MELINDUNGI LAPISAN OZON

BAB 2 MELINDUNGI LAPISAN OZON

Dalam bab sebelumnya sedikit dijelaskan menganai ozon, bagaiman senyawa ini terbentuk dan mengapa ozon dapat disebut sebagai polutan udara. Dalam bab ini kita akan mempelajari lebih detail tentang ozon, antara lain:

1. alasan mengapa kita harus melindungi lapisan ozon,

2. Apakah ozon berbahaya bagi kesehatan manusia?

3. mengapa lapisan ozon semakin lama semakin menipis, dan terjadi di benuua antartika?

4. Apa yang kita lakukan untuk menghentikan penurunan lapisan ozon?

2.1 Ozon : Apa dan dimana senyawa ini berada? Ozon adalah gas atmosfer yang ditemukan di trofosfer dan stratosfer. Jika kamu pernah berada di dekat busi kendaraan yang sedang di uji apakah busi tersebut nyala dengan baik atau tidak, atau berada di dalam badai dengan banyak halintar, maka kemungkinan akan mencium bau ozon. bau ozon khas dan susah untuk digambarkan. ozon berasal dari kata Yunani yang berarti “mencium”.

Ozon merupakan bentuk allotropic dari atom O. Alotropik adalah 2 atau lebih bentuk unsur yang sama yang berbeda struktur kimianya dan sifatnya. Contoh alotropik yang lain adalah grafik, berlian, dan fullerene. Oksigen merupakan senyawa yang tidak berbau, pada tekanan udara 1 atm, oksigen akan terkondensasi dari gas yang tidak berwarna menjadi cairan berwarna biru muda pada suhu -183⁰C. sedangkan ozon merupakan senyawa yang memiliki bau, dan sifat fisik berubah dari gas menjadi larutan berwarna biru kegelapan pada - 112⁰C. karena ozon lebih reaktif dibandingkan dengan oksigen, ozon sering pada pemurnian air minum, atau pemutih pada industry kertas atau pabrik.

Ozon adalah oksigen yang berubah dari normal molekul diatomic menjadi triatomik, reaksi kimia yang sederhana sebagai berikut:

Oksigen harus menyerap energy untuk membentuk ozon karena reaksi pembentukan ozon dari oksigen adalah endotermik. Penyerapan energi inilah yang menjadi jawaban kenapa ozon terbentuk ketika oksigen terkena percikan listrik atau percikan api busi motor atau petir.

Gambar 2.1 Konsentrasi ozon pada variasi ketinggian

Pada Bab 1 kita telah mempelajari ozon yang ada di troposfer yang meningkat akibat polusi dan konsentrasi maksimal dibatasi dengan adanya baku mutu kualitas udara. Pada lapisan stratosfer, konsetrasi ozon meningkat dan berfungsi sebagai penyaring sinar ultraviolet dari sinar matahari. konsentrasi ozon (90%) berada di lapisan stratosfer, sehingga istilah lapisan ozon adalah daerah di stratosfer yang memiliki konsentrasi maksimum. Gambar 2.1 menunjukkan konsentrasi ozon maksimum berada pada lapisan stratosfer. Pada ketinggian dimana konsentrasi ozon maksimum, apabila seluruh ozon dikumpulkan dan kondisinya disesuaikan dengan tekanan dan temperature di permukaan bumi ( 1 atm dan 15⁰C) akan memiliki ketebalan hanya kurang dari 0,5 cm atau 0,25 inch. Untuk ukuran global, lapisan ini sangat tipis mengingat fungsinya yang sangat penting dalam melindungi bumi dari sinar ultraviolet.

Informasi yang dapat dipercaya mengenai konsentrasi ozon di atmosfer dapat membantu kita memahami perubahan yang mungkin terjadi. Jumlah total ozon pada kolom udara yang diketahui volumenya dapat ditentukan dengan relatif mudah. Penentuan ini dapat dilakukan dari permukaan Bumi dengan mengukur jumlah radiasi UV yang mencapai detektor, semakin rendah intensitas radiasi, semakin besar jumlah ozon di kolom. G.M.B Dobson, seorang ilmuwan dari Universitas Oxford, merintis metode pengukuran ini . Pada tahun 1920, ia menemukan instrumen pertama yang secara kuantitatif mengukur konsentrasi ozon di kolom atmosfer bumi. Oleh karena itu, satuan pengukuran denga metode ini menggunakan namanya. Satu Dobson Unit (DU) setara dengan 3× 10 16 molekul ozon dalam kolom atmosfer dengan luas area 1

cm 2 .

