B. Efek Rumah Kaca dan Pemanasan Global 1. Rumah Kaca Berdasarkan urutan panjang gelombang, mulai dari yang terpanjang ke yang terpendek, radiasi sinar matahari dibagi tiga, yaitu inframerah (IM), cahaya tampak, dan ultraviolet (UV). Ketika sinar matahari mengenai kaca sebuah rumah kaca (green house) radiasi dengan gelombang pendek, yaitu cahaya tampak dan UV dapat menembus kaca, sedangkan IM dipantulkan oleh kaca. Kalor radiasi gelombang pendek diserap oleh tanah dan tanaman menjadi hangat. Tanah dan tanaman yang hangat dapat kita golongkan sebagai sumber kalor yang lebih dingin dibandingkan dengan matahari yang suhunya sangat tinggi. Tanah dan tanaman sebagai sumber kalor yang lebih dingin pada gilirannya akan memancarkan kembali kalor yang diserapnya dalam bentuk radiasi IM dengan panjang gelombang yang lebih panjang. Energi dari kalor radiasi IM yang dipancarkan kembali oleh tanah dan tanaman ini tidak mampu menembus kaca. Energi ini diserap oleh molekul-molekul udara dalam kaca sehingga suhu udara dalam rumah kaca meningkat. Ini membuat suhu dalam rumah kaca dapat tetap hangat dibandingkan suhu luarnya. Keadaan ini membuat tanaman dalam rumah kaca dapat tumbuh subur.
Efek seperti rumah kaca ini Anda alami ketika mobil diparkir pada siang hari terik di bawah sinar matahari dengan jendela kaca tertutup rapat. Ketika Anda masuk ke dalam mobil pada sore hari saat matahari sudah tidak bersinar, Anda merasakan bahwa suhu di dalam mobil lebih hangat dibanding suhu udara di luar mobil.
2. Efek Rumah Kaca Sinar matahari sampai ke permukaan bumi setelah melalui atmosfer bumi. Atmosfer berfungsi menyaring, menyerap, dan memantulkan radiasi sinar matahari yang datang padanya, seperti ditunjukkan pada Gambar 9.4. bumi memantulkan rata-rata 30% dari
radiasi sinar matahari, dua pertiganya atau sekitar 20% dipantulkan oleh awan, 6% dihamburkan oleh partikel-partikel udara, dan 4% dipantulkan oleh permukaan bumi. Tentu saja presentase radiasi yang dipantulkan bumi bergantung pada jangkauan penutupan awan, jumlah debu atmosfer, dan luas salju serta tumbuh-tumbuhan pada permukaan. Perubahan besar dari variabel-variabel itu dapat meningkatkan atau mengurangi pemantulan radiasi matahari, yang akhirnya mengarah ke peningkatan pemanasan atau pendinginan atmosfer. Seperti ditunjukkan pada Gambar 9.4, setelah melalui penyaringan, penyerapan, dan pemantulan, hanya setengah dari radiasi matahari yang diserap oleh permukaan bumi. Bebatuan, tanah, dan air menyerap energi radiasi matahari yang sampai kepdanya, sehingga daratan menjadi hangat. Seperti pada rumah kaca, material-material (batuan, tanah, dan air) ini akan berfungsi sebagai sumber kalor yang lebih dingin disbanding matahari. Pada gilirannya material sebagai sumber dingin ini akan memancarkan kembali energy yang diserapnya menuju ke atmosfer dalam bnetuk radiasi IM yang memiliki panjang gelombang lebih panjang. Frekuensi radiasi IM yang dipancarkan oleh materialmaterial di permukaan bumi ke atmosfer sesuai dengan beberapa frekuensi alami getarangetaran molekul-molekul gas rumah kaca (terutama karbon dioksida dan uap air).
