Posted by: lizenhs | May 3, 2011

RADIASI MATAHARI: KANDUNGAN ATMOSFIR, LINGKUNGAN HIDUP dan SPEKTRAL RADIASI MATAHARI

RADIASI MATAHARI: KANDUNGAN ATMOSFIR, LINGKUNGAN HIDUP dan SPEKTRAL RADIASI MATAHARI

0leh: Haslizen Hoesin

Kandungan atmosfir sangat berpengaruh terhadap spektral radiasi matahari yang sampai di permukaan bumi.  Kandungan atmosfir berperan sebagai menyerap dan menghamburkan radiasi saat melintasi atmosfir (disebut juga transmisi atmosfir).  Paparan dibawah ini menjelaskan hal tersebut.  Setelah pembaca membaca paparan ini diharapkan dapat menganalisis pengaruh penurunan dan kenaikan kandungan atmosfir dengan teori sebab-akibat terhadap spectral radiasi matahari. Selamat membaca dan mencoba menganalisis.

1)      Kandungan Atmosfir Bumi dan Lingkungn Hidup

Pada keadaan atmosfir kering dalam prosentase volume kandungan atmosfir terdapat: nitrogen 78.03%, oksigen 20.99%, argon 0.49%, Carbon dioksida 0.0012%, helium 0.0004%, Kripton 5 x 10-6 %, Xenon 5 x 10-7% Hoesin (1980b).  Kandungan atmosfir pada keadaan lain (bukan kering) terdapat pula komponen  lain seperti Carbon dioksida, Sulfur dioksida, Hydrogen sulfid, Ozon, Uap air, Nitrogen oksid, Nitrit oksid dan Nitrogen Dioksida, Hidrocarbon, Aerosol, Peroksiasetilnitrat, Patikel/debu/molekul. Komponen  kandungan atmosfir baik keadaan kering maupun keadaan lainnya sangat ditentukan oleh keadaan (kegiatan) dipermukaan bumi (lingkungan hidup) (Hoesin 1980a).

Carbon dioksid bertambah tiap tahun di atmosfir bumi melalui pembakaran minyak, batu bara dan bahan fisol lain. Pengetahuan tentang produksi Carbon dioksid dan campuran organik non fosil tidak banyak diketahui.  Walaupun demikian, karbon dioksid terkumpul di atmosfir bumi dapat didekati lebih dari dua factor

  1. Perubahan antropogenik pada biomas mulai sejak kegiatan pertanian
  2. Tidak hanya bersasal dari karbon tanaman binasa, juga di hasilkan oleh penghancuran tanah yang sifatnya berubah dari perubahan tanaman tersebut di daerah yang luas.  Proses dimulai dari penyesuaian yang berjalan lamban,
  3. Aktifitas manusia dan binatang yang mengurangi tanaman dan pembakaran kayu untuk bahan bakar.

Konsentrasi Karbon dioksid secara global selalu bertambah, karena hasil pembakaran dan polusi di daerah perkotaan dan Industri.  Molekul-molekul Karbon dioksid, yang mengambang diudara akan menyebabkan kenaikan suhu udara (Atwater 1977).

Karbon monoksida. Sampai saat ini karbon monoksid bersumber dari kendaraan bermotor.  Diperkirakan 80% dari yang diemisikan berasal dari permukaan bumi.  Diperkirakan tingkat konsentrasi tertinggi dari Karbon monoksid terdapat diperkotaan, keadaan ini sangat berbahaya pada proses phisiologi.  Pembersihan  Karbon monoksid tidak mudah sebab Karbon Monoksid terkumpul di trotosfir.

Sulfur dioksid.  Dihasilkan oleh oksodasi halogen sulfid.  Dalam keadaan istirahat dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar  fosil.  Sulfur dioksid dapat berbentuk aerosol dan menghilang karena gaya grafitasi. Atau berjatuhan dalam bentuk endapan.  Di atmosfir (stratosfir) merupakan aerosol yang stabil dan terbentuk dari NH3 dan NO2.

