Suhu Meningkat, Dunia Berubah: Penjelasan Fisika tentang Pemanasan Global

Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat menjelaskan bahwa pemanasan global adalah peningkatan suhu rata-rata di permukaan bumi, baik yang telah berlalu dan yang terjadi saat ini. Kebanyakan peristiwa dipengaruhi oleh efek rumah kaca di atmosfer. Untuk memahami pemanasan global dari perspektif fisika, kita perlu mempelajari prinsip dasar efek rumah kaca dan bagaimana energi dari matahari berinteraksi dengan atmosfer kita.

Pengertian dan Cara Kerja Efek Rumah Kaca 

Efek rumah kaca, yang pertama kali diusulkan oleh Joseph Fourier pada 1824, merupakan proses pemanasan permukaan suatu benda langit (terutama planet atau satelit) yang disebabkan oleh komposisi dan keadaan atmosfernya. Efek rumah kaca dapat digunakan untuk menunjuk dua hal berbeda: efek rumah kaca alami di bumi, dan efek rumah kaca ditingkatkan yang terjadi akibat aktivitas manusia.

Efek rumah kaca adalah proses di mana atmosfer bumi menahan sebagian energi panas yang berasal dari matahari. Matahari memancarkan energi dalam bentuk sinar ke bumi. Energi dari matahari memacu cuaca dan iklim bumi serta memanasi permukaan bumi. Sebaliknya, bumi mengembalikan energi tersebut ke atmosfer dalam bentuk radiasi inframerah (panas). Gas rumah kaca pada atmosfer menyaring sejumlah energi yang dipancarkan, menahan panas seperti rumah kaca.

Hubungan Pemanasan Global dengan Efek Rumah Kaca dan Gas Rumah Kaca Sebagai Penjaga Suhu Bumi 

Karbon dioksida (CO2), metana (CH4), dan uap air (H2O) merupakan gas rumah kaca yang berperan penting dalam efek rumah kaca. Gas-gas ini menyerap dan memerangkap radiasi inframerah yang dipancarkan oleh bumi, mencegahnya melarikan diri kembali ke luar angkasa.

Karena ada gas rumah kaca di atmosfer, sebagian panas tetap ada di atmosfer sehingga bumi menjadi hangat pada suhu yang tepat (60F/16C) bagi hewan, tanaman, dan manusia untuk bisa bertahan hidup. Mekanisme inilah yang disebut efek gas rumah kaca. Tanpa gas rumah kaca, suhu di bumi (bisa menjadi -18C) akan terlalu dingin untuk kehidupan makhluk di dalamnya. Sebagai contoh, planet Mars tidak memiliki gas rumah kaca, sehingga suhu di sana berada di sekitar -30C. Jika suhu yang sama terjadi di bumi, tentu saja tidak ada makhluk hidup dapat hidup di bumi.

Namun, kenaikan konsentrasi gas rumah kaca yang diakibatkan oleh kenaikan pembakaran bahan bakar minyak (BBM), batu bara dan bahan bakar organik lainnya yang melampaui kemampuan tumbuhan-tumbuhan dan laut untuk mengabsorpsinya dapat menyebabkan terlalu banyak panas yang terperangkap, yang mengarah pada pemanasan global.

Bagaimana Fisika Menjelaskan Pemanasan Global?

Pemanasan global dapat dipahami dengan menggunakan prinsip dasar fisika:

• Hukum Stefan-Boltzmann

Pada tahun 1879, Joseph Stefan dan Ludwig Boltzman menemukan hubungan bahwa jumlah energi yang dipancarkan oleh benda hitam per detik sebanding dengan pangkat empat temperaturnya (Festiyed. 2008). Benda hitam dalam hal ini yakni bumi. Artinya, ketika suhu permukaan bumi naik, jumlah energi yang dipancarkan juga meningkat secara signifikan. Namun, dengan meningkatnya gas rumah kaca, lebih banyak energi dipantulkan kembali ke bumi yang menyebabkan peningkatan suhu lebih lanjut.

• Keseimbangan Energi Bumi

Bumi menerima energi dari matahari dan memancarkan energi kembali ke luar angkasa. Untuk menjaga keseimbangan suhu, energi yang masuk ke sistem bumi dari matahari harus sama dengan energi yang dipancarkan. Pemanasan global terjadi ketika keseimbangan ini terganggu oleh peningkatan gas rumah kaca, yang memerangkap lebih banyak energi di atmosfer sehingga menyebabkan suhu permukaan meningkat.

