Atmosfir merupakan lapisan udara yang menyelubungi bumi. Keberadaan udara dalam lapisan atmosfir sangatlah penting bagi kehidupan manusia dan mahluk hidup lainnya untuk bernafas. Manusia dapat bertahan sampai satu hari tanpa air di daerah gurun yang paling panas, tetapi tanpa udara manusia hanya bertahan beberapa menit saja. Pada skala yang lebih luas, atmosfir berfungsi sebagai payung atau pelindung kehidupan di bumi dari radiasi matahari yang kuat pada siang hari dan mencegah hilangnya panas ke ruang angkasa pada malam hari. Atmosfir juga merupakan penghambat benda-benda angkasa yang bergerak melaluinya, sehingga sebagian meteor yang melalui atmosfir akan menjadi panas dan hancur
sebelum mencapai bumi.
Atmosfir sebagai lapisan pelindung bumi memiliki beberapa sifat berikut:
1) Tidak memiliki warna, tidak berbau, dan tidak memiliki wujud, hanya bisa dirasakan oleh indra perasa kita
dalam bentuk angin.
2) Memiliki berat sehingga dapat menyebabkan tekanan.
3) Memiliki sifat dinamis dan elastis yang dapat mengembang dan mengerut.
Ada unsur apa saja di dalam udara di sekitar kita? Atmosfir merupakan lapisan udara yang terdiri atas banyak unsur gas, seperti nitrogen (N2), oksigen (O2), argon (Ar), dan karbondioksida (CO2) sebagai unsur utama dan unsure lainnya seperti Neon (Ne), Helium (He), Ozon (O3), Hidrogen (H2), Krypton (Kr), Metana (CH4), dan Xenon (Xe). Selain itu, terkandung pula uap air dan partikel lain seperti debu dan garam-garaman yang kita sebut aerosol. Udara di permukaan bumi yang mengandung uap air disebut udara lembab, sedangkan jika tidak mengandung uap air disebut udara kering.
Gambar 1. Tabel Komposisi Udara Kering
Unsur kandungan nitrogen dan oksigen adalah yang paling banyak yaitu mencapai 99,03%. Selebihnya dalam jumlah kecil adalah argon, karbondioksida, ozon, dan lain-lain. Unsur-unsur gas dalam udara sangat bermanfaat bagi kehidupan makhluk hidup. Nitrogen sangat bermanfaat bagi kehidupan karena dibutuhkan oleh tumbuhan yang berbintil-akar (seperti akar tanaman kedelai) dan beberapa jenis ganggang. Dalam bintil-bintil akar terdapat bakteri yang hidup bersimbiosis dengan tumbuhan inangnya. Bakteri itu akan menambat (menangkap) nitrogen bebas dari udara menjadi nitrat. Setelah menjadi nitrat, barulah diserap oleh tumbuhan untuk keperluan sintesis protein melalui proses metabolisme. Tumbuhan yang mengikat nitrit kaya akan protein dan tentu saja dibutuhkan untuk menenuhi protein nabati bagi manusia.
Manfaat oksigen sangat jelas yaitu untuk bernafas makhluk hidup yang bernafas dengan paru-paru termasuk manusia. Manfaat karbon dioksida adalah membantu proses fotosintesa tanaman yang berhijau daun untuk menghasilkan zat karbohidrat yang ditampung pada buah tanaman atau pada bagian tanaman lainnya (pada batang dan akar/umbi). Unsur ozon juga sangat bermanfaat. Menipisnya unsur ozon di atmosfer disebut kebocoran lapisan ozon. Lapisan ozon merupakan unsur udara pada ketinggian 15 – 35 km di atas permukaan bumi.
Ozon adalah gas yang molekulnya terdiri atas tiga atom oksigen (O3). Pembentukan ozon adalah dari oksigen (O2) yang pecah akibat radiasi ultraviolet menjadi atom oksigen. Atom oksigen hasil belahan itu masing-masing akan bertumbukan dan membentuk lapisan ozon (O3). Kebocoran ozon adalah jika salah satu dari tiga unsur atom oksigen itu bukan lagi dari unsur oksigen, tetapi misalnya oleh suatu zat pencemar (polutan) seperti klorofluorokarbon (CFC). Uap air dalam udara tidak dikatakan sebagai gas udara, karena uap air bukan gas tetapi butiran air yang ukurannya sangat kecil. Uap air (H2O) merupakan salah satu unsur penting dalam atmosfer, yaitu dalam proses cuaca atau iklim yang dapat merubah fase (wujud) menjadi fase cair, atau fase padat melalui kondensasi dan deposisi. Perubahan fase air, dilukiskan pada gambar 2.
Gambar 2. Perubahan Fase Air.
Uap air merupakan senyawa kimia udara yang tersedia dalam jumlah besar, tersusun dari dua bagian hidrogen (H2) dan satu bagian oksigen (O). Uap air masuk ke dalam udara melalui proses evaporasi dan transpirasi (atau digabungkan menjadi istilah evapotranspirasi). Evaporasi adalah penguapan air yang berada di lautan, danau, sungai, dan massa air lainnya, sedangkan transpirasi adalah penguapan (perpindahan) air yang terkandung dalam tumbuh-tumbuhan ke udara. Uap air akan hilang dari udara jika ia mengalami kondensasi menjadi titik-titik air dan turun sebagai hujan. Selain unsur gas dan uap air, lapisan udara juga memiliki unsur aerosol yang jumlahnya tidak tetap.
