ASPEK KIMIA PEMANASAN GLOBAL

BAB 3 ASPEK KIMIA PEMANASAN GLOBAL

Pemanasan global adalah istilah populer yang digunakan untuk menggambarkan peningkatan suhu rata-rata global. Bukti ilmiah apakah yang

mendukung fenomena ini? Bagaimana peran kimia dalam memahami pemanasan global? Efek apa yang terkait dengan peningkatan suhu rata-rata bumi? Bagaimana pengaruh aktivitas manusia dalam peningkatan pemanasan global? Mengapa perubahan suhu lebih besar terjadi di Antartika dan Arktik? Untuk menjawab pertanyaan ini dan pertanyaan lainnya, kita perlu memahami sedikit tentang bagaimana sistem iklim bumi diatur dan merespon perubahan. Ada banyak faktor yang harus dipertimbangkan, termasuk radiasi matahari yang masuk dan keluar bumi, arus angin dan air, peran gas atmosfer, awan, salju dan es, dan kabut atmosfer. Bab ini akan membantu Anda untuk memahami dan menghubungkan semua pengaruh- pengaruh ini.

Karbon dioksida adalah pemain utama dalam perdebatan tentang pemanasan global, namun alasannya masih belum begitu jelas. Karbon dioksida, CO 2 , adalah komponen penting dari atmosfer, yaitu gas yang dikeluarkan ketika semua hewan bernapas dan diserap oleh tanaman hijau. Fokus utama untuk memahami

pemanasan global adalah mempelajari bagaimana mekanisme molekul CO 2 dan senyawa lainnya dalam menyerap radiasi inframerah yang dipancarkan oleh planet ini, yang membantu bumi untuk tetap hangat. Beberapa pengetahuan tentang struktur dan bentuk molekul diperlukan untuk memahami mekanisme ini. Pemanasan global memiliki komponen kuantitatif yang signifikan; sehingga kita perlu data-data yang mendukung untuk membantu menilai tingkat keseriusan situasi ini. Menyadari bahwa pemanasan global memiliki implikasi internasional, maka kita akan mencermati secara paralel antara respon melindungi lapisan ozon (Protokol Montreal) dan respon untuk memperlambat pemanasan global (Kyoto Conference Protokol). Kebijakan-

kebijakan saat ini untuk membatasi emisi CO 2 dan gas lainnya yang terlibat dalam pemanasan global juga akan diperiksa. Pengembangan pemahaman tentang isu-isu ini akan membawa kita pada sebuah perjalanan ke dalam bidang pengetahuan kimia dan hubungannya dengan kebijakan publik di seluruh dunia.

3.1 Dalam Rumah Kaca: Keseimbangan Energi Bumi Benda yang dianggap oleh banyak orang sebagai benda yang paling terang dan paling indah di langit malam, setelah bulan kita sendiri, adalah Venus (Gambar 3.1). Sungguh ironis, bahwa planet yang dinamai dengan dewi cinta itu, merupakan tempat yang paling tidak disukai oleh standar duniawi. Pesawat ruang angkasa telah mengungkapkan, bahwa permukaan Venus memiliki suhu rata-rata sekitar 450°C (840°F). Bola biru-hijau indah dimana kita tinggal memiliki suhu tahunan rata-rata 15°C (59°F). Atmosfer di sekitar Venus memiliki tekanan 90 kali lebih besar daripada Bumi, dan atmosfirnya terdiri dari 96% karbon dioksida, dengan awan asam sulfat.

Yang menarik dari penyimpangan kecil secara astronomi ini adalah bahwa baik Venus dan Bumi ternyata lebih hangat daripada yang kita harapkan jika hanya didasarkan pada jarak mereka dari Matahari dan jumlah radiasi matahari yang Yang menarik dari penyimpangan kecil secara astronomi ini adalah bahwa baik Venus dan Bumi ternyata lebih hangat daripada yang kita harapkan jika hanya didasarkan pada jarak mereka dari Matahari dan jumlah radiasi matahari yang

Gagasan bahwa gas atmosfer bumi, entah bagaimana, mungkin terlibat dalam menjebak sebagian panas matahari pertama kali diusulkan sekitar tahun 1800 oleh matematikawan dan fisikawan Perancis, Jean - Baptiste Joseph Fourier (1768-1830). Fourier membandingkan fungsi atmosfer dengan yang ada pada kaca dalam “rumahpanas” (istilahnya), yaitu apa yang kita sebut saat ini sebagai sebuah rumah kaca (a greenhouse). Meskipun ia tidak memahami mekanisme atau mengetahui identitas dari gas yang bertanggung jawab pada efek ini, metaforanya tetap bertahan. Sekitar 60 tahun kemudian, fisikawan Irlandia John Tyndall (1820-1893) secara eksperimental menunjukkan bahwa karbon dioksida dan uap air menyerap radiasi panas. Selain itu, ia juga menghitung efek pemanasan yang akan dihasilkan dari adanya dua senyawa ini di atmosfer. Pada 1890-an, ilmuwan Swedia Svante Arrhenius (1859-1927) mempertimbangkan potensi masalah yang dapat disebabkan

oleh peningkatan CO 2 di atmosfer. Pengamatan pemanasan suhu udara permukaan antara tahun 1890 dan 1940 membuat beberapa ilmuwan menyarankan bahwa American Dust Bowl merupakan tanda awal dari efek rumah kaca.

Ahli kelautan Amerika, Roger Revelle (1909-1991) menyarankan pada tahun 1957 bahwa semakin meningkatnya jumlah gas rumah kaca, yaitu gas-gas yang mampu menyerap dan mengemisikan kembali radiasi inframerah ke atmosfer, bisa menyebabkan kenaikan suhu. Sejak saat itu, telah terjadi peningkatan yang konstan

dalam jumlah dan kesahihan data yang dikumpulkan mengenai peran CO 2 dan gas lainnya dalam peningkatan pemanasan global. Kita tahu bahwa molekul CO 2 dapat menyerap panas. Kita tahu bahwa konsentrasi CO 2 di atmosfer telah meningkat selama 150 tahun terakhir, dan kita tahu bahwa suhu rata-rata bumi juga meningkat. Melalui bab ini, kita akan menyelidiki bagaimana pengamatan ini saling terkait dan faktor-faktor lain apa saja yang ikut berperan.

Kita semua mungkin pernah mengalami ketika kita dari bangunan atau tempat yang teduh kembali ke mobil yang sebelumnya telah terpapar sinar matahari langsung. Jendela-jendela mobil memungkinkan radiasi cahaya tampak dan sejumlah kecil sinar ultraviolet dari Matahari masuk ke dalam mobil. Energi matahari dapat diserap oleh interior mobil, terutama oleh kain dan permukaan yang gelap. Beberapa dari energi ini akan dipancarkan kembali dengan panjang gelombang () yang lebih panjang sebagai radiasi inframerah (IR), tapi panjang gelombang ini tidak bisa lepas kembali melalui jendela. Panas akan menumpuk di dalam mobil sampai, ketika Anda kembali, sehingga arti dari istilah rumah kaca sangat jelas. Dalam hari yang cerah, suhu di dalam mobil tertutup dengan cepat dapat melebihi 49°C (120°F). Tidak ada orang atau hewan peliharaan yang mau dibiarkan dalam mobil di bawah kondisi ini.

Apakah proses peningkatan panas dalam mobil Anda berbeda dengan peningkatan panas dalam rumah kaca Bumi, yaitu atmosfer? Ada banyak persamaan dan secara keseluruhan, pertukaran energi antara Bumi dan atmosfernya adalah alami dan menguntungkan, yaitu membantu mempertahankan eksistensi kehidupan di planet kita. Tanpa lapisan pelindung atmosfer kita, bumi akan menjadi sangat Apakah proses peningkatan panas dalam mobil Anda berbeda dengan peningkatan panas dalam rumah kaca Bumi, yaitu atmosfer? Ada banyak persamaan dan secara keseluruhan, pertukaran energi antara Bumi dan atmosfernya adalah alami dan menguntungkan, yaitu membantu mempertahankan eksistensi kehidupan di planet kita. Tanpa lapisan pelindung atmosfer kita, bumi akan menjadi sangat

Beberapa hubungan penting ditunjukkan pada Gambar 3.2. Energi dari matahari ke bumi diserap oleh atmosfer (23%) dan oleh daratan dan lautan Bumi (46%), memanaskan atmosfir dan Bumi. Beberapa energi yang masuk (25%) akan direfleksikan dari molekul, debu, dan partikel aerosol yang membentuk selimut udara, atau dari permukaan bumi (6%). Proses ini mencapai 100% dari radiasi yang masuk dari Matahari. Bumi, pada gilirannya, memancarkan kembali sebagian energi yang

diserapnya ke atmosfer (37%), di mana gas rumah kaca seperti H 2 O dan CO 2 yang sangat efisien menyerap radiasi panjang gelombang IR ini. Sebagian dari panas ini dibalikkan dan kembali ke Bumi, bukannya langsung hilang ke angkasa. Panas ditransfer oleh tabrakan antara molekul yang berdekatan, dan molekul ini ditemukan dalam kelimpahan yang lebih besar pada wilayah atmosfer yang lebih rendah. Sebagian kecil dari radiasi yang diserap daratan dipancarkan langsung ke ruang angkasa dari permukaan Bumi (9%).

Gambar 3.2 juga mengilustrasikan bahwa dari 46% dari energi matahari yang diserap oleh bumi, 37% di antaranya akan diserap di atmosfer kembali saat Bumi memancarkan energi panas pada panjang gelombang IR. Dengan membagi 37 dengan 46 dan mengubah ke persen, maka menjadi mudah untuk dihitung bahwa sekitar 80% dari radiasi matahari yang masuk ke permukaan Bumi tetap berada di atmosfer dan tidak langsung hilang ke luar angkasa. Hal ini dikenal sebagai efek rumah kaca, proses dimana molekul-molekul gas atmosfer menangkap dan mengembalikan sebagian besar dari panas (radiasi inframerah) yang dipancarkan oleh bumi. Karena hal ini terjadai secara terus-menerus, yaitu pertukaran dinamis antara Bumi, atmosfer, dan ruang angkasa, sehingga terbentuklah suatu keadaan yang stabil, yang menghasilkan rata-rata suhu daratan yang kurang lebih konstan.

Jelas, efek rumah kaca sangat penting dalam menjaga planet kita untuk dapat dihuni. Namun, jika memiliki beberapa gas rumah kaca di atmosfer adalah hal yang baik, memiliki lebih banyak lagi tidak selalu lebih baik. Istilah peningkatan efek rumah kaca mengacu pada proses di mana gas-gas atmosfer menangkap dan mengembalikan dari energi panas dipancarkan oleh bumi lebih dari 80%. Peningkatan konsentrasi inframerah yang terabsorpsi sangat mungkin akan berarti bahwa lebih dari 80% dari energi yang akan dipancarkan kembali ke permukaan bumi, yang akan membawa kepada peningkatan suhu rata-rata Bumi. Kembali ke tahun 1898, Arrhenius telah memperkirakan sampai sejauh mana efek ini

berlangsung. Dia menghitung bahwa penggandaan konsentrasi CO 2 akan mengakibatkan peningkatan suhu rata-rata permukaan planet sebesar 5-6°C. Ketika menuliskannya di Majalah Filosofis London, Edinburgh, dan Dublin untuk mengumumkan temuannya, Arrhenius secara dramatis menggambarkan fenomena berlangsung. Dia menghitung bahwa penggandaan konsentrasi CO 2 akan mengakibatkan peningkatan suhu rata-rata permukaan planet sebesar 5-6°C. Ketika menuliskannya di Majalah Filosofis London, Edinburgh, dan Dublin untuk mengumumkan temuannya, Arrhenius secara dramatis menggambarkan fenomena

19, Revolusi Industri sudah berjalan dengan baik di Eropa dan Amerika, dan hal ini

telah “menambah uap air” (dan juga CO 2 ).

Gambar 3.2 Keseimbangan energi bumi dalam persen. Warna kuning merepresentasikan campuran panjang gelombang. Panjang gelombang lebih pendek dari radiasi diperlihatkan dengan warna biru, sedangkan panjang gelombang yang lebih panjang oleh warna merah.

3.2 Mengumpulkan Bukti: Kesaksian Waktu Planet kita telah ada sejak 4,5 miliar tahun yang lalu, dan iklim dan atmosfirnya telah berubah secara luas. Bukti dari komposisi gas-gas vulkanik menunjukkan konsentrasi karbon dioksida di atmosfer awal Bumi itu mungkin 1000 kali lebih besar

dari saat ini. Sebagian besar CO 2 yang terlarut dalam lautan menjadi tergabung dalam batuan seperti batu gamping, yaitu kalsium karbonat, CaCO 3 . Konsentrasi tinggi karbon dioksida bertahun-tahun lalu juga mungkin menjadi peristiwa penting dalam sejarah planet kita--perkembangan hidup kita di Bumi. Meskipun pancaran energi

matahari dulu sekitar25-30% lebih sedikit daripada sekarang ini, kemampuan CO 2 untuk menjebak panas bumi dan membuat bumi cukup hangat untuk memungkinkan berkembangnya kehidupan. Pada awal 3 miliar tahun lalu, lautan dipenuhi dengan tanaman primitif seperti cyanobacteria (bakteri biru-hijau). Seperti keturunan mereka yang lebih canggih, tanaman sederhana ini juga mampu fotosintesis. Mereka mampu menggunakan klorofil untuk menangkap sinar matahari dan menggunakan energi ini untuk menggabungkan gas karbon dioksida dan air, membentuk molekul yang lebih kompleks seperti glukosa dan melepaskan oksigen (persamaan 3.1).

Fotosintesis secara dramatis mengurangi konsentrasi atmosfer CO 2 dan meningkatkan jumlah O 2 yang dihasilkan. Para ahli mikrobiologi Lynn Margulis menyebut ini “krisis polusi terbesar Bumi yang pernah dialaminya”. Kita, dan semua generasi masa lalu dan masa depan, adalah penerima manfaat ketidaktahuan dari krisis polusi panjang bertahun-tahun lalu ini. Peningkatan konsentrasi oksigen membantu memungkinkan evolusi hewan. Tetapi bahkan 100 juta tahun yang lalu, yaitu di zaman dinosaurus dan jauh sebelum manusia berjalan Bumi, suhu rata-rata

diperkirakan telah 10-15°C lebih hangat daripada sekarang ini, dan konsentrasi CO 2 diasumsikan sudah jauh lebih tinggi. Bagaimana kita tahu suhu rata-rata yang telah diperkirakan sebelumnya? Pengeboran inti bumi dari dasar laut memberi kita beberapa informasi yang berkaitan dengan waktu. Jumlah dan sifat dari mikroorganisme ada pada suatu tingkat tertentu (dari potongan sampel pengeboran) memberikan indikasi suhu ketika mereka hidup waktu itu. Melengkapi data ini, penyelarasan medan magnet partikel-partikel dalam sedimen menyediakan ukuran waktu yang independen. Informasi yang relevan lainnya berasal dari analisis inti es. Mulai tahun 1957, proyek pengeboran Federasi Rusia di Stasiun Vostok di Antartika menghasilkan lebih dari satu mil inti es yang diambil dari salju dari 160 ribu tahun yang lalu. Traktat Antartika (The Antarctic Treaty), yang ditandatangani pada tahun 1959, mencanangkan daerah di luar 60° lintang selatan untuk tujuan ilmiah yang damai dengan kerjasama internasional. Ilmuwan Jepang mengumumkan pada tahun 2006 bahwa mereka telah mengebor lebih dari 3 km ke dalam lapisan es Antartika, menghasilkan sampel inti es beusia jutaan - tahun. Penelitian yang dilakukan di Antartika membawa kepada kesimpulan bahwa konsentrasi karbon dioksida dan metana jauh lebih tinggi sekarang daripada pada saat 800.000 tahun yang lalu (Gambar 3.3).

