Komposisi Atmosfer Bumi : Pembahasan Komprehensif

Atmosfer Bumi adalah sebuah lapisan tipis, terdiri dari gas yang didominasi oleh nitrogen (N2) dan oksigen (O2), gas-gas lain dalam jumlah sedikit seperti uap air (H2O) dan karbondioksida (CO2). Disanalah, di atmosfer, bersemayam air fase liquid dalam bentuk awan dan kristal es. Warna biru tipis yang terlihat sepanjang horison adalah representasi dari lapisan atmosfer dengan kandungan gas yang cukup tebal dibandingkan wilayah di atasnya. Meskipun atmosfer kita memiliki ketebalan hingga ratusan kilometer ke atas, namun 99 persen molekul udaranya berkumpul pada ketinggian kurang dari 30 km (kira-kira 19 mil) dari permukaan Bumi. Selimut udara tipis ini secara langsung melindungi permukaan bumi dan kehidupan di atasnya dari sinar ultraviolet berbahaya yang dipancarkan oleh matahari, sekaligus melindungi Bumi dari serangan dan hantaman benda-benda luar angkasa seperti meteor. Sesungguhnya tidak ada definisi yang pasti tentang berapa ketinggian atmosfer, yang jelas, semakin ke atas atmosfer menjadi semakin tipis dan semakin tipis lagi, hingga kita menjumpai ruang kosong (hampa udara) di luar angkasa.

Komposisi Atmosfer Bumi di Dekat Permukaan Bumi
       1.      Permanent Gas
a.    Nitrogen                - simbol N2     - volume udara kering 78,8%
b.    Oksigen                  - simbol O2     - volume udara kering 20,95%
c.     Argon                     - simbol Ar     - volume udara kering 0,93%
d.    Neon                      - simbol Ne     - volume udara kering 0,0018%
e.    Helium                   - simbol He     - volume udara kering 0,0005%
f.      Hidrogen               - simbol H2     - volume udara kering 0,00006%
g.    Xenon                     - simbol Xe     - volume udara kering 0,000009%
        2.      Variable Gas
a.    Uap Air                     - simbol H2O   - volume 0-4%
b.    Karbondioksida    - simbol CO2   - volume 0,037%                   - 368 ppm
c.     Metana                    - simbol CH4   - volume 0,00017%              - 1,7 ppm
d.    Nitrous Dioksida  - simbol N2O   - volume 0,00003%              - 0,3 ppm
e.    Ozon                        - simbol O3     - volume 0,000004%             - 0,04 ppm*
f.      Aerosol (debu)    -           ---         - volume 0,000001%              - 0,01-0,15 ppm
g.    CFC                          -           ---         - volume 0,00000002%         - 0,0002 ppm
Keterangan : *Pada stratosfer (ketinggian 11 km-50 km, komposisi ozon dapat mencapai 5-12 ppm.

