Pemisahan dan Campuran Atmosfer

Kata Kunci: atmosfer, Campuran Atmosfer
Udara adalah campuran dari bermacam-macam gas, tapi saya tidak pernah mendengar bahwa komponen gas-gas ini terpisah. Bagaimanapun, karena adanya lapisan ozon, saya kira udara dapat dipisahkan ke dalam lapisan-lapisan…. Faktor-faktor apa sajakah yang menghasilkan pemisahan dan campuran gas?
Jawaban:
Dr. Hiroshi Hukunishi, yang sedang mempelajari atmosfer, bersedia menjawab pertanyaan di atas.
Komposisi atmosfer udara selalu tetap dari dasar hingga 100 kilometer ke atasnya. Komponen utama adalah molekul nitrogen, oksigen, dan argon, dengan perbandingan campuran kira-kira 78%,21% dan 0.9%. Jadi daerah ini disebut “lapisan homogen”. Atmosfer dalam daerah ini homogen karena udara tercampur baik oleh difusi yang disebabkan ukuran vortex yang berbeda-beda (difusi jenis ini disebut “difusi vortex” atau “difusi turbulen”).

Di sisi yang lain, bila ketinggian lebih dari 100 kilometer, kokmposisi atmosfer berubah sesuai ketinggaian. Semakin ringan gasnya, semakin tinggi daerah distribusi gasnya. Jadi, daerah ini disebut daerah “lapisan heterogen”. Daerah ini heterogen karena kerapatan atmosfer di sini lebih kecil sejuta kali daripada di bawah, sehingga difusi yang disebabkan oleh kolisi atom dan molekul (disebut difusi molekul) menjadi lebih cepat daripada difusi vortex di daerah ini. Semakin ringan molekul dan atomnya, semakin tinggi kecepatan distribusinya. Oleh karena itu, semakin ringan molekulnya, semakin tinggi daerah distribusinya. Dan karena molekul pada daerah yang tinggi terdisosiasi menjadi atom-atom oleh adanya sinar ultraviolet dari matahari, komposisi atmosfer berubah-ubah sesuai dengan urutan berikut (dari lapisan rendah ke lapisan yang lebih tinggi): molekul nitrogen (N₂), molekul oksigen (O₂), atom nitrogen (N), atom oksigen (O), atom helium (He), dan atom hidrogen (H).
Bagaimanapun, fakta di atas yang menyebutkan bahwa komposisi atmosfer menjadi heterogen pada daerah yang tinggi bukan penyebab mengapa lapisan ozon terbentuk di ketinggian 10-50 kilometer dari tanah. Penyebab sesungguhnya adalah sinar ultraviolet dari matahari, yang sangat penting untuk menghasilkan ozon, hanya bisa mncapai ketinggian tersebut. Sinar matahari terdiri dari sinar dengan kisaran panjang gelombang yang luas seperti sinar ultraviolet, sinar tampak, dan sinar inframerah. Sinar tampak dapat mencapai tanah, sedangkan hampir semua sinar ultraviolet diserap oleh atmosfer. Kemudian hanya sinar ultraviolet terdekat dengan sinar tampak yang bisa mencapai tanah. Ozon (O₃) dihasilkan ketika molekul oksigen (O₂) berdisosiasi menjadi atom oksigen (O) dengan sinar ultraviolet dan oksigen atom bergabung dengan molekul oksigen (O₂).
Lapisan ozon yang rapat ini terbentuk di ketiggian 20-30 kilometer dari tanah. Sejumlah molekul oksigen, yang merupakan penyusun ozon, berkurang seiring dengan ketinggian atmosfer, tapi intensitas sinar ultraviolet, yang memecah molekul oksigen, bertambah seiring dengan ketinggian atmosfer. Berdasarkan dua faktor ini, pembentukan ozon menjadi tertinggi pada lapisan di ketinggian 20-30 kilometer dari tanah.