Inti es menyediakan data untuk memperkirakan suhu masa lalu melalui isotop hidrogen yang ditemukan dalam air beku. Molekul air yang mengandung atom hidrogen, 1 H, yang berlimpah. Atom hidrogen ini lebih ringan dibanding yang mengandung deuterium, 2 H. Molekul H 2 O yang mengandung hidrogen lebih ringan menguap sedikit lebih mudah daripada yang lebih berat. Akibatnya, ada lebih banyak

1 H dan lebih sedikit 2 H dalam uap air dari atmosfer, dibandingkan dengan jumlah di lautan. Namun, molekul H 2 O yang lebih berat di atmosfer, akan mengembun sedikit

lebih mudah daripada yang lebih ringan. Oleh karena itu, salju yang mengembun dari uap air di atmosfer akan diperkaya dengan 2 H. Tingkat pengayaan tergantung pada suhu. Rasio 2 H terhadap 1 H dalam inti es dapat diukur dan digunakan untuk memperkirakan suhu pada saat salju turun. Kedua data karbon dioksida dan data temperatur diperlihatkan dalam Gambar

3.4. Bagian atas kurva, dengan skala konsentrasi di sebelah kiri, adalah plot bagian per juta karbon dioksida di atmosfer terhadap waktu selama rentang waktu 160.000 tahun. Semakin rendah plot dan skala kiri menunjukkan bagaimana suhu rata-rata global telah bervariasi selama periode yang sama. Sebagai contoh, angka menunjukkan bahwa 20.000 tahun yang lalu, selama zaman es terakhir, suhu rata- 3.4. Bagian atas kurva, dengan skala konsentrasi di sebelah kiri, adalah plot bagian per juta karbon dioksida di atmosfer terhadap waktu selama rentang waktu 160.000 tahun. Semakin rendah plot dan skala kiri menunjukkan bagaimana suhu rata-rata global telah bervariasi selama periode yang sama. Sebagai contoh, angka menunjukkan bahwa 20.000 tahun yang lalu, selama zaman es terakhir, suhu rata-

Terutama mencolok pada Gambar 3.4 adalah bahwa nilai suhu dan konsentrasi CO 2 mengikuti pola yang sama. Ketika CO 2 konsentrasi tinggi, suhu juga tinggi. Pengukuran lain menunjukkan bahwa periode suhu tinggi juga telah ditandai oleh konsentrasi metana (CH 4 ) yang tinggi di atmosfer. Korelasi tersebut tidak selalu membuktikan bahwa peningkatan konsentrasi CO 2 dan CH 4 atmosfer menyebabkan peningkatan suhu. Agaknya, sebaliknya bisa terjadi. Namun demikian, kedua senyawa ini diketahui dapat memerangkap panas, dan tanpa ragu, mereka juga bisa dan berkontribusi pada pemanasan global.

Gambar 3.3 Para ilmuwan menggunakan data dari inti es untuk menentukan perubahan suhu dan tingkat karbon dioksida dari waktu ke waktu.

Yang pasti, mekanisme lain juga terlibat dalam fluktuasi periodik suhu global. Beberapa mengusulkan bahwa iklim bumi kadang-kadang bisa bersikap “lebih seperti sebuah saklar daripada dial (lempeng jam)”, dengan perubahan mendadak yang terjadi selama periode yang relatif singkat. Suhu maximum tampaknya datang pada interval sekitar 100.000 tahun, dengan diselingi mayor dan minor zaman es. Selama jutaan tahun lalu, Bumi telah mengalami periode 10 kegiatan utama gletser dan 40 yang kecil. Beberapa variasi ini suhu mungkin disebabkan oleh perubahan kecil dalam orbit Bumi yang mempengaruhi jarak dari Bumi ke Matahari dan sudut di mana sinar matahari memasuki planet. Namun, hipotesis ini tidak dapat sepenuhnya menjelaskan fluktuasi suhu yang diamati. Efek-efek orbital paling mungkin digabungkan dengan peristiwa terestrial seperti perubahan reflektifitas, awan, debu,

dan konsentrasi CO 2 dan CH 4 . Faktor-faktor ini dapat mengurangi atau meningkatkan perubahan iklim orbit-terinduksi. Mekanisme umpan balik ini lebih rumit dan tidak dipahami dengan baik. Satu hal yang jelas: Bumi adalah tempat yang jauh berbeda sekarang daripada pada saat suhu maksimum terakhir kita yaitu 130.000 tahun yang lalu. Nenek moyang kita telah menemukan api pada saat itu, tetapi mereka tidak pernah belajar memanfaatkan itu seperti yang kita miliki.

Masa lalu telah memberikan kesaksian, tetapi tren yang lebih baru terhadap konsentrasi CO 2 di atmosfer dan suhu rata-rata global adalah menjadi hal yang penting untuk menilai status efek rumah kaca. Ada bukti kuat bahwa konsentrasi CO 2 Masa lalu telah memberikan kesaksian, tetapi tren yang lebih baru terhadap konsentrasi CO 2 di atmosfer dan suhu rata-rata global adalah menjadi hal yang penting untuk menilai status efek rumah kaca. Ada bukti kuat bahwa konsentrasi CO 2

perubahan dalam CO 2 berdasarkan pemodelan komputer.

Gambar 3.4 Konsentrasi CO 2 di atmosfer (merah) dan perubahan suhu rata-rata dari 1950-1980 (biru) selama lebih dari 160.000 tahun (data inti es).

Gambar 3.5 Kenaikan tingkat atmosfer karbon dioksida antara 1855 dan 2005. Sumber: Dari “The Greenhouse Effect and Historical Emissions,” gambar 4. Diambil dari http://clinton2.nara.gov/Initiatives/climate/greenhouse.html.

Pengukuran lain menunjukkan bahwa selama 120 tahun terakhir ini, suhu rata-rata bumi telah meningkat antara 0,4 sampai 0,8°C. Gambar 3.6 menunjukkan perubahan suhu udara di permukaan bumi dari 1855-2005. Beberapa ilmuwan benar bahwa satu atau dua abad itu masa yang instan dibanding 4,5 - miliar - tahun sejarah planet kita. Mereka mengingatkan menahan diri dalam membaca terlalu banyak ke fluktuasi suhu jangka pendek. Sebenarnya, meskipun beberapa daerah seperti di Alaska dan Eurasia utara telah menghangat hingga 6°C, pendinginan telah terjadi di Atlantik Utara dan di tengah Pasifik Utara. Perubahan jangka pendek dalam pola sirkulasi atmosfer diperkirakan menyebabkan beberapa anomali suhu yang diamati.

Gambar 3.6 juga menunjukkan variabilitas suhu dari tahun ke tahun, serta tren jangka panjang. Banyak ilmuwan menyimpulkan bahwa temperatur global naik ke atas hanya sejak sekitar tahun 1970. Dari Gambar 3.6 kita melihat bahwa suhu rata- rata bumi adalah sekitar 0,6°C sekarang lebih tinggi daripada tahun 1880. Apakah

kenaikan suhu ini adalah konsekuensi dari peningkatan konsentrasi CO 2 tidak dapat disimpulkan dengan kepastian yang mutlak. Namun demikian, bukti eksperimental berimplikasi karbon dioksida dari sumber daya manusia yang terkait sebagai penyebab pemanasan global baru-baru ini.

Gambar 3.6 Global permukaan perubahan suhu (1880-2005). Sumber: http://www.data.giss.nasa.gov

Ketika pengukuran suhu diekstrapolasi ke masa depan, prediksi yang dibuat oleh Arrhenius dari 5-6°C kenaikan suhu rata-rata permukaan planet mungkin perlu direvisi. Perkiraan saat ini dari PBB memprediksi bahwa suhu rata-rata akan meningkat di suatu tempat antara 1,4°C sampai 5,8°C (2.5°F sampai 10,4°F) pada

tahun 2100. Ilmuwan lain, melihat kemungkinan emisi CO 2 di masa depan menjadi dua kali lipat, memperkirakan kenaikan suhu antara 1,0°C dan 3,5°C (1.8°F dan 6,3°F). Perubahan suhu di masa depan dapat dipengaruhi, setidaknya hingga batas tertentu, oleh manusia yang menghuni planet ini. Kita masih jauh dari efek rumah kaca yang diluar kontrol seperti di Venus, tetapi kita menghadapi keputusan yang sulit. Keputusan ini akan lebih baik diinformasikan dengan suatu pemahaman tentang mekanisme bagaimana berinteraksi gas rumah kaca dengan radiasi untuk menciptakan efek rumah kaca. Untuk itu kita harus kembali mengambil pandangan materi submikroskopik.

3.3 Molekul: Bagaimana Mereka Dibentuk Karbon dioksida, air, dan metana adalah gas rumah kaca, nitrogen dan oksigen tidak. Pertanyaan yang jelas adalah “mengapa?” Jawabannya tidak begitu jelas harus dilakukan dengan struktur molekul dan bentuk. Ketika Anda mempelajari struktur Lewis dalam Bab 2, geometri bukanlah pertimbangan utama. Aturan oktet yang Anda pelajari menyediakan metode umumnya yang dapat diandalkan untuk memprediksi ikatan dalam molekul, tetapi biasanya bukan memprediksi bentuknya.

Dalam molekul seperti O 2 dan N 2 , bentuknya jelas, sebagai dua atom hanya dapat berada dalam garis lurus.

Bentuk yang berbeda menjadi mungkin dengan molekul lebih dari dua atom. Untungnya, mengetahui di mana elektron terluar berada dalam molekul memberikan Bentuk yang berbeda menjadi mungkin dengan molekul lebih dari dua atom. Untungnya, mengetahui di mana elektron terluar berada dalam molekul memberikan

Elektron ikatan dapat dipasangkan untuk membentuk ikatan tunggal. Dalam molekul lain, elektron ikatan yang terlibat dalam ikatan ganda yang terdiri dari dua pasang elektron, atau ikatan rangkap tiga terdiri dari tiga pasang. Aturan dasar listrik adalah bahwa muatan yang tidak sejenis akan saling tarik-menarik sedangkan muatan yang sejenis akan saling tolak-menolak. Elektron bermuatan negatif tertarik ke inti bermuatan positif dalam setiap kasus. Namun, semua elektron memiliki muatan yang sama dan karena itu ditemukan saling menjauh antara satu dengan lainnya dalam ruang, sementara tetap mempertahankan daya tarik mereka ke inti yang bermuatan positif. Kelompok elektron bermuatan negatif akan menolak satu sama lain. Pengaturan yang paling stabil adalah ketika di mana kelompok elektron yang saling tolak-menolak terpisah sejauh mungkin. Pada gilirannya, ini menentukan susunan atom dan bentuk molekul.

Kami menggambarkan prosedur bertahap untuk memprediksi struktur molekul dengan metana, gas rumah kaca.

1. Tentukan jumlah elektron terluar yang terkait dengan setiap atom dalam molekul. Atom karbon (Group 4A) memiliki empat elektron terluar, masing- masing dari empat atom hidrogen memberikan kontribusi satu elektron. Hal

ini memberikan 4 + (4 x 1), atau 8 elektron terluar.

2. Susunlah elektron-elektron terluar di pasang untuk memenuhi aturan oktet. Ini mungkin membutuhkan, ikatan rangkap, atau tiga tunggal. Untuk

molekul metana, menggunakan delapan elektron terluar untuk membentuk empat ikatan tunggal (empat pasang elektron) sekitar atom karbon pusat. Ini adalah struktur Lewis.

Meskipun struktur ini tampaknya menyiratkan bahwa CH 4 molekul datar, ternya tidak demikian. Bahkan, molekul metana tetrahedral, sebagaimana akan kita lihat pada langkah berikutnya.

3. Asumsikan bahwa bentuk molekul paling stabil memiliki pasangan elektron ikatan terpisah sejauh mungkin. (Catatan: Dalam molekul lain kita perlu

mempertimbangkan elektron nonbonding juga, tapi CH 4 tidak punya.) Keempat pasangan elektron ikatan di sekitar atom karbon dalam CH 4 menolak satu sama lain, dan dalam pengaturan yang paling stabil, mereka saling menjauh dari satu sama lain sejauh mungkin. Akibatnya, keempat atom hidrogen juga menjauh satu sama lain sejauh mungkin. Bentuk ini tetrahedral, karena atom hidrogen sesuai dengan sudut tetrahedron, sosok bersisi empat dengan empat sisi segitiga sama.

Salah satu cara untuk menggambarkan bentuk molekul CH 4 adalah dengan analogi dasar sebuah folding music stand. Keempat obligasi C-to-H sesuai dengan tiga kaki sejajar dan poros vertikal stand (Gambar 3.7). Sudut antara setiap pasangan

obligasi adalah 109,5°. Bentuk tetrahedral dari molekul CH 4 secara eksperimental telah dikonfirmasi. Memang, itu adalah salah satu pengaturan atom yang paling umum di alam, terutama molekul yang mengandung karbon.

Gambar 3.7 Kaki dan poros musik ini berdiri mengikuti susunan obligasi dalam molekul tetrahedral seperti metana.

Kimiawan nerepresentasikan molekul dalam beberapa cara yang berbeda. Yang paling sederhana, tentu saja, adalah rumus itu sendiri. Dalam kasus metana, hanya CH 4 . Kita tahu bahwa struktur Lewis, tanpa interpretasi lebih lanjut, memberikan informasi tentang ikatan tetapi hanya informasi dua dimensi untuk sebagian besar molekul. Representasi lain dalam Gambar 3.8 menunjukkan beberapa metode yang berlaku umum digunakan oleh ahli kimia untuk menyampaikan struktur tiga dimensi metana. Sebagai contoh, struktur ketiga bagian dari Gambar 3.8 berisi garis tebal berbentuk baji yang merupakan ikatan yang keluar dari kertas relatif terhadap pembaca. Garis tebal putus-putus pada rumus struktur yang sama merupakan ikatan yang menjauh dari pembaca. Dua garis yang lain terletak pada bidang kertas. Ini merupakan perbaikan atas struktur dua dimensi, tapi cara yang lebih baik untuk memvisualisasikan molekul adalah dengan program pemodelan molekul, seperti pada Gambar 3.8, bagian b dan c. Anda akan memiliki kesempatan untuk melihat hasil dari program pemodelan dalam Pertimbangkan ini

3.12. Melihat dan memanipulasi model fisik, baik di kelas atau laboratorium, juga dapat membantu Anda memvisualisasikan struktur molekul.

Gambar 3.8 Representasi dari CH4. (a) struktur Lewis dan rumus struktur, (b) Model ruang-mengisi, (c) Model Charge- density.

Model ruang-mengisi dan model densitas-muatan yang dihasilkan komputer keduanya memvisualisasikan volume yang ditempati oleh elektron dalam molekul. Model densitas-muatan menampilkan suatu model bola-dan - tongkat internal untuk menunjukkan lokasi inti. Warna-warna dalam model densitas-muatan akan membantu Anda memvisualisasikan bagaimana elektron tersusun dalam molekul. Secara keseluruhan, molekul netral. Dalam molekul, warna merah menunjukkan daerah densitas elektron yang lebih tinggi. Di ujung lain spektrum, warna biru mewakili kerapatan elektron rendah. Intensitas warna merefleksikan seberapa besar elektron yang diambil dari wilayah molekul yang lain.

Tidak semua elektron terluar harus berada dalam ikatan berpasangan. Dalam beberapa molekul, atom pusat memiliki pasangan elektron nonbonding, juga disebut pasangan sunyi. Sebagai contoh, Gambar 3.9 menunjukkan molekul amonia dimana nitrogen melengkapi oktet dengan tiga pasang ikatan dan satu pasang nonbonding.

Sepasang nonbonding secara efektif menempati ruang lebih besar daripada pasangan elektron ikatan. Akibatnya, pasangan elektron nonbonding menolak pasangan elektron ikatan agak lebih kuat daripada pasangan elektron ikatan menolak satu sama lain. Kuatnya tolakan ini membuat pasangan elektron ikatan lebih dekat satu sama lain, menciptakan sudut H -- N -- H sedikit lebih kecil dari prediksi 109,5°terkait dengan tetrahedron biasa. Nilai sudut secara eksperimental adalah 107,3° di dekat sudut tetrahedral, sekali lagi menunjukkan bahwa model kami cukup handal.

Bentuk suatu molekul digambarkan dengan cara bagaimana cara pengaturan atom-atomnya, bukan elektronnya. Atom hidrogen dari NH 3 membentuk segitiga dengan atom nitrogen di atas mereka di puncak piramida. Jadi, amonia dikatakan piramida segitiga; amonia memiliki bentuk piramida trigonal. Kembali ke analogi kotak musik lipat (lihat Gambar 3.7), Anda bisa mengharapkan untuk menemukan atom hidrogen pada ujung setiap kaki dari kotak musik. Ini menempatkan atom nitrogen di persimpangan kaki dengan poros, dengan pasangan elektron nonbonded membentuk sekitar batang berdiri.

