”AIR, OZON, ANGIN, TANAH DAN FISIKA NUKLIR”
Diajukan guna memenuhi tugas “Pembelajaran Fisika Lingkungan” untuk Mahasiswa Fisika Semester VI
Oleh
Siti Diah Ayu Febriani
NIM 081810201008
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS JEMBER
2011
A. Air
Air (H20) merupakan komponen utama 2 yang paling banyak terdapat di dalam tubuh manusia. Sekitar 60% dari total berat badan orang dewasa terdiri dari air. Namun bergantung kepada kandungan lemak & otot yang terdapat di dalam tubuh, nilai persentase ini dapat bervariasi antara 50-70% dari total berat badan orang dewasa.Oleh karena itu maka tubuh yang terlatih & terbiasa berolahraga seperti tubuh seorang atlet biasanya akan mengandung lebih banyak air jika dibandingkan tubuh non atlet. Di dalam tubuh, sel-sel yang mempunyai konsentrasi air paling tinggi antara lain adalah sel-sel otot dan organ-organ pada rongga badan, seperti paru-paru atau jantung, sedangkan sel-sel yang mempunyai konsentrasi air paling rendah adalah sel-sel jaringan seperti tulang atau gigi. Kepadatan air adalah maksimum di 40C. Ice I (ada di fase sedikitnya sepuluh es) adalah struktur terbuka, yang diselenggarakan bersama oleh ikatan hidrogen, dan kurang padat daripada air cair. Hal ini berguna karena membekukan lautan dari atas ke bawah, bukan bottom up. Panas laten fusi (yaitu panas yang dibutuhkan untuk mengkonversi 1 kg es untuk air tanpa perubahan suhu) adalah 0,334 kJ / kg. Panas laten penguapan (yaitu panas yang dibutuhkan untuk mengubah air menjadi uap tanpa perubahan suhu) adalah 2300 kJ / kg.
Konsumsi cairan yang ideal untuk memenuhi kebutuhan harian bagi tubuh manusia adalah mengkonsumsi 1 ml air untuk setiap 1 kkal konsumsi energy tubuh atau dapat juga diketahui berdasarkan estimasi total jumlah air yang keluar dari dalam tubuh. Secara ratarata tubuh orang dewasa akan kehilangan 2.5 L cairan per harinya. Sekitar 1.5 L cairan tubuh keluar melalui urin, 500 ml melalui keluarnya keringat, 400 ml keluar dalam bentuk uap air melalui proses respirasi (pernafasan) dan 100 ml keluar bersama dengan feces (tinja). Sehingga berdasarkan estimasi ini, konsumsi antara 8-10 gelas (1 gelas 240 ml) biasanya dijadikan sebagai pedoman dalam pemenuhan kebutuhan cairan per- harinya. Dala m p r o s e s metabolisme yang terjadi di dalam tubuh, air mempunyai 2 fungsi utama yaitu sebagai pembawa zat-zat nutrisi seperti karbohidrat, vitamin dan mineral serta juga akan berfungsi sebagai pembawa oksigen (O ) ke dalam 2 sel-sel tubuh. Selain itu, air di dalam tubuh juga akan berfungsi untuk mengeluarkan produk samping hasil metabolisme seperti karbon dioksida (CO ) dan juga senyawa nitrat.
Selain berperan dalam proses metabolisme, air yang terdapat di dalam tubuh juga akan memiliki berbagai fungsi penting antara lain sebagai pelembab jaringan-jaringan tubuh seperti mata, mulut & hidung, pelumas dalam cairan sendi tubuh, katalisator reaksi biologik sel, pelindung organ dan jaringan tubuh serta juga akan membantu dalam menjaga tekanan darah & konsentrasi zat terlarut. Selain itu agar fungsi-fungsi tubuh dapat berjalan dengan
normal, air di dalam tubuh juga akan berfungsi sebagai pengatur panas untuk menjaga agar suhu tubuh tetap o berada pada kondisi ideal yaitu ± 37 C.
Distribusi Cairan Tubuh
Di dalam tubuh manusia, cairan akan terdistridusi ke dalam 2 kompartemen utama yaitu cairan intraselular (ICF) dan cairan ekstrasellular (ECF). Cairan intraselular adalah cairan yang terdapat di dalam sel sedangkan cairan ekstraselular adalah cairan yang terdapat di luar sel. Kedua kompartemen ini dipisahkan oleh sel membran yang memiliki permeabilitas tertentu. Hampir 67% dari total badan air (Body’s Water) tubuh manusia terdapat di dalam cairan intrasellular dan 33% sisanya akan berada pada cairan ekstrasellular. Air yang berada di dalam cairan ekstrasellular ini kemudian akan terdistribusi kembali kedalam 2 Sub-Kompartemen yaitu pada cairan interstisial (ISF) dan cairan intravaskular (plasma darah). 75% dari air pada kompartemen cairan ekstraselular ini akan terdapat pada sela-sela sel (cairan interstisial) dan 25%-nya akan berada pada plasma darah (cairan intravaskular). Pendistribusian air di dalam 2 kompartemen utama (Cairan Intrasellular dan Cairan Ekstrasellular) ini sangat bergantung pada jumlah elektrolit dan makromolekul yang terdapat dalam kedua kompartemen tersebut. Karena sel membran yang memisahkan kedua kompartemen ini memiliki permeabilitas yang berbeda untuk tiap zat, maka konsentrasi larutan (osmolality) pada kedua kompartemen juga akan berbeda.
http://sains.kompas.com/read/2011/05/11/20102770/Air.
