Rabu, Oktober 24, 2007

Lapisan Ozon dan Permasalahannya

{Artikel ini merupakan terjemahan bebas dari FAQ yang direlease oleh UNEP}


Oleh: Agus Hidayat


1. Pemahaman Tentang Ozon

Ozon adalah gas yang secara alami terdapat di dalam atmosfer. Masing-masing molekul ozon terdiri dari tiga buah atom oksigen dan dinyatakan sebagai O3. Ozon bisa dijumpai di dua wilayah atmosfer. Sekitar 10% ozon berada di lapisan troposfer, yaitu wilayah atmosfer yang paling dekat dengan permukaan Bumi (dari permukaan Bumi hingga ketinggian 10-16 kilometer). Sekitar 90% persen ozon berada di lapisan stratosfer, yaitu wilayah atmosfer yang terletak mulai dari puncak troposfer hingga ketinggian sekitar 50 kilometer. Ozon yang berada di stratosfer sering kali disebut lapisan ozon.

Ozon ditemukan di laboratorium pada pertengahan tahun 1800an. Keberadaan ozon di atmosfer kemudian ditemukan menggunakan metoda pengukuran secara kimiawi dan optis. Kata ozon berasal dari bahasa Yunani : ozein yang berarti berbau. Ozon memiliki bau yang sangat kuat sehingga keberadaannya mudah diketahui walaupun dalam konsentrasi yang rendah.

Ozon akan dengan cepat dapat bereaksi dengan berbagai bahan-bahan kimia dan dalam konsentrasi yang sangat banyak menjadi explosive. Pelepasan muatan listrik (electrical discharges) pada umumnya digunakan untuk membuat ozon dalam proses industri seperti proses pemurnian udara dan air, pemutihan tekstil dan produk-produk makanan.

Lokasi Ozon. Sebagian besar ozon (sekitar 90%) dijumpai di stratosfer, sebuah lapisan yang terletak pada ketinggian sekitar 10-16 kilometers di atas permukaan Bumi hingga ketinggian sekitar 50 kilometers. Di daerah tropis lapisan stratosfer dimulai dari ketinggian yang lebih tinggi (16 kilometer) dibandingkan dengan di daerah kutub (10 kilometer). Tempat berkumpulnya ozon di stratosfer biasanya dikenal dengan istilah “lapisan ozon.” Sekitar 10% ozon dijumpai di lapisan troposfer, yaitu wilayah atmosfer yang paling dekat dengan permukaan Bumi, yaitu terletak diantara permukaan Bumi dengan lapisan stratosfer.

Kelimpahan ozon. Konsentrasi molekul-molekul ozon di atmosfer jauh lebih sedikit dibandingkan dengan gas-gas lainnya. Di lapisan stratosfer disekitar puncak lapisan ozon, terdapat sekitar 12,000 molekul ozon untuk setiap satu milyar molekul udara. Dimana sebagai besar molekul udara terdiri dari molekul oksigen (O2) dan nitrogen (N2). Di lapisan troposfer dekat permukaan Bumi, konsentrasi ozon lebih sedikit, berkisar antara 20 hingga 100 molekul ozon untuk setiap satu milyar molekul udara. Konsentrasi tertinggi ozon permukaan berasal dari udara yang tercemar oleh aktivitas manusia.

Sebagai ilustrasi sedikitnya konsentrasi ozon di dalam atmosfer kita, andaikan seluruh molekul-molekul ozon baik yang berada di troposfer maupun di stratosfer dibawa ke permukaan Bumi dan secara merata disebar ke seluruh permukaan Bumi, maka ketebalan ozon hanya sekitar beberapa milimeter saja.

Bagaimana ozon terbentuk di atmosfer?

Ozon terbentuk diatmosfer melalui beberapa langkah proses kimia yang memerlukan bantuan sinar matahari. Di lapisan stratosfer, proses pembentukan ozon dimulai dengan pecahnya molekul oksigen (O2) oleh radiasi ultraviolet dari Matahari. Pada atmosfer bawah (troposfer), ozon terbentuk melalui serangkaian reaksi kimia yang berbeda yang melibatkan gas-gas yang mengandung hidrokarbon dan nitrogen.

Ozon stratosfer. Ozon stratosfer secara alami terbentuk melalui reaksi kimia yang melibatkan radiasi ultraviolet Matahari dan molekul-molekul oksigen yang tersedia di atmosfer (21% dari kandungan atmosfer). Langkah pertama, sinar matahari memecah molekul oksigen (O2) menghasilkan dua atom oksigen (2 O) (lihat gambar). Pada langkah kedua, masing-masing atom oksigen tersebut bergabung (bereaksi) dengan sebuah molekul oksigen menghasilkan molekul ozon (O3). Reaksi tersebut terjadi terus menerus karena keberadaan radiasi ultraviolet matahari di stratosfer. Akibatnya, produksi ozon terbesar tejadi di stratosfer tropis.
Produksi ozon stratosfer seimbang dengan kerusakan ozon melalui reaksi kimia. Ozon secara terus menerus bereaksi dengan berbagai zat-zat kimia alami maupun buatan manusia di stratosfer. Dalam setiap rekasi, sebuah molekul ozon hilang dan senyawa kimia lainnya terbentuk. Berbagai gas reaktif yang penting yang dapat merusak ozon adalah gas-gas yang mengandung klorin dan bromin.
Sebagian ozon stratosfer terdorong ke bawah masuk ke lapisan troposfer dan dapat mempengaruhi jumlah ozon di permukaan Bumi, terutama di kawasan terpencil yang tidak tercemar.

