Atmosfer Ilmu Kebumian.

Atmosfer
Ilmu Kebumian.

Atmosfer seringkali dihubungkan dengan isu yang sangat marak tahun-tahun belakangan ini, apalagi kalau bukan Global Warming. Seperti penipisan lubang ozon yang berada di atmosfer, meningkatnya suhu atmosfer karena konsentrasi gas rumah kaca yang makin meningkat, dan bla bla bla. Tetapi masih banyak diantara kita yang masih belum mengerti bahkan belum tahu apa itu atmosfer. Makhluk atau benda seperti apa sich atmosfer ini?@#%^*#0.

1. Atmosfer

Gambar 1 Atmosfer Dilihat Dari Luar Angkasa

(Sumber : C. Donald Ahrens – Essentials of Meteorology)

Oke, postingan kali ini akan membahas secara singkat mengenai apa itu atmosfer. Atmosfer diibaratkan sebagai sebuah selimut udara yang melindungi bumi kita yang rentan ini. Berbagai gas bersemayam di atmosfer kita ini, seperti nitrogen, oksigen, argon, dan satu yang paling terkenal saat ini yaitu karbondioksida. Yang jika digabung keempat gas tersebut hampir meliputi 100 persen dari volume udara kering.
Udara kering :Secara kasarnya udara kering diartikan sebagai udara tanpa kehadiran uap air atau H2O.

Tabel 1 Komposisi Gas Utama Dalam Udara Kering

(Sumber : Bayong, 2004)
Gas Volume (%) Massa (%)
Nitrogen (N2) 78,088 75,527
Oksigen (O2) 20,949 23,143
Argon (Ar) 0,930 1,282
Karbon dioksida (CO2) 0,030 0,045
Total 99,997 99,997

Tabel 2 Komposisi Gas Yang Ada Dalam Atmosfer

(Sumber : C. Donald Ahrens – Essentials of Meteorology)

2. Komposisi

Tabel 2 diatas menunjukkan berbagai gas yang ada di dalam atmosfer secara keseluruhan (100 %), dan biasa disebut sebagai udara atmosfer yang merupakan campuran dari udara kering dan uap air. Dari tabel 1 dan tabel 2 dapat dilihat bahwa gas yang sangat dominan di atmosfer ini adalah gas Nitrogen. Gas ini tidak secara langsung bergabung dengan unsur lain, tetapi pada hakikatnya unsur ini adalah penting karena Nitrogen merupakan bagian dari senyawa organik. Gas ini di permukaan secara alami mengalami kesetimbangan dari proses output dan input yang seimbang. Untuk proses output-nya atau keluarannya, Nitrogen banyak lepas dari atmosfer akibat proses biological yang melibatkan bakteri tanah. Sedangkan proses inputnya banyak disebabkan oleh proses pembusukan baik dari tanaman maupun hewan, serta bisa juga akibat letusan gunung api.

Yang kedua terbanyak adalah gas Oksigen (O2). Gas ini begitu familiar bagi telinga kita. Seperti kita ketahui bahwa gas ini banyak dihasilkan oleh proses fotosintesis yang dilakukan tumbuhan, sedangkan pengambilan gas ini di atmosfer banyak dilakukan oleh kita para manusia untuk bernafas, selain makhluk hidup yang lain juga. Selain itu proses peluruhan bahan organik juga ikut lepasnya oksigen dari atmosfer. Tapi tenang saja kok, banyaknya oksigen yang diambil sama dengan yang dihasilkan alias konstan. Oksigen di atmosfer juga dapat bereaksi juga dengan unsur lain dimana prosesnya disebut dengan oksidasi, dengan besi yang berkarat sebagai contohnya.

Gas yang ketiga terbesar adalah Argon. Seperti kita pernah pelajari di SMU, gas Argon termasuk ke dalam gas mulia (masuk dalam golongan VIIIA) dan sangat sulit untuk bergabung dengan unsur lainnya. Kumpulan gas mulia lain yang ada di atmosfer antara lain adalah Neon (Ne), Xenon (Xe), dan Krypton (Kr).
Jadi inget pas SMU dulu, disuruh ngapalin gas – gas yang termasuk dalam gas mulia. Waktu itu gurunya (Bu Lina) ngasih kata-kata kayak gini biar mudah diapalinnya :Heboh Negara Argentina Karena Xenatnya Runtuh

Gas Konfigurasi Elektron

2He : Helium : 1s2

10Ne : Neon : 1s2 2s2 2p6

18Ar : Argon : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

36Kr : Krypton : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6

54Xe : Xenon : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6

86Rn : Radon : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 4f14 5d10 6s2 6p6

Dari daftar penghuni golongan VIIIA alias gas mulia ini dapat terlihat hanya gas Radon yang tidak ikut nimbrung dalam kancah per-gasan yang ada di atmosfer. Radon sendiri seperti kita ketahui mempunyai sifat radioaktif.

Dari konfigurasi elektron diatas dapat terlihat mengapa gas-gas yang ada di golongan ini sulit bergabung dengan unsur lain, hal ini disebabkan oleh stabilnya konfigurasi elektron gas-gas ini, oleh karena itu pula konfigurasi elektron terluarnya (konfigurasi duplet dan konfigurasi oktet) dijadikan dasar Teori Ikatan Kimia.

Boleh dibilang keberadaan gas-gas mulia ini di atmosfer ini kurang mempunyai peranan penting dalam atmosfer, akan tetapi setiap gas mulia tersebut mempunyai kegunaan dalam kehidupan sehari-hari, seperti :

He : Gas ini gas yang paling ringan, sehingga seringkali digunakan sebagai bahan bakar balon udara. Berguna sekali pada penelitian lapisan udara atas menggunakan Radiosonde.

Ne : Biasa digunakan pada lampu iklan dan lampu flouresen

Ar : Pengisi bola lampu, tabung flouresen, dan tabung fotografi.

Kr : Untuk lampu fotografi (memberikan warna jingga dan hijau yang terang)

Xe : Pengisi bola lampu, tabung flouresen, dan tabung lasser

Rn : Sumber sinar radioaktif pada pengobatan kanker

Beralih ke gas yang paling banyak dibincangkan saat ini yaitu karbon dioksida alias CO2. Gas ini merupakan penyebab dari efek rumah kaca (greenhouse) transparan terhadap radiasi gelombang pendek dan menyerap radiasi gelombang panjang. Dalam artian efek rumah kaca banyak disebabkan oleh tertahannya radiasi inframerah yang dipancarkan oleh bumi, sehingga radiasi ini tidak dapat dilepaskan ke luar angkasa, sehingga CO2 yang melebihi ambang batas akan membuat gas ini berperan sebagai rumah kaca yang akan menaikkan suhu atmosfer yang pada gilirannya akan menyebabkan global warming.
Radiasi dapat diartikan sebagai suatu bentuk energi yang dipancarkan oleh setiap benda yang mempunyai suhu di atas nol mutlak dan merupakan satu-satunya bentuk energi yang dapat menjalar di dalam vakum angkasa luar (Susilo Prawirowardoyo, 1996).Radiasi bumi sendiri banyak berkisar pada daerah panjang gelombang inframerah yaitu antara 4 mikrometer sampai 120 mikrometer dengan puncaknya 10 mikrometer. Sumber radiasi bumi sendiri berasal dari pemanasan permukaan bumi oleh penyerapan radiasi matahari.

Radiasi matahari sendiri biasa disebut radiasi gelombang pendek karena hampir seluruh (99%) energi radiasi matahari berada di daerah gelombang pendek, yaitu antara 0,15 mikrometer dan 4 mikrometer.

Sehingga dapat dibayangkan jika radiasi matahari yang masuk ke permukaan bumi sangat leluasa, dalam artian proses pencegatannya menuju permukaan bumi sangat kurang akibat kurangnya proses absorpsi atau penyerapan di atmosfer yang terjadi akibat “bolongnya” ozon yang banyak berfungsi menyerap radiasi gelombang pendek matahari pada daerah panjang gelombang ultraviolet di bawah 0,29 mikrometer, maka permukaan bumi akan mengalami pemanasan yang berlebih. Nah, ketika bumi memancarkan radiasi yang diterimanya, maka CO2 akan banyak mencegatnya akibat dari makin meningkatnya gas ini di atmosfer.

Efek rumah kaca sendiri hanya sebuah perumpamaan. Istilah ini banyak digunakan untuk mempercepat proses pertumbuhan tanaman. Tanaman yang disimpan dalam sebuah rumah yang dikelilingi oleh kaca-kaca yang berfungsi agar panas yang ada dalam rumah tersebut tetap “terkungkung” di dalamnya, dan tidak banyak keluar dari rumah tersebut.

