The ozone layer in Antarctica

Molekul ozon terdiri dari tiga atom oksigen, bukan dua seperti biasanya. Ozon ada di atmosfer dalam jumlah kecil. Molekul ozon tercipta melalui interaksi radiasi ultraviolet (UV) dari matahari dengan molekul oksigen: Ketika molekul O2 terpecah, dua atom oksigen bebas bergabung dengan molekul O2 lainnya untuk membentuk molekul O3.

Karena radiasi UV lebih intens di ketinggian yang lebih tinggi di mana udara lebih tipis, ozon paling banyak diproduksi di stratosfer. Para ilmuwan telah menghitung bahwa jika lapisan ozon dibawa ke permukaan laut, ketebalannya akan menjadi 3 mm, sedangkan di Antartika, ozon bisa setipis 1 mm. Ozon di stratosfer berkurang karena berbagai gas buatan manusia, membentuk 'lubang' di atas Antartika.

Lubang ozon di atas Antartika

Lubang ozon adalah salah satu dampak paling signifikan yang disebabkan manusia di Antartika. Dari tahun 1940-an hingga 1990-an, industrialisasi cepat dan standar hidup yang lebih tinggi menyebabkan klorofluorokarbon, hidroklorofluorokarbon, halon, dan metil bromida menciptakan 'lubang' di ozon di atas benua Antartika.

Lubang ozon terdeteksi oleh para ilmuwan ketika mereka membandingkan jumlah ozon yang ditemukan pada awal 1980-an dengan pengukuran yang berasal dari tahun 1956. Lubang ini ditemukan bervariasi dalam ukuran, terbentuk selama dua bulan September dan Oktober. Setiap musim dingin, pusaran kutub terbentuk di stratosfer di atas Antartika, dengan suhu turun hingga –85° Celsius di atmosfer bawah. Pada suhu rendah ini, awan es terbentuk dan bertindak sebagai tempat di mana bahan kimia yang mengandung klorin dan bromin diubah menjadi senyawa yang merusak ozon.

Studi awan kunci untuk memahami lubang ozon

Secara khusus, awan stratosfer kutub (PSCs) menyediakan permukaan untuk reaksi kimia yang melibatkan klorin, yang merusak molekul ozon. PSC terbentuk sekitar 60°S latitude pada ketinggian 10-25 kilometer selama musim dingin dan awal musim semi. Awan ini diklasifikasikan menjadi Tipe I dan Tipe II tergantung pada ukuran partikel dan suhu pembentukannya.

PSCs Tipe I jauh lebih tipis daripada awan Tipe II dan memiliki suhu ambang pembentukan 5 hingga 8° Celsius di atas titik beku. Awan ini terutama terdiri dari tetesan asam nitrat dan asam sulfat, sedangkan awan Tipe II, juga dikenal sebagai awan nacreous atau mother-of-pearl, terdiri dari kristal es dan terbentuk ketika suhu di bawah titik beku es (biasanya di bawah –83°C).

Meski sudah ada penelitian selama beberapa dekade, masih ada celah pengetahuan tentang PSC, seperti waktu dan durasi kejadian PSC, cakupan geografis, dan distribusi vertikalnya, yang mempengaruhi akurasi model pengurangan ozon. Pada musim semi, ketika sinar matahari kembali ke Antartika, penghancuran ozon dalam pusaran kutub dimulai, mencapai puncaknya pada awal Oktober dan kemudian menurun hingga akhir Desember.

Lapisan ozon melindungi kita dari radiasi berbahaya

Mayoritas ozon di atmosfer Bumi berada di ketinggian antara 15 dan 30 km, di stratosfer, di mana ia menyerap radiasi berbahaya dari matahari. Sekitar 2 persen dari cahaya yang dipancarkan matahari berbentuk radiasi ultraviolet (UV) berenergi tinggi, dengan beberapa radiasi UV ini (UV-B) menyebabkan kerusakan pada makhluk hidup, termasuk kulit terbakar, kanker kulit, dan kerusakan mata. Jumlah radiasi UV matahari yang mencapai Bumi di lokasi mana pun tergantung pada posisi matahari di atas cakrawala, jumlah ozon di atmosfer, serta tingkat awan dan polusi lokal. Dengan terbentuknya lubang ozon di atas Antartika, para ilmuwan telah mengamati peningkatan besar dalam UV-B selama musim semi Antartika.