Para ilmuwan terus mengukur dan mengevaluasi konsentrasi ozon dengan menggunakan pengamatan dari permukaan bumi, balon cuaca, dan pesawat terbang. Namun, sejak tahun 1970-an , pengukuran total konsentrasi ozon juga telah dilakukan melalui bagian atas atmosfer . Detektor yang ada di satelit merekam intensitas radiasi ultraviolet yang dipancarkan di atmosfer yang lebih tinggi.

Proses di mana ozon melindungi kita dari radiasi matahari yang berbahaya melibatkan interaksi antara materi dan energi matahari. Proses ini membutuhkan pengetahuan tentang topik dasar, yaitu pemahaman tentang materi itu sendiri dan interaksi antara materi dengan energy.

2.2 Struktur atom dan Periodik Setiap atom memiliki inti yaitu bagian yang sangat kecil yang tersusun dari proton dan neutron. Proton merupakan partikel yang bermuatan positif dan neutron tidak memilik muatan. Baik proton maupun neutron memiliki massa yang sama. Selaian memiliki inti atom, atom juga memiliki elektron, yaitu partikel yang bermuatan negative dan jumlah sama dengan proton. Elektron memiliki massa yang lebih ringan dibanding proton dan neutron. Ringkasan mengenai proton, neutron dan elektron dapat dilihat pada Tabel 2.1

Masing – masing unsur memiliki jumlah proton yang khas. Istilah yang digunakan untuk membedakan tiap-tiap unsur adalah nomor atom yaitu jumlah proton yang ada di dalam masing-masing unsur. Massa atom adalah jumlah antara proton dan neutron

Mass number (A) Di dalam tabel periodic

unsur, atom disusun berdasarkan

nomor

8 atom. Susunan unsur

Atomic number (Z)

dalam table periodic

menujukkan kemiripan sifat kimia dari masing-masing unsur dalam 1 kolom (golongan). Karena jumlah proton merepresentasikan jumlah elektron dalam atom netral dan kemiripan sifat suatu atom didasarkan pada jumlah elektron terluar dari inti atom, maka penggolongan unsur dalam 1 golongan didasarkan jumlah elektron terluar. Elektron terluar merupakan elektron yang jaraknya jauh dari inti dan sehingga tarikan elektron terhadap inti atom kecil. Elektron terluar ini sering juga disebut sebagai elektron valensi.

Pada Tabel 2.2 terlihat bahwa golongan 1A menujukkan bahwa elektron terluar yang dimiliki oleh atom ada 1 elektron. Lithium memiliki jumlah elektron 3, maka jumlah elektron terluarnya adalah 1 yang berasal dari jumlah elektron Li dikurangi dengan jumlah elektron gas mulia pada periode sebelumnya, yaitu Helium (He) yang memiliki jumlah elektron 2.

Selain eletron dan neutron yang digunakan untuk mengidentifikasi atom, neutron juga digunakan untuk mengidetinfikasi atom. Sebagai contoh atom Hidrogen yang memiliki

1 elektron, 1 proton dan tidak memiliki neutron, atom hydrogen juga memiliki 1 elektron, 1 proton tapi 1 neutron. Atom hydrogen yang memiliki 1 neutron disebut juga deuterium. Sedangkan tritium merupakan atom hydrogen yang memiliki 2 neutron. Atom yang memiliki jumlah proton sama tetapi memiliki jumlah neutron dan jumlah massa yang berbeda disebut isotop. Oleh karena itu, isotop selalu dibedakan dari nomor massa nya.

2.3 Molekul dan Model Molekul merupakan gabungan dari 2 atau lebih atom yang berikatan kimia dalam susunan tertentu dan memiliki muatan netral. Dalam hal ini kita akan mengkaji tentang ikatan kovolen, yaitu sejenis ikatan kimia yang dikarakterisasikan oleh pasangan elektron yang saling terbagi (kongsi elektron) di antara atom-atom yang berikatan.

Sebagai contoh adalah molekul H 2 , yang terdiri dari 1 ikatan kovalen. Jika masing-masing atom H dengan 1 eletron digambarkan dengan dot, maka

Kedua atom digabungkan akan menghasilkan

Gambaran sebuah atom atau molekul yang menunjukkan electron terluar disebut Struktur Lewis. Berdasarkan contoh molekul H 2 , bagaimana struktur dari H 2 O? Pertimbangkan struktur H dan O

H Langkah yang harus dilakukan adalah:

1. Hitung jumlah semua electron valensi satu atom O x 6 elektron per atom (electron valensi)

dua atom H x 1 elektron per atom (electron valen) = 2

8 elektron valensi

2. Susun electron berpasangan. Distribusikan pasangan electron yang diperlukan untuk menghubungkan masing-masing atom. Distribusikan pasangan electron sisanya sehingga aturan octet berlaku. Aturan octet adalah aturan dimana electron di setiap atom dalam molekul memiliki jumlah 8 elektron (kecuali hydrogen yang hanya

2 elektron).

atau

Dari uraian diatas dapat disebutkan bahwa ikatan tunggal adalah penggunaan bersama sepasangan electron. Penggunaan bersama 2 pasang electron disebut ikatan rangkap 2, sedangkan penggunaan bersama 3 pasang electron disebut ikatan rangkap 3.