            Data di atas menunjukkan variasi gas-gas dalam volume udara yang ada di dekat permukaan Bumi. Menjadi catatan bahwa nitrogen (N2) mendominasi dengan 78% dan oksigen (O2) dengan 21% dari total volume gas. Andaikata semua gas lain dihilangkan, maka keberadaan nitrogen dan oksigen akan kontsan sampai ketinggian 80 km (50 mil). Di permukaan Bumi, terjadi keseimbangan antara kehilangan (output) dan produksi (input) dari semua gas-gas tersebut. Sebagai contoh, nitrogen akan berkurang dari atmosfer akibat proses-proses biologi oleh bakteri yang ada di tanah. Dan nitrogen kembali ke atmosfer akibat adanya proses peluruhan yang terjadi pada sisa-sisa tanaman dan hewan yang telah mati. Oksigen, disisi lain akan hilang dari atmosfer akibat proses peluruhan bahan organik, dan ketika oksigen bergabung dengan unsur lain akan membentuk molekul oksida. Oksigen juga berkurang dari atmosfer akibat adanya proses pernafasan pada makhluk hidup, dimana setelahnya akan menghasilkan karbondioksida. Penambahan oksigen di atmosfer dihasilkan dari kombinasi kehadiran cahaya, karbondioksida, dan air selama proses fotosintesis pada tumbuhan yang menghasilkan karbohidrat dan oksigen.
            Konsentrasi uap air sangat bervariasi dari satu tempat ke tempat lain, dari waktu ke waktu. Dekat permukaan dengan kondisi hangat, lembab, di daerah tropis, uap air dapat mencapai lebih dari 4% total gas. Di daerah lebih dingin seperti Arctik, konsentrasi uap air bisa sama sekali tidak ada. Molekul uap air merupakan molekul gas yang tidak dapat dilihat. Molekul uap air akan nampak apabila berubah menjadi ukuran yang lebih besar atau partikel padat seperti awan hujan dan kristal es. Perubahan uap air menjadi cairan disebut sebagai peristiwa kondensasi. Sedangkan proses perubahan air dalam bentuk cair menjadi uap air disebut sebagai peristiwa evaporasi. Pada atmosfer bagian bawah, air ada dimana-mana. Air merupakan satu-satunya materi di alam yang dapat dijumpai dalam bentuk gas, cairan dan padatan dalam kondisi temperatur dan tekanan normal di permukaan Bumi.
            Uap air merupakan komponen gas yang sangat penting di atmosfer. Bukan hanya molekul yang dapat berperan sebagai partikel padatan, tumbuh dan jatuh ke Bumi sebagai hasil presipitasi, namun uap air juga melepas panas dalam jumlah besar yang disebut panas laten (latent heat) ketika berubah dari uap menjadi cairan atau es. Panas laten adalah sumber energi atmosfer yang penting, khususnya untuk badai (storm) seperti badai petir (thunderstorm) dan hurrican. Selebihnya, uap air berpotensi menjadi gas rumah kaca (greenhouse gas) karena kemampuannya meyerap energi radian yang keluar dari Bumi (seperti sebuah kaca pada greenhouse yang dapat mencegah panas di dalamnya keluar dan bercampur dengan udara di luar). Uap air juga memililki peran yang signifikan dalam menyeimbangkan energi panas di Bumi.
            Karbondiokdida (CO2) adalah salah satu komponen alami di atmosfer, konsentrasinya hanya sedikit di atmosfer, kira-kira 0,037%. Karbondioksida masuk ke dalam atmosfer utamanya dihasilkan dari peluruhan vegetasi, selain itu juga dihasilkan dari erupsi gunung api, sisa pernafasan makhluk hidup, pembakaran bahan bakar fosil (seperti batubara, minyak bumi, dan gas alam), dan penggundulan hutan (deforestation). Karbondioksida berkurang dari atmosfer ketika proses fotosintesis terjadi dimana tanaman membutuhkan karbondioksida untuk menghasilkan oksigen dan karbohidrat. Karbondioksida diserap oleh tumbuhan dari akar, batang dan daun. Samudera juga merupakan bagian dari penyimpan karbondioksida terbesar dimana fitoplankton hidup di atas permukaan laut dan merubah karbondioksida menjadi bagian dari jaringan tubuhnya. Karbondioksida juga terlarut di dalam air laut, bercampur dengan air laut hingga bagian yang paling dalam. Diperkirakan, jumlah karbondioksida di laut mencapai 50 kali dari total karbondioksida yang ada di atmosfer.
