungkinan besar akan mengalir ke organisme yang bergantung padanya. Tanaman juga sangat penting dalam hal respirasi, fotosintesis, kestabilan tanah, dan penurunan produktivitas tanaman / berkurangnya pertumbuhan tanaman akan berpotensi mempengaruhi erosi tanah dan produktivitas serta siklus karbon.
Efek Penipisan Ozon
Zat perusak ozon (seperti halon dan metil bromida) adalah penyebab utama di balik kerusakan ozon.
Penjelasan:
Bahan kimia seperti chlorofluorocarbons (CFC) dan lainnya menghancurkan lapisan ozon. Bahan kimia ini ditemukan dalam segala macam hal (lihat di sini). Misalnya, Karbon tetraklorida (CCl4) dulunya merupakan bahan pembersih yang populer tetapi sekarang dilarang.
Gambar di bawah ini menunjukkan contoh sederhana tentang bagaimana molekul CFC memengaruhi ozon. CFC tidak langsung merusak lapisan ozon. Ada banyak reaksi kimia yang terlibat dalam proses ini. CFC terurai menjadi bahan kimia lain, akhirnya menghasilkan molekul klorin dan klorin monoksida yang secara langsung merusak ozon.
http://eco-globe.com/what-destroys-the-earths-ozone-layer/
Dalam kasus potensi penipisan ozon, gas referensi adalah CFC-11 (dalam rumus CFCl3). CFC (seperti CF2Cl2 dan C3H3Cl3) dan HCFC (seperti C2F3HCl2 dan C2FH3Cl2) adalah zat perusak ozon. Tetapi zat perusak ozon yang paling penting adalah Halon-1301 (CF3Br) karena potensi penipisan ozon relatif terhadap CFC-11 adalah 12.
Metil kloroform dan metil bromida adalah bahan kimia perusak ozon lainnya tetapi potensi penipisan ozon relatif terhadap CFC-11 masing-masing adalah 0,1 dan 0,4.
Semua gas ini bersama-sama menyebabkan penipisan ozon di atmosfer kita. Karena penipisan ozon, sinar UV mencapai permukaan bumi dan menyebabkan masalah yang parah. Beberapa efek berbahaya dari sinar UV disebutkan di bawah ini:
· Penipisan ozon 1% - beban sinar UV-B di permukaan bumi meningkat dua kali lipat.
· Sinar UV menunjukkan efek mutagenik.
· Sinar UV menyebabkan kanker
· Sinar UV dapat diserap oleh kornea yang menyebabkan kornea membengkak dan menyebabkan kebutaan salju dan katarak.
· Radiasi UV menyebabkan pembentukan dimmer timin
· Sinar UV mematikan karena menyebabkan inaktivasi protein, asam nukleat, dan pigmen.
Bahan Perusak Ozon masuk ke Indonesia melalui impor, karena bahan ini diperlukan oleh industri baik untuk manufaktur AC/Refrigerasi dan Industri Busa, maupun untuk kegiatan servis produk (barang) yang menggunakan BPO. Umumnya penggunaan CFC dan HCFC sebagian untuk membantu daya semprot pada peralatan kosmetik seperti hairspray, semprot nyamuk, peralatan pemeliharaan otomotif, pembersih rumah, cat semprot dan alat kesehatan.
Selain itu CFC dan HCFC dipergunakan untuk membuat busa pelapis insulasi panas yang digunakan untuk menahan panas agar tidak masuk kedalam lemari pendingin dan mencegah dingin tidak keluar dari peralatan pendingin. Penggunaan CFC dan HCFC pada pembuatan busa sol sepatu, tempat tidur, jok kursi dan stereoform pada wadah makanan.
Bahan kimia buatan manusia yang menghancurkan molekul ozon di lapisan ozon. Chlorofluorocarbons (CFC) adalah yang paling umum, tetapi ada zat lainnya, termasuk Halons, metil bromida, karbon tetraklorida, dan metil kloroform. CFC dulunya banyak digunakan karena harganya murah, tidak beracun, tidak mudah terbakar, dan non-reaktif. Zat tersebut digunakan sebagai semprot kaleng-propelan, pendingin, dan banyak produk lainnya.
Setelah zat dilepaskan ke udara, CFC melayang ke stratosfer. Arus udara memindahkan zat tersebut ke arah kutub. Di musim dingin, CFC membeku dengan molekul asam nitrat dalam awan stratosfir kutub (PSC) (Gambar bawah).