Aerosol adalah partikel-partikel debu, garam laut, sulfat, atau nitrat yang berada dan melayang-layang di udara. Aerosol dapat berasal dari letusan gunungapi, pembakaran bahan bakar minyak dari kendaraan bermotor atau industri, deburan gelombang pecah di pantai, spora tumbuhan, bakteri, virus flu, dan lain-lain.
Atmosfer selalu dikotori oleh debu. Debu adalah istilah yang dipakai untuk benda yang sangat kecil sehingga tidak tampak kecuali dengan mikroskop. Jumlah debu berubah-ubah tergantung pada tempat. Sumber debu beraneka ragam, yaitu asap, abu vulkanik, pembakaran bahan bakar, kebakaran hutan, dan smog. Smog singkatan dari smoke and fog adalah kabut tebal yang sering dijumpai di daerah industri yang lembab. Debu dapat menyerap, memantulkan, dan menghamburkan radiasi matahari. Debu atmosfirik dapat disapu turun ke permukaan bumi oleh curah hujan, tetapi kemudian atmosfir dapat terisi partikel debu kembali. Debu atmosfir adalah kotoran yang terdapat di atmosfir.
Kita tahu, udara adalah faktor pendukung utama kehidupan manusia di bumi. Dan komponen penyusun udara yang paling penting adalah oksigen. Ya, oksigen yang kita hidup dan mengalir dalam darah kita.Tahukah anda, oksigen ternyata hanya 21% dari keseluruhan atmosfer bumi. Komposisi terbesar adalah gas nitrogen yang kadarnya mencapai 77%. Sedangkan yang 1% adalah gas-gas penyusun lainnya. Mengapa Allah tidak memberikan lebih banyak oksigen kepada manusia di bumi?
Oksigen memang berperan amat penting bagi kehidupan di bumi. Gas ini terlibat dalam hampir semua reaksi kimia yang menghasilkan energi yang diperlukan oleh makhluk hidup tingkat tinggi seperti manusia. Namun Allah telah menentukan kadar oksigen dalam udara yang kita hirup dengan sangat tepat.
Mengapa? Hal ini dijelaskan oleh seorang profesor mikrobiologi terkenal, Michael Denton dalam bukunya, Nature’s Destiny : How the Laws of Biology Reveal Purpose in the Universe, bahwa oksigen adalah unsur yang sangat mudah bereaksi. Bahkan kandungan oksigen di atmosfer yang sekarang, yakni 21% sangatlah mendekati ambang batas yang aman bagi kehidupan pada suhu lingkungan. Kemungkinan terjadinya kebakaran hutan meningkat sebesar 70% untuk setiap kenaikan 1% kandungan oksigen dalam atmosfer.
Jika saja kadar oksigen di udara bertambah, niscaya bumi akan mudah terbakar. Tingginya kadar oksigen ini akan lebih memudahkan munculnya nyala api dan peristiwa pembakaran daripada biasanya. Akibatnya, percikan api kecil saja sudah mampu memicu kebakaran besar. Kadar oksigen di atmosfer tidak bertambah dan tidak berkurang. Ini adalah hasil daur ulang yang amat luar biasa yang melibatkan manusia, hewan dan tumbuh-tumbuhan. Manusia dan hewan terus menerus menggunakan gas oksigen dan mengeluarkan gas karbondioksida. Sebaliknya, tumbuhan mengambil karbondioksida untuk proses fotosintesis, dan melepaskan oksigen. Tumbuhan membebaskan jutaan ton oksigen ke atmosfer setiap harinya. Dengan adanya serangkaian peristiwa ini, kehidupan pun dapat terus berlanjut.
Sungguh sebuah tata keseimbangan yang sangat sempurna. Keseimbangan yang dirancang tanpa cacat. Inilah ilmu Allah yang Maha Sempurna, sang pencipta bumi dan segala isinya. (Ar-Risalah, Vol. IX, Oktober 2009)
Lapisan ozon terkena infeksi? Kok bisa? Infeksi apa? Bagaimana cara mengobatinya supaya cepat ‘sembuh’? Ternyata gejala infeksi di lapisan ozon ini sudah terdeteksi sejak puluhan tahun yang lalu, sekitar tahun 1970. Tetapi seperti kebiasaan manusia, kita mengacuhkannya. Ah… cuma segitu kok, bukan masalah besar! Tapi sekarang jadi masalah besar! Karena semakin lama penyakitnya ini semakin parah dan terus menggerogoti lapisan pelindung bumi tempat kita hidup ini.