Kesepakatan global untuk menghentikan bahan kimia perusak ozon

Sejak Protokol Montreal ditandatangani pada tahun 1989, menetapkan tenggat waktu untuk mengurangi dan menghilangkan produksi dan penggunaan zat perusak ozon, telah terjadi pengurangan signifikan dalam bahan kimia perusak ozon di atmosfer. Lapisan ozon di atas Antartika diperkirakan akan kembali ke tingkat tahun 1980 pada paruh kedua abad ke-21. Namun, waktu pemulihan masih belum pasti karena ketidakpastian dalam model yang digunakan untuk memproyeksikan perubahan di masa depan.

Lubang ozon semakin kecil

Dalam sebuah studi terbaru, lubang ozon yang ditemukan di atas kepala Anda selama ekspedisi di Antartika menunjukkan bukti penurunan ukuran berdasarkan 15 tahun pengamatan darat dan satelit, dengan ukuran lubang ozon pada tahun 2014 lebih kecil dibandingkan rata-rata 1995-2005. Studi ini menemukan lubang ozon seluas 20,9 kilometer persegi, yang keenam terkecil selama periode 1991-2004, dengan data menunjukkan bahwa sejak 1998, lubang ozon semakin kecil dengan laju 0,17 kilometer persegi per tahun.

Namun, apa yang menyebabkan lubang ozon menyusut masih belum jelas. Zat perusak ozon stratosfer Antartika diperkirakan menggunakan klorin stratosfer efektif ekuivalen (EESC), yang merupakan kombinasi dari klorin dan bromin. Rata-rata 5,2 tahun digunakan untuk menghitung EESC, dan sejak puncak 2000-2002 sebesar 3,70 bagian per miliar (ppb), EESC telah menurun menjadi 3,49 ppb: penurunan sebesar 0,34 ppb atau 9%. Ini berarti bahwa tingkat EESC telah turun sebesar 20% menuju tingkat 1980 sebesar 2,05 ppb, di mana tahun 1980 dianggap oleh para peneliti sebagai 'periode sebelum lubang ozon'.

Hubungan antara lapisan ozon dan iklim

Divisi Antartika Australia telah melakukan penelitian tentang bagaimana pemulihan lapisan ozon akan menghasilkan umpan balik signifikan terhadap iklim permukaan Antartika dan Belahan Bumi Selatan selama sisa abad ke-21, dalam hal perubahan siklus musiman dan tren suhu serta angin jangka panjang.

Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih besar, Divisi Antartika Australia sedang mengembangkan model iklim kimia melalui Australian Community Climate Earth System Simulator (ACCESS). ACCESS menggabungkan model Kimia dan Aerosol Inggris (UKCA). Tujuan utama dari proyek ACCESS Australia adalah untuk memberikan analisis dan saran tentang efek umpan balik dari pemulihan ozon pada iklim Belahan Bumi Selatan. Secara khusus, proyek ini bertujuan untuk sepenuhnya menggabungkan model kimia UKCA ke dalam model ACCESS dan membandingkan output dengan skenario standar dengan pengamatan historis pada skala regional.

Penelitian Australia tentang lapisan ozon

Hasil yang diharapkan dari program ACCESS termasuk implementasi kemampuan pemodelan sistem Bumi baru untuk Australia dan analisis yang ditinjau sejawat tentang perubahan proses iklim Antartika dan Belahan Bumi Selatan untuk jurnal ilmiah dan saran kepada lembaga pemerintah.

Selain itu, proyek ini diharapkan dapat meningkatkan kerja sama trans-Tasman antara Australia dan Selandia Baru. NIWA Selandia Baru telah melakukan penelitian tentang lubang ozon Antartika karena memiliki pengaruh besar pada iklim lokal, yang pada gilirannya mempengaruhi iklim global dan perubahan permukaan laut.

Khususnya, pemodelan NIWA tentang kimia atmosfer dari proses umpan balik antara ozon stratosfer dan iklim Antartika akan meningkatkan akurasi model perubahan iklim global. Hingga saat itu, model Australia berfokus pada prediksi cuaca dan proyek iklim dan tidak menggabungkan kimia stratosfer interaktif.

Selain itu, ACCESS bertujuan untuk meningkatkan kerja sama antara ilmuwan Australia dan internasional dalam pemodelan kimia-iklim dan efek regional dari pemulihan ozon di Belahan Bumi Selatan. Divisi Antartika Australia juga telah melakukan penelitian tentang PSC dengan LIDAR Stasiun Davis yang digunakan sejak tahun 2001 untuk mempelajari awan stratosfer. Pengukuran ini digunakan untuk menyelidiki klimatologi awan dan hubungannya dengan struktur suhu stratosfer.