Mineral Makro & Mikro
Fungsi antara lain dalam menjaga tekanan osmotik tubuh, mengatur pendistribusian cairan ke dalam kompartemen badan air (body’s fluid compartement), menjaga pH tubuh dan juga akan terlibat dalam setiap reaksi oksidasi dan reduksi serta ikut berperan dalam setiap proses metabolisme. Berdasarkan kebutuhannya di dalam tubuh, mineral dapat digolongkan menjadi 2 kelompok utama yaitu mineral makro dan mineral mikro. Mineral makro adalah mineral yang menyusun hampir 1% dari total berat badan manusia dan dibutuhkan dengan jumlah lebih dari 1000 mg/hari, sedangkan mineral mikro (Trace ) merupakan mineral yang dibutuhkan dengan jumlah kurang dari 100 mg /hari dan menyusun lebih kurang dari 0.01% dari total berat badan. Mineral yang termasuk di dalam kategori mineral makro utama
adalah kalsium (Ca), fosfor (P), magnesium (Mg), sulfur (S), kalium (K), klorida (Cl), dan natrium (Na). Sedangkan mineral mikro terdiri dari kromium (Cr), tembaga (Cu), fluoride (F), yodium (I) , besi (Fe), mangan (Mn), silisium (Si) and seng (Zn).
Dalam komposisi air keringat, tiga mineral utama yaitu natrium, kalium& klorida merupakan mineral dengan konsentrasi terbesar yang terdapat di dalamnya. Sehingga dengan semakin besar laju pengeluaran keringat, maka laju kehilangan natrium , kalium dan klorida dari dalam tubuh juga akan semakin besar. Diantara ketiganya, natrium dan klorida merupakan mineral dengan konsentrasi tertinggi yang terbawa keluar tubuh melalui kelenjar keringat (sweat glands). Oleh karena itu maka pembahasan mengenai mineral dalam penulisan ini hanya akan berfokus pada 3 mineral utama yaitu natrium, kalium dan klorida. Di dalam produk pangan atau di dalam tubuh, natrium biasanya berada dalam bentuk garam seperti + natrium klorida (NaCl). Di dalam molekul ini, natrium berada dalam bentuk ion sebagai Na . Diperkirakan + hampir 100 gram dari ion natrium (Na ) atau ekivalen dengan 250 gr NaCl terkandung di dalam tubuh manusia. Garam natrium merupakan garam yang dapat secara cepat diserap oleh tubuh dengan minimum kebutuhan untuk orang dewasa berkisar antara 1.3-1.6 gr/hari (ekivalen dengan 3.3-4.0 gr NaCl/hari).Setiap kelebihan natrium yang terjadi di dalam tubuh dapat dikeluarkan melalui urin &keringat.Hampir semua natrium yang terdapat di dalam tubuh akan + tersimpan di dalam soft body tissue dan cairan tubuh. Ion natrium (Na ) merupakan kation utama di dalam cairan ekstrasellular (ECF) dengan konsentrasi berkisar antara 135-145 mmol/L. Ion natrium juga akan berada pada cairan intrasellular (ICF) namun dengan konsentrasi yang lebih kecil yaitu ± 3 mmol/L.
Elektrolit
Secara umum elektrolit dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis yaitu kation dan anion.Jika elektrolit mempunyai muatan positif (+) maka elektrolit tersebut disebut sebagai kation sedangkan jika elektrolit tersebut mempunyai muatan negatif (-) maka elektrolit tersebut disebut sebagai anion. Contoh dari kation adalah + + - - natrium (Na ) dan nalium (K ) & contoh dari anion adalah klorida (Cl ) dan bikarbonat (HCO ). Elektrolit- 3 + + elektrolit yang terdapat dalam jumlah besar di dalam tubuh antara lain adalah natrium (Na ), kalium(K), + + - - 2- 2- kalsium (Ca ), magnesium (Mg ), klorida (Cl ), bikarbonat (HCO ), fosfat (HPO ) dan sulfat (SO ) 2 3 4 4 Di dalam tubuh manusia, kesetimbangan antara air (H O)-elektrolit diatur secara ketat agar sel-sel dan organ tubuh dapat berfungsi dengan baik.
-Natrium (Na) Brief
Sebagai kation utama dalam cairan ekstrasellular, natrium akan berfungsi untuk menjaga keseimbangan cairan di dalam tubuh, menjaga aktivitas saraf , kontraksi otot dan juga akan berperan dalam proses absorpsi + - glukosa. Pada keadaan normal, natrium (Na ) bersama dengan pasangan (terutama klorida, Cl ) akan memberikan kontribusi lebih dari 90% terhadap efektif osmolalitas di dalam cairan ekstrasellular. Kalium merupakan ion bermuatan positif (kation) utama yang terdapat di dalam cairan intrasellular (ICF) dengan konsentrasi ±150 mmol/L. Sekitar 90% dari total kalium tubuh akan berada di dalam kompartemen ini. Sekitar 0.4% dari total kalium tubuh akan terdistribusi ke dalam ruangan vascular yang terdapat pada cairan ekstraselular dengan konsentrasi antara 3.5-5.0 mmol /L. Konsentrasi total kalium di dalam tubuh diperkirakan sebanyak 2g/kg berat badan. Namun jumlah ini dapat bervariasi bergantung terhadap beberapa faktor seperti jenis kelamin, umur dan massa otot (muscle mass). Kebutuhan minimum kalium diperkirakan sebesar 782 mg/hari.
Di dalam tubuh kalium akan mempunyai fungsi dalam menjaga keseimbangan cairan-elektrolit dan + + keseimbangan asam basa. Selain itu, bersama dengan kalsium (Ca ) dan natrium (Na ), kalium akan berperan dalam transmisi saraf, pengaturan enzim dan kontraksi otot. Hampir sama dengan natrium, kalium juga merupakan garam yang dapat secara cepat diserap oleh tubuh. Setiap kelebihan kalium yang terdapat di dalam tubuh akan dikeluarkan melalui urin serta keringat Elektrolit utama yang berada di dalam cairan ekstraselular (ECF) adalah elektrolit bermuatan negative - - yaitu klorida (Cl ). Jumlah ion klorida (Cl ) yang terdapat di dalam jaringan tubuh diperkirakan sebanyak 1.1 g/ Kg berat badan dengan konsentrasi antara 98-106 mmol / L. Konsentrasi ion klorida tertinggi terdapat pada cairan serebrospinal seperti otak atau sumsum tulang belakang, lambung dan juga pankreas.Sebagai anion utama dalam cairan ekstraselullar, ion klorida juga akan berperan dalam menjaga keseimbangan cairan-elektrolit. Selain itu, ion klorida juga mempunyai fungsi fisiologis penting yaitu sebagai pengatur derajat keasaman lambung dan ikut berperan dalam menjaga keseimbangan asam-basa tubuh. + Bersama dengan ion natrium (Na ), ion klorida juga merupakan ion dengan konsentrasi terbesar yang keluar melalui keringat.Air memiliki sifat-sifat yang penting untuk adanya kehidupan.Air dapat memunculkan reaksi yang dapat membuat senyawa organic untuk melakukan replikasi.Semua makhluk hidup yang diketahui memiliki ketergantungan terhadap air. Air merupakan zat pelarut yang penting untuk makhluk hidup dan adalah bagian penting dalam proses metabolisme. Air juga dibutuhkan dalam fotosintesis dan respirasi.Fotosintesis menggunakan cahaya matahari untuk memisahkan atom hidroden dengan oksigen. Hidrogen akan digunakan untuk membentuk glukosa dan oksigen akan dilepas ke udara.
http://graycilopi.blogspot.com/2011/05/air.html
Air dan Manusia
Peradaban manusia berjaya mengikuti sumber air.Mesopotamia yang disebut sebagai awal peradaban berada di antara sungai Tigris dan Euphrates.Peradaban Mesir Kuno bergantung pada sungai Nil. Pusat-pusat manusia yang besar seperti Rotterdam, London, Montreal, Paris, New York City, Shanghai, Tokyo, Chicago, dan Hong Kong mendapatkan kejayaannya sebagian dikarenakan adanya kemudahan akses melalui perairan.
Sains Semu Air
Ikatan hidrogen antar molekul air yang membuatnya dapat membentuk kelompok atau klaster. Profesor Masaru Emoto, seorang peneliti dari Hado Institute di Tokyo, Jepang pada tahun 2003 melalui penelitiannya mengungkapkan suatu keanehan pada sifat air. Melalui pengamatannya terhadap lebih dari dua ribu contoh fotokristal air yang dikumpulkannya dari berbagai penjuru dunia, Emoto menemukan bahwa partikelmolekul air ternyata bisa berubah-ubah tergantung perasaan manusia disekelilingnya, yang secara tidak langsung mengisyaratkan pengaruh perasaan terhadap klasterisasi molekul air yang terbentuk oleh adanya ikatan hidrogen, Emoto juga menemukan bahwa partikel kristal air terlihat menjadi "indah" dan "mengagumkan" apabila mendapat reaksi positif disekitarnya, misalnya dengan kegembiraan dan kebahagiaan. Namun partikel kristal air terlihat menjadi "buruk" dan "tidak sedap dipandang mata" apabila mendapat efek negatif disekitarnya, seperti kesedihan dan bencana. Lebih dari dua ribu buah foto kristal air terdapat didalam buku Message from Water (Pesan dari Air) yang dikarangnya sebagai pembuktian kesimpulan nya sehingga hal ini berpeluang menjadi suatu terobosan dalam meyakini keajaiban alam. Emoto menyimpulkan bahwa partikel air dapat dipengaruhi oleh suaramusik, doa-doa dan kata-kata yang ditulis dan dicelupkan ke dalam air tersebut.
Air minum
Tubuh manusia terdiri dari 55% sampai 78% air, tergantung dari ukuran badan.Agar dapat berfungsi dengan baik, tubuh manusia membutuhkan antara satu sampai tujuh liter air setiap hari untuk menghindari dehidrasi; jumlah pastinya bergantung pada tingkat aktivitas, suhu, kelembaban, dan beberapa faktor lainnya. Selain dari air minum, manusia mendapatkan cairan dari makanan dan minuman lain selain air. Sebagian besar orang percaya bahwa manusia membutuhkan 8–10 gelas (sekitar dua liter) per hari, namun hasil penelitian yang diterbitkan Universitas Pennsylvania pada tahun 2008 menunjukkan bahwa konsumsi sejumlah 8 gelas tersebut tidak terbukti banyak membantu dalam menyehatkan tubuh. Malah terkadang untuk beberapa orang, jika meminum air lebih banyak atau berlebihan dari yang dianjurkan dapat menyebabkan ketergantungan.Literatur medis lainnya menyarankan konsumsi satu liter air per hari, dengan tambahan bila berolahraga atau pada cuaca yang panas.
Pelarut
Pelarut digunakan sehari-hari untuk mencuci, contohnya mencuci tubuh manusia, pakaian, lantai, mobil, makanan, dan hewan.Selain itu, limbah rumah tangga juga dibawa oleh air melalui saluran pembuangan.Pada negara-negara industri, sebagian besar air terpakai sebagai pelarut. Air dapat memfasilitasi proses biologi yang melarutkan limbah. Mikroorganisme yang ada di dalam air dapat membantu memecah limbah menjadi zat-zat dengan tingkat polusi yang lebih rendah.Keadaan air yang berbentuk cair merupakan suatu keadaan yang tidak umum dalam kondisi normal, terlebih lagi dengan memperhatikan hubungan antara hidrida-hidrida lain yang mirip dalam kolom oksigen pada tabel periodik, yang mengisyaratkan bahwa air seharusnya berbentuk gas, sebagaimana hidrogen sulfida. Dengan memperhatikan tabel periodik, terlihat bahwa unsur-unsur yang mengelilingi oksigen adalah nitrogen, flor, dan fosfor, sulfur dan klor. Semua elemen-elemen ini apabila berikatan dengan hidrogen akan menghasilkan gas pada temperatur dan tekanan normal. Tarikan atom oksigen pada elektron-elektron ikatan jauh lebih kuat dari pada yang dilakukan oleh atom hidrogen, meninggalkan jumlah muatan positif pada kedua atom hidrogen, dan jumlah muatan negatif pada atom oksigen.Adanya muatan pada tiap-tiap atom tersebut membuat molekul air memiliki sejumlah momen dipol.Gaya tarik-menarik listrik antar molekul-molekul air akibat adanya dipol ini membuat masing-masing molekul saling berdekatan, membuatnya sulit untuk dipisahkan dan yang pada akhirnya menaikkan titik didih air.Gaya tarik-menarik ini disebut sebagai ikatan hidrogen.Air sering disebut sebagai pelarut universal karena air melarutkan banyak zat kimia.Dalam bentuk ion, air dapat dideskripsikan sebagai sebuah ion hidrogen (H+) yang berasosiasi (berikatan) dengan sebuah ion hidroksida (OH-).
Manfaat dan Fungsi Air Dalam Tubuh
Air sangat penting bagi tubuh kita, bila kekurangan air akan terjadi dehidrasi dan menggangu kerja tubuh. Berikut ini adalah fungsi air dalam tubuh kita :
a. AIR SEBAGAI PELARUT DAN ALAT ANGKUT
Sebagai pelarut zat-zat gizi berupa monosakarida, asam amino, lemak, vitamin dan mineral serta bahan-bahan lain yang diperlukan seperti oksigen dan hormon.Zat-zat gizi dan hormon ini di bawa ke seluruh bagian tubuh yang membutuhkan.Di samping itu, air juga berperan sebagai alat angkut berbagai komponen sisa metabolisme termasuk kabondioksida dan urea untuk dikeluarkan dari tubuh melalui paru-paru, ginjal, dan kulit.
b. AIR SEBAGAI KATALISATOR
Komponen yang mempermudah dan mempercepat berbagai reaksi biologik di dalam tubuh, termasuk di dalam saluran pencernaan.Air juga diperlukan untuk memecah dan menghidrolisis zat gizi kompleks menjadi bentuk yang lebih sederhana.
http://fujiro.com/manfaat-dan-fungsi-air-dalam-tubuh/
B. OZON
Definisi
Christian Friedrich Schonbeinmenemukan OZONpada tahun 1840.Penamaan ozon ini diambil dari bahasa yunani yakni OZEIN yang berarti bau.Ozon dikenal sebagai gas yang tidak memiliki warna.Soret pada tahun 1867 mengumumkan bahwa ozon adalah sebuah molekul gas yang terdiri tiga buah atom oksigen (O3). Ozon merupakan gas beracun sehingga bila berada dekat permukaan tanah akan berbahaya bila terhisap dan dapat merusak paru-paru. Sebaliknya, lapisan ozon di atmosfer melindungi kehidupan di Bumi karena ia melindunginya dari radiasi sinar ultraviolet yang dapat menyebabkan kanker. Oleh karena itu, para ilmuan sangat khawatir ketika mereka menemukan bahwa bahan kimia kloro fluoro karbon (CFC) yang biasa digunakan sebagai media pendingin dan gas pendorong spray aerosol, memberikan ancaman terhadap lapisan ini. Bila dilepas ke atmosfer, zat yang mengandung klorin ini akan dipecah oleh sinar Matahari yang menyebabkan klorin dapat bereaksi dan menghancurkan molekul-molekul ozon. Setiap satu molekul CFC mampu menghancurkan hingga 100.000 molekul ozon.Bahan-bahan kimia lain seperti bromin halokarbon, dan juga nitrogen oksida dari pupuk, juga dapat menyerang lapisan ozon. Molekul oksigen tadi terurai menjadi dua buah atom oksigen, proses ini kemudian dikenal dengan nama photolysis. Lalu atom oksigen tadi secara alamiah bertumbukan dengan molekul gas oksigen yang ada disekitarnya, lalu terbentuklah ozon. Ozon yang terdapat pada lapisan stratosphere yang kita kenal dengan nama ozone layer (LAPISAN OZON) adalah ozon yang terjadi dari hasil proses alamiah photolysis ini.
Ozonterdiri dari tiga molekul oksigen dan amat berbahaya pada kesehatan manusia.Secara alamiah, ozon dihasilkan melalui percampuran cahaya ultraviolet dengan atmosfer bumi dan membentuk suatu lapisan ozon pada ketinggian 50 kilometer.Ozon tertumpu di bawah stratosfer di antara 15 dan 30 km di atas permukaan bumi yang dikenal sebagai 'lapisan ozon'.Ozon dihasilkan dengan pelbagai persenyawaan kimia, tetapi mekanisme utama penghasilan dan perpindahan dalam atmosfer adalah penyerapan tenaga sinar ultraviolet (UV) dari matahari.Ozon (O3) dihasilkan apabila O2 menyerap sinar ultraviolet pada jarak gelombang 242 nanometer dan disingkirkan dengan fotosintesis dari sinar bagi jarak gelombang yang besar dari 290 nm.O3 juga merupakan penyerap utama sinar UV antara 200 dan 330 nm.Penggabungan proses-proses ini efektif dalam meneruskan kekonstanan bilangan ozon dalam lapisan dan penyerapan 90% sinar UV.Ozon mempunyai bau yang tajam, menusuk hidung. Ozon juga terbentuk pada kadar rendah dalam udara akibat arus listrik seperti kilat, dan oleh tenaga tinggi seperti radiasi eletromagnetik. UV dikaitkan dengan pembentukan kanker kulit dan kerusakan genetik. Peningkatan tingkat uv juga mempunyai dampak kurang baik terhadap sistem imunisasi hewan, organisme akuatik dalam rantai makanan, tumbuhan dan tanaman
Jumlah ozon dalam atmosfer berubah menurut lokasi geografi dan musim.Ozon ditentukan dalam satuan Dobson (Du) di mana, sebagai contoh, 300 Du setara dengan 3 mm tebal lapisan ozon yang tulen jika dimampatkan ke tekanan permukaan laut.Sebagian besar ozon stratosfer dihasilkan di kawasan tropis dan diangkut ke ketinggian yang tinggi dengan skala-besar putaran atmosfer semasa musim salju hingga musim semi.Umumnya kawasan tropis memiliki ozon yang rendah.Ozon digunakan dalam bidang pengobatan untuk mengobati pasien dengan cara terawasi dan mempunyai penggunaan yang meluas seperti di Jerman. Di antaranya ialah untuk perawatan kulit terbakar.
Dalam perindustrian, ozon digunakan untuk:
Membantu proses flokulasi (proses pengabungan molekul untuk membantu penapis menghilangkan besi dan arsenik),
Mencuci, dan memutihkan kain (dipaten),
Membantu mewarnakan plastik,
Menentukan ketahanan getah.
Mengenyahkan kuman sebelum dibotolkan (antiseptik),
Menghapuskan pencemaran dalam air (besi, arsen, hidrogen sulfida, nitrit, dan bahan organik kompleks yang dikenal sebagai warna),
Ancaman yang diketahui terhadap keseimbangan ozon adalah kloroflorokarbon (CFC) buatan manusia yang meningkatkan kadar penipisan ozon menyebabkan kemerosotan berangsur-angsur dalam tingkat ozon global.CFC digunakan oleh masyarakat modern dengan cara yang tidak terkira banyaknya, dalam kulkas, bahan dorong dalam penyembur, pembuatan busa dan bahan pelarut terutama bagi kilang-kilang elektronik.Tiada statistik aliran signifikan dapat ditentukan bagi kawasan tropika semasa tahun 1980.Dengan kemajuan komputer model bagi pemusnahan stratosfer ozon dapat menjelaskan pemerhatian aliran jumlah ozon di ketinggian pertengahan pada musim panas, tetapi hanya sebagian darinya pada musin sejuk. Ini bermakna pada masa depan perubahan global ozon belum bisa diramalkan lagi.Masa hidup CFC berarti 1 molekul yang dibebaskan hari ini bisa ada 50 hingga 100 tahun dalam atmosfer sebelum dihapuskan.Dalam waktu kira-kira 5 tahun, CFC bergerak naik dengan perlahan ke dalam stratosfer (10 – 50 km).Di atas lapisan ozon utama, pertengahan julat ketinggian 20 – 25 km, kurang sinar UV diserap oleh ozon.Molekul CFC terurai setelah bercampur dengan UV, dan membebaskan atom klorin.Atom klorin ini juga berupaya untuk memusnahkan ozon dan menghasilkan lubang ozon.Pengukuran latar dan satelit menunjukkan pengurangan signifikan terhadap jumlah kolom ozon pada musim dingin dan panas bagi kedua hemisfer utara dan selatan pada garis lintang tengah dan tinggi.Didapati aliran ke bawah ini pada tahun 1980 agak besar bila dibandingkan dengan tahun 1970. Ketepatan sensor satelit menggunakan prinsip yang sama dengan spektrofotometer Dobson.
Spektrofotometer pertama diciptakan pada tahun 1920 oleh Gordon Dobson untuk mengukur jumlah ozon.Kini terdapat kurang lebih 80 jenis alat ini untuk digunakan di seluruh dunia dalam mengukur jumlah ozon.Spektrofotometer Dobson mengukur ozon dengan membandingkan jumlah penyinaran pada jarak dua UV.Satu jarak gelombang terlacak kuat dengan ozon manakala yang satu lagi tidak.Perbedaan antara jumlah dua sinar secara langsung berhubungan dengan jumlah ozon.Ozon sonde adalah sel elektrokimia dan penghantar radio yang dilekatkan kepada balon yang berisi gas hidrogen yang dapat mencapai ketinggian kira-kira 35 km. Udara dimasukkan ke dalam sel kecil dengan pompa. Pelarut dalam sel bercampur dengan ozon, menghasilkan arus eletrik yang berkadar sama dengan jumlah ozon. Isyarat dari sel diubah atas kode dan diantarkan melalui radio kepada penerima stasiun.Dari pelepasan balon hingga kegagalan, lazimnya kira-kira 35 km, sonde ini menyediakan taburan menegak ozon.Ozon yang berada di atmosfer yang melindungi permukaan bumi dari radiasi UV yang berbahaya matahari melalui kemampuannya untuk menyerap semua radiasi matahari dengan panjang gelombang <293 nm.Uniknya di antara molekul-molekul dalam ozon atmosfer bumi memiliki pita absorpsi yang kuat antara 210 dan 300 nm.Oleh karena itu, ozon menyaring radiasi ultraviolet Matahari di bawah 300 nm mencegah dari panjang gelombang ini mencapai permukaan bumi.
Sifat dan karakteristik ozon yaitu sebagai berikut:
Ozon sangat penting untuk mempertahankan kehidupan tanaman dan mamalia.
Melindungi permukaan bumi dari radiasi UV yang berbahaya.
Molekul ozon di atmosfer bumi mempunyai pita absorpsi yang kuat antara 210 dan 300 nm.
Ozon menyaring radiasi UV di bawah 300 nm.
Ozon terbatas pada lapisan tipis di atmosfer bumi, ozonosphere dengan konsentrasi maksimum antara 20 dan 26 km di atas permukaan bumi.
Manfaat Ozon
Ozon pertama kali di pergunakan oleh Nies dari Prancis pada tahun 1906 untuk membersihkan air minum.Berawal dari kesuksesan Nies ini di berbagai negara Eropa penggunaan ozon untuk mengolah air minum berkembang pesat. Selain itu ozon dapat dimanfaatkan antara lain;
Untuk membunuh berbagai macam microorganisma seperti bakteri Escherichia coli, Salmonella enteriditis, serta berbagai bakteri pathogen.
Untuk mengawetkan bahan mentah makanan seperti daging dan ikan dengan menghambat perkembangan jamur
Untuk menghambat perkembangan jamur (Botrytis cinerea) pada sayur-mayur dan buah-buahan.
Untuk mengolah air minum
Untuk menghilangkan bau pada proses pengolahan air minum
Untuk sterilisasi bahan makanan mentah
Untuk sterilisasi peralatan.
Dalam penggunaan ozon bidang kedokteran antara lain adalah untuk mencuci peralatan kedokteran.
C. ANGIN
Definisi
Anginmerupakan udara yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasibumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya.Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah.Sementara kita memiliki apresiasi kasar yang dianggap sebagai angin kuat atau lembut, ini tidak memberikan perkiraan kuantitatif. Sekitar tahun 1800, sudah jelas bahwa itu akan berguna untuk mengkategorikan angin dalam hal pengaruhnya terhadap kapalberlayar. Hal ini dilakukan oleh Francis Beaufort, skala yang tetap standar sampai 1946 dan masih digunakan untuk perkiraan pengiriman.Angin terjadi karena adanya perbedaan tekanan udara atau perbedaan suhu udara pada suatu daerah atau wilayah.Hal ini berkaitan dengan besarnya energi panas matahari yang di terima oleh permukaan bumi.
Pada suatu wilayah, daerah yang menerima energi panas matahari lebih besar akan mempunyai suhu udara yang lebih panas dan tekanan udara yang cenderung lebih rendah. Perbedaan suhu dan tekanan udara akan terjadi antara daerah yang menerima energi panas lebih besar dengan daerah lain yang lebih sedikit menerima energi panas, yang berakibat akan terjadi aliran udara pada wilayah tersebut. Apabila dipanaskan, udara memuai.Udara yang telah memuai menjadi lebih ringan sehingga naik.Apabila hal ini terjadi, tekanan udara turun kerena udaranya berkurang.Udara dingin disekitarnya mengalir ke tempat yang bertekanan rendah tadi.Udara menyusut menjadi lebih berat dan turun ke tanah. Diatas tanah udara menjadi penas lagi dan naik kembali. Aliran naiknya udara panas dan turunnya udara dingin ini dinamanakan konveksi.Tabel di bawah ini memberikan penjelasan modern sederhana untuk digunakan di darat.
d. Gaya gesekan
Tidak ada gaya gesekan yang cukup antara atmosfer dan permukaan bumi. Mekanisme dasarnya adalah bentuk viskositas (di ketinggian rendah) dan skala kecil proses pencampuran eddy pada ketinggian yang lebih tinggi. Lapisan dimana gaya gesek penting adalah dikenal sebagai lapisan batas planet. Ketebalan lapisan sangat bervariasi, dari beberapa ratus meter dalam udara di malam hari untuk 4-5 km di atas permukaan panas dengan konveksi yang kuat. Perbedaan tekanan bisa disebabkan oleh pemanasan yang tidak merata atau pendinginan.Pertimbangkan sebuah wilayah atmosfer dengan distribusi bahkan suhu (kanan atas dengan p1> p2> p3).Udara sekarang dipanaskan pada salah satu ujung (menambahkan energi) dan didinginkan pada yang lain (ekstraksi energi).Udara panas mengembang dan kontrak udara dingin.
Penciptaan Fisika angin
Radiasi dari matahari menyebabkan konveksi baik pada skala lokal dan dalam skala global.Perbedaan dalam energi yang disampaikan pada khatulistiwa dan kutub menciptakan perbedaan tekanan yang mendorong sistem angin besar di atmosfer bumi. Angin adalah massa udara bergerak. Massa udara memiliki arti yang cukup tepat dalam meteorologi.Ini adalah volume besar dari udara (mencakup jutaan kilometer persegi) yang memiliki tekanan cukup konstan dan kelembaban. Dengan demikian, massa udara akan menentukan keseluruhan cuaca suatu daerah (walaupun bukan iklim mikro lokal). Dua contoh yang relevan dengan Eropa yaitu sebagai berikut :
Azores anticyclone.
Bagian selatan baratan pukulan terhadap Kutub Utara dan Perdagangan Utara-Timur menuju khatulistiwa.Ini udara hangat dan lembab diklasifikasikan 'maritim tropis' seperti dalam pertengahan garis lintang.
Kutub benua.
Udara kering dingin, di musim dingin berasal dari Eurasia.Batas-batas yang memisahkan massa udara disebut front
Siklon dan Anticyclones
Siklon tropis adalah badai (atau topan).Ini adalah sistem tekanan rendah intensitas besar.kecepatan angin 100 m / s dapat diproduksi dan hujan deras selalu terjadi. Sifat siklon sirkulasi udara di atmosfer yang lebih rendah dalam badai atau topan mudah dilihat oleh sifat dan pergerakan awan seperti yang terlihat dari satelit.Rising udara dari ekuator adalah lembab dan dingin pada naik memberikan korset awan di sekitar Bumi.Ini memberikan hujan lebat di daerah khatulistiwa.Udara dingin dan hangat bertemu di zona konvergensi antar tropis (ITCZ) dan depresi ringan sepanjang tepi.Beberapa (dan hanya beberapa) berkembang menjadi badai besar.
Pengamatan pertama pada sistem siklon adalah bahwa Benjamin Franklin (21 Oktober 1743). Dia mencatat bahwa ia dicegah melihat gerhana bulan di Philadelphia oleh badai NE tapi gerhana terlihat di Boston (300 km NE) Jadi badai itu sendiri harus bergerak melawan arah angin penyusunnya. Perkembangan telegraf listrik diperbolehkan badai yang akan dilacak. Laksamana Fitzroy mendirikan Kantor Meteorologi Inggris. Dia mencatat bahwa massa udara dingin dan panas berdua terlibat dalam perilaku siklon (1840). Dari 1910-1930, Badan Meteorologi Norwegia Kantor diplot front hangat dan dingin - penggunaan pertama pesawat ilmiah. Setelah tahun 1960, penggunaan satelit meteorologi tumbuh pesat, memungkinkan merencanakan gerak siklon dan 'front'.Siklon sistem dapat ditemukan di garis lintang rendah dan menengah.siklon lintang Tengah sistem bertanggung jawab atas 'cuaca buruk' pada garis lintang tengah. Mereka biasanya disebut depresi (bukan karena ini tetapi karena sistem tekanan rendah).
Siklon yang tiba di sini terbentuk pada sisi lain Atlantik (di mana udara dingin kutub di atas benua Amerika Utara memenuhi udara tropis yang hangat dari Atlantik Barat - dipanaskan oleh Gulf Stream). efek serupa terjadi diPasifik Utara dan Mediterania Utara (udara udara pertemuan alpine dari Afrika Utara). depresi terbentuk ketika gelombang berkembang pada perbatasan antara dua massa udara. Udara kemudian mulai mengalir di isobars dan daerah tekanan rendah berkembang dengan gerakan siklon.Hal ini kemudian bergerak sesuai dengan angin di sektor hangat. Karena udara dingin cenderung bergerak lebih cepat daripada udara hangat, dingin depan cenderung untuk mengejar ketinggalan dengan bagian depan meningkat hangat dan udara hangat di atas udara dingin.Sedangkan Anticyclones bentuk lebih dari Siberia, Kanada dan Rusia Utara.Ini mendominasi iklim Asia dan Amerika Utara pada musim dingin.Mereka menimbulkan (terutama) cuaca kering tetapi dapat perangkap awan yang luas dataran rendah.Karena angin biasanya ringan, tingkat polusi sering meningkat.
Alasan untuk tahap awal tidak jelas, tapi begitu dimulai, mekanisme yang memberikan badai besar (atau topan) dipahami dengan baik yakni sebagai berikut:
Badai tumbuh untuk radius 300 km atau lebih besar dan kemudian mulai membusuk. Busuk bergegas dengan melewati air dingin atau lahan.
Badai didorong oleh baratan pertengahan lintang di lintang yang lebih tinggi karena membusuk.
Tekanan mulai jatuh dengan cepat di pusat gangguan.
Angin kenaikan sebuah band yang ketat, 30-60 km dalam radius (mata pusat).
Seperti badai tumbuh bergerak ke barat di angin perdagangan (8-150 lintang) dan berpindah ke lintang yang lebih tinggi.
Badai jatuh tempo memperluas sedangkan tekanan pusat berhenti jatuh.
Global Konveksi
George Hadley pada tahun 1735 mencatat bahwa udara di lintang bawah lebih hangat daripada yang di lebih tinggi (polar) lintang karena fluks matahari lebih besar mencapai khatulistiwa.udara tropis harus bergerak (naik) vertikal dan bergerak ke utara sedangkan kutub udara dingin harus bergerak ke arah selatan. Seperti udara tropis bergerak ke utara, ia kehilangan energi melalui radiasi sebelum turun ke tanah, sehingga menggantikan udara dingin yang bergerak ke selatan. Demikian pula, udara dingin akan mendapatkan panas dari tanah (yang itu sendiri dipanaskan oleh radiasi seperti yang dibahas sebelumnya) dan karena itu akan meningkat di daerah khatulistiwa. Jadi sistem sirkulasi terbentuk mengangkut energi panas dari khatulistiwa ke kutub.Ini adalah sel Hadley.Namun demikian, perbedaan yang signifikan antara model Hadley dan pola sirkulasi udara yang nyata. Memang benar bahwa ada sabuk tekanan rendah di atas khatulistiwa dan wilayah tekanan tinggi di atas tiang model Hadley akan memprediksi. Namun, ada satu sel sirkulasi udara antara 300N dan 600N (danjuga di belahan bumi selatan) di mana udara naik di daerah dingin (yaitu pada 600N) dan turun di daerah lebih hangat (yaitu dalam arah yang berlawanan dengan mekanisme Hadley ). Ini adalah sel Ferrel.Akhirnya, ada sel ketiga antara 600N (dan S) dan tiang. Hal ini beredar di arah yang sama dengan sel Hadley tetapi jauh lebih lemah. Hal ini dikenal sebagai sel Polar.
Pada bulan April-Oktober, matahari berada di belahan langit utara, sehingga benua asi lebih panas daripada benua australia. Akibatnya, di asia terdapat pusat-pusat tekanan udara rendah, sedangkan di australia terdapat pusat-pusat tekanan udara tinggi yang menyebabkan terjadinya angin dari australia menuju asi. Di indonesia terjadi angin musim timur di belahan bumi selatan dan angin musim barat daya di belahan bumi utara. Oleh kerena tidak melewati lautan yang luas maka angin tidak banyak mengandung uap air oleh karena itu pada umumnya di indonesia terjadi musim kemarau, kecuali pantai barat sumatera, sulawesi tenggara, dan pantai selatan irian jaya. Antara kedua musim tersebut ada musim yang disebut musim pancaroba (peralihan), yaitu : Musim kemareng yang merupakan peralihan dari musim penghujan ke musim kemarau, dan musim labuh yang merupakan peralihan musim kemarau ke musim penghujan. Adapun ciri-ciri musim pancaroba yaitu: Udara terasa panas, arah angin tidak teratur dan terjadi hujan secara tiba-tiba dalam waktu singkat dan lebat
Pola Angin Global
Sebelum kita dapat menggambarkan ini, kita harus membahas bagaimana tekanan atmosfer bervariasi di atas planet ini.Hal ini tergantung pada musimyaitu dibawah ini:
Utara musim dingin / musim panas selatan.
Ada tekanan tinggi lemah di Samudra Arktik dan pusat tekanan rendah SE Greenland dan di Pasifik Utara.Antara 450N dan 150N ada daerah yang luas tekanan tinggi, membentang dari Pasifik Timur ke arah timur subtropis putaran planet sejauh India (pengecualian adalah daerah tekanan rendah di Mediterania).Sebuah sabuk luas gradien tekanan lemah mengelilingi planet di lintang rendah.Ada pusat tekanan lemah rendah di atas benua selatan dan anticyclones subtropis atas lautan selatan utama.Pada 400-an ada sabuk cepat berubah gradien tekanan (dan karena itu angin kencang), dan akhirnya daerah tekanan tinggi di atas Antartika.
Northern musim panas / dingin selatan.
Pertengahan-pusat lintang rendah di samudera Atlantik Utara dan Pasifik Utara melemahkan dan pergeseran anticyclones subtropis ke arah Kutub.Ekstensif tekanan rendah (bukan tekanan tinggi) yang diamati di Asia tengah dan selatan (yang terkait dengan musim hujan).Ada juga daerah tekanan rendah di atas daerah subtropis Afrika dan Amerika Utara. Sebaliknya (dari musim panas rendah ke tinggi musim dingin) terjadi di daerah sama di belahan bumi selatan. Ada sabuk tekanan rendah di sekitar Antartika yang mendalam.Pola angin terkuat yang dihasilkan, sebagai salah satu harapkan dari tekanan variasi musiman dibahas di atas, sendiri musiman:yang baratan lintang pertengahan (yaitu bertiup dari barat). Di belahan bumi Utara ini dibatasi oleh cekungan laut.
Angin siklon
Gerakan udara yang berputar memusat mengelilingi suatu daerah minimum.Angin ini terjadi karena daerah barometris minimumdikelilingi oleh barometris maksimum.Akibatnya mengalirlah udara dari daerah barometris maksimum ke minimum.Akan tetapi, karena adanya Hukum Boys-Ballot, arah udara dibelokkan menjadi angin siklon.
Angin antisiklon
Gerakan udara yang berputar ke luar mengelilingi suatu daerah maksimum.Angin terjadi karena perbedaan tekanan udara.Perbedaan tekanan udara global menimbulkan angin global.
Jenis-jenis Angin
Jenis angin ada 2, yaitu sebagai berikut :
1. Angin lokal terbagi menjadi 3 bagian, yaitu:
a. Angin darat dan angin laut
Angin ini terjadi di daerah pantai.Angin laut terjadi pada siang hari daratan lebih cepat menerima panas dibandingkan dengan lautan.Angin bertiup dari laut ke darat.Sebaliknya, angin darat terjadu pada malam hari daratan lebih cepat melepaskan panas dibandingkan dengan lautan.Daratan bertekanan maksimum dan lautan bertekanan minimum.Angin bertiup dari darat ke laut.
b. Angin lembah dan angin gunung
Pada siang hari udara yang seolah-olah terkurung pada dasar lembah lebih cepat panas dibandingkan dengan udara di puncak gunung yang lebih terbuka (bebas), maka udara mengalir dari lembah ke puncak gunung menjadi angin lembah.Sebaliknya pada malam hari udara mengalir dari gunung ke lembah menjadi angin gunung.
c. Angin Jatuh yang sifatnya kering dan panas
Angin Fohn atau Angin jatuh ialah angin jatuh bersifatnya kering dan panas terdapat di lereng pegunungan Alpine. Sejenis angin ini banyak terdapat di Indonesia dengan nama angin Bahorok (Deli), angin Kumbang (Cirebon), angin Gending di Pasuruan (Jawa Timur), dan Angin Brubu di Sulawesi Selatan).
2. Angin musim
a. Angin Passat.
Angin passat adalah angin bertiup tetap sepanjang tahun dari daerah subtropik menuju ke daerah ekuator (khatulistiwa).Terdiri dari Angin Passat Timur Laut bertiup di belahan bumi Utara dan Angin Passat Tenggara bertiup di belahan bumi Selatan.Di sekitar khatulistiwa, kedua angin passat ini bertemu. Karena temperatur di daerah tropis selalu tinggi, maka massa udara tersebut dipaksa naik secara vertikal (konveksi). Daerah pertemuan kedua angin passat tersebut dinamakan Daerah Konvergensi Antar Tropik (DKAT).DKAT ditandai dengan temperatur yang selalu tinggi. Akibat kenaikan massa udara ini, wilayah DKAT terbebas dari adanya angin topan. Akibatnya daerah ini dinamakan daerah doldrum (wilayah tenang).
b. Angin Anti Passat
Angin kering ini menyerap uap air di udara dan permukaan daratan.Akibatnya, terbentuk gurun di muka bumi, misalnya gurun di Saudi Arabia, Gurun Sahara (Afrika), dan gurun di Australia.Di daerah Subtropik (30o – 40o LU/LS) terdapat daerah “teduh subtropik” yang udaranya tenang, turun dari atas, dan tidak ada angin. Sedangkan di daerah ekuator antara 10o LU – 10o LS terdapat juga daerah tenang yang disebut daerah “teduh ekuator” atau “daerah doldrum”Udara di atas daerah ekuator yang mengalir ke daerah kutub dan turun di daerah maksimum subtropik merupakan angin Anti Passat. Di belahan bumi Utara disebut Angin Anti Passat Barat Daya dan di belahan bumi Selatan disebut Angin Anti Passat Barat Laut.Pada daerah sekitar lintang 20o - 30o LU dan LS, angin anti passat kembali turun secara vertikal sebagai angin yang kering.
c. Angin Barat.
Di belahan bumi Selatan pengaruh angin Barat ini sangat besar, tertama pada daerah lintang 60o LS. Di sini bertiup angin Barat yang sangat kencang yang oleh pelaut-pelaut disebut roaring forties.Sebagian udara yang berasal dari daerah maksimum subtropis Utara dan Selatan mengalir ke daerah sedang Utara dan daerah sedang Selatan sebagai angin Barat. Pengaruh angin Barat di belahan bumi Utara
tidak begitu terasa karena hambatan dari benua.
Angin Timur.
Angin timur ini bersifat dingin karena berasal dari daerah kutub.Di daerah Kutub Utara dan Kutub Selatan bumi terdapat daerah dengan tekanan udara maksimum.Dari daerah ini mengalirlah angin ke daerah minimum subpolar (60o LU/LS).Angin ini disebut angin Timur.
e. Angin Muson (Monsun).
Angin muson merupakan angin yang berhembus secara periodik (minimal 3 bulan) dan antara periode yang satu dengan yang lain polanya akan berlawanan yang berganti arah secara berlawanan setiap setengah tahun.
Alat-alat untuk mengukur angin antara lain:
a. Anemometer
Alat yang mengukur kecepatan angin.
b. Wind vane
Alat untuk mengetahui arah angin.
c. Windsock
Alat untuk mengetahui arah angin dan memperkirakan besar kecepatan angin.Yang biasanya banyak ditemukan di bandara – bandara.