Kerusakan akibat adanya pemakaian beberapa senyawa flour yang berlebihan melalui barang yang diperdagangkan seperti hair spray, freon dan lain-lain dapat menyebabkan terjadinya kerusakan ozon 6 (enam) kali lebih besar dari pada akibat pencemaran oleh gas NO. Untuk jelasnya proses perusakan ozon oleh gas-gas senyawa flour dapat dilihat pada reaksi berikut ini:
CF2Cl2 + Energi matahari ------> CFCl2 + Cl
Cl + O3 -------> ClO + O2
ClO + O -------> Cl + O2
Senyawa CF2Cl2 yang diinjeksi ke atmosfer jika terkena sinar matahari akan terurai menjadi senyawa CFCl2 dan Cl. Unsur Cl inilah yang mempunyai sifat sebagai katalis dan dapat menghancurkan O3 dalam jumlah yang cukup besar, sehingga jika senyawa ini diinjeksi dalam jumlah yang besar, maka akan sangat mempengaruhi keseimbangan konsentrasi ozon di atmosfer. Apabila hal ini berlangsung terus menerus maka bukan tidak mungkin lapisan ozon yang menyelimuti bumi ini akan berlubang, seperti yang dilaporkan dari hasil pemotretan dengan satelit cuaca.
Klorofluorokarbon
http://sscchemistry.weebly.com/ozone-depletion.html
CFC adalah molekul yang merusak ozon. Ini karena klor sangat reaktif dan menghancurkan molekul O3. Ini adalah masalah besar karena inilah seharusnya dilakukan oleh UV. Oleh karena itu, LEBIH BANYAK sinar UV, yang menembus ke atmosfer.
Proses Perusakan Oleh Klor
http://sscchemistry.weebly.com/ozone-depletion.html
Selama siklus, klorin (Cl) dan klorin monoksida (ClO) tidak dihancurkan tetapi hanya didaur ulang menjadi satu sama lain. Dengan setiap siklus, dua molekul ozon hilang (satu secara langsung dan yang kedua karena O hampir selalu bereaksi dengan O2 untuk membentuk O3). Siklus ini dapat berjalan ratusan ribu kali sebelum Cl terikat dalam HCl. Jadi tingkat ClO dan Cl dari puluhan bagian per triliun udara (10-12) mampu menghancurkan beberapa persen dari beberapa bagian per juta O3. Sherry Rowland dan Mario Molina menemukan siklus ini dan menulis makalah tentangnya pada tahun 1974. Mereka menerima Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1995 untuk pekerjaan ini. Ketika siklus katalitik yang melibatkan klor, nitrogen oksida, dan OH dimasukkan dalam teori, kesepakatan antara teori dan pengukuran menjadi jauh lebih baik.
Gambar 2.9. Siklus Katalitik Klorin yang menghancurkan ozon
Credit: UCAR
https://www.e-education.psu.edu/meteo300/node/595
Selain proses produksi dan penghancuran yang dijelaskan di atas, distribusi ozon di stratosfer disebabkan oleh pergerakan udara. Udara datang dari troposfer ke stratosfer sebagian besar di daerah tropis dan kemudian perlahan-lahan bergerak ke lintang tengah dan tinggi, di mana ia tenggelam dan masuk kembali ke troposfer. Gerakan udara ini dikenal sebagai sirkulasi Brewer – Dobson. Meskipun sebagian besar ozon dibuat di stratosfer tropis, proses produksinya relatif lambat, sehingga kelimpahan ozon di stratosfer tropis cukup rendah. Saat udara bergerak ke arah kutub, proses produksi menambahkan ozon ke udara, menyebabkan kelimpahan ozon yang relatif tinggi di garis lintang tengah.
2.2. Struktur Lapisan Atmosfer
Perubahan dalam atmosfer secara vertikal jauh lebih penting dan lebih besar dari pada secara horizontal. Karena adanya perbedaan suhu secara vertikal, maka secara struktural atmosfer dibagi menjadi beberapa lapisan yaitu (Gambar 2):
Gambar . Stuktur Lapisan Atmosfer berdasarkan ketinggian tempat
https://www.researchgate.net/figure/Source-C-Donald-Ahrens-essentials-in-meteorology_fig2_290511155
1. Troposfer
Lapisan ini merupakan lapisan terdekat dengan permukaan bumi, mencapai ketinggian 16 km. Karena adanya pengaruh updraft (gaya ke atas) yang disebabkan oleh pancaran radiasi permukaan bumi, maka terjadi variasi ketinggian troposfer, yaitu semakin kearah kutub ketinggiannya semakin kecil. Sekitar 75 % gas-gas yang di kandung atmosfer berada pada lapisan ini, demikian pula hampir 85 % uap air berada pada lapisan ini. Lapisan ini dicirikan dengan adanya lapse rate suhu yaitu adanya penurunan suhu dengan bertambahnya ketinggian. Besarnya penurunan suhu pada lapisan ini kira-kira 6.1 C per kilometer (0.61 oC/100 meter). Peristiwa cuaca terjadi pada lapisan ini.
2. Tropopause
Lapisan ini merupakan pembatas terjadinya peristiwa konveksi dan cuaca, serta pembatas anatara lapisan troposfer dengan stratosfer. Lapisan ini dicirikan dengan suhu yang relatif konstan, yaitu tidak adanya perubahanh suhu dengan bertambahnya ketinggian.
3. Stratosfer
Lapisan ini terletak pada ketinggian antara 20-50 km dari permukaan bumi. Gas ozon merupakan gas yang dominan pada lapisan ini, terutama pada ketinggian 22-40 km sehingga lapisan ini disebut juga lapisan
4. Stratopause
Straospause merupakan lapisan pembatas antara lapisan stratosfer dengan mesosfer. Lapisan ini mempunyai ciri suhu yang relatif konstan. Ketebalan lapisan ini berkisar antara 1-1.5 km.
5. Mesosfer
Lapisan ini berada pada ketinggian 50-80 km dengan penurunan suhu yang sangat tajam akibat bertambahnya ketinggian tempat. Pada lapisan ini semakin sedikitnya kandungan gas dan uap air sehingga aktivitas molekuler semakin berkurang yang menjadi penyebab terjadi penurunan suhu secara drastis. Diduga lapisan ini tidak ada pengaruhnya terhadap perubahan cuaca pada lapisan troposfer.
6. Mesopause
Ketebalan lapisan ini mecapai 10 km, dengan perubahan suhu yang relatif konstan. Tekanan pada lapisan ini diperkirakan hanya 0.1 mb.
7. Thermosphere
Kandungan gas pada lapisan ini sudah sangat sedikit. Pada lapisan ini oksigen, hidrogen dan helium bertahan sebagai atom, sehingga hukum gas sudak tidak berlaku lagi. Perubahan suhu dipengaruhi oleh radiasi secara langsung, sehingga perubahan suhu semakin besar pertambahannya dengan bertambahnya ketinggan tempat. Ketinggian lapisan ini kira-kira 80-200 km.
Soal :
1. Radiasi matahari masuk ke permukaan bumi akan melewati beberapa lapisan udara di atmosfer sehingga akan terbentuk suatu susunan gas yang khas untuk masing-masing ketinggian dari permukaan bumi.
a. Sebutkan lapisan atmosfer secara vertikal mulai dari yang paling rendah sampai dengan yang tertinggi !
b. Pada lapisan atmosfer yang mana terbentuknya Ozon (O) dan pada lapisan yang mana konsentrasi ozon paling tinggi ? Jelaskan pula proses pembentukannya !
2. Dalam era industrialisasi sekarang kini, semakin banyak penggunaan sumber energi yang dapat menimbulkan peningkatan konsentrasi CO. Coba jelaskan pengaruhnya terhadap perubahan iklim global ! Jelaskan apa yang anda ketahui tentang Efek Rumah Kaca ? Bagaimana dugaan pengaruhnya terhadap produksi pertanian ? Apakah pengaruh tersebut menguntungkan atau merugikan, jelaskan argumentasinya !
3. Seperti kita ketahui bahwa konsentrasi HO di atmosfer hanya berkisar antara 0.05 - 4 % saja, akan tetapi fungsinya sangat penting terhadap perubahan cuaca dan iklim. Sebut kan fungsi minimal 2 fungsi HO terhadap perubahan cuaca/iklim tersebut !
Pustaka
IPCC 2007. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Intergovernmental Panel on Climate Change (eds Solomon S., Qin D., Manning M., Chen Z., Marquis M., Averyt K. B., Tignor M., Miller H. L.), 996 pp. Cambridge/New York, NY, UK/USA: Cambridge University Press.
Portmann RW, Daniel JS, Ravishankara AR. Stratospheric ozone depletion due to nitrous oxide: influences of other gases. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2012;367(1593):1256-1264. doi:10.1098/rstb.2011.0377.
