OZON DI ATMOSFIR Erosi pada lapisan ozon mengancam kehidupan di permukaan bumi oleh : Sugata Pikatan

Transkripsi

1 Buletin Ilmiah Univ. Surabaya Volume 1 no.1 1 OZON DI ATMOSFIR Erosi pada lapisan ozon mengancam kehidupan di permukaan bumi oleh : Sugata Pikatan Masih segar dalam ingatan kita ramainya pembicaraan tentang Konferensi Tingkat Tinggi Bumi (Earth Summit) di Rio de Janeiro, Brasilia, yang diselenggarakan mulai tanggal 3 sampai dengan 14 Juni 1992 yang baru lalu. Tujuan konferensi ini adalah memformulasikan tindakan-tindakan konkrit untuk menyelamatkan lingkungan bagi kehidupan di bumi ini. Salah satu ancaman yang dihadapi kehidupan di bumi adalah menipisnya lapisan ozon di bagian atas atmosfir kita. Tulisan ini dibuat khusus membahas masalah erosi lapisan ozon tersebut. Radiasi ultraviolet Sebelum membahas erosi lapisan ozon kita perlu tahu dulu apa itu sinar ultraviolet (UV). UV termasuk keluarga gelombang elektromagnetik, seperti juga cahaya tampak, dengan panjang gelombang 4 nm nm (1 nm adalah sepersejuta kali 1 milimeter). Posisinya dalam spektrum gelombang elektromagnetik dapat kita lihat pada tabel 1 di bawah ini. Tabel 1. Spektrum gelombang elektromagnetik Panjang gelombang (nm) Nama gelombang elektromagnetik < 0,01 sinar gamma 0,001-4 sinar X sinar ultraviolet sinar tampak sinar infrared (inframerah) gelombang komunikasi (TV/radio Sebetulnya UV sendiri dibagi menjadi tiga yaitu : UV-dekat ( nm), UVjauh ( nm) dan UV-ekstrim (di bawah 200 nm), ketiganya biasa dikenal juga sebagai UV-A, UV-B dan UV-C. Sumber alamiah terpenting untuk radiasi UV adalah matahari kita yang memancarkan gelombang elektromagnetik dari semua panjang gelombang. Radiasi UV dari matahari terutama ada di UV-dekat dan sedikit di UV-jauh. UV-jauh inilah yang berbahaya dan mematikan, terutama terhadap kehidupan organisme bersel satu seperti bakteria dan protozoa. Sifat ini kemudian dimanfaatkan dalam proses strelisasi di bidang industri maupun kedokteran. Jika dosisnya berlebihan maka mikroorganisme seperti plankton akan terhambat seluruh kegiatannya, hal ini sangat berbahaya terhadap kesetimbangan ekosistem mengingat plankton adalah sumber makanan kehidupan laut. Dapat dibayangkan apa yang akan terjadi pada organisme lain yang berada dalam rantai makanannya. Bagi manusia UV-jauh dapat menimbulkan eritema, yaitu memerahnya kulit (UV 296,7 nm). Lebih hebat lagi jika dosisnya berlebihan, UV-jauh dapat menimbulkan kanker kulit, katarak dan menurunnya daya tahan tubuh.