Tameng Ozon
Lapisan ozon merupakan lapisan tipis gas O3 yang secara alami menyelimuti permukaan bumi. Ozon yang ada di lapisan troposfer justru membawa dampak negatif karena bisa membentuk kabut asap yang beracun. Banyak industri yang menghasilkan gas ozon dan melepaskannya ke udara sehingga mencemari lingkungan. Untung saja jumlah ozon di lapisan ini hanya sedikit karena 90% dari total ozon di bumi terletak di ketinggian sekitar 20 km (di lapisan stratosfer) dan menjadi tameng yang sering disebut stratospheric ozone.
Gambar 1 Lapisan-lapisan atmosfer yang menyelimuti bumi
Sinar matahari merasuki permukaan bumi pada berbagai panjang gelombang. Sinar tampak berada pada panjang gelombang 400-700 nm, sinar infra merah pada panjang gelombang di atas 700 nm, sedangkan sinar ultraviolet pada panjang gelombang di bawah 400 nm. Ada tiga macam sinar ultraviolet: UVA, UVB, dan UVC. UVA berada pada panjang gelombang yang sangat dekat dengan sinar tampak (sekitar 320-400 nm) dan dapat menembus lapisan-lapisan selimut bumi ini dengan mudah. UVB (270-320 nm) tidak bisa semudah itu melewati tameng ozon yang perkasa ini. Sebagian sinar UVB (tidak semua) dihalangi oleh ozon sehingga tidak bisa masuk untuk merusak makhluk hidup termasuk manusia. UVC (150-300 nm) dapat diserap hampir seluruhnya (97-99%) sehingga tidak menjadi masalah bagi kehidupan bumi.
Gambar 2 Spektrum sinar matahari
Tuh, lumayan kan! Tameng kita bisa melindungi bumi dari UVC dan sebagian UVB. Coba saja bayangkan, bagaimana jadinya tanpa ozon! Tapi tunggu dulu, sekarang kan ozon kita yang perkasa sedang terkena infeksi! Infeksi ini menyebabkan menipisnya lapisan-lapisan ozon di berbagai tempat pada waktuwaktu tertentu setiap tahunnya. Mirip dengan kaus kaki yang dipakai teru smenerus sehingga semakin menipis dan menjadi berlubang. Penyakit di lapisan ozon ini belum sampai membentuk lubang, hanya saja ada beberapa bagian yang sudah sangat menipis sehingga disebut lubang ozon. Kalau tidak cepat-cepat dirawat, bisa-bisa tameng kita betul-betul jebol dan sinar UV yang jahat dan kelaparan langsung menerobos tanpa halangan untuk memangsa kulit kita yang menjadi santapan empuk (menyebabkan kanker kulit), merusak retina mata, membentuk kabut asap (smog) beracun, dan ‘memakan’ tanaman.
Pembentukan Lubang Ozon
Untuk mengetahui bagaimana ozon bisa terjangkit infeksi ini kita harus mengetahui dulu bagaimana ozon terbentuk. Pembentukan ozon melibatkan empat reaksi yang dikenal sebagai reaksi Chapman. Reaksi-reaksi ini bisa terjadi dengan bantuan sinar ultraviolet (uv) dari matahari.
(1) O2 + uv → O + O
(2) O + O2 → O3
(3) O3 + uv → O2 + O
(4) O + O3 → O2 + O2
Reaksi (2) merupakan reaksi yang menghasilkan O3 (ozon), yang kemudian terurai lagi dalam reaksi (3) dan (4). Tetapi sesudah reaksi (3) terjadi, O dan O2 yang terbentuk dari reaksi langsung bergabung kembali (reaksi (2) terjadi lagi) sehingga tidak ada O3 yang hilang (ada kesetimbangan yang menunjukkan kecepatan reaksi pembentukan ozon sama dengan kecepatan reaksi penguraian ozon). Apalagi reaksi (4) berjalan sangat lambat. Kalau begitu, seharusnya lapisan ozon tidak mungkin bisa menipis dong? Betul sekali! Jika hanya disebabkan keempat rangkaian reaksi Chapman maka tameng kita tidak mungkin bisa jebol karena selalu berada dalam kesetimbangan. Ini berarti ada reaksi lain yang terjadi!
Dan ada zat lain yang berperan dalam memecah molekul O3 dan merusak kesetimbangan reaksi Chapman. Iih… jahat sekali! Zat apa sih yang begitu kuat sehingga bisa menjebol tameng andalan kita ini? Jawabnya: Radikal Bebas!
Radikal Bebas
Yang dikenal sebagai radikal bebas sebenarnya merupakan zat yang berada dalam bentuk yang tidak stabil sehingga sangat reaktif (sangat mudah bereaksi) dengan zat-zat lain yang berada di sekelilingnya dalam usaha mencapai bentuk paling stabil (membentuk molekul baru). Radikal bebas ini ada yang berhasil mencapai ketinggian tempat bersemayamnya lapisan ozon sehingga
begitu merasakan keberadaan ozon, langsung saja disambar sehingga molekul O3 pecah dan bergabung dengan radikal bebas itu membentuk molekul lain yang lebih stabil (tidak mudah terurai lagi). Wah, tidak sopan ya, dengan lancing merebut atom O (oksigen) yang sudah berpasangan dengan atom-atom O lainnya!
Apa saja sih yang termasuk radikal bebas yang lancang ini?