Ozon troposfer. Dekat permukaan Bumi, ozon diproduksi melalui reaksi kimia yang melibatkan gas-gas alami maupun gas-gas pencemar lainnya. Produksi ozon troposfer utamanya melibatkan gas-gas hidrokarbon dan nitrogen oksida serta sinar matahari. Pemakaian bahan bakar fosil merupakan sumber utama produksi ozon troposfer yang berasal dari gas-gas pencemar. Produksi ozon permukaan tidak memberikan kontribusi yang signifikan terhadap kelimpahan ozon stratosfer. Jumlah ozon permukaan terlalu sedikit dan memindahkan ozon permukaan ke stratosfer tidak cukup efektif. Sebagaimana ozon stratosfer, ozon di troposfer dapat rusak akibat adanya rekasi kimia secara alami maupun yang melibatkan zat-zat kimia buatan manusia.

Keseimbangan proses-proses kimia. Kelimpahan ozon di stratosfer dan troposfer ditentukan oleh keseimbangan antara proses-proses kimia yang membentuk dan yang merusak ozon. Keseimbangan yang dimaksud disamping ditentukan oleh jumlah gas-gas yang bereaksi juga oleh laju dan efektivitas reaksi yang bervariasi ditentukan oleh intensitas sinar matahari, lokasi, suhu udara, dan faktor-faktor lain. Bila kondisi atmosfer berubah mengarah pada terjadinya reaksi pembentukan ozon maka kelimpahan ozon di suatu tempat akan meningkat. Sebaliknya bila kondisi atmosfer mengarah pada terjadinya reaksi perusakan ozon maka kelimpahan ozon akan menurun. Keseimbangan antara reaksi pembentukan dan perusakan ozon dikombinasikan dengan pergerakan masa udara di atmosfer menentukan distribusi ozon secara global dalam skala waktu harian hingga bulanan. Sejak dekade yang lalu kelimpahan ozon global telah menurun akibat meningkatkan konsentrasi gas-gas reaktif yang mengdanung klorin dan bromin di lapisan stratosfer.

Secara alami ozon diproduksi di stratosfer melalui dua langkah proses. Pada langkah pertama, sinar ultraviolet matahari memecah molekul oksigen dan menghasilkan dua buah atom oksigen. Pada langkah kedua, atom-atom oksigen tersebut berkelana dan berbenturan dengan molekul-molekul oksigen lainnya menghasilkan molekul-molekul ozon. Dalam keseluruhan proses, tiga buah molekul oksigen bereaksi menghasilkan dua buah molekul ozon.

Bagaimana ozon di atmosfer diukur?

Jumlah ozon di atmosfer diukur dengan menggunakan berbagai instrument baik yang dipasang di darat, dipasang pada balon sonde, pesawat udara dan satelit. Mengukur ozon bisa dilakukan dengan memasukkan udara kedalam suatu alat yang berisi sistem deteksi ozon. Cara lainnya dilakukan berdasarkan sifat unik ozon dalam hal menyerap radiasi matahari di atmosfer. Dlam hal ini, sinar matahari atau laser secara cermat diukur porsinya di atmosfer yang mengandung ozon.

Kelimpahan ozon di atmosfer diukur menggunakan berbagai teknik (lihat gambar di bawah). Teknik-teknik pengukuran dilakukan dengan menggunakan sifat-sifat optis dan kimia dari ozon. Ada dua katagori utama teknik pengukuran: yaitu pengukuran secara langsung dan dari jarak jauh (remote). Pengukuran ozon dengan teknik seperti ini telah sering digunakan untuk memantau perubahan yang terjadi pada lapisan ozon dan melalui pemahaman kita terhadap berbagai proses yang mengendalikan kelimpahan ozon.

Pengukuran langsung. Pengukuran langsung kelimpahan ozon di atmosfer dilakukan dengan menarik udara langsung ke dalam sebuah instrumen. Begitu udara sudah berada di dalam instrumen, ozon dapat diukur melalui penyerapannya terhadap sinar ultraviolet (UV) atau melalui arus listrik yang dihasilkan dalam reaksi kimia dari ozon. Cara seperti itu digunakan dalam pembuatan “ozonsonde,” yang merupakan modul pengukur ozon yang bisa ditempatkan dalam sebuah balon udara yang kecil. Balon-balon udara kecil dapat terbang cukup tinggi sehingga bisa mengukur ozon di lapisan stratosfer. Ozonsonde bisanya diluncurkan setiap minggu di berbagai tempat di dunia. Instrumen pengukur ozon secara langsung dengan menggunakan sifat optis dan kimia sering dipasang pada pesawat terbang untuk mengukur distribusi ozon di tropsfer dan stratosfer bawah. Pesawat terbang tertentu (high altitute aircraft) dapat terbang cukup tinggi sehingga dapat mencapai lapisan ozon di stratosfer dan dapat mencapai tempat terjauh di sekitar kutub. Pengukuran ozon juga dilakukan dengan menggunakan pesawat komersial.