Bagaimana dengan struktur molekul ozon? Mari cek lagi dengan aturan octet. Masing-masing atom O memiliki 6 elektron valensi, sehingga total electron valensi ada 18. Susunan electron pada molekul ozon bisa 2 macam yaitu :

Struktur a dan b menujukkan bahwa molekul ozon memiliki 1 ikatan tunggal dan

2 ikatan rangkap. Pada struktur a terlihat bahwa ikatan rangkap berada pada sisi sebelah kiri dari atom tengah, sedangkan struktur b menujukkan ikatan rangkap berada pada sisi sebelah kanan atom tengah. Kedua struktur ini secara ekperimen menujukkan bahwa ikatan rangkap identik antara struktur a dan struktur b, sehingga struktur a dan b merupakan bentuk resonansi, yaitu struktur Lewis yang menggambarkan kondisi hipotetik susunan electron dalam suatu molekul. Sehingga bentuk resonansi dari ozon sebagai berikut:

2.4 Gelombang Cahaya Setelah kita mempelajari ozon, maka selanjutnya kita akan mempelajari energy sinar matahari. Interaksi sinar matahari dengan materi penting dalam beberapa proses kehidupan, misalnya adalah proses fotosintesa. Setiap detik, 5 juta ton materi yang berasal dari matahari diubah menjadi energy dan dipancarkan ke luar angkasa. Fakta bahwa mata kita hanya bisa mengeidentifikasi perubahan warna merupakan bukti bahwa energy matahari yang di emisikan bukanlah identik sama. Prisma dan tetesan air hujan mendispersi energy matahari menjadi spectrum warna. Masing- masing warna merupakan nilai yang dapat diukur yaitu panjang gelombang (wavelength). Panjang gelombang adalah jarak antara 2 puncak dan disimbolkan dengan lambda (λ). Gelombang juga bisa ditentukan oleh frekuensi, jumlah panjang gelombang yang melewati titik tertentu dalam 1 detik. Frekuensi disimbolkan dengan nu (ν).

Gambar 2.2 Perbedaan 2 gelombang

Hubungan antara panjang gelombang dengan frekuensi sebagai berikut:

dimana c adalah kecepatan cahaya (3,00 x 10 8 m/s).

Persamaan diatas menunjukkan bahwa frekuensi berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Jika frekuensi tinggi, maka panjang gelombang akan kecil, dan begitu juga sebaliknya. Satuan panjang gelombang adalah nanometer atau 10 -9 meter, dan frekuensi adalah Hz (1/s).

Peneliti telah menemukan detector untuk mendeteksi bermacam-macam panjang gelombang, bahkan yang tidak bisa terdeteksi oleh mata manusia. Rentang panjang gelombang yang luas disebut sebagai spectrum electromagnetik, yaitu rentang panjang gelombang mulai dari panjang gelombang pendek dan energy tinggi (sinar X dan sinar gamma) ke panjang gelombang panjang dan energy rendah (gelombang radio). Energy radian adalah istilah yang digunakan untuk Peneliti telah menemukan detector untuk mendeteksi bermacam-macam panjang gelombang, bahkan yang tidak bisa terdeteksi oleh mata manusia. Rentang panjang gelombang yang luas disebut sebagai spectrum electromagnetik, yaitu rentang panjang gelombang mulai dari panjang gelombang pendek dan energy tinggi (sinar X dan sinar gamma) ke panjang gelombang panjang dan energy rendah (gelombang radio). Energy radian adalah istilah yang digunakan untuk

Gambar 2.3 Spektrum Elektromagnetik

Sinar matahari mengemisikan energy radian tetapi tidak dalam intensitas yang sama. Gambar 2.4 menunjukkan bahwa intensitas terbesar yang diemisikan oleh siar matahari adalah energy pada panjang gelombang tampak. Sebanyak 53% energy dari sinar matahari adalah radiasi infrared. Energy inilah yang merupakan sumber panas untuk palnet bumi. Sebanyak 39% energy yang diemisikan adalah sebagai sinar tampak dan hanya 8 % yang sebagai sinar ultraviolet. Meskipun memiliki persentase yang paling kecil, sinar UV memiliki potensial kerusakan terhadap mahkluk hidup paling besar.

