Nama : Suko Abdi Nagoro

NPT : 13.11.2392

KELAS : Meteorologi - 3B

Dosen : Amsari Mudzakir Setiawan

EFEK RUMAH KACA LANJUTAN

Radiasi

Mekanisme ketiga untuk transfer energi termis adalah radiasi

dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Laju energi radiasi termis

sebanding dengan luas benda dan dengan pangkat empat temperatur

absolutnya. Hasil ini ditemukan secara empiris oleh Josef Stefan pada

1879 dan diturunkan secara teoritis oleh Ludwig Boltzman kira-kira lima

tahun kemudian sehingga dinamakan hukum Stefan Boltzman.

P = eσATE4 (1)

Dengan P adalah daya yang diradiasikan dalam watt, A adalah luas, e

adalah emisivitas benda, dan σ adalah konstanta universal yang

dinamakan konstanta Stefan yang nilainya

σ = 5,6703 x 10-8 W/m2.K4 (2)

emisivitas e adalah pecahan yang berkisar dari 0 sampai 1 dan

tergantung pada komposisi permukaan benda.

Bila radiasi jatuh pada benda tak tembus cahaya, sebagian radiasi

direfleksikan dan sebagian lagi diserap. Benda-benda berwarna terang

memantulkan sebagian besar radiasi tampak, sedangkan benda-benda

gelap , menyerap sebagian besar dari padanya. Laju penyerapan radiasi

yang dilakukan seatu benda dinyatakan dalam:

Pa = eσAT04 (3)

Dengan T0 adalah temperatur sekitarnya.

Jika sebuah benda memancarkan radiasi yang lebih banyak

daripada yang diserapnya, maka benda menjadi dingin sementara

sekitarnya menyerap radiasi dari benda dan menjadi panas. Jika benda

menyerap lebih banyak dari yang dipancarkannya, maka benda akan

menjadi panas dan sekitarnya akan menjadi dingin. Bila sebuah benda

dalam keadaan kesetimbangan termis dengan sekitarnya, T = T0, dan

benda memancarkan serta menyerap radiasi pada laju yang sama. Daya

neto yang diradiasi oleh sebuah benda pada temperatur T dalam

lingkungan pada temperatur T0 adalah

Pneto = eσA(T4 – T04) (4)

Semua benda yang menyerap semua radiasi yang datang padanya

dan mempunyai emisivitas 1 dinamakan benda hitam. Sebuah benda

hitam juga merupakan radiator ideal. Konsep benda hitam ideal adalah

penting karena ciri radiasi yang dipancarkan oleh benda semacam itu

dapat dihitung secara teoritis. Bahan-bahan seperti beludru hitam

mendekati sebagai benda hitam ideal. Pendekatan praktis benda hitam

ideal yang paling baik adalah lubang hitam kecil yang menuju ke sebuah

rongga, seperti lubang kunci pada pintu gudang (lihat gambar). Radiasi

yang jatuh pada lubang mempunyai kemungkinan yang kecil untuk

dipantulkan kembali keluar dari lubang sebelum ia diserap oleh dinding

rongga. Jadi, radiasi yang dipancarkan lewat lubang adalah ciri

temperatur benda tersebut.

Radiasi yang dipancarkakan oleh sebuah benda pada temperatur di

bawah sekitar 600oC tidak tampak. Kebanyakan daripadanya dipusatkan

pada panjang gelombang cahaya tampak. Bila sebuah benda dipanaskan,

laju pemancaran energi naik dan energi yang diradiasi meluas kepanjang

gelombang yang semakin pendek. Antara sekitar 600oC dan 700oC, cukup

banyak energi yang diradiasikan berada dalam spectrum tampak yang

menyebabkan benda hitam sebagai fungsi panjang gelombang untuk

berbagai temperatur berbeda. Panjang gelombang pada saat daya

maksimum berubah secara terbalik dengan temperatur, sebuah hasil yang

dikenal dengan pergeseran wien:

λmax = constant/T

λmax = 2897 μm K /T (in K) (5)

Hukum ini digunakan untuk menentukan temperatur bintang dari

analisis radiasinya. Hukum ini juga dapat juga digunakan untuk

memetakan varaisi temperatur meliputi daerah-daerah yang berbeda dari

permukaan sebuah benda. Peta semacam ini dinamakan termograf.

Termograf dapat digunakan untuk mendeteksi kangker karena bahan

yang mengandung kanker mempunyai temperatur yang sedikit lebih tinggi

dibandingkan jaringan sekitarnya.