Figure 3.9

Representasi dari NH 3 .

(a) struktur Lewis dan rumus struktur, (b) model ruang-mengisi, (c) Model densitas- muatan.

Molekul air memiliki bentuk lain. Ada delapan elektron terluar: salah satu dari masing-masing dua atom hidrogen ditambah enam dari oksigen (Group 6A). Struktur Lewis yang mengungkapkan bagaimana delapan elektron pada atom oksigen sentral didistribusikan: dua pasang elektron ikatan dan dua pasangan elektron sunyi (Gambar 3.10, bagian).

Jika empat pasang elektron disusun terpisah sejauh mungkin, kita bisa memprediksi sudut ikatan H--O--H untuk menjadi sama dengan sudut ikatan H--C--H Jika empat pasang elektron disusun terpisah sejauh mungkin, kita bisa memprediksi sudut ikatan H--O--H untuk menjadi sama dengan sudut ikatan H--C--H

Figure 3.10 Representasi dari H 2 O. (a) struktur Lewis dan rumus struktur, (b) model ruang-mengisi, (c) Model densitas- muatan.

Kita telah melihat struktur beberapa molekul penting untuk memahami mengenai kimia pemanasan global. Bagaimana struktur dari molekul karbon dioksida? Ini memiliki 16 elektron terluar: Atom karbon menyumbang empat elektron dan enam berasal dari masing-masing dua atom oksigen. Jika hanya ikatan tunggal terlibat, tidak akan ada cukup elektron untuk menyediakan delapan elektron untuk setiap atom. Itu akan membutuhkan 20 elektron. Namun, dengan 16 elektron aturan oktet masih bisa dipatuhi jika atom karbon pusat membentuk ikatan rangkap dengan masing-masing dua atom oksigen, sehingga berbagi empat elektron.

Apa bentuk molekul CO 2 ? Sekali lagi, kelompok elektron menolak satu sama lain, dan konfigurasi yang paling stabil memberikan pemisahan terjauh dari masing- masing muatan negatif. Dalam hal ini, kelompok elektron ikatan ganda, dan muatan negatif ini akan terpisah sejauh mungkin ketika sudut ikatan O -- C -- O adalah 180°.

Model memperkirakan bahwa ketiga atom dalam molekul CO 2 akan berada di garis lurus dan molekul akan linear. Hal ini, pada kenyataannya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.11.

Kita telah menerapkan gagasan tolakan pasangan elektron untuk molekul di mana terdapat empat kelompok elektron (CH 4 , NH 3 , dan H 2 O) dan dua kelompok elektron (CO 2 ). Tolakan pasangan elektron juga berlaku cukup baik untuk molekul yang meliputi tiga, lima, atau enam kelompok pasangan elektron. Dalam kebanyakan molekul, elektron dan atom masih diatur untuk menjaga pemisahan elektron pada maksimal. Logika ini memberika bentuk bengkok untuk molekul ozon.

Gambar 3.11

Representasi dari CO 2

(a) struktur Lewis dan rumus struktur, (b) Model ruang-terisi, (c) Model densitas- muatan.

Gambar 3.12

Representasi dari O 3 .

(a) struktur Lewis dan rumus struktur untuk satu bentuk resonansi, (b) Model ruang- terisi, (c) Model densitas-muatan.

Molekul O 3 (18 total elektron terluar) mengandung ikatan tunggal dan ikatan rangkap, dan atom oksigen sentral membawa pasangan elektron bebas nonbonding. Dengan demikian, ada tiga kelompok elektron pada atom pusat ini: pasangan yang membentuk ikatan tunggal, dua pasangan yang merupakan ikatan rangkap, dan pasangan elektron bebas. Ketiga kelompok elektron bermuatan negatif menolak satu sama lain, dan energi minimum molekul sesuai dengan pemisahan terjauh dari kelompok-kelompok elektron ini. Hal ini akan terjadi ketika kelompok elektron semua pada bidang yang sama dan pada sudut sekitar 120° dari satu sama lain. Kitai

memprediksi, bahwa molekul O 3 harus membungkuk, dan sudut yang dibuat oleh tiga atom harus sekitar 120°. Percobaan menunjukkan sudut ikatan O -- O - - O adalah 117°, hanya sedikit lebih kecil dari prediksi (Gambar 3.12). Pasangan elektron nonbonding pada atom oksigen sentral menempati volume yang efektif lebih besar dari ikatan pasangan elektron, menyebabkan kekuatan tolakan besar bertanggung jawab atas sudut ikatan yang sedikit lebih kecil.

3.4 Vibrating Molekul dan Efek Rumah Kaca Anda telah pelajari dalam Bab2 bahwa jika foton adalah bagian dari wilayah spektrum UV, ia memiliki energi yang cukup untuk mengganggu susunan elektron dalam beberapa molekul. Hal ini dapat menyebabkan pemutusan ikatan kovalen,

seperti dalam disosiasi O 2 dan O 3 oleh radiasi UV-B dan UV-C. Untungnya, hal ini tidak terjadi dengan foton dalam rentang IR.

Gambar 3.13 Vibrasi molekul CO 2 . Setiap spiral merupakan ikatan rangkap C-to-O. Vibrasi a dan b adalah vibrasi ulur,

c dan d adalah vibrasi tekuk.

Foton pada kisaran spektrum IR tidak cukup energik untuk memutuskan ikatan. Namun, foton radiasi IR dapat menambah energi vibrasi dalam molekul. Tergantung pada struktur molekul, hanya vibrasi tertentu yang mungkin. Energi dari foton harus sesuai persis dengan energi vibrasi dari molekul agar foton dapat diserap. Ini berarti bahwa molekul yang berbeda menyerap radiasi IR pada panjang gelombang yang berbeda dan dengan demikian bervibrasi pada energi yang berbeda.

Kami menggambarkan ide-ide ini dengan molekul CO 2 , mewakili atom sebagai bola dan ikatan kovalen sebagai pegas. Sebuah molekul CO 2 dapat bervibrasi dalam empat cara digambarkan dalam Gambar 3.13. Tanda panah menunjukkan arah gerakan dari setiap atom ketika molekul bervibrasi. Atom-atom dapat bergerak maju dan mundur di sepanjang panah. Vibrasi a dan b disebut vibrasi peregangan/ulur. Dalam vibrasi, atom karbon pusat stasioner dan atom oksigen bergerak maju mundur (peregangan) dalam arah yang berlawanan jauh dari atom pusat. Atau, atom oksigen dapat bergerak dalam arah yang sama dan atom karbon dalam arah yang berlawanan (vibrasi b). Vibrasi c dan d tampak sangat mirip. Dalam kedua kasus, molekul menekuk dari bentuk linier normal. Vibrasi tekuk ini dihitung sebagai dua vibrasi karena dapat terjadi pada salah satu dari dua bidang yang mungkin. Vibrasi c ditunjukkan membungkuk dalam xy, atas dan bawah pada bidang kertas. Vibrasi d bergerak dalam bidang xz, di depan dan di belakang bidang kertas.

Jika Anda memeriksa suatu pegas, Anda mungkin mengamati bahwa lebih banyak energi yang dibutuhkan untuk meregangkan daripada menekuknya. Demikian pula, lebih banyak energi yang dibutuhkan untuk meregangkan molekul CO 2 daripada menekuknya. Ini berarti bahwa foton lebih energik, mereka dengan panjang gelombang lebih pendek, diperlukan untuk menambah energi untuk peregangan vibrasi a atau b daripada untuk menambah tenaga vibrasi lentur c atau d. Ketika molekul menyerap radiasi IR dengan panjang gelombang 15.00 mikrometer (pM), gerakan lentur ( c dan d) berlangsung. Peregangan vibrasi b akan terjadi hanya jika radiasi panjang gelombang 4,26 m diserap. Bersama-sama, vibrasi

b, c, dan d menjelaskan sifat rumah kaca karbon dioksida. Vibrasi peregangan tidak dapat dipicu oleh penyerapan langsung radiasi IR. Dalam molekul CO 2 , konsentrasi rata-rata elektron lebih besar pada atom oksigen dari pada atom karbon. Ini berarti bahwa atom oksigen membawa muatan parsial negatif relatif terhadap atom karbon. Sebagai ikatan peregangan, posisi elektron berubah, dan karena karenanya distribusi muatan dalam molekul juga berubah.

Karena bentuk CO 2 linear dan simetri, perubahan distribusi muatan selama vibrasi membatalkan satu sama lain dan tidak ada penyerapan inframerah terjadi. Energi inframerah (panas) yang diserap atau dikirimkan oleh molekul dapat diukur dengan alat yang disebut spektrometer inframerah. Radiasi panas dari filamen bersinar dilewatkan melalui sampel senyawa yang akan diteliti, dalam hal ini gas CO 2 . Sebuah detektor mengukur jumlah radiasi, pada berbagai frekuensi, ditransmisikan oleh sampel. Transmisi yang tinggi berarti absorbansi rendah, dan sebaliknya. Informasi ini ditampilkan secara grafis, dimana intensitas relatif dari radiasi yang ditransmisikan diplot terhadap panjang gelombang. Hasilnya disebut spektrum

inframerah senyawa. Gambar 3.14 menunjukkan spektrum inframerah dari CO 2 .

Gambar 3.14 Spektrum inframerah dari karbon dioksida.

(b), (c), dan (d) mengacu pada vibrasi molekul ditunjukkan pada Gambar 3.13.

Memahami spektrum ini dan spektrum lain seperti ini memerlukan sedikit lebih banyak penjelasan. Satuan sumbu y adalah persen transmitansi, seperti yang dijelaskan sebelumnya. Nilai-nilai sumbu x dinyatakan dalam unit yang disebut bilangan gelombang ( wavenumber), suatu bilangan yang merupakan kebalikan yang proporsional dari panjang gelombang. Meskipun mungkin tampak logis untuk menggunakan unit panjang gelombang, kebanyakan spektrum IR dilaporkan menggunakan satuan bilangan gelombang. Untungnya, hubungan sederhana berkaitan panjang gelombang, dinyatakan dalam mikrometer, dengan bilangan gelombang, dinyatakan dalam cm -1 sebagai berikut.

Spektrum inframerah ditunjukkan pada Gambar 3.14 ditentukan di laboratorium, tetapi fenomena absorpsi yang sama terjadi di atmosfer. Molekul CO 2 menyerap panjang gelombang tertentu dari energi inframerah, bervibrasi untuk sementara waktu, dan kemudian mengemisikan kembali energi sebagai panas dan kembali ke keadaan tereksitasi normal mereka, atau keadaan “dasar”nya. Dengan

cara inilah CO 2 menangkap dan mengembalikan radiasi inframerah dari permukaan bumi, mencegah planet kita menjadi terlalu dingin. Dengan cara ini pula yang membuat CO 2 menjadi gas rumah kaca. Setiap molekul yang dapat bervibrasi dengan cara mengabsorpsi foton tertentu dari radiasi IR dapat berperilaku sebagai gas rumah kaca. Ada banyak molekul-molekul tersebut. CO 2 dan H 2 O adalah yang paling penting dalam menjaga suhu bumi. Gambar 3.15 menunjukkan spektrum IR molekul H 2 O menyerap radiasi IR. Namun, metana, nitrous oxide, ozon, dan klorofluorokarbon (seperti CCl 3 F) adalah salah satu zat lain yang membantu mempertahankan panas planet.

Gambar

3.15 Spektrum inframerah uap air.

Gas diatomik, seperti N 2 dan O 2 , bukanlah merupakan gas rumah kaca. Meskipun molekulnya yang terdiri dari dua atom yang identik melakukan bervibrasi, distribusi muatan listrik secara keseluruhan tidak berubah selama vibrasi tersebut. Oleh karena itu, molekul-molekul ini tidak bisa menjadi gas rumah kaca. Tadi kita telah membahas kurangnya distribusi muatan listrik secara keseluruhan sebagai alasan mengapa vibrasi peregangan pada Gambar 3.13 tidak bertanggung jawab

atas perilaku gas rumah kaca CO 2 .

Sejauh ini, Anda telah menemukan dua cara molekul merespon radiasi. Foton yang sangat energik dengan frekuensi tinggi dan panjang gelombang pendek (seperti radiasi UV) dapat memecah ikatan dalam molekul. Foton kurang energik (seperti radiasi IR) menyebabkan banyak molekul bervibrasi. Kedua proses tersebut digambarkan dalam Gambar 3.16, tetapi gambar tersebut juga mencakup respon lain dari molekul terhadap energi radiasi. Panjang gelombang lebih panjang daripada rentang IR (yaitu gelombang mikro) hanya memiliki energi yang cukup untuk menyebabkan molekul memutar atau berputar, tidak bervibrasi atau terpisah. .

Gambar 3.16 Respon molekuler untuk jenis radiasi.

Misalnya, oven microwave menghasilkan radiasi yang menyebabkan molekul air berputar. Radiasi yang dihasilkan dalam perangkat tersebut adalah panjang gelombang yang relatif lebih panjang, sekitar satu sentimeter. Dengan demikian

energi per foton cukup rendah. Karena molekul H 2 O menyerap foton dan menjadi berputar lebih cepat, sehingga dihasilkan gesekan yang akan memasak makanan

Anda, menghangatkan sisa makanan, atau memanaskan kopi Anda. Daerah yang sama dari spektrum yang digunakan untuk radar. Sinar radiasi gelombang mikro dikirim keluar dari sebuah generator. Ketika sinar mengenai sebuah objek seperti pesawat terbang, gelombang mikro berbelok dan terdeteksi oleh sensor.

Konsekuensi praktis dari interaksi radiasi dan materi sangat besar. Interaksi ini juga menyediakan sarana mempelajari struktur atom dan molekul. Energi elektronik, energi vibrasi, dan energi rotasi semua terkuantisasi, yang berarti hanya tingkat energi tertentu yang diizinkan. Tidak peduli pada daerah spektrum mana yang digunakan, spektroskopi mengungkapkan perbedaan antara tingkat energi. Menggunakan model matematika yang sesuai, para ilmuwan dapat menerjemahkan perbedaan energi tersebut menjadi informasi tentang panjang ikatan, kekuatan ikatan, dan sudut ikatan. Sebagai konsekuensi dari melihat melalui jendela spektroskopi ke dalam atom dan molekul adalah bahwa ahli kimia dapat menggambarkan dunia mikroskopis dengan keyakinan besar.

3.5 Karbon Siklus: Kontribusi dari Alam dan Manusia Dalam bukunya The Periodic Table, kimiawan akhir, penulis, dan survivor

kamp konsentrasi Perang Dunia II Primo Levi, menulis fasih tentang CO 2 . “Gas ini yang merupakan bahan baku kehidupan, toko permanen dimana semua yang tumbuh menarik, dan takdir akhir dari semua daging, bukanlah salah satu komponen utama dari udara melainkan sisa konyol, sebuah ‘pengotor’ yang tiga puluh kali kurang melimpah dibanding argon, yang bahkan tidak ada pemberitahuan.... [F ] rom pengotor udara yang selalu diperbarui ini kita datang, hewan-hewan kita dan tanaman kita, dan kita spesies manusia, dengan empat miliar pendapat sumbang kita, ribuan tahun sejarah kita, perang dan malu kita, bangsawan dan kebanggaan.”

Dalam esai dimana kutipan ini diambil, Levi menelusuri sebagian singkat riwayat hidup dari atom karbon dari sepotong batu kapur (kalsium karbonat, CaCO 3 ), di mana molekul itu terletak “dibekukan dalam suatu keadaan yang kekal”, menjadi molekul CO 2 , ke molekul glukosa dalam daun, dan akhirnya ke otak penulis. Namun itu bukan tujuan akhir. “Kematian atom, tidak seperti kita sendiri”, tulis Levi, “tidak pernah ditarik kembali”. A atom karbon itu, sudah miliaran tahun, akan terus bertahan ke masa depan yang tak terbayangkan.

Ini kontinuitas yang luar biasa dari materi, konsekuensi dari konservasinya, indah digambarkan oleh siklus karbon. Bahkan tanpa dijelaskan dengan hadiah puitis Primo Levi, ceritanya sudah menarik dan salah satu yang penting untuk difahami adalah bahaya siklus yang sedang diubah oleh aktivitas manusia. Sudah pasti bahwa tanpa berfungsinya siklus karbon, setiap aspek kehidupan di Bumi bisa mengalami perubahan dramatis. Gambar 3.17 merupakan salah satu representasi dari siklus penting ini.

