kimia lingkungan

MAKALAH

KIMIA LINGKUNGAN

“KIMIA ATMOSFER”

 

OLEh

NOVI LARASATI               (A1F009039)

DOSEN PENGAMPU: WIWIT, M.Si

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS BENGKULU

2011

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Dalam beberapa tahun terakhir, dunia disibukkan dengan isu pemanasan global (global warming). Masalah global warming ini terkait dengan keberadaan atmosfer bumi. Planet bumi terdiri dari berbagaia lapisan antara lain litosfer, Hidrosfer dan atmosfer. Atmosfer merupakan selimut pelindung yang memelihara kehiduapan di bumi dan sumber oksigen bagi pernafasan dan sumber karbondsioksida bagi reaksi fotosintesis.

 Sebagai komponen dasar siklus hidrologi, atmosfer menjadi media transport air dari lautan ke daratan. Atmosfer mempunyai fungsi sebagai pelindung utama kehidupan dibumi karena dapatmenyerap banyak sinar kosmik dari angkasa luar, selain itu juga dapat menyerap radiasi elekfromagnetik dari sinar matahari.

Komposisi dan peranan kimia atmosfer penting karena beberapa alasan, tapi terutama adalah karena interaksi antara atmosfer dan organisme hidup. Komposisi atmosfer bumi telah berubah karena aktivitas manusia dan beberapa perubahan ini berbahaya bagi kesehatan manusia, dan ekosistem. Contoh masalah yang telah ditangani oleh kimia atmosfer termasuk hujan asam, smog fotokimia, dan pemanasan global. Kimia atmosfer mencari pemahaman penyebab masalah-masalah ini, dan dengan memahami teori dibalik masalah-masalah tersebut akan mencari pemecahan yang memungkinkan untuk diuji dan sekaligus mengevaluasi perubahan pada kebijakan pemerintah.

Para ahli kimia atmosfer mempelajari komposisi kimia dari suasana alam, gas jalan, cairan, dan padatan di atmosfer berinteraksi satu sama lain dan dengan bumi permukaan dan biota yang terkait, dan bagaimana manusia kegiatan dapat mengubah dan fisik karakteristik suasana kimia.

I.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah yang di angkat dalam makalah ini ialah:

1.        Bagaimana sifat dan susunan atmosfer?

2.      Bagaimana pembagian wilayah atmosfer?

3.      Seperti apakah keseimbangan panas bumi?

4.      Bahan-bahan kimia apa sajakah yang terdapat dalam atmosfer dan bagaimana reaksi-reaksi fotokimianya?

I.3 Tujuan

Adapun tujuan penulisan makalah ini, yaitu:

1.        Untuk mengetahui sifat dan susunan atmosfer.

2.      Untuk mengetahui pembagian wilayah atmosfer.

3.      Untuk mengetahui keseimbangan panas bumi.

4.      Untuk mengetahui Bahan-bahan kimia dan reaksi-reaksi fotokimia dalam atmosfer.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian Atmosfer dan kimia atmosfer

A. Atmosfer

Atmosfer adalah lapisan gas yang melingkupi sebuah planet, termasuk bumi, dari permukaan planet tersebut sampai jauh di luar angkasa. Di bumi, atmosfer terdapat dari ketinggian 0 km di atas permukaan tanah, sampai dengan sekitar 560 km dari atas permukaan bumi. Atmosfer tersusun atas beberapa lapisan, yang dinamai menurut fenomena yang terjadi di lapisan tersebut (Rukaesih, 2004). Transisi antara lapisan yang satu dengan yang lain berlangsung bertahap. Studi tentang atmosfer mula-mula dilakukan untuk memecahkan masalah cuaca, fenomena pembiasan sinar matahari saat terbit dan tenggelam, serta kelap-kelipnya bintang. Dengan peralatan yang sensitif yang dipasang di wahana luar angkasa, kita dapat memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang atmosfer berikut fenomena-fenomena yang terjadi di dalamnya.

Atmosfer merupakan selimut pelindung yang memelihara kehidupan di bumi. Atmosfer merupakan sumber oksigen bagi pernapasan dan sumber karbondioksida bagi reaksi fotosintesis. Sebagai komponen dasar dari siklus hidrologi, atmosfer menjadi media transport air dari lautan kedaratan. Atmosfer mempunyai fungsi sebagai pelindung utama kehidupan di bumi karena dapat menyerap banyak sinar kosmik dari angkasa luar, selain itu dapat menyerap radiasi elektromagnetik dari sinar matahari. Hanya radiasi dalam daerah panjang gelombang 300-2500 nm dan 0,01-0,4 m ditransmisikan ke berbagai keadaan yang cocok oleh atmosfer.