Gambar 2.4 Distribusi panjang gelombang dari radiasi sinar matahari

2.5 Radiasi dan materi Pada awal-awal abad 20, peneliti menemukan beberapa fenomena bahwa distribusi energy tidak benar-benar kontinu, tetapi terdiri dari beberapa paket energy atau yang disebut terkuantifikasi. Gambaran sederhan mengenai kuantifikasi energy adalah energy seperti tangga dimana terdapat sejumlah anak tangga, tidak seperti jalan pada lereng jalan. Albert Einsten (1879-1955) mengusulkan bahwa energy dilihat sebagai paket-paket energy yang berdiri sendiri yang disebut foton. Foton merupakan partikel cahaya, tetapi tidak seperti definisi partikel pada umumnya yang 2.5 Radiasi dan materi Pada awal-awal abad 20, peneliti menemukan beberapa fenomena bahwa distribusi energy tidak benar-benar kontinu, tetapi terdiri dari beberapa paket energy atau yang disebut terkuantifikasi. Gambaran sederhan mengenai kuantifikasi energy adalah energy seperti tangga dimana terdapat sejumlah anak tangga, tidak seperti jalan pada lereng jalan. Albert Einsten (1879-1955) mengusulkan bahwa energy dilihat sebagai paket-paket energy yang berdiri sendiri yang disebut foton. Foton merupakan partikel cahaya, tetapi tidak seperti definisi partikel pada umumnya yang

( )=ℎ Dimana

= Sehingga

Energi (E) menggambarkan energy untuk satu foton. Symbol h merupakan konstanta Planck (h = 6.63 x 10 -34 J . s) . Persamaan diatas menunjukkan bahwa semakin tinggi energy untuk satu foton, semakin pendek panjang gelombangnya, dan begitu pula sebaliknya. Sinar UV memiliki panjang gelombang yang lebih pendek dari cahaya tampak, sehingga sinar UV memiliki energy yang lebih besar cahaya tampak. Sinar UV cukup energy untuk mengakibatkan peningkatan konsentrasi pigmen kulit, melanin. Produksi melamin oleh sinar UV melibatkan lompatan kuantum, yaitu transisi elektronik yang memerlukan energy tinggi.

Gambar 2.5 radiasi UV dapat memcah sebagian ikatan kimia

Matahari memborbardir bumi dengan foton dengan jumlah yang tidak bisa dihitung. Atmosfer, permukaan planet bumi dan mahkluk hidup di bumi menyerap semua foton yang dipancarkan oleh sinar matahari. Radiasi dari sinar infra merah menghangatkan bumi dan lautan yang menyebabkan molekul beggerak, berotasi dan bervibrasi. Sel retina pada mata kita sensitive terhadap sinar pada panjang gelombang cahaya tampak, sehingga kita bisa melihat ketika ada cahaya tampak yang mengenai mata. Sedangkan tanaman yang memiliki kloropil menggunakan foton pada panjang gelombang yang panjang di daerah cahaya tampak untuk

mengubah CO 2 dan air menjadi makanan, bahan bakar, dan oksigen melalui proses yang disebut fotosintesa. Telah kita pelajari bahwa energy dengan panjang gelombang pendek memiliki energy yang tinggi. Foton pada daerah UV memiliki cukup energy untuk mengeluarkan electron pada molekul netral, dan mengubah menjadi molekul yang bermuatan postif. Bahkan foton dengan panjang gelombang yang lebih pendek pada daerah UV mampu memutuskan ikatan kimia pada suatu molekul. Jika foton ini mengenai mahkluk hidup maka dapat mengakibatkan gangguan pada sel dan mengakibatkan kemungkinan gangguan secara genetic dan kanker. Interaksi sinar UV dengan molekul dapat dilihat pada Gambar 2.5. sekarang kita kembali dalam pembahasan kenapa ozon dapat digunakan sebagai pelindung bumi terhadap bahaya sinar ultraviolet.

2.6 Lapisan Ozon-Oksigen Radiasi sinar UV dari sinar matahari yang mememasuki atmosfer bumi akan dikurangi oleh oksigen dan ozon di stratosfer. Perbedaan panjang gelombang UV dan energy mempengaruhi seberapa banyak sinar UV yang sampai ke bumi dan seberapa besar kerusakan yang diakibatkan. Table 2.4 menujukkan karakteristik sinar UV dari sinar matahari.

Telah kita pelajari di Bab 1 bahwa kurang lebih 21% atomosfer terdiri dari oksigen, molekuk diatomic O 2 . Molekul ini mampu menyerap sinar UV karena memiliki energy yang sama untuk digunakan memutus ikatan pada molekul O 2 . Foton yang sesuai akan mengeksitasikan electron pada ikatan kovalen menuji tingkat energy yang lebih tinggi yang menyebabkan atom dalam molekul dapat terpisah. Energy yang sesuai untuk memutuskan ikatan kovalen pada oksigen hanya energy dengan panjang gelombang 242 nm atau yang lebih kecil. Panjang gelombang ini dapat ditemukan pada daerah UV-C.

Tabel 2.4 Jenis dan Karakteristik radiasi UV Radiasi

Rentang Panjang Energy relative Keterangan Gelombang UV-A

320-400 nm

Energy

yang Dampak kerusakan paling kecil dari sedikit

ketika

ketiga

jenis mencapai

permukaan bumi UV-B

radiasi UV

280-320 nm

Energy

lebih Lebih merusak besar dari UV-A dibandingkan tapi lebih kecil dari dengan UV-A, tapi UV-C

lebih kurang merusak

jika dibandingkan denga

UV-C, kebanyakan diabsorb oleh ozon di stratosfer

UV-C 200-280 nm Memiliki energy Paling merusak dari yang paling besar ketiga jenis radiasi dari ketiga jenis sinar UV, tetapi radiasi UV

tidak menjadi masalah

karena semua UV-C di absorb

oleh oksigen dan ozon di stratosfer.

Jika hanya O 2 yang berperan sebagai penyerap sinar UV di atmosfer, maka mahkluk hidup di permukaan bumi akan terpapar radiasi sinar UV pada rentang panjang gelombang 242-320 nm. disinilah peran penting dari O 3 dalam menyerap sinar UV. Molekul O3 lebih mudah dipecah dari pada molekuk O 2 , karena molekul O 2 memiliki satu ikatan rangkap 2, sedangkan molekul O 3 memiliki 1 ikatan tunggal dan

2 ikatan rangkap 2. Inilah yang mengakibatkan energi yang digunakan untuk memecah O 3 lebih rendah dari O2 karena O 3 memiliki 1 ikatan tunggal, sehingga foton dengan energi yang lebih rendah dan sesuai dapat memecah ikatan O 3 . Energi yang sesuai untuk memecah ikatan O 3 adalah energi dengan panjang gelombang 320 nm atau yang lebih kecil.

Reaksi pemecahan O 2 dan O 3 merupakan bagian alami dari siklus reaksi yang terjadi di stratosfer. Setiap hari 3 x 10 8 ton O 3 di stratosfer terbentuk dan terdisosiasi. Tidak ada materi baru yang terbentuk selama siklus reaksi ini. Proses pembentukan dan disosiasi O3 pada stratosfer merupakan salah satu contoh dari bentuk ajeg (stady state), yaitu kondisi dimana system dinamis berjalan seimbang sehingga tiada ada perubahan konsentrasi dari spesies utama yang terlibat dalam reaksi. Siklus reaksi pada ozon juga disebut sebagai siklus Chapman, reaksi yang terjadi sebagai berikut:

Gambar 2.6 Siklus Chapman

Waktu tinggal molekul ozon di stratosfer sangat dipengaruhi oleh ketinggian, mulai dari kisaran hari sampai tahunan. Pada pusat lapisan ozon, yaitu lapisan dimana menghasilkan konsetrasi maksimum pada ketinggian tertentu di atmosfer,

molekul O 3 dapat tinggal hingga beberapa bulan seblum terdisosiasi menjadi O 2 dan O. Pada subbab selanjutnya kita akan mempelajari apa yang terjadi ketika ada sesuatu yang menggangu stady state dari siklus Chapman, yang berakibat pada rusaknya lapisan ozon di stratosfer. Apa yang terjadi jika sinar UV yang berbahaya dapat mengakibatkan dampak yang merusak pada mahkluk hidup di permukaan bumi.

2.7. Efek Radiasi Sinar UV terhadap Biologi Konsekuensi radiasi UV terhadap tumbuhan dan binatang tergantung pada 2 faktor utama, yaitu energi yang diterima dari radiasi sinar UV dan sensitivitas organisme terhadap radiasi UV. Kita telah pelajari bahwa foton dengan energi tinggi dapat mengakibatkan eksitasi electron dan memecah ikatan kimia dalam molekul biologi, mengubah susunan kimia di dalam molekul biologi dan mengubah sifatnya. Untungnya, radiasi sinar matahari dengan panjang gelombang < 320 nm diserap oleh

O 3 di stratosfer, karena radiasi pada daerah ini memiliki dampak merusak terhadap mahkluk hidup. Seperti terlihat pada gambar 2.7 yang menunjukkan pengaruh sensitivitas biologi terhadap panjang gelombang. Sensitivitas biologi berdasarkan hasil eksperimen dimana asam deoksikabonukleat (DNA) mengalami kerusakan pada berbagai macam variasi panjang gelombang. Sensitivitas biologi pada 320 nm kurang lebih 1 x 10 -5 , sedangkan pada saat 280 nm memiliki sensitivitas biologi 1 x

10 0 . Hal ini berarti bahwa pada panjang gelombang 280 nm memiliki dampak merusak lebih besar 100.000 kali dari pada saat panjang gelombang 320 nm. seperti yang sudah kita pelajari, hal ini terjadi karena pada panjang gelombang 280 nm memiliki energi foton yang lebih besar dari foton dengan panjang gelombang 320 nm.