Bumi

Manusia telah menghuni planet ini selama berjuta-juta tahun, tetapi

hanya sekitar ratusan tahun yang lalu sebagai akibat dari pertumbuhan

populasi dan industrialisasi kita mulai mempengaruhi iklim kita.

Temperatur global telah naik dengan 0,5 K sejak 1900, permukaan lautan

telah naik dan sungai es di pedalaman menyususut. Pembakaran bahan

bakar dan penebangan hutan bergabung mengakibatkan pertambahan

tingkat karbon dioksida (CO2) di atmosfer, bergabung dengan hasil gas

lain dari industrialisasi (misalnya nitrous oxide, chlorofluorocarbon, dan

ozon) ini mengacu pemanasan global disebabkan suatu proses yang

biasanya disebut “efek rumah kaca”.

Masih diperdebatkan apakah model-model klimatologi yang

sekarang membuktikan secara khusus bahwa kenaikan pemanasan

global telah terjadi. Namun ada suatu konsesus dalam masyarakat ilmiah

bahwa kelanjutan kehidupan manusia sekarang akan menghasilkan

pemanasan bumi tambahan yang mencolok (1,5 sampai 5,5 K) pada 50-

100 tahun yang akan datang. Pemanasan global sebesar ini akan

mempunyai efek yang amat besar dan berkepanjangan terhadap

pertanian, margasatwa, dan masyarakat manusia.

Temperatur Bumi

Bila bumi hanya menyerap radiasi matahari, temperaturnya akan terus-

menerus naik. Namun, bumi selalu meradiasi energi keruang angkasa.

Melalui proses penyerapan dan radiasi ini, kondisi keseimbangan

dipertahankan yang biasanya dihubungkan dengan keseimbangan energi

bumi. Laju datang dan perginya energi dari bumilah yang diimbangi

sehingga ini sebenarnya adalah keseimbangan daya.

Untuk memahami proses pemanasan bumi, adalah penting untuk

mengerti mekasisme mempertahankan temperatur bumi. Pada jarak rata-

rata bumi dari matahari, energi radiasi dari matahari tiba dengan laju 1353

W/m2 (konstanta solar, S) karena temperatur permukaan matahari

mendekati 6000 K, spectrum radiasinya terdiri dari panjang gelombang

yang sangat pendek yang dipusatkan sekitar mendekati 0,5 µm. Hal ini

diamati secara eksperimen dan juga diperoleh dari hukum pergeseran

wien jika matahari dianggap sebagai benda hitam.

Radiasi matahari yang diserap oleh bumi tergantung pada luas

penampang bumi seperti yang dilihat dari matahari πRE2 ( dengan RE

adalah jari-jari bumi, 6,4 x 106m). Tidak semua radiasi matahari yang

ditangkap oleh bumi diserap, sebagaian dipantulkan ( ini adalah cahaya

bumi yang dilihat para astronot dari ruang angkasa). Oleh karena itu kita

dapat menuliskan persamaan berikut ini

Daya yang disepar oleh bumi = (1 – r) πRE2SW (6)

Bumi meradiasi kembali sebagaian dari daya yang diserap ini ke

angkasa. Walaupun temperatur permukaan rata-rata adalah sekitar 13oC

(286 K), temperatur radiatif rata-rata atmosfer bumi hanya sekitar -22oC

(251 K). Konstanta emisivitas relatif e digunakan untuk menjelaskan

perbedaan pernyataan radiasi benda hitam (e = 0,6). Daya yang diradiasi

oleh tiap meter persegi permukaan bumi digambarkan lewat persamaan

berikut:

Kerapatan daya yang diradiasi = eσTE4 W/m2 (7)

Dengan σ adalah konstanta radiasi Stefan Boltzman dan TE adalah

temperatur permukaan bumi. Permukaan bumi sebagian besar ditutupi

dengan air dengan temperatur yang relatif stabil, ini berarti bahwa TE

sedikit berubah dari siang ke malam. Karena hal ini dan karena kenyataan

bahwa energi matahari diserap hanya oleh bagian permukaan bumi yang

menghadap matahari tetapi diradiasi dari seluruh permukaan bola dunia,

maka perilaku radiatif bumi dapat didekati oleh radiator bola dengan

temperatur uniform:

Daya yang diradiasi oleh bumi = 4πRE2eσTE

4 W (8)

Untuk kondisi setimbang, daya yang diserap dan diradiasi oleh bumi harus

sama:

(1 – r)πRE2S = 4πRE

2eσTE4 W (9)

Persamaan ini, untuk pendekatan yang diajukan, adalah

kesetimbangan energi atau daya bumi, dibagi dengan luas permukaan

bumi. 4πRE2, kita dapatkan

W/m2 (10)

Yang adalah laju rata-rata penyerapat energi dan selanjutnya

diradiasi oleh tiap meter persegi permukaan bumi ( /m2 sekitar kekuatan

empat bola lampu 60 watt untuk tiap meter permukaan bumi).

Penurunan pada reflektifitas bumi (r) atau emisifitas relatif (e) akan

menghasilkan kenaikan pada temperatur rata-rata. Inilah pada dasarnya

sifat gas yang membuat atmosfer bumi mempengaruhi besaran-besaran

ini.

Beberapa Gas Atmosfer Menyerap Radiasi Termis

Atmosfer cukup transparan bagi radiasi matahari yang masuk dari

matahari. Walaupun gas-gas utama yang masuk dari atmosfer oksigen

(O2) dan nitrogen (N2), adalah transparan bagi radiasi termis tidaklah

demikian untuk semua gas dalam atmosfer bumi, namun sebagian

terjebak ketika diradiasikan kembali sebagai radiasi termis panjang

gelombang yang lebih tinggi dengan menghasilkan pemanasan bumi.

Kita sudah sangat karab dengan istilah “efek rumah kaca" untuk

menggambarkan pemanasan global dan “gas rumah kaca” untuk memberi

ciri gas yang berkontribusi pada pemanasan global dengan menyerap

radiasi termis.

Gas paling lazim yang menyerap radiasi termis adalah uap air dan

korbondioksida. Tanpa keuntungan termis dari uap air dan

karbondioksida, temperatur bumi sebenarnya akan tak cukup untuk

kebanyakan bentuk kehidupan yang ada. Hubungan antara “gas rumah

kaca” adalah rumit. Ketika tingkatan total mereka naik dan temperatur

global naik maka laju penguapan air laut akan diperkuat/diperbesar.

Sementara ini akan menimbulkan lingkaran umpan balik positif dengan

memborong konsentrasi atmosferik uap air, juga sangat mungkin

mempengaruhi penutup awan bumi. Awan memiliki peran yang sampai

sekarang sangat kurang dimengerti dalam persamaan secara

keseluruhan. Awan menaikkan reflektifitas bumi, dengan demikian

mengurangi pemanasan global, pada saat yang sama awan mereduksi

laju energi termis yang dapat diradiasi ke dalam ruang angkasa dan

dengan demikian menguatkan pemanasan global. Efek awan dapat lebih

rumit dengan perubahan kondisi musim.

Tabel konstribusi permukaan rata-rata pada kesetimbangan energi bumi

dari berbagai sumber kecil energi termis

Sumber Konstribusi

Peluruhan radioisotop

Konsumsi bahan bakar

Gesekan pasang surut

0,06

0,018

0,005

Karbon Dioksida

Tingkatan atmosfer CO2 kontemporer sedang dipengaruhi oleh

pembakaran fosil bahan bakar dan oleh hasil neto akumulasi atau

perusakan biomassa global. Sejak tahun 1957, pengukuran-pengukuran

CO2 atmosferik yang teliti dilakukan di Mauna Loa Observatory, Hawai.

Dengan mengalihkan fluktuasi musim yang terutama menyebabkan

variasi musim dalam tingkatan total kegiatan fotosintetik tanaman, dapat

dilihat disana suatu pertambahan yang mantap dan berkesinambungan

dalam konsentrasi CO2 atmosferik. Ini sekarang berada pada 350 bagian

perjuataan pervolume (ppmv). Didasarkan pada analisis udara yang

terjebak bertahun-tahun yang lalu dalam es dari sungai, konsentrasi CO2

atmosferik pada 1750 adalah sekitar 280 ppmv, oleh karena itu ada 25

persen kenaikan sejalan dengan dimulainya industrialisasi modern.

Emisi karbondioksida adalah akibat langsung dari proses konversi

energi karbon dioksida bahan bakar. Perhatikan kasus batu bara yang

bahan utamanya adalah karbon

C + O2 = CO2

Pembakaran bahan bakar hidrokarbon, minyak bumi dan gas alam

menghasilkan efek yang serupa, juga menimbulkan uap air lewat oksidasi

hydrogen dari bahan bakar.

Tiap tahun hamper 5 x 1012 kg karbon dalam bentuk CO2

dilepaskan ke atmosfer sebagai hasil konsumsi bahan bakar fosil global.

Pada 1988, secara rata-rata masing-masing individu di Amerika serikat

mengkonsumsi sekitar 3,6 ton batubara, 73.000 feet kubik gas alam, dan

1070 galon minyak bumi. Dengan kurang dari 5 % jumlah populasi dunia.

Amerika serikat bertanggungjawab untuk hampir 33 % konsumsi bahan

bakar fosil di dunia. Mayoritas penduduk dunia memiliki tingkat kegiatan

ekonomi rendah dan sejalan dengan itu laju pemakaian yang rendah tapi

memiliki aspirasi untuk standar hidup yang lebih tinggi. Kenaikan

pemakaian bahan bakar fosil global dianggap tidak dapat dihindarkan.

Walaupun kenaikan efisiensi energi dan penggunaan sumber energi

alternatif dapat mengatur pertumbuhan penggunaan bahan bakar fosil,

konsentrasi atmosferik CO2 sebesar 440 sampai 550 ppmv diantisipasi

pada tahun 2100. Karena tingakat CO2 yang larut di air laut bertambah,

penebangan hutan dan hujan asam mengambil karbon mereka, kapasitas

bumi untuk menyerap tingkat CO2 atmosferik yang bertambah akhirnya

hilang.

Gas rumah kaca lain

Walaupun ada dalam jumlah yang kecil saja, gas-gas lain (

methane, ozone, nitrous oxide dan chlorofluorocarbon) juga menyerap

radiasi termis panjang gelombang yang panjang. Konsentrasi methane

(CH4) dalam atmosfer adalah kurang dari 1% konsentrasi CO2, namun tiap

molekul CH4 sama dengan sekitar dua puluh kali seefektif CO2 dalam

menyerap radiasi. Lagipula, konsentrasinya telah naik dengan laju 1 %

per tahun dan telah menjadi dua kali lipat selama 250 tahun yang lalu.

Lingakran umpan balik positif dapat berkembang karena kenaikan dalam

temperatur global menguatkan laju peluruhan organik neto ( misalnya

dalam rawa-rawa), dengan demikian mempecepat keseluruhan kenaikan

konsentrasi atmosferik dari CH4).

Ozon (O3) dibentuk sebagai hasil proses fotokimia yang terutama

melibatkan cahaya matahari, methane, karbon monoksida, dan nitrogen

oksida. Konsentrasi O3 di troposfer telah naik 10% (belum

memperhitungkan pengurangan konsentrasinya di strotosfer di atas kutub-

kutub). Kenaikan serupa telah terjadi pada nitrous axide , ini muncul

terutama karena penggunaan pupuk berbasis nitrogen, penebangan hutan

dan pembakaran biomassa.

Pemanasan Global

Temperatur global rata-rata telah naik sekitar 0,5 K sejak 1900.

Pada hal ini, enam tahun terpanas yang tercatat sampat saat ini terjadi

sejak 1980. Lebih banyak data diperlukan sebelum mungkin menyatakan

tanpa dalih bahwa perubahan iklim sedang terjadi dan bahwa kenaikan

konsentrasi “gas rumah kaca” memang merupakan penyebab perubahan

itu. Namun memang tidak ada keraguan bahwa kenaikan terus menerus

pada suatu saat akan menuju efek ini. Menunda tanggapan kita mengenai

hal ini sampai analisis disimpulkan akan berarti kerusakan akan lebih

jelas dan lebih sulit dikontol atau musnah.

Efek neto yang diakibatkan pemanasan global pada daerah

tertentu adalah tidak pasti. Pola hujan global diharapkan berubah secara

dramatis, dengan gangguan yang konsekuen terhadap pertanian,

perdagangan dan ekonomi dunia. Ekspansi termis lautan karena

pemanasan global keseluruhan dan pencairan sebagian daratan es

diduga menaikkan permukaan laut. Pantai rendah dan daerah pedalaman,

dimana bagian yang besar dari populasi dunia akan terancam oleh akibat-

akibat social ekonomi dan lingkungan yang dahsyat.

Pergeseran cuaca terdahulu dan perubahan-perubahan yang terjadi

merupakan akibat langsung dari kegiatan kita sendiri., bukan efek

kejadian-kejadian alamiah dimasa kita tak mempunyai kendali. Dengan

mengubah kegiatan kita maka akan dapat melunakkan dan mungkin

dapat mencegah perubahan cuaca yang diantisipasi. Dengan mengetahui

biaya ekonomi, kita harus memutuskan apa yang harus dilakukan dengan

ikut mempertimbangkan tingkat kepastiannya saat ini dan skala akibat-

akibat yang mungkin dari pilihan-pilihan kita.

Radiasi gelombang panjang (Infrared)

Panjang gelombang yang lebih panjang dari 4 microns diemisikan

oleh permukaan Bumi dan atmosfer. Atmosfer benar-benar menyerap

panjang gelombang yang diemisikan dari permukaan, kecuali celah 8-11

micron (yang merupakan puncak emisi Bumi sebagai benda hitam).

Radiasi ini diserap oleh awan, Uap air, CO2 dan GRK yang lain juga

merupakan penyerap yang kuat. Awan menyerap hampir semua panjang

gelombang yg diemisikan dari permukaan. Efek Rumahkaca atmosferik.

Atmosfer mentransmisikan hampir seluruh panjang gelombang visibel,

menyerap hampir seluruh infrared. Sebagian besar gelombang panjang

yang hilang ke angkasa diemisikan oleh atmosfer. Tanpa efek rumah

kaca, suhu permukaan akan menjadi 255K. Kenyataan suhu permukaan

adalah sekitar 33K lebih hangat karena efek rumah kaca. Permukaan

dipanasi oleh fluks gelombang panjang dari atmosfer ke bawah, maupun

gelombang pendek yg datang. Uap air dan CO2 adalah GRK yang paling

penting (CO2 mempunyai waktu tinggal yang lama di atmosfer sedangkan

uap air[H2O] tidak). Kenaikan CO2 dan GRK yang lain nampaknya

menguatkan efek rumah kaca. 160 satuan energi dari Bumi diserap

atmosfer oleh GRK : Uap air yang paling penting, CO2 dan GRK yang lain

juga penyerap kuat.

Gambar diatas menunjukan porsi penyerapan radiasi matahari oleh

gas-gas yang ada di atmosfer. Penyerapan yang dilakukan oleh masing-

masing gas tersebut berbeda-beda, mereka memiki rentang penyerapan

efektifitasnya sesuai dengan panjang gelombang dari radiasi matahari.

Gas-gas tersebut antara lain: N2O, CH4, O2 dan O3, H2O, dan CO2. Jika

kita gabungkan seluruh hasil penyerapan pada masing-masing gas

tersebut, maka akan tampak seperti gambar di pojok kanan bawah.

Gambar tersebut menunjukkan jumlah seluruh penyerapan radiasi

matahari oleh atmosfer.

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

AEROSOL

Pengertian Aerosol

Istilah aerosol digunakan untuk menyebut partikel-partikel halus

yang tersebar di atmosfir Bumi dalam ukuran yang berbeda-beda, pada

kisaran 0.001 micrometer hingga 1000 micrometer (1 micrometer = satu

per sejuta meter). Meningkatnya jumlah aerosol yang dilepas ke atmosfir

(misalnya partikel-partikel sulfat, komponen organik instabil, karbon, dsb.)

akibat emisi alamiah dan antropogenik (istilah yang mengacu pada

aktifitas buatan manusia), telah mengurangi intensitas radiasi matahari

yang sampai ke permukaan bumi dalam ukuran 0.5 hingga 2 W/m2.

Satuan radiasi itu menyiratkan bahwa pada permukaan bumi seluas 1 m2,

intensitas cahaya matahari mengalami hambatan/terhalang aerosol di

atmosfir sebesar 0,5 hingga 2 Watt. Besarnya angka kisaran perkiraan

para ahli itu diakibatkan oleh sangat miskinnya pengetahuan kita

mengenai sifat alami pembentukan aerosol dan proses-proses yang

terlibat di dalamnya. Selain itu data pengukuran yang akurat dan rinci

mengenai aerosol ini sangat terbatas keberadaannya. Kompleksitas

aerosol di atmosfir ini juga menjadi semakin tinggi akibat emisi gas-gas

efek rumah kaca yang menyebabkan terjadi efek pemanasan global,

sehingga angka ini juga mengalami berbagai kompensasi. Sifat aerosol

yang sangat dinamis karena senantiasa bergerak dan berubah di atmosfir,

baik secara fisis maupun kimiawi menyebabkan para ahli mengalami

kesulitan dalam mengukur besaran radiasi ini padahal kemampuan untuk

memprediksi perubahan cuaca akibat perubahan aerosol ini memerlukan

tidak hanya pengetahuan mengenai emisinya saja, melainkan

perpindahan dan reaksinya yang sangat kompleks di atmosfir.

Efek radiasi aerosol

Partikel-partikel aerosol menghamburkan (atau memantulkan) dan

menyerap radiasi sinar matahari. Sifat menyerap radiasi mengakibatkan

memanasnya lapisan atmosfir yang mengandung aerosol, sementara sifat

menghambur radiasi (scattering) menyebabkan redistribusi (penyebaran

kembali) radiasi, termasuk membaliknya radiasi matahari itu ke arah luar

bumi (luar angkasa). Efek radiasi langsung aerosol tergantung pada sifat

fisis yang disebut sebagaisingle scattering albedo (SSA. SSA didefinisikan

sebagai perbandingan antara radiasi yang dihambur dengan yang diserap

oleh partikel-partikel aerosol. Di atmosfir, partikel-partikel berukuran 0.1 –

1 micrometer merupakan partikel yang paling efektif menghambur radiasi,

sehingga sangat penting peranannya dalam mengatur cuaca global. Ada

3 parameter fisis yang sangat penting dalam mengukur sifat radiatif

aerosol, yakni: distribusi ukuran (size distribution), indeks refraktif dan

kepadatan (densitas). Ukuran partikel aerosol yang sangat halus berkisar

antara 1 nm ( 1 nanometer = satu per satu milyar meter) (disebut partikel

ultra-halus) terbentuk melalui proses-proses konversi gas-ke-partikel di

atmosfir. Begitu partikel-partikel terbentuk, mereka bisa berkumpul dalam

gugus-gugus (clusters) dalam ukuran yang lebih besar (antara 50-100 nm)

sehingga bisa mempengaruhi secara langsung bujet radiasi.

Asap (haze) dan kabut (smog) yang sering terlihat meliputi kota-kota

besar diakibatkan efek radiasi aerosol ini. Sebagai contoh, di Asia, dari

pengukuran yang dilakukan lebih dari 7000 stasiun cuaca selama 5 tahun

antara 1994-1998, kawasan ini didapati area yang paling berkabut

udaranya akibat haze adalah di selatan pegunungan Himalaya,

membentang mulai dari Pakistan utara, India, hingga Bangladesh bagian

selatan. Dari pengukuran berjangka, diketahui koefisien

serapan (extinction coefficient/EC) tertinggi aerosol lokal di kawasan

tersebut tercatat pada bulan Desember, Januari dan Februari. Sementara

yang terendah, tercatat pada bulan September, Oktober dan November.

Kawasan lain yang juga memiliki intensitas kabut dan asap tinggi (hazy

region) adalah Thailand utara dan Laos. EC terbesar yang tercatat adalah

0.5 km-1, yang dapat dikonversi menjadi jarak pandang(visibility) sejauh

24 km. Yang menarik, di Indonesia dan Malaysia, akibat kebakaran hutan

hebat, khususnya antara September-November 1994-1998 (musim

kemarau), 75% kawasannya memiliki angka EC terbesar di dunia. Enam

buah stasiun cuaca mencatat EC lebih dari 1 km-1, yang jika dikonversi

menjadi jarak pandang hanya sekitar 2 km saja.

Aerosol dan hujan

Untuk menggambarkan salah satu peran aerosol, yakni dalam

pembentukan awan dan penentuan curah hujan, Frank Raes dalam

Konferensi IGAC ke 6 di Bologna tahun 1999, menggarisbawahi bahwa:

Tanpa aerosol, kita tidak akan punya awan dan tumbuh-

tumbuhan (without aerosols we don’t have cloud and vegetation). Secara

ringkas, aerosol dari baik berasal dari molekul-molekul gas, maupun dari

emisi permukaan bumi (gas buang industri, misalnya), dapat berubah

menjadi aerosol melalui kondensasi, nukleasi dan koagulasi sehingga

mengalami berbagai reaksi kimia yang berbeda-beda (baik secara

homogen dengan sesamanya, maupun heterogen dengan partikel lain).

Partikel terbesar hasil proses-proses tersebut adalah butiran-butiran awan

yang akhirnya mempengaruhi curah hujan (presipitasi).

Emisi aerosol

Emisi aerosol dapat terbagi dua:

Emisi vulkanik: berasal dari letusan gunung berapi. Misalnya pada tahun

1991, gunung Pinatubo meletus dan melepas sejumlah besar gas sulfur

dioksida (SO2) ke atmosfir disamping material debu lainnya. Reaktif gas

seperti SO2 ini diketahui dapat berubah menjadi H2SO4/H2O langsung

melalui konversi gas ke partikel serta reaksi heterogen dengan uap air

pada ketinggian tertentu.

Emisi biogenik: berasal dari tumbuh-tumbuhan berupa komponen organic

tidak stabil (VOC: volatile organic compounds). Sifat emisi jenis ini sangat

sulit diketahui mengingat beragamnya vegetasi, bahkan pada area yang

dikatakan homogen sekalipun seperti hutan tropis (lebih dari 5000 spesies

tumbuhan per 10,000 km2). Dimethyl sulfide (DMS) merupakan spesies

VOC utama yang dilepaskan phytoplankton di lautan dan berperan

penting dalam siklus sulfur di atmosfir. Emisi antropogenik (akibat aktifitas

manusia): gas-gas yang dilepaskan akibat penggunaan bahan bakar fosil,

kebakaran hutan mengakibatkan hujan asam yang mengakibatkan

fertilisasi pada vegetasi dan kerusakan pantai di berbagai belahan bumi.

Hujan asam

Tingkat perubahan, atau lebih tepat pertumbuhan partikel aerosol

sangat bervariasi tergantung pada kondisi sebelumnya (berupa gas),

distribusi ukuran dan konsentrasi aerosol primernya, selain proses-proses

kimianya. Aerosol biogenik (terpene, isoprene) merupakan faktor-faktor

pengendali terbentuknya inti kondensasi awan (CCN: Cloud Condensation

Nuclei) dan butiran-butiran awan di atas kawasan hutan. Perubahan

cakupan vegetasi dan lahan misalnya dari kawasan hutan menjadi

pertanian, urban dan kawasan industri akan berdampak langsung pada

pembentukan CCN dan akhirnya mengubah pola serta besaran presipitasi

(curah hujan). Apalagi jika kawasan tersebut mengeluarkan aerosol

antropogenik dari buangan industri, gas buang kendaraan, dsb.

Perubahan komposisi kimiawi aerosol ini otomatis mengubah sifat kimiawi

presipitasi. Jika kita bicara mengenai hujan asam, misalnya, di atmosfir,

komposisi yang bersifat asam adalah sulfur oksida dan nitrogen. Asam-

asam format dan asetat merupakan komponen organik asam utama yang

mengubah tingkat keasaman air hujan. Sementara komponen alkali di

atmosfir dapat berupa mineral yang terurai menjadi Ca2+, K+ dan gas

amoniak yang reaktif. Keasaman presipitasi ini sering digunakan sebagai

besaran untuk menentukan hujan asam (pH<5,6) atau tidak. Namun

sebenarnya besaran ini tidak sepenuhnya mewakili keseluruhan tingkat

keasaman yang terjadi, karena deposisi gas-gas dan aerosol yang bersifat

asam tidak tercermin dalam nilai pH tersebut (4th CAAP Workshop

Proceedings, 1998). Pada era tahun 1940-60an, kerusakan lingkungan

yang signifikan akibat hujan asam terjadi di Amerika utara dan Eropa.

Fenomena ini sepenuhnya akibat terbentuknya asam dari sulfat dan nitrat

yang bersumber pada aktifitas manusia. Saat ini emisi sulfat antropogenik

mulai menurun di kawasan tersebut, demikian halnya dengan nitrat.

Namun, di belahan dunia lainnya, semisal Cina, Afrika Selatan, Amerika

tengah dan selatan, emisi gas-gas SO2, NOx and NH3 terus meningkat.

Jenis Aerosol

Berdasarkan sumbernya, aerosol dapat dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu

aerosol alami dan aerosol antropogenik. Aerosol alami dapat dihasilkan

oleh tumbuhan, proses di laut, ataupun oleh letusan gunung berapi.

Sedangkan aerosol antropogenik merupakan aerosol yang dihasilkan oleh

aktivitas yang dilakukan manusia, baik itu aktivitas industri,

pertambangan, rumah tangga ataupun transportasi. Jenis aerosol dapat

pula dibedakan berdasarkan ukurannya. Ukuran partikel aerosol biasanya

dinyatakan dalam radius partikel dengan mengasumsi partikel berbentuk

bulatan. Menurut versi Aitken ukuran partikel dibedakan dalam tiga

kategori yaitu : partikel Aitken (nucleation mode) dengan range ukuran

diantara 0.001–0.1 mm; large particles (accumulation mode) berukuran

antara 0.1–1 mm, dan giant particles (coarsa particle mode) yang

ukurannya > 1 mm radius. Terdapat pula superfine aerosol, yaitu partikel

yang terkecil dengan diameter yang hanya beberapa nanometer dan

dapat bertahan di atmosfer dalam waktu yang cukup lama. Aerosol

mempunyai peranan yang cukup signifikan dalam mempengaruhi

perubahan iklim, karena aerosol memberikan efek radiatif, baik

memencarkan atau menyerap radiasi. Hal tersebuttergantung pada jenis

aerosol. Beberapa jenis aerosol seperti debu dapat menyerap radiasi

sehingga memanaskan udara dimana aerosol itu berada. Beberapa jenis

aerosol lain (terutama aerosol yang berukuran kecil) dapat memencarkan

radiasi matahari yang mengenainya, sehingga radiasi matahari yang

sampai ke permukaan bumi dapat berkurang. Jenis aerosol ini dapat

memberikan efek dimming yang berlawanan dengan efek rumah kaca.

Besarnya pengaruh aerosol terhadap radiasi dapat dinyatakan dalam

AOD atau Aerosol Optical Depth (tanpa satuan). Semakin tinggi nilai

AOD, berarti semakin besar pengaruhnya terhadap pengurangan radiasi,

yang mengindikasikan semakin tinggi konsentrasi aerosol. Efek aerosol

pada Kesehatan Pada waktu dihirup, partikel-partikel aerosol dapat

menyingkirkan pertahanan alami dari system pernafasan dan lodge deep

dalam paru-paru. Aerosol sangat berbahaya untuk orang dengan penyakit

seperti asma, bronkitis, dan empisema (bengkak pada paru-paru karena

pembuluh darah kemasukan udara), sama berbahayanya untuk orang

dengan penyakit hati. Tingginya kadar benda-benda tersebut dalam udara

dapat memicu serangan asma, merusak paru-paru, serta mendukung

carcinogenesis, dan kematian dini.

Efek aerosol pada Lingkungan

Aerosol dapat merusak tanaman, pohon-pohon, dan semak-semak,

juga dapat menyebabkan kerusakan pada permukaan metal, kain, dan

lain-lain. Partikel-partikel halus juga merusak pandangan dengan

menyebarkan cahaya dan mengurangi jarak pandang. Pengaburan yang

disebabkan oleh partikel-partikel halus dapat menurunkan hasil panen

pertanian dengan mengurangi cahaya matahari. Aerosol memiliki peran

penting dalam sistem iklim. Partikel-partikel aerosol memiliki sifat yang

dapat menghamburkan (atau memantulkan) dan/atau menyerap radiasi

sinar matahari. Sifat menyerap radiasi mengakibatkan memanasnya

lapisan atmosfir yang mengandung aerosol, sementara sifat menghambur

radiasi (scattering) menyebabkan redistribusi (penyebaran kembali)

radiasi, termasuk membaliknya radiasi matahari itu ke arah luar bumi (luar

angkasa). Efek radiasi langsung aerosol tergantung pada sifat fisis yang

disebut sebagai single scattering albedo (SSA). SSA didefinisikan sebagai

perbandingan antara radiasi yang dihambur dengan yang diserap oleh

partikel-partikel aerosol. Ada 3 parameter fisis yang sangat penting dalam

mengukur sifat radiatif aerosol, yakni: distribusi ukuran (size distribution),

indeks refraktif dan kepadatan (densitas). Sifat refraktif dan absorbsi yang

dimiliki aerosol, sangat tergantung pada jenis dan ukurannya. Diatmosfir,

partikel-partikel berukuran 0.1 - 1 micrometer merupakan partikel yang

paling efektif menghambur radiasi, sehingga sangat penting peranannya

dalam mengatur cuaca globa. Ukuran partikel aerosol yang sangat halus

berkisar antara 1 nm (1 nanometer = satu per satu milyar meter) (disebut

partikel ultra-halus/superfine) terbentuk melalui proses-proses konversi

gas-ke-partikel di atmosfir. Begitu partikel-partikel terbentuk, mereka bisa

berkumpul dalam gugus-gugus (clusters) dalam ukuran yang lebih besar

(antara 50-100 nm) sehingga bisa mempengaruhi secara langsung bujet

radiasi. Asap (haze) dan kabut (smog) yang sering terlihat meliputi kota-

kota besar diakibatkan efek radiasi aerosol ini. Untuk mengetahui

seberapa besar dampak aerosol pada sistem kehidupan manusia,

pengukuran aerosol menjadi sangat penting.