Selain itu atmosfer juga menampung berbagai bahan pencemaran yang dihasilkan terutama oleh kegiatan manusia. Ini dapat menyebabkan kualitas atmosfer menurun dan akhirnya akan memberikan dampak negatif bagi keseluruhan mahluk hidup dan kemungkinan menyebabkan perubahan-perubahan sifat atmosfer itu sendiri

B. Kimia atmosfer

Cabang ilmu atmosfer yang mempelajari tentang kimia dari atmosfer bumi dan planet-planet lainnya dipelajari disebut kimia atmosfer. It is a multidisciplinary field of research and draws on environmental chemistry , physics , meteorology , computer modeling , oceanography , geology and volcanology and other disciplines. Berasal dari bahasa Yunani, yaitu atmos (uap) dan shpaira (bola/bumi). Jadi, atmosfer mempunyai pengertian selubung berwujud gas yang mengelilingi bumi.

2.2 Komposisi atmosfer

Atmosfer Bumi terdiri atas nitrogen (78.17%) dan oksigen (20.97%), dengan sedikit argon (0.9%),karbondioksida (variabel, tetapi sekitar 0.0357%), uap air, dan gas lainnya. Atmosfer melindungi kehidupan di bumi dengan menyerap radiasi sinar ultraviolet dari matahari dan mengurangi suhu ekstrem di antara siang dan malam. 75% dari atmosfer ada dalam 11 km dari permukaan planet.

2.3 Lapisan atmosfer

A. Troposfer

Lapisan ini berada pada level yang terendah, campuran gasnya paling ideal untuk menopang kehidupan di bumi. Dalam lapisan ini kehidupan terlindung dari sengatan radiasi yang dipancarkan oleh benda-benda langit lain. Dibandingkan dengan lapisan atmosfer yang lain, lapisan ini adalah yang paling tipis (kurang lebih 15 kilometer dari permukaan tanah). Dalam lapisan ini, hampir semua jenis cuaca, perubahan suhu yang mendadak, angin tekanan dan kelembaban yang kita rasakan sehari-hari berlangsung. Dan Setiap kenaikan suhu berkurang 0,6 derajat celcius . Pada lapisan ini terjadi peristiwa cuaca seperti hujan , musim salju ,kemarau dsb .

Ketinggian yang paling rendah adalah bagian yang paling hangat dari troposfer, karena permukaan bumi menyerap radiasi panas dari matahari dan menyalurkan panasnya ke udara. Biasanya, jika ketinggian bertambah, suhu udara akan berkurang secara tunak (steady), dari sekitar 17℃ sampai -52℃. Pada permukaan bumi yang tertentu, seperti daerah pegunungan dan dataran tinggi dapat menyebabkan anomali terhadap gradien suhu tersebut. Diantara stratosfer dan troposfer terdapat lapisan yang disebut lapisan Tropopouse (http://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_chemistry).

B. Stratosfer

Perubahan secara bertahap dari troposfer ke stratosfer dimulai dari ketinggian sekitar 11 km. Suhu di lapisan stratosfer yang paling bawah relatif stabil dan sangat dingin yaitu - 70^oF atau sekitar - 57^oC. Pada lapisan ini angin yang sangat kencang terjadi dengan pola aliran yang tertentu.Disini juga tempat terbangnya pesawat. Awan tinggi jenis cirrus kadang-kadang terjadi di lapisan paling bawah, namun tidak ada pola cuaca yang signifikan yang terjadi pada lapisan ini.

Dari bagian tengah stratosfer keatas, pola suhunya berubah menjadi semakin bertambah semakin naik, karena bertambahnya lapisan dengan konsentrasi ozon yang bertambah. Lapisan ozon ini menyerap radiasi sinar ultra ungu. Suhu pada lapisan ini bisa mencapai sekitar18^oC pada ketinggian sekitar 40 km. Lapisan stratopause memisahkan stratosfer dengan lapisan berikutnya.

C. Mesosfer

Kurang lebih 25 mil atau 40km diatas permukaan bumi terdapat lapisan transisi menuju lapisan mesosfer. Pada lapisan ini, suhu kembali turun ketika ketinggian bertambah, sampai menjadi sekitar - 143^oC di dekat bagian atas dari lapisan ini, yaitu kurang lebih 81 km diatas permukaan bumi. Suhu serendah ini memungkinkan terjadi awan noctilucent, yang terbentuk dari kristal es.

D. Termosfer

Transisi dari mesosfer ke termosfer dimulai pada ketinggian sekitar 81 km. Dinamai termosfer karena terjadi kenaikan temperatur yang cukup tinggi pada lapisan ini yaitu sekitar 1982^oC. Perubahan ini terjadi karena serapan radiasi sinar ultra ungu. Radiasi ini menyebabkan reaksi kimia sehingga membentuk lapisan bermuatan listrik yang dikenal dengan nama ionosfer, yang dapat memantulkan gelombang radio. Sebelum munculnya era satelit, lapisan ini berguna untuk membantu memancarkan gelombang radio jarak jauh.

Fenomena aurora yang dikenal juga dengan cahaya utara atau cahaya selatan terjadi disini.

E.   Eksosfer

Adanya refleksi cahaya matahari yang dipantulkan oleh partikel debu meteoritik. Cahaya matahari yang dipantulkan tersebut juga disebut sebagai cahaya Zodiakal

F.   Ionosfer

gas dalam wilayah ini ditemukan dalam bentuk ion. Gas-gas yang terionisasi inilah yang menjadi nama dari lapisan ini.

G.   Magnetosfer

Karena medan magnetik bumi terdapat pada lapisan ini, maka ia dinamai Magnetosfer. Lapisan ini, berfungsi seperti perisai dan terletak antara 3,000 sampai 30,000 kilometer (1,850 sampai 18,500 mil) diatas permukaan bumi. Seperti penjelasan sebelumnya, wilayah ini, yang melindungi bumi dari radiasi yang berasal dari antariksa, disebut Sabuk Van Allen (

2.4 Komponen Penyusun Atsmosfer

Atmosfer terdiri atas:

       

No	Komponen	Volume (%)
1	Nitrogen	78.1%
2	Oksigen	21.0%
3	Argon	0.9%
4	CO2	0.03%
5	Uap Air	1-3%

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Atmosfer

Lapisan udara yang mengelilingi bumi dinamakan “Atmosfer”.
Atmosfer memiliki tujuh lapisan. Setiap lapisan memiliki susunan gas-gas yang berbeda, semua berada dalam keselarasan yang sempurna antara satu dengan lainnya. Berikut ini lapisan-lapisan atmosfer:

- Troposphere: merupakan lapisan terdekat dengan permukaan bumi. Ketebalan lapisan ini bervariasi tergantung pada iklim. Semakin tinggi dari permukaan maka suhunya akan semakin turun, pada ketinggian maksimal suhunya antara -51°C (-60°F) dan -79°C (-110°F).

- Stratosfer: merupakan lapisan di atas troposfer. Semakin ke atas suhupun akan meningkat.

- Mesosfer: lapisan di atas stratosfer. Disini suhu udara turun hingga mencapai -73°C (-100°F).

- Thermosfer: merupakan lapisan di atas Mesosphere. Suhunya meningkat dengan perlahan. Perbedaan suhu antara malam dan siang hari lebih dari 100°C (212°F).

- Exosfer: lapisan yang dimulai dari ketinggian 500 kilometer (310 mil) diatas muka bumi.

- Ionosfer: gas dalam wilayah ini ditemukan dalam bentuk ion. Gas-gas yang terionisasi inilah yang menjadi nama dari lapisan ini.

- Magnetosfer: Karena medan magnetik bumi terdapat pada lapisan ini, maka ia dinamai Magnetosfer. Lapisan ini, berfungsi seperti perisai dan terletak antara 3,000 sampai 30,000 kilometer (1,850 sampai 18,500 mil) diatas permukaan bumi. Seperti penjelasan sebelumnya, wilayah ini, yang melindungi bumi dari radiasi yang berasal dari antariksa, disebut Sabuk Van Allen.

Untuk memiliki pemahaman yang lebih baik mengenai pentingnya Atmosfer bagi kita, mari kita lihat planet-planet lain. Anggaplah sekarang kita berada di Merkurius. Planet tersebut tidak memiliki atmosfer. Bagaimanapun, Atmosfer sangat penting artinya bagi kita. Hingga sejauh ini, kita telah menyampaikan pentingnya gas-gas dalam Atmosfer, seperti oksigen, atau sifat Atmosfer yang melindungi bumi. Namun, ternyata bobot Atmosfer juga sangat penting bagi kehidupan manusia. 

Atmosfer terbuat dari udara yang ringan. Hal ini tidak berarti bahwa Atmosfer tidak berbobot. Sebenarnya, lapisan-lapisan udara yang tebalnya berkilo-kilo meter di atas kita ini sangatlah berat. Menurut penelitian, Atmosfer menekan setiap orang hingga berton-ton beratnya. Hal ini dinamakan “tekanan udara”. Sekarang mungkin kamu akan bertanya, Lalu, bagaimana bisa kita tidak terhimpit?” Kita tidak terhimpit olehnya karena tubuh kita memiliki kekuatan untuk menahan bobot Atmosfer. Kita tak akan berfungsi bahkan tak akan ada dalam lingkungan yang memiliki tekanan udara lebih rendah. Itulah mengapa, tanpa tekanan ini, darah yang bersirkulasi dengan cepat dalam tubuh kita akan berusaha menekan dengan hebat pembuluh darah kita. Tanpa keseimbangan oleh tekanan atmospheric ini, pembuluh darah kita akan pecah karena tekanan darah yang tinggi. Karena itulah, manusia tidak mungkin hidup di lingkunganseperti yang terdapat di planet Merkurius, yang tak memiliki Atmosfer. 

