Bahan kimia berbasis tembaga dapat berkontribusi terhadap penipisan ozon
Tech

Bahan kimia berbasis tembaga dapat berkontribusi terhadap penipisan ozon

Tembaga dilepaskan ke lingkungan dari fungisida, bantalan rem, cat antifouling di kapal dan sumber lain mungkin memberikan kontribusi signifikan terhadap penipisan ozon stratosfer, menurut sebuah studi baru dari University of California, Berkeley.

Campuran Bourdeaux, fungisida yang terbuat dari tembaga sulfat dan kapur, pada daun anggur dekat Montevibiano di provinsi Perugia, Italia

Campuran Bourdeaux, fungisida yang terbuat dari tembaga sulfat dan kapur, pada daun anggur dekat Montevibiano di provinsi Perugia, Italia. Kredit gambar: Pg1945 melalui Wikipedia dilisensikan di bawah Creative Commons

Dalam makalah yang muncul di jurnal Komunikasi Alam, Ahli geokimia UC Berkeley menunjukkan bahwa tembaga di tanah dan air laut bertindak sebagai katalis untuk mengubah bahan organik menjadi metil bromida dan metil klorida, dua senyawa halokarbon kuat yang merusak ozon. Sinar matahari memperburuk situasi, menghasilkan sekitar 10 kali jumlah metil halida ini.

Temuan ini menjawab, setidaknya sebagian, misteri lama tentang asal-usul banyak metil bromida dan metil klorida di stratosfer. Sejak pelarangan seluruh dunia terhadap refrigeran klorofluorokarbon (CFC) dan halon brominasi yang digunakan dalam alat pemadam kebakaran mulai tahun 1989, metil halida ini telah menjadi sumber dominan baru bromin dan klorin perusak ozon di stratosfer. Saat CFC dan halon berumur panjang perlahan menghilang dari atmosfer, peran metil halida meningkat.

“Jika kita tidak tahu dari mana metil bromida dan metil klorida berasal, lalu bagaimana kita bisa memastikan bahwa senyawa itu tereduksi bersama dengan CFC?” kata penulis senior makalah tersebut, Robert Rhew, profesor geografi dan ilmu lingkungan, kebijakan dan manajemen UC Berkeley. “Pada tahun 2050, kita harus kembali ke ozon yang relatif normal, tetapi hal-hal seperti emisi metil bromida dan metil klorida yang terus berlanjut adalah hambatan di jalan menuju pemulihan. Penggunaan tembaga di lingkungan diproyeksikan meningkat pesat dalam beberapa tahun ke depan, dan ini harus dipertimbangkan ketika memprediksi beban halogen dan pemulihan ozon di masa depan.”

Lapisan ozon bumi sangat penting untuk melindungi kita dari sinar ultraviolet penyebab kanker dari matahari, tetapi bahan kimia yang mengandung klorin dan bromin — seperti CFC dan halon — ditemukan pada 1980-an untuk menghancurkan ozon, menciptakan lapisan tipis di stratosfer yang memungkinkan masuknya lebih dari radiasi berbahaya. Meskipun larangan produksi CFC dan halon, sumber utama halogen, lapisan ozon belum memperbaiki dirinya sendiri. Tahun lalu, lubang ozon di Antartika sama buruknya dengan sebelumnya, kata Rhew.

Bahan kimia perusak ozon membutuhkan waktu puluhan tahun untuk menghilang

Kegigihan lubang ozon sebagian besar disebabkan oleh keberadaan senyawa perusak ozon yang dilarang, yang membutuhkan waktu puluhan tahun untuk menghilang di stratosfer. Tetapi beberapa bahan kimia perusak ozon masih terus dipancarkan. Bahkan beberapa pengganti refrigeran terlarang sedang dalam pengawasan.

Di antara kontributor utama saat ini adalah metil klorida dan metil bromida. Satu atom bromin 50 kali lebih merusak ozon daripada satu atom klorin.

Meskipun metil bromida dilarang untuk digunakan sebagai fumigan tanah pertanian, masih digunakan sebagai pestisida untuk karantina dan pra-pengiriman produk pertanian. Dan metil klorida digunakan sebagai bahan baku kimia, meskipun sebagian besar emisinya diyakini berasal dari pembakaran biomassa atau berasal dari alam. Tetapi jumlah total metil halida yang diproduksi setiap tahun ini masih belum sebanding dengan penambahan bahan kimia ini ke atmosfer setiap tahun, sebuah fakta yang telah membingungkan para ilmuwan selama lebih dari 20 tahun.

Sekitar sepertiga dari metil bromida dan metil klorida di atmosfer berasal dari sumber yang tidak diketahui, kata Rhew. Temuan baru menunjukkan bahwa tembaga adalah sumber penting, jika bukan yang utama, dari metil bromida dan metil klorida yang hilang.

“Kami telah melarang metil bromida, tetapi apakah perubahan lain yang kami buat di lingkungan menyebabkan emisi besar senyawa ini ke atmosfer? Dengan peningkatan penggunaan tembaga, tampaknya produksi katalis tembaga juga meningkat,” kata Rhew.

Penulis pertama dan mantan mahasiswa doktoral UC Berkeley Yi Jiao, sekarang menjadi rekan postdoctoral di Universitas Kopenhagen di Denmark, mencatat bahwa senyawa tembaga diperbolehkan pada tanaman organik, warisan penggunaannya dalam pertanian sejak tahun 1700-an, termasuk sebagai agen antijamur utama. dalam campuran Bourdeax yang digunakan sejak tahun 1880-an di Prancis untuk mencegah penyakit bulai pada buah anggur. Kontaminasi tembaga pada tanah merupakan masalah utama saat ini di Eropa karena sejarah ini. Kekuatan tembaga yang menipiskan ozon adalah penyebab lain yang perlu dikhawatirkan, kata para penulis.

