PENGGUNAAN KLOROFLUOROKARBON (CFC) PUNCA BERLAKUNYA PENIPISAN LAPISAN OZON: SEJAUH MANA KEBENARANNYA

PENGGUNAAN KLOROFLUOROKARBON (CFC) PUNCA BERLAKUNYA PENIPISAN LAPISAN OZON: SEJAUH MANA KEBENARANNYA

Oleh: Azlan Bin Budun

1.0          Pendahuluan

Topik pencemaran udara merupakan salah satu topik yang terkandung dalam matapelajaran Sains Tingkatan Satu.  Maklumat berkaitan penipisan lapisan ozon turut dibincangkan dalam topik tersebut.  Biasanya, guru akan memberikan maklumat berdasarkan isi kandungan dalam buku teks dan buku rujukan yang ada.  Maklumat yang selalu disampaikan kepada murid berkaitan penipisan lapisan ozon ialah penipisan lapisan ozon dikatakan berlaku apabila bahan cemar udara mengakis lapisan ozon di atmosfera.  Lapisan ozon melindungi Bumi daripada sinar ultra ungu yang berbahaya daripada matahari.  Penipisan lapisan ozon berpunca daripada penggunaan klorofluorokarbon (CFC) yang meluas yang mengandungi klorin.  Klorin akan menguraikan dan memecahkan lapisan ozon.  Seterusnya, kesan penipisan lapisan ozon turut dibincangkan.  Antara kesannya ialah, penipisan lapisan ozon akan membenarkan lebih banyak sinar ultra ungu sampai ke Bumi.  Sinar ultra ungu boleh menyebabkan melanoma (kanser kulit) dan katarak (kerosakan mata).  Sinar ultra ungu juga boleh membunuh organisma yang berguna kepada manusia (Ng Chee Kin, 2012).

Berdasarkan maklumat awal berkaitan penipisan lapisan ozon dan penggunaan CFC berkenaan, murid sebagai penerima maklumat akan menjadikannya sebagai fakta sains.  Akhirnya, maklumat ini akan menjadi pandangan umum dalam masyarakat dan turut menjadi salah satu agenda penting negara.  Baru-baru ini, iaitu pada 11/10/12, Timbalan Menteri Sumber Asli dan Alam Sekitar, Tan Sri Joseph Kurup berkata, pengurangan kuota pengimportan bahan kimia hidroklorofluorokarbon (HCFC) yang boleh memusnahkan ozon akan disekat dan dikurangkan bermula pada 1 Januari depan. Menurut beliau, langkah tersebut adalah komitmen negara untuk menghentikan sepenuhnya penggunaan HCFC menjelang 2030 dan selaras dengan obligasi Malaysia kepada Protokol Montreal Mengenai Bahan-Bahan Pemusnah Lapisan ozon [UM 12/10/12].

2.0          Fakta Lapisan Ozon dan CFC

Ozon ialah alotrop[1] oksigen yang terdiri daripada tiga atom oksigen.  Ozon terbentuk apabila molekul oksigen stabil (O₂) dipecahkan oleh pancaran ultralembayung atau nyahcas elektrik.  Ozon membentuk lapisan di atmosfera yang melindungi hidupan di Bumi daripada sinar ultralembayung dan lapisan ini dinamakan sebagai lapisan ozon (Jones et al., 2003).  Malone (2004) menjelaskan, “...The atoms of oxygen formed another allotrope of oxygen known as ozone.  (The solar energy is represented as hv in the equation below):

O₂(g) + hv à O(g) + O(g)

O(g) + O₂(g) à O₃(g) + heat energy

The solar radiation that breaks the O₂ bond lies in the higher-energy ultraviolet region of the spectrum (around 240 nm)...  Ozone in the stratosphere effectively absorbs these damaging wavelengths of ultraviolet radiation.  The equation is represented as

O₃(g) + hv à O₂(g) + O(g)

Without ozone in the stratosphere, most life on the surface of the Earth would be roasted by ultraviolet radiation...”. 