Radikal bebas yang dikenal sangat kuat adalah golongan halogen, yaitu ion fluorida (F), klorida (Cl), dan bromida (Br). Oksida hidrogen (HOx), nitrogen (NOx), klorin (ClOx), dan bromin BrOx) juga termasuk radikal bebas yang mampu menguraikan ozon. Tapi kalau memang mereka sangat reaktif, bukankah seharusnya mereka sudah bereaksi dengan zat-zat lain yang berpapasan dengan mereka dalam perjalanan menuju ketinggian lapisan ozon di stratosfer itu?
Ternyata sewaktu berangkat ke atmosfer bumi, radikal-radikal bebas ini belum sebebas itu! Mereka sebelumnya sudah berikatan dengan unsur-unsur lain dalam bentuk senyawa yang luar biasa stabil. Salah satu contoh senyawa ini adalah yang dikenal sebagai ChloroFluoroCarbon (CFC). CFC yang sangat stabil ini menjadi tidak stabil lagi begitu mencapai lapisan stratosfer karena terkena sinar matahari yang jauh lebih panas pada ketinggian tersebut sehingga mampu melepas atom klornya yang langsung bereaksi dengan O3:
X + O3 → XO + O2
XO + O → X + O2
Total: O + O3 → 2 O2
X merupakan radikal bebas yang dapat memecah ozon menjadi O2 dan XO yang juga merupakan radikal bebas yang dapat menyebabkan terjadinya reaksi selanjutnya dengan atom oksigen sehingga menghasilkan X kembali yang nantinya akan melanjutkan reaksi penguraian ozon. Proses ini berputar terus (reaksi berantai) sehingga 1 atom Cl saja mampu melahap 100.000 molekul ozon!
Hilanglah sudah kesetimbangan reaksi Chapman karena dirasuki si penerobos lancang ini. Ini menyebabkan jumlah O3 di stratosfer makin lama makin berkurang sehingga lapisannya semakin menipis. Karena lapisan ini makin tipis, sinar ultraviolet matahari (UVB) jadi lebih bebas menerobos dan berpesta di bumi, merusak semua yang disentuhnya. Sewaktu penipisan ozon pertama kali dideteksi, semua mengira alat pengukur yang digunakan sedang rusak, jadi diacuhkan saja. Setelah alat diganti baru deh ketahuan kalau datanya tidak salah.
CFC bukan satu-satunya senyawa yang bisa melepas radikal bebas yang menyebabkan rusaknya lapisan ozon, tetapi penelitian yang ada sekarang menunjukkan bahwa peranan CFC paling besar. Lagipula proses penipisan ozon ini baru mulai terdeteksi gejalanya sesudah penemuan dan produksi CFC besarbesaran di bumi. CFC sebenarnya butuh waktu sekitar lima tahun untuk mencapai ketinggian lapisan ozon, tetapi begitu sampai di sana zat ini sangat betah karena
butuh waktu yang jauh lebih lama untuk mengeluarkannya dari lapisan stratosfer, sampai puluhan tahun (sekitar 75 tahun). Di sinilah letak bahayanya! Radikal bebas yang secara alami ada di lapisan atmosfer hanya sedikit berperan dalam penguraian ozon. Begitu selimut kita ini dirasuki atom klor yang dilepaskan dari senyawa CFC, langsung deh penguraian ozon menjadi sekitar empat kali lipat!
Resep Penguraian O3
Supaya reaksi penguraian O3 berlangsung atom Cl harus dilepaskan dari senyawa seperti CFC. Proses ini tidak spontan, tapi ada resepnya!
Pertama-tama harus ada aliran udara dingin yang membentuk vorteks polar yang bisa mengisolasi udara di dalam pusarannya. Nah, di dalam pusaran udara dingin itu temperaturnya benar-benar rendah (sekitar -80oC atau 193 K). Saking dinginnya sampai-sampai bisa menyebabkan terbentuknya Polar Stratospheric Cloud (PSC) atau sering disebut Mother of Pearl. Temperatur dingin ini tidak berubah karena selalu terisolasi dalam vorteks, jadi PSC juga tetap ada. PSC ini merupakan tempat terjadinya reaksi-reaksi heterogen yang mengubah klor (dan brom) yang tadinya tidak aktif menjadi atom-atom yang aktif (reaktif). Reaksi ini terjadinya cepat sekali! Tapi atom-atom reaktif yang dihasilkannya tidak begitu saja menguraikan ozon. Ada bumbu terakhir yang paling penting: sinar matahari!
Gelombang ultraviolet matahari yang berhasil menembus vorteks dingin tadi itulah yang menyebabkan terjadinya reaksi penguraian ozon. Sinar matahari ini juga yang bertanggung jawab terhadap terjadinya reaksi penguraian CFC tadi.
Nah ini sebabnya CFC tidak terurai sebelum mencapai lapisan stratosfer (karena reaksi penguraiannya hanya bisa terjadi PSC).
