Geografi

Lapisan Ozon

Ozon adalah salah satu daripada gas-gas yang membentuk atmosfera. Molekul dwiatom oksigen (O2) yang kita bernafas membentuk hampir-hampir 20% atmosfera. Pembentukan ozon (O3), molekul triatom oksigen kurang banyak dalam atmosfera yang mana kandungannya hanya 1/3,000,000 daripada gas atmosfera.

Ozon tertumpu di bawah stratosfera di antara 15 dan 30 km di atas permukaan bumi yang dikenali sebagai ‘lapisan ozon’. Ozon terhasil dengan pelbagai tindakbalas kimia, tetapi mekanisme utama penghasilan dan perpindahan dalam atmosfera adalah penyerapan tenaga sinaran ultra-lembayung (UV) daripada matahari.

Ozon (O3) dihasilkan apabila O2 menyerap sinaran UV pada jarak gelombang 242 nanometer dan disingkirkan dengan foto-pengasingan dari sinaran bagi jarak gelombang yang besar daripada 290 nm. O3  juga merupakan penyerap utama sinaran UV antara 200 dan 330 nm. Penggabungan proses-proses ini adalah efektif dalam mengekalkan kemalaran bilangan ozon dalam lapisan dan penyerapan 90% sinaran UV.

UV dikaitkan dengan pembentukan kanser kulit dan kerosakan genetik. Peningkatan paras UV juga mempunyai kesan kurang baik terhadap sistem imunisasi haiwan, organisma akuatik dalam rantai makanan, tumbuhan dan tanaman.

Penyerapan sinaran UV berbahaya oleh ozon stratosfera amat penting untuk semua hidupan di bumi.                  

Jumlah ozon dalam atmosfera berubah mengikut lokasi geografi dan musim. Ozon disukat dalam unit Dobson (Du) yang mana, sebagai contoh, 300 Du setara dengan 3 mm tebal lapisan ozon yang tulen jika dimampat ke tekanan paras laut.

Sebahagian besar ozon stratosfera dihasilkan di kawasan tropika dan diangkut ke latitud yang tinggi dengan skala-besar putaran atmosfera semasa musim sejuk hingga musim bunga.  Umumnya kawasan tropika memiliki ozon yang rendah.

Ancaman yang diketahui terhadap keseimbangan ozon adalah pengenalan kloroflorokarbon (CFCs) buatan manusia yang meningkatkan kadar penyingkiran ozon menyebabkan kemerosotan beransur-ansur dalam paras ozon global.

CFCs digunakan oleh masyarakat moden dengan cara yang tidak terkira banyak, dalam peti sejuk, bahan dorong dalam penyembur, pembuatan busa dan bahan pelarut terutamanya bagi kilang-kilang elektronik.

Hayat bagi CFCs bermaksud bahawa satu molekul yang dibebaskan hari ini boleh wujud 50 hingga 100 tahun dalam atmosfera sebelum dihapuskan.

Bagi tempoh kira-kira 5 tahun, CFCs bergerak naik dengan perlahan ke dalam stratosfera (10 – 50 km). Di atas lapisan ozon utama, pertengahan julat ketinggian 20 –25 km, kurang UV diserap oleh ozon. Molekul CFC terurai setelah bertindakbalas dengan UV, dan membebaskan atom klorin. Atom klorin ini berupaya untuk memusnahkan ozon.

                                  

Lubang ozon di Antartik disebabkan oleh penipisan lapisan ozon antara altitud tertentu seluruh Antartika pada musim bunga. Penipisan tersebut dikesan setiap tahun sejak sedekad yang lalu. Pembentukan lubang tersebut berlaku setiap bulan September dan pulih ke keadaan normal pada lewat musin bunga atau awal musim panas.

Dalam bulan Oktober 1987,1989,1990 dan 1991, lubang ozon yang dalam telah diperhati bagi seluruh Antartika dengan kenaikan 60% pengurangan ozon berbanding dengan paras lubang pra-ozon. Dalam Oktober 1991, paras terendah atmosfera ozon yang pernah direkodkan telah berlaku di seluruh Antartica.

Terdapat dua sebab utama bagi lubang peningkatan CFC dikesan di atmosfera, dan keunikan persekitaran kajicuaca pada musim sejuk seluruh Antartica. Antara altitud tertentu di Antartika, suhu stratosfera yang sejuk membenarkan kristal ais dibentuk.

Dalam awan tersebut, molekul klorin dibebaskan dari CFC semasa kegelapan kutub sejuk. Apabila sinaran matahari bermula pada bulan September di seluruh Antartika, bilangan molekul-molekul klorin ini akan berkurangan  akibat tindakan UV kerana pembentukan atom klorin pemusnah-ozon.

Pengukuran latar dan satelit menunjukkan pengurangan signifikan terhadap jumlah kolum ozon pada musin sejuk dan panas bagi kedua-dua hemisfera utara dan selatan pada garis lintang tengah dan tinggi. Di dapati aliran ke bawah ini pada tahun1980 agak besar bila berbanding tahun 1970. Tiada statistik aliran signifikan dapat ditentukan bagi kawasan tropika semasa tahun 1980. Dengan kemajuan komputer model bagi pemusnahan stratosfera ozon dapat menjelaskan pemerhatian aliran jumlah ozon di latitud pertengahan pada musim panas, tetapi hanya sebahagian daripadanya pada musin sejuk. Ini bermakna bahawa pada masa hadapan perubahan global ozon belum boleh diramalkan lagi.

Jumlah ozon diukur dengan beberapa cara:

Penggunaan satelit mengelilingi kutub seperti Satelit NASA Nimbus7 yang membawa peralatan “Total Ozone Mapping Spectrometer” (TOMS) telah merevolusikan pemantauan ozon sejak 20 tahun yang lalu. Kedudukan yang baik di atas cakerawala dan keupayaan setiap satelit untuk perjalanan mendatar seluruh glob, menyediakan liputan yang lebih baik dari stesen daratan. Ini sangat tinggi nilainya bagi menentukan aliran global. Ketepatan sensor satelit menggunakan prinsip yang sama dengan spektrofotometer Dobson.

Spektrofotometer pertama direka pada tahun 1920 oleh Gordon Dobson bagi tujuan mengukur jumlah ozon. Kini terdapat lebih kurang 80 jenis alat ini digunakan di seluruh dunia untuk mengukur jumlah ozon. Spektrofotometer Dobson mengukur ozon dengan membanding jumlah sinaran pada jarak dua ultraungu. Satu jarak gelombang terjejas kuat dengan ozon manakala yang satu lagi tidak. Perbezaan antara jumlah dua sinaran secara langsung berhubungkait dengan jumlah ozon.

Ozon sonde adalah sel elektrokimia dan penghantar radio yang dilekatkan kepada belon yang berisi gas hidrogen yang mana boleh mencapai ketinggian kira-kira 35 km. Udara dimasukkan ke dalam sel kecil dengan pam. Pelarut dalam sel bertindakbalas dengan ozon, menghasilkan arus eletrik yang mana  berkadar dengan jumlah ozon. Isyarat dari sel ditukarkan kepada kod dan dihantar melalui radio kepada penerima stesen. Dari pelepasan belon sehingga kegagalan, lazimnya kira-kira 35 km, sonde ini menyediakan taburan menegak ozon.

                                                              

Dalam tahun 1975, dikhuatiri bahawa aktiviti manusia akan mengancam lapisan ozon. Oleh itu atas permintaan “United Nations Environment Programme” (UNEP), WMO memulakan Penyelidikan Ozon Global dan Projek Pemantauan untuk mengkoordinasi secara jangka panjang pemantauan dan penyelidikan ozon.

Kesemua data dari tapak pemantauan di seluruh dunia dihantar ke Pusat Data Ozon Dunia di Toronto, Kanada, yang mana tersedia kepada masyarakat saintifik antarabangsa.

Dalam tahun 1977, mesyuarat pakar UNEP mengambil tindakan Perancangan Dunia terhadap lapisan ozon; dalam tahun 1987, UNEP mengambil Protokol Montreal ke atas bahan yang mengurangkan lapisan ozon.

Protokol ini memperkenalkan siri sukatan, termasuk jadual tindakan, mengawal penghasilan dan pembebasan CFC ke alam sekitar. Ini membolehkan paras pengunaan dan penghasilan berkaitan CFC untuk turun ke paras semasa 1986 pada tahun 1989, dan pengurangan sebanyak 50% pada 1999.

Rangkaian stesen jumlah ozon di seluruh dunia

Dalam tahun 1975, dikhuatiri bahawa aktiviti manusia akan mengancam lapisan ozon. Oleh itu atas permintaan United Nations Environment Programme (UNEP), WMO memulakan Penyelidikan Ozon Global dan Projek Pemantauan untuk mengkoordinasi secara jangka panjang pemantauan dan penyelidikan ozon.

Kesemua data dari tapak pemantauan di seluruh dunia dihantar ke Pusat Data Ozon Dunia di Toronto, Kanada, yang mana tersedia kepada masyarakat saintifik antarabangsa.

Dalam tahun 1977, mesyuarat pakar UNEP mengambil tindakan Perancangan Dunia terhadap lapisan ozon; dalam tahun 1987, UNEP mengambil Protokol Montreal ke atas bahan yang mengurangkan lapisan ozon.

Protokol ini memperkenalkan siri sukatan, termasuk jadual tindakan, mengawal penghasilan dan pembebasan CFC ke alam sekitar. Ini membolehkan paras pengunaan dan penghasilan berkaitan CFC untuk turun ke paras semasa 1986 pada tahun 1989, dan pengurangan sebanyak 50% pada 1999.