Penguran jarak jauh. Pengukuran kelimpahan ozon jarak jauh dilakukan dengan mendeteksi keberadaan ozon dari jarak yang sangat jauh dengan instrument pengukurnya. Sebagian besar pengukuran ozon jarak jauh didasarkan pada sifat unik ozon yang dapat menyerap radiasi UV. Sumber-sumber radiasi UV bisa berasal dari Matahari dan laser. Sebagai contoh, satelit menggunakan penyerapan UV matahari oleh atmosfer atau penyerapan sinar matahari yang dibaurkan oleh permukaan Bumi untuk mengukur ozon di seluruh dunia setiap harinya. Suatu jaringan detektor yang ditempatkan di darat mengukur ozon melalui jumlah sinar UV yang mencapai permukaan Bumi. Instrumen lain yang digunakan mengukur ozon dilakukan dengan mengukur absorpsi radiasi infra-merah atau sinar tampak atau emisi gelombang mikro atau radiasi inframerah. l Jumlah ozon total dan distribusinya menurut lintang dapat diukur dengan teknik jarak jauh. Sinar laser yang dipancarkan dari stasiun di daratan maupun dari pesawat udara sering kali digunakan untuk mengukur ozon dari jarak beberapa kilometer sepanjang berkas sinar laser tersebut.

Ozon di atmosfer diukur dengan berbagai instrumen baik yang ditempat di daratan, di pesawat udara, balon udara dan satelit. Berbagai instrumens dapat mengukur ozon secara langsung dengan jalan mengukur kandungan ozon sampel udara, sedangkan yang lainnya mengukur dari jarak jauh. Beberapa jenis instrument menggunakan teknik optic dengan sinar Matahari dan laser sebagai sumber cahaya, atau menggunakan reaksi kimia yang unik terhadap ozon. Pengukuran ozon total dilakukan di berbagai tempat dengan skala waktu mingguan.

Apakah Total Ozon di atas Permukaan Bumi Seragam ?

Tidak, jumlah ozon total di atas permukaan Bumi bervariasi sesuai dengan lokasi dan sekala waktu yang berkisar dari harian hingga musiman. Keragaman tersebut disebabkan oleh angin-angin stratosfer dan produksi bahan-bahan kimia serta kerusakan ozon. Total ozon pada umunya paling rendah di equator dan paling tinggi di kutub yang disebabkan oleh pola angin musiman di atmosfer.

Ozon total. Ozon total di setiap tempat di Bumi diperoleh dengan mengukur kandungan seluruh ozon yang persis berada di atas tempat tersebut. Ozon total terdiri dari ozon stratosfer dan ozon troposfer. Ozon troposfer hanya 10% dari ozon total. Ozon total dinyatakan dengan Dobson Units, atau “DU.” Biasanya nilai ozon total di atas bola dunia bervariasi dari 200 hingga 500. Nilai ozon total sebesar 500 DU, setara dengan ketebalan 0.5 cm saja (0.2 inci).

Distribusi global. Di atas bola dunia konsentrasi ozon total sangat ditentukan oleh posisi lintang, dimana konsentrasi tertinggi terjadi lintang menengah dan lintang tinggi. Hal ini terjadi akibat adanya sirkulasi angin di atmosfer yang memindahkan udara tropis yang kaya ozon menuju ke kutub pada musim gugur dan musim dingin. Kawasan dengan kandungan ozon total yang rendah terjadi di kutub pada musim dingin dan semi sebagai akibat terjadi perusakan ozon secara kimiawi oleh gas-gas klorin dan bromin. Konsentrasi ozon total terendah ( selain di Antartika pada musim semi) terjadi juga di daerah tropis pada semua musim, karena secara alami memang konsentrasi ozon terendah memang terjadi di tropis.

Keragaman alami. Variasi ozon total dengan lintang dan bujur terjadi karena dua alasan. Pertama, pergerakan udara alami mengaduk udara yang mengandung ozon tinggi maupun rendah. Pergerakan udara juga meningkatkan ketebalan vertical lapisan ozon di dekat kutub, yang menyebabkab ozon total di kawasan tersebut menjadi meningkat. Sistem cuaca yang terjadi di troposfer untuk sementara waktu dapat mengurangi ketebalan ozon stratosfer di suatu tempat, sehingga pada saat yang bersamaan konsentrasi ozon total di tempat tersebut juga menurun. Kedua, keragaman terjadi sebagai akibat perubahan keseimbangan antara produksi bahan-bahan kimia perusak ozon dengan dengan proses kerusakan ozon secara alami sebagaimana uadara berpindah ke tempat baru di atas bola dunia. Berkurangnya paparan terhadap radiasi ultraviolet matahari, akan menurunkan produksi ozon.

Ozon total. Nilai ozon total diperoleh dengan mengukur keseluruhan ozon yang berada di atmosfer di suatu tempat tertentu di atas permukaan Bumi. Nilai ozon total dinyatakan dengan satuan “Dobson Unit”. Konsentrasi ozon total di suatu tempat bervariasi tergantung pada lintang, bujur, dan musim. Semakin tinggi lintang suatu tempat maka semakin tinggi konsentrasi ozon totalnya. Konsentrasi terendah terjadi di kawasan tropis (lintang rendah). Gambar di bawah mengilustrasikan sebaran ozon total di seluruh dunia.

2. Pemahaman Tentang Lapisan ozon

Elemen-elemen yang membentuk atmosfer Bumi sangat penting artinya bagi kita semua. Keseimbangan gas-gas di atmosfer telah berubah akhir-akhir ini akibat dari aktivitas manusia. Guna melindungi dan melestarikan kehidupan di muka Bumi, para ilmuwan perlu memahami berbagai faktor yang rumit yang mengendalikan keseimbangan gas-gas di atmosfer.
Atmosfer terdiri dari 78% nitrogen, 21% oksigen dan gas-gas minor, 1% argon gas-gas telusur, karbon dioksida dan ozon. Begitu sedikitnya jumlah ozon didalam atmosfer, maka jika kita bawa semua molekul-molekul ozon ke permukaan maka tebalnya hanya sekitar 3mm. Ozon terdapat di seluruh atmosfer, tetapi sebagai besar terdapat di lapisan stratosfer, antara 15 dan 40 km di atas permukaan Bumi. Ozon inilah yang dikenal dengan istilah “Lapisan Ozon”. Lapisan inilah yang melindungi Bumi dari pengaruh berbahaya radiasi matahari. Radiasi ultraviolet (UV) yang berasal dari matahari berbahaya bagi kehidupan di Bumi. Semakin menigkatnya jumlah radiasi UV (UV-B) dapat merusah rantai makanan yang ada di laut. Disamping itu terdapat hubungan yang kuat antara meningkatnya UV dengan meningkatnya kasus-kasus penyakit kanker kulit dan katarak mata pada manusia. Pada dasarnya atmosfer bertindak sebagai perisai terhadap radiasi matahari melalui penyebaran (scattering) atau penyerapan oleh molekul-molekul gas yang ada di dalam atmosfer Bumi. Terhadap hal ini, ozonlah yang paling efektif menyerap radiasi UV. Secara alami molekul-molekul ozon terbentuk dan rusak di atmosfer Bumi. Secara alami pula penipisan lapisan ozon terjadi di atas Kutub Selatan (Antarctica) setiap musim semi (springtime).

Akan tetapi belakangan diketahui bahwa telah terjadi penipisan lapisan ozon yang tidak alami. Sejak dekade yang lalu ozon di atas Antarctica telah semakin menipis pada musim semi secara tidak alami. Para peneliti telah mengetahui bahwa penipisan tersebut sebagai akibat langsung dari pelepasan chlorofluorocarbon (CFC) oleh manusia ke atmosfer. Selama ini CFC secara luas digunakan sebagai zat pendorong (propellant) pada produk-produk aerosol (spray) dan sebagai media pendingin (coolant) pada alat-alat pendingin (refrigerator). Begitu terlepas ke udara maka zat kimia yang stabil ini tidak bisa terurai ketika berada di lapisan atmosfer bawah dan butuh satu dekade untuk bermigrasi ke lapisan stratosfer. Begitu mencapai stratosfer, maka molekul-molekul CFC yang biasanya stabil karena terpapar langsung terhadap radiasi UV akan terurai menjadi atom-atom yang reaktif. Atom-atom reaktif tersebut selanjutnya bereaksi dengan ozon menghasilkan senyawa baru. Sayangnya senyawa baru tersebut tidak stabil dan terus-menerus berekasi merusak ozon. Satu atom klorin dapat merusak ribuan molekul ozon sebelum akhirnya terikat menjadi senyawa yang stabil. Ketika itu kerusakan ozon berhenti.

3. Fungsi Lapisan Ozon Bagi Kehidupan di Bumi

Ozon di stratosfer menyerap sebagaian besar radiasi ultraviolet matahari yang sangat berbahaya. Oleh karena peran inilah maka ozon stratosfer sering kali dinayatakan sebagai “ozon baik”. Sebaliknya, ozon permukaan yang terbentuk akibat pencemaran disebut “ozon jelek” karena dapat membahaykan kehidupan manusia, tanaman dan hewan. Sebagain ozon yang terbentuk secara alami di lapisan atmosfer bawah keberadaannya menguntungkan karena dapat membantu mengurangi zat-zat pencemar di atmosfer.

