KIMIA LINGKUNGAN

ATMOSFER, ISSUE LINGKUNGAN GLOBAL & PENCEMARAN UDARA

Pengelolaan lingkungan diperlukan agar lingkungan dapat terus menyediakan kondisi dan sumber daya yang dibutuhkan oleh makhluk hidup. Lingkungan abiotis terdiri dari atmosfer, hidrosfer dan litosfer (matra ekologi). Atmosfer terdiri dari 4 lapisan yg. berbeda dalam hal suhu dan tekanan udara akibat perbedaan dalam penyerapan energi matahari. Lapisan yang penting bagi manusia dan rentan terhadap perubahan akibat kegiatan manusia: Stratosfer & Troposfer.STRATOSFER : Lapisan pelindung Bumi terdapat lapisan molekul ozon (O3) yang terbentuk ketika molekul oksigen (O2) berinteraksi dengan kilat dan sinar ultraviolet; lapisan ini menahan 99% radiasi ultraviolet matahari sehingga tidak mencapai permukaan Bumi. TROPOSFER : Lapisan dimana kita hidup Udara troposfer yang bersih dan kering mengandung nitrogen (78%) dan oksigen (21%). Selebihnya adalah Ar, CO2, Ne, He, CH4, Kr, H2 dan Xe.5-1 Troposfer merupakan tempat berlangsungnya gejolak cuaca dan berbagai daur mineral.Ilustrasi: Miller 2000

HUBUNGAN ANTARA ATMOSFER, CUACA/IKLIM & TIPE EKOSISTEMKondisi fisik atmosfer, a.l:

curah hujan suhu udara kelembaban udara angin durasi matahari

CUACAJangka pendek Jangka panjang

IKLIM

TIPE-TIPE EKOSISTEM

Kimia Lingkungan 2009 Chemistry Dept, UB

Contoh daur biogeokimia atmosferik: DAUR KARBON (C)UDARA

(CO2)

Respirasi

Pembakaran (alami & oleh manusia)

CO2 terlarut dalam air Erosi

RespirasiFotosintesis

Penguraian

Batu (gamping)

Sisa tumbuhan mati Batubara

Plankton laut yang mati

Gas alam

Minyak bumi

Daur ini berlangsung dengan adanya energi matahari dan peran penting dari makhluk hidup. Bahan bakar fosil (senyawa C yang terbentuk dari sisa makhluk purba dan batuan atau cangkang hewan) memerlukan jutaan tahun untuk dapat diputar kembali ke dalam komponen hidup.

EFEK RUMAH KACA / PEMANASAN GLOBAL Penggunaan bahan bakar fosil oleh manusia menghasilkan gas CO2 dalam jumlah yang sangat banyak*. Gas CO2 ini tidak dapat langsung diputarkan dalam daur karbon, sehingga terakumulasi dan membentuk lapisan di stratosfer. Dalam kondisi alami, energi matahari diserap oleh Bumi dan akan diradiasikan kembali sebagai panas yang meninggalkan Bumi. Tetapi sebagian besar panas tsb. kini diserap oleh lapisan CO2 di stratosfer sehingga hanya sebagian panas Bumi yang dapat lolos ke angkasa luar. *Gas rumah kaca termasuk juga H2O, O3, CH4, N2 dll., tetapi CO2 adalah yang utama. Peningkatan suhu Bumi diperkirakan akam mempengaruhi: pola iklim, tinggi permukaan laut, pencairan es di kutub, kesehatan manusia, pertanian, kehidupan dan penyebaran hewan dan tumbuhan dll.

Kimia Lingkungan 2009 Chemistry Dept, UB

Ilustrasi: Scott 1995

PENIPISAN LAPISAN OZON DI STRATOSFER

Lapisan ozon (O3) menyerap radiasi ultraviolet (UV) dari matahari dan melindungi Bumi dari radiasi tsb. Senyawa chloro-fluoro-carbon (CFC, a.l. digunakan sbg. pendingin lemari es & AC) buatan manusia sampai di stratosfer dan memecahkan ikatan molekul ozon. Tanpa lapisan ozon, lebih banyak radiasi UV yang menembus atmosfer dan sampai ke permukaan Bumi.Beberapa akibat peningkatan UV yang sampai ke Bumi: mempengaruhi kesehatan manusia (menghambat sistem kekebalan tubuh, meningkatkan kanker dan katarak). menurunkan hasil pertanian dan kehutanan. meningkatkan konversi senyawa menjadi pencemar smog di troposfer mendegradasi bahanbahan buatan manusia. merusak struktur dan fungsi ekosistem alami.

HUJAN / DEPOSISI ASAM NOx dari kendaraan bermotor dan SO2 dari pembakaran industri dilepaskan ke udara. Gas-gas tsb. bereaksi di udara membentuk senyawa asam H2SO4, HNO2 dan HNO3 yang terkumpul di awan. Setelah terbawa angin sejauh ratusan kilometer, kandungan awan akan jatuh ke permukaan Bumi dalam bentuk hujan atau salju (deposisi basah). Air hujan yang bersifat asam memberikan dampak negatif berupa: kematian hewan dan tumbuhan penurunan kesehatan manusia korosi bahan bangunan dan logamKimia Lingkungan 2009 Chemistry Dept, UB Ilustrasi: Scott 1995

** Ozon bermanfaat bagi manusia apabila berada di stratosfer, tetapi merupakan pencemar berbahaya apabila berada di troposfer.

PENCEMARAN UDARA KOTAEnergi matahari

Kabut fotokimia

Asam nitrat (HNO3)

PAN (Peroksiasilnitrat)

Formaldehida & aldehida lain

Ozon** (O3)

+ Air (H2O)Reaksi di atmosferNitrogen dioksida (NO2) NO + atom oksigen (O) Hidrokarbon (HK) Gas oksigen (O2) + O (dgn. adanya HK & NOx)

Nitrogen oksida (NO)

Karbon dioksida (CO2)

Hidrokarbon (HK)

Sumber pencemar

Asap-kabut fotokimia (Photochemical smog) merupakan campuran kompleks dari berbagai pencemar; terbentuk karena reaksi-reaksi kimia yang terjadi dengan adanya sinar matahari. PENCEMAR PRIMER : Senyawa kimia berbahaya yang langsung masuk ke atmosfer. PENCEMAR SEKUNDER : Senyawa kimia berbahaya yang terbentuk setelah bereaksi dengan senyawa lain yang telah dilepaskan ke atmosfer.

Iklim dan topografi mempengaruhi pencemaran udara. Pembalikan panas (thermal inversion) terjadi apabila lapisan udara hangat terbentuk di atas lapisan udara dingin di dekat permukaan Bumi, sehingga pencemar menjadi terperangkap. (contoh: kota di daerah cekungan seperti Bandung)

PENCEMAR UDARA YANG LAIN Selain senyawa kimia yang telah disebutkan, pencemar udara juga mencakup: senyawa lain seperti pestisida, herbisida, alkohol dll. partikulat (a.l. debu, garam, asbestos) zat radioaktif panas kebisingan* *Kebisingan: adalah bunyi yang tidak diinginkan dari usaha atau kegiatan dalam tingkat dan waktu tertentu yang dapat menimbulkan gangguan kesehatan manusia dan kenyamanan lingkungan. tingkat kebisingan adalah ukuran bunyi yang dinyatakan dalam satuan desibel (db atau dbA). Gambaran tingkat bunyi bagi manusia:

30 dbA nyaman (mis. lingkungan pedesaan yg sepi) 65 80 dbA dalam waktu lama merusak pendengaran (mis. bunyi pabrik) > 120 dbA menyakitkan; toleransi maksimum 15 menit (mis. bunyi pesawat terbang dari dekat) > 150 dbA memutuskan syaraf pendengaranKimia Lingkungan 2009 Chemistry Dept, UB

PENCEMARAN UDARA DI DALAM RUMAH

Misalnya oleh: Asap rokok Karbon monoksida dari mobil & motor Ammonia dari pembersih rumah tangga Paradiklorobenzena dari pewangi ruangan dan kamfer Nitrogen oksida dari kompor gas Senyawa-senyawa dalam cat tembok, perabot, karpet dll. yang dapat mengakibatkan berbagai penyakit, mulai dari yang ringan (iritasi mata, sakit kepala) sampai kanker.

Kimia Lingkungan 2009 Chemistry Dept, UB

Apa yang dapat kita lakukan? Mengubah/menyesuaikan gaya hidup:

Tidak membeli/menggunakan alat-alat boros energi, atau yangmenghasilkan CFC. Menghemat energi (mis. dalam penggunaan listrik dan kendaraan bermotor). Melakukan penghijauan dengan menanam tumbuh-tumbuhan. Mengikuti perkembangan informasi tentang lingkungan. Bekerjasama dalam kelompok untuk memberikan penerangan kepada masyarakat dan/atau sekolah-sekolah. Berkomunikasi dengan para wakil rakyat dan pengambil keputusan. Menyuarakan pendapat melalui media cetak, elektronik dll. Mengembangkan pemikiran dan teknologi untuk mengurangi pencemaran

PERUSAKAN OZON DI STRATOSFER OLEH CFC

Contoh pengaruh hujan asam:

Hujan asam dapat merusak permukaan batuan, plastik, logam, peralatan listrik dll. Pada batuan, asam melarutkan zat kapur (CaCO3) yang terdapat dalam batuan; larutan kemudian menguap dan meninggalkan kristal dalam batuan yang akan membesar dan memecahkan batuan. Batu juga dapat menjadi hitam dan kotor. (patung pada gambar kiri: tahun 1908, kanan: tahun 1969).

Gas so2 yang terdapat di atmosfer melalui proses kimia berubah menjadi asam. asam turun ke bumi bersama hujan, sehingga sifat air hujan menjadi asam.

PENYEBABSecara alami hujan asam dapat terjadi akibat semburan dari

gunung berapi dan dari proses biologis di tanah, rawa, danlaut. Akan tetapi, mayoritas hujan asam disebabkan oleh aktivitas manusia seperti industri, pembangkit tenaga listrik, kendaraan bermotor dan pabrik pengolahan pertanian (terutama amonia). Gas-gas yang dihasilkan oleh proses ini dapat terbawa angin hingga ratusan kilometer di atmosfer sebelum berubah menjadi asam dan terdeposit ke tanah.

Asam Sulfat Gas SO2, bersama dengan radikal hidroksil dan oksigen melalui reaksi photokatalitik di atmosfer, akan membentuk asamnya. SO2 + OH -> HSO3 HSO3 + O2 -> HO2 + SO3 SO3 + H2O -> H2SO4 Selanjutnya apabila diudara terdapat Nitrogen monoksida (NO) maka radikan hidroperoksil (HO2) yang terjadi pada salah satu reaksi diatas akan bereaksi kembali seperti: NO + HO2 -> NO2 + OH Pada reaksi ini radikal hidroksil akan terbentuk kembali, jadi selama ada NO diudara, maka reaksi radikal hidroksil akan terbantuk kembali, jadi semakin banyak SO2, maka akan semakin banyak pula asam sulfat yang terbentuk.

Asam Nitrat Pada siang hari, terjadi reaksi photokatalitik antara gas Nitrogen dioksida denan radikal hidroksil. NO2 + OH -> HNO3 Sedangkan pada malam hari terjadi reaksi antara Nitrogen dioksida dengan ozon NO2 + O3 -> NO3 + O2 NO2 + NO3 -> N2O5 N2O5 + H2O -> HNO3 Didaerah peternakan dan pertanian akan concong menghasilkan asam pada tanahnya mengingat kotoran hewan banyak mengandung NH3 dan tanah pertanian mengandung urea. Amoniak di tanah semula akan menetralkan asam, namun garam-garam ammonia yang terbentuk akan teroksidasi menjadi asam nitrat dan asam sulfat. Disisi lain amoniak yang menguap ke udara dengan uap air akan membentuk ammonia hingga memungkinkan penetralan asam yang ada di udara.

Asam KloridaAsam klorida biasanya terbentuk di lapisan stratosfer, dimana reaksinya melibatkan Chloroflorocarbon (CFC) dan radikal oksigen O* CFC + hv(UV) -> Cl* + produk CFC + O* -> ClO + produk O* + ClO -> Cl* + O2 Cl + CH4 -> HCl + CH3 Reaksi diatas merupaka bagian dari rangkaian reaksi yang menyebabkan deplesi lapisan ozon di stratosfer. Perbandingan ketiga asam tersebut dalam hujan asam biasanya berkisar antara 62 persen oleh Asam Sulfat, 32 persen Asam Nitrat dan 6 persen Asam Chlorida.

Pengaruh hujan asam terhadap kesehatan manusia, harta benda, dan ekonomi adalah : 1. Menyebabkan penyakit pernapasan pada manusia (bronkitis danasma). 2. Melarutkan logam seperti timbal dan tembaga sehingga dapat mencemari air minum. 3. Merusak patung, bangunan, logam, dan cat kendaraan. 4. Menurunkan visibilitas atmosfer karena adanya partikel sulfat. 5. Menurunkan keuntungan karena produktivitas perikanan, hutan dan pertanian menurun.

Pengaruh Hujan Asam Pada Ekositem Perairan: 1. Jika pH mendekati 5, spesies plankton yang tidak diinginkan dan lumut akan segera menginvasi perairan, populasi ikan smallmouth bass berkurang. 2. Jika pH di bawah 5, populasi ikan mulai hilang, dasar perairan tertutup dengan material yang tidak terurai dan lumut mendominasi daerah pantai. 3. Jika pH di bawah 4,5, perairan sunyi dari ikan. 4. Ion aluminium yang terikat dalam mineral tanah akan terlepas masuk ke dalam perairan, sehingga dapat membunuh ikan melalui pembentukan mukus (lendir) dalam jumlah besar. Ikan akan kekurangan oksigen (asphyxia) karena insang tersumbat lendir. 5. Merkuri yang diemisikan oleh pembangkit listrik tenaga batu bara dapat mengkontaminasi kolam, danau, dan sungai. Mikroorganisme akuatik dapat mengubah merkuri anorganik yang terendap di dasar perairan menjadi methylmercury yang sangat beracun. Methylmercury larut dalam lemak ikan, sehingga dapat mencemari ikan dan mengalami biomagnifikasi melalui rantai dan jaring makanan, meracuni manusia, burung, dan hewan liar lainnya. Manusia yang mengkonsumsi ikan yang mengakumulasi methylmercury dapat mengalami kerusakan ginjal, tremor,kerusakan saraf, dan mati.

Terhadap ekosistem daratan hujan asam dapat menyebabkan diantaranya : 1. Kerusakan lapisan lilin pelindung daun tumbuhan. 2. Menurunkan ketahanan tumbuhan terhadap penyakit dan melarutkan nutrien dari daun. 3. Mengganggu proses perkecambahan benih tumbuhan. 4. Melarutkan nutrien penting tanaman seperti kalsium dan magnesium dari tanah.

Solusi Mengatasi Hujan Asam1. Menggunakan bahan bakar berbahan belerang yang rendah. 2. Mengurangi kandungan belerang sebelum pembakaran. 3. Pengendalian pencemaran selama pembakaran 4. Pengendalian setelah pembakaran 5. Mengaplikasikan prinsip 3R (Reuse, Recycle, Reduce)

SENYAWA COx MERUPAKAN SALAH SATU GAS EMISI YANG DIHASILKAN DARI PEMBAKARAN BAHAN BAKAR MINYAK BUMI DAN BATU BARA

SENYAWA COX DAPAT BERUPA GASKARBONMONOKSIDA (CO) ATAU GAS KARBONDIOKSIDA (CO2). BAHAN BAKAR FOSIL/BAHAN ORGANIK PROSES PEMBENTUKAN C + O2 --> CO2 C+ O--> CO

PEMBENTUKAN CO DI ATMOSFIR DAN BEREAKSI DENGAN HIDROKSIL RADIKAL HO: CO + HO CO2 + H REAKSI MENGHASILKAN HIDROPEROKSIL RADIKAL SEBAGAI PRODUK : O2 + H + M HOO + MHO DIHASILKAN KEMBALI DARI HOO DENGAN MENGIKUTI

REAKSI :HOO + NO HO + NO2 HOO + HOO H2O2 + O2 REAKSI TERAKHIR DIIKUTI DENGAN DISOSIASI FOTOKIMIA DARI H2O2 MENGHASILKAN KEMBALI HO H2O2 + HV 2HO

TINGKAT RENDAH (PAPARAN 250 PPM 500 PPM DALAM 5 JAM) MUNCULNYA GEJALA FATIGUE (KELELAHAN) DAN SAKIT DADA YANG DIIRINGI SESAK NAPAS. TINGKAT TINGGI (PAPARAN 500 PPM 750 PPM DALAM 3 JAM) MUNCULNYA GEJALA SAKIT KEPALA, PUSING DAN KONDISI FISIK MELEMAH. TINGKAT YANG SANGAT TINGGI (PAPARAN >750 PPM DALAM WAKTU < 1 JAM)

PINGSAN DAN KEMATIAN DI TEMPAT. MEMPENGARUHI SYSTEM SYARAFPUSAT, JANIN, DAN SEMUA ORGAN TUBUH YANG PEKA TERHADAP KEKURANGAN OKSIGEN.

PENGARUH THD LINGKNGAN EFEK GLOBAL WARMING NAIKNYA PERMUKAAN AIR LAUT FENOMENA CUACA EKSTRIM TERPENGARUHNYA HASIL PERTANIAN, PUNAHNYA BERBAGAI JENIS HEWAN. PENIPISAN OZON SOLUSI RAMAH LINGKUNGAN MENGGANTI BAHAN BAKAR KENDARAAN BERMOTOR PENGOLAHAN/DAUR ULANG ATAU PENYARINGAN LIMBAH ASAP INDUSTRI PENGHIJAUAN TIDAK MELAKUKAN PEMBAKARAN HUTAN SECARA SEMBARANGAN MEMBUKA LAHAN DENGAN CARA MEKANIK.

tindakan antisipasi untuk mencegah terjadinya keracunan gas CO MEMASANG DETEKTOR GAS CO MEMASTIKAN SISTEM VENTILASI TERPASANG DAN BEROPERASI DENGAN BAIK. SEBELUM BEKERJA DI AREA TERTUTUP, LAKUKAN PENGECEKAN GAS CO DENGAN GAS DETECTOR. LAKUKAN PERAWATAN PERALATAN YANG MENGHASILKAN GAS CO SECARA BERKALA MENGHINDARI PENGGUNAAN MESIN BERBAHAN BAKAR MINYAK DI AREA KERJA DENGAN SISTEM VENTILASI KURANG BAIK. MEMBERIKAN PELATIHAN BAGI PEKERJA MENGENAI SUMBER GAS CO,BAHAYA KERACUNAN GAS CO DAN GEJALA-GEJALANYA. PENGGUNAAN SLOGAN SAFETY ATAU PUN TANDA BAHAYA

Istilah ozon atau lebih tepat lagi lapisan ozon mulai mendapat perhatian sekitar tahun 1980an ketika para ilmuwan menemukan adanya lubang di lapisan ozon di Antartika. Lubang tersebut merupakan hasil dari tenaga matahari yang mengeluarkan radiasi ultra yang tinggi. Radiasi itu berpecah menjadi molekul oksigen sekaligus melepaskan atom bebas di mana setengahnya diikat dengan molekul oksigen yang lain untuk membentuk ozon Banyaknya ozon di atmosfer tergantung pada keseimbangan dinamis di antara sejauh mana ia terbentuk dan bagaimana ia musnah.

PROSES TERBENTUK OZON Ozon secara alamiah terbentuk melalui proses fotokimia, yaitu melalui radiasi ultraviolet dari matahari. sinar ultraviolet dari pancaran sinar matahari mampu menguraikan gas oksigen di udara bebas menjadi molekul. Molekul tersebut terurai menjadi dua atom oksigen yang dikenal dengan proses fotolisis. Kemudian atom-atom oksigen tersebut secara alamiah bertumbukan dengan gas oksigen yang ada disekitarnya, sehingga terbentuklah ozon. Ozon yang terbentuk pada lapisan stratosfer dikenal sebagai ozone layer (lapisan ozon).

PENYEBAB PENIPISAN LAP OZON Chlorofluorocarbons (CFC) Hydrochlorofluorocarbons (HCFC) Halons Methyl Bromide Carbon Tetrachloride Methyl Chloroform

(CFC) terdapat pada atau digunakan di Air Conditioner (AC) dan aerosol. Bila dilepas ke atmosfer, zat yang mengandung klorin ini akan dipecah oleh sinar Matahari yang menyebabkan klorin dapat bereaksi dan menghancurkan molekulmolekul ozon. Setiap satu molekul CFC mampu menghancurkan hingga 100.000 molekul ozon. Satu buah molekul CFC memiliki masa hidup 50 hingga 100 tahun dalam atmosfer sebelum dihapuskan.

Reaksi CFC dalam Ozon(CFCl3) dan freon-12 (CF2Cl2), keduanya melepaskan atom klor melalui reaksi : CFCl3 + UV (