Kesesuaian frekuensi tersebut menyebabkan radiasi IM yang dipancarkan oleh permukaan bumi dengan mudah diserap oleh molekul-molekul gas rumah kaca seperti karbon dioksida dan uap air. Energy IM yang diserap menyebabkan peningkatan energy kinetic molekul-molekul gas rumah kaca, yang kemudian ditunjukkan dengan peningkatan suhu. Sekarang molekul-molekul gas rumah kaca dalam atmosfer dapat memancarkan
radiasi IM mereka sendiri kesegala arah. Sejumlah radiasi yang dipancarkan diserap oleh molekul-molekul lain dalam atmosfer, sebagian kecil dipancarkan ke angkasa, dan sejumlah radiasi lainnya dipancarkan kembali ke permukaan bumi. Secara total dapat dikatakan bahwa sejumlah kecil radiasi IM menghilang ke luar angkasa, sedangkan sejumlah besar diarahkan lagi kembali kepermukaan bumi untuk meningkatkan suhu permukaan bumi. Proses pemanasan atmosfer bagian bawah oleh penyerapan radiasi gelombang pendek matahari dan pemancaran kembali berbentuk radiasi gelombang panjang infra merah, inilah yang disebut efek rumah kaca (greenhouse effect). Disebut efek rumah kaca karena pemncaran kembali radiasi IM yang dihasilkan permukaan bumi oleh atmosfer menuju ke permukaan bumi kembali untuk menghangatkan bumi mirip dengan terkurungnya radiasi IM yang dipancarkan kebali oleh tanah dan tanaman dalam rumah kaca. Ilustrasi efek rumah kaca ditampilkan pada Gambar 9.5 pada halaman 402. Efek rumah kaca diusulkan oleh Joseph Fourier pada tahun 1824, ditemukan pada tahun 1860 oleh John Tyndall, dan pertama kali diselidiki secara kuantitatif oleh Svante Arrheniud pada tahun 1896, serta diselidiki lebih lanjut pada tahun 1930 smapai dengan tahun 1960 oleh Guy Stewart Callender.
Efek rumah kaca alamiah sudah diatur oleh yang maha kuasa sehingga seluruh makhluk hidup di bumi yang diciptakanNya. Jika tidak ada efek rumah kaca alamiah ciptaan Tuhan ini suhu rata-rata bumi (siang-malam, musim dingin-musim panas) kirakira akan mencapai
-20oC. jika ini yang terjadi maka kehidupan makhluk hidup seperti saat ini tidak mungkin berlangsung. Dengan kata lain bumi tidak layak untuk mendukung kehidupan. Sebagai perbandingan, planet Mars dengan lapisan atmosfer tipis dan tidak memiliki efek rumah kaca, bersuhu rata-rata -32oC. Itulah sebabnya kita tidak menjumpai kehidupan di planet Mars. Walaupun fungsi gas rumah kaca sama dengan fungsi rumah kaca, yaitu mencegah suhu dipermukaan tetap hangat sekalipun tidak ada sinar matahari, tetapi analogi menyamakan efek rumah kaca yang terjadi di bumi dengan yang tejadi dalam rumah kaca dapat menyesatkan. Pada rumah kaca, kaca mengizinkan radiasi matahari dengan panjang gelombang pendek untuk lewat kedalam rumah kaca. Energy ini diserap oleh tanah dan tumbuh-tumbuhan dan kemudian dipancarkan kembali sebagai radiasi IM dengan panjang gelombang yang lebih panjang. Akan tetapi, radiasi IM ini tidak diizinkan keluar oleh lapisan kaca pada rumah kaca. Dengan kata lain kaca dari rumah kaca “mengurung” radiasi IM yang dipancarkan kembali oleh tanha dan tumbuh-tumbuhan. Sebaliknya, molekulmolekul karbon dioksida dan uap air tidak “mengurungkan” radiasi IM melainkan terlibat dalam proses penyerapan dinamis dan pemancaran kembali radiasi IM kembali kearah bawah sehingga meningkatkan suhu permukaan bumi. Semakin banyak molekul-molekul karbon dioksida dan uap air yang terlibat dalam proses dinamis ini semakin banyak radiasi IM yang diarahkan kembali ke permukaan bumi. Sebagai akibatnya suhu permukaan bumi akan meningkat lebih besar. Sebaliknya, lapisan-lapisan kaca pada rumah kaca tidak meningkatkan suhu pada rumah kaca secara berarti. Faktor pemanasan dalam rumah kaca sebenarnya adalah lapisan kaca menahan konveksi kalor yang akan terjadi dengan cara mengurungkan kalor radiasi tetap didalam rumah kaca. Proses ini tidak terjadi dengan kehadiran karbon dioksida dan uap air di atmosfer. 3. Pemanasan global Atmosfer bumi terdiri atas bermacam-macam gas dengan fungsi yang berbeda-beda. Kelompok gas secara alamiah menjaga suhu permukaan bumi tetap hangat disebut dengan istilah “ gas rumah kaca”. Gas apa saja yang termasuk gas rumah kaca? Gas yang termasuk gas rumah kaca terbanyak adalah uap air dan karbon dioksida (CO2) Gas rumah kaca yang meningkat paling banyak karena ulah manusia adalah metana CH4, nitrogen oksida N2O dan CFC (Freon). Secara almiah gas-gas rumah kaca tersebut kita perlukan bumi tetap hangat untuk didiami. Apa yang terjadi jika jumlah gas-gas tumah kaca ini meningkat pesat di atmosfer?