Semua molekul-molkeul ozon secara kimiawi sama, dimana masing-masing terdiri dari tiga atom oksigen. Akan tetapi ozon di stratosfer memiliki fungsi lingkungan yang sangat berbeda dengan ozon permukaan. Ozon stratosfer baik bagi kehidupan manusia dan makhluk hidup lainnya karena dapat menyerap radiasi ultraviolet (UV-B) yang berasal dari matahari (lihat gambar di bawah). Kalau tidak diserap oleh molekul-molekul ozon startosfer, maka UV-B akan sampai ke permukaan Bumi dalam jumlah yang membahayakan kehidupan. Bagi manusia, bila tingkat paparan terhadap UV-B meningkat, maka resiko terkena penyakit kanker kulit, katarak mata, dan menurunnya kekebalan tubuh akan meningkat pula. Paparan terhadap UV-B yang terjadi pada masa kanak-kanak dan jumlah kumulatif paparan adalah faktor penting yang menentukan resiko. Pemaparan yang berlebihan terhadap radiasi UV-B juga dapat merusak kehidupan tumbuhan di darat, organisme bersel tunggal, dan ekosistem perariran. Radiasi UV yang lain, yaitu UV-A, yang tidak terserap oleh ozon, dapat menyebabkan penuaan kulit secara prematur. Penyerapan radiasi UV-B oleh ozon merupakan sumber panas di stratosfer. Hal ini membantu memelihara kondisi di stratosfer sebagai kawasan yang stabil dimana suhu udara meningkat dengan ketinggian. Alhasil, ozon memainkan peran kunci dalam mengendalikan struktur suhu di atmosfer Bumi.

Melindungi ozon baik. Pada pertengahan tahun 1970an, diketahui bahwa beberpa gas buatan manusia dapat menyebabkan penipisan ozon stratosfer. Penipisan ozon dapat meningkatkan jumlah radiasi UV-B yang mencapai Bumi. Berbagai upaya global telah dilakukan untuk melindungi lapisan ozon melalui pengaturan penggunaan gas-gas perusak ozon.

Ozon jelek. Ozon juga terbentuk di dekat permukaan Bumi memalui proses reaksi kimia alami sebagai akibat keberadaan gas-gas pencemar buatan manusia. Ozon yang dihasilkan dari gas-gas pencemar adalah jelek karena semakin banyak ozon jenis ini maka manusia, binatang dan tanaman akan bersentuhan secara langsung dengannya. Semakin menigkatnya konsentrasi ozon pada umumnya membahayakan system kehidupan karena ozon dapat bereaksi sangat kuat untuk merusak atau mengubah molekul-molekul lain.

Terlalu banyak terekspos terhadap ozon dapat menurunkan hasil tanaman pangan dan pertumbuhan tanaman hutan. Pada manusia, bila terekspos terhadap ozon dapat mengurangi kapasitas paru-paru dan dapat menyebabkan dada sakit, iritasi tenggorokan, batuk dan memperburuk kondisi kesehatan yang berhubungan dengan jantung dan paru-paru. Disamping itu, meningkatnya konsentrasi ozon di troposfer dapat menyebabkan pemanasan permukaan Bumi. Dampak negatif peningkatan konsentrasi ozon di troposfer sangat berbeda dengan dampak positif keberadaan ozon stratosfer sebagai penyerap radiasi UVB matahari yang membahayakan.

Mengurangi ozon jelek. Mengurangi emisi pencemar uadara dapat mengurangi konsentrasi ozon jelek yang berada di uadara disekitar manusia, tanaman, dan hewan. Sumber utama pencemaran udara adalah pembakaran bahan bakar fosil dan aktifitas industri. Berbagai program di berbagai belahan dunia telah berhasil mengurangi emisi zat-zat pencemar yang menyebabkan produksi ozon permukaan.

Ozon alami. Ozon adalah komponen alami dari atmosfer yang bersih. Bila tidak ada aktivitas manusia di muka Bumi, ozon masih akan terdapat baik di dekat permukaan dan seluruh troposfer dan stratosfer. Peranan ozon di atmosfer termasuk juga membantu mengurangi keberadaan gas-gas tertentu baik gas-gas alami maupun yang dihasilkan oleh kegiatan manusia. Jika ozon dihilangkan dari lapisan atmosfer bawah, gas-gas lain seperti gas metan, karbon monoksida, dan nitrogen oksida akan menigkat konsentrasinya.

4. Fenomena Penipisan Lapisan Ozon

Langkah awal dalam proses penipisan ozon stratosfer akibat aktivitas manusia adalah pelepasan gas-gas perusak ozon yang mengandung klorin dan bromin di permukaan Bumi. Sebagian besar gas-gas tersebut terakumulasi di atmosfer bawah karena sifatnya yang tidak mudah bereaksi (stabil) dan tidak mudah larut dalam air hujan dan salju. Selanjutnya gas-gas tersebut terbawa ke stratosfer dan berubah menjadi gas-gas klorin dan bromin yang lebih reaktif. Gas-gas yang lebih reaktif tersebut selanjutnya berperan dalam reaksi perusakan ozon. Akhirnya, ketika udara bergerak ke atmosfer yang lebih bawah, gas-gas klorin dan bromin yang reaktif tersebut hilang dari atmosfer Bumi tercuci oleh hujan dan salju.

Emisi, akumulasi, dan transportasi. Langkah utama kerusakan ozon di stratosfer disebabkan oleh aktivitas manusia seperti ditunjukan pada diagram proses kerusalan ozon stratosfer di bawah. Proses perusakan tersebut dimulai dengan emisi (pelepasan) gas-gas halogen di permukaan Bumi. Yang termasuk gas-gas halogen adalah gas-gas yang mengandung klorin atau bromin yang dibuat oleh manusia yang terlepas ke atmosfer oleh karena berbagai macam aktivitas manusia. Berberapa jenis chlorofluorocarbon (CFC), misalnya, termasuk gas-gas penting yang mengandung klorin. Gas-gas seperti ini terakumulasi di lapisan atmosfer bawah (troposfer) dan selanjutnya bergerak ke lapisan stratosfer. Akumulasi terjadi karena sebagian besar gas tersebut ketika berada di atmosfer bawah (troposfer) tidak mudah berekasi (stabil). Hanya sebagian kecil gas-gas tersebut larut di dalam air laut.

Sebagian emisi gas-gas halogen berasal dari sumber-sumber alami. Gas-gas tersebut juga terakumulasi di troposfer dan bergerak ke lapisan stratosfer.

Konversi, reaksi, dan kehilangan (removal). Gas-gas halogen tidak bereaksi langsung dengan ozon. Sekali berada di stratosfer, gas-gas halogen tersebut secara kimia dikonversi oleh radiasi ultaviolet yang berasal dari matahari menjadi gas-gas halogen yang reaktif. Gas-gas reaktif tersebut merusak ozon yang ada di stratosfer. Rata-rata kerusakan ozon total yang disebabkan oleh gas-gas rekatif tersebut diperkirakan kecil di daerah tropis dan mingkat hingga 10% di lintang menengah. Di kawasan kutub, kehadiran awan-awan stratosfer kutub meningkatkan kelimpahan gas-gas halogen yang paling reaktif. Hal ini menyebabkan kerusakan ozon yang lebih parah di kawasan kutub pada musim dingin dan semi. Setelah beberpa tahun, udara di stratosfer bergerak kembali ke troposfer, membawa gas-gas halogen yang reaktif. Gas-gas tersebut kemudian hilang dari atmosfer oleh hujan dan salju dan terkubur di Bumi. Proses ini mengakhiri kerusakan ozon oleh atom-atom klorin dan bromin yang awalnya dilepas ke atmosfer dalam bentuk molekul-molkul gas halogen.

Urutan proses kerusakan ozon (1-6) berikut ini mengagambarkan prinsip dasar proses penipisan ozon di stratosfer. Proses penipisan ozon stratosfer dimulai dengan terlepasnya gas-gas sumber halogen di permukaan Bumi dan akan berahir ketika gas-gas halogen habis tercuci oleh air hujan dan salju di troposfer dan terdeposit di permukaan Bumi. Ketika mencapai stratosfer, gas-gas halogen yang reaktif, yaitu klorin monoksida (ClO) dan bromin monoksida (BrO), akan merusak ozon.

Proses Kerusakan Ozon Stratosfer

1. Emisi
Sumber gas halogen diemisikan di permukaan Bumi
oleh aktivitas manusia dan proses-proses alami.

2. Akumulasi
Sumber gas halogen terakumulasi di
atmosfer dan terdistribusi ke seluruh
atmosfer bawah oleh angin dan pergerakan udara lainnya.

3. Transportasi
Sumber gas halogen terbawa ke stratosfer
oleh pergerakan masa udara.

4. Konversi
Sebagian besar sumber gas halogen dikonversi di
stratosfer menjadi gas-gas halogen yang rekatif melalui
reaksi kimia yang melibatkan radiasi ultraviolet dari Matahari.

5. Reaksi Kimia
Gas-gas halogen reaktif tersebut secara kimiawi
menyebabkan kerusakan ozon stratosfer di berbagai
belahan bumi kecuali di daerah tropis

Awan stratosfer kutub menyebabkan gas-gas
halogen semakin reaktif dan memperparah
kerusakan ozon di atas kutub.

6. Removal
Udara yang mengandung gas-gas halogen yang reaktif
kembali ke troposfer dan hilang dari udara
larut di dalam uap air (awan) dan hujan.

Konversi di troposfer. Gas-gas sumber halogen yang umurnya pendek mengalami konversi kimiawi secara signifikan di troposfer, menghasilkan gas-gas halogen reaktiv dan senyawa lainnya. Molekul-molekul gas yang tidak dikonversi terakumulasi di troposfer dan kemudian bergerak naik ke stratosfer. Hanya sebagian kecil gas-gas halogen reaktif yang diproduksi di troposfer yang bergerak naik ke stratosfer karena sebagian besar larut dalam air hujan. Contoh penting gas-gas yang bisa hilang di troposfer adalah HCFC, yang digunakan bahan pengganti BPO, bromoform, dan gas-gas yang mengandung iodine.

Memahami Penipisan Ozon Stratosfer

Para ilmuwan mempelajari perusakan ozon melalui berbagai kominasi penelitian di laboratorium, model-model komputer, dan observasi langsung di stratosfer. Melalui penelitian di laboratorium, para ilmuwan mampu menemukan dan mengevaluasi terjadinya reaksi-reaksi kimia yang juga terjadi di stratosfer. Reaksi kimia antara dua gas mengikuti hukum-hukum fisika. Beberapa dari rekasi-reaksi kimia tersebut terjadi di permukaan partikel-partikel yang terbentuk di stratosfer. Berbagai reaksi yang melibatkan berbagai macam molekul seperti klorin, bromin, florin, dan iodin dan gas-gas lain yang ada di atmosfer seperti oksigen, nitrogen, dan hidrogen telah banyak diteliti orang. Penelitian tersebut menjelaskan bahwa terdapat beberapa reaksi yang melibatkan klorin dan bromin yang secara langsung atau tidak langsung menyebabkan kerusakan ozon di atmosfer.

Dengan menggunakan model-model komputer, para ilmuwan dapat meneliti keseluruhan pengaruh dari berbagai reaksi dalam kondisi kimiawi dan fisik seperti yang terjadi di stratosfer. Model-model tersebut termasuk angin, suhu udara, dan perubahan sinar matahari harian dan musiman. Melalui analisis seperti itu, para peneliti telah menunjukkan bahwa klorin dan bromin dapat bereaksi dalam siklus katalitik dimana satu atom klorin atau bromin dapat merusak banyak sekali molekul ozon. Para ilmuwan menggunakan hasil dari model tersebut untuk dibandingkan dengan hasil observasi waktu sebelumnya untuk menguji pemahaman kita terhadap atmosfer dan untuk mengevaluasi pentingnya berbagai reaksi baru yang ditemukan di laboratorium. Model-model komputer juga memungkinkan para peneliti untuk memprediksi keadaan yang akan datang dengan mengganti kondisi atmosfer dan parameter-parameter lainnya.

Para ilmuwan juga melakukan observasi di stratosfer untuk mengetahui gas-gas apa yang ada di stratosfer dan berapa konsentrasinya. Dari berbagai observasi diketahui bahwa berbagai gas sumber halogen dan gas-gas halogen reaktiv terdapat di stratosfer dalam jumlah yang cukup banyak. Ozon dan klorin monoksida (ClO), misalnya, telah diobservasi secara luas menggunakan berbagai jenis instrumen. Instrumen-instrumen yang ditempatkan di daratan dan di satelit, balon udara, dan pesawat udara mendeteksi ozon dan ClO dari kejauhan dengan menggunakan optis dan sinyal microwave. Pesawat udara yang bisa terbang tinggi (high-altitude aircraft) dan balon udara digunakan untuk mendeteksi secara langsung keberadaan kedua gas tersebut di stratosfer. Hasil pengukuran tersebut menunjukkan bahwa ClO terdapat di lapisan strtosfer Antarctic dan Arctic dalam jumlah yang terus meningkat pada musim dingin dan semi, dimana kerusakan ozon paling parah. Gejala seperti inilah yang dikenal dengan istilah “lubang ozon” atau “ozone hole”.



5. Bahaya Yang Bisa Timbul Akibat Kerusakan Lapisan Ozon


Hubungan Antara Penipisan Lapaisan Ozon Dengan Radiasi UVB


Berkurangnya konsentrasi ozon akan menyebabkan semakin tingginya tingkat radiasi UV-B yang dapat mencapai permukaan Bumi. Pancaran radiasi UV-B yang merupakan bagian dari sinar matahari sebenarnya tidak berubah, namun semakin berkurangnya ozon maka berkurang pula perlindungan sehingga lebih banyak lagi radiasi UV-B yang bisa mencapai permukaan Bumi. Hasil studi menunjukkan bahwa tingkat radiasi UV-B yang diukur di permukaan Bumi di daerah Antartika (Kutub Selatan) meningkat dua kali lipat bersamaan dengan kehadiran lubang ozon di atas Antartika. Studi lain mengkonfirmasikan terdapat hubungan yang nyata antara berkurangnya ozon dengan meningkatnya radiasi UV-B di Kanada selama beberapa tahun yang lalu.


Dampaknya Terhadap Kesehatan Manusia


Hasil studi laboratorium dan epidemiologis menunjukkan bahwa UV-B menyebabkan kanker kulit nonmelanoma dan memainkan peran utama dalam perkembangan malignant melanoma. Disamping itu, UV-B juga dapat menyebabkan katarak. Seluruh sinar matahari sebenarnya mengnadung UV-B, sekalipun dalam kondisi ozon yang nataumal. Dengan demikian penting bagi kita untuk selalu membatasi paparan langsung terhadap sinar matahari. Namun demikian, penipisan lapisan ozon akan meningkatkan jumlah radiasi UV-B dan akan meningkatkan resiko terhadap kesehatan manusia.


