Jurnal Rekayasa Hijau
ISSN: 2550-1070
No.
3 | Vol.
November 2018 Pengaruh Fenomena El Nino Southern Oscillation (ENSO) Terhadap Peningkatan Ozon Troposferik di Indonesia Fatimah Dinan Qonitan Jurusan Teknik Lingkungan.
Institut Teknologi Nasional Bandung Email: fdinan@itenas.
ABSTRAK
Ozon troposferik merupakan polutan sekunder yang bersifat racun bagi manusia.
Beberapa penelitian menemukan terjadinya peningkatan konsentrasi ozon di troposfer selama periode El Nino pada tahun 1997/1998 dan 2006 di Indonesia.
Studi ini berisi kajian dan sintesis berbagai literatur ilmiah untuk mengetahui aspek-aspek yang mempengaruhi peningkatan konsentrasi ozon troposferik di periode Peningkatan ozon rata-rata diketahui dengan membandingkan konsentrasi latar belakang total ozon pada tahun-tahun normal dengan periode El Nino 1997/1998 dan 2006.
Peningkatan ozon terutama terjadi di musim kering pada periode El Nino, ketika terjadi penurunan tingkat presipitasi yang signifikan dan kebakaran hutan besar di Indonesia.
Pada El-Nino 1997/1998 terjadi anomali positif konsentrasi ozon troposferik sebesar 10-20 DU, sedangkan pada El-Nino 2006 sebesar 10-15 DU.
Peristiwa kebakaran hutan ini mengemisikan prekursor pembentuk ozon (O.
dalam jumlah besar, diantaranya adalah karbon monoksida (CO) dan Nitrogen Oksida (NO.
Kata kunci: El Nino.
ENSO.
Indonesia.
Kebakaran.
Tropospheric Ozone
ABSTRACT
Tropospheric ozone is a secondary pollutant that is toxic to humans.
Several studies have found an increase in ozone concentration in the troposphere during periods of 1997/1998 and 2006 El Nino in Indonesia.
This study intends to review and synthesize earlier research to determine important aspects affecting increase of tropospheric ozone concentration during those period.
Average tropospheric ozone increase was estimated by subtracting the background concentration of total ozone during the normal years on 1997/1998 and 2006 El Nino periods.
Significant increase tropospheric ozone mostly occurred in the dry season during the El Nino periods when the precipitation decreased significantly and extensive forest fire occurred frequently in Indonesia.
During the 1997/1998 El-Nino, there is positive anomaly of tropospheric ozone by 10-20 DU, and 10-15 DU in 2006 El Nino.
Forest fires event emit large numbers of ozone (O.
-forming precursors, such as carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NO.
Keywords: El Nino.
ENSO.
Forest Fire.
Indonesia.
Tropospheric Ozone Jurnal Rekayasa Hijau - 203 Fatimah Dinan Qonitan PENDAHULUAN El Nino Southern Oscillation (ENSO) adalah mode gabungan lautan-atmosfer dari variabilitas tahunan yang terjadi sistem bumi (Nassar et al.
, 2.
Selama fase positif ENSO, yaitu El Nino, suhu permukaan laut (Sea Surface Temperatures.
SST) pada Samudera Pasifik di daerah ekuator lebih tinggi daripada kondisi normal.
Sedangkan pada fase negatif ENSO, yaitu La Nina terjadi penurunan SST dibandingkan dengan kondisi normal (Nassar et al.
, 2.
Pada periode El Nino, proses dinamis yang terjadi merupakan kebalikan daripada yang terjadi pada periode La-Nina (Chandra et al.
, 2.
El Nino memiliki pengaruh kuat umumnya pada daerah pesisir pantai dan area tropis pada Pasifik Barat.
Di daerah Pasifik Barat, terjadi penurunan curah hujan dan kelembaban selama periode El Nino (Sudo dan Takahashi, 2.
Efek paling parah dari peristiwa ini dialami di Indonesia, yang dapat menyebabkan perubahan besar pada komposisi kimia atmosfer (Nassar et al.
, 2.
Tercatat dua periode El Nino yang dibarengi dengan peristiwa kebakaran hutan besar di Indonesia, yaitu pada 1997/1998 El Nino (Fujiwara et al.
, 1999.
Chan et al.
, 2001.
Chandra et al.
, 2.
dan 2006 El Nino (Nassar et al.
, 2009.
Chandra et al.
, 2009.
Kita et al.
, 2.
Di wilayah hutan tropis Kalimantan.
Indonesia, pembakaran peatland seringkali dilakukan menjelang masa tanam untuk pembukaan lahan pertanian.
Kekeringan selama periode El Nino ini menyebabkan kegiatan pembukaan lahan tersebut berbuah pada kebakaran besar-besaran di hutan-hutan tropis Indonesia selama Agustus-Oktober 1997 dan Oktober-November 2006.
Beberapa studi yang mempelajari keterkaitan peristiwa ini dengan peningkatan ozon troposferik menyimpulkan bahwa, peristiwa kebakaran berperan dalam mengemisikan prekursor-prekursor O3 yang menyebabkan produksi ozon secara fotokimia di troposfer (Fujiwara et al.
,1.
Pada studi ini, akan dibahas mengenai peran prekursor pada reaksi fotokimia produksi Ozon troposferik dengan cara mensintesis berbagai hasil penelitian terkait tema ini.
Peristiwa kebakaran hutan pada periode El Nino ini menyediakan kesempatan yang baik untuk mempelajari peran prekursor dalam mekanisme reaksi pembentukan Ozon troposferik, yang merupakan polutan bersifat toksik bagi manusia.
Selain itu, diketahui bahwa perubahan dinamika atmosfer pada periode El Nino juga berpengaruh pada peningkatan konsentrasi ozon troposferik (Chandra et al.
, 1.
Beberapa penelitian terdahulu menyebutkan bahwa peristiwa El Nino dan La-Nina ini merupakan sumber utama dari variabilitas tahunan dan dekadal dari ozon troposferik (Ziemke et al.
, 2.
Studi-studi pemodelan dan pemantauan kimia troposfer berkaitan dengan ENSO, yaitu Hauglustaine et al.
, 1999.
Sudo dan Takahashi, 2001.
Chandra et al.
, 2002 menyimpulkan peningkatan ozon troposferik pada periode El Nino dipengaruhi oleh kombinasi kebakaran hutan dan dinamika troposfer (Nassar et al.
, 2.
Oleh karena itu, studi ini juga akan membahas mengenai pengaruh dinamika atmosfer seperti downward motion, surpressed convection, dan kekeringan.
Periode El Nino 1997/1998 dan 2006 merupakan periode ENSO terkuat pada abadnya yang berlangsung bersamaan dengan fase positif Indian Ocean Dipole (IOD) dan memiliki skala dampak yang besar, sehingga sangat baik untuk digunakan mempelajari hubungan konsentrasi ozon troposferik dengan variabilitas kondisi atmosfer.
Jurnal Rekayasa Hijau - 204
Pengaruh Fenomena El Nino Southern Oscillation (ENSO) terhadap Peningkatan Ozon Troposferik
di Indonesia
METODOLOGI PENELITIAN
Metodologi yang digunakan dalam studi ini adalah studi literatur terhadap beberapa penelitian terdahulu yang terkait dengan tema AuPengaruh ENSO terhadap Peningkatan Ozon Troposferik di Indonesia.
Ay Pada studi ini dilakukan narrative review dan sintesis terhadap hasil-hasil penelitian dari berbagai jenis sumber literatur, diantaranya adalah buku, jurnal ilmiah, publikasi, dan artikel ilmiah.
HASIL DAN PEMBAHASAN
1 Ozon Troposferik Secara alamiah, troposfer yang bersih memiliki kandungan latar belakang Ozon sebesar 20 Ae 80 ppb (Seinfeld, 1.
Skema ideal variasi ozon bulanan pada lokasi terpencil .
dara bersi.
tercantum pada Gambar 3.
Variabilitas natural ini dipengaruhi oleh proses kimia di troposfer dan transport ozon dari stratosfer ke troposfer.
Seperti yang terlihat pada Gambar 3.
1, dapat terjadi penambahan konsentrasi ozon dari kondisi naturalnya, yaitu berasal dari sintesis ozon melalui proses kimia yang menyerupai smog fotokimia dan dari transport ozon langsung dari daerah urban (Seinfeld, 1.
Gambar 1.
Skema ideal variasi ozon pada lokasi terpencil (Sumber: Singh et al.
, 1978 dalam Ludwig & Martinez, 1.
Di troposfer, ozon memegang peran penting dalam mengontrol komposisi kimia dan kualitas Reaksi kimia fotolisis ozon pada 300 nm terjadi seperti Reaksi .
yang diikuti dengan reaksi singlet tereksitasi (O1D) dengan air pada Reaksi .
membentuk 2 hidroksil radikal (Seinfeld, 1988.
Logan, 1.
O3 hv y O.
D) O2
D) H2O y 2 OH Hidroksil radikal yang diproduksi tersebut berperan penting dalam reaksi sink berbagai spesi di atmosfer, yaitu CO.
CH4.
NO2, dan Halokarbon (Logan, 1.
Jurnal Rekayasa Hijau - 205 Fatimah Dinan Qonitan 2 Kimia O3.
NOx, dan CO di Troposfer Ozon merupakan polutan udara sekunder yang penting, karena memiliki dampak pada iklim dan Peristiwa kematian dalam jangka pendek, iritasi paru-paru, bronkitis, emfisema, dan asma telah ditemukan berkaitan dengan paparan terhadap ozon dalam konsentrasi tinggi (Jaffe & Widger, 2.
Ozon terbentuk .
dari interaksi Nitrogen Oksida (NOx = NO NO.
dan Non-methane organics carbons (NMOC.
dalam kondisi terdapat sinar matahari (Jaffe & Widger, 2.
Pada kondisi terdapat matahari.
NO2 akan terfotolisis menjadi NO pada Reaksi .
Kemudian, ozon tereksitasi O.
P) mengalami Reaksi .
yaitu pemadaman .
dengan spesi inert M, yang dapat berupa O2.
N2, atau H2O (Logan, 1.
Setelah terbentuk.
O3 bereaksi dengan NO untuk menghasilkan NO2 pada Reaksi .
NO2 hv y O.
P) NO O.
P) O2 M y O3 M Ozon terbentuk .
melalui Reaksi .
, .
dan disisihkan .
melalui fotolisis pada Reaksi .
dan reaksi dengan NO pada .
Ozon yang disihkan pada .
akan terbentuk kembali melalui Reaksi .
yang diikuti dengan Reaksi .
hv O3 y O.
P) O2
NO O3 y NO2 O2 Karena reaksi yang bersifat siklik ini, maka perlu didefinisikan spesi-spesi yang berperan dalam proses source/sink ozon dapat dikelompokkan dalam kelompok odd oxygen Ae yaitu O3.
D).
P), dan NO2.
Konsentrasi O3 di troposfer tidak hanya dicapai melalu mekanisme reaksi .
saja, tetapi terjadi pula melalui reaksi dengan spesi mengandung karbon (Seinfeld, 1.
Spesi mengandung karbon yang paling sederhana adalah CO, yang juga diemisikan dari pembakaran biomassa (Seinfeld, 1.
Hidroksil radikal yang dihasilkan dari fotolisis ozon pada Reaksi .
akan bereaksi dengan CO di troposfer .
Atom hidrogen pada .
akan bereaksi dengan cepat dengan O2 untuk membentuk hidroperoksil radikal HO2 .
Reaksi dengan CO ini dapat dipersingkat dalam persamaan Reaksi .
CO OH y CO2 H H O2 M y HO2 M CO OH y CO2 H2O Pembahasan di atas telah menjelaskan mengenai mekanisme sink/source O3 di troposfer.
Selain itu, reaksi di atas juga menjelaskan bahwa CO dan NO x merupakan prekursor yang berperan penting dalam mekanisme tersebut.
3 Kebakaran Hutan pada Periode El Nino 1997/1998 dan 2006 Suatu periode El Nino ditandai dengan terjadinya kenaikan suhu permukaan laut (SST).
Kejadian ini disertai dengan perubahan pada arus laut dan angin permukaan, yang menyebabkan penurunan konveksi atmosfer dan kelembaban di Indonesia (Ekuato.
dan Pasifik Timur dan penurunan di Pasifik Barat (Nassar et al.
, 2.
Di wilayah hutan tropis Kalimantan.
Indonesia, pembakaran peatland Jurnal Rekayasa Hijau - 206 Pengaruh Fenomena El Nino Southern Oscillation (ENSO) terhadap Peningkatan Ozon Troposferik di Indonesia seringkali dilakukan menjelang masa tanam untuk pembukaan lahan pertanian.
Penurunan konveksi pada periode El Nino menyebabkan perubahan pada tingkat presipitasi, yang berujung pada bencana kekeringan di daerah ekuator dan Pasifik Timur.
Kekeringan ini menyebabkan distribusi pembakaran biomassa, dan laju keterbakaran biomassa menjadi lebih tinggi dari kondisi normal (Nassar et al.
, sehingga kegiatan pembukaan lahan tersebut berbuah pada kebakaran besar-besaran di hutanhutan tropis Indonesia selama Agustus-Desember 1997 (Fujiwara et al.
, 1.
dan Oktober-November 2006 (Chandra et al.
, 2.
Sejak tahun 1997, tahun 2006 adalah pertama kalinya periode El Nino berlangsung bersamaan dengan fase positif Indian Ocean Dipole (IOD).
Fase positif IOD ini menguatkan dampak El Nino (Nassar et al.
, 2.
Periode El Nino 1997/1998 termasuk pada kategori sangat kuat (Chandra et al.
, 2.
Pada periode ini terjadi kekeringan yang berdampak pada kebakaran besar di hutan-hutan tropis Sumatra dan Kalimantan seluas 45,600 km2 (Chandra et al.
, 2.
Sebuah studi oleh Chan et al.
menemukan bahwa terjadi 2600 kebakaran pada 7-14 Oktober 1997, dan lebih dari 700 kebakaran dari 25 November-1 Desember 1997.
Walaupun api aktif ditemukan di Sumatera dan Kalimantan, titik panas .
ot spot.
juga ditemukan di Malaysia peninsula dan wilayah Indo-China pada sub benua Asia Tenggara.
Asap tersbar di hampir seluruh Asia Tenggara, hingga Cina selatan (Chan et al.
, 2.
Fenomena El Nino 2006 termasuk pada kategori moderate (Nassar et al.
, 2.
, namun fenomena ini tetap menyebabkan kekeringan mulai pertengahan-September hingga pertengahan-November, yang menyebabkan kebakaran hutan di selatan Kalimantan.
Pada pertengahan-November, kebakaran berkurang cepat karena turunnya hujan dengan intensitas tinggi (Nassar et al.
, 2.
Sebagai contoh.
Gambar 3.
2 menunjukkan titik-titik kebakaran yang terpantau oleh NOAA pada 14 Oktober 1997, tercatat 1400 kebakaran terjadi pada hari tersebut.
Gambar 2.
Lokasi kebakaran pada 14 Oktober 1997.
Titik merah menunjukkan lokasi kebakaran, warna kuning menunjukkan persebaran asap, warna putih adalah awan.
(Sumber : NOAA, 1997 dalam Chan et al.
, 2.
Jurnal Rekayasa Hijau - 207 Fatimah Dinan Qonitan 4 Peningkatan Konsentrasi Ozon Troposferik di Indonesia pada Periode El Nino 1997/1998 dan 2006 Berbagai studi telah menemukan terjadinya anomali kadar ozon di troposfer pada periode El Nino.
Pada daerah Pasifik Timur dan Ekuator, termasuk Indonesia, terjadi peningkatan O3 troposferik selama periode El Nino, begitu pula pada El Nino 1997/1998 dan 2006.
Pada El Nino 1997/1998, anomali positif pada tropospheric column ozone (TCO) sebesar 10-20 Dobson Unit (DU.
1 DU = 2.
69 x 1020 molekul/m.
terukur pada wilayah tropis Pasifik Timur dan Indonesia dengan metode Ozone soundings (Fujiwara et al.
, 1.
dan metode berbasis satelit (Ziemke and Chandra, 1.
dimana anomali pada Pasifik Timur adalah negatif 4-8 DU dibandingkan dengan periode ENSO sebelumnya.
Gambar 3.
3 menunjukkan perubahan konsentrasi ozon di troposfer pada tahun normal .
El Nino sangat kuat .
, dan El Nino kuat .
Konsentrasi ozon troposferik di wilayah Indonesia pada tahun 1997 secara signifikan lebih tinggi daripada tahun sebelumnya dan sesudahnya (Chandra et al.
Gambar 3.
Tropospheric column ozone yang diukur dari TOMS CCD pada Oktober 1996 .
anel ata.
Oktober 1997 .
anel tenga.
, and Oktober 1998 .
anel bawa.
Sumber : Chandra et al.
, 2001
Sedangkan.
Gambar 4 menunjukkan perubahan konsentrasi ozon di troposfer yang diukur dari OMI/MLS pada periode El Nino 2006.
Peningkatan mixing ratio O3 lebih besar pada Oktober 2006, dibandingkan dengan tahun sebelum dan sesudahnya (Chandra et al.
, 2.
Jurnal Rekayasa Hijau - 208 Pengaruh Fenomena El Nino Southern Oscillation (ENSO) terhadap Peningkatan Ozon Troposferik di Indonesia Gambar 4.
Tropospheric column ozone yang diukur dari OMI/MLS pada Oktober 2004 .
anel ata.
Oktober 2005 .
anel tenga.
, and Oktober 2006 .
anel bawa.
Sumber : Chandra et al.
, 2009
Peningkatan ozon troposferik pada periode El Nino ini dipengaruhi oleh kombinasi kebakaran hutan dan dinamika troposfer (Nassar et al.
, 2.
Berikut akan dijelaskan mengenai pengaruh masingmasing faktor tersebut.
Pengaruh Kebakaran Hutan Logan et al .
mempelajari efek El Nino 2006 terhadap profil troposfer dari CO.
O3, and H2O dari Tropospheric Emission Spectrometer (TES) yang dipasang pada satelit Aura.
Hasil studi tersebut dapat diamati pada Tabel 1, yaitu terdapat anomali pada Tropospheric Column Ozon (TCO) di wilayah Indonesia pada periode El Nino 2006.
Tabel 1.
Emisi CO dan NO pada tahun 2006 dalam satuan terragram (Tg.
1 Tg=1012 .
CO (T.
Indonesia1 Dunia2 Juli Agustus September* Oktober* November* Desember NO (T.
Indonesia Dunia2 Sumber: Logan et al.
, 2008 dalam Chandra et al.
, 2009
Emisi dari pembakaran biomassa .
ebakaran huta.
Emisi dari seluruh sumber, termasuk bahan bakar fosil, biofuel, dan biomass burning, kecuali biomass burning dari Indonesia *Periode El Nino 2006 Jurnal Rekayasa Hijau - 209 Fatimah Dinan Qonitan Tabel 1 menunjukkan bahwa peristiwa kebakaran hutan di Indonesia telah meningkatkan emisi CO 3 Tg pada September 2006, 44.
2 Tg pada Oktober 2006, dan 6.
3 Tg pada November 2006, atau sebanyak total 69 Tg selama September-November 2006, yang merupakan 27% dari total emisi CO global.
Sedangkan peningkatan emisi NO adalah sebanyak 0.
32 Tg pada September 2006, 76 Tg pada Oktober 2006, dan 0.
11 Tg pada November 2006, atau sebanyak total 1.
19 Tg, yang 13% dari total emisi NO global.
CO dan NO merupakan prekursor ozon, sehingga emisi CO dan NO besar-besaran dari peristiwa kebakaran ini berperan pada peningkatan konsentrasi ozon di troposfer secara global.