Gambar 3.17 Siklus karbon global. Angka-angka menunjukkan jumlah karbon, dinyatakan dalam gigaton (Gt), yang disimpan dalam berbagai reservoir karbon (nomor hitam) atau bergerak melalui sistem per tahun (angka merah).

Sumber: Dari Purves, Orians, Heller dan Sadava, Life: The Science of Biology, 5th edition, 1998 halaman 1186. Dicetak ulang dengan izin dari Sinauer Associates, Inc

Siklus karbon adalah sistem yang dinamis. Semua proses yang terjadi secara bersamaan diilustrasikan, tetapi pada tingkat yang jauh berbeda. Tanaman mati dan membusuk, melepaskan CO 2 . Tanaman lain masuk ke rantai makanan di mana molekul kompleks mereka dipecah menjadi CO 2 , H 2 O, dan zat lain yang lebih sederhana. Hewan menghembuskan CO 2 , batuan karbonat membusuk, dan karbon dioksida keluar melalui ventilasi gunung berapi. Dan siklus berjalan terus. Michael B. McElroy dari Harvard University memperkirakan, “rata-rata atom karbon telah membuat siklus dari sedimen melalui kompartemen Bumi yang lebih mobile kembali

ke sedimen, sekitar20 kali selama sejarah bumi”. CO 2 di udara saat ini mungkin berasal dari api unggun lebih dari seribu tahun yang lalu. Sebagai anggota kerajaan hewan, kita Homo sapiens berpartisipasi dalam siklus karbon bersama dengan sesama makhluk hidup. Tapi kita melakukan lebih dari bagian kita. Seperti yang terjadi pada binatang apapun, kita menghirup dan menghembuskan napas, menelan dan mengeluarkan, hidup dan mati. Tapi kita juga telah mengembangkan proses yang memungkinkan kita untuk secara signifikan mengusik sistem. Revolusi Industri, yang dimulai di Eropa pada akhir abad ke-18, telah didorong secara besar-besaran oleh batubara. Batubara memberi tenaga mesin uap di pertambangan, pabrik, lokomotif, kapal, dan kemudian, generator listrik. Penemuan selanjutnya dan eksploitasi besar-besaran tambang minyak bumi dimungkinkan pengembangan mobil dan jenis transportasi lainnya. Sampai batas yang sangat besar, Revolusi Industri adalah sebuah revolusi dalam sumber energi ke sedimen, sekitar20 kali selama sejarah bumi”. CO 2 di udara saat ini mungkin berasal dari api unggun lebih dari seribu tahun yang lalu. Sebagai anggota kerajaan hewan, kita Homo sapiens berpartisipasi dalam siklus karbon bersama dengan sesama makhluk hidup. Tapi kita melakukan lebih dari bagian kita. Seperti yang terjadi pada binatang apapun, kita menghirup dan menghembuskan napas, menelan dan mengeluarkan, hidup dan mati. Tapi kita juga telah mengembangkan proses yang memungkinkan kita untuk secara signifikan mengusik sistem. Revolusi Industri, yang dimulai di Eropa pada akhir abad ke-18, telah didorong secara besar-besaran oleh batubara. Batubara memberi tenaga mesin uap di pertambangan, pabrik, lokomotif, kapal, dan kemudian, generator listrik. Penemuan selanjutnya dan eksploitasi besar-besaran tambang minyak bumi dimungkinkan pengembangan mobil dan jenis transportasi lainnya. Sampai batas yang sangat besar, Revolusi Industri adalah sebuah revolusi dalam sumber energi

peningkatan jumlah CO 2 , yang menyebabkan akumulasi di atmosfer.

Gambar 3.18 US emisi karbon dioksida berdasarkan sektor, 1990-2005. Sumber: EIA, US Emisi Karbon Dioksida dari Sumber Energi,2006.

Energy Information Administration (EIA) Amerika diperlukan oleh Undang- Undang Kebijakan Energi 1992 untuk mempersiapkan laporan yang update setiap tahun pada emisi gas rumah kaca. Sebelum tahun 2001, sumber emisi CO 2 dari penggunaan bahan bakar fosil yang dipecah menjadi lima kategori: pembangkit listrik, transportasi, industri, komersial, dan emisi perumahan. Sebagai bagian dari review terus-menerus informasi dan metodologi, EIA pada tahun2001 menghapus pembangkit listrik sebagai kategori yang terpisah. EIA menjelaskan perubahan cara

ini. “Energi-terkait dengan emisi CO 2 sekarang telah direvisi sebagai bagian dari penyesuaian lembaga-lebar untuk data konsumsi energi dan alokasi sektoral”. Secara praktis, ini berarti bahwa semua emisi dari pembangkit listrik dipindahkan berdasarkan penggunaan akhir energi. Semua data sejak tahun 1990, ditetapkan sebagai tahun indeks, telah dihitung ulang menggunakan pendekatan baru dan ditampilkan pada Gambar 3.18.

Satu pengaruh lain manusia pada emisi CO 2 adalah deforestasi dengan pembakaran, sebuah praktek yang melepaskan 0,6-2,6 Gt karbon ke atmosfer setiap tahun. Diperkirakan bahwa lahan hutan ukuran dua lapangan sepak bola hilang setiap hari dari hutan hujan dunia. Meskipun jumlah perusahaan agak sulit dipahami, Brasil terus sebagai negara dengan kerugian terbesar dari hujan areal hutan. Di Brasil sendiri, lebih dari 5,4 juta hektar hutan hujan Amazon menghilang setiap tahun. Pohon, mereka sangat efisien mengabsorp karbon dioksida, yang dikeluarkan dari

siklus melalui deforestasi. Jika kayu dibakar, sejumlah besar CO 2 dihasilkan, jika siklus melalui deforestasi. Jika kayu dibakar, sejumlah besar CO 2 dihasilkan, jika

kembali tanaman budidaya, hilangnya kapasitas CO 2 -diserap dapat mendekati 80%. Deforestasi sistematis bukanlah sebuah fenomena baru, juga tidak terbatas pada hutan tropis. Praktek pembalakan di seluruh dunia telah mengubah pemandangan alam. Sebenarnya ada lebih banyak pohon di Amerika Serikat sekarang daripada yang ada di zaman kolonial dan di akhir 1800-an, meskipun sama tidak dapat dikatakan untuk negara-negara Eropa. Fokus di abad 20 bergeser dari daerah sangat gundul dari Eropa dan Amerika Utara ke hutan hujan tropis Amerika Tengah dan Selatan, Afrika, dan Asia.

Jumlah total karbon yang dilepaskan oleh kegiatan manusia deforestasi dan pembakaran bahan bakar fosil adalah 6,0-8,2 Gt per tahun. Sekitar setengah dari ini didaur ulang ke dalam lautan dan biosfer, yang berfungsi sebagai bak penyerap

karbon, proses alami yang menghilangkan CO 2 dari atmosfer. Proses ini tidak selalu menghilangkan CO 2 dengan kecepatan yang diperlukan oleh meningkatnya konsentrasi CO 2 . Sebagian besar CO 2 tetap dipancarkan di atmosfer, menambahkan antara 3,1 dan 3,5 Gt karbon per tahun ke dasar yang ada dari 750 Gt dicatat dalam Gambar 3.17. Kita prihatin terutama dengan kenaikan karbon dioksida ini di atmosfer,

karena kelebihan CO 2 berimplikasi pada pemanasan global. Oleh karena itu, akan berguna untuk mengetahui massa (Gt) CO 2 ditambahkan ke atmosfer setiap tahun. Dengan kata lain, berapakah massa CO 2 yang mengandung 3,3 Gt karbon, titik

tengah antara 3,1 Gt dan 3,5 Gt? Untuk menjawab pertanyaan ini akan membutuhkan wisata pemandangan lain ke tanah kimia, yang Anda juga akan menemukan kegunaan berikutnya dalam teks ini.

3.6 Konsep Kuantitatif: Massa Untuk memecahkan masalah yang baru saja diajukan, kita perlu mengetahui

bagaimana massa C berhubungan dengan massa CO 2 . Terlepas dari sumber CO 2 , rumus kimianya tetap sama. Persen massa C di CO 2 juga tetap dan oleh karena itu kita harus menghitung persen massa C di CO 2 , berdasarkan rumus senyawa. Ketika Anda bekerja melalui ini dan bagian berikutnya, perlu diingat bahwa kita sedang mencari nilai persentase itu.

Pendekatan ini memerlukan penggunaan massa atom dari unsur yang terlibat. Tapi ini menimbulkan pertanyaan penting: Berapa berat atom individu? Sebagian besar massa atom disebabkan oleh neutron dan proton dalam inti. Dengan demikian, unsur-unsur berbeda dalam massa atom karena atom berbeda dalam komposisi. Daripada menggunakan massa mutlak atom individu, ahli kimia telah nyaman untuk menggunakan massa atom relatif—dalam kata lain, untuk menghubungkan semua massa atom kepada beberapa standar. Telah diterima secara internasional standar massa atom karbon-12, isotop yang membentuk 98,90% dari seluruh atom karbon. C - 12 memiliki nomor massa 12 karena setiap atom memiliki sebuah inti yang terdiri dari 6 proton dan 6 neutron ditambah 6 elektron di luar nukleus. Massa satu atom ini disepakati diberi nilai tepat 12 unit massa atom (amu). Kita bisa mendefinisikan massa atom suatu unsur sebagai massa rata-rata atom unsur yang dibandingkan dengan massa atom tepat 12 amu untuk C - 12. Atom begitu kecil bahwa satuan massa atom merupakan massa yang sangat kecil: 1 amu = 1.66 x 10 -24 g.

Tabel periodik dalam teks menunjukkan bahwa massa atom karbon adalah 12,01, tidak 12,00. Ini bukan kesalahan, melainkan mencerminkan fakta bahwa karbon ada secara alami sebagai tiga isotop. Meskipun C - 12 mendominasi, 1,10% karbon adalah C - 13, isotop dengan enam proton dan tujuh neutron. Selain itu, karbon alami mengandung jejak C - 14, isotop dengan enam proton dan delapan neutron. Perhitungan nilai massa atom 12.01 sering disebut dengan nama berat atom, suatu rata-rata yang memperhitungkan massa dan persen kelimpahan alami semua isotop alami karbon. Distribusi isotop ini dan massa atom rata-rata 12.01 ciri karbon yang diperoleh dari sumber bahan kimia apapun - grafit (“lead”) pensil, satu tangki bensin, roti, benjolan batu kapur, atau tubuh Anda.

Radioaktif isotop karbon - 14, meskipun hadir hanya dalam jumlah yang sangat sedikit, memainkan peran kunci dalam menentukan asal dari meningkatnya karbon dioksida di atmosfer. Dalam semua makhluk hidup, hanya satu dari 10 12 atom karbon adalah atom C - 14. Sebuah tanaman atau hewan terus pertukaran CO 2 dengan lingkungan, dan ini mempertahankan konsentrasi C - 14 dalam organisme pada tingkat yang konstan. Namun, ketika organisme mati, proses biokimia yang pertukaran C berhenti berfungsi dan C - 14 tidak lagi diisi ulang. Ini berarti bahwa setelah kematian organisme, konsentrasi C - 14 menurun dengan waktu karena mengalami peluruhan radioaktif untuk membentuk N - 14. Batubara dan minyak adalah sisa-sisa fosil kehidupan tanaman yang mati jutaan tahun yang lalu. Oleh karena itu, tingkat C - 14 sangat rendah dalam bahan bakar fosil, dan karbon dioksida dilepaskan ketika bahan bakar fosil terbakar. Percobaan yang teliti menunjukkan

bahwa konsentrasi C - 14 di atmosfer CO 2 baru-baru ini menurun. Hal ini sangat menunjukkan bahwa asal menambahkan CO 2 memang berasal dari pembakaran bahan bakar fosil, yang jelas kegiatan manusia. Setelah meninjau arti isotop dan massa atom, kita kembali ke masalah yang sedang dihadapi - massa atom dan khususnya atom dalam CO 2 . Tidak mengherankan, adalah mustahil untuk menimbang atom tunggal karena massa yang sangat kecil. Timbangan laboratorium umumnya dapat mendeteksi massa minimal

0,1 mg, yang sesuai dengan 5 x 10 18 atom karbon, atau 5.000.000.000.000.000.000 atom karbon. Sebuah satuan massa atom terlalu kecil untuk diukur di laboratorium kimia konvensional. Sebaliknya, gram adalah satuan massa pilihan ahli kimia. Oleh karena itu, para ilmuwan menggunakan tepatnya 12 g karbon - 12 sebagai acuan untuk massa atom dari semua unsur. Massa atom didefinisikan sebagai massa (dalam gram) dari sejumlah atom yang sama yang tepat ditemukan dalam 12 g karbon - 12. Jumlah atom ini, tentu saja, sangat besar. Bilangan penting kimia ini dinamai dari seorang ilmuwan Italia dengan nama mengesankan Count Lorenzo Romano Amadeo Avogadro Carlo di Quaregna e di Ceretto (1776-1856). (Teman-temannya memanggilnya Amadeo.) Bilangan Avogadro adalah jumlah atom dalam tepat 12 g

C - 12. Bilangan Avogadro, jika ditulis, adalah 602.000.000.000.000.000.000.000. Hal ini lebih kompak ditulis dalam notasi ilmiah 6.02 x 10 23 . Ini adalah jumlah yang luar biasa dari atom dalam 12 g karbon, tidak lebih dari sesendok makan jelaga ! Bilangan Avogadro menghitung koleksi besar atom, sangat mirip dengan istilah selusin untuk menghitung koleksi telur. Tidak masalah jika telur besar atau kecil, coklat atau putih, “organik” atau tidak. Tidak peduli, karena jika ada 12 telur, mereka masih dihitung sebagai selusin. Selusin telur burung unta akan memiliki C - 12. Bilangan Avogadro, jika ditulis, adalah 602.000.000.000.000.000.000.000. Hal ini lebih kompak ditulis dalam notasi ilmiah 6.02 x 10 23 . Ini adalah jumlah yang luar biasa dari atom dalam 12 g karbon, tidak lebih dari sesendok makan jelaga ! Bilangan Avogadro menghitung koleksi besar atom, sangat mirip dengan istilah selusin untuk menghitung koleksi telur. Tidak masalah jika telur besar atau kecil, coklat atau putih, “organik” atau tidak. Tidak peduli, karena jika ada 12 telur, mereka masih dihitung sebagai selusin. Selusin telur burung unta akan memiliki

Gambar 3.19 Enam bola tenis memiliki massa yang lebih besar dari enam bola golf.

Pengetahuan tentang bilangan Avogadro dan massa atom dari setiap unsur memungkinkan kita untuk menghitung massa rata-rata atom individu dari unsur. Dengan demikian, massa 6,02x 10 23 atom oksigen adalah 16,00 g, massa atom dari tabel periodik. Untuk menemukan massa rata-rata hanya satu atom oksigen, kita harus membagi massa koleksi besar atom dengan ukuran koleksi. Dalam istilah kimia, ini berarti membagi massa atom dengan bilangan Avogadro. Untungnya, kalkulator membantu membuat pekerjaan ini cepat dan mudah.

Massa yang sangat kecil ini menegaskan sekali lagi mengapa ahli kimia umumnya tidak bekerja dengan sejumlah kecil atom. Kita memanipulasi triliunan pada suatu waktu. Oleh karena itu, praktisi seni ini perlu untuk mengukur masalah dengan semacam selusin kimiawan -yang sangat besar, memang. Untuk mempelajari tentang hal ini, baca terus... tetapi hanya setelah berhenti untuk berlatih keterampilan baru Anda.