            Konsentrasi karbondioksida di atmosfer mengalami peningkatan sebesar 15% sejak tahun 1958, pertama kali diukur di Observatorium Mauna Loa, Hawai. Peningkatan tersebut mengindikasikan bahwa jumlah karbondioksida yang muncul ke atmosfer jauh lebih banyak dari jumlah karbondioksida yang meninggalkan atmosfer. Peningkatan tersebut bisa jadi disebabkan karena adanya pembakaran bahan bakar fosil yang terus bertambah sepanjang tahun, penggundulan hutan juga menjadi penyebab siklus kerbondioksida menjadi terganggu, pembakaran dahan dan ranting juga menambah jumlah karbondioksida di atmosfer,  pengukuran karbondioksida juga dilakukan dengan mengambil sampel es dalam bentuk core. Di Greenland dan Antartika, gelembung-gelembung kecil udara terperangkap sepanjang lapisan es bahkan sebelum dimulainya revolusi industri. Level karbondioksida yang terukur kira-kira 280 part per million (ppm). Sejak tahun 1800-an, jumlah karbondioksida bertambah lebih dari 25% di atmosfer. Pertambahan karbondioksida kurang lebih 0,4% setiap tahunnya (1,5 ppm/tahun). Para peniliti saat ini memperkirakan bahwa karbondioksida akan mengalami kenaikan yang signifikan dari nilai saat ini sekitar 368 ppm akan menjadi 500 ppm menjelang akhir abad ini.
            Karbondioksida juga merupakan salah satu gas rumah kaca yang penting, karena, seperti uap air, karbondioksida dapat menyerap dan menyimpan energi radiasi Bumi. Konsekuensinya, bila semua yang ada di Bumi sama, namun jumlah karbondioksida bertambah, maka rata-rata suhu udara di dekat permukaan Bumi akan meningkat. Banyak percobaan telah dilakukan dengan model matematika, dihasilkan prediksi kondisi atmosfer masa depan dengan estimasi peningkatan karbondioksida (dan gas rumah kaca lainnya), maka akan terjadi pemanasan global (global warming) dengan pertambahan suhu antara 1oC hingga 3,5oC hingga tahun 2100. Pemanasan global akan menyebabkan banyak konsekuensi lainnya, seperti peningkatan presipitasi pada beberapa wilayah dan atau penurunan presipitasi di wilayah lainnya yang dapat menyebabkan perpindahan jalur badai menjadi tidak normal seperti biasanya.
Komposisi Atmosfer Bumi : Pembahasan Komprehensif
Pengukuran konsentrasi karbondioksida di Observatorium Mauna Loa, Hawaii. Pengukuran menjadi bernilai tinggi ketika musim dingin dimana tanaman mati dan melepaskan karbondioksida ke udara, pengukuran menjadi rendah ketika musim panas berlangsung dimana tanaman berkembang dengan baik dan mengonsumsi karbondioksida dalam jumlah melimpah (C.D.Ahrens)
            Gas rumah kaca (greenhouse gas) bukan hanya karbondioksida dan uap air, tetapi juga gas lain seperti metana (CH4), nitrous oxide (N2O), dan chlorofluorocarbons (CFCs). Jumlah metana telah mengalami peningkatan sejak akhir abad ini, peningkatannya mencapai 0,5-1% setiap tahunnya. Metana paling banyak dihasilkan oleh hancur/busuknya tumbuhan yang telah mati akibat aktivitas bakteri, tanah dengan kandungan oksigen yang rendah, dan reaksi biokimia di perut sapi. Tetapi sebenarnya, penyebab meningkatnya gas metana ini secara cepat dan signifikan selama dekade ini, sedang dipelajari lebih lanjut oleh para ilmuan. Nitrous oxide juga mengalami peningkatan sebanyak 0,25% setiap tahunnya. Gas ini dihasilkan di dalam tanah oleh reaksi kimia bakteri dan mikroba yang ada di dalam tanah. Sinar ultraviolet sebenarnya mampu untuk menghancurkan gas tersebut bila gas nitrous dioxide terpapar.
            Chlorofluorocarbon (CFC) merupakan salah satu gas rumah kaca yang hingga saat ini juga mengalami peningkatan konsentrasi. Masa modernisasi saat ini, CFC banyak dipakai sebagai propelan pada kaleng-kaleng spray. Selain itu CFC juga dipakai untuk refrigerator dan solven untuk membersihkan mikrosirkuit elektronik. Meskipun jumlahnya sangat kecil di atmosfer, namun gas ini cukup berperan dalam menaikkan temperatur global dan gas ini juga menjadi penyebab hancurnya lapisan ozon di stratosfer.
            Ozon (O3) di permukaan akan membentuk photochemical smog yang akan mengiritasi bila terkena mata atau tenggorokan dan dapat menghancurkan vegetasi. Tetapi mayoritas ozon berada pada atmosfer bagian atas, lebih dari 97%, di lapisan stratosfer, dimana ozon terbentuk secara alami, kombinasi dari molekul-molekul oksigen. Dibandingkan gas lainnya, mungkin konsentrasi ozon relatif kecil, hanya 0,002% dari total gas. Namun, meskipun kecil, konsentrasi ozon ini sangatlah penting, karena berperan sebagai pelindung tumbuhan, hewan, dan manusia dari sengatan sinar ultraviolet. Ironi, meskipun ozon dapat menghancurkan tanaman bila keberadaannya sebagai polutan di dekat permukaan bumi, namun bila ia terletak jauh di atas permukaan bumi, ia berfungsi sangat penting sebagai pelindung makhluk hidup untuk bisa bertahan dari sinar UV. Ketika CFC mencapai lapisan stratosfer, gas ini akan dihancurkan oleh sinar ultraviolet dan menghasilkan klorin. Klorin inilah yang pada akhirnya dapat menghancurkan molekul ozon di stratosfer. Karenanya, sekarang kita bisa menjumpai adanya kerusakan lapisan ozon di kutub selatan maupun kutub utara.
            Pengotor atmosfer, baik yang berasal dari manusia maupun dihasilkan oleh proses alamiah juga hadir di atmosfer. Angin membawa debu dan tanah dari permukaan Bumi, air asin dari laut sedikit atau banyak juga dapat terbawa ke udara akibat adanya kibasan ombak (selama evaporasi, ada bagian-bagian garam mikron yang masuk ke atmosfer), asap dari pembakaran hutan juga bisa masuk ke atmosfer dan terbawa hingga ke ketinggian, dan erupsi vulkanik juga membawa berton-ton debu vulkanik halus dan gas ke udara. Secara umum, segala benda padat maupun cair yang masuk ke atmosfer dengan beragam komposisi disebut sebagai aerosol.
            Beberapa pengotor alami atau aerosol yang ditemukan di atmosfer juga mengandung manfaat. Kecil, mengambang, tetapi sangat berguna untuk alat kondensasi. Partikel-partikel tersebut permukaannya menjadi landasan butir-butir uap air dalam awan untuk berkondensasi dan berkumpul menjadi molekul uap air yang lebih besar, hingga terjadilah hujan. Tanpa aerosol, mungkin hujan tidak akan pernah terjadi. Disisi lain, aerosol juga memilki dampak yang berbahaya bila jumlahnya banyak terkonsentrasi di permukaan. Aerosol ini dapat menyebabkan gangguan kesehatan. Orang lebih sering menyebutnya sebagai polutan. Mesin otomatis menghasilkan nitrogen dioksida (NO2), karbon monoksida (CO), dan hidrokarbon. Karbon monoksida merupakan polutan utama udara di kota. Sifatnya yang tidak berwarna, tidak berbau, menjadikan gas ini sebagai gas beracun yang dihasilkan karena pembakaran bahan bakar minyak secara tidak sempurna. Hampir 75% karbon monoksida dihasilkan dari aktivitas kendaraan bermotor.
       Pembakaran bahan bakar minyak yang mengandung sulfur akan menghasilkan gas tidak berwarna yaitu sulfur dioksida (SO2) ke udara. Ketika atmosfer dalam keadaan sangat lembab, sulfur dioksida dapat mengalami kondensasi menjadi asam sulfur (sulfuric acid). Hujan yang mengandung dapat mengkorosi logam dan juga membuat air di sungai atau danau menjadi asam. Hujan asam menjadi salah satu masalah lingkungan yang sering timbul, terutama sejak banyaknya pabrik dan  industri. Konsentrasi yang tinggi dari sulfur dioksida juga mengganggu sistem pernafasan pada manusia, dapat menyebabkan bronkitis dan emfisema.


Referensi :

Ahrens, C.D. Essential of Meteorology. An Invitation to the Atmosphere. Third Edition. 


Subscribe to receive free email updates:

0 Response to "Komposisi Atmosfer Bumi : Pembahasan Komprehensif"

Post a Comment

Berikan komentarnya yaaa.... Kritik dan saran Anda amatlah berarti :D