Dampaknya Terhadap Tanaman


Proses fisiologis dan perkembangan tanaman dipengaruhi oleh radiasi UV-B. Terlepas dari mekanisme untuk mengurangi atau memperbaiki dampak tersebut dan terbatasnya kemampuan untuk beradaptasi terhadap meningkatnya tingkat UV-B, pertumbuhan tanaman dapat secara langsung dipengaruhi oleh radiasi UV-B.
Perubahan tidak langsung yang disebabkan oleh UV-B seperti perubahan bentuk tanaman, perubahan distribusi nutrisi di dalam tanaman, perubahan waktu fase pertumbuhan dan metabolisme sekunder, barangkali bisa sama pentingnya atau bahkan lebih penting dari kerusakan tanaman akibat radiasi UV-B. Perubahan tersebut dapat berimplikasi penting terhadap keseimbangan kompetitif dari tanaman , penyakit tanaman, dan siklus biogeokimia.


Dampaknya Terhadap Ekosistem Laut


Phytoplankton membentuk fondasi rantai makanan di perairan. Produktivitas phytoplankton terbatas pada zona euphotic, yaitu lapisan atas dari kolom air dimana cukup tersedia sinar matahari untuk mendukung produktivitas neto. Posisi dari organisme di zona euphotic dipengaruhi oleh prilaku angin dan gelombang. Disamping itu terdapat juga phytoplankton yang mampu secara aktif bergerak sehingga dapat meningkatkan produktivitasnya, sehingga mereka mampu bertahan. Paparan langsung terhadap radiasi UV-B matahari berpengaruh baik terhadap mekanisme orientasi dan motilitas di dalam phytoplankton, menyebabkan menurunnya tingkat hidup dari organisme ini. Para peneliti telah mendemonstrasikan adanya suatu hubungan langsung di dalam produksi phytoplankton akibat penipisan lapisan ozon yang mengarah pada peningkatan radiasi UV-B. Sebuah studi telah menunjukkan terjadinya penurunan sebesar 6 - 12% di daerah yang miskin ozon.
Radiasi UV-B juga telah diketahui dapat menyebabkan kerusakan pada tahap pertumbuhan awal ikan, udang, kepiting, jenis ampibi dan binatang lainnya. Dampak yang paling buruk adalah menurunnya kapasitas reproduksi dan pertumbuhan larva. Dalam keadaan normalpun radiasi UVB matahari merupakan faktor pembatas, dan peningkatan sedikit saja paparan langsung terhadap radiasi UVB dapat meiliki dampak yang signifikan terhadap polpulasi binatang perairan.

Dampaknya Terhadap Siklus Biogeokimia


Meningkatnya radiasi UV matahari dapat mempengaruhi siklus biogeokimia di daratan dan di perairan, dengan demikian akan merubah baik sumber (sources) dan rosot (sinks) dari gas rumah kaca dan gas telusur penting lainnya seperti karbon dioksida (CO2), karbon monoksida (CO), carbonyl sulfide (COS) dan gas-gas lainnya termasuk ozon. Kemungkinan terjadi perubahan seperti ini akan berkontribusi terhadap biosphere-atmosphere feedbacks yang memperlemah atau memperkuat pembentukan gas-gas tersebut atmosfer.
Dampaknya Terhadap Berbagai Jenis Bahan
Polimer sintetis, dan polimer alami (biopolymer), serta berbagai bahan komersial lainnya sangat dipengaruhi oleh radiasi UV matahari. Berbagai jenis bahan yang ada saat ini dapat terlindung dari radiasi UVB karena menggunakan beberapa bahan aditiv khusus. Dengan demikian adanya penigkatan tingat radiasi UV-B matahari akan mempercepat terjadinya kerusakan bahan, memperpendek waktu pakainya di luar ruangan (outdoor).

Quiz:

Apakah ozon dan dimana dia berada di atmosfer?
Bagaimanakah ozon terbentuk di atmosfer?
Apakah sebaran ozon di dunia seragam (sama)?
Bagaimana caranya mengukur ozon yang ada di atmosfer?
Apakah yang dimaksud dengan lapisan ozon?
Apakah yang dimaksud dengan penipisan lapisan ozon? Apakah yang dimaksud dengan ”lubang ozon”? dan bagaimana proses terjadinya penipisan lapisan ozon?
Kenapa kita harus peduli terhadap ozon?
Apakah bahaya yang bisa timbul bila kita membiarkan kerusakan lapisan ozon?

2 komentar:

Unknown mengatakan...

Di atas disebutkan kalau total ozon pada umunya paling rendah di equator dan paling tinggi di kutub yang disebabkan oleh pola angin musiman di atmosfer. Apa yang dimaksud pola angin musiman di atmosfer? Dan bagaimana kejadiannya? saya masih belum paham, mohon penjelasannya.. terimakasih :)

Unknown mengatakan...

Terima kasih infonya
Jangan lupa kunjungi
https://ppns.ac.id/ dan
https://selinganhidup.wordpress.com