3.7 Konsep Kuantitatif: Molekul dan Moles Kimiawan memiliki cara lain untuk mengkomunikasikan jumlah atom, molekul, atau partikel kecil lainnya yang ada. Cara ini adalah dengan menggunakan istilah mol (mol), yang didefinisikan sebagai berisi sejumlah bilangan Avogadro dari objek tersebut. Istilah ini berasal dari kata Latin “tumpukan” atau “menumpuk”. Jadi, 1 mol

atom karbon terdiri dari 6,02 x 10 23 atom C, 1 mol gas oksigen terdiri dari 6,02 x 10 23 molekul oksigen, dan 1 mol molekul karbon dioksida sesuai dengan 6,02 x 10 23

molekul karbon dioksida. Seperti yang Anda sudah tahu dari bab-bab sebelumnya, rumus kimia dan persamaan ditulis dalam bentuk atom dan molekul. Sebagai contoh, mempertimbangkan persamaan untuk pembakaran lengkap karbon oleh oksigen.

Persamaan ini memberitahu kita bahwa satu atom karbon bergabung dengan satu molekul oksigen untuk menghasilkan satu molekul karbon dioksida dan mencerminkan rasio di mana partikel-partikel berinteraksi. Dengan demikian, akan sama-sama benar untuk mengatakan bahwa 10 atom C bereaksi dengan 10 molekul

O 2 (20 O atom) untuk membentuk 10 molekul CO 2 . Atau, menempatkan reaksi pada skala yang lebih besar dalam hal ini, kita bisa mengatakan 6,02 x 10 23 atom C menggabungkan dengan 6,02 x 10 23 O 2 molekul (12,04 x 10 23 O atom) untuk menghasilkan 6,02 x 10 23 molekul CO 2 . Pernyataan terakhir adalah setara dengan mengatakan: “Satu mol karbon ditambah satu mol oksigen menghasilkan satu mol karbon dioksida”. Intinya adalah bahwa jumlah atom dan molekul yang mengambil bagian dalam reaksi, sebanding dengan jumlah mol zat yang sama. Rasio dua atom oksigen untuk satu atom karbon tetap sama terlepas dari berapa jumlah molekul karbon dioksida yang terbentuk, seperti yang dirangkum dalam Tabel 3.1.

Di laboratorium dan di pabrik, kuantitas materi yang diperlukan untuk reaksi sering diukur dengan massa. Mol adalah cara praktis untuk menghubungkan jumlah partikel dengan jumlah massa yang lebih mudah terukur. Massa molar adalah massa satu bilangan Avogadro, atau satu mol, partikel apa pun yang ditentukan. Misalnya, massa satu mol atom karbon, dibulatkan ke sepersepuluh terdekat gram, adalah 12,0

g. Satu mol atom oksigen memiliki massa 16,0 g. Tapi kita juga bisa berbicara tentang mol molekul O 2 . Karena ada dua atom oksigen dalam setiap molekul oksigen, ada dua mol atom oksigen dalam setiap mol molekul oksigen, O 2 . Akibatnya, massa molar O 2 adalah 32,0 g, dua kali massa molar O. Beberapa lihat ini sebagai massa molekul atau berat molekul O 2 , menekankan kesamaannya dengan massa atom atau berat atom. Logika yang sama untuk massa molar unsur O 2 berlaku untuk senyawa, yang membawa kita, pada akhirnya, dengan komposisi karbon dioksida. Rumus, CO 2 , mengungkapkan bahwa setiap molekul mengandung satu atom karbon dan dua atom oksigen. Scaling up oleh 6.02 x 10 23 , kita dapat mengatakan bahwa setiap mol CO 2 terdiri dari 1 mol C dan 2 mol atom O (lihat Tabel 3.1). Tapi ingat bahwa kita tertarik dalam komposisi massa karbon dioksida - jumlah gram karbon per gram CO 2 . Hal ini memerlukan massa molar karbon dioksida, yang kita peroleh dengan menambahkan massa molar karbon dua kali massa molar oksigen:

Prosedur ini secara rutin digunakan dalam perhitungan kimia, di mana massa molar merupakan suatu sifat penting. Beberapa contoh akan diperlihatkan dalam aktivitas berikutnya. Dalam setiap kasus, Anda kalikan jumlah mol masing-masing unsur dengan massa atom yang sesuai dalam gram terlebih dahulu baru kemudian menambahkan masing-masing hasil perkalian tersebut.

Kami mulai menghitung massa CO 2 yang dihasilkan dari pembakaran 3,3 Gt karbon. Kita sekarang memiliki semua bagian yang diperlukan untuk memecahkan masalah. Dari setiap 44,0 g CO 2 , 12,0 g adalah C. rasio massa ini berlaku untuk semua sampel CO 2 , dan kita dapat menggunakannya untuk menghitung massa C dalam setiap massa tertentu CO 2 . Lebih lanjut, kita dapat menggunakannya untuk menghitung massa CO 2 yang dilepas oleh sejumlah massa tertentu karbon. Ini hanya tergantung pada bagaimana kita mengatur rasio. rasio C terhadap CO 2 adalah 12,0 gC

44,0 g CO , Tetapi juga benar bahwa rasio CO 2 terhadap C adalah

2 . 44,0 g CO 2

12,0 gC

Sebagai contoh, kita bisa menghitung jumlah gram C dalam 100,0 g CO 2 dengan membuat hubungan seperti ini. 12,0 gC

100,0 g CO 2 

 27,3 gC

44,0 g CO 2

Faktanya bahwa ada 27,3 g karbon dalam 100,0 g karbon dioksida yang ekuivalen dengan mengatakan bahwa persen massa C dalam CO 2 adalah 27,3%. Perhatikan bahwa membawa bersama label “g CO 2 ” dan “g C” membantu Anda melakukan perhitungan dengan benar. Label label “g CO 2 ” dapat dihilangkan, dan Anda yang tersisa adalah yang diinginkan, label “g C”. Melacak label dan menghilangkan mana yang sesuai merupakan strategi yang berguna dalam memecahkan banyak masalah. Metode ini kadang-kadang disebut “analisis satuan”.

Untuk menemukan massa CO 2 yang mengandung 3,3 gigaton (Gt) dari C, kita menggunakan pendekatan yang sama. Kita bisa mengkonversi 3,3 Gt menjadi gram, tapi itu tidak perlu. Selama kita menggunakan satuan massa yang sama untuk C dan

CO 2 , rasio numerik yang sama berlaku. Dibandingkan dengan perhitungan terakhir kita, masalah ini memiliki satu perbedaan penting dalam bagaimana kita menggunakan rasio. Kita menyelesaikan untuk massa CO 2 , bukan massa C. Perhatikan baik-baik penghilangan label kali ini. 44,0 Gt CO

3,3 Gt C 

2  12 Gt CO

12,0 2 Gt C

Sekali lagi label dapat dihilangkan dan jawaban yang keluar dengan label

yang diperlukan, Gt CO 2 .

Pertanyaan pembakaran kita, “Berapakah massa CO 2 yang ditambahkan ke atmosfer setiap tahun dari pembakaran bahan bakar fosil?” akhirnya terjawab: 12 gigaton. Tentu saja, agenda kita adalah untuk menunjukkan kekuatan pemecahan masalah kimia dan memperkenalkan lima ide-ide yang paling penting: massa atom, massa molekul, bilangan Avogadro, mol, dan massa molar. Beberapa kegiatan selanjutnya memberikan kesempatan untuk berlatih keterampilan Anda dengan konsep-konsep tersebut.

Jika Anda tahu bagaimana menerapkan ide-ide ini, Anda telah mendapatkan kemampuan secara kritis untuk mengevaluasi laporan media tentang pelepasa C atau CO 2 (dan zat lain juga) dan menilai keakurasian laporan tersebut. Seseorang dapat membuat pernyataan berdasarkan keyakinan atau mengecek keakurasian laporan tersebut dengan menerapkan matematika pada konsep kimia yang relevan. Tentu saja, tidak cukup waktu untuk mengecek setiap pernyataan, tapi kami berharap bahwa para pembaca mengembangkan sikap kritis dan bertanya terhadap semua pernyataan tentang kimia dan masyarakat, termasuk yang ditemukan dalam buku ini.

3.8 Metana dan Gas Rumah Kaca Lainnya Kekhawatiran tentang peningkatan efek rumah kaca telah menjadi hal yang utama, tetapi tidak hanya pada peningkatan atmosfer CO 2 . Jumlah emisi gas rumah kaca telah meningkat 16% sejak 1990-2005, dan gas yang dominan yang dilepaskan adalah CO 2 , terutama dari pembakaran bahan bakar fosil. Namun, gas-gas lainnya juga berperan. Metana, CH 4 , ada di atmosfer dalam konsentrasi yang lebih rendah daripada CO 2 , tetapi metana setidaknya 20 kali lebih efektif daripada CO 2 dalam kemampuannya untuk menyerap energi inframerah. Metana memiliki waktu hidup rata-rata atmosfir yang relatif singkat yaitu 12 tahun. Masa hidup atmosfer global menunjukkan waktu yang dibutuhkan untuk suatu gas yang telah ditambahkan ke atmosfir untuk dihilangkan. Hal ini juga disebut sebagai “waktu perputaran”. Dalam

kasus CH 4 yang baru ditambahkan ke udara pada tahun tertentu, gas tersebut akan hilang dari atmosfer rata-rata 12 tahun kemudian. Untungnya, CH 4 cukup mudah dikonversi ke spesies kimia yang kurang berbahaya dengan cara berinteraksi dengan •OH radikal bebas troposfer. Bandingkan situasi itu dengan CO 2 , gas dengan mekanisme penghilangan yang jauh lebih lambat. Konsentrasi CH 4 atmosfer saat ini relatif rendah, namun konsentrasi saat ini diperkirakan lebih dari dua kali lipat dibandingkan sebelum Revolusi Industri. Tabel 3.2 memberikan perbandingan perubahan konsentrasi metana dibandingkan karbon dioksida dan gas rumah kaca lain, nitrous oxide.

* Sebuah nilai tunggal untuk masa hidup atmosfer dari CO 2 adalah tidak mungkin. Mekanisme penghilangan yang berbeda berlangsung pada laju yang berbeda, yang menyebabkan bervariasinya dalam masa hidup atmosferik CO 2 .

Metana berasal dari berbagai sumber. Meskipun siklus CH 4 tidak dipahami dengan baik sebagaimana siklus karbon yang telah dibahas sebelumnya, sekitar 40% dari emisi CH 4 dianggap berasal dari sumber alami. Beberapa sumber-sumber alami telah diperbesar oleh aktivitas manusia. Misalnya, karena CH 4 adalah komponen utama gas alam, beberapa selalu bocor ke atmosfer dari celah batu. Namun eksploitasi terhadap deposit ini dan proses pemurnian minyak bumi telah

menyebabkan meningkatnya emisi metana ke atmosfir. Secara bersamaan, CH 4 selalu dilepas dari pembusukan materi tumbuh-tumbuhan di lahan basah. Nama awalnya, “gas rawa”, berasal dari pembusukan ini. Dengan demikian, bahan organik yang membusuk di tempat pembuangan sampah dan dari sisa pembersihan hutan

menghasilkan CH 4 . Metana yang terbentuk pada TPA New York City di Fresh Kills, Staten Island terutama digunakan untuk pemanasan perumahan, dan pabrik-pabrik seperti pabrik BMW di South Carolina secara teratur menggunakan gas TPA untuk mengurangi pengeluaran energi mereka. Namun, pada sebagian besar tempat

pembuangan sampah yang ada, CH 4 hanya dibuang ke atmosfer. Sumber utama dari CH 4 adalah pertanian, khususnya pada pembudidayaan tanaman padi sawah. Padi ditanam dengan akar di bawah air di mana bakteri anaerob, yaitu yang dapat berfungsi tanpa menggunakan molekul oksigen,

menghasilkan metana. Sebagian besar ini dilepaskan ke atmosfer. Penambahan CH 4 dari pertanian juga berasal dari peningkatan jumlah sapi dan domba. Sistem pencernaan ruminansia ini (hewan yang memamah biak) mengandung bakteri yang memecah selulosa. Dalam prosesnya, metana terbentuk dan dirilis melalui sendawa

dan perut kembung - sekitar 500 L CH 4 per ekor per hari. Hewan-hewan ruminansia di Bumi secara mengejutkan melepas 73 juta ton CH 4 setiap tahun. Mekanisme kimia serupa juga terjadi di dalam perut rayap, membuat mereka menjadi sumber utama CH 4 . Jumlah rayap yang ada sangat mengejutkan, jika dibagikan kepada semua orang yang ada dibumi, diperkirakan lebih dari setengah ton untuk setiap pria, wanita, dan anak di planet ini !

Ada kemungkinan bahwa pemanasan global semakin diperburuk dengan pelepasan CH 4 dari lumpur laut, rawa, lahan gambut, dan bahkan permafrost di lintang utara. Di daerah ini, sejumlah besar metana tampaknya terjebak dalam “kandang” yang terbuat dari molekul air. Deposit ini disebut sebagai hidrat metana.

Dengan meningkatnya suhu, lepasnya CH 4 menjadi lebih mungkin. Australia’s Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) telah mengambil serangkaian inti pengeboran laut untuk mengumpulkan bukti tentang hidrat metana dan perannya dalam pemanasan global. Mereka menemukan hubungan periode-periode sejarah pemanasan global dengan pelepasan metana (Gambar 3.20).

Rincian kompleks generasi dan nasib metana di atmosfer membuat sulit untuk membehas dengan pasti tentang efek metana di masa depan pada suhu rata-rata bumi. Ada penurunan 10% dalam emisi CH 4 di Amerika Serikat antara tahun 1990 dan 2005, meskipun konsentrasi atmosfer, yang biasanya tertinggal di belakang perubahan emisi, belum menunjukkan penurunan yang sama. Secara global, efek metana terhadap perubahan suhu menjadi kurang jelas dibandingkan perubahan

suhu yang disebabkan oleh CO 2 , penambahannya mungkin hanya beberapa persepuluh derajat dari suhu rata-rata bumi dalam 100 tahun ke depan. Hal ini kontras dengan pengaruh besar diprediksi untuk CO 2 , kenaikan suhu minimal 1,0-3,5°C pada akhir abad ini.

Gambar 3.20 The Ocean Drilling Program dari CSIRO diperoleh sampel beku metana hidrat ini dari dasar permukaan di lepas pantai Florida.

Gas lain yang dipelajari karena kontribusinya kepada pemanasan global adalah nitrogen oksida, yang juga dikenal sebagai, “gas tertawa”. Senyawa ini telah digunakan sebagai anestesi hirup pada perlakuan medis dan kesehatan gigi. Sumber dan menghilangnya senyawa ini tidak diketahui dengan baik sebagaimana untuk gas

rumah kaca lainnya. Mayoritas molekul N 2 O di atmosfer berasal dari pelepasan ion nitrat (NO 3 - ) dari tanah oleh bakteri, diikuti oleh proses penghilangan oksigen. Praktek pertanian, sekali lagi terkait dengan tekanan populasi, dapat mempercepat pelepasan rumah kaca lainnya. Mayoritas molekul N 2 O di atmosfer berasal dari pelepasan ion nitrat (NO 3 - ) dari tanah oleh bakteri, diikuti oleh proses penghilangan oksigen. Praktek pertanian, sekali lagi terkait dengan tekanan populasi, dapat mempercepat pelepasan

N 2 O adalah konverter katalitik mobil, pupuk amonia, pembakaran biomassa, dan proses industri tertentu (produksi nilon dan asam nitrat). Dalam atmosfer, molekul N 2 O khas terus ada selama sekitar 114 tahun, menyerap dan memancarkan radiasi inframerah. Selama dekade terakhir, konsentrasi atmosfer global N 2 O telah menunjukkan peningkatan yang lambat tapi stabil. Ada sedikit penurunan emisi di AS dari 1990 sampai 2005.

Ozon itu sendiri juga dapat bertindak seperti gas rumah kaca, tetapi efisiensinya sangat tergantung pada ketinggian. Senyawa ini tampaknya memiliki efek pemanasan maksimum di troposfer atas, sekitar 10 km di atas Bumi. Penipisan ozon memiliki efek pendinginan sedikit di stratosfer dan juga dapat meningkatkan sedikit pendinginan di permukaan Bumi. Meskipun ozon adalah bagian dari cerita pemanasan global, penipisan lapisan ozon di stratosfer jelas bukan penyebab utama perubahan iklim. Namun, penipisan ozon stratosfir dan perubahan iklim terkait dengan cara penting yang lain, melalui zat perusak ozon. CFC, HCFC, dan Halons, semua yang terlibat dalam perusakan ozon stratosfir, juga menyerap radiasi inframerah dan gas rumah kaca. Emisi gas-gas sintetik telah meningkat sebesar 58% dari tahun 1990-2005, meskipun konsentrasi mereka masih sangat rendah.