Sekarang kita beralih ke ozon yang walau konsentrasinya di atmosfer sedikit tapi mempunyai peranan yang sangat penting. Ozon merupakan gas yang molekulnya terdiri dari tiga atom oksigen (O3). Kebanyakan gas ini terdapat pada lapisan stratosfer, dengan ketinggian spesifiknya berada pada ketinggian antara 15 – 35 km. Ozon berasal dari terbelahnya molekul oksigen di bawah pengaruh radiasi matahari ultraviolet menjadi atom oksigen. Atom oksigen hasil belahan ini masing-masing kemudian bertumbukan dan bergabung dengan molekul oksigen lain membentuk ozon (Susilo Prawirowardoyo, 1996).
O2 + radiasi ultraviolet à O + OO + O2 + M à O3 + M

M adalah molekul ketiga, biasanya N2 atau O2

Meskipun pembelahan molekul oksigen biasanya terjadi dalam lapisan antara 80 – 100 km, pembentukan ozon berlangsung dalam lapisan di bawahnya, yaitu antara 30 dan 60 km. Ini disebabkan oleh kerapatan atmosfer yang sangat rendah antara 80 – 100 km, tidak mendukung terjadinya tumbukan antara O dan O2, sedangkan tumbukan ini merupakan proses yang diperlukan bagi pembentukan ozon (Susilo Prawirowardoyo, 1996).

Ozon sendiri tidaklah stabil karena dapat terpecah di bawah pengaruh radiasi atau pada tumbukan dengan atom oksigen (O).
O3 + Radiasi à O + O2O3 + O à O + O2

Pola distribusi ozon di dalam atmosfer ditentukan oleh mekanisme sirkulasi yang mengangkut ozon ke ketinggian yang peluang untuk terpecahnya lebih kecil. Ketinggian atau daerah semacam itu terdapat dalam lapisan stratosfer pada ketinggian antara 15 – 35 km di atas permukaan bumi. Daerah ini disebut ozonosfer (Susilo Prawirowardoyo, 1996).

Nah, seperti disebutkan sebelumnya bahwa ozon mempunyai peranan penting dalam menyerap radiasi ultraviolet yang dipancarkan radiasi matahari, sehingga kita sebagai makhluk hidup masih dalam taraf aman dalam menerima radiasi ultraviolet (tapi jangan lama-lama berjemur juga, karena jika terlalu lama dapat membakar kulit dan bahkan menimbulkan kanker kulit). Lalu bagaimana dengan isu adanya penipisan lubang ozon ?.

Yups itu benar, berdasarkan penelitian di Kutub Selatan terlihat bahwa sudah terjadi penipisan lubang ozon. Hal itu terlihat dalam foto satelit yang secara jelas menunjukkannya. Penipisan lubang ozon ini sendiri menurut para ahli dikarenakan kebiasaan kita menggunakan barang-barang yang salah satu senyawanya dapat membuat ozon kita terurai. Senyawa yang terkenal itu adalah klorofluorokarbon atau biasa disingkat CFC atau lebih terkenal lagi dengan sebutan Freon. Senyawa ini banyak terdapat pada mesin pendingin dan di dalam tabung aerosol. Contohnya adalah hairspray, deodorant, kulkas, dll (walaupun sekarang ini sudah jarang kita temui penggunaan senyawa ini pada barang-barang tersebut).

Bagaimana caranya ozon dapat terurai di atmosfer?, secara singkatnya adalah CFC yang masuk ke lapisan ozon akan teguh berada di sana karena sifatnya yang ngeyel, susah dibilangin (hehehe .. becanda), sorry yang bener adalah sifatnya yang stabil, tidak terurai, dan cukup kuat bertahan lama. Lalu kok bisa dia mengikat salah satu atom oksigen dalam ozon?, hal itu dikarenakan jika CFC ini kena radiasi ultraviolet yang banyak mengenai lapisan ozon, maka si klorin akan berkhianat karena panas kali ya (hehehe ..). Dengan lepasnya klorin ini maka si klorin membujuk salah satu atom oksigen yang ada dalam gas ozon untuk “jadian” dengannya. Maka komitmen yang dibangun selama ini lepas, O2 alias si oksigen kembali ke status awalnya yaitu berdiri sendiri. Oke serius lagi ni, maka setelah lepasnya kongsi antar atom oksigen ini dipastikan ozon ini bakalan nggak ada. Alhasil lapisan ozon pun rusak, karena sebagian udah berubah bentuk menjadi atom oksigen biasa.

Oke, sekian dulu pembahasan mengenai atmosfernya, postingan berikutnya saya akan membahas mengenai struktur vertikal atmosfer.
Sekilas Info :Atmosfer berasal dari kata Yunani, yaitu atmos yang berarti uap dan sphaira yang berarti bulatan. Jadi boleh diartikan sebagai lapisan gas yang menyelubungi bumi (Bayong, 2004).

Daftar Pustaka

v Ahrens, C. Donald., Essentials of Meteorology – An Invitation to the Atmosphere 3rd Edition.

v Prawirowardoyo, Susilo. (1996), Meteorologi, Penerbit ITB : Bandung

v Tjasyono, Bayong HK. (2004), Klimatologi, Penerbit ITB : Bandung