Gambar 2.7 Variasi Sensitivitas DNA Makhluk Hidup Terhadap Paparan Sinar UV

Bukti-bukti menunjukan bahwa konsentrasi ozon di stratofer menurun signifikan 20-30 tahun terakhir ini. Meskipun penurunan konsentrasi ozon terjadi di tempat yang berbeda-beda, organisme masa sekarang mengalami intensitas paparan sinar UV lebih besar jika dibandingkan dengan masa lalu. Ilmuwan telah membuat prediksi secara matematika tentang persen penurunan konsentrasi ozon di stratosfer akan mengakibatkan dampak terhadap buruk terhadap organism 2 kalinya. Sebagai contoh, penurunan konsentrasi ozon di stratosfer sebanyak 6% berarti meningkatkan Bukti-bukti menunjukan bahwa konsentrasi ozon di stratofer menurun signifikan 20-30 tahun terakhir ini. Meskipun penurunan konsentrasi ozon terjadi di tempat yang berbeda-beda, organisme masa sekarang mengalami intensitas paparan sinar UV lebih besar jika dibandingkan dengan masa lalu. Ilmuwan telah membuat prediksi secara matematika tentang persen penurunan konsentrasi ozon di stratosfer akan mengakibatkan dampak terhadap buruk terhadap organism 2 kalinya. Sebagai contoh, penurunan konsentrasi ozon di stratosfer sebanyak 6% berarti meningkatkan

Gambar 2.8 Peningkatan peyakit kanker kulit melanoma di Amerika Serikat

Penggunaan tabir surya merupakan salah cara untuk mengurangi resiko terkena penyakit kanker kulit. Produk tertentu mampu menyerap sinar UV-B sampai batas tertentu dan sinar UV-A. Akademi Dermatologi Amerika menyarankan penggunaan pelindung tabir surya dengan factor perlindungan Kulit (a Skin Protection Factor/SPF) 15 sampai 30. Karena adanya kemungkinan kerusakan akibat dari paparan sinar UV, Badan Iklim Nasional Amerika Serikat mengeluarkan prakiraan Indeks Ultraviolet yang terjadi di seluruh nasional di media cetak, media elektronik dan web. Nilai Indeks UV berkisar dari 0 sampai 15 dan berdasarkan pada berapa lama kulit mengalami kerusakan ditunjukkan pada Tabel 2.5. Tabel 2.5 Indeks Ultraviolet

Kategori Indeks

Keterangan

paparan Low

<2 Gunakan kacamata saat cuaca cerah. Pada musim dingin, pantulan sinar UV oleg salju dapat meningkatkan kekuatan sinar UV hampir 2 kali lipat. Jika tepapar sinar UV, gunakan tabir surya dengan SPF 15+

Moderate 3-5 Hati-hati, jika ingin pergi keluar gunakan tabir surya dengan SPF 15+. Berteduh dibawah naungan saat matahari terik.

High 6-7 Perlu perlindungan terhadap sinar matahari. Kurang aktivitas di luar ruangan yang mengakibatkan terkena paparan sinar matahari antara pukul 10 –

16. Gunakan topi dan kacamata, dan tabir surya dengan SPF 15+

Very High 8-10 Perlu lebih hati-hati. Kulit yang tidak dilindungi akan mengakibatkan kulit terbakar. Kurang aktivitas di Very High 8-10 Perlu lebih hati-hati. Kulit yang tidak dilindungi akan mengakibatkan kulit terbakar. Kurang aktivitas di

Extreme >11 Perlu lebih hati-hati. Pengunjung pantai seharusnya tahu bahwa pasir putih pantai dan barang yang lain dengan permukaan cerah akan memantulkasinar UV dan meningkatkan paparan sinar UV. Kulit yang tidak dilindungi akan mengakibatkan kulit terbakar. Kurang aktivitas di luar ruangan yang mengakibatkan terkena paparan sinar matahari antara pukul 10 – 16. Mencari tempat berteduh, mengenakan topi dan kacamata, dan tabir surya 15+

Dampak sinar UV tidak hanya mengakibatkan kerusakan pada kulit, tapi juga mengakibatkan kerusakan mata yaitu kerusakan retina dan katarak akibat paparan sinar UV-B. hasil perhitungan menunjukkan bahwa penurunan lapisan ozon hingga 10% mengakibatkan 2 juta penderita baru mengalami katarak.