Gambar 4 Ilustrasi reaksi penguraian CFC yang melepas atom Cl
Sekarang kita mengerti kenapa penipisan lapisan ozon justru paling banyak ditemukan di daerah benua Antartika. Di sana temperatur udara musim dingin (September-Oktober) di stratosfer sangat rendah sehingga banyak terbentuk PSC. Lain dengan benua Arktik yang mengalami musim dingin yang lebih hangat karena adanya gelombang planet yang kuat sehingga mengacaukan sirkulasi udara dinginnya. Senyawa CFC bisa sampai ke benua Antartika juga karena terbawa aliran udara. Tapi ini bukan berarti penipisan ozon hanya bias terjadi di daerah Antartika saja! Benua-benua lain tetap menghadapi permasalahan yang sama, hanya saja proses penipisan lapisan ozonnya relatif lebih lama.
Ada satu bumbu tambahan yang bisa mempercepat penipisan lapisan ozon: CO2! Kita selama ini sudah tahu kalau gas karbon dioksida bisa menyebabkan efek rumah kaca yang berakibat pada naiknya temperatur bumi (global warming).
Global warming bisa menyebabkan melelehnya lapisan es di kutub sehingga seluruh daratan bumi ini bisa tenggelam. Ternyata bahayanya bukan itu saja!
Global warming terjadi karena lapisan gas CO2 menghalangi sinar infra merah untuk keluar dari bumi menembus lapisan atmosfer (infra merah terperangkap sehingga memanaskan bumi). Tapi gas CO2 yang ada di lapisan atmosfer juga menghalangi sinar infra merah dari matahari untuk lewat sehingga suhu di stratosfer menjadi semakin dingin. Suhu yang semakin dingin ini mempercepat terbentuknya Mother of Pearl tadi. Jadi, kita harus hati-hati dengan semua
aktivitas kita di bumi karena secara tidak sadar (kalau tidak tahu fisika!) kita bias merusak bumi. (Yohanes Surya)
Gambar 5 Lubang ozon yang semakin membesar dari tahun ke tahun
Fenomena yang kita sebut lubang ozon ditemukan pertama kali pada tahun 1980-an. Lubang ozon bukan merupakan 'lubang' dalam arti sebenarnya tetapi lebih mengacu pada menipisnya ozon dari angka normal. Lubang ozon didefinisikan oleh komunitas ilmuan sebagai: jika jumlah kolom ozon di atmosfer berada di bawah 220 Dobson units. Lubang ozon sekarang muncul setiap tahun di Antartika pada bulan September, yang mana pada kutub selatan merupakan musim semi. selama waktu ini, level ozon disebagian besar Antartika berkurang sekitar 60% dari jumlah biasanya.
Dobson Unit: merupakan satuan yang digunakan untuk mengukur ketebalan lapisan ozon. dapat divisualisasikan sebagai sebuah tabung yang direntangkan ke stratosfer, menangkap ozon (dan gas lainnya) pada perjalanannya. Jika semua ozon dalam tabung tersebut dimampatkan ke bawah pada sebuah temperatur dan tekanan standar, maka akan terbentuk sebuah cerobong dengan tinggi x milimeter. angka (x) dikalikan 100 yang merupakan angka dari Unit Dobson.
Bahan-bahan kimia seperti Klorin dan Bromin menyebabkan lubang ozon, akan tetapi temperatur juga merupakan faktor kunci hilangnya ozon. CFCs dan halon merupakan senyawa yang mempunyai waktu tinggal lama dan tetap berada di atmosfer dalam konsentrasi tinggi.
Setelah menentukan penyebab dari masalah lubang ozon, timbul pertanyaan---jika CFCs dilepaskan oleh sebagian besar negara industri seperti Amerika Serikat dan Jepang, lalu mengapa lubang ozon terbentuk di Antartika? Jawaban dari pertanyaan ini terletak pada dua alasan.
Pertama, ketika sesuatu (seperti sebuah molekul CFC) dilepaskan ke udara, dia tidak tetap tinggal pada atmosfer di wilayah sumbernya. Karena CFCs memiliki waktu-tinggal beberapa dekade, maka CFC tetap tinggal cukup lama untuk melakukan perjalannya ke stratosfer. kunci dari waktu hidup yangpanjang dari CFC adalah karena mereka tidak reaktif. mereka tidak bereaksi dengan substansi lainnya di troposfer, dan hanya terpisah di stratosfer ketika mereka terekspose pada radiasi ultraviolet energi-tinggi--sebuah proses yang dapat memakan waktu beberapa tahun. oleh karena angin di troposfer dan stratosfer memilki waktu yang cukup untuk mendistribusikan molekul CFC bumi.
Kedua, kondisi cuaca di Antartika memungkinkan terbentuknya awan yang disebut dengan polar stratospheric clouds (PSCs). Awan ini terbentuk hanya pada kondisi dingin, hal ini lah yang menyebabkan awan ini biasanya hanya terbentuk di Antartika (PSCs juga dapat ditemukan di Artik, tetapi karena cuacanya tidak selalu dingin, maka awannya tidak begitu sering ditemukan). Untuk memahami mengapa PSCs mengkontribusi penipisan ozon, informasi tambahan mengenai kimia di stratosfer diperlukan. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, ketika CFCs memasuki stratosfer, mereka terekspose pada sinar ultraviolet energi-tinggi dari matahari, yang menyebabkan klorin (simbol kimianya adalah Cl) terlepas dari molekul CFC. Satu atom klorin memiliki kemampuan untuk memfragmentasi lebih dari 1000 molekul ozon (sebagai contoh melalui reaksi Cl + O3 -> ClO +O2) sebelum atom klorin tersebut terperangkap lagi dalam molekul yang lebih stabil (sering disebut dengan reservoir substances), seperti chlorine nitrate (ClONO2). Fakta ini memang sangat menarik dan mungkin dapat menjelaskan mengapa terjadi pengurangan ozon di bumi. Akan tetapi tidak bisa menjelaskan mengapa terjadi lubang ozon.