Melalui perbincangan di atas, terdapat dua perkara yang dapat difahami iaitu tentang maksud lapisan ozon dan pembentukan lapisan ozon secara kimia.  Seterusnya, perbincangan fakta berkaitan dengan CFC.  Fakta ini turut dibincangkan kerana CFC dikatakan salah satu punca yang menyebabkan penipisan lapisan ozon.  CFC atau klorofluorokarbon ialah suatu kelas bahan kimia sintetik yang tidak berbau, tidak beracun, tidak mudah terbakar dan lengai dari segi kimia.  CFC pertama disintesiskan pada tahun 1892, tetapi kegunaannya tidak ditemui sehingga tahun 1920-an.  Oleh sebab pada waktu itu, kestabilan dan ciri-cirinya yang kelihatan tidak berbahaya, maka CFC menjadi popular sebagai propelan dalam tin aerosol, sebagai bahan pendingin dalam peti sejuk dan penyaman udara, sebagai agen penyahgris dan dalam pengilangan bungkusan busa.  CFC bertanggungjawab terhadap penipisan lapisan ozon.  Pada bulan Jun tahun 1990, wakil daripada 93 negara, termasuk UK dan AS, bersetuju untuk menamatkan pengeluaran CFC dan pelbagai bahan kimia penyusut ozon yang lain menjelang hujung abad ke-20 (Jones et al., 2003). 

            Malone (2004) menjelaskan, “...CFC used primarily as refrigerants, diffuse into the stratosphere and also are dissociated by solar radiation into Cl atoms (not Cl₂ molecules). When an atom of chlorine is present, two reactions take place that lead to the rapid conversion of ozone to normal oxygen (O₂)...”.  Persamaan kimia pembentukan oksigen daripada tindakbalas kimia antara klorin yang terkandung dalam CFC dan ozon adalah seperti berikut:

Cl + O₃ à ClO + O₂

ClO + O à Cl + O₂

            Berdasarkan persamaan di atas, atom klorin (Cl) akan bertindakbalas dengan ozon (O₃) menghasilkan klorin oksida (ClO) dan gas oksigen (O₂).  Klorin oksida yang terhasil pula akan bertindakbalas dengan atom oksigen (O) dan menghasilkan atom klorin dan gas oksigen.  Tindakbalas ini akan berlaku secara berterusan dan menyebabkan lapisan ozon akan menipis dan mengakibatkan sinaran ultraviolet (UV) memasuki ruang Bumi dalam kuantiti yang banyak.

3.0          Fakta Lain Lapisan Ozon dan CFC

Namun, terdapat fakta lain yang berkaitan ozon dan CFC yang jarang malah tidak dibincangkan sama sekali sehingga masyarakat kurang dan mungkin tidak mengetahuinya secara benar.  Sebelum itu, perlu dijelaskan di sini berkaitan sejarah penemuan ‘lubang ozon’[2].  Sulaiman Noordin (2008) menjelaskan, ‘lubang’ ozon telah ditemui pertama kalinya oleh seorang penyelidik utama dunia dalam bidang lapisan ozon bernama Gordon Dobson bersama-sama dengan rakan-rakannya daripada Universiti Oxford di England, pada tahun 1956 di atas Antartik.  Beliau percaya bahawa ‘lubang’ yang didapati dilapisan ozon itu adalah satu fenomena tabii yang sering berlaku di kutub Antartik sahaja.  Dobson dan rakan-rakannya bukan sahaja menemui ‘lubang’ ozon di Antartik tetapi juga telah menyelidik dan telah memastikan bahawa ada variasi ozon di atas Kutub Utara (Artik) di Spitz Bergen.  Dobson menulis dalam bukunya bertajuk Eksplorasi Atmosfera, “...Oleh kerana ozon terbentuk hasil daripada tindakbalas foto kimia daripada sinar matahari di tahap ketinggian 30 km ke atas, kuantiti-kuantiti ozonnya dijangka terbanyak bagi masa-masa dan tempat-tempat di mana terdapat sinar matahari yang sangat terik dan terbanyak, iaitu di atas Khatulistiwa dan juga latitud yang lebih tinggi dan pada musim panas...”.  Ini bermakna,  terdapat sedikit variasi bagi kuantiti ozon daripada musim ke musim dan daripada hari ke hari.  Oleh itu, ketiadaan sinar matahari di atas kawasan kutub untuk jangka masa yang panjang (seperti pada musim sejuk, apabila daerah-daerah kutub boleh mengalami kegelapan selama tiga bulan), menyebabkan tidak ada ozon dihasilkan, kerana penghasilan ozon berlandaskan kepada adanya sinar matahari.    

            Menurut Sulaiman Noordin (2008) lagi, pada tahun 1974, dua orang ahli kimia bernama F.S. Rowland dan M.J. Moline daripada Universiti California telah mengutarakan teori bahawa, ‘lubang’ ozon itu disebabkan oleh CFC yang dikenali dalam dunia perniagaan sebagai freon.  Mengikut teori ini, gas freon itu dijangka akan naik 30 km ke dalam lapisan atas atmosfera.  Selanjutnya, di sana freon akan dipecahkan hasil daripada tindakbalas dengan sinar UV kepada atom klorin.  Sekali lagi, rumusan kimianya adalah seperti berikut:

Cl + O₃ à O₂ + ClO

ClO + O à Cl + O₂

O₃ + O à O₂ + O₂

Proses ini dikatakan berulang banyak kali memecahkan beribu-ribu molekul ozon, sehingga menyebabkan ‘lubang’ terjadi. 

Sebelum ini, telah dijelaskan tentang pembentukan lapisan ozon.  Rumusan kimianya akan dipaparkan sekali lagi seperti berikut:
                                                                     O₂ à 2O

O + O₂ + mangkin à O₃ + mangkin

Proses di atas berkekalan dengan sendirinya dan secara automatik.  Ini menunjukkan salah satu bukti kekuasaan Allah.  Oleh kerana cahaya UV daripada matahari adalah bertanggungjawab untuk menghasilkan gas ozon apabila bertemu dengan oksigen, proses penghasilan ozon dilapisan atas atmosfera didapati berlaku berterusan dan tidak terhenti kerana di sana terdapat banyak oksigen yang merupakan hasil sampingan fotosintesis.  Selain itu, terdapat banyak cahaya UV daripada matahari .  Ini bermakna, apabila terdapat cahaya UV bertemu dengan lapisan ozon yang nipis, cahaya ini akan seharusnya bertemu dengan endapan oksigen dan ozon akan terhasil.  Justeru, boleh disimpulkan di sini ‘lubang’ atau penipisan lapisan ozon tidak sepatutnya berlaku atas alasan yang telah pun dikemukan seperti di atas.  Menurut Molles (2005), “...How has the ozone hole over the Antartic changed since its discovery in 1985? It has continued to grow larger, reaching its maximum area, so far, in 2000, when it covered nearly 29.2 million km².  In 2002, the Antartic ozone hole closed quickly, suggesting that the ozone layer was recovering.  However, the second largest ozone hole was recorded in 2003, when it reached 28.2 million km².  Encouragingly, the year 2003 also saw the first reported evidence that the ozone layer is recovering, when several scientists reported (Newchurch et al. 2003) evidence for a slowdown in stratospheric ozone loss from 1997 to 2003...”.

            Seterusnya, perbincangan tentang CFC yang dikatakan sebagai punca penipisan lapisan ozon.  Perbincangan dibuat berdasarkan sifat CFC itu sendiri.  Perlu diketahui, berat atom bagi gas freon (CFC) ialah lebih kurang 124 menurut jenis CFC itu.  Antara contoh CFC yang biasa digunakan dalam industri adalah seperti CFC-11, CFC-12 dan CFC-113 (McFarland & Kaye, 1992).   Jika diambil CFC-113 sebagai contoh, maka formulanya ialah CCl₂FCClF₂.  Berat molekul bagi CFC jenis ini lebih kurang 187.  Oleh itu, CFC sebenarnya lebih berat daripada udara.  Justeru, bagaimana gas CFC itu naik ke lapisan atmosfera, perlahan-lahan atau sebaliknya?  Perkara ini tidak dijelaskan. 