Selain manusia yang terkena dampak dari paparan sinar UV, organisme laut juga terkena dampak dari sinar UV seperti mengambangnya telur ikan, larva ikan, ikan muda, dan larva udang. Selain itu juga mengakibatkan kerusakan DNA pada telur ikan. Paparan sinar UV-B juga mempengaruhi pergerakan fitoplanton di air sehingga proses fotosintesis juga tepengaruh.

2.8 Kerusakan Ozon di Stratosfer: Observasi Global dan penyebabnya Konsentransi ozon secara alami di stratosfer tidaklah seragam di seluruh belahan bumi. Namun rata-rata konsentrasi ozon akan meningkat ketika mendekati kutub. Konsentrasi ozon juga bervariasi sesuai musim, konsentrasi maksimum (di belahan bumi bagian utara) di bulan maret dan minimum di bulan oktober (dan sebaliknya di bumi belahan selatan). Selain itu radiasi sinar UV dari matahari berubah setiap 11-12 tahun sekali karena aktivitas bintik matahari. Konsetrasi ozon di stratosfer juga dipengaruhi oleh angin.

Gambar 2.9 menunjukkan bahwa penurunan drastis konsentrasi ozon di benua artartika (1979 – 2006). Area dengan konsetrasi ozon kurang dari 220 DU disebut sebagai luang ozon. Terlihat bahwa di benua antartika sejak tahun 1979 sudah terjadi lubang ozon dan mencapai puncaknya pada tahun 1994 dengan konsentrasi ozon hanya 88 DU.

Sumber utama kerusakan ozon di alam merupakan rangkaian reaksi yang melibatkan uap air dan produk degradasinya. Uap air di stratosfer ketika dikenai foton menghasilkan radikal bebas hydrogen dan hidrosida. Radikal bebas adalah spesies kimia yang sangat reaktif dengan satu atau lebih electron yang tidak berpasangan. Electron yang tidak berpasangan dinotoasikan dengan dot. Senyawa radikal yang

dihasilkan kemudian bereaksi dengan senyawa lain, dalam hal ini O 3 dan menghasilkan O 2 . Mekanisme ini terjadi pada ketinggian 50 km dari permukaan bumi.

Gambar 2.9 Konsentrasi Ozon di Benua Antartica

O 3 + H•  O 2 + •OH O 3 + •OH  2O 2 + H• Nitrogen monoksida (NO) atau biasa dikenal dengan oksida nitrat juga bertanggung jawab dalam kerusakan ozon di atmosfer. Nitrogen monoksida merupakan senyawa yang secara alami terbentuk. Dinitrogen oksida di alam dihasilkan oleh mikroorganisme. Reaksi yang terjadi sebagai berikut:

N 2 O + O  2NO Selain berasal dari aktivitas mikroorganisme, NO juga bisa dihasilkan dari aktivitas manusia, reaksi yang terjadi adalah:

2.9 Chlorofluorocarbon (CFC): Sifat, Penggunaan, dan Interaksi dengan Ozon. Chlorofluorocarbon (CFC) merupakan senyawa yang terdiri dari unsur klorin, fluorin, dan karbon. Senyawa ini tidak terjadi secara alami tetapi disintesis oleh manusia. Senyawa CFC yang sering digunakan adalah Freon-11 dan Freon-12, secara umum berturut-turut dikenal dengan CFC-11 dan CFC-12.

CFC disintesis karena sebagai pengganti pendingin yang sebelum sudah di ada dan bersifat toksik yaitu SO 2 dan NH 3 . CFC disintesis karena sifatnya stabil, tidak beracun, tidak mudah terbakar, memiliki titik didih yang rendah dan murah. Selain digunakan sebagai pendingin, CFC banyak digunakan sebagai pelarut untuk chips computer, pendorong dalam tabung penyemprot aerosol, Stryrofom, pelarut minyak dan lemak, penyeteril alat-alat bedah.

CFC yang dilepaskan ke atmosfer akan bereaksi dengan UV-C di stratosfer menghasilkan radikal klorin. Reaksi yang terjadi pada CFC-12

Radikal klorin yang terbentuk akibat pemecahan CFC-12 akan bereaksi dengan ozon menghasilkan oksigen dan klorin monoksida

Klorin monoksida bergabung membentuk ClOOCl

ClOOCl yang terbentuk terdekomposisi menjadi radikal klorin, reaksi yang terjadi

Dari urutan reaksi yang terjadi diatas, terlihat bahwa 2 radikal klorin yang bereaksi dengan ozon akan dihasilkan kembali setelah reaksi berakhir, sehingga radikal klorin disebut katalis yaitu zat kimia yang terlibat dalam reaksi kimia dan mempengaruhi kecepatan reaksi tanpa mengalami perubahan yang tetap. Radikal

klorin yang terbentuk akan menghancurkan kurang lebih 100.000 molekul O 3 dan mempengaruhi kesetimbangan siklus Chapman seperti yang disajikan pada Gambar

2.10 dimana konsentrasi klorin di stratosfer akan mengakibatkan penuruan ozon.

Radikal klorin di stratosfer akan terbawa oleh angin menuju ketinggian yang lebih rendah dimana banyak senyawa lain yang dapat bereaksi dengan radikal klorin membentuk senyawa yang aman untuk ozon, misal HCl dan ClONO 2 . Sumber klorin di atmosfer disebabkan beberapa aktivitas baik aktivitas manusia maupun alam. Kenaikan klorin di atmosfer 75-85% akibat dari aktivitas manusia seperti penggunaan CFCs, bahan roket dari pesat ruang angkasa. Sebanyak 15-20% berasal dari methyl klorida yang kebanyak akibat pembakaran biomasa dan sumber alami. Sebanyak 2 % berasal dari letusan gunung berapi meningkatkan jumlah HCl yang dapat diubah menjadi radikal klorin. Meskipun hanya sedikit gunung berapi yang memiliki cukup energi untuk melemparkan material hingga ke startosfer.

Gambar 2.10 Hubungan Antara Konsentrasi Ozon dan Klorin di Stratosfer

2.10 Lubang Ozon di Antartika Fenomena menarik dari lubang ozon adalah dimana lubang ozon terjadi di daerah kutub. Hal ini berkaitan dengan fakta bahwa stratosfer yang lebih rendah di atas kutub selatan adalah titik yang paling dingin di bumi. Selama musim dingin di antartika (Juni – September), angin kutub yang yang berputar dengan kuat terjadi di daerah tengah hingga bagian bawah atmosfer. Angin ini mencegah angin yang lebih hangat masuk daerah dingin. Temperature menjadi di bawah 90⁰C. Pada kondisi ini

uap air membeku dan membentuk awan stratosferik yang tipis yang disebut awan stratosferik kutub (polar stratosferik clouds/PSCs). Awan ini juga mengandung ion sulfat dan tetesan atau kristal asam nitrat. Reaksi kimia yang terjadi di permukaan partikel awan mengubah senyawa yang tidak berbahaya bagi ozon menjadi senyawa

yang lebih reaktif, seperti ClONO 2 dan HCl menjadi HOCl dan Cl 2 . Ketika sinar matahari muncul pada akhir bulan September atau pertengahan bulan oktober, sinar matahari memecah HOCl dan Cl 2 menjadi atom-atom klorin. Kerusakan ozon yang dikatalis oleh atom-atom ini berkontribusi terhadap hilangnya ozon. Pada musim panas, sinar matahari menghangatkan atmosfer, sehingga Kristal- kristal es tervaporasi yang berarti menghentikan reaksi pada PSCs. Udara dari lintang yang lebih rendah berhembus menuju ke area kutub, mengisi ozon yang sudah hilang.

2.11 Tanggapan Masalah Global Penurunan ozon pertama kali dilaporkan pada tahun 1974 dimana produksi CFCs saat mencapai hampir satu juta tons. Pada tahun 1978, penggunaan CFCs untuk bahan penyemprot dilarang di Amerika utara, dan melarang CFCs sebagai agen pengembang untuk plastic pada 1990. Pada tahun 1985, sejumlah pemerintah Negara berpartisipasi dalam Konvensi Wina mengenai Perlindungan Lapisan Ozon. Kesepakatan yang disepakati pada Konvensi Wina adalah masing-maing Negara sepakat untuk melindung lapisan ozon dan melakukan penelitian untuk memahami proses di atmofer lebih dalam. Dan puncaknya pada tahun 1987 dengan ditanda tanganinya Protokol Montreal tentang Senyawa-Senyawa Yang Menurunkan Lapisan Ozon.

Gambar 2.11 Produksi Dunia CFCs Tahun 1950 - 2002

"Ada beberapa hal yang benar-benar tak terbantahkan...: bahwa gas rumah kaca terus meningkat, bahwa mereka meningkat karena aktivitas manusia, bahwa planet ini sebenarnya semakin panas, dan bahwa beberapa bagian dari pemanasan ini disebabkan oleh gas rumah kaca." Gavin Schmidt, Ilmuwan Iklim, Goddard Institute for Space Studies