“Harap dicatat bahwa pertanian organik bukanlah penyebab utama penipisan ozon. Namun, fungisida berbasis tembaga tampaknya memiliki efek samping atmosfer yang dapat dipertimbangkan dalam hal dampak lingkungan secara keseluruhan.” “Dengan meluasnya penggunaan tembaga di lingkungan, dampak yang berpotensi tumbuh ini harus dipertimbangkan ketika memprediksi beban halogen dan pemulihan ozon di masa depan.”

Tembaga + tanah + sinar matahari = metil halida

Hubungan antara tembaga dan metil halida pertama kali terungkap melalui serangkaian proyek penelitian yang dilakukan oleh peneliti sarjana UC Berkeley. Rhew meminta mereka untuk menguji dampak ion logam, dimulai dengan mereplikasi karya yang diterbitkan sebelumnya tentang besi di tanah. Ketika ini menghasilkan sejumlah kecil metil halida, Rhew kemudian meminta mereka untuk menyelidiki logam yang berbeda — tembaga — dalam bentuk tembaga sulfat, salah satu senyawa tembaga yang paling umum digunakan saat ini.

“Kami meniru eksperimen besi dan kemudian berpikir, ‘Mari kita lihat logam transisi yang berbeda, seperti tembaga, dan lihat apakah efeknya serupa,’” kata Rhew. “Ketika kami menambahkan tembaga sulfat ke tanah, itu menghasilkan metil halida dalam jumlah besar, dan ini mengejutkan kami. Kemudian sarjana lain melakukan percobaan dengan air laut, dan itu juga menghasilkan jumlah metil halida yang mengesankan. Jadi, kami tahu ada proses baru yang sedang berlangsung, tetapi kami hanya memiliki beberapa potongan teka-teki sampai Yi melakukan serangkaian eksperimen kreatif untuk menyatukan semuanya.”

Jiao dan Rhew merancang eksperimen yang lebih menyeluruh, memperoleh sampel tanah dari plot penelitian pertanian yang disebut Oxford Tract yang terletak di dekat kampus UC Berkeley dan memberikan mereka berbagai perlakuan, termasuk jumlah tembaga dan oksidan yang berbeda. Sementara tembaga saja di tanah dan air laut menghasilkan beberapa metil bromida dan metil klorida, penambahan sinar matahari dan/atau hidrogen peroksida — yang diproduksi di tanah oleh mikroba atau sinar matahari — menghasilkan lebih dari lima kali jumlah metil halida dan memperpanjang aktivitas tembaga dari sekitar satu minggu menjadi antara dua dan tiga minggu.

Ketika Yi mensterilkan tanah, jumlah produksi metil halida meningkat lebih banyak lagi. Di sisi lain, setelah membakar semua bahan organik, tanah yang diinkubasi dengan tembaga tidak menghasilkan metil halida. Itu membuatnya fokus pada bahan kimia – katekol dan guaiakol – sering digunakan sebagai proxy untuk karbon organik tanah karena masing-masing mengandung struktur cincin fenol, seperti yang ditemukan dalam bahan organik.

Menambahkan peningkatan jumlah baik tembaga sulfat atau hidrogen peroksida ke solusi katekol-halida meningkatkan emisi metil halida, juga, sedangkan emisi mendekati nol ketika salah satu substrat ini hilang. Selanjutnya, Yi menemukan bahwa sinar matahari memiliki fungsi yang sama seperti hidrogen peroksida dalam meningkatkan produksi metil halida. Di air laut, mengekspos solusi yang diubah tembaga ke sinar matahari meningkatkan emisi empat kali lipat.

Para peneliti menduga bahwa salah satu bentuk umum dari ion tembaga, Cu(II), adalah mengoksidasi bahan organik untuk membebaskan radikal metil, yang mudah bergabung dengan klorin dan halogen lain di dalam tanah atau air laut untuk membentuk metil halida. Sinar matahari dan hidrogen peroksida kemudian mengoksidasi ulang tembaga — dari keadaan tembaga (I) menjadi tembaga (II) — sehingga dapat bertindak berulang kali untuk menghasilkan lebih banyak metil halida.

“Kami melakukan perhitungan back-of-the-envelope untuk melihat dampak tembaga sulfat dan memperkirakan bahwa itu dapat bertanggung jawab atas 4,1 gigagram metil bromida per tahun, yang akan menjadi sekitar 10% dari sumber yang hilang,” kata Rhew. . “Itu cukup besar, dan itu hanya melihat pada tembaga sulfat. Mungkin yang lebih banyak digunakan adalah senyawa tembaga lain yang disebut tembaga hidroksida. Jadi, ini hanyalah awal dari pemahaman kami tentang dampak tembaga pada kimia halokarbon.”

Jiao mencatat bahwa ini juga tidak memperhitungkan potensi emisi laut yang terkait dengan tembaga di limpasan.

Rhew mengatakan bahwa lebih banyak penelitian perlu dilakukan untuk menentukan senyawa tembaga mana yang merupakan penghasil metil halida paling kuat di tanah dan air laut dan berapa banyak yang sebenarnya diproduksi.

“Ada banyak halida di tanah, dan ada banyak bahan organik di tanah, jadi bahan ajaibnya adalah tembaga, yang diregenerasi oleh sinar matahari,” katanya. “Ini telah membuka mata kami ke area penyelidikan yang sama sekali baru mengenai peran tembaga dalam lingkungan.”

Sumber: UC Berkeley



Posted By : pengeluaran hk hari ini