Meningkatnya gas rumah kaca di atmosfer berarti semakin banyak radiasi IM yang dipancarkan kembali oleh permukaan bumi terserap oleh gas-gas rumah kaca. Hal itu menyebabkan semakin banyak energy banyak radiasi IM yang akan dipancarkan kearah permukaan bumi. Akhirnya, suhu permukaan bumi akan semakin meningkat. Sebesar 90 % pemanasan terjadi dilautan karena lautan berperan dominan dalam mengatur penyimpanan energi. Istilah pemanasan global (global warming) digunakan untuk mengacu ke peningkatan suhu rata-rata udara dan lautan di permukaan bumi.pada gambar 9.6 ditunjukkan suhu global pada periode tahun 1880 sampai dengan 2000. Tampak bahwa suhu global terus meningkat.
Suhu rata-rata global pada permukaan bumu telah meningkat 0,74 + 0,18 oC selama seratus tahun terakhir (lihat gambar (9.6). Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) menyimpulkan bahwa sebagian besar peningkatan suhu global rata-rata sejak pertengahan abad ke 20 kemungkinan besar disebabkan oleh meningkatnya konsentrasi gas-gas kumah kaca akibat aktivitas manusia melalui efek rumah kaca . penegasan kesimpulan ini dikemukakan pada tahun 2013, IPPC menyatakan bahwa pendorong terbesar dari pemanasan global adalah karbondioksida dari pembakana bahan bakar fosil. Pada gambar 9.7 ditunjukkan diagram emisi gas rumah kaca tahunan dunia pada tahun 2005 berdasarkan sektor. Terlihat bahwa penyumbang emisi gas rumah kaca paling besar yaitu sektor kelistrikan dan energy, yaitu sekitar 24,9% diikuti oleh sektor industri sekitar 14,7% dan sektor transportasi 14,3%.
a. Penyebab Pemanasan Global Pemanasan global disebabkan oleh meningkatnya gas rumah kaca di atmosfer. Oleh karena itu, penyebab penyebab pemanasan global pastinya berkaitan dengan aktivitas menusia di seluruh dunia yang meningkatkan gas rumah kaca. Hai ini juga tentu berkaitan dengan pertambahan populasi penduduk, pertumbukan teknologi dan industry. Berikut secara singkat dijelaskan beberapa aktivitas manusia yang menyebabkan terjadinya pemanasan global. 1. Konsumsi energy bahan bakar fosil Bahan bakar fosil menghandung karbon, sehingga pembakaran karbon pastilah mengkasilkan gas rumah kaca karbon dioksida. Penyumbang terbesar emisi sepertiu karbon seperti ditunjukkan pada gambar 9.7 Amerika Serikat mengemisikan 20 ton karbondioksida per orang per tahun dengan jumlah penduduk 1,1 milyar. Cina mengemisikan 3 ton karbondioksida per orang per tahun dengan jumlah penduduk 1.3 milyar. India mengemisikan 1,2 ton karbon dioksida per orang per tahun dengan jumlah penduduk 1 milyar penduduk. Amerika Serikat merupakan negara dengan penduduk yang gaya hidupnya sangat boros, dengan mengonsumsi energy berasal dari bahan bakar fosil. Sebaiknya negara berkembang mengemisikan sejumlah gas rumah kaca karena akumulasi jumlah penduduk. 2. Sampah organik Sampah organic menghasilkan gas rumah akca metana (CH4). Diperkirakan 1 ton sampah padat menghasilkan 50 kg gas metana. Menurut kementrian lingkunag hidup tahun 1995 rata-rata orang Indonesia di perkotaan menghasilkan sampah sebanyak 0,8 kg/hari , dan setiap tahun kecenderungannya semakin meningkat. Dengan jumlah penduduk yang terus meningkat maka pada tahun 2020 diperkirakan dihasilkan sampah 500 juta kg/hari atau 190 ton/tahun.dengan jumlah ini maka sampah akan mengemisikan metana sebesar 9500