Maka disinilah PSCs berperan. Pada permukaan awan yang dingin ini, reservoir substances sekali lagi bertransformasi menjadi bentuk klorin yang lebih aktif. Sebagi contoh, ClONO2 bereaksi dengan hydrochloride acid (HCl) untuk membentuk chlorine gas (Cl2) and HNO3. Selama periode gelap total di kutub sejumlah besar Cl2 dapat terakumulasi, tetapi hanya sedikit penurunan ozon yang teramati.Destruksi besar-besaran dari ozon yang pada akhirnya membentuk lubang ozon terjadi hanya ketika sinar matahari pertama menyinari atmosfer Antartika setelah periode malam di kutub, memecah Cl2 menjadi dua atom klorin (Cl2 -> 2 Cl). Sekarang destruksi ozon dapat dimulai lagi melalui reaksi Cl + O3 -> ClO +O2. Karena terdapat banyak sekali klorin dalam bentuk aktif pada akhir malam di kutub (September di Antartika) lubang ozon dapat meluas ke ukuran yang lebih besar dari pada wilayah Amerika Serikat. Pada Kutub selatan, level ozon dibawah 100 Dobson unit sekarang telah secara frekuentif diobservasi pada akhir September dan awal Oktober.
Temperatur paling dingin di Kutub Selatan terjadi pada bulan Agustus dan September. awan tipis terbentuk pada kondisi dingin ini, dan reaksi kimia pada partikel awan membantu gas klorin dan bromin secara cepat menghancurkan ozon. pada awal oktober, temperatur biasanya mulai menghangat dan kemudian lapisan ozon mulai terbentuk kembali.
Pengamatan yang dilakukan Aura’s Microwave Limb Sounder menunjukkan level penghancuran ozon yang sangat tinggi oleh chlorine pada daerah rendah lapisan stratosfer (pada ketinggian sekitar 20 km). Kadar chlorine yang sangat tinggi ini menutupi seluruh daerah Antartike mulai dari pertengahan sampai akhir september. Bisa dibayangkan bagaimana kondisi perpaduan jumlah chlorin yang tinggi dengan jumlah ozon yang sangat rendah.
Temperatur di lapisan stratosfer di Antartika menyebabkan perubahan lubang ozon bervariasi dari tahun ke tahun. Perubahan temperatur yang lebih dingin dari temperatur rata-rata merupakan akibat dari lubang ozon yang semakin besar dan dalam, sementara temperatur yang lebih hangat mengacu pada lubang ozon yang lebih kecil. Temperatur yang teramati oleh satelit NOAA dan balon yang mereka gunakan sebagai instrumen pada akhir september 2006 menunjukkan lapisan terendah stratosfer di Antartika jadi lebih dingin 9 derajat Fahrenheit dari temperatur rata-rata, dan menaikkan luas area lubang ozon tahun ini dari 1.9 menjadi 2.4 juta km persegi.
Pemanasan stratosfer Antartika terjadi oleh sinar matahari pada akhir musim dingin di kutub dan akibat skala besar sistem cuaca (planetary scale waves) yang terjadi di troposfer dan bergerak ke atas memasuki stratosfer. Sepanjang musim dingin dan musim semi di benua ANtartika pada tahun 2006 ini, planetary-scale wave systems relatif lemah menyebabkan stratosfer menjadi lebih dingin dari biasanya.
Saat matahari terbit sepanjang bulan Oktober dan November, akan terdapat lebih banyak sinar ultraviolet yang mencapai permukaan Bumi dari biasanya di daerah lintang selatan.
Masalah menipisnya lapisan ozon di stratosfer sudah lama dibicarakan para ahli dan pemerhati lingkungan. Bahkan, berbagai kampanye lingkungan hidup yang berisi sosialisasi mengenai perlunya menjaga lapisan ozon telah pula dilakukan, tetapi masih banyak orang yang belum sadar betapa penting menjaga lapisan ozon itu agar tidak semakin parah.
Menurut Tri Widayati, dari Bidang Atmosfer Kementerian Lingkungan Hidup (LH), selain propellant berbagai senyawa kimia perusak ozon buatan manusia masih juga digunakan, seperti chloroflourcarbon (CFC), halon, metil bromida, dan lain-lain.
Selama bertahun-tahun, senyawa-senyawa kimia tersebut secara luas dipakai untuk berbagai keperluan, seperti sebagai media pendingin di lemari es, alat-alat pendingin ruangan (air conditioner/AC), sebagai blowing agent dalam proses pembuatan foam (busa), sebagai cairan pembersih (solvent), bahan aktif untuk pemadam kebakaran, bahan aktif untuk fumigasi di pergudangan, pra-pengapalan, dan karantina produk-produk pertanian dan kehutanan.
Senyawa-senyawa kimia tersebut dapat menyebabkan lapisan ozon tidak lagi mampu melindungi bumi terhadap radiasi ultra violet (UV) dari matahari. Setiap 10 persen penipisan lapisan ozon akan menyebabkan kenaikan radiasi UV sebesar 20 persen.
Kerusakan mata, meluasnya penyakit infeksi, dan peningkatan kasus kanker kulit adalah sebagian dari dampak yang akan timbul, jika lapisan ozon semakin menipis. Jika dibiarkan, radiasi UV tersebut juga akan menyebabkan vaksinasi terhadap sejumlah penyakit menjadi kurang efektif, dan akan memicu reaksi foto kimia yang menghasilkan asap beracun dan hujan asam. Karena itu, kerusakan lapisan ozon tidak hanya membahayakan jiwa manusia, tetapi juga hewan, tanaman, dan bangunan.
Radiasi UV juga menurunkan kemampuan sejumlah organisme dalam menyerap CO2. CO2 sebagai salah satu gas rumah kaca, sehingga menyebabkan konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer akan meningkat dan terjadilah pemanasan global.
Untuk mengantisipasi kian parahnya lapisan ozon, dunia internasional pun sepakat mengurangi konsumsi bahan perusak lapisan ozon (BPO) termasuk CFC.
Ozon adalah zat oksidan yang kuat, beracun, dan zat pembunuh jasad renik yang kuat juga. Ozon biasanya digunakan untuk mensterilkan air isi ulang, serta dapat juga digunakan untuk menghilangkan warna dan bau yang tidak enak pada air.
Ozon terbentuk secara alamiah di stratosfer
Pembentukan dan perusakan ozon di stratosfer merupakan mekanisme perlindungan bumi dari sinar UV dari matahari. Di troposfer ozon terbentuk melalui reaksi fotokimia pada berbagai zat pencemar udara.
Ozon terdapat dalam lapisan stratosferdan juga dalam lapisan troposfer
Ozon yang terdapat dalam stratosfer berfungsi melindungi manusia dan mahluk hidup di bumi dari penyinaran sunar UV. Sedangkan ozon yang terdapat pada lapisan troposfer memiliki efek yang berbeda terhadap bumi dan mahluk hidup di dalamnya, walaupun susunan kimianya sama. Ozon di troposfer ini bersifat racun dan merupakan salah satu dari gas rumah kaca. Selain itu, ozon di troposfer juga menyebabkan kerusakan pada tumbuhan, cat, plastik dan kesehatan manusia.
Ozon memiliki rumus kimia O3
Menyerupai rumus kimia molekul oksigen O2 dengan sebuah atom oksigen lebih banyak. Pada suhu kamar ozon berupa gas, terkondensasi pada suhu -112 °C menjadi zat cair yang berwarna biru. Ozon yang cair ini akan membeku pada -251,4 °C, sedangkan pada suhu di atas 100 °C ozon dengan cepat mengalami dekomposisi.
Dari molekol O2, melalui reaksi
Ozon yang terbentuk akan kembali pecah menjadi molekul oksigen. Dalam alam, pembentukan dan destruksi ozon ada dalam keadaan seimbang, sehingga kadar ozon terdapat dalam keseimbangan dinamik. Kedua reaksi ini secara efektif dapat menghalangi sinar UV ekstrem dan UV-C serta sebagian besar sinar UV-B untuk sampai ke bumi. Inilah mekanisme alam yang melindungi bumi dan penghuninya dari penyinaran UV gelombang pendek yang berbahaya bagi kehidupan. Kedua reaksi ini juga mengakibatkan naiknya suhu di dalam stratosfer dibandingkan suhu di troposfer.
Kira-kira 3 milyar tahun yang lalu, sebagai hasil evolusi di bumi muncul mahluk hidup yang berklorofil, mulailah terjadi proses fotosintesis yang salah satu hasilnya adalah O2. semakin lama, kadar O2 semakin tinggi, sehingga semakin meningkat kadar ozon yang terbentuk. Dengan demikian, semakin banyak pula sinar UV gelombnag pendek yang terhalang oleh lapisan ozon untuk sampai ke permukaan bumi. Dan inilah cikal bakal kehidupan di daratan.
Akan tetapi, seiring berjalannya waktu, pertambahan jumlah oenduduk dan kemajuan industri serta pembangunan mengakibatkan lapisan ozon ini mulai berlubang. Lubang ozon ini sangat merisaukan karena dengan berkurangnya kada ozon berarti semakin bertambah sinar UV-B yang akan sampai ke bumi. Dampak bertambahnya sinar UV-B ini akan sangat besar terhadap mahluk hidup di bumi.
Terjadinya lubang ozon ini diakibatkan adanya peningkatan kadar NOx dari pembakaran bahan bakar pesawat, naiknya kadar N2O karena akibat pembakaran biomassa dan oenggunaan pupuk, dimana N2O ini merupakan sumber terbentuknya NO.
