Your SlideShare is downloading. ×
Efek Rumah Kaca
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×

Saving this for later?

Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime - even offline.

Text the download link to your phone

Standard text messaging rates apply

Efek Rumah Kaca

964
views

Published on


0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
964
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
36
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. Efek Rumah Kaca Diadaptasi dari Daniel J. Jacob, Harvard University Introduction To Atmospheric Chemistry Roy Wangintan
  • 2. Pendahuluan     Sumber utama panas bumi adalah Energi Matahari, energi yang dipancarkan dari Matahari ke Bumi. Radiasi Matahari di ubah menjadi panas pada permukaan bumi. Bumi memancarkan kembali radiasi sinar matahari ke luar angkasa sehingga kesetimbangan radiasi terjadi. Beberapa radiasi terestrial ini terperangkap oleh gas rumah kaca dan dipancarkan kembali ke bumi sehingga terjadi pemanasan permukaan bumi yang dikenal sebagai efek rumah kaca. Efek rumah kaca digunakan untuk menunjuk dua hal berbeda yaitu efek rumah kaca yang terjadi secara alami di bumi, dan peningkatan efek rumah kaca yang terjadi akibat aktivitas manusia. (wikipedia indonesia)
  • 3. Penyebab Efek Rumah Kaca   Efek rumah kaca disebabkan oleh naiknya konsentrasi gas karbon dioksida (CO2) dan gas-gas lainnya di atmosfer. Selain gas CO2, yang dapat menimbulkan efek rumah kaca adalah belerang dioksida, nitrogen monoksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2) serta beberapa senyawa organik seperti gas metana dan klorofluorokarbon (CFC). Gas-gas tersebut memegang peranan penting dalam meningkatkan efek rumah kaca.
  • 4. Antropogenik Gas Rumah Kaca Gambar 1. Kenaikan konsentrasi gas rumah kaca sejak abad ke-18 (Daniel J. Jacob, 1999)
  • 5. Radiasi  Radiasi adalah energi yang ditransmisikan oleh gelombang elektromagnetik. Partikel bermuatan dalam objek osilasi dengan frekuensi n menginduksi medan listrik berosilasi dari luar objek pada kecepatan cahaya c Medan listrik berosilasi bersama dengan medan magnet merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang λ = c / n dipancarkan oleh obyek. Gambar 2 Gelombang elektromagnetik yang disebabkan oleh muatan berosilasi dalam suatu objek (Daniel J. Jacob, 1999) Gelombang elektromagnetik membawa energi dan menginduksi osilasi partikel bermuatan. Gelombang elektromagnetik ekuivalen sebagai foton, mewakili paket energi terkuantisasi dengan massa nol pada kecepatan cahaya.
  • 6. Emisi Spektrum Objek     Dengan menggunakan spektrometer kita bisa mengukur fluks radiasi ∆ø (W m-2) yang dipancarkan suatu satuan luas permukaan objek dalam panjang gelombang [λ, λ+ ∆λ]. Fluks radiasi merupakan energi foton mengalir tegak lurus ke permukaan. Dengan menutup seluruh spektrum panjang gelombang, akan diperoleh emisi spektrum objek. ∆ø tergantung pada lebar ∆λ. Lebar ini didefinisikan sebagai resolusi spektrometer, plot radiasi spektrum dinyatakan sebagai ∆ø/∆λ vs λ.
  • 7. Emisi Spektrum Objek Gambar 3 Emisi spektrum suatu objek. Garis padat adalah fluks yang diukur dengan spektrometer resolusi panjang gelombang yang terbatas, dan garis putus-putus adalah fungsi distribusi fluks. (Daniel J. Jacob, 1999)
  • 8. Emisi Spektrum Objek     ∆λ  0 (Kondisi Ideal untuk menangkap spketrum emisi  Spektrofotometer resolusi tinggi jarak jauh) Kondisi Ideal didefinisikan sebagai Fungsi Distribusi Flux. Fungsi derivatif ditunjukan sebagai total flux radiasi dalam rentang panjang gelombang [0, λ,] Total flux radiasi di pancarkan dengan unit permukaan sebagai objek di integrasikan pada semua panjang gelombang.
  • 9. Emisi Spektrum Objek    Karena sifat terkuantisasi radiasi, sebuah objek dapat memancarkan radiasi pada panjang gelombang tertentu jika menyerap radiasi pada gelombang yang sama. Blackbody dinyatakan ideal apabila objek menyerap radiasi dari semua panjang gelombang dengan efisiensi 100%. Fisikawan Jerman Max Planck menunjukan dalam 1900 fungsi distribusi flux ( ) blackbody tergantung pada panjang gelombang dan pada suhu (T) blackbody.
  • 10. Emisi Spektrum Objek Distribusi Flux (   ) h = 6,63x10-34 J s-1 adalah Konstanta Plank k = 1,38x10-23 J K-1 adalah Konstanta Boltzmann
  • 11. Emisi Spektrum Objek  1. 2. 3. Tiga sifat penting dalam Distribusi Flux ( ) Blackbody memancarkan radiasi di semua panjang gelombang Puncak Emisi Blackbody pada panjang gelombang λmax berbanding terbalik dengan temperatur. Dengan memecahkan diperoleh λmax = α/T dimana α = hc/5k = 2897 µm K (Hukum Wien’s). partikel dalam objek hangat berosilasi pada frekuensi yang lebih tinggi. Total Flux radiasi yang dipancarkan blackbody diperoleh dengan mengintegrasikan ( ) dengan semua panjang gelombang adalah σ = 2∏5k4/15c2h3 = 5,67x10-8 W m-2 K-4 (Konstanta Stefan-Boltzmann)
  • 12. Emisi Spektrum Objek  Definisi Alternatif fungsi distribusi flux berhubungan dengan frekuensi v = c/λ  adalah radiasi flux dalam frekuensi [v, v + ∆v] Fungsi distribusi fluks relatif terhadap bilangan gelombang    Fungsi Fungsi dan dan berhubungan dengan = c berhubungan dengan :
  • 13. Emisi Spektrum Objek  Untuk Blackbody : Gambar 4 Fungsi distribusi untuk Blackbody (Daniel J. Jacob, 1999)  Solusi ,yield emisi maximum pada frekuensi vmax = 3kT/h, sesuai dengan λmax = hc/3kT. Fungsi puncak pada panjang gelombang 5/3 lebih besar dari fungsi
  • 14. Emisi Spektrum Objek Flux radiasi (garis tebal) yang dipacarkan oleh Benda transparant (Ɛλ = 0) untuk panjang Gelombang lebih pendek dari λ1 atau lebih dari λ3 , tidak tembus cahaya (Ɛλ = 1) untuk Panjang gelombang antara λ1 dan λ2 dan 50 % .absorpsi (Ɛλ = 0,5) untuk panjang Gelombang antara λ2 dan λ3 . Garis putus-putus adalah menunjukan suhu objek. Gambar 5 Spektrum Emisi Absorpsi( Daniel J. Jacob, 1999) Pembentukan Planck Blackbody untuk emisi radiasi secara umum menggunakan hukum Kirchhoff untuk semua objek
  • 15. Suhu Efektif Bumi Spektrum emisi matahari dan terestrial   Fluks radiasi matahari di permukaan laut lebih lemah dibandingkan di bagian atas atmosfer, sebagian karena adanya refleksi oleh awan.  Gambar 6 Spektrum radiasi matahari dari satelit diluar atmosfer bumi (garis tebal) dan permukaan laut ( Daniel J. Jacob, 1999) Matahari adalah blckbody yang baik dan dari spektrum emisi suhu di permukaan Matahari 5800 K. Terjadi pula absorpsi utama O2 dan O3 di ultraviolet dan H2O di Inframerah
  • 16. Suhu Efektif Bumi Spektrum emisi matahari dan terestrial   Plot menunjukkan radian fungsi panjang gelombang  Radian adalah energi radiasi yang diukur oleh satelit dan dinormalkan  Gambar 7 Spektrum radiasi terestrial , Kombinasi spektrum blackbody untuk berbagai kondisi (Hanel, R.A., et al., J. Geophys. Res., 77, 2629-2641, 1972.) Kurva blackbody untuk perbandingan suhu yang berbeda Radian dan v = 1/ λ berhubungan dengan faktor geometrik.
  • 17. Keseimbangan Radiasi Bumi  Untuk mempertahankan iklim yang stabil, Energi bumi harus dalam keadaan seimbang antara radiasi yang diterimanya dari matahari dan radiasi yang dipancarkannya ke ruang. Gambar 8 Keseimbangan radiasi bumi ( Daniel J. Jacob, 1999)
  • 18. Keseimbangan Radiasi Bumi     Dari keseimbangan dapat dikalkulasikan Temperatur Efektif (TE) bumi. Total radiasi (ES) yang dipancarkan matahari pada Temperatur (TS) = 5800 K per unit waktu diberikan oleh radiasi flux σTS4 dikalikan area matahari. RS = 7x105 km adalah radius matahari d = 1.5 x 108 km adalah jarak bumi dari matahari
  • 19. Keseimbangan Radiasi Bumi  Flux radiasi matahari (FS) didistribusikan secara merata pada bola matahari.  FS = 1370 W m-2,  FS disebut konstanta matahari untuk bumi. Flux radiasi matahari (FS) diinterpretasikan dengan luas penampang bumi (∏RE2) digambarkan area bayangan bumi. 
  • 20. Keseimbangan Radiasi Bumi  Rata-rata fluks radiasi matahari yang diserap per satuan luas dari permukaan bumi :  Fraksi A dari radiasi diinterpretasikan kembali ke angkasa oleh awan, salju, es. A disebut planetary albedo. A = 0,28 untuk bumi. Penyerapan energi oleh Bumi harus diimbangi dengan emisi radiasi terestrial keluar ke ruang angkasa. Bumi bukanlah blackbody pada panjang gelombang dengan efisiensi absorpsi radiasi matahari oleh bumi yang hanya Ɛ =1–A = 0,72  
  • 21. Keseimbangan Radiasi Bumi  Dengan memperkirakan flux emisi dari bumi sebagai Temperatur blackbody TE. Didapatkan persamaan keseimbangan energi bumi.  Untuk suhu Bumi  TE = 255 K (Temperatur permukaan bumi) Suhu efektif (Bumi dan Atmosfer) 
  • 22. Radiasi Absorpsi Atmosfer Spectroscopy Molekul Gas         Sebuah molekul gas menyerap radiasi dari panjang gelombang yang diberikan, energi dapat digunakan untuk meningkatkan level energi internal molekul. Tingkat energi internal dalam elektronik, getaran, dan rotasi. Peningkatan energi internal dicapai dengan transisi ke keadaan yang lebih tinggi. Radiasi UV < 0,4 µm Transisi vibrasi membutuhkan Radiasi IR 0,7 – 20 µm Transisi rotasi membutuhkan Radiasi IR > 20 µm Absorpsi kecil berada dalam kisaran radiasi 0,4 – 0,7 µm Gas yang menyerap dalam rentang panjang gelombang 5-50 mm, sebagian besar radiasi terestrial dipancarkan (Gambar 9), disebut gas rumah kaca.
  • 23. Radiasi Absorpsi Atmosfer Spectroscopy Molekul Gas       Secara umum, molekul asimetri dengan peregangan atau pelenturkan (CO2, H2O, N2O, O3, hidrokarbon ...) merupakan gas rumah kaca. Molekul yang tidak asimetri (N2, O2, H2) bukan gas rumah kaca. Gas atom seperti gas mulia tidak memiliki moment dipol dan karenanya tidak ada sifat rumah kaca. konstituen utama dari atmosfer (N2, O2, Ar) bukan penyebab gas rumah kaca. Sebagian besar konstituen lain penyebab gas rumah kaca, ditemukan dalam jumlah lain di atmosfer. Gas rumah kaca ditimbulkan karena konsentrasi spesies yang cukup tinggi untuk menyerap fraksi secara signifikan dari radiasi yang dipancarkan oleh Bumi,(H2O, CO2, CH4 , N2O, O3, dan chlorofluorocarbons (CFC)). Sejauh ini gas rumah kaca yang paling penting adalah uap air karena uap air tersedia dalam jumlah banyak dan kemampuannya untuk mengabsorp yang tinggi.
  • 24. Radiasi Absorpsi Atmosfer Spectroscopy Molekul Gas     Gambar 9 Vibrasi Normal untuk CO2 dan N2 ( Daniel J. Jacob, 1999) Dalam Mekanika kuantum menjelaskan bahwa transisi getaran terjadi jika terdapat perubahan getaran moment dipole (p) molekul. Perbedaan derajat getaran molekul, dan gelombang elektromagnetik terhadap peregangan listrik memliki efek yang berbeda pada ujung molekul p ≠ 0. Molekul CO2 tidak memiliki moment dipole karena distribusi muatannya yang simetris. (transisi ke tingkat energi yang lebih tinggi dari modus tidak mengubah moment dipole molekul). Sedangkan untuk muatan asimetris terdapat perubahan moment dipole. Molekul N2 memiliki distribusi muatan seragam dengan mode getaran stretch asimetris. Namun transisi dalam mode ini dilarang, akibatnya molekul N2 tidak menyerap IR.
  • 25. Radiasi Absorpsi Atmosfer Spectroscopy Molekul Gas Efisien absorpsi 100 % dalam UV terjadi karena transisi Elektromagnetik O2 dan O3 di stratosfer Gambar 10. Efisiensi penyerapan radiasi oleh atmosfer sebagai fungsi panjang gelombang ( Daniel J. Jacob, 1999)
  • 26. Model Rumah Kaca Sederhana Lapisan transparan adalah Radiasi matahari, menyerap sebagian kecil fraksi (f) radiasi terestrial Karena keberadaan gas rumah kaca. T adalah Suhu permukaan Bumi dan suhu lapisan atmosfer. Gambar 11. Model rumah kaca sederhana. Fluks radiasi per unit area permukaan bumi( Daniel J. Jacob, 1999)
  • 27. Model Rumah Kaca Sederhana  Menghitung jumlah absorpsi dan radiasi emisi lapisan atmosfer. T0 = 288 K f = 0,77 Asumsi absorpsi lapisan atmosfer Terhadap radiasi terestrial 77 % Subtitisi T0 = 288 K  T1 = 241 K Ketinggian atmosfer = 7 km
  • 28. Interpretasi Spektrum Radiasi Terestrial Gambar 12. Fluks radiasi yang dipancarkan ke ruang angkasa pada tiga panjang gelombang yang berbeda. Panel kiri adalah profil temperatur, daerah buram abu-abu adalah atmosfer ( Daniel J. Jacob, 1999)
  • 29. Interpretasi Spektrum Radiasi Terestrial    Absorpsi CO2 kuat pada kolom λ = 15 mm, radiasi dipancarkan oleh permukaan bumi diserap oleh CO2 di atmosfer, dan radiasi dipancarkan kembali oleh CO2 yang diserap kembali oleh CO2 di kolom atmosfer. Kaadaan buram untuk radiasi dalam rentang panjang gelombang ini. Fluks radiasi diukur dari ruang angkasa sesuai dengan emisi dari ketinggian di mana Konsentrasi CO2 relatif tipis, kira-kira berada di atas troposfer atau stratosfer bawah. λ = 15 mm warna hitam dengan suhu pada Gambar 7 adalah sekitar 215 K, dikenal sebagai suhu tropopause.
  • 30. Interpretasi Spektrum Radiasi Terestrial  Pada λ = 20 mm, terjadi penyerapan H2O tapi tidak terjadi penyerapan CO2. Opacity atmosfer pada panjang gelombang ini tergantung pada konsentrasi H2O. Fluks radiasi sesuai dengan keadaan suhu atmosfer pada ketinggian sekitar 5 kilometer, pada jarak tersebut jumlah H2O terlalu rendah untuk penyerapan yang efisien. Suhu pada ketinggian ini adalah sekitar 260 K (Gambar 12). Emisi yang sama suhu ditemukan pada 7-8 mm di mana H2O adalah absorber utama.
  • 31. Interpretasi Spektrum Radiasi Terestrial   Terestrial spektrum emisi diukur dari ruang dapat digunakan untuk mengambil informasi tentang suhu permukaan bumi serta termal struktur dan komposisi atmosfer. Informasi mengenai distribusi vertikal gas dapat diperoleh dari lebar garis penyerapan, yang meningkat secara linear dengan kerapatan udara di troposfer dan stratosfer bawah.
  • 32. Interpretasi Spektrum Radiasi Terestrial     Semua gas rumah kaca efesiensinya tidak sama. Gas rumah kaca menyerap pada λ = 11 mm. Absoprsi gas ke dalam atmosfer akan mengurangi radiasi yang dipancarkan ke ruang angkasa pada λ = 11 mm (Radiasi ini akan dipancarkan oleh suasana dingin bukan oleh permukaan yang hangat). Untuk mempertahankan emisi terestrial yang konstan dan terintegrasi pada semua panjang gelombang, maka diperlukan dengan meningkatkan fluks emisi di daerah lain, spektrum tersebut dapat menghangatkan Bumi. Kontras dengan situasi ini penyerapan CO2 gas rumah kaca terjadi pada λ = 15 mm, (Gambar 7). Sedangkan pada panjang gelombang dengan kolom atmosfer yang buram (Gambar 12), dan menyuntikkan tambahan absorber atmosfer tidak memiliki efek rumah kaca yang signifikan.
  • 33. RADIATIVE FORCING   Radiative forcing disebabkan oleh perubahan massa atmosfer (∆m) gas rumah kaca (X) yang didefinisikan sebagai fluks yang dihasilkan karena ketidakseimbangan jumlah radiasi sistem Bumi. Model radiasi diestimasi dengan nilai dari semua variabel yang mempengaruhi jumlah radiasi termasuk gas rumah kaca, awan, dan aerosol.
  • 34. RADIATIVE FORCING Gambar 13. Kalkulasi radiative forcing ∆F karena penambahan ∆m gas rumah kaca. Lapisan atas atmosfer biasanya disebut sebagai tropopause ( Daniel J. Jacob, 1999)
  • 35. RADIATIVE FORCING Gambar 14. Radiasi global rata-rata karena perubahan rumah kaca gas, aerosol, dan aktivitas matahari dari tahun 1850 hingga hari ini. ( Daniel J. Jacob, 1999 ; Climate Change 1994, Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, New York ,1995)
  • 36. RADIATIVE FORCING    Kebijakan lingkungan internasional yang ditujukan untuk emisi gas rumah kaca terus berkembang. Salah satu yang berhubungan secara kuantitatif dari emisi antropogenik dari gas khusus adalah radiative forcing. Indeks yang digunakan adalah global warming potential (GWP). GWP gas X didefinisikan sebagai radiative forcing akibat 1-kg suntikan X ke atmosfer relatif terhadap radiative forcing suntikan 1-kg CO2.
  • 37. RADIATIVE FORCING  Tabel 1. Potensi pemanasan global injeksi sesaat dari 1 kg trace gas, relatif terhadap karbon dioksida Sumber : Daniel J. Jacob, 1999
  • 38. RADIATIVE FORCING Radiative forcing dan temperatur permukaan       Radiative Forcing ; Suhu permukaan meningkat sebesar ∆T0 dari keadaan awal. Untuk gangguan yang cukup kecil ; Subtitusi ; Subtitusi ∆T0 dan ∆F ; λ adalah parameter sensitivitas iklim ;
  • 39. Uap Air dan Umpan Balik Awan Uap Air     Sumber alam uap air banyak terdapat di lautan Uap air dapat memberikan umpan balik positif kuat pemanasan global yang disebabkan oleh gangguan dari gas rumah kaca. Situasi di mana peningkatan CO2 menyebabkan peningkatan kecil dalam suhu permukaan. Peningkatan ini akan meningkatkan penguapan air di lautan. Efek rumah kaca dari uap air yang ditambahkan akan memperburuk pemanasan global. Amplifikasi CO2 bisa menyebabkan efek rumah kaca, di mana lautan benar-benar menguap ke atmosfer dan permukaan suhu mencapai nilai yang sangat tinggi. Seperti yang terjadi di planet Venus, dimana suhu permukaan Venus melebihi 700 K. Tapi Ini tidak bisa terjadi di Bumi karena uap air terakumulasi dalam pembentukan awan dan curah hujan, akan kembali air ke permukaan.
  • 40. Uap Air dan Umpan Balik Awan Uap Air Gambar 15. Evolusi suhu di atmosfer awal Venus dan Bumi (garis putus-putus), ditumpangkan pada diagram fasa air ( Daniel J. Jacob, 1999)
  • 41. Uap Air dan Umpan Balik Awan Awan     Umpan balik perubahan tutupan awan mewakili ketidakpastian terbesar dalam perkiraan perubahan iklim saat ini. Awan-awan dapat memberikan umpan balik negatif yang cukup besar terhadap pemanasan global. Dari gambar 13, Radiative forcing ∆F terjadi karena peningkatan ∆A dalam albedo bumi. Sejak zaman pra industri menyebabkan radiative forcing bernilai negatif ∆F = -2,5 W m-2 dan secara bersamaan mencegah kenaikan forcing gas rumah kaca. Awan tidak hanya meningkatkan albedo Bumi, tapi juga sebagai peredam efisien radiasi IR.
  • 42. Kedalaman Optik Gambar 16. Transmisi radiasi melalui slab elemental( Daniel J. Jacob, 1999)  Penyerapan atau hamburan radiasi oleh media optik aktif atmosfer diukur dengan medium kedalaman optik.
  • 43. Kedalaman Optik = Cross section Gambar 17. Pengaruh sudut datang pada transmisi radiasi melalui lempengan ( Daniel J. Jacob, 1999)
  • 44. Terima Kasih