• Penyerapan dan Emisi Radiasi

Gas rumah kaca memiliki sifat unik yang memungkinkan mereka menyerap radiasi inframerah pada panjang gelombang tertentu. Ketika konsentrasi gas ini meningkat, mereka menyerap lebih banyak energi inframerah yang dipancarkan oleh bumi. Energi ini kemudian dipancarkan kembali ke semua arah, termasuk kembali ke permukaan bumi, yang meningkatkan suhu permukaan dan atmosfer.

Dampak Pemanasan Global

Pemanasan global memiliki dampak yang luas dan serius terhadap lingkungan, ekonomi, dan kehidupan manusia. Beberapa dampak yang sudah kita rasakan antara lain adalah perubahan pola distribusi hujan, meningkatnya kekeringan, kenaikan permukaan laut, gangguan ekosistem yang menyebabkan kepunahan spesies tertentu, serta gelombang panas yang lebih sering dan polusi udara yang dapat meningkatkan risiko kesehatan bagi manusia seperti penyakit pernapasan dan dehidrasi.

Apa yang Bisa Kita Lakukan? 

Fisika tidak hanya membantu kita memahami mekanisme di balik pemanasan global, tetapi juga menawarkan berbagai solusi untuk mengurangi dampak negatifnya. Berikut adalah beberapa cara di mana prinsip-prinsip fisika dapat digunakan untuk mengembangkan dan menerapkan solusi terhadap pemanasan global:

1. Energi Terbarukan Sebagai Pengganti Bahan Bakar Fosil

Konsep Fisika: Konservasi Energi dan Transformasi Energi

• Tenaga Surya: Mengubah energi matahari menjadi listrik melalui panel fotovoltaik.
• Tenaga Angin: Menggunakan turbin angin untuk mengubah energi kinetik dari angin menjadi energi listrik. Ini melibatkan prinsip konservasi energi dan hukum Bernoulli.
• Tenaga Air: Menggunakan energi potensial air yang jatuh (misalnya dalam bendungan) untuk menghasilkan listrik melalui turbin. Ini melibatkan konversi energi potensial gravitasi menjadi energi kinetik dan akhirnya menjadi energi listrik. 

2. Efisiensi Energi

Konsep Fisika: Termodinamika dan Efisiensi Energetik

• Peralatan Hemat Energi: Lampu LED lebih efisien daripada lampu pijar karena mengubah lebih banyak energi listrik menjadi cahaya dengan panas minimal.

3. Teknologi Carbon Capture Storage (CCS)

Teknologi CCS bertujuan untuk menyerap CO2 dari sumber emisi besar (seperti pembangkit listrik) dan menyimpannya secara aman sehingga tidak masuk ke atmosfer.

Dengan memanfaatkan prinsip-prinsip fisika, kita dapat mengembangkan teknologi dan metode yang efektif untuk mengurangi dampak pemanasan global. Dari energi terbarukan hingga efisiensi energi dan teknologi penangkapan karbon, solusi berbasis fisika memberikan alat yang kuat untuk memerangi perubahan iklim dan melindungi planet kita untuk generasi mendatang.

Sumber:

Surtani. (2015). Efek Rumah Kaca Dalam Perspektif Global (Pemanasan Global Akibat Efek Rumah Kaca). Jurusan Geografi UNP, 04(01), 49--55.

Pratama, R., & Kunci, K.-K. (2019). Efek Rumah Kaca Terhadap Bumi. Cetak) Buletin Utama Teknik, 14(2), 1410--4520.

Lalu A, D. (2017). Pengukuran Kalor Jenis Material Menggunakan Modifikasi Persamaan. Fisika Dan Pendidikan Fisika, 2(2), 1.

Lubna, L., Sudarti, S., & Yushardi, Y. (2021). Potensi Energi Surya Fotovoltaik Sebagai Sumber Energi Alternatif. Pelita: Jurnal Penelitian Dan Karya Ilmiah, 21(1), 76--79.

Suanggana, D. (2021). Analisis Jumlah dan Sudut Blade terhadap Kecepatan dan Tekanan Turbin Air Savonius dengan Metode CFD. JTM-ITI (Jurnal Teknik Mesin ITI), 5(3), 119.