Selain bervariasi dalam masa hidup atmosfer antara gas rumah kaca, mereka juga berbeda dalam efektivitas mereka dalam menyerap radiasi inframerah. Hal ini diukur dengan potensi pemanasan global (GWP), suatu angka yang merupakan kontribusi relatif dari molekul gas atmosfer pada pemanasan global. Angka ini diberikan hanya untuk gas rumah kaca dengan masa hidup yang relatif panjang. Karbon dioksida diberikan nilai referensi 1; semua gas rumah kaca lainnya yang diindeks berdasarkan referensi ini. Gas dengan masa hidup yang relatif singkat, seperti uap air, ozon troposfer, aerosol troposfer, dan polutan udara ambien lainnya, tidak merata di seluruh dunia. Sulit untuk mengukur efeknya, dan karenanya nilai-nilai GWP biasanya tidak diberikan untuk gas-gas ini. Nilai-nilai potensi pemanasan global untuk tiga gas rumah kaca paling umum dan konsentrasi rata-rata mereka di troposfer diberikan dalam Tabel 3.3.

* Nilai GWP diberikan untuk estimasi dampak langsung dan tidak langsung selama periode 100 tahun dan relatif terhadap nilai 1 yang diberikan untuk CO 2 .

Gas-gas efek rumah kaca antropogenik lainnya yang diberi nilai GWP termasuk beberapa hidrofluorokarbon (HFC), dua perfluorokarbon (CF 4 dan C 2 F 6 ), dan sulfur heksafluorida (SF 6 ). Perfluorokarbon (PFC) diemisikan sebagai produk sampingan dari peleburan aluminium dan digunakan dalam pembuatan semikonduktor. Kedua CF 4 dan C 2 F 6 memiliki masa hidup yang lama dan memiliki nilai-nilai GWP yang tinggi. Namun, konsentrasi mereka di atmosfer sangat rendah saat ini, tapi terus naik. Sulfur hexafluoride (SF 6 ), digunakan untuk isolasi listrik di transformer dan gas penutup untuk operasi peleburan, memiliki masa hidup troposferik 3200 tahun. Hal ini lebih dari 22.000 kali lebih kuat sebagai gas rumah

kaca dibanding CO 2 , namun konsentrasinya di atmosfer sangatlah rendah, diukur dalam bagian per triliun.

3.9 Mengumpulkan Bukti: Memproyeksikan ke Masa Depan Memahami bukti dari masa lalu adalah penting. Jadi membuat rasa tren

terbaru. Tantangan sesungguhnya, bagaimanapun, terletak dalam memahami kompleksitas dengan cukup baik untuk memprediksi perubahan iklim. Dalam semua model komputer, diasumsikan bahwa meningkatnya konsentrasi gas rumah kaca akan meningkatkan suhu global rata-rata (Gambar 3.21). Meningkatnya suhu, pada gilirannya, dapat menghasilkan perubahan pola cuaca, penggunaan lahan, kesehatan manusia, dan perubahan dalam ekosistem bumi. Untuk model iklim global yang akurat, seseorang harus memasukkan sejumlah faktor-faktor yang sering tidak sepenuhnya dipahami secara astronomi, meteorologi, geologi, dan biologi. Bahkan program komputer yang paling canggih sekalipun hanya dapat berhasil jika faktor- faktor penting telah diidentifikasi dan dipertimbangkan. Situasi ini sangat rumit karena banyak variabel-variabel tersebut saling terkait dan tidak dapat dipelajari secara mandiri. Dr Michael Schlesinger, yang memimpin penelitian iklim di University of Illinois, mengatakan: “Jika Anda akan memilih planet untuk model ini, maka planet ini merupakan planet terakhir yang akan Anda pilih”. Meskipun dengan kesulitan- kesulitan ini, pengambilan kebijakan haruslah didasarkan padakemungkinan model terbaik. Kegunaan dan keterbatasan semua model harus dipahami dengan jelas dan tingkat ketidakpastian di dalamnya juga diukur. Ini adalah tugas yang berat, untuk memastikan, tapi yang penting untuk membuat penilaian yang informatif dari perubahan iklim.

Penting dalam setiap model untuk perubahan iklim adalah peran lautan, di mana lebih dari 97% air di bumi ditemukan. Sebagian dari panas yang dipancarkan oleh gas rumah kaca dapat masuk ke lautan, yang bertindak sebagai buffer termal. Meskipun lautan sangat penting dalam moderasi suhu planet ini, kapasitas mereka untuk melakukannya terbatas. Kita tahu bahwa peningkatan suhu lautan akan

menurunkan kelarutan CO 2 , sehingga melepaskan gas-gas tersebut lebih banyak ke atmosfir. Anda mungkin telah menyaksikan efek yang sama ketika segelas air soda dingin atau soda menghangat sampai suhu kamar, menjadi “datar” karena gas yang terlarut di dalamnya dilepaskan. Peningkatan suhu lautan dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman kecil fotosintesis yang disebut fitoplankton, dan karenanya

meningkatkan penyerapan CO 2 . Tapi hasilnya bisa saja sebaliknya. Air pada laut yang lebih hangat tidak akan bersirkulasi sebaik sebagaimana sirkulasi saat ini, yang dapat menghambat pertumbuhan plankton dan penangkapan CO 2 . Proses di laut meningkatkan penyerapan CO 2 . Tapi hasilnya bisa saja sebaliknya. Air pada laut yang lebih hangat tidak akan bersirkulasi sebaik sebagaimana sirkulasi saat ini, yang dapat menghambat pertumbuhan plankton dan penangkapan CO 2 . Proses di laut

Gambar 3.21 Mempelajari simulasi komputer perubahan iklim di masa depan.

Asap dan kabut dari semua sumber dapat mengaburkan pandangan kita tentang pemanasan global. Satu kelompok peneliti, yang dipimpin oleh Benjamin Santer dari Lawrence Livermore National Laboratory, telah menemukan bahwa prediksi akan semakin mendekati dengan hasil pengamatan jika model yang dibuat termasuk efek pendinginan aerosol atmosfer. Aerosol adalah kelompok bahan kompleks yang mencakup debu, garam laut, asap, karbon, dan senyawa yang mengandung nitrogen dan sulfur. Salah satu aerosol yang paling umum terdiri dari

partikel kecil dari amonium sulfat, (NH 4 ) 2 SO 4 . Senyawa ini dapat terbentuk ketika sulfur dioksida (SO 2 ) bereaksi dengan amonia (NH 3 ). Kedua senyawa bisa dilepaskan oleh alam maupun oleh sumber-yang dipengaruhi manusia. Limbah pembakaran tanaman, pohon hutan hujan, bahan bakar kelas rendah seperti arang, dan bahan bakar fosil semua menghasilkan aerosol yang mampu menghalangi sinar matahari.

Banyak partikel dalam aerosol berdiameter lebih kecil dari sekitar 4 m dan efisien pada hamburan radiasi matahari yang masuk dengan panjang gelombang yang berdekatan dengan ukuran mereka. Radiasi termal yang berasal dari Bumi memiliki panjang gelombang di bagian inframerah dari spektrum, mulai 4-20 m. Partikel-partikel aerosol yang lebih kecil tidak efektif dalam hamburan panjang gelombang ini, yang memungkinkan gas rumah kaca untuk terus menyerap radiasi terestrial tetapi pada tingkatan yang telah terkurangi karena radiasi matahari yang mencapai permukaan menjadi dipancarkan kembali ke angkasa. Selain itu, partikel aerosol berfungsi sebagai inti kondensasi untuk tetesan air dan pusat pembentukan awan. Dengan demikian, aerosol melawan efek pemanasan gas rumah kaca.

Pada bulan Desember 2005, jurnal Nature melaporkan hasil dari penelitian tim ilmiah internasional tentang konsekuensi konsentrasi aerosol untuk pemanasan global. Mereka menegaskan penelitian sebelumnya bahwa aerosol telah membantu Pada bulan Desember 2005, jurnal Nature melaporkan hasil dari penelitian tim ilmiah internasional tentang konsekuensi konsentrasi aerosol untuk pemanasan global. Mereka menegaskan penelitian sebelumnya bahwa aerosol telah membantu

Meskipun pengaruh aerosol tentang perubahan iklim telah banyak diteliti, aerosol jauh dari satu-satunya faktor. Perubahan dalam penggunaan lahan adalah penggerak utama lain dari perubahan iklim. Pengaruh deforestasi atau perubahan

tanaman pada konsentrasi CO 2 dan CH 4 atmosfer telah diakui, tetapi efek lain sedang diteliti. Salah satu yang paling penting adalah efek pada Albedo, rasio radiasi elektromagnetik yang direfleksikan relatif terhadap jumlah insiden radiasi di permukaan. Jadi albedo adalah ukuran reflektifitas permukaan. Perubahan Albedo dapat mengubah suhu daerah, curah hujan, vegetasi, dan variabel iklim lainnya. Jika menghangatkan daerah yang tertutup salju dan salju mencair, albedo menurun, lebih banyak sinar matahari diserap, dan suhu cenderung meningkat lebih lanjut. Efek ini membantu menjelaskan peningkatan yang lebih besar dalam suhu rata-rata diamati di Kutub Utara, misalnya, di mana jumlah es laut menurun. Demikian pula, jika suatu kemunduran gletser meninggalkan batuan gelap yang terbuka, albedo berkurang dan suhu permukaan meningkat.

Pengaruh suhu-albedo sebenarnya jauh lebih kuat di daerah tropis, meskipun hampir tidak ada salju. Sinar matahari lebih konsisten di daerah tropis, dan perubahan penggunaan lahan menghasilkan perubahan besar dalam albedo. Jika hamparan pepohonan hijau tua hutan hujan tropis dihilangkan dan mengekspos tanah gelap, maka albedo akan berkurang. Penelitian telah menunjukkan peningkatan suhu rata- rata di hutan hujan Brasil setelah diubah menjadi lahan pertanian sekitar 3°C (5°F) sepanjang tahun, suatu perubahan yang signifikan.

Sebuah ketidakpastian yang signifikan dalam proyeksi tentang pemanasan global adalah apakah laju pertumbuhan penduduk akan stabil selama 100 tahun ke depan. Selama abad ke-20, populasi dunia meningkat dari 2 miliar orang menjadi sekitar 6 miliar. Pada Januari 2006, sekitar 6,5 miliar orang telah menghuni dunia kita. Karena meningkatnya jumlah orang yang juga membawa kepada peningkatan penggunaan energi dan emisi gas rumah kaca yang lebih besar melalui pembakaran bahan bakar fosil, skenario pemanasan global menggabungkan asumsi yang berbeda tentang tingkat pertumbuhan penduduk dan pertumbuhan ekonomi. Proyeksi low-end mengasumsikan populasi dunia pada tahun 2100 sebesar 6,4 miliar dan tingkat pertumbuhan ekonomi tahunan sebesar 1,2%. Skenario midrange didasarkan pada 11,3 miliar orang dengan tingkat pertumbuhan ekonomi tahunan 2,3%, hampir dua kali lipat dari proyeksi low-end. Dalam proyeksi high-end, tahun 2100 populasi 11,3 miliar seperti perhitungan midrange, namun pertumbuhan ekonomi tahunan akan terjadi pada 3,0%.

Para ilmuwan telah mengembangkan program komputer iklim Model bumi yang semakin rinci. Dengan generasi baru dari komputer paralel, banyak peneliti yang bekerja untuk meningkatkan model iklim dan menyelesaikan beberapa data yang Para ilmuwan telah mengembangkan program komputer iklim Model bumi yang semakin rinci. Dengan generasi baru dari komputer paralel, banyak peneliti yang bekerja untuk meningkatkan model iklim dan menyelesaikan beberapa data yang

Ratusan ilmuwan dari seluruh dunia berpartisipasi dalam menyusun laporan IPCC 2001. Mereka menggunakan kata-kata untuk membantu para pembuat kebijakan dan masyarakat luas lebih memahami ketidakpastian yang melekat dan keandalan data. Tabel 3.4 memberikan istilah-istilah dan definisi para ilmuwan yang terus digunakan dalam semua pembaruan setelah laporan ini.

Laporan IPCC tahun 2001 datang untuk kesimpulan yang memanfaatkan istilah-istilah ini. Sebagai contoh, adalah sangat tidak mungkin bahwa semua pemanasan global yang diamati adalah karena variabilitas iklim alami. Sebaliknya, bukti ilmiah sangat mendukung posisi bahwa aktivitas manusia merupakan faktor signifikan yang menyebabkan peningkatan suhu global rata-rata yang diamati selama abad terakhir. Laporan IPCC 2007 menyatakan bahwa bukti ilmiah pemanasan global adalah tegas dan bahwa aktivitas manusia adalah pendorong utama. Beberapa kesimpulan IPCC, bersama-sama dengan probabilitas mereka ditugaskan, ditunjukkan pada Tabel 3.5.

Organisasi Meteorologi Dunia melaporkan bahwa 2004, 2005, dan 2006 adalah antara tahun terpanas dalam catatan, 1998 tetap terpanas. Sembilan dari 10 tahun terpanas dalam catatan terjadi di dekade 1995 hingga 2005. Enam tahun terakhir termasuk di antara tujuh tahun rekor terpanas sejak data yang dapat dipercaya mulai dijaga pada tahun 1861. “Temperatur adalah pemanasan, dan mereka telah panas selama abad yang lalu”, kata Jay Lawrimore, kepala cabang iklim pemantauan di Pusat Data Iklim Nasional. “Ada cukup banyak konsensus bahwa akan ada lanjutan pemanasan selama abad-abad berikutnya.” Apa efek antisipasi pemanasan juga diproyeksi? Model terbaru memprediksi bahwa puncak 11 ft permukaan lapisan es di Arktik bisa hilang pada tahun 2100. Perubahan es laut, salju, dan gletser semua bisa berkontribusi untuk perubahan permukaan laut. Permukaan laut global diproyeksikan akan meningkat sebesar 9-88 cm (3,5-34,6 inci) antara 1990 dan 2100. Prediksi kenaikan permukaan laut yang disebabkan oleh ekspansi termal air hangat serta dengan peleburan presipitasi beku. Naiknya permukaan air laut sebesar ini akan membahayakan New York, New Orleans, Miami, London, Venice, Bangkok, Taipei, dan kota-kota pesisir lainnya. Jutaan orang mungkin harus pindah, jutaan lagi yang bisa tenggelam. Dr Richard Williams dari AS Geological Survey menyatakan: “Jika lapisan es di Greenland mencair, itu saja bisa menaikkan permukaan laut sebesar 20 kaki”. Hal ini jauh dari pasti bahwa kenaikan besar dalam permukaan laut akan terjadi. Bahkan jika hal itu terjadi, kenaikan ini akan berlangsung selama bertahun-tahun, dan memberikan waktu yang cukup untuk persiapan dan perlindungan.

Gambar 3.22 Simulasi tahunan suhu permukaan rata-rata global di Bumi. Sumber: Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim (IPCC) Report,2001.

Sumber: Ringkasan untuk pembuat kebijakan, Laporan Kelompok Kerja 1 dari Panel Antar pemerintah tentang Perubahan Iklim, Shanghai: IPCC 1 Januari 2001.

Beberapa ilmuan iklim juga merasa bahwa peningkatan suhu laut rata-rata bisa menyebabkan lebih banyak cuaca ekstrem, termasuk badai, banjir, dan kekeringan. Di belahan bumi utara, musim panas diperkirakan akan menjadi lebih kering dan musim hujan menjadi lebih basah. Daerah-daerah produktivitas pertanian terbesar bisa berubah. Kekeringan dan suhu tinggi dapat mengurangi hasil panen di Midwest Amerika, namun mungkin dapat melebar lebih jauh ke Kanada. Perubahan Beberapa ilmuan iklim juga merasa bahwa peningkatan suhu laut rata-rata bisa menyebabkan lebih banyak cuaca ekstrem, termasuk badai, banjir, dan kekeringan. Di belahan bumi utara, musim panas diperkirakan akan menjadi lebih kering dan musim hujan menjadi lebih basah. Daerah-daerah produktivitas pertanian terbesar bisa berubah. Kekeringan dan suhu tinggi dapat mengurangi hasil panen di Midwest Amerika, namun mungkin dapat melebar lebih jauh ke Kanada. Perubahan

Tabel 3.5 Kesimpulan IPCC sangat Mungkin

• Emisi-yang disebabkan manusia adalah faktor utama dalam menyebabkan pemanasan sejak tahun 1950. • suhu maksimum yang lebih tinggi diamati selama hampir semua bidang tanah. • Penutupam salju turun sekitar 10% sejak tahun 1960 (data satelit), dalam abad

ke-20 ada penurunan sekitar dua minggu di danau dan sungai es penutup di lintang menengah dan tinggi belahan bumi utara (pengamatan didasarkan independen).