Tambahan lagi, gas freon adalah satu gas yang tidak aktif (lengai) dan tidak bertindakbalas dengan bahan-bahan kimia lain serta hanya akan musnah (breakdown) dengan mudah pada tahap suhu 800^oF.  Andaikata di ketinggian 30 km daripada paras laut, keadaan atmosfera tidak menghampiri 800^oF, maka sinar UV tidak dapat menukar gas lengai ini kepada pecahan atom-atomnya.  Jika tidak ada pecahan kepada atom-atomnya sebagai contoh atom klorin, maka tidak akan berlaku penggabungan dengan ozon yang berada di atas atmosfera.  Selain itu, ‘lubang’ yang terdapat di lapisan ozon itu dikatakan ditemui di Hemisfera Selatan, sebaliknya kebanyakan gas CFC telah dilepaskan di Hemisfera Utara (Amerika Syarikat, Eropah dan lain-lain).  Jika benar gas CFC itu telah sampai ke lapisan atasan atmosfera, bagaimanakah gas CFC itu dapat berpindah ke Kutub Selatan?

4.0       Kajian-Kajian Berkenaan CFC

Dr. Paul Fraser yang telah memegang jawatan sebagai pegawai penyelidik kanan di bahagian penyelidikan atmosfera CSIRO, Australia dan kini ahli Panel Trend Ozon NASA (March 1988) dalam Sulaiman Noordin (2008) berkata: “Hanya 0.7% kesusutan sejagat ozon boleh dikatakan disebabkan oleh kegunaan gas-gas buatan manusia seperti CFC.  CFC secara pasti bukannya komponen utama dalam kesusutan sejagat ozon dalam jangka masa terdekat yang lepas”.  Katanya lagi, “Kita perlu sedar bahawa kesusutan ozon itu adalah suatu trend yang kecil.  Jika trend itu berlaku pada masa yang panjang barulah ada sebabnya kita perlu mengkhuatirinya”.

            Tambahan pula, Andrew Bell seorang penyelidik yang menulis di dalam jurnal CSIRO di Australia bernama ‘Ecos’ (Winter 1988), telah mengakui bahawa ada unsur-unsur lain yang terbabit dalam penyusutan ozon.  Bell (1988) dalam Sulaiman Noordin (2008) berkata: “Setakat ini perubahan ozon bagi masa panjang yang bererti (signifikan) hanya dijumpai di luar Antartik (di Kutub Selatan).  Iaitu kehilangan 2-3% daripada tahun 1970 di latitud pertengahan ke latitud atasan di Hemisfera Utara.  Kehilangan ini telah diumumkan pada Mac 1988 oleh Panel Trend Ozon NASA..., tetapi daripada rangkaian cerapan ozon yang ada pada masa kini, perubahan kuantiti ozon seperti itu, sangat sukar dikesan kerana terdapat proses-proses lain yang banyak memberi kesan kepada jumlah ozon sejagat, selalunya terdapat banyak faktor yang bersaing menghasilkan kesan yang berlawanan.  Gas ozon sentiasa diwujudkan oleh tindakbalas sinar matahari dengan oksigen biasa, kebanyakannya di atas Khatulistiwa yang dimusnahkan. Sementara angin-angin menyebarkannya di lapisan atas atmosfera...”

5.0       Mengapa CFC Menjadi ‘Pesalah Utama’?

Setakat ini, telah dibincangkan tentang penggunaan CFC menyebabkan penipisan lapisan ozon.  Atom klorin daripada CFC dikatakan penyebab utama penipisan tersebut.  Walau bagaimanapun, banyak persoalan yang tidak dikemukakan kepada orang ramai berkenaan dengan ozon dan CFC ini.  Andaikata memang benar berlakunya penipisan lapisan ozon, mengapa CFC menjadi ‘pesalah utama’?  Sebagaimana yang telah dibincangkan sebelum ini, melalui rumusan kimia yang telah ditunjukkan, atom klorin terhasil setelah dipecahkan oleh sinar UV yang terdapat di ruang atas atmosfera.  Ini bermakna, CFC akan terurai dan salah satu hasilnya ialah klorin.  Klorin ini akan bergabung dengan ozon dan membentuk klorin oksida.  Proses ini akan berlaku berterusan dan akan menyebabkan penipisan ozon.