Hidrogen sulfid.  Terutama terbentuk oleh pembusukan.  Hidrogen sulfid merupakan/sumber yang sangat berperan terhadap pengotoran udara.

Ozon. Terbentuk pada ketinggian di atas 22 km di atas permukaan laut oleh proses pemisahan (photodissiciation) molekul oksigen. Prosesnya sangat reaktif dan bagian dalam beberapa proses reaksi potokimia.  Lapisan ozon merupakan pelindung bumi terhadap radiasi ultraviolet.  Perusakan lapisan (kesetimbangan) ozon umumnya terjadi disebabkan  gas buang pesawat terbang, terutama oleh nitrogen dioksid dan nitrogen monoksid. Ini merupakan persoalan yamg sangat rumit dan pelik (Almqoist, 1974). Secara kwalitiatif hubungan antara Nitrogen monoksid dengan Ozon  masih belum diketahui sampai sekarang, yang jelas nitrogen dioksid bertambah ozon  berkurang atau sebaliknya.  Konsekuensi dari perubahan ozon  adalah pada perubahan radiasi ultra lembayung mncapai permukaan bumi.  Dua efek yang sangat penting dari perubahan ozon adalah pada jumlah radiasi ultra violet akibat perubahan lapisan ozon adalah:  1) efek abiotik pada prokaryotes dan virus.  2) Efek Erythermal pada kebersihan kulit manusia, berhubungan langsung terhadap efek concerigenik

Uap air.  Kandungan uap air pada stratosfir sanagat berubah 10 tahun belakangan ini.  Uap air di stratosfir berperan utama dalam potokimia ozon, pembentukan aerosol dan ksetimbanagan radiasi  di dekat/di permukaan bumi (Almqoist, 1974).  Kandungan up air paling rendah 0.2 cm pada hari-hari panas atau di musim dingin dan pada hari-hari  musim panas  yang sangat lembab 5 cm tanpa formasi awan.  Harga yang sering  di jumpai  teltak antara 0.5 cm pada hari-hari yang kring selama musim dingin sampai 4.0 cm pada hari-hari lembab yang panas dimusim panas.

Nitrogen Oksid (NOx).  Keluarga gas-gas ini berperan penting secara skala global dalam perubahan keseimbangan kimia di Stratosfir, kecuali  terhadap Ozon.  NOx dihasilkan manusia (terutama NO dan NO2), merupakan hasil buangan  kendaraan dan pada proses Industri NOx dalam konsentrasi tinggi mrupakan tonic (mengandung racun) dan komponn utama  dari proses potokimia yang dapat menyebebkan kabut (Almqoist, 1974)

Nitrogen Oksid (NO) dan Nitrogen Dioksida (N2O).  Merupakan pencemar utama dan juga pendahulu pembentuk NO2.  Molekul pencetus/penggerak pada potokimia daam pembentukan asap.  Diduga NO dan NO2 berasal dari alam jauh lebih banyak dari yang bersumber dari manusia.  Nitrogen dioksida dihasilkan secara alamiah oleh mikrobiologi di dalam tanah (Almqoist, 1974).

Hidrocarbon (CxHx). Siklus alamiah dan pengaruh CxHx sangat sedikit diketahui.  Di Daerah perekotaan CxHx berperan penting dalam memproduksi asap/kabut bersama dengan NOx dan sangat kuat berpengarah terhadap radiasi matahari.  Sumber CxHx dari alam diantaranya hutan dan emisi  bersama dengan endrokarbon dari sayur-sayuran (Almqoist, 1974)

Aerosol.  Separoh dari total aerosol dihasilkan oleh permukaan bumi yaitu dari laut (garam) dan partikel dari daratan (tanah, debu dan sampah-sampah industri).  Separoh lainnya oleh raksi  gas-gas  (SO2, H2S, NOx , CxHx dll).  Aerosol mengapung/melayang-layang.

Partikel/Debu/Molekul.  Perkembangan kota dan industri akan menyebabkan atmosfir di atas, di sekitar kota/industri akan dipenuhi oleh partikel (debu, asap dll) yang disebabkan  asap kendaraan dan industri. Partikel bertambah jumlahnya dimusim panas dan menurun dimisim hujan.  Jumlah partikel juga disebabkan keaktifan gunung berapi.  Pada atmosfir keruh di daerah industri, Hand (1964) memperkirakan + 800 partikel /cm3.  Bila bening + 200 partikel /cm3 (Paltridge, 1973).  Aerosol  yang berukuran besar  dapat dibesihkan  oleh hujan  atau jatuh  akibat gaya grafitasi, yang agak kecil bersatu dan terjebak oleh awan. Aerosol  yang sangat kecil (ukuran 0.1 – 1 µ) dapat masuk  stratosfir, disamping disuntikkan  oleh letusan gunung berapi.

Akibat dari kekeruhan atmosfir  terlihat pada  cahaya tampak, karena akan  dihamburkan dan diserap.  Pertambahan kekeruhan  sangat  berpengaruh  terhadap spectral (spectrum) dan jumlah radiasai matahari mencapai permukaan bumi. Juga mempengaruhi kesetimbangan radiasi matahari dipermukaan bumi (Almqoist, 1974 dan Bjorkstrom, 1979).

Di gurun Pasir (Gurun Sahara) (Volz, 1973) partikel du cukup tinggi.  Asap dihasilkan oleh batu bara yang dibakar.  Pada daerah tropis equator yng umumnya banyak hujan, RH-nya cukup tinggi, kadaan ini cukup membantu mewmbrsihkan atmosfir bagian bawah,  sehingga partikel-partkel akan lebih sedikit dibandingkan dengan daerah gurun pasir, karena dibawa hujan ke bumi.

2)      Spektral Iradiasi Matahari

Spektral iradiasi matahari adalah gambar dari radiasi matahari berdasarkan panjang gelombang  yang di pancarkan surya, dalamm rentang yang yang panjang mulai sinar x (1 A0 ) atau dibwahnya sampai gelombang radio (100 m) dan diatasnya.  Pengukuran radiasi matahari, terbatas kira-kira 99% dalam panjang gelombang 0.276 µm – 4.96 µm, yaitu dri 0.217 sampai 10.94 µm.  Bentuk spektral iradiasi di permukaan bumi bila dibanding dengan ditepi luar atmosfir dapat dijadikan gambaran sebagai perubahan mutu radiasi.  Secara rinci bentuk spektral radiasi dapat dilihat pada gambar1
                                                 Gambar 1
Gambar 1. memperlihatkan spektral radiasi secara garis besar terdiri dari 3 (tiga) daerah yaitu Ultra lembayung (ultra Violet), cahaya tampak (visible) infra merah (infra red).  Diperlihatkan pula spektral benda hitam, penyerapan oleh kandungan atmosfir dan spektral radiasi matahari pada optika masa udara nol (m = 0) sebagai pembanding spektral dipermukaan bumi.

3)      Transmisi Atmosfir

Radiasi matahari yang melintasi atmosfir (Hoesin, 1980b) akan menagalami beberapa proses yaitu (1) diserap oleh komponen-komponen kandungan atmosfir, (2) dihamburkan/dipantulkan oleh partikel-partikel yang mengapung/melayang-layang/mengotori atmosfir dintaranya disebut hamburan Rayleigh dan mie.

Transmisi didefinisikan sebagai perbandingan antara spektral radiasi dipermukaan bumi dengan ditepi luar atmosfir bumi.

Transmisi untuk kabut dan awan sangat tergantung pada tipe awan ( stratus, Stratocumolus, cumulus, Cumulonimbus, Altostratus, altocumulus, Cirrus dan Cirrostratus.  Pendekatan yang digunakan menghitung transmisi mengikuti persamaan garis lurus sebagai fungsi dari oprtical path lenght (m) (Haurwitz 1984 dalam Atwater, 1977).

 Penyerapan

Unsur-unsur yang ambil bagian dalam penyerapan diantaranya:

1)      Ozon, menyerap ultra lembayung pada daerah pita Hartley (0.18 – 0.74 µ) dan yang sangat luas  pada daewrah cahaya tampak pada pita Chappius (0.44 – 0.74 µ).

2)      Uap air, menyerap inframerah terpusat pada 0.93, 1.13, 1.42 dan 1.47 µ.

3)      Atom oksigen, pada daerah paling atas atmosfir terutama menyerap ultra lembayung.

4)      CO2,  mulai menyerap radiasi  matahari pada 1.434 µ yaitu di daerah inframerah.

5)      CH4 , mulai menyerap pada 1.670µ,

Penyerapan total dari molekul terletak pada daerah spectral 3000 – 1.500 µ.

Oksigen mulai menyerap  pada darah sempit, pada panjang gelombang 0.7621µ dan pada daerah-daerah lain yaitu 0.34µ, 0.5769, 0.6288, 0.6379, 0.6884, 0.6897, 0.6901, 0.697, 0.762, 0.771µ dan 1.067µ.  Uap Air meyerap pada beberapa daerah, yang sangat kuat pada 1.320µ dan 1.540µ.  penyerapan maksimum pada 1.400 dan pada daerah-daerah lain 0.850µ – 0.980µ dan 1.100 – 1.180µ.  Ozon menyerap ultra lembayung dan uap air infra merah.  Ozon menyerapan ultra lembayung dan dalam waktu bersamaan juga mnghamburkan. Uap Air menyerap radiasi sangat kuat pada infra merah

Hamburan

Hamburan itu adalah hamburan Rayleigh, Mie dan Uap Air.

Hamburan Rayleigh,  terjadi antara radiasi langsung dengan molekul-molekul yang terdapat di udara.  Hamburan ini dapat menjelaskan terjadi langit biru saat langit bening (tak berawna).

Hamburan Mie, bila ukuran partikel > 0.1µ. pendekatan Rayleigh tidak berlaku lagi.

Untuk partikel tersebut berlaku hamburan Mie. Hamburan Rayleigh dan Mie dapat dirumuskan dalam bentuk model matematis

Hamburan oleh Uap Air, sulit dirumuskan karena setiap saat berubah baik ukuran maupun jarak antar partikel

Kepustakaan

Almqoist, Ebbe (1974).   “An analysis of Global air pollution.”  Ambio.  3 (5) (161 – 167).

Atwater, Mashall A., (1977). “Urbanization and Pollutant Effects on The Thermal Structure in Four Climatic Regimes.” J. Of Appl. Met. 16. (9) (888 – 895).

Hand, I.F (1964). “Phyrheliometers and Pyrheliometric Measurements.”  U.S. Departement of Commerce, Washington.

Hoesin, Haslizen (1980a). “Saling Keterkaitan antara bangunan, Lingkungan Hidup dengan Radiasi Matahari Dan Konservasi Energi Dalam Bangunan.”  Makalah Simposium IV Dept. Sipil ITB – Menuju Interaksi Harmonis Bidang  Teknik Sipil  dan Lingkungan Hidup . Bandung 7 – 9 April 1980.

Hoesin, Haslizen (1980b). “Radiasi Matahari Di Atmosfir Dan Dipermukaan Bumi”.  Proseding Pendidikan Dan Latihan Pemanfaatan Energi Matahari Untuk Pedesaan. Lembaga Ilmu pengetahuan Indonesia  (LIPI). Bandung,  7 – 19 Juli 1980.

Paltridge, G.W (1973).  “Direct Measuremen of water Vapour Absorptoin of Solar radiation in the Free Atmosphere”. J. Atmospheric Sciences, 30 (156 – 160).

Volz, Frederic. E, (1973). “Infrared Optical Constants of Ammonium Sulfate, Sahara dust, Volcanic Pumice and Flysh.”  App. Optics 12 (3) (504 – 508).

About these ads

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Categories

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: