GAS PENYUSUN UDARA DAN FUNGSINYA DI ATMOSFER
TUGAS
Disusun Untuk Memenuhi Salah Satu Tugas
Mata Kuliah Ilmu Lingkungan
Oleh :
ZUMRODI
NPM. : 250120150017
MAGISTER ILMU LINGKUNGAN
UNIVERSITAS PADJADJARAN
2015
GAS PENYUSUN UDARA DAN FUNGSINYA DI ATMOSFER
Pengantar lapisan atmosfer bumi
Atmosfer merupakan lapisan gas yang mengelilingi bumi dan melindungi bumi dari sinar sinar berbahaya yang berasal dari matahari. Lapisan atmosfer ini merupakan campuran berbagai macam gas dengan konsentrasi yang makin menurun seiring kenaikan ketinggian hingga akhirnya bertemu dengan ruang hampa di luar angkasa. Secara kasar komposisi atmosfer terdiri atas Nitrogen (78%), Oksigen (21%) dan gas gas lainnya sebesar 1%.
Oksigen sangat berguna dalam menunjang segala kehidupan yang ada di muka bumi. Seiring berjalannya waktu dari jaman purbakala, sejumlah tertentu oksigen membentuk senyawa oksigen lain yang disebut Ozon (O3). Keberadaan lapisan Ozon di atmosfer sangat penting karena dia berfungsi menyerap sinar ultra ungu (UV) dari matahari yang sangaat berbahaya bagi kehidupan di bumi. Akan tetapi sayangnnya penggunaan senyawa pendingin berupa kloroflorokarbon (CFC) dalam banyak studi telah menyebabkan terjadinya lubang ozon (Ozon hole).
Semua aktifitas manusia diperkirakan juga berpengaruh terhadap komposisi gas di atmosfer bumi melalui suatu kejadian yang disebut Efek Rumah Kaca (greenhouse effect). Berbagai gas yang dilepaskan manusia ke angkasa seperti karbon dioksida (CO2) dan metana (CH4) bersifat menjebak radiasi sinar matahari yang pada akhirnya menyebabkan kenaikan suhu permukaan bumi. Perubahan keseimbangan konsentrasi gas di atmosfer inilah yang kemudian menyebabkan apa yang disebut sebagai efek rumah kaca.
Pembagian Lapisan Atmosfer Bumi
Lapisan atmosfer bumi terdiri dari beberapa lapisan yang dibedakan menurut sifat dan komposisinya. Atmosfer menurut suhu dan ketinggian dibedakan menjadi lima lapisan. Lapisan tersebut adalah troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer dan eksosfer. Sebagian besar kejadian cuaca dan iklim berada pada lapisan pertama yaitu troposfer.
Troposfer
Merupakan lapisan pertama atmosfer yang mencakup hampir separuh kandungan atmosfer bumi. Pada lapisan inilah perubahan cuaca dan iklim dikenal. Pada lapisan ini suhu akan menurun seiring kenaikan ketinggian . Pergerakan udara pada Troposfer sangat baik karena pengaruh cuaca. Udara pada troposfer akan dipanaskan oleh radiasi matahari yang diserap oleh daratan, hal ini terjadi karaena daratan menyerap energi dan menjadi panas lebih cepat dari udara atau permukaan air..
Stratosfer
Stratosfer merupakan lapisan yang relatif lebih stabil dibandingkan dengan troposfer. Karena alasan tersebut pesawat jet berada dan beroperasi dalam lapisan ini. Suhu akan meningkat seiring kenaikan ketinggian pada statosfer. Pada stratosfer inilah terdapat lapisan ozon (O3) yang sangat penting dalam menyeleksi radiasi sinar ultra ungu (UV) yang berasal dari matahari, karena sinar tersebut diperlukan dalam pembentukan dan penguraian molekul ozon. Pada ketinggian sekitar 25 km dari permukaan bumi, lapisan molekul ozon menyerap sinar berbahaya dari matahari. Karena penyerapan ini maka udara disekitarnya akan mengalami peningkatan suhu. Lapisan ozon berada pada ketinggian antara 16 sampai dengan 48 km dari permukaan bumi.
Mesosfer
Pada lapisan mesosfer, udara relatif bercampur kembali dan temperatur cenderung menurun seiring kenaikan ketinggian. Bagian paling dingin pada lapisan mesosfer mencapai suhu -900C. Pada lapisan ini meteor dan semua benda langit yang masuk ke bumi akan mulai terbakar.
Termosfer
Termosfer merupakan lapisan atmosfe bumi yang ke empat dan berada tepa diatas mesosfer. Pada lapisan ini udara adalah sangat tipis. Perubahan kecil energi akan menyebabkan perubahan besar temperatur pada lapisan ini. Dari kejadian itulah lapisan ini mendapatkan nama. Temperatur pada lapisan termosfer sangat dipengaruhi oleh aktivitas sinar matahari. Ketika matahari sanga aktif, suhu termosfer dapat mencapai lebih suhu 1,500° C bahkan lebih.
Eksosfer/Ionosfer
Ionosfer merupakan lapisan atmosfer bagian atas yang dicirikan dengan keberadaan berbagai partikel bermuatan di dalamnya. Banyak para ahli berpendapat bahwa lapidan ionosfer merupakan bagian dari termosfer. Adanya suhu yang sangat tinggi dan besarnya radiasi sinar matahari pada lapisan ini meyebabkan berbagai molekul terionisai. Oleh karena itulah tidak jarang pembagian lapisan antara ionosfer dan termosfer terkadang tumpang tindih. Lapisan ionosfer hanya mencakup 0.1% dari keseluruhan massa atmosfer. Daerah pada ionosfer merupakan pemantul gelombang radio, tv dan satelit sehingga memungkinkan dilakukannya komunikasi antar wilayah di bumi. Ionosfer merupakan lokasi terjadinya aurora. Inonosfer mulai dari ketinggian sekitar 90 km sampai dengan 600 km dari permukaan bumi.
Komposisi gas penyusun atmosfer
Udara merupakan campuran berbagai macam gas yang menjadi penyusun atmosfer. Campuran tersebut terdiri atas kelompok gas yang berada pada konsentrasi hampir konstan dan juga beberapa gas yang mengalami perubahan konsentrasi seiring perubahan ruang dan waktu. Berdasarkan konsentrasinya, gas penyusun atmosfer juga dibedakan menjadi dua yaitu gas mayor dan gas minor. Gas mayor merupakan senyawa gas di atmosfer dengan konsentrasi relatif besar seperti nitrogen dan oksigen. Selebihnya gas dengan konsentrasi yang sangat kecil dikenal sebagai gas minor seperti Helium, Neon, Argon, Xenon, dan Radon. Konsentrasi gas di atmosfer (dinyatakan dalam persen volume) adalah sebagai berikut :
Tabel 1. Konsentrasi gas penyusun atmosfer (% volume)
Jenisa Gas
% volume
nitrogen (N2)
oksigen (O2)
argon (Ar)
neon (Ne)
helium (He)
metana (CH4)
krypton (Kr)
hydrogen (H2)
nitrous oxide (N2O)
xenon (Xe)
sulfur oksida (SO2)
78.084
20.946
0.934
0.0018
0.000524
0.0002
0.000114
0.00005
0.00005
0.0000087
-
Pergerakan udara yang terjadi di atmosfer meyebabkan komposisi gas tetap terjaga secara seragam. Akan tetapi pada ketinggian diatas 90 km peran proses difusi gas menjadi lebih penting dari pada sirkulasi. Pada lapisan yang paling tinggi keberadaan gas gas yang lebih ringan seperti hidrogen dan helium menjadi lebih banyak.
Gambar 1. Diagram komposisi unsur di atmosfer
Beberapa jenis gas berada pada konsentrasi yang bervariasi seperti uap air (H2O), karbon dioksida (CO2), ozon (O3), sulfur dioksida (SO2) dan nitrogen dioksida (NO2). Para ahli berpendapat bahwa selain disebabkan oleh peristiwa secara alami, perubahan konsentrasi gas tersebut di atmosfer juga sangat dipengaruhi oleh aktivitas manusia, salah satunya adalah penggunaan bahan bakar fosil yang melepaskan lebih banyak CO2 ke atmosfer.
Adapun variasi konsentrasi (dalam persen volume) masing masing gas tersebut dinyatakan dalam tabel berikut :
Tabel 2. Variasi konsentrasi gas diatmosfer (dalam % volume)
Jenisa Gas
% volume
Uap air (H2O)
Karbon dioksida
Ozon
Sulfur dioksida
Nitrogen dioksida
0 s/d 7
s/d 0.1
0 s/d 0.01
0 s/d 0.0001
0 s/d 0.000002
Fungsi gas penyusun atmosfer
Gas mulia merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau. Meskipun berada dalam jumlah yang sangat kecil, keberadaan gas gas ini memegang peranan yang sangat penting dalam menjaga keberlanjutan kehidupan di planet bumi.Gas mulia berasa dalam atmosfer secara monoatomik (atom tunggal), dan tidak berikatan dengan atom lainnya. Titik didih gas mulia sangat rendah dan karena begitu rendahnya tidak dikenal titik leleh gas ini karena gas mulia tidak dapat dipadatkan.
Salah satu sifat kimia yang paling menarik dari gas mulia adalah reaktifitasnya yang sangat rendah. Helium, neon, dan argon tidak bereaksi dengan senyawa lainnya di alam. Hanya beberapa senyawa gas mulia yang dikenal saat ini antara lain senyawa gas xenon, kripton dan radon. Sifat ridak reaktif gas mulia terkait dengan konfigurasi penuh elektron terluar gas tersebut. Karena susunannya yang sangat stabil, gas mulia tidak mempunyai kecenderungan untuk bereaksi dengan senyawa lain.
Sebagaimana dengan materi dan senyawa lainnya, penggunaan dan fungsi gas mulia di atmosfer sangat terkait dengan sifat fisika dan kimia senyawa tersebut. Sebagai contoh helium memiliki kerapatan jenis dan reaktivitas yang sangat rendah sehingga mengisi dan sebagian besar terdapat pada atmosfer bagian atas. Karena mempunyai titik didih yang sangat rendah dan sangat inert, gas mulia (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) menjadi pengisi yang sangat ideal bagi atmosfer yang memiliki fluktuasi suhu dan tekanan yang sangat besar seiring perubahan ketinggian. Perlu ditambahkan bahwa suhu atmosfer berkisar antara -900C di bagian mesosfer sampai dengan 15000C pada lapisan termosfer.
Nitrogen (N2)
Merupakan gas yang sangat inert, karena ikatan kovalen antar kedua atomnya sangat kuat. Oleh karenanya nitrogen di udara merupakan pelarut yang sangat baik bagi komponen komponen gas lainnya seperti oksigen dan gas gas minor. Dengan adanya nitrogen, terjadinya kebakaran (dapat dipahami sebagai proses oksidasi) secara tak terkendali pada permukaan bumi akan dapat di cegah. Nitrogen tidak dapat digunakan secara langsung dari udara oleh mahluk hidup. Penambatan nitrogen dari udara (fiksasi) hanya bisa dilakukan oleh jasad renik penambat nitrogen seperti rhizobium, yang selanjutny dimanfaatkan oleh mahluk hidup lain melalui daur nitrogen sebagaimana gambar di bawah.
Gambar 2. Daur Nitrogren
Oksigen (O2)
Oksigen merupakan unsur dan senyawa yang sangat berguna bagi seluruh mahluk hidup. Dalam atmosfer, oksigen mempunyai konsentrasi sebesar 21% volume. Oksigen berperan dalam respirasi atau pernafasan yang terjadi pada makhluk hidup. Oksigen berperan dalam proses pembakaran (oksidasi) berbagai senyawa lainnya.
Argon (Ar)
Merupakan senyawa yang sangat inert. Sifat inert (mulia) gas argon ini berperan dalam menjaga keseimbangan campuran aerosol atmosfer. Dalam kehidupan sehari hari gas argon digunakan gas pengisi dalam bola lampu. Konsentrasi gas argon di atmosfer sekitar 0,9% volume.
Gas minor (helium, neon, kripton, xenon, radon)
Konsentrasi gas minor dalam atmosfer adalah sangat kecil, akan tetapi keberadaanya sangat penting dalam menjaga keseimbangan aerosl udara. Peran ini melekat kepada gas ini karena sifatnya yang sangat inert (sangat sukar bereaksi dengan senyawa lain).
Uap Air (H2O)
Uap air merupakan sumber seluruh presipitasi (hujan dan salju) melalui daur hidrologi. Uap air juga merupakan penyerap dan pelepas radiasi sinar inframerah.
Karbon Dioksida (CO2)
Karbon dioksida bersama molekul air terlibat dalam proses fotosintesis yang dilakukan oleh tumbuhan untuk menghasilkan gula sederhana dan gas oksigen (O2) sebagai hasil samping. Karbon dioksida bersama uap air juga menjadi penyerap dan pelepas radiasi sinar inframerah di atmosfer, menjadikan suhu bumi sedemikian hangat melalui apa yang dikenal sebagai efek rumaha kaca (greenhouse effect). Konsentrasi gas karbon dioksida dalam atmosfer sekitar 0,03% volume. Diperkirakan kegiatan manusia menggunakan bahan bakar fosil akan mempengaruhi konsentrasi karbon dioksida di atmosfer.
Ozon (O3)
Ozon bersama dengan oksigen merupakan senyawa yang berperan dalam menyerap 95 sampai dengan 99,9% radiasi gelombang ultra ungu (UV-C dan UV-B) yang berasal dari matahari. Menjadikannya semacam perisai sehingga radiasi sinar UV tidak mencapai permukaan bumi yang dapat membahayakan berbagai bentuk kehidupan. Sinar ultra ungu akan sangat berbahaya terhadap berbagai jenis kehidupan seperti kanker kulit, kerusakan jaringan, kerusakan mata dan kerusakan jaringan tumbuhan. Para ahli mempercayai bahwa kehidupan di bumi tidak akan pernah ada tanpa kehadiran lapisan ozon.
7