             Namun, jika ditinjau dengan lebih teliti, ‘kesalahan’ CFC (freon) adalah sangat kecil sekali berbanding dengan ‘pesalah-pesalah’ lain.  Siapakah ‘pesalah-pesalah’ yang lain tersebut?  Stesyen-stesyen pengukur di Antartik telah mendapati bahawa paras klorin di sana adalah 50 hingga 60 kali ganda lebih tinggi daripada yang dijangkakan.  Ini adalah kerana sebuah gunung berapi yang bernama Gunung Erebus sentiasa meletup daripada tahun 1982 dan telah melepaskan lebih daripada 1,000 ton gas klorin secara purata ke dalam atmosfera setiap hari, bagi beberapa tahun.  Menurut Rogelio Maduro (1989) dalam Sulaiman Noordin (2008), “...apa yang telah dipendamkan ialah suatu fakta yang penting iaitu sumber utama bagi klorin yang sampai ke atmosfera, bukannya daripada CFC tetapi daripada gunung-gunung berapi, hujan-hujan lebat (stroms) dan pembakaran tumbuh-tumbuhan”.  Selain itu, Long (1989) dalam Sulaiman Noordin (2008) menyatakan, “...yang dituduh ialah klorin, satu komponen CFC.  Tetapi CFC bukannya sumber utama klorin di dalam atmosfera.  Sumber-sumber lain yang berkemungkinan untuk menghasilkan klorin adalah gunung berapi, tumbuh-tumbuhan hijau dan lautan.  Gunung Erebus sebuah gunung berapi yang telah meletup sejak 1982, berhampiran dengan stesyen cerapan Antartik, telah mengeluarkan 1, 000 tan klorin setiap hari.  Gunung-gunung berapi secara keseluruhannya telah mengeluarkan 36 juta ton klorin setiap tahun.  Cuba bandingkan dengan angka 750,000 ton yang disumbangkan oleh CFC”.   

            Maduro (1992) dalam Sulaiman Noordin (2008) menyatakan, “...menurut sukatan-sukatan, Gunung Erebus sahaja menyumbangkan sebanyak 365,000 ton klorin setahun ke dalam atmosfera iaitu setengah daripada jumlah CFC yang dihasilkan oleh seluruh dunia.  Klorin yang disumbangkan oleh pecahan CFC ialah 7,500 ton sahaja setiap tahun.  Tetapi Gunung Erebus sahaja mengeluarkan 50 kali ganda klorin setiap tahun jika dibandingkan dengan CFC.  Sekiranya benar bahawa klorin adalah bahan yang memusnahkan lapisan ozon, sudah tentu lapisan ozon itu telah habis dimusnahkan sekarang...”.

6.0       Sinaran UV dan Penyakit Barah Kulit & Katarak

Kesan penipisan lapisan ozon dikatakan akan membenarkan lebih banyak sinar ultra ungu sampai ke Bumi.  Sinar ultra ungu boleh menyebabkan melanoma (kanser kulit) dan katarak (kerosakan mata).  Sulaiman Noordin (2008) mengemukakan satu kajian yang telah diterbitkan di dalam majalah ‘Science’ oleh Joseph Scotto menunjukkan bahawa (kuantiti sinar UV tidak bertambah), sebaliknya sinar UV yang sampai ke paras Bumi di Amerika Syarikat telah berkurangan antara tahun 1974 hingga 1985 di semua lapan stesyen pemonitoran.  Fakta ini telah bercanggah dengan teori ‘lubang’ ozon!