• Peningkatan curah hujan telah diamati di sebagian besar benua belahan bumi utara. mungkin • Suhu di belahan bumi utara selama abad 20 telah menjadi tertinggi dari abad

manapun selama 1000 tahun terakhir. • Ketebalan es laut Arktik menurun sekitar 40% pada akhir musim panas ke awal musim gugur dalam beberapa dekade terakhir. • Peningkatan curah hujan, mirip dengan yang di belahan bumi utara, telah diamati di lahan tropis antara 108 N dan 108 S. • Peningkatan kekeringan musim panas. sangat Tidak mungkin • Pemanasan diamati selama 100 tahun terakhir adalah karena variabilitas iklim

sendiri, memberikan bukti baru dan lebih kuat bahwa perubahan harus dilakukan untuk membendung pengaruh aktivitas manusia.

Pemanasan global sudah menunjukkan efek pada tanaman, serangga, dan spesies hewan di seluruh dunia. Spesies yang beragam seperti bintang laut California, tumbuhan Alpine, semut, dan kupu-kupu checkerspot semuanya menunjukkan perubahan baik rentang mereka atau kebiasaan mereka. Dr Richard P. Alley, seorang ahli Universitas Negeri Pennsylvania pada pergeseran iklim masa lalu, melihat arti khusus dalam kenyataan bahwa hewan dan tumbuhan yang saling mengandalkan tidak akan selalu mengubah rentang atau kebiasaan pada tingkat yang sama. Mengacu pada spesies yang terkena, ia berkata,”Anda harus mengubah apa yang Anda makan, atau bergantung pada hal-hal yang lebih sedikit untuk makan, atau melakukan perjalanan jauh untuk makan, yang semuanya memiliki biaya”. Hasilnya pada dekade yang akan datang bisa menjadi gangguan ekologi yang substansial, kerugian lokal satwa liar, dan kemungkinan kepunahan.

Dalam hal lain, kita semua mungkin menjadi pecundang di dunia yang lebih hangat. Baru-baru ini, dokter dan epidemiologi telah berusaha untuk menilai biaya pemanasan global dalam hal kesehatan masyarakat. Peningkatan suhu rata-rata diduga akan meningkatkan jangkauan geografis nyamuk, lalat tsetse, dan serangga lainnya. Hasilnya bisa menjadi peningkatan yang signifikan dalam penyakit seperti Dalam hal lain, kita semua mungkin menjadi pecundang di dunia yang lebih hangat. Baru-baru ini, dokter dan epidemiologi telah berusaha untuk menilai biaya pemanasan global dalam hal kesehatan masyarakat. Peningkatan suhu rata-rata diduga akan meningkatkan jangkauan geografis nyamuk, lalat tsetse, dan serangga lainnya. Hasilnya bisa menjadi peningkatan yang signifikan dalam penyakit seperti

Para pemimpin Kelompok negara Delapan (G8), mengadakan pertemuan di Skotlandia pada musim panas 2005, mengeluarkan sebuah komunike pada perubahan iklim, energi bersih, dan pembangunan berkelanjutan. Mereka menyatakan “perubahan iklim merupakan tantangan serius dan jangka panjang yang memiliki potensi untuk mempengaruhi setiap bagian dari dunia”. Mereka menyimpulkan bahwa bukti ilmiah sekarang menjamin suatu rasa urgensi baru. Bagian selanjutnya akan mempertimbangkan bagaimana kebijakan publik di seluruh dunia telah dan akan terus dipengaruhi oleh pengetahuan ilmiah kita.

Banyak perbedaan spesies kupu-kupu checkerspot ada. Yang satu ini ditemukan di bagian Wisconsin.

3.10 Strategi untuk Perubahan Perdebatan perubahan iklim telah bergeser dalam 15 tahun terakhir. Diskusi tidak lagi tentang “apakah ada masalah” melainkan tentang “apa harus kita lakukan?” Ada konsensus ilmiah yang berkembang bahwa pemanasan global sedang terjadi dan bahwa manusia adalah penyebabnya. Fokusnya telah beralih untuk memahami penyebab pemanasan dan cara memperlambat atau mencegah perubahan iklim yang diproyeksikan. Ada dua pertanyaan terkait. Yang dapat kita lakukan dan apa yang harus kita lakukan tentang kemungkinan perubahan iklim yang signifikan yang disebabkan oleh pemanasan global? Satu hal yang jelas: Mengingat hasil terbaru dari pemodelan iklim yang telah diperbarui, kita akan mulai melihat perubahan iklim bahkan lebih definitif dalam satu dekade atau lebih. Tapi bisakah kita hati-hati menunggu bahwa tindakan cepat panjang atau sangat penting? Apakah untuk bertindak dan cara bertindak tidak hanya masalah ilmiah. Apa yang menentukan respon kita merupakan campuran rumit ilmu pengetahuan, persepsi risiko, nilai-nilai sosial, politik, dan ekonomi.

Secara total emisi dan pada basis per kapita, Amerika Serikat tertinggi dalam emisi karbon. Rusia tertinggi dalam emisi berdasarkan output ekonomi. Oleh karena itu kedua negara memiliki mandat untuk membantu memimpin jalan dalam Secara total emisi dan pada basis per kapita, Amerika Serikat tertinggi dalam emisi karbon. Rusia tertinggi dalam emisi berdasarkan output ekonomi. Oleh karena itu kedua negara memiliki mandat untuk membantu memimpin jalan dalam

Strategi yang paling jelas untuk menangani pemanasan global akan mengurangi ketergantungan kita pada bahan bakar fosil. Tindakan tersebut akan menjadi sangat sulit dalam waktu dekat. Tidak hanya merupakan sumber energi ini sangat penting untuk perekonomian modern, tetapi juga memiliki implikasi bagi kebijakan energi internasional. Meskipun banyak sumber energi alternatif yang digunakan dan dalam pengembangan, realistis kita akan terus bergantung pada bahan bakar fosil dalam waktu dekat mendatang. Saat ini, lebih dari 85% dari kebutuhan energi dunia dipasok oleh bahan bakar fosil, sehingga sulit untuk mengembangkan kapasitas teknologi alternatif yang cukup dalam waktu dekat untuk mengurangi perubahan iklim. Distribusi sumber emisi di Amerika Serikat, ditunjukkan pada Gambar 3.24.

Gambar 3.23 Negara-negara yang merupakan produsen terbesar gas rumah kaca dari pembakaran bahan bakar fosil.

Catatan: Data belum termasuk emisi CO 2 yang dihasilkan dari perubahan penggunaan lahan dan deforestasi. Jika disertakan, jumlah mungkin akan meningkat signifikan untuk Brasil. Sumber: Dari “Di Rusia, Polusi adalah Baik untuk bisnis”. oleh Andrew E. Kramer, New York Times, 28 Desember2005. Copyright ©2005 The New York Times. Dicetak ulang dengan izin.

Untuk terus menggunakan bahan bakar fosil pada tingkat yang sama sampai kita kehabisan bukanlah pendekatan yang masuk akal sehat. Bahkan, itu sudah terlambat untuk ini menjadi pilihan yang layak. Kami melihat dalam Bab2 bahwa meskipun CFC tidak lagi ditambahkan ke atmosfer, maka akan bertahun-tahun sebelum konsentrasi mereka di stratosfer berkurang ke tingkat yang diinginkan

sebelumnya. Demikian pula, time lag yang signifikan terjadi dari produksi CO 2 , sampai akumulasi di atmosfer, dan untuk akhirnya CO 2 kembali ke dalam penyimpanan lingkungan. Jadi, menunggu sampai kita kehabisan bahan bakar fosil untuk mengambil tindakan tidak akan memecahkan masalah.

Beberapa advokat masih menunda tindakan mengenai pemanasan global, percaya bahwa studi lebih lanjut diperlukan. Mereka berpendapat bahwa ketidakpastian dalam kekuatan prediksi dan model iklim yang begitu besar bahwa uang dan usaha akan sia-sia sekarang untuk melakukan tindakan preventif atau bersifat memperbaiki. Laporan US National Research Council umumnya sepakat dengan penilaian manusia menyebabkan perubahan iklim yang disajikan dalam laporan tahun 2001 IPCC ilmiah, tetapi mengabaikan peringatan ini. “Karena ada ketidakpastian yang cukup besar dalam pemahaman saat bagaimana sistem iklim bervariasi secara alami dan bereaksi terhadap emisi gas rumah kaca dan aerosol, perkiraan saat besarnya pemanasan masa depan harus dianggap sebagai tentatif dan tunduk pada penyesuaian masa depan (baik ke atas atau ke bawah).”

Negara maju sering mengadopsi kebijakan yang bergantung pada “perbaikan teknologi “ untuk masalah. Meningkatkan efisiensi pembangkit bahan bakar fosil melalui teknologi batubara bersih merupakan salah satu pendekatan sukses. Daripada menghentikan atau memperlambat emisi gas rumah kaca, beberapa advokat menangkap dan mengisolasi gas setelah emisi mereka. Salah satu metode tersebut adalah penyerapan, yang secara harfiah berarti menjaga sesuatu yang

terpisah. Jika CO 2 benar diasingkan, tidak dapat mencapai troposfer dan berkontribusi pada pemanasan global. Namun, skala untuk eksekusi semua CO 2 yang dihasilkan dari pembangkit listrik berbahan bakar fosil cukup menakutkan, dan kemungkinan besar tidak dapat dicapai.

Gambar 3.24 AS emisi CO 2 dari bahan bakar fosil, berdasarkan sektor pengguna akhir 2004. Sumber: EIA, Emisi Gas Rumah Kaca di AS, 2004.

Pendekatan yang berhasil meliputi menghubungkan kemajuan teknologi, pembangunan ekonomi, dan kebutuhan lingkungan. Pada tahun 2005, proyek Departemen Energi AS (DOE) di Kansas berhasil menunjukkan kelayakan “banjir”

ladang minyak dengan limbah CO 2 yang dihasilkan dari fermentasi jagung untuk memproduksi etanol. CO 2 disuntikkan ke ladang minyak Hall Guerney di Kansas, yang memungkinkan pemulihan minyak yang lain mungkin tidak pernah diproduksi. Manfaat dari mengintegrasikan produksi etanol, meningkatkan perolehan minyak,

dan penyerapan CO 2 bisa menjadi model untuk jenis lain dari proyek. Bentuk lain penyerapan karbon yang diusulkan didasarkan pada menangkap CO 2 dari pembangkit listrik atau dihiangkan dari gas alam. CO 2 kemudian dapat dicairkan dan dipompa ke dalam laut. Jenis penyerapan ini telah dilaksanakan di lepas pantai Norwegia sejak tahun 1996 di bidang gas alam Sleipner. Di sini, CO 2 dipompa dengan ke dalaman lebih dari 100 m di bawah permukaan laut (Gambar 3.25). Proyek ini didorong oleh keprihatinan terhadap pemanasan global dan oleh insentif keuangan. Norwegia Statoil, perusahaan minyak negara, diproyeksikan untuk menghemat jutaan dolar dengan menggunakan penyerapan karbon. Perusahaan

membangun dolar $ 80.000.000 fasilitas di laut untuk memisahkan CO 2 dari gas alam karena dua alasan: pertama karena mereka tidak bisa menjual gas alam kepada pelanggan di Eropa tanpa menghilangkan terlebih dahulu karbon dioksida dari gas

alam tersebut, dan kedua karena eksekusi CO 2 menghindari “pajak karbon” kaku yang dikenakan oleh Norwegia. Pajak ini akan membebani Statoil sekitar $ 50 untuk setiap ton CO 2 yang diemisikan, sehingga menghemat sekitar $ 50 juta per tahun dalam bentuk pajak. Tempat suntikan sedang dipantau untuk kemungkinan efek seismik. Sebuah proyek serupa sedang dipertimbangkan oleh sebuah konsorsium yang melibatkan Exxon dan Perusahaan Minyak Negara Indonesia di lapangan gas lepas pantai di Laut Cina Selatan.

Laju peningkatan penyerapan karbon dapat berarti penanaman pohon sebagai wadah lingkungan yang menyerap CO 2 . Sebagai contoh, para ilmuwan dan relawan Inggris dan Malaysia menanam 120.000 pohon di bekas tebangan hutan hujan di Borneo Malaysia tahun 2003. Ini adalah percobaan terbesar yang pernah ada untuk mengeksplorasi bagaimana keragaman pohon dapat mempengaruhi, baik produksi kayu maupun penyimpanan karbon. Meskipun reboisasi, menyelamatkan pertumbuhan hutan-tua, dan perbaikan pengelolaan lahan yang baik bagi umat

manusia, mereka mungkin ternyata memiliki sedikit efek jangka panjang pada CO 2 di atmosfer. Hal ini karena banyak karbon yang terikat dalam hutan dan tanah bergerak kembali ke dalam sirkulasi pada 30-60 tahun, demikian menurut Dale Simbeck, Wakil Presiden Teknologi untuk firma konsultasi SFA Pasifik.

Gambar 3.25 Penyuntikan CO 2 di bawah lantai Laut Utara. Kabel hijau membawa listrik, pipa biru mengangkut CO 2 ke situs injeksi, dan merah “haltenpipe” mengangkut gas alam

dari platform Heidrun lepas pantai ke pabrik metanol onshore di Tjeldbergodden. Sumber: Gambar milik Statoil.

3.11 Melebihi Protokol Kyoto tentang Perubahan Iklim Lebih dari satu abad yang lalu Arrhenius pertama kali mengajukan bahwa emisi karbon dioksida bisa menumpuk di atmosfer dan menyebabkan pemanasan global. Dunia mungkin telah lambat dalam menanggapi, tetapi beberapa dekade

terakhir telah terlihat kemajuan yang cukup berarti. Meningkatnya konsentrasi CO 2 terdeteksi pada awal tahun 1960, dan data untuk konsentrasi gas rumah kaca lainnya telah dikumpulkan di tahun 1970-an. Terutama hanya ilmuwan atmosfer yang tahu tren ini sebelum pertengahan 1980-an, ketika lokakarya dan konferensi internasional membawa situasi menjadi perhatian badan PBB, khususnya Program Lingkungan PBB dan Organisasi Meteorologi Dunia (WMO). Pada tahun 1988, IPCC didirikan untuk mengumpulkan penelitian ilmiah yang tersedia mengenai perubahan iklim dan memberikan saran kepada pembuat kebijakan. Serangkaian konferensi internasional telah membawa kepada “Earth Summit” di Rio de Janeiro, Brasil, pada bulan Juni 1992. Lebih dari 160 negara, termasuk Amerika Serikat, mengadopsi Konvensi Kerangka Kerja Perubahan Iklim (FCCC) sebagai hasil dari pertemuan itu. Dokumen ini menyajikan bukti ilmiah bahwa suhu meningkat merupakan kepedulian global dan menyarankan cara-cara efektif untuk meresponnya.

Pada tahun 1997, hampir 10.000 peserta dari 161 negara berkumpul di Kyoto, Jepang. Mereka membuat tujuan untuk menstabilkan dan mengurangi konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer ke tingkat yang lebih bertanggung jawab terhadap lingkungan. Hasilnya adalah apa yang kemudian dikenal sebagai Protokol Kyoto pada Konvensi Kerangka Kerja, atau hanya Protokol Kyoto. Konvensi Kerangka membagi semua negara yang menandatangani menjadi tiga kelompok. Negara-negara Annex

I adalah negara industri. Negara-negara Annex II adalah negara-negara maju yang membayar biaya negara berkembang. Negara-negara berkembang tidak memiliki batasan langsung pada emisi dan berhak menerima uang dan teknologi dari negara- negara Annex II.