Selain itu, zat kimia yang kita kenalclorofuorocarbon atau CFCberpengaruh sangat besar terhadap perusakan ozon. CFC ini adalah segolongan zat kimia yang terdiri atas tiga jenis unrus, yaitu klor (Cl), fluor (F) dan karbon (C). CFC inilah yang mendominasi permasalahan perusakan ozon dan menjadi zat yang sangat dicurigai sebagai penyebab terjadinya kerusakan ozon. CFC ini tidak ditemukan di alam, melainkan merupakan zat hasil rekayasa manusia. CFC tidak beracun, tidak terbakar dan sangat stabil karena tidak mudah bereaksi. Karenanya menjadi zat yang sangat ideal untuk industri. CFC banyak digunakan sebagai zat pendingin dalam kulkas dan AC mobil (CFC-12), sebagai bahan untuk membuat plastik busa, bantal kursi dan jok mobil (CFC-11), campuran CFC-11 dan CFC-12 digunakan untuk pendorong aerosol, serta CFC-13 yang biasa digunakan dalam dry cleaning.
Atmosfir bumi adalah lapisan udara yang mengelilingi atau menyelubungi bumi yang bersama-sama dengan bumi melakukan rotasi dan berevolusi mengelilingi matahari. Udara yang terkandung dalam atmosfir merupakan campuran dan kombinasi dari gas, debu dan uap air. Atmosfir berguna untuk melindungi makhluk hidup yang yang ada di muka bumi karena membantu menjaga stabilitas suhu udara siang dan malam, menyerap radiasi dan sinar ultraviolet yang sangat berbahaya bagi manusia dan makhluk bumi lainnya.
Kandungan dalam lapisan atmosfir bumi
- Nitrogen 78,17%
- Oksigen 20,97%
- Argon 0,98%
- Karbon dioksida 0,04%
- Sisanya adalah zat lain seperti kripton, neon, xenon, helium, higrom dan ozon.
Lapisan-lapisan atmosfer bumi terdiri dari :
1. Troposfer / Troposfir
Ketinggian troposfer : 0 - 15 km
Suhu lapisan troposfir : 17 - -52 derajat celcius
Kurang lebih 80% gas atmosfer berada pada bagian ini
2. Stratosfer / Stratosfir
Ketinggian stratosfer : 15 - 40 km
Suhu lapisan stratosfer : -57 derajat celcius
Lapisan ozon yang memblokir atau menahan sinar ultraviolet berada pada lapisan ini.
3. Mesosfer / Mesosfir
Ketebalan Mesosfer : 45 - 75 km
Suhu lapisan stratosfer : -140 derajat celcius
Suhu yang sangat rendah dan dingin dapat menyebabkan awan noctilucent yang terdiri atas kristal-kristal es
4. Thermosfer / Thermosfir
Ketebalan themosfer : 75 - 100 km
Suhu lapisan stratosfer : 80 derajat celcius
5. Ionosfer / Ionosfir
Ketebalan ionosfer : 50 - 100 km
Adalah lapisan yang bersifat memantulkan gelombang radio. Karena ada penyerapan radiasi dan sinar ultra violet maka menyebabkan timbul lapisan bermuatan listrik yang suhunya menjadi tinggi
6. Eksosfer / Eksosfir
Ketebalan eksosfer : 500 - 700 km
Suhu lapisan stratosfer : -57 derajat celcius
Tidak memiliki tekanan udara yaitu sebesar 0 cmHg
Ozon adalah lapisan mantel bumi,yang berfungsi melindungi bumi beserta isinya dari sinar ultra violet secara langsung. Bisa dibayangkan jika tidak ada lagi lapisan ozon yang melindungi bumi, maka tidak akan ada lagi siklus kehidupan. Menurut penelitian para ilmuwan dunia, lapisan ozon telah mengalami penipisan dari tahun ke tahun. Bahkan katanya saat ini sudah ada lubang ozon di dareah Arizona. Lubang ozon itu terbentuk karna adanya dampak dari pemanasan global (global warming), efek rumah kaca dan lainnya.
Gambar di atas memperlihatkan bagaimana proses terjadinya
pemanasan bumi (pemanasan global).
Bila ada lubang ozon berarti di situlah sinar UV memancarkan sinarnya secara langsung, tanpa adanya penyaring (lapisan Ozon). Semua mahkluk hidup di bumi tidak akan mampu bersentuhan langsung dengan sinar UV tersebut. Cahaya matahari yang kita terima/rasakan setiap hari, sudah merupakan hasil penyaringan dari ozon. Sehingga sudah tidak bebrbahaya lagi bagi manusia dan mahkluk hidup lainnya di muka bumi.
Perubahan iklim yang tidak menentu akibat dari pemanasan global sudah banyak dirasakan saat ini. Beberapa daerah di indonesia telah mengalami curah hujan yang sangat rendah sehingga terjadi krisis air (kekeringan). Sedangkan di dareah lainnya malah curah hujan yang sangat tinggi sehingga terjadi banjir dan tanah longsor.