ton/tahun. Dengan demikian sampah pada perkotaan berpotensi besar mempercepat proses terjadinya pemanasan global. 3. Kerusakan hutan Salah satu fungsi tumbuhan yaitu menyerap karbondioksida (CO2) dan mengubah menjadi oksigen (O2). Gas karbon dioksida merupakan gas rumah kaca sehingga kerusakan atau penggundulan huitan secara besar-besaran berarti hilangnya faktor penyerapan gas rumah kaca karbon dioksida di atmosfer. Laju kerusakan hutan di Indonesia, menurut data Forest Watch Indonesia (2001) sekitar 22 juta/tahun. Ini disebabkan oleh kebakaran hutan, perubahan hutan menjadi perkebunan kelapa sawit secar besar-besaran. Dengan kerusakan hutan tentu saja penyerapan karbondioksida tidak normal, sehingga akan mempercepat terjadinya pemanasan global. 4. Pertanian dan Peternakan Sektor pertanian memberikan kontribusi terhadap peningkatan emisi gas rumah kaca melalui sawah-sawah yang tergenang yang menghasilkan gas metana, penggunaan pupuk, pembakaran sisa-sisa pertanian. Bahkan dalam laporan PBB (FAO) yang berjudul Livestock Long Shadow: Enviromental Issues and Options (dirilis bulan November 2006), PBB mencatat bahwa industri peternakan merupakan hasil emisi gas rumah kaca yang terbesar (18%). Jumlah itu lebih banyak dari gabungan emisi gas rumah kaca seluruh transportasi di seluruh dunia (13%). Emisi gas rumah kaca industri peternakan meliputi 9% karbondioksida, 37% gas metana (efek pemanasannya 72 kali lebih kuat daripada karbondioksida), nitrogen oksida (efek pemanasan global 296 kali lebih kuat daripada karbondioksida), serta amonia penyebab hujan asam. Peternakan menempati 30% dari seluruh permukaan tanah kering di Bumi dan 33% dari area tanah subur yang dijadikan ladang untuk menanam pakan ternak. Peternakan sudah menyebabkan 80% pengggundulan hutan Amazon. Menurut laporan yang baru saja dirilis. World Watch Institute menyatakan bahwa peternakan bertanggungjawab terhadap sedikitnya 51% dari pemanasan global. b. Dampak Pemanasan Global Dalam laporan tahun 2013, IPCC telah menegaskan bahwa akibat aktifitas manusia yang menghasilkan emisi gas-gas rumah kaca, terutama karbondioksida, telah meningkatkan konsentrasi gas-gas rumah kaca di atmosfer sehingga menimbulkan pemansan global. Para ilmuan menggunakan model komputer dari suh, pola presitipasi, dan sirkulasi atmosfer untuk mempelajari pemanasan global. Berdasarkan model tersebut para ilmuan telah membuat berberapa prakiraan mengenai dampak pemanasan global terhadap iklim, tinggi permukaan air laut, pantai, pertanian, kehidupan, hewan liar, dan kesehatan manusia.
1. Iklim mulai tidak stabil Para ilmuan memperkirakan bahwa selama pemanasan global, berbagai daerah bagian utara Belahan Bumi Utara akan memanas lebih tinggi dibandingkan dengan daerah – daerah lain di Bumi. Akibatnya, gunung-gunung es akan mencair dan daratan akan berkurang. Akan lebih sedikit es mengapung di perairan utara tersebut. daerah-daerah yang sebelumnya mengalami salju ringan mungkin tidak akan mengalaminya lagi. Pegunungan di daerah subtropis bagian utara yang ditutupi salju akan semakin sedikit serta akan lebih cepat mencair. Musim tanam akan lebih panjang di beberapa daerah. Suhu pada musim dingin dan malam hari akan cenderung meningkat. Daerah hangat akan menjadi lembap karena lebih banyak air yang menguap dari lautan. Kelembapan yang tinggi akan meningkatkan curah hujan, secara rata-rata sekitar 1 persen untuk setiap derajat Fahrenheit pemanasan. Selain itu air akan lebih cepat menguap dari tanah. Akibatnya, beberapa daerah akan menjadi lebih kering dari sebelumnya. Angin akan bertiup lebih kencang dan mungkin dengan pola yang berbeda. Topan badai yang memperoleh kekuatannta dari penguapan air akan menjadi lebih besar. Dengan demikian, pola cuaca menjadi sukar diprediksi dan lebih ekstrim.
2. Peningkatan Permukaan Laut Ketika atmosfer menghangat, air pada permukaan lautan juga menghangat. Hal ini berarti volume air dilautan membesar karena pemuaian sehingga menaikkan tinggi permukaan laut. Pemanasan global juga akan mencairkan lempengan es di kutub, terutama di sekitar Greenland, sehingga semakin memperbesar volume air laut. Tinggi muka laut di seluruh dunia telah meningkat 10-25 cm selama abad ke-20, para ilmuwan IPCC memprediksi akan terjadi peningkatkan lebih lanjut 9-88 cm pada abad ke-21. Perubahan tinggi muka laut akan sangat mempengaruhi kehidupan di daerah pantai. Kenaikan 100 cm saja misalnya akan menenggelamkan 6% Belanda, 17,5% daerah Bangladesh, dan mungkin banyak pulau akan tenggelam. Erosi dari tebing, pantai, dan bukit pasir akan meningkat. Ketika tinggi lautan mencapai muara sungai maka akan terjadi banjir akibat air pasang di daratan. Negara-negara kaya mungkin akan menghabiskan banyak dana untuk melindungi daerah pantainya, sedangkan negara miskin mungkin hanya bisa mengevakuasi penduduknya untuk meninggalkan daerah pantai. Untuk negara kita mungkin kenaikan permukaan laut akan menurunkan produksi tambak ikan dan udang, serta terjadinya pemutihan terumbu karang.
3. Pertanian Orang mungkin beranggapan bahwa Bumi yang hangat akan menghasilkan lebih banyak makanan dari sebelumnya, tetapi hal ini tidak sama di beberapa tempat. Sebagai contoh, bagian selatan Kanada mungkin diuntungkan dari lebih tingginya curah hujan dan lebih lamanya masa tanam. Di lain pihak, lahan pertanian tropis semi kering di beberapa bagian Afrika mungkin tidak dapat ditanami. Daerah pertanian gurun yang menggunakan air irigasi dari gunung-gunung yang jauh dapat ,menderita jika kumpulan salju musim dingin yang berfungsi sebagai cadangan (reservior) alami mencair sebelum puncak bulan-bulan masa tanam. Tanaman pangan dan hutan dapat mengalami serangan serangga dan penyakit yang lebih hebat. Kenaikan suhu global sebesar 4 oC menyebabkan penurunan produksi jagung sebesar 5% akibat kekeringan dan meningkatnya potensi intuisi air asin pada pertanian pesisir yang rentan akibat naiknya permukaan laut. 4. Kehidupan Hewan Liar dan Tumbukan Hewan dan tumbuhan merupakan makhluk hidup yang sulit menghindar dari efek pemanasan global karena sebagian besar lahan telah dikuasai oleh manusia. Akibat pemanasan global, hewan cenderung beremigrasi ke arah kutub atau ke atas pegunungan untuk mencari wilayah yang lebih dingin. Tumbuhan akan mengubah arah pertumbuhannya, mencari daerah baru karena habitat lamanya menjadi terlalu hangat. Akan tetapi, pembangunan yang dilakukan manusia akan menghalangi perpindahan ini. Spesies-spesies yang bermigrasi ke utara ke selatan yang terhalangi oleh kota-kota atau lahan-lahan pertanian mungkin akan mati. Bebrapa tipe spesies yang tidak mampu secara tepat berpindah menuju kutub mungkin akan musnah. 5. Kesehatan manusia Kenaikan suhu global telah memicu banyaknya penyakit yang berkaitan dengan panas dan kematian seperti stress, stroke, dan gangguan kardiovaskuler. Tidak hanya itu, penyakit dengan vektor seperti demam berdarah dan malaria juga mengalami perluasan wilayah lokasi serangan durasi penularan yang lebih lama. Penyebabnya adalah dengan meningkatnya suhu daerah subtropis, memungkinkan perkembangan patogen di daerah tersebut.
c. Pengendalian Pemanasan Global Konsumsi total bahan bakar fosil di dunia meningkatkan sebesar 1% pertahun. Oleh karena itu, langkah-langkah yang sedang dilakukan saat ini tidak ada yang dapat mencegah pemanasan global di masa depan. Hal yang dapat dilakukan hanyalah
mengatasi efek yang timbul sambil melakukan langkah-langkah untuk mencegah semakin berubahnya iklim di masa depan. Salah satu cara mengendalikan pemanasan global yang paling mudah adalah menghilangkan karbondioksida di udara dengan memelihara pepohonan dan menanam pohon lebih banyak lagi. Pohon, terutama yang mudah dan cepat pertumbuhannya, menyerap karbondioksida yang sangat banyak, memecahnya melalui fotosintesis, dan menyimpan karbon dalam kayunya. Di seluruh dunia, tingkat penggundulan hutan telah mencapai tingkat yang mengkhawatirkan. Di banyak area, tanaman yang tumbuh kembali sedikit sekali karena tanah kehilangan kesuburannya karena diubah untuk kegunaan yang lain seperti untuk lahan pertanian atau pembangunan rumah tinggal. Langkah untuk mengawasi hal ini yaitu dengan reboisasi (penghutanan kembali) agar hutan dapat menyerap karbondioksida untuk mengurangi bertambahnya gas rumah kaca di atmosfer.
4. Perjanjian Internasional Perjanjian internasional yang membahas masalah pemanasan global di muat dalam Protokol Kyoto. Protokol kyoto adalah sebuah amandemen terhadap konvensi rangka kerja PBB tentang perubahan iklim (UMNFCC), sebuah persetujuan internasional mengenai pemanasan global. Negara-negara yang meratifikasi protokol ini berkomitmen untuk mengurangi emisi karbon dioksida dan lima gas rumah kaca lainnya, atau bekerja sama dalam perdagangan emisi jika mereka menjaga jumlah atau menambah emisi gas-gas tersebut, yang telah dikaitkan dengan pemasan global. Jika berhasil diberlakukan, protokol kyoto diprediksi akan mengurangi rata-rata cuaca global antara 0,02oC dan 0,28oC pada tahun 2050. Nama resmi persetujuan ini adalah Kyoto Protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change (Protokol Kyoto mengenai Konvensi Perangkat Kerja PBB tentang Perubahan Iklim). Protokol ini dinegosiasikan dikyoto pada Desember 1997, dibuka untuk penandatanganan pada 18 Maret 1998 dan ditutup pada 15 Maret 1999. Persetujuan ini mulai berlaku pada 16 Februari 2005 setelah ratifikasi resmi yang dilakukan Rusia pada 18 November 2004. Menurut siaran pers dari program lingkungan PBB : “Protokol Kyoto adalah sebuah persetujuan sah di mana negara-negara industri akan mengurangi emisi gas rumah kaca mereka secara kolektif sebesar 5,2% dibandingkan dengan tahun 1990 (namun yang perlu diperhatikan adalah, jika dibandingkan dengan perkiraan jumlah emisi pada tahun 2010 tanpa protokol, target ini berarti pengurangan sebesar 29%). Tujuannya adalah untuk mengurangi rata-rata emisi dari enam gas rumah kaca yaitu karbondioksida, methana, nitrogen oksida, sulfur hexaflorida, HFC, dan PFC, yang
dihitung sebagai rata-rata selama masa lima tahun antara 2008-2012. Target nasional berkisar dari pengurangan 8% untuk Uni Eropa, 7% untuk Amerika Serikat, 6% untuk Jepang, 0% untuk Rusia, dan penambahan yang diizinkan sebesar 8% untuk Australia dan 10% untuk Eslandia”.
