17.3
Deplesi Ozon di Stratosfer
Seperti
disebutkan sebelumnya, ozon di stratosfer mencegah radiasi UV yang dipancarkan
oleh
matahari
mencapai permukaan Bumi. Pembentukan ozon di wilayah ini dimulai dengan
photodissociation
molekul oksigen oleh radiasi matahari pada panjang gelombang di bawah ini
240
nm:
Persamaan 17.1Atom O yang sangat reaktif bergabung dengan molekul oksigen membentuk ozon sebagai berikut:
Persamaan 17.2
di mana M adalah beberapa substansi inert seperti N2. Peran M dalam reaksi eksotermis ini adalah menyerap sebagian kelebihan energi yang dilepaskan dan mencegah spontan
dekomposisi molekul O3. Energi yang tidak diserap oleh M diberikan
off sebagai panas. (Karena molekul M sendiri menjadi tidak bersemangat, mereka melepaskan lebih banyak panas ke sekitarnya.) Selain itu, ozon itu sendiri menyerap sinar UV antara 200 dan 300 nm:
Persamaan 17.3
Proses berlanjut ketika O dan O2 bergabung kembali untuk membentuk O3 seperti yang ditunjukkan dalam Persamaan (17.2), semakin menghangatkan stratosfer.
Jika semua ozon stratosfer dikompresi menjadi satu lapisan pada STP di Bumi,
lapisan itu hanya sekitar 3 mm tebal! Meskipun konsentrasi ozon dalam
stratosfer sangat rendah, cukup memadai untuk menyerap (yaitu, menyerap) radiasi matahari dalam kisaran 200 hingga 300-nm [lihat Persamaan (17.3)]. Di stratosfer, ia bertindak sebagai milik kita perisai pelindung terhadap radiasi UV, yang dapat menyebabkan kanker kulit, menyebabkan genetik mutasi, dan menghancurkan tanaman dan bentuk vegetasi lainnya.Pembentukan dan perusakan ozon oleh proses alami adalah keseimbangan dinamis yang mempertahankan konsentrasi ozon konstan di stratosfer. Sejak itu pertengahan 1970-an para ilmuwan telah khawatir tentang efek berbahaya dari klorofl tertentu uorocarbons (CFC) pada lapisan ozon. CFC, yang umumnya dikenal oleh nama dagang Freon, pertama kali disintesis pada 1930-an. Beberapa yang umum
adalah CFCl3 (Freon 11), CF2Cl2 (Freon 12), C2F3Cl3 (Freon 113), dan C2F4Cl2 (Freon 114). Karena senyawa ini mudah dicairkan, relatif inert, tidak beracun, tidak mudah terbakar, dan mudah menguap, mereka telah digunakan sebagai pendingin di lemari es dan udara kondisioner, di tempat sulfur cair yang sangat beracun (SO2) dan amonia (NH3).Sejumlah besar CFC juga digunakan dalam pembuatan produk busa sekali pakai seperti cangkir dan piring, sebagai propelan aerosol dalam kaleng semprot, dan sebagai pelarut untuk membersihkan papan sirkuit elektronik yang baru disolder
(Gambar 17.6). Pada tahun 1977, tahun puncak produksi,
hampir 1,5 3 106 ton CFC diproduksi di Amerika Serikat. Paling dari CFC yang diproduksi untuk penggunaan komersial dan industri akhirnya dibuang
ke atmosfer. Karena ketidakberdayaan relatif mereka, CFC perlahan menyebar tidak berubah hingga
stratosfer, di mana radiasi UV panjang gelombang antara 175 nm dan 220 nm menyebabkan mereka untuk membusuk:
Atom klorin reaktif kemudian mengalami reaksi berikut:
Persamaan (17,4) dan (17,5)
Hasil keseluruhan [jumlah Persamaan (17,4) dan (17,5)] adalah penghapusan bersih dari O3 molekul dari stratosfer:
Atom oksigen dalam Persamaan (17,5) dipasok oleh dekomposisi fotokimia
oksigen molekuler dan ozon yang dijelaskan sebelumnya. Perhatikan bahwa atom Cl memainkan peran dari katalis dalam skema mekanisme reaksi diwakili oleh Persamaan (17,4) dan (17.5) karena tidak digunakan dan karena itu dapat mengambil bagian dalam banyak reaksi seperti itu. Satu Atom Cl dapat menghancurkan hingga 100.000 molekul O3 sebelum dihapus oleh beberapa lainnya reaksi. Spesies ClO (klorin monoksida) adalah perantara karena diproduksi dalam langkah dasar pertama [Persamaan (17,4)] dan dikonsumsi dalam langkah kedua [Persamaan (17,5)]. Mekanisme sebelumnya untuk penghancuran ozon telah didukung oleh deteksi ClO di stratosfer dalam beberapa tahun terakhir (Gambar 17.7). Seperti yang terlihat,konsentrasi O3 menurun di daerah yang memiliki jumlah ClO tinggi. Kelompok senyawa lain yang dapat menghancurkan ozon stratosfir adalah nitrogen oksida, umumnya dilambangkan sebagai NOx. (Contoh NOx adalah NO dan NO2.) Senyawa-senyawa ini berasal dari knalpot pesawat supersonik ketinggian tinggi dan dari manusia dan aktivitas alami di Bumi. Radiasi matahari membusuk sejumlah besar oksida nitrogen lainnya menjadi nitrit oksida (NO), yang berpartisipasi dalam penghancuran ozon sebagai berikut:
Dalam hal ini, NO adalah katalis dan NO2 adalah perantara. Nitrogen dioksida juga
bereaksi dengan klorin monoksida untuk membentuk nitrat klorin:
Klorin nitrat relatif stabil dan berfungsi sebagai "reservoir klorin," yang memainkan
peran dalam penipisan ozon stratosfer atas Kutub Utara dan Selatan.
Lubang Ozon Kutub
Pada pertengahan 1980-an, bukti mulai menumpuk bahwa "lubang ozon Antartika" berkembang
di akhir musim dingin, menipiskan ozon stratosfer di atas Antartika sebanyak50 persen. Di stratosfer, aliran udara dikenal sebagai “kutub
vortex ”melingkari Antartika di musim dingin. Udara yang terperangkap di dalam pusaran ini menjadi sangat luar biasa dingin selama malam kutub. Kondisi ini mengarah pada pembentukan partikel es dikenal sebagai kutub awan stratosfir (PSCs). Bertingkah sebagai heterogen katalis, PSC ini menyediakan permukaan untuk reaksi mengubah HCl (dipancarkan dari Bumi) dan nitrat klorin ke molekul klorin yang lebih reaktif :
Pada awal musim semi, sinar matahari membagi klorin molekul menjadi atom klorin
yang kemudian menyerang ozon seperti yang ditunjukkan sebelumnya.
Situasinya tidak separah di daerah Arktik yang lebih hangat, di mana pusaran terjadi
tidak bertahan cukup lama. Penelitian telah menunjukkan bahwa tingkat ozon di wilayah ini menurun antara 4 dan 8 persen dalam satu dekade terakhir. Letusan gunung berapi, seperti itu Gunung Pinatubo di Filipina pada tahun 1991, menyuntikkan debu dalam jumlah besar partikel dan aerosol asam sulfat (lihat hal. 541) ke atmosfer. Partikel-partikel ini dapat melakukan fungsi katalitik yang sama dengan kristal es di Kutub Selatan. Sebagai Hasilnya, lubang Arktik diperkirakan akan tumbuh lebih besar selama beberapa tahun ke depan. Mengakui implikasi serius dari hilangnya ozon di stratosfer, negara-negara di seluruh dunia telah mengakui kebutuhan untuk secara drastis membatasi atau benar-benar menghentikan produksi CFC. Pada tahun 1978, Amerika Serikat adalah salah satu dari sedikit negara-negara untuk melarang penggunaan CFC dalam semprotan rambut dan aerosol lainnya. Internasional perjanjian — protokol Montreal — ditandatangani oleh sebagian besar negara industri pada tahun 1987,menetapkan target untuk pengurangan produksi CFC dan penghapusan lengkap ini zat pada tahun 2000. Sementara beberapa kemajuan telah dibuat dalam hal ini, banyak negara-negara belum dapat mematuhi perjanjian karena pentingnya CFC ke ekonomi mereka. Daur ulang dapat memainkan peran tambahan yang signifikan dalam mencegah
CFC sudah di peralatan dari melarikan diri ke atmosfer. Seperti yang ditunjukkan Gambar lebih dari separuh CFC yang digunakan dapat dipulihkan.
Upaya intens sedang dilakukan untuk menemukan pengganti CFC yang merupakan refrigeran yang efektif tetapi tidak berbahaya bagi lapisan ozon. Salah satu kandidat yang menjanjikan adalah hydrochlorofl uorocarbon 134a, atau HCFC-134a (CH2FCF3). Kehadiran hidrogen atom membuat senyawa lebih rentan terhadap oksidasi di atmosfer bawah,sehingga tidak pernah mencapai stratosfer. Secara spesifik, ia diserang oleh hidroksil radikal di troposfer:
Fragmen CHFCF3 bereaksi dengan oksigen, akhirnya membusuk menjadi CO2, air,
dan hidrogen fluorida yang dibuang oleh air hujan.
Meski tidak jelas apakah CFC sudah dilepas ke atmosfer akan
akhirnya mengakibatkan kerusakan bencana untuk kehidupan di Bumi, dapat dibayangkan bahwa penipisan ozon dapat diperlambat dengan mengurangi ketersediaan atom Cl. Memang,beberapa ahli kimia telah menyarankan mengirimkan beberapa pesawat untuk menyemprot 50.000 ton etana (C2H6) atau propana (C3H8) tinggi di atas Kutub Selatan dalam upaya untuk menyembuhkan lubang dilapisan ozon. Menjadi spesies reaktif, atom klorin akan bereaksi dengan hidrokarbon sebagai berikut :
Produk-produk reaksi ini tidak akan mempengaruhi konsentrasi ozon. Yang kurang realistis rencananya adalah meremajakan lapisan ozon dengan memproduksi ozon dalam jumlah besar dan melepaskannya ke stratosfer dari pesawat terbang. Secara teknis solusi ini layak, tetapi akan sangat mahal dan itu membutuhkan kolaborasi banyak orang negara.
Komentar
Posting Komentar