Dapat diamati pada Tabel tersebut bahwa pada Oktober 2006, kontribusi emisi CO dan NO dari peristiwa kebakaran hutan di Indonesia terhadap konsentrasi CO dan NO global 5% dan 12.
CO dan NO sebagai prekursor ozon berperan pada mekanisme reaksi produksi ozon secara fotokimia.
Pengaruh kebakaran hutan di Indonesia selama El Nino 1997/1998 sudah dipelajari dengan GEOSCHEM global model of chemistry and transport (Chandra et al.
, 2.
Penelitian tersebut menyebutkan bahwa peningkatan TCO di Indonesia setengahnya disebabkan oleh kebakaran hutan, sedangkan setengah lainnya oleh dinamika atmosfer.
Peristiwa El Nino 2006 adalah peristiwa yang signifikan lebih lemah daripada El Nino 1997/1998.
Anomali TCO berdasarkan alat ukur TES pada November 2006 adalah 11.
1 DU, sedangkan hasil pengamatan dari alat ukur TOMS pada November 1997 menunjukkan anomali 14.
4 DU (Chandra et , 2.
Logan et al.
menyebutkan penyebab sebagian besar perubahan ini adalah perbedaan pada emisi CO dari kebakaran hutan di Indonesia, yaitu pada tahun 1997 sebesar 193 Tg dan 2006 sebesar 82 Tg.
Pengaruh Dinamika Troposfer Sudo dan Takahashi .
mempelajari dampak meteorologis pada 1997/1998 El Nino pada distribusi ozon troposferik dengan mengabaikan pengaruh kebakaran hutan menggunakan suatu model kimia global, yaitu CHASER (Chemical AGCM for Study of Atmospheric Environment and Radiative Forcin.
Faktor utama yang mempengaruhi perubahan konsentrasi ozon berdasarkan model tersebut adalah downward/upward motions, penurunan/peningkatan konveksi, dan perubahan uap air (H2O).
Pada periode El Nino, terjadi penurunan konveksi, downward motion, dan kekeringan .
enurunan uap ai.
yang menyebabkan peningkatan konsentrasi O3 di troposfer (Sudo dan Takahashi, 2.
Kondisi penurunan uap air ini juga mempengaruhi waktu tinggal prekursor ozon seperti NOx (NO NO.
dan CO.
Pada ketinggian < 8 km, peningkatan NOx diakibatkan oleh perubahan efisiensi deposisi basah .
et depositio.
HNO3 karena perubahan laju presipitasi, dan penurunan penyisihan NOx dengan hidroksil radikal (OH) karena penurunan kadar O2 (Sudo dan Takahashi, 2.
KESIMPULAN
Pada Periode El Nino 1997/1998 dan 2006, terjadi peningkatan konsentrasi ozon troposferik, misalnya pada bulan November, yaitu sebesar 14.
4 DU pada November 1997 dan 11.
1 DU pada November Fenomena El Nino menyebabkan kekeringan yang berkaitan dengan terjadinya kebakaran hutan besar di hutan-hutan tropis Indonesia pada Agustus-Desember 1997 dan Oktober-November 2006.
Peningkatan ozon troposferik pada periode El Nino ini dipengaruhi oleh kombinasi kebakaran hutan dan dinamika troposfer.
Kebakaran hutan berperan dalam mengemisikan prekursor ozon ke troposfer, yaitu CO dan NOx.
Emisi CO meningkat sebanyak 69 Tg selama September-November 2006, sedangkan peningkatan emisi NO adalah sebesar 1.
19 Tg pada periode yang sama.
Dinamika troposfer Jurnal Rekayasa Hijau - 210 Pengaruh Fenomena El Nino Southern Oscillation (ENSO) terhadap Peningkatan Ozon Troposferik di Indonesia yang berubah saat Periode El Nino menyebabkan peningkatan konsentrasi ozon di troposfer, diantaranya adalah surpressed convection, downward motion, dan penurunan kadar H2O .
DAFTAR PUSTAKA