2 Buletin Ilmiah Univ. Surabaya Volume 1 no.1 2 Untunglah UV-jauh ini sebagian besar dapat dihambat sebelum sampai di permukaan bumi. Penghambatnya tidak lain adalah lapisan ozon di stratosfir. Stratosfir adalah bagian atmosfir yang letaknya tepat di atas troposfir, tempat kita semua hidup. Pembagian daerah dalam atmosfir menuru ketinggiannya dapat kita lihat pada tabel 2. Akibatnya UV-dekatlah yang banyak sampai di permukaan bumi. UV-dekat yang terlalu banyak dapat menimbulkan pigmentasi kulit seperti yang terjadi akibat berjemur terlalu lama di bawah sinar matahari. UV-dekat malahan dibutuhkan untuk mengolah pro-vitamin D yang ada di dalam kulit kita. Tabel 2. Atmosfir bumi Ketinggian (km) Nama Keterangan 0-10 Troposfir Suhu makin kecil jika kita naik 8-16 Tropopause Daerah peralihan Stratosfir Suhu makin tinggi jika kita naik Mesosfir Suhu kembali turun Ionosfir Lapisan pemantul gelombang radio, (Termosfir) suhu naik lagi UV-ekstrim secara alamiah banyak berasal dari ruang antar bintang, panjang gelombangnya dapat mencapai 90 nm. Pengaruh UV-ekstrim sebagai sinar kosmis ini terhadap kehidupan di bumi boleh dikata tidak ada, karena semua gas dalam atmosfir mampu menahan seluruh radiasinya. Sebagai pelengkap, sumber UV buatan misalnya adalah lampu merkuri. Panjang gelombangnya berkisar antara nm, jadi termasuk dalam UV-dekat atau biasanya dikenal sebagai cahaya hitam. UV dalam lampu ini mampu membuat zat-zat pada dinding lucutannya berpendar mengeluarkan cahaya tampak sebagai lampu penerangan. Ozon Selanjutnya kita bicarakan dulu senyawa ozon. Ozon adalah senyawa dari 3 atom oksigen (O 3 ). Bandingkan dengan gas oksigen yang merupakan senyawa 2 atom oksigen (O 2 ). Ozon adalah gas berwarna biru yang daya oksidasinya luar biasa. Oleh sebab itu dalam industri ozon sering digunakan sebagai penghilang bau dan rasa tengik senyawa hidrokarbon. Ozon juga merupakan disinfektan yang 5000 kali lebih cepat dan lebih disukai daripada klor, karena klor meninggalkan bau dan rasa yang tidak enak. Watak interaksinya dengan sinar UV merupakan hal terpenting dalam fungsinya sebagai perisai bumi. Ozon mudah menyerap sinar UV, terutama diantara nm, dan pecah menjadi 1 atom oksigen (O) dan 1 molekul gas oksigen (O 2 ) : O 3 + UV O + O 2 (1) Secara alamiah ozon ada di mana-mana dalam atmosfir. Di permukaan bumi konsentrasinya sekitar 0,02-0,03 ppm. Di daerah industri konsentrasinya lebih tinggi, dapat mencapai 0,5 ppm, karena terjadinya reaksi gas oksigen di udara oleh sinar matahari dengan hadirnya partikel-partikel asap pabrik :

3 Buletin Ilmiah Univ. Surabaya Volume 1 no.1 3 O 2 + UV O + O (2) O + O 2 + M O 3 + M (3) UV pada persamaan (2) adalah dari panjang gelombang <240 nm yang lolos masuk ke troposfir. M adalah partikel asap pabrik yang berlaku sebagai katalis dalam persamaan (3). Adanya azon di troposfir sebetulnya malah merugikan, karena selain ozon sendiri tidak baik bagi kesehatan, ia juga berfungsi sebagai salah satu gas efek rumah kaca yang ikut menaikkan suhu permukaan bumi dewasa ini. Kontribusi ozon sebagai gas efek rumah kaca adalah sebesar 7 % (Kompas 8 Juni 1992, p.4: kiat AS dalam KTT Bumi), menduduki peringkat keempat setelah karbondioksida (CO 2 ), senyawa klorofluorokarbon CFC dan metana (CH4). Pada konsentrasi 1,2 ppm ozon sudah dikatakan racun bagi tubuh manusia, ia dapat menyebabkan iritasi selaput lendir, dada menjadi sakit dan batuk-batuk. Batasan acuan konsentrasi ozon yang masih dapat dikatakan aman adalah rata-rata 0,1 ppm dalam sehari. Konsentrasi ozon terhadap ketinggian di dalam atmosfir dapat kita lihat pada grafik 1 di bawah ini. Konsentrasinya mencpai maksimum pada ketinggian km di dalam stratosfir, yaitu rata-rata sekitar 3 x 1012 molekul per cc, daerah inilah yang kemudian disebut orang sebagai lapisan ozon. Konsentrasi di lapisan ozon ini setara dengan seperlimajuta kali berat jenis udara pada keadaan standar (1 atm, 0 C). Demikian kecilnya sehingga jika seluruh ozon dalam atmosfir dapat kita tarik ke permukaan bumi, tebalnya hanya 2,5 milimeter! (Pasachoff dkk., Earth Science, Scott Foresman & Co., 1983, p.307). Secara keseluruhan ozon dalam atmosfir berfungsi sebagai pemanas atmosfir bagian atas. Grafik1 : Konsentrasi rata-rata ozon terhadap ketinggian dari permukaan bumi (Dari D. Cunnold dkk., A three-dimensional dynamic-chemical model of atmospheric ozone, J.Atmos.Sci., 32: , 1975) Panas yang diserapnya dari radiasi matahari menyebabkan naiknya suhu dari -50 C di tropopause menjadi sekitar 7 C di bagian atas stratosfir. Hal ini penting sekali sebagai sumber energi sirkulasi udara di perbatasan stratosfir dan mesosfir. Kenaikan suhu terhadap ketinggian di sini juga berfungsi untuk menjaga stabilitas stratosfir terhadap aliran udara vertikal.

4 Buletin Ilmiah Univ. Surabaya Volume 1 no.1 4 Pada ketinggian yang lebih besar daripada 60 km, ozon tak berumur panjang akibat tingginya intensitas UV-jauh. Reaksi kimia yang dominan adalah persamaan reaksi (1) di atas. UV-jauh hampir seluruhnya tertahan oleh lapisan ozon dengan reaksi (1) ini. Di dalam lapisan ozon, ozon yang sudah terpecah oleh UV maupun mekanisme alamiah lainnya dapat pulih kembali melalui reaksi (3). Gangguan terhadap kesetimbangan lapisan ozon Gangguan yang bersifat alamiah datang dari reaksi antara molekul ozon dengan atom oksigen yang berasal dari hasil reaksi (1) dan (2) : O 3 + O 2 O 2 (4) Efek reaksi (4) ini kecil sekali, efek yang lebih besar datang dari senyawa-senyawa nitrogen. Di dalam atmosfer terdapat sejumlah N 2 O, yang dalam reaksi berantainya melibatkan NO dan NO 2 ikut merusak molekul ozon. Reaksi-reaksi tersebut adalah : O 3 + UV O 2 + O* (5) (<310 nm) O* + N 2 O 2 NO (6) NO + O 3 NO 2 + O 2 (7) NO 2 + O NO + O 2 (8) O* adalah atom oksigen yang tereksitasi akibat tumbukan UV. Reaksi berantai senyawa nitrogen ini diimbangi oleh mekanisme turunnya senyawa nitrogen ke permukaan bumi sebagai asam nitat bersama hujan melalui reaksi : NO 2 + OH + M HNO 3 + M (9) Dengan penggunaan pupuk nitrat dewasa ini dalam pertanian denitrifikasi oleh bakteria dalam tanah menghasilkan N 2 O tambahan ke atmosfir. Belum lagi gas buang hasil pembakaran yang berupa NO dan NO 2, baik pembakaran yang terjadi di atas permukaan bumi (transportasi, sampah dan industri) maupun buangan pesawat supersonik (Concorde, TU-144, Boeing 2707) langsung di dalam stratosfir, semuanya mempercepat erosi lapisan ozon melalui reaksiberantai di atas. Gas buang NO dan NO 2 di udara Surabaya saja sudah mencapai 5650 ton pertahunnya (Kompas 5 Juli 1992, p.3: Status Pencemaran Udara Lima Kota Besar), atau konsentrasi sekitar 16 mikrogram per meter kubik. Semua mekanisme nitrogen ini diatasi alam melalui reaksi (9) dan turun sebagai hujan asam, suatu bahaya baru bagi hutan, dunia pertanian dan kehidupan mikroorganisme. Satu-satunya peristiwa fisik non-kimiawi yang mengganggu kesetimbangan lapisan ozon adalah transport ke bawah (troposfir), tetapi besar pengurangannya dapat diabaikan, tidak sampai 1 %. Hal ini disebabkan sifat stratosfir yang relatif stabil terhadap aliran udara secara vertikal. Sejak tahun 1970-an para ahli kimia atmosfir memastikan adanya erosi besarbesaran lapisan ozon oleh senyawa-senyawa klorohidrokarbon CFC. Atom klor amat reaktif terhadap ozon. CFC betul-betul berasal dari industri manusia, senyawa ini biasa digunakan sebagai pendingin pada AC dan refrigerator. CFC yang utama adalah freon-11 (CFCl 3 ) dan freon-12 (CF 2 Cl 2 ), keduanya melepaskan atom klor melalui reaksi :

5 Buletin Ilmiah Univ. Surabaya Volume 1 no.1 5 CFCl 3 + UV (<226 nm) CFCl2 + Cl (10) CF 2 Cl 2 + UV (<214 nm) CF 2 Cl + Cl (11) Atom klor yang dihasilkan kemudian bereaksi dengan ozon melalui : Cl + O 3 ClO + O 2 (12) Molekul klormonoksida ClO ini kemudian mengadakan reaksi-reaksi yang kembali menghasilkan atom klor. Mekanisme berupa siklus reaksi inilah yang mengkhawatirkan keberadaan lapisan ozon. Amati ketiga reaksi berikut ; ClO + UV (<303 nm) Cl + O (13) ClO + O Cl + O 2 (14) 2 ClO Cl 2 O 2 2 Cl + O 2 (15) Kejadian yang serupa dengan reaksi (12) dan (15) di atas adalah reaksi antara atom brom dengan ozon dan ClO dengan BrO, unsur brom ini berasal dari senyawa-senyawa yang digunakan sebagai pemadam api dan insektisida (CH 3 Br) : Br + O 3 BrO + O 2 (16) ClO + BrO Cl + Br + O 2 (17) Reservoir klor Bertambah banyaknya atom Cl yang destruktif sebenarnya sudah diantisipasi oleh alam dengan baik sekali. Gas NO 2 dan metana CH 4 yang ada dalam atmosfir berusaha menjebak klor-klor ini ke dalam bentuk yang tidak reaktif. Reaksi-reaksinya adalah : ClO + NO 2 + M ClONO 2 + M (18) Cl + CH 4 HCl + CH 3 (19) Atom klor dalam senyawa klor nitrat (ClONO 2 ) dan asam klorida (HCl) bersifat inert (tidak mudah bereaksi dengan zat lain). Memang adakalanya senyawa-senyawa ini melepas kembali atom Cl, tetapi amat kecil efeknya terhadap kesetimbangan secara keseluruhan. Kedua senyawa ini dalam stratosfir disebut sebagai reservoir klor, atom klor seakan dijebak dalam sebuah tandon agar tidak lagi aktif merusak molekul ozon. Sebuah atom klor dapat menghantam ribuan molekul ozon sebelum ia bertemu dengan NO 2 atau CH 4 yang mengirimnya masuk reservoir. Sungguh malang, ternyata sejak tahun 1978 telah diketahui bahwa lapisan ozon masih saja mengalami erosi yang hebat. Bahkan pada September 1987 ditengarai adanya sebuah lubang di lapisan ozon di atas Antartika (kutub selatan). Lubang yang dimaksud sebenarnya atom klor ternyata mampu membebaskan dirinya dari reservoir dan kembali menghantam molekul-molekul ozon. Mekanisme pembebasan klor ini kemudian dipelajari dan baru dipahami beberapa tahun belakangan. Bahaya penghancuran ozon oleh klor ini akan terus berlangsung sampai beberapa puluh yang akan datang, walaupun seluruh produksi dan pemakaian CFC di seluruh dihentikan. Hal ini disebabkan karena umur CFC di atmosfir amat panjang, yaitu sekitar 45

6 Buletin Ilmiah Univ. Surabaya Volume 1 no tahun. Pada bulan Juni 1990 lebih dari 50 negara meratifikasi Protokol Montreal 1987 yang mengatur pengurangan produksi dan pemakaian zat-zat penghancur lapisan ozon, diharapkan seluruh produksi berhenti pada tahun Konsentrasi klor di stratosfir tahun diperkirakan CCl 4 dihentikan tuntas pada tahun 2000 dan CH 3 CCl 3 dibekukan tahun Grafik ini masih saja naik setelah tahun 2000 karena senyawa klor membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mencapai stratosfir. Grafik 2 : Konsentasi Klor di Stratosfir (Diambil dari Technology Review, Mei 1990, hlm.55) Pembebasan klor dari reservoir Mekanisme pembebasan atom klor dari reservoirnya ternyata memiliki kaitan terjadinya lubang ozon. Di Antartika suhu udara di stratosfir pada musim dingin dapat mencapai 78 C. Pada suhu tersebut terjadi awan di lapisan stratosfir, partikel-partikel es di permukaan awan itulahyang kemudian merangsang gas klor Cl 2 keluar dari reservoirnya melalui reaksi: HCl + ClONO 2 Cl 2 + HNO 3 (20) Begitu gas klor ini keluar ia tepecah menjadi dua atom klor oleh sinar UV. Dengan hadirnya atom klor berarti dimulailah siklus katalitik CIO-CIO melalui reaksi-reaksi (12) sampai dengan (15). Reaksi ini celakanya juga merusak reservoir klor karena kemudian terjadi presipitasi HNO 3 dan turun bersama salju ke permukaan bumi. Dengan demikian senyawa nitrogen akan berkurang banyak dan reservoir klor tidak mungkin terbentuk lagi. Oleh karena suhu Antartika lebih dingin daripada suhu di Arktik (kutub utara), kerusakan ozon disitu dapat mencapai 50% lebih. Di Arktik kerusakan itu hanya 6 %. Erosi hebat ozon di Antartika sebetulnya juga didukung oleh sirkulasi udara berupa vorteks yang tahan sampai beberapa bulan setelah musim semi tiba. Akibatnya partikelpartikel es tetap ada pada saat sinar matahari memulai reaksi-reaksi berantai di atas. Efek penipisan lapisan ozon ini jangan dikira hanya terbatas di daerah kutub, karena begitu vorteks di Antartika lenyap, sirkulasi stratosfir akan menjadikan penipisan itu merata ke seluruh dunia. Belakangan juga terpantau bahwa letusan hebat gunung-gunung berapi turut meramaikan suasana. Debu-debu vulkanik, misalkan senyawa-senyawa belerang dapat

7 Buletin Ilmiah Univ. Surabaya Volume 1 no.1 7 memancing atom-atom klor keluar dari reservoirnya. Hal ini sudah dibuktikan oleh pengukuran-pengukuran yang dilakukan setelah gunung El Chichin di Meksiko (1982) dan gunung Pinatubo di Filipina (1991) meletus. Kedua gunung itu memuntahkan masingmasing 5 dan 20 juta ton SO 2 dan membentuk awan stratosfir yang lebih besar daripada awan stratosfir yang lebih besar daripada awan stratosfir di daerah kutub. Pada bulan September 1991 pengukuran di daerah tropik menunjukkan penurunan konsentrasi ozon sampai 10 % akibat letusan Pinatubo. Jadi pada awal abad 21 nanti dengan semakin tingginya jumlah CFC di stratosfir erosi lapisan ozon akan menjadi semakin dramatis bila saja terjadi lagi letusan hebat gunung berapi. Bagaimana dengan Indonesia? Seperti dikatakan tadi bahwa efek penipisan lapisan ozon bukan milik sebuah negara atau suatu daerah tertentu, semua manusia di bumi ini akan menerim akibatnya. Kegiatan pemantauan lapisan ozon di atas bumi Indonesia sudah dilakukan. Tahun ini diadakan pengukuran konsentrasi ozon stratosfir oleh LAPAN melalui stasiun observasi di Watukosek, Jawa Timur. Dalam masalah lingkungan hidup seperti ini Indonesia sudah terbukti ikut aktif, misalnya hadirnya Presiden Soeharto di KTT Bumi baru-baru ini, dan juga peran serta dalam semua program UNEP (United Nations Environment Programme). Ingat akan semboyan UNEP : Only one earth, care and share. Ya, bumi ini hanya satu, milik kita bersama. Dari segi hukum, tonggak terpenting masalah lingkungan di Indonesia pun sudah ada, yaitu UU No.4/1982 tentang Ketentuan-ketentuan Pokok Pengelolaan Lingkungan Hidup. Jangan sampai derap pembangunan, kegiatan industrialisasi yang menuju ke kesejahteraan bangsa menjadi bumerang, kembali menghantam kehidupan manusia sendiri. Langkah penyelamatan hanya dapat dilakukan bersama-sama, oleh semua bangsa, oleh semua ahli dari berbagai disiplin ilmu, tanpa kecuali. BAHAN DAN RUJUKAN : Managing Planet Earth, Scientific American, vol.261, No.3, September 1989, Special Issue. Makhijani, Arjun dkk. : Still Working on the Ozone Hole, Technology Review, vol.93, No.4, May/June 1990, pp Toon, Owen B. dan Turco, Richard P. : Polar Stratospheric Clouds and Ozone depletion, Scientific American, vol.264, No.6, June 1991, pp Horgan, John : Volcanic Disruption : Agiant eruption frays the tattered ozone layer, Scientific American, vol.266, No.3, March 1992, pp McGraw Hill encyclopedia of Science & Technology, McGraw-Hill, Inc., * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *