20.3 Penipisan Ozon di Stratosfer

Seperti disebutkan sebelumnya, ozon di stratosfer mencegah radiasi UV yang dipancarkan oleh matahari

dari mencapai permukaan Bumi. Pembentukan ozon di wilayah ini dimulai dengan photodissociation molekul oksigen oleh radiasi matahari pada panjang gelombang di bawah 240 nm

Atom O yang sangat reaktif dikombinasikan dengan molekul oksigen untuk membentuk ozon sebagai berikut:

di mana M adalah beberapa zat inert seperti N2. Peran M dalam reaksi eksotermik ini adalah untuk menyerap beberapa kelebihan energi yang dilepaskan dan mencegah dekomposisi sponta molekul O3.   Energi yang tidak diserap oleh M diberikan sebagai panas.

(Ketika molekul M sendiri menjadi de-excited, mereka melepaskan lebih banyak panas kelingkungan sekitarnya.) Selain itu, ozon sendiri menyerap sinar UV antara 200 dan 300 nm:

Proses berlanjut ketika O dan O2  recombine untuk membentuk O3 seperti yang ditunjukkan dalam Persamaan

(20.2), pemanasan lebih lanjut stratosfer.

Jika semua ozon stratosfer dikompresi menjadi satu lapisan di STP di Bumi, lapisan itu hanya akan sekitar 3 mm tebal! Dalam stratosfer, ia bertindak sebagai perisai pelindung terhadap radiasi UV, yang dapat menginduksi kanker kulit, menyebabkan mutasi, dan menghancurkan tanaman dan bentuk vegetasi lainnya. Pembentukan dan penghancuran ozon oleh proses alami adalah keseimbangan dinamis yang mempertahankan konsentrasi ozon yang konstan di stratosfer. Sejak pertengahan 1970-an para ilmuwan telah khawatir tentang efek berbahaya dari chlorofluorocarbons tertentu (CFC) pada lapisan ozon. CFC, yang umumnya dikenal dengan nama dagang Freons, pertama kali disintesis pada tahun 1930-an. Karena senyawa ini mudah dicacak, relatif inert, nontoksik, noncombustible, dan volatile, mereka telah digunakan sebagai pendingin di lemari es dan udara kondisir, menggantikan cairan sulfur dioksida yang sangat beracun (SO2) dan amonia (NH3).

(Gambar 20.6). Pada tahun 1977, tahun puncak produksi, hampir 1,5 3 x 106 ton CFC diproduksi di Amerika Serikat. Sebagian besar CFC yang diproduksi untuk penggunaan komersial dan industri akhirnya dipulangkan ke atmosfer.

Gambar 20.6 Penggunaan CFC. Sejak 1978, penggunaan propelan aerosol telah dilarang di Amerika Serikat.

 

 

 

Karena inertness relatif mereka, CFC perlahan-lahan 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:

Hasil keseluruhan [jumlah Persamaan (20,4) dan (20,5)] adalah penghapusan bersih O3 molekul dari stratosfer

 

Kelompok senyawa lain yang dapat menghancurkan ozon stratosfer adalah nitrogen oksida, umumnya ditandai sebagai NOx. (Contoh NO x  adalah NO dan NO2.) Senyawa ini berasal dari knalpot pesawat supersonik ketinggian dan dari dan kegiatan alam di Bumi. Radiasi matahari membusuk sejumlah besar nitrogen oksida lainnya untuk oksida nitrat (NO), yang berpartisipasi dalam penghancuran ozon sebagai berikut:

 

Keseluruhan :

 

Gambar 20.7 Variasi dalam konsentrasi CLO dan O3 dengan garis lintang.

Gambar 20.8 Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah menemukan bahwa lapisan ozon di stratosfer di atas Kutub Selatan menjadi lebih tipis. Peta ini, berdasarkan data yang dikumpulkan selama beberapa tahun, menunjukkan menipisnya ozon berwarna merah. (Sumber: NASA/Goddard Space Flight Center)

 

 

 

Dalam hal ini, NO adalah katalis dan NO2  adalah perantara. Nitrogen dioksida juga bereaksi dengan klorin monoksida untuk membentuk klorin nitrat:

 

Nitrat klorin relatif stabil dan berfungsi sebagai "reservoir klorin," yang dimainkan peran dalam menipisnya ozon stratosfer di atas Kutub Utara dan Selatan.

 

 

 

Lubang Ozon Kutub

Pada pertengahan 1980-an, bukti mulai terakumulasi bahwa "lubang ozon Antartika" dikembangkan pada akhir musim dingin, menguras ozon stratosfer di atas Antartika sebanyak 50 persen

 

(Gambar 20,8). Di stratosfer, aliran udara yang dikenal sebagai "kutub pusaran" mengelilingi Antartika di musim dingin. Udara yang terperangkap dalam pusaran ini menjadi sangat dingin saat malam kutub. Kondisi ini mengarah pada pembentukan partikel es dikenal sebagai awan stratosfer kutub (PSC)

 

(Gambar 20.9). Bertindak sebagai katalis heterogen,

Gambar 20.9 Kutub stratosferik awan yang mengandung partikel es dapat catalyze pembentukan atom Cl dan menyebabkan kehancuran Ozon.

 

PSC ini menyediakan permukaan untuk reaksi yang mengkonversi HCl (dipancarkan dari Bumi) dan klorin nitrat untuk molekul klorin yang lebih reaktif:

 

Pada awal musim semi, sinar matahari membagi klorin molekul menjadi atom klorin

Mengenali implikasi serius dari hilangnya ozon di stratosfer, di seluruh dunia telah mengakui perlunya 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. Sebuah internasional perjanjian—protokol Montreal—ditandatangani oleh sebagian besar negara industri pada tahun 1987, menetapkan target untuk pemotongan dalam produksi CFC dan penghapusan lengkap pada tahun 2000.

 

Upaya intens sedang dilakukan untuk menemukan pengganti CFC yang merupakan pendingin yang efektif tetapi tidak berbahaya bagi lapisan ozon. Salah satu kandidat yang menjanjikan adalah hydrochlorofluorocarbon 134a, atau HCFC-134a (CH2FCF3). Kehadiran hidrogen atom membuat senyawa lebih rentan terhadap oksidasi di atmosfer bawah, sehingga tidak pernah mencapai stratosfer. Secara khusus, itu diserang oleh hidroksil radikal di troposfer

 

Memang, beberapa ahli kimia telah menyarankan mengirim armada pesawat untuk menyemprotkan 50.000 ton ethane (C2H6)ataupropana (C3H8)tinggi di atas Kutub Selatan dalam upaya untuk menyembuhkan lubang di lapisan ozon. Menjadi spesies reaktif, atom klorin akan bereaksi dengan hidrokarbon sebagai berikut:

Produk dari reaksi ini tidak akan mempengaruhi konsentrasi ozon

 

chapter sebelumnya                                                                                                      chapter selanjutnya