7.0       Cadangan Penambahbaikan

Guru bukan hanya sekadar penyampai maklumat daripada sumber yang disediakan (buku teks dan buku rujukan).  Lebih daripada itu, guru adalah seorang pengkaji.  Guru sepatutnya tidak merasa cukup dengan ilmu yang telah dimiliki.  Tidak ada jalan lain bagi seorang guru untuk menjadi seorang guru yang berkualiti melainkan menghayati frasa ‘belajar sepanjang hayat’.  Oleh itu, sebagai guru matapelajaran sains, topik berkaitan ozon dan CFC ini mesti dibincangkan dengan lebih terperinci bagi mengelakkan kekeliruan dan andaian-andaian yang tidak berasaskan bukti yang saintifik.  Justeru, di bawah ini, penulis ingin mengemukakan cadangan poin-poin penting yang boleh disampaikan kepada murid-murid khususnya yang mempelajari subjek Sains Tingkatan Satu bagi tajuk pencemaran udara yang berkaitan lapisan ozon dan CFC.

Perkara	Isi	Huraian Isi	Kesan Terhadap Murid
Contoh bahan cemar	Klorin menggantikan perkataan CFC	Klorin dihasilkan oleh gunung berapi, CFC, hidupan di laut dan sebagainya.	Murid akan mendapati punca masalah bukan pada CFC tetapi pada klorin.  Klorin pula bukan hanya terdapat dalam CFC, tetapi terdapat juga pada bahan-bahan lain.  Guru juga boleh menjelaskan bahan yang menghasilkan lebih banyak klorin.
Kesan pencemaran	Penipisan lapisan ozon * Guru sepatutnya menjelaskan juga beberapa kekeliruan dalam topik ini	Lapisan ozon (O3) terbentuk daripada tindakbalas molekul oksigen (O2) dengan atom oksigen (O) yang telah diuraikan oleh sinar UV daripada matahari. Penipisan lapisan ozon salah satunya berpunca daripada penggunaan klorin yang meluas	Murid lebih kreatif.  Murid mengetahui bahawa penipisan lapisan ozon bukan disebabkan CFC tetapi klorin. Murid juga memahami bahawa klorin bukanlah satu-satunya bahan yang menyebabkan penipisan lapisan ozon.  Murid akan lebih bersifat ingin tahu jika dikemukakan dua pendapat yang berbeza (teka-teki).
Kesan penipisan lapisan ozon	Kanser kulit, katarak	Secara teori, jika lapisan ozon yang berfungsi untuk menghalang sinar UV yang terlalu banyak memasuki Bumi menjadi tipis, maka tentu akan mengakibatkan penyakit.	Murid akan dapat membezakan fakta dan teori.  Apabila murid memahami, penipisan lapisan ozon adalah satu teori, murid akan cenderung untuk mengkaji.

BIBLIOGRAFI

Jones, T., Kirsner, S., Rowe, J., Stringer, C., Woods, G., Young, E. (2003). Sains Rujukan Meja Jilid 1.  Kuala Lumpur: Dewan Bahasa dan Pustaka.

Malone, L.J. (2004).  Basic Concepts of Chemistry.  United States of America: John Wiley & Sons, Inc.

McFarland, M. & Kaye, J. (1992). Chlorofluorocarbons and Ozone. Photochemistry and Photobiology, Vol 55 (6), June 1992: 911-929.

Molles, M. C. (2005).  Ecology: Concepts and Applications.  New York: McGraw Hill.

Ng Chee Kin (2012).  Federal Hybrid Max: Science PMR.  Kuala Lumpur: Marshall Cavendish Education

Sulaiman Noordin (2008).  Sejarah Pemikiran I.  Johor Darul Takzim: Perniagaan Jahabersa.

Utusan Malaysia, 12/10/2012

---

[1]    Alotropi ialah ciri yang membolehkan unsur ini wujud dalam dua bentuk atau lebih (alotrop), setiap bentuk mempunyai sifat fizikal yang berbeza tetapi terdiri daripada jirim yang sama – gas, cecair atau pepejal.

[2]    Sebenarnya, yang dikatakan 'lubang' di sini bukanlah 'lubang' seperti yang kita fahami, tetapi merupakan penipisan kepadatan lapisan ozon itu.