 Planet Venus memiliki atmosfer. Karena tekanan di atas Venus 90 kali lebih besar daripada tekanan Atmosfer bumi, maka ia tidak akan sesuai untuk kehidupan manusia. Dengan demikian, kita mengerti bahwa tak satu pun kehidupan ada di planet Venus.

3.2 Sifat dan Susunan Atmosfer

Atmosfer Bumi terdiri atas nitrogen (78.17%) dan oksigen (20.97%), dengan sedikit argon (0.9%), karbondioksida (variabel, tetapi sekitar 0.0357%), uap air, dan gas lainnya. Atmosfer melindungi kehidupan di bumi dengan menyerap radiasi sinar ultraviolet dari matahari dan mengurangi suhu ekstrem di antara siang dan malam. 75% dari atmosfer ada dalam 11 km dari permukaan planet. Atmosfer tidak mempunyai batas mendadak, tetapi agak menipis lambat laun dengan menambah ketinggian, tidak ada batas pasti antara atmosfer dan angkasa luar.

Komposisi dan kimia atmosfer ini penting untuk beberapa alasan, namun terutama karena interaksi antara atmosfer dan organisme hidup. The composition of the Earth's atmosphere has been changed by human activity and some of these changes are harmful to human health, crops and ecosystems. Komposisi atmosfer bumi telah berubah oleh aktivitas manusia dan beberapa perubahan ini berbahaya bagi tanaman kesehatan manusia, dan ekosistem. Examples of problems which have been addressed by atmospheric chemistry include acid rain , ozone depletion , photochemical smog and global warming . Contoh-contoh masalah yang telah ditangani oleh kimia atmosfer termasuk hujan asam , penipisan ozon , asap fotokimia dan pemanasan global . Atmospheric chemistry seeks to understand the causes of these problems, and by obtaining a theoretical understanding of them, allow possible solutions to be tested and the effects of changes in government policy evaluated. Atmosfer kimia berusaha untuk memahami penyebab masalah ini, dan dengan mendapatkan pemahaman teoritis dari mereka, memungkinkan solusi yang mungkin untuk diuji dan dampak perubahan kebijakan pemerintah dievaluasi.

Skema kimia dan proses transportasi yang berkaitan dengan komposisi atmosfer.

           

[Journal of Geophysical Research, v96, 7301-7312, 1991.]

Komposisi Atmosfer

Rata-rata komposisi atmosfer kering, dengan volume
Gas	per NASA
Nitrogen , N 2	78,084%
Oksigen , O 2	20,946%
Argon , Ar	0,934%
Minor konstituen (dalam ppm )
Karbon Dioksida , CO 2	383
Neon , Ne	18.18
Helium , Dia	5.24
Metana , CH 4	1.7
Krypton , Kr	1.14
Hidrogen , H 2	0.55
Air
Uap air	Sangat bervariasi; typically makes up about 1%biasanya  membuat sampai sekitar 1%

                 Catatan: pada konsentrasi CO ₂ dan CH ₄ bervariasi oleh musim dan lokasi. The mean molecular mass of air is 28.97 g/mol. Massa molekul udara rata-rata 28,97 g / mol.

Komponen Renik dalam Lapisan Troposfer Normal

Senyawa	Rumus	Konsentrasi (mg/m3)
Senyawa karbon ·         Metana ·         Karbon monoksida ·         Terpen ·         Formal dehid	·         CH4 ·         CO ·         (C5H8)n ·         CH2O	·         900 ·         70-230 ·         3-30 ·         <12
Senyawa halogen ·         Metil klorida ·         Karbon tetraklorida ·         Freon 12 ·         Freon 11	·         CH3CL ·         CCL4 ·         CF2CL2 ·         CFCl3	·         1 ·         0.6-1.6 ·         1 ·         0,7
Senyawa Oksigen ·         Ozon	·         O3	·         20-60
Senyawa Nitrogen ·         Dinitrogen oksida ·         Ammonia ·         Asam Nitrat ·         Nitrogen oksida	·         - ·         NH3 ·         HNO3 ·         NO/NO2	·         600 ·         4-14 ·         7,5 ·         1,6
Senyawa Belerang ·         Belerang dioksida ·         Hidrogen sulfida	·         SO2 ·         H2S	·         3-11 ·         <0,3