Target emisi yang mengikat didasarkan pada lima tahun rata-rata yang ditetapkan untuk 38 negara Annex I untuk mengurangi emisi enam gas rumah kaca mereka dari tingkat tahun 1990. Untuk mencapai tujuan ini, antara tahun 2008-2012 diharapkan dapat menurunkan emisi dari negara-negara industri secara keseluruhan sekitar 5%. Di bawah Protokol Kyoto, Amerika Serikat diharapkan untuk mengurangi emisi sampai 7% di bawah tingkat 1990, negara Uni Eropa (UE) 8%, dan Kanada dan Jepang 6%.

Tidak adanya target emisi yang mengikat yang dibuat untuk negara-negara berkembang, menjadi isu perdebatan dulu dan sekarang. Negara-negara maju diizinkan untuk menjual kredit emisi mereka untuk memenuhi target mereka. Artinya, negara-negara yang memiliki emisi yang lebih rendah daripada target mereka dapat menjual sejumlah residu ke negara-negara yang melebihi target mereka. Negara- negara maju juga dapat menerima kredit lebih lanjut untuk investasi dan proyek- proyek untuk membantu negara-negara berkembang mengurangi emisi gas rumah kaca mereka melalui teknologi yang lebih baik. Gas yang diatur termasuk karbon dioksida, metan, nitrous oxide, hidrofluorokarbon (HFC), perfluorokarbon (PFC), dan sulfur heksafluorida.

Untuk dapat berlaku, Protokol Kyoto harus diratifikasi oleh setidaknya 55 negara dan dengan sejumlah negara-negara Annex I untuk memperhitungkan 55% dari total CO 2 emisi mereka pada tahun 1990. Pada bulan Juni tahun 2003, 110 negara telah meratifikasi atau menerima protokol ini. Poin yang mengganjal adalah bahwa negara-negara Annex I meratifikasi hanya menyumbang 44,2% dari total emisi Annex I, bukannya 55%. Amerika Serikat dengan tegas menegaskan bahwa hal itu tidak akan meratifikasi protokol, itu diserahkan kepada Rusia untuk membawa protokol dapat berlaku. Uni Eropa mengumumkan pada pertengahan 2004 bahwa Federasi Rusia akan kembali masuk ke dalam Organisasi Perdagangan Dunia (WTO), merupakan langkah penting bagi pertumbuhan ekonomi Rusia. Negosiasi bergantung pada janji Rusia untuk mendukung kebijakan lingkungan dari Uni Eropa, khususnya setuju untuk meratifikasi Protokol Kyoto. “Rusia jelas memperdagangkan dukungan mereka untuk Kyoto dalam pertukaran untuk beberapa konsesi pada istilah masuk WTO”, kata Christopher Weafer, kepala strategi ekuitas dengan Alfa Bank di Moskow. Kedua rumah Parlemen Rusia meratifikasi Protokol Kyoto pada akhir 2004, dan protokol akhirnya mulai berlaku pada Februari 2005.

Tujuan menyeluruh dari Protokol Kyoto adalah untuk secara substansial mengurangi jumlah gas rumah kaca yang dilepaskan ke atmosfer. Namun, meskipun pengurangan target Uni Eropa sebesar 8% di bawah tingkat 1990, emisi per Desember 2005 adalah 6% di atas tingkat 1990. Ini menciptakan situasi di mana mekanisme “cap-and –trade” diperbolehkan. Rusia di posisi yang sangat baik untuk mengambil bagian dalam perdagangan tersebut, 1990 adalah tahun yang sangat penting bagi Rusia. Tahun itu adalah tahun terakhir pabrik-pabrik beroperasi dengan kapasitas penuh sebelum runtuhnya Uni Soviet. Sejak itu, emisi gas rumah kaca mereka telah menurun sekitar 43%, meninggalkan Rusia dengan emisi kredit untuk Tujuan menyeluruh dari Protokol Kyoto adalah untuk secara substansial mengurangi jumlah gas rumah kaca yang dilepaskan ke atmosfer. Namun, meskipun pengurangan target Uni Eropa sebesar 8% di bawah tingkat 1990, emisi per Desember 2005 adalah 6% di atas tingkat 1990. Ini menciptakan situasi di mana mekanisme “cap-and –trade” diperbolehkan. Rusia di posisi yang sangat baik untuk mengambil bagian dalam perdagangan tersebut, 1990 adalah tahun yang sangat penting bagi Rusia. Tahun itu adalah tahun terakhir pabrik-pabrik beroperasi dengan kapasitas penuh sebelum runtuhnya Uni Soviet. Sejak itu, emisi gas rumah kaca mereka telah menurun sekitar 43%, meninggalkan Rusia dengan emisi kredit untuk

Pada tahun 2007, Amerika Serikat telah terus memilih keluar dari Protokol Kyoto. Presiden George W. Bush tidak mendukung kesepakatan yang dicapai di Kyoto, menyebut mereka “cacat fatal”. Salah satu alasan adalah keyakinan bahwa memenuhi pengurangan yang diperlukan oleh protokol akan menyebabkan kerusakan serius pada perekonomian AS. Alasan lain untuk tidak meratifikasi protokol adalah kekhawatiran tentang tidak adanya pembatasan untuk negara-negara berkembang. Meskipun lebih dari 150 negara setuju pada akhir 2005 untuk membuat perundingan formal wajib pasca 2012 dalam pengurangan gas rumah kaca, Amerika Serikat hanya setuju untuk dialog yang tidak mengikat untuk menanggapi perubahan iklim. Perjanjian antara negara-negara Kyoto yang sekarang terdiri dari sebagian besar negara-negara paling berpengaruh di dunia, berkomitmen untuk bergerak maju, dengan atau tanpa keterlibatan aktif dari Amerika Serikat. Dengan penundaan panjang dalam ratifikasi dan implementasi Protokol Kyoto, target untuk 2012 kemungkinan besar tidak dapat dipenuhi tanpa pembatasan lebih lanjut.

Pemerintahan Bush sedang mengejar beberapa alternatif untuk berpartisipasi dalam Protokol Kyoto. Presiden Bush mengumumkan Global Change Climate Initiative pada tahun 2002. Proposal tersebut menetapkan sasaran emisi gas rumah kaca berdasarkan unit dari produk domestik bruto. Dari tahun 2002 sampai 2012, penurunan sebesar 18% diprediksi berdasarkan pada ukuran ini, yang dicapai dengan upaya yang benar-benar sukarela. Inisiatif ini dan amandemennya selanjutnya juga menyediakan peningkatan pendanaan untuk perubahan teknologi, seperti pengembangan ekonomi hidrogen.

Masing-masing negara telah mengambil masalah ke tangan mereka sendiri, percaya bahwa mengurangi emisi mereka sendiri bisa memiliki dampak yang signifikan terhadap emisi global. Salah satu contoh adalah Regional Greenhouse Gas Initiative (RGGI). Sepuluh negara bagian timur laut dan pertengahan Atlantik sekarang bekerja sama untuk mengembangkan program cap-and-trade untuk emisi gas rumah kaca (Gambar 3.26). Selain itu, Pennsylvania, Maryland, District of Columbia, dan Provinsi Kanada Timur adalah pengamat dalam proses. Fokus awal

adalah mengurangi emisi CO 2 dari pembangkit listrik, dengan tetap menjaga harga energi bagi konsumen. Pengembangan program-program yang berhasil dapat dijadikan model untuk implementasi di tempat lain.

Mengikuti memimpin Timur laut, tiga negara Barat-California, Oregon, dan Washington-bersatu untuk memerangi efek gas rumah kaca. Proposal di California adalah paling berani dan karena itu yang paling kontroversial. Mereka mencari tidak hanya untuk mengurangi emisi gas rumah kaca dari pembangkit listrik, tetapi juga merencanakan pengurangan dari mobil dan truk ringan. New York mengadopsi peraturan baru California yang ambisius untuk mengurangi emisi otomotif juga. Pengembangan sumber-sumber terbarukan, insentif pajak untuk tenaga surya dan angin, dan hukum mempromosikan produksi etanol adalah bagian dari strategi yang diperlukan. Pada akhir 2006, Perjanjian Perlindungan Iklim Walikota AS termasuk 227 kota berkomitmen untuk mengurangi emisi gas rumah kaca sampai 7% di bawah tingkat 1990 pada tahun 2012. Kota-kota termasuk beberapa yang terbesar di Timur

Laut, wilayah Great Lakes, dan Pantai Barat dan walikota mereka mewakili sekitar 44 juta orang Amerika.

Gambar 3.26 Negara-negara yang setuju untuk berpartisipasi dalam Regional Greenhouse Gas Initiative. Negara-negara peserta diperlihatkan dengan warna biru, sebuah negara pengamat ditunjukkan dengan warna oranye.

Negara-negara maju adalah penghasil emisi gas rumah kaca terbesar dan memiliki tanggung jawab sejarah untuk mengurangi emisi mereka. Namun, negara- negara berkembang diperkirakan menjadi produsen utama karbon dioksida dan gas rumah kaca lainnya dalam waktu yang tidak terlalu lama. Negara-negara maju memiliki emisi gas rumah kaca yang luar biasa, tetapi tingkat emisi gas rumah kaca negara-negara berkembang meningkat lebih cepat dibandingkan dengan negara- negara industri dan diperkirakan akan tumbuh lebih cepat di masa mendatang (Gambar 3.27).

Laju pertumbuhan emisi dari negara berkembang pesat Cina dan India diperkirakan 4,5% per tahun, jauh lebih tinggi dari laju pertumbuhan ekonomi yang negara yang sudah mapan. Selain itu, Protokol Kyoto tidak menutup emisi dari negara-negara berkembang.

Gambar 3.27 Jumlah emisi CO 2 di dunia untuk tahun 1995 (6460000000 ton) dan 2035 (diproyeksikan menjadi 11710000000 ton). Kontribusi dari negara maju akan ditampilkan dalam warna biru, negara berkembang warna kuning muda. Perhatikan bahwa bagian Asia jatuh ke setiap kategori. Singkatan FSU singkatan bekas Uni Soviet, sekarang disebut Federasi Rusia.

3.12 Pemanasan Global dan Penipisan Ozon Pemanasan global dan penipisan ozon keduanya melibatkan atmosfer, dan keduanya banyak diberitakan. Pembaca rekening koran mungkin dengan mudah dapat mencampur mereka. Kadang-kadang, penulis artikel itu sendiri bingung ! Kami ingin menghindari seperti campur-baur dan untuk alasan itu, akan menyimpulkan bab ini dengan kembali ke salah satu kesalahpahaman umum. Pertanyaan yang sering muncul adalah: Apakah penipisan lapisan ozon penyebab utama perubahan iklim? Mungkin ini tampaknya logis karena jika ozon stratosfir hancur, lebih banyak kemungkinan radiasi matahari yang bisa mencapai Bumi dan dan semakin menghangatkan bumi. Namun demikian, hal ini tidak terjadi. Bahkan, hilangnya ozon stratosfer menyebabkan efek negatif yang kecil, pendinginan Bumi. Ini kontras dengan efek meningkatkan ozon troposfer, menunjukkan efek positif yang lebih besar, meningkatkan suhu bumi. Efek negatif ini muncul dari penyerapan radiasi UV 3.12 Pemanasan Global dan Penipisan Ozon Pemanasan global dan penipisan ozon keduanya melibatkan atmosfer, dan keduanya banyak diberitakan. Pembaca rekening koran mungkin dengan mudah dapat mencampur mereka. Kadang-kadang, penulis artikel itu sendiri bingung ! Kami ingin menghindari seperti campur-baur dan untuk alasan itu, akan menyimpulkan bab ini dengan kembali ke salah satu kesalahpahaman umum. Pertanyaan yang sering muncul adalah: Apakah penipisan lapisan ozon penyebab utama perubahan iklim? Mungkin ini tampaknya logis karena jika ozon stratosfir hancur, lebih banyak kemungkinan radiasi matahari yang bisa mencapai Bumi dan dan semakin menghangatkan bumi. Namun demikian, hal ini tidak terjadi. Bahkan, hilangnya ozon stratosfer menyebabkan efek negatif yang kecil, pendinginan Bumi. Ini kontras dengan efek meningkatkan ozon troposfer, menunjukkan efek positif yang lebih besar, meningkatkan suhu bumi. Efek negatif ini muncul dari penyerapan radiasi UV

Gambar 3.28 Forcing Radiatif perubahan iklim dari perubahan gas atmosfer (1750-2000). Sumber: Penilaian Ilmiah Penipisan Ozon: 2002; Organisasi Meteorologi Dunia (WMO), United Nations Environmental Programme (UNEP).

Meskipun ozon di stratosfer berkontribusi sedikit terhadap pemanasan global, namun isu-isu penipisan lapisan ozon dan pemanasan global memang saling terkait. Kegiatan manusia telah menyebabkan akumulasi di atmosfer beberapa gas rumah kaca yang berumur panjang. Daftar ini mencakup ozon dan banyak CFC yang telah bertanggung jawab atas penipisan ozon stratosfer. Bahkan termasuk beberapa senyawa yang digunakan untuk menggantikan CFC, seperti HFC. Kami mengakhiri bab ini dengan meringkas dalam Tabel 3.6 beberapa perbedaan penting antara pemanasan global dan perusakan ozon stratosfer. Tabulasi seperti mengundang terlalu menyederhanakan, tetapi dapat menjadi ringkasan yang bermanfaat dari beberapa aspek penting dari kedua masalah lingkungan dan tanggapan kepada mereka oleh Amerika Serikat dan masyarakat internasional. Selanjutnya Pertimbangkan Kegiatan ini memberikan kesempatan untuk mengekspresikan pendapat Anda tentang informasi signifikansi relatif mereka.

Kesimpulan Apakah pemanasan dunia kita membawa kepada efek iklim yang tidak diinginkan? Untuk menilai dan membalikkan efek seperti itu, banyak akan tergantung pada kualitas informasi yang dikumpulkan dan bagaimana ia digunakan untuk membuat keputusan ekonomi dan lingkungan yang sehat. Perkembangan teknologi untuk mengeksploitasi sumber daya energi BBM telah menjadi pedang bermata dua, sisatu sisi untuk perbaikan dramatis dalam hidup kita dan sisi lain sebagai masalah seluruh generasi baru. Selama abad ke-20, suasana yang eksistensi kita bergantung menjadi sasaran serangan berulang. Fakta bahwa sebagian besar penghinaan lingkungan yang tidak disengaja dan, dalam beberapa kasus, konsekuensi tak terduga kemajuan sosial tidak mengubah masalah yang kita hadapi. Kami hanya relatif baru-baru mengakui bahaya bahwa polusi udara, penipisan ozon stratosfir, dan pemanasan global dapat membawa kepada masyarakat pribadi, regional, nasional, dan global. Untuk membalikkan kerusakan sudah dilakukan dan untuk mencegah lebih banyak, semua masyarakat ini harus merespon dengan kecerdasan, kasih sayang, komitmen, dan kebijaksanaan. Banyak saran untuk perubahan akan berkontribusi untuk pengelolaan suara, bijaksana, dan bertanggung jawab dari planet kita.

Tema sentral untuk banyak isu yang dieksplorasi dalam Kimia Kontektual adalah produksi listrik. Dalam sebuah komentar editorial di Science (4 April 2003), Editor emeritus Philip Abelson mengingatkan kita akan pentingnya melihat gambaran yang lebih besar dan waktu lebih lama dari ketergantungan kita pada bahan bakar fosil.

“Amerika Serikat banyak memiliki sumber daya batubara yang sekarang menyediakan energi selama lebih dari setengah dari kebutuhan listrik Amerika. Energi nuklir melengkapi 20% energi lain, Pada prinsipnya, kebutuhan masa depan AS untuk bahan bakar cair dan listrik dapat dipenuhi. Namun,... efek rumah kaca akan menyebabkan tambahan masalah masa depan untuk penggunaan batu bara. Konstruksi dan pengujian tanaman pembangkit listrik baru tidak dapat dicapai dengan cepat”.

Kami akan kembali ke tema energi dalam bab berikutnya, berjudul “Energi, Kimia, dan Masyarakat”. Energi nuklir akan dibahas dalam Bab 7, dan sumber energi alternatif seperti sel bahan bakar dan tenaga surya yang dieksplorasi dalam Bab 8. Banyak tantangan yang berhubungan dengan energi dan ketidakpastian yang dihadapi masyarakat modern kita yang menakutkan. Namun semua itu adalah upah dari kemodernan kita.