Hubungan Petir dan Ilmu Kimia

Petir didefinisikan sebagai pelepasan listrik alami yang terjadi di atmosfer, biasanya antara awan yang bermuatan atau antara awan dan tanah. Proses ini dipicu oleh akumulasi muatan listrik yang terjadi akibat pergerakan partikel-partikel air dan es di dalam awan. Ketika perbedaan potensial listrik di antara area-area bermuatan tersebut cukup besar, listrik dilepaskan dalam bentuk kilatan yang kita kenal sebagai petir. Menurut Christian et al. (2003), petir terjadi sekitar 1,4 miliar kali per tahun di seluruh dunia, memberikan kontribusi signifikan terhadap dinamika atmosfer dan memicu serangkaian reaksi kimia di atmosfer bumi. Petir tidak hanya merupakan fenomena fisika, tetapi juga memainkan peran penting dalam berbagai proses kimia yang terjadi di atmosfer, terutama dalam pembentukan senyawa-senyawa nitrogen oksida (N2O) dan ozon, serta dalam siklus nitrogen global.

Proses Kimia Selama Terjadinya Petir

Petir terjadi ketika muatan listrik yang terakumulasi di awan atau antara awan dan permukaan bumi mencapai titik kritis, menghasilkan pelepasan energi yang sangat besar dalam bentuk kilatan cahaya dan suara. Saat petir terjadi, energi yang dihasilkan mencapai suhu lebih dari 30.000°C, jauh lebih panas daripada permukaan matahari. Suhu ekstrem ini memicu serangkaian reaksi kimia yang memecah molekul nitrogen (N2) dan oksigen (O2) di udara menjadi atom-atom bebas.

Menurut penelitian oleh Ravishankara et al. (2009), petir menyebabkan ionisasi dan disosiasi molekul di atmosfer. Proses ini menghasilkan nitrogen dioksida (NO2), ozon (O3), dan nitrogen oksida (N2O), terutama nitrogen monoksida (NO). Senyawa N2O ini berperan penting dalam siklus nitrogen dan memiliki efek langsung pada kualitas udara, yang kemudian berdampak pada kesehatan manusia serta perubahan iklim.

Pembentukan Ozon di Atmosfer

Salah satu dampak kimia penting dari petir adalah pembentukan ozon di lapisan troposfer. Ozon, meskipun sering dianggap sebagai polutan di lapisan troposfer, memiliki peran penting dalam menyerap radiasi ultraviolet di stratosfer. Proses pembentukan ozon dari petir terjadi melalui mekanisme sebagai berikut: ketika petir memecah molekul oksigen (O2) menjadi atom-atom oksigen (O), atom-atom ini kemudian bereaksi dengan molekul oksigen lainnya untuk membentuk ozon (O3). Menurut studi oleh Schumann dan Huntrieser (2007), sekitar 10-15% ozon di lapisan troposfer terbentuk dari aktivitas petir . Reaksi ini memberikan kontribusi penting terhadap komposisi kimia atmosfer bumi.

Pengaruh Petir pada Siklus Nitrogen

Selain pembentukan ozon, petir juga memainkan peran penting dalam siklus nitrogen. Atmosfer bumi terdiri dari sekitar 78% nitrogen dalam bentuk gas nitrogen (N2), yang merupakan molekul yang sangat stabil dan sulit bereaksi. Namun, energi petir yang besar mampu memecah molekul nitrogen ini, memfasilitasi pembentukan senyawa nitrogen yang reaktif seperti nitrogen oksida (N2O). Menurut jurnal yang diterbitkan oleh Price et al. (1997), senyawa N2O yang dihasilkan dari petir kemudian dapat bereaksi lebih lanjut dengan air di atmosfer untuk membentuk asam nitrat (HNO3), yang selanjutnya berkontribusi pada hujan asam.

 

Selain itu, senyawa N2O yang terbentuk juga berperan dalam proses fiksasi nitrogen alami, di mana nitrogen dari atmosfer diubah menjadi bentuk yang lebih mudah digunakan oleh tanaman dan organisme lainnya. Fiksasi nitrogen ini sangat penting untuk kelangsungan kehidupan di bumi, terutama dalam mendukung pertumbuhan tanaman yang menjadi sumber pangan bagi manusia.

Dampak Lingkungan dan Kesehatan

Meskipun petir memiliki peran penting dalam pembentukan senyawa-senyawa kimia yang dibutuhkan untuk keseimbangan ekosistem, dampak negatifnya terhadap lingkungan dan kesehatan juga tidak dapat diabaikan. Studi oleh Finlayson-Pitts dan Pitts (2000) menunjukkan bahwa N2O dan ozon yang dihasilkan dari petir dapat menyebabkan polusi udara, terutama di daerah urban. Polusi ozon troposfer dapat merusak tanaman, mengganggu sistem pernapasan manusia, dan berkontribusi pada pemanasan global .

 

Selain itu, hujan asam yang dihasilkan dari pembentukan asam nitrat akibat N2O dapat menyebabkan kerusakan pada ekosistem air tawar, mengganggu pertumbuhan tanaman, serta mempercepat korosi bangunan dan monumen.

Proses Terjadinya Petir (https://youtu.be/JpRxB0RdtDw?si=l5Z1jphFfelW0h0K)

1.     Terjadi proses pembentukan awan cumbolonius, yaitu awan penghasil hujan.

2.     Semula kristal-kristal es pembentukan awan ini bermuatan netral.

3.     Namun, karena adanya angin maka Kristal es ini akan saling bergesekan dan berbenturan sehingga terjadi pelepasan muatan yang menyebabkan kristal es bermuatan positif dan negatif.

4.     Kristal es berat biasanya bermuatan negatif, sedangkan kristal es ringan bermuatan positif. Oleh karena itu, Kristal es yang muatan positif terpisah dan berada di awan bagian atas dan muatan negatif terkumpul di awan bagian bawah.

 

             5.     Sedangkan permukaan tanah bermuatan positif. Oleh Karena itu, ketika ada potensial                     antara awan dan tanah maka terjadilah pelepasan muatan negatif ke tanah.

6.     Di saat pelepasan ini disertai kilatan cahaya dan energi yang besar yang biasanya kita sebut dengan petir dan pada saat muatan negatif mampu menembus ambang batas isolasi udara maka terjadi ledakan suara yang kita dengar sebagai Guntur.

REFERENSI

Christian, H. J., Blakeslee, R. J., Boccippio, D. J., Boeck, W. L., Buechler, D. E., Driscoll, K. T., ... & Stewart, M. F. (2003). Global frequency and distribution of lightning as observed from space by the Optical Transient Detector. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 108(D1).

Finlayson-Pitts, B. J., & Pitts Jr, J. N. (2000). Chemistry of the upper and lower atmosphere: theory, experiments, and applications. Academic Press.

Price, C., Penner, J., & Prather, M. (1997). NOx from lightning: 2. Constraints from the global atmospheric electric circuit. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 102(D5), 5929-5941.

Ravishankara, A. R., Daniel, J. S., & Portmann, R. W. (2009). Nitrous oxide (N2O): the dominant ozone-depleting substance emitted in the 21st century. Science, 326(5949), 123-125.

Schumann, U., & Huntrieser, H. (2007). The global lightning-induced nitrogen oxides source. Atmospheric Chemistry and Physics, 7(14), 3823-3907.