Sumber-sumber Gas Metana di Atmosfer

Sumber	Emisi (Tg/Th)
Lahan Basa Daerah peternakan Sawah Kegiatan manusia Pembakaran biomas Lautan Tundra Danau Sumber-sumber lain Total	150 120\95 40 25 13 12 10 88 553

Tg = Teragram = 10¹² gram

     Karakteristik dari atmosfer sangat luas, terutama yang disebabkan ketinggian. Faktor-faktor lainnya yang menyebabkan perbedaak karakteristik tersebut iklim, waktu, garis lintang, aktivitas solar. Temperatur atmosfer sangat bervariasi mulai dari yang terendah -138^oC sampai 1700^oC. Tekanan menurun tajam dari 1 atm pada permukaan laut. Dengan adanya perbedaan temperatur dan tekanan tersebut maka sifat kimia dari atmosfer sangat berbeda yang disebabkan oleh perbedaan garis lintang.

3.3 Pembagian Wilayah Atmosfer

Pembagian wilayah atmosfer dan karakteristknya.

Wilayah ( Region )	Suhu (oC)	Altitude ( Km )	Spesi Bahan Kimia
Troposfer Straposfer Mesosfer Thermosfer	Sampai -56 -56 sampai -2 -2 samapi -92 -92 sampai 1200	0 sampi 9 10-16)* (10-16) sampai 50 50 sampi 85 85 sampai 500	N2, O2, CO2 H2O O2+, NO+ O2+, O+, NO+

            * Batas troposfer dengan straposfer bervariasi antara 10-16 Km.

[Jurnal Lingkungan Sains dan Teknologi, v28, 1565-1576, 1994.] 

3.3.1. Troposfer

Lapisan ini berada pada level yang terrendah, campuran gasnya paling ideal untuk menopang kehidupan di bumi. Dalam lapisan ini kehidupan terlindung dari sengatan radiasi yang dipancarkan oleh benda-benda langit lain. Dibandingkan dengan lapisan atmosfer yang lain, lapisan ini adalah yang paling tipis (kurang lebih 15 kilometer dari permukaan tanah). Dalam lapisan ini, hampir semua jenis cuaca, perubahan suhu yang mendadak, angin tekanan dan kelembaban yang kita rasakan sehari-hari berlangsung.

Ketinggian yang paling rendah adalah bagian yang paling hangat dari troposfer, karena permukaan bumi menyerap radiasi panas dari matahari dan menyalurkan panasnya ke udara. Biasanya, jika ketinggian bertambah, suhu udara akan berkurang secara tunak (steady), dari sekitar 17^oC sampai -52^oC. Pada permukaan bumi yang tertentu, seperti daerah pegunungan dan dataran tinggi dapat menyebabkan anomali terhadap gradien suhu tersebut. Diantara stratosfer dan troposfer terdapat lapisan yang disebut lapisan Tropopouse.

3.3.2. Stratosfer

Perubahan secara bertahap dari troposfer ke stratosfer dimulai dari ketinggian sekitar 11 km. Suhu di lapisan stratosfer yang paling bawah relatif stabil dan sangat dingin yaitu - 70^oF atau sekitar - 57^oC. Pada lapisan ini angin yang sangat kencang terjadi dengan pola aliran yang tertentu.Disini juga tempat terbangnya pesawat. Awan tinggi jenis cirrus kadang-kadang terjadi di lapisan paling bawah, namun tidak ada pola cuaca yang signifikan yang terjadi pada lapisan ini.

Dari bagian tengah stratosfer keatas, pola suhunya berubah menjadi semakin bertambah semakin naik, karena bertambahnya lapisan dengan konsentrasi ozon yang bertambah. Lapisan ozon ini menyerap radiasi sinar ultra ungu. Suhu pada lapisan ini bisa mencapai sekitar 18^oC pada ketinggian sekitar 40 km. Lapisan stratopause memisahkan stratosfer dengan lapisan berikutnya.

3.3.3. Mesosfer

Kurang lebih 25 mil atau 40km diatas permukaan bumi terdapat lapisan transisi menuju lapisan mesosfer. Pada lapisan ini, suhu kembali turun ketika ketinggian bertambah, sampai menjadi sekitar - 143^oC di dekat bagian atas dari lapisan ini, yaitu kurang lebih 81 km diatas permukaan bumi. Suhu serendah ini memungkinkan terjadi awan noctilucent, yang terbentuk dari kristal es.

3.3.4. Termosfer

Transisi dari mesosfer ke termosfer dimulai pada ketinggian sekitar 81 km. Dinamai termosfer karena terjadi kenaikan temperatur yang cukup tinggi pada lapisan ini yaitu sekitar 1982^oC. Perubahan ini terjadi karena serapan radiasi sinar ultra ungu. Radiasi ini menyebabkan reaksi kimia sehingga membentuk lapisan bermuatan listrik yang dikenal dengan nama ionosfer, yang dapat memantulkan gelombang radio. Sebelum munculnya era satelit, lapisan ini berguna untuk membantu memancarkan gelombang radio jarak jauh. Fenomena aurora yang dikenal juga dengan cahaya utara atau cahaya selatan terjadi disini.

3.3.5. Eksosfer

Adanya refleksi cahaya matahari yang dipantulkan oleh partikel debu meteoritik. Cahaya matahari yang dipantulkan tersebut juga disebut sebagai cahaya Zodiakal.

Tekanan atmosfer (tekanan menurunkan udara) menurun sebagai fungsi ekspotensial dari altitude. Secara ideal, tanpa adanya bahan-bahan pencemar dan pada temperatur konstan absolut, T, tekanan pada berbagai altitude/ ketinggian Ph dinyatakan dalam persamaan eksponential :

Ph = Poe^-Mgh/RT

Dimana :

Ph   = tekanan udara pada altitude 0 (permukaan laut)

M     = rata-rata berat gram molekul dari udara, yaitu 28, 97 g/ mole    ditroposfer

g      = gravitasi (981 cm sec^-2 pada permukaan laut)

h      = altitude dalam cm

R     = konstanta gas (8, 314 x 10⁷ erg deg^-1 mol^-1)

Penurunan tekanan dinyatakan dengan faktor e^-1 untuk setiap penambahan altitude yang sesuia dengan skala ketinggian yang dinyatakan sebagai RT/mg. Pada rata-rata temperatur permukaan laut 288 ^ok, skala katinggian adalah 8 x 10⁵ cm atau 8 Km, dan altitude 8 Km tersebut tekanan hanya mencapai kurang lebih 39 % dari tekanan pada permukaan laut.

Untuk memberikan gambaran yang lebih baik dan adanya variasi dari tekanan karena altitude persamaan eksponensial tersebut dikonversi dalam bentuk logaritma (dasar 10), dan h diukur dalam km (kilometer).

Log Ph                   = log Po –

Bila tekanan pada permukaan dianggap 1, 00 atm, persamaan dapat disederhanakan manjadi,

Log Ph                   =  –

3.4 Keseimbangan Panas Bumi

 Matahari adalah sumber utama dari semua energi yang sampai ke bumi. Energi radiasi dari matahari meliputi semua spektrum elektromagnetik. Dengan adanya jarak bumi dengan matahari, setiap 1meter persegi dari area yang terkena aliran radiasi matahari ( Solar flux) menerima 19,2 Kcal energi per menit atau 1,34 x 10³ watt/m².

Bila seluruh energi ini mencapai permukaan bumi, maka bumi akan menguap sejak dulu. Oleh karena itu, terdapat berbagai faktor yang cukup kompleks yang turut terlibat dalam menjaga keseimbangan atmosfer di bumi.

Radiasi matahari yang masuk ke atmosfer bumi, sekitar 20 sampai 30% dipantulkan kembali keruang angkasa, dibiaskan oleh atmosfer dan partikel-partikel padat yang terdapat di atmosfer atau oleh permukaan bumi. Sekitar 20% dari energi radiasi diserap begitu masuk melewati atmosfer. Ozon menyerap sekitar 1 sampai 3 % terutama dalam bagian gelombang pendek ultraviolet.

Pada troposfer, sekitar 17 – 19% dari radiasi yang masuk diserap terutama oleh uap air dan CO₂. Penyerapan atmosfer total terhadap radiasi dengan panjang gelombang 0,3 sampai 0,4 µm tidak sangat besar dan umumnya masuk secara efektif melalui lubang “ transparan” dari atmosfer.

Secara keseluruhan sekitar 50% dari radiasi matahari sampai ke permukaan bumi ini meradiasikan kembali sebagian energimelalui kisaran panjang gelombang yang luas, tetapi terbanyak pada panjang gelombang 10 - 20 µm inframerah. Aliran energi ini merupakan sistem aliran udara panas ke arah kutub dan aliran udara dingin dari kutub ke arah tropik dan ini akan dinyatakan dengan aliran laut.

3.5 Bahan Kimia dan Reaksi-Reaksi Fotokimia Dalam Atmosfer

REAKSI-REAKSI OKSIGEN ATMOSFER

            Reaksi umum dari perubahan oksigen dalam atmosfer, litosfer, hidrosfer, dan biosfer. Siklus oksigen sangat penting daam kimia atmosfer, dalam perubahan atau transformasi geokimia dan proses-proses kehidupan.

            Oksigen dalam troposfer perannya sangat penting pada proses-proses yang terjadi dipermukaan bumi. Oksigen atmosfer mengambil bagian dalam reaksi yang menghasilkan energi, seperti pada pembakaran bahan bakar fosil.

CH₄ + 2O₂                     CO₂ + 2H₂O

            Oksigen atmosfer digunakan oleh organisme aerobic dalam proses degradasi bahan organik. Proses-proses oksidasi oleh udara membutuhkan oksigen atmosfer seperti :

4 FeO + O₂                    2Fe₂O₃

Oksigen memasuki udara melalui reaksi fotosintesis tanaman :

CO₂ + H₂O + hv                          {CH₂O} + O₂(g)

            Semua oksigen dalam bentuk molekul yang sekarang ada dalam atmosfer bermula dari kegiatan fotosintesis oleh organisme, yang memperlihatkan pentingnya fotosintesis dalam kesetimbangan oksigen dalam atmosfer. Artinya meskipun pembakaran dari bahan bakar fosil membutuhkan banyak oksigen, hal ini tidak membahayakan kontinuitas oksigen dalam atmosfer.

            Oksigen di atmosfer yang lebih tinggi berbeda dengan di atmosfer yang lebih rendah karena adanya pengaruh dari radiasi ionisasi. Dalam daerah ini oksigen terdapat dalam bentuk oksigen atom O, molekul oksigen tereksitasi O₂*, dan ozon O₃. Kurang dari 10% oksigen dalam bentuk O₂ terdapat dalam atmosfer pada altitude kurang lebih 400 Km.

            Atom oksigen dalam keadaan “ ground state “ (elektron tidak tereksitasi) biasanya dinyatakan sebagai O. adapun atom-atom oksigen yang elektronnya tereksitasi dinyatakan sebagai O*. spesi ini dihasilkan dari reaksi fotosintesis ozon pada panjang gelombang dibawah 308 mm.

            O₃ + hv                 O* + O₂ atau O + O + O                     O₂ + O* (r’x dg energi tinggi)

            Atom oksigen tereksitasi memancarkan cahaya tampak pada panjang gelombang 636 mm, 630 mm, dan 558 mm. hal ini juga merupakan penyebab dari suatu fenomena yang dikenal dengan “ air glow ”.

            Ion-ion oksigen O⁺, dapat dihasilkan bila atom-atom oksigen terkena radiasi ultraviolet.

O + hv               O⁺ + e

            Ion oksigen yang bermuatan positif ini merupakan ion positif yang utama yang terdapat dibeberapa bagian ionosfer. Ion ini selanjutnya akan bereaksi lebih lanjut membentuk ion-ion positif penting lainnya :

O⁺ + O₂                                   O₂⁺ + O

O⁺ + N₂                  NO⁺ + N

            Dibagian tengah ionosfer, spesi O₂⁺ dihasilkan oleh oksidasi radiasi ultraviolet pada panjang gelombang 17-103 mm.

O₂ + hv                                 O₂⁺ + e

            Reaksi ini juga dapat terjadi dengan adanya sinar X berenergi rendah. Reaksi dibawah ini.

N₂⁺ + O₂                      N₂ + O₂⁺

Juga menghasilkan O₂⁺ dibagian tengah ionosfer.

            Ozon, O₃ suatu senyawa oksigen yang sangat signifikan ditemukan di stratosfer. Ozon mengabsorbsi radiasi ultraviolet yang berbahaya yang berfungsi sebagai pelindung makhluk hidup di bumi dan sejumlah pengaruh radiasi tersebut. Ozon dihasilkan dari reaksi fotokimia berikut :

O₂ + hv                      O + O

O + O₂ + M                    O₃ + M

            Dimana M = spesi lain, seperti molekul N₂ atau O₂ yang mengabsorbsi kelebihan energi yang dilepaskan reaksi dan memungkinkan molekul-molekul ozon tinggal bersama-sama. Daerah dimana ozon ditemukan dalam konsentrasi maksimum berkisar antara 25-30 Km dalam stratosfer, konsentrasinya dapat mencapai 10 ppm.

            Sinar ultraviolet yang diabsorbsi ozon secara intensif di daerah 220-230 mm. bila sinar tersebut tidak diabsorbsi oleh ozon, maka berbagai kerusakan terjadi terhadap kehidupan dipermukaan bumi. Ozon dapat mengurai menjadi O₂,         O₃              3/2 O₂

Dan ini terjadi di stratosfer yang dikatalis oleh sejumlah bahan kimia baik secara ilmiah maupun polutan, seperti NO, NO₂, N₂O, HO, HOO, CIO, CI, Br, dan BrO.

            Reaksi penguraian ozon yang berbaur diketahui adalah reaksi ozon dengan atom oksigen, O₃ + O               O₂  + O₂, dimana atom oksigen yang diperlukan berasal dari reaksi pemisahan ozon yang lain. O₃ + hv             O₂ + O

            Reaksi ini dapat menguraikan ozon hanya kira-kira 20%. Reaksi lain yang dapat menguraikan kira-kira 10% ozon adalah reaksi dengan radikal hidroksil, OH yang dihasilkan dari reaksi-reaksi fotokimia dari H₂, O₂, dan H₂O di stratosfer. Reaksi yang masuk akal urutannya sebagai berikut :

O₃ + HO^-                    O₂ + HOO

HOO + O                   HO + O₂

            Penyebab kerusakan ozon di stratosfer telah diketahui juga yaitu NO, yang menyebabkan terjadinya reaksi rantai sebgai berikut :

O₃ + NO                     NO₂ + O₂

NO₂ + O                     NO + O₂

            Gas NO merupakan bahan pencemar dikeluarkan oleh pesawat supersonik yang sedang terbang tinggi.

REAKSI-REAKSI DARI NITROGEN ATMOSFER

            Nitrogen merupakan salah satu pengukur atmosfer dengan kandungan yang paling tinggi. Tidak seperti oksigen yang mengalami disosiasi hampir sempurna menjadi nomor atom di daerah atmosfer dengan altitude yang lebih tinggi, molekul nitrogen terdisosiasi secara langsung oleh radiasi ultraviolet. Tetapi, pada altitude melebihi 100 Km, atom nitrogen dihasilkan oleh reaksi fotokimia.

N₂ + hv               N + N

Reaksi-reaksi lainnya yang dapat menghasilkan nitrogen monoatom adalah :

NO₂⁺ + O                 NO⁺ + N

NO⁺ + e                 N + O

O⁺ + N₂                                    NO⁺ + N

            Dilapisan ionosfer, yang disebut daerah E, NO⁺ merupakan ion yang dominant. Ionosfer terendah yaitu daerah D, yang mempunyai ketinggian lebih kurang 50 Km sampai lebih kurang 85 Km, NO⁺ dihasilkan langsung dari radiasi ionisasi :

NO + hv                NO⁺ + e

            Pada daerah lebih rendah dari daerah D, terbentuk ion N₂⁺ melalui kerja sinar kosmik galastic melalui reaksi :

N₂ + hv                                     N₂⁺ + e^-

            Zat-zat pencemar oksida nitrogen, terutama NO₂, merupakan jenis pencemar utama dalam pencemaran udara dan pembentukan kabut fotokimia.

            Sebagai contoh, NO₂ mudah terdisosiasi secara fotokimia menjadi NO dan oksigen atomic yang reaktif :

NO₂ + hv                  NO + O

       Reaksi tersebut merupakan proses fotokimia primer penting yang menyangkut pembentukan kabut

Bahan kimia atmosfer yang berupa gas dapat dikelompokkan menjadi:

1.     Oksida anorganik: CO, CO₂, NO₂, SO₂

2.    Oksidan, oksidator: O₃, H₂O₂, gugus OH-, gugus HO₂-, gugus ROO-, dan NO₃

3.    Reduktan, reduktor: CO, SO₂, H₂S

4.   Organik: reduktan, CH₄, alkan, alken, aril

5.    Organik: oksidan, Karbonil, nitrat-organik

6.   Senyawa fotokimia aktif : NO₂, aldehide

7.    Asam: H₂SO₄

8.    Basa : NH₃

9.   Garam : NH₄HSO₄

10. Senyawa reaktif yg tidak stabil: NO₂-excited, gugus OH-

Dua komponen penting dalam kimia atmosfer adalah:

1.     Energi bebas dari matahariu, terutama spektrum ultraviolet

2.    Gugus hidroksil OH- penting selama siang hari

3.    Gugus NO₃  penting selama malam hari

3.5.1. Reaksi Fotokimia

Reaksi fotokimia adalah reaksi-reaksi kimia yang terjadi di atmosfer sebagai akibat dari penyerapan foton cahaya oleh molekul-molekul.

Penyerapan energi bebas radiasi ultraviolet oleh molekul di udara dapat mengakibatkan  terjadinya reaksi-reaksi fotokimia. NO₂ merupakan salah satu molekul yang aktif secara fotokimia, dan snagat penting dalam proses pembentukan SMOG. Molekul NO₂ ini mampu menyerap energi ultraviolet (hv), menjadi molekul yang excited secara elektronik (NO₂*):

            NO₂ + hv    NO₂*

Molekul-molekul yang telah menyerap energi seperti ii sifatnya tidak stabil dan reaktif.