Efek Rumah Kaca

Saat kalian masih SMP atau SMA, ketika kalian ditanya: “Mengapa gas CO₂ ­memantulkan sinar inframerah ke bumi?”
Maka pertanyaan tersebut akan kalian jawab: “Karena gas CO₂ termasuk gas rumah kaca”.
Dan saat ditanya: “Mengapa gas CO₂ termasuk gas rumah kaca?”

Dengan santainya kalian juga akan menjawab: “ Karena gas CO₂ memantulkan gelombang inframerah”

Pertanyaan dan jawaban ini akan terus saling berputar layaknya roda gila yang berputar. Namun sebenarnya, masih banyak hal yang belum jelas dari pertanyaan ini, seperti mengapa gas O₂ dan H₂ bukan termasuk gas rumah kaca, padahal sama-sama tidak berwarna?

Mengapa gas rumah kaca hanya memantulkan gelombang inframerah, tidak gelombang tampak atau yang lainnya?  Pertanyaan-pertanyaan konyol semacam itu mungkin pernah menghinggapi pikiran kalian.

Pemanasan bumi disebabkan oleh Efek Rumah Kaca. Sinar dari matahari masuk ke bumi sehingga benda-benda di bumi yang terkena sinar tersebut akan memanas. Karena benda (dalam hal ini tanah) menjadi panas, maka benda tersebut meradiasikan spektrum gelombang inframerah. Gelombang inframerah ini akan diradiasikan lagi ke ruang angkasa. Namun karena terdapat gas rumah kaca di atmosfer bumi, maka sebagian gelombang inframerah tidak dapat diteruskan ke luar angkasa, tapi akan dikembalikan ke permukaan bumi sehingga memanaskan permukaan bumi. Peristiwa inilah yang disebut Efek Rumah Kaca.

Gas-gas yang termasuk gas rumah kaca merupakan molekul polar. Molekul polar adalah molekul yang memiliki distribusi muatan yang tidak merata (memiliki bagian positif dan negatif). 

Molekul-molekul gas yang simetris seperti O₂, H₂, N₂ dan gas yang bentuk molekulnya simetris lainnya memiliki distribusi muatan yang seragam. Molekul ini disebut dengan molekul nonpolar. Sedangkan molekul yang tidak simetris cenderung memiliki distribusi muatan yang tidak merata, atau momen listriknya tidak nol. Contohnya molekul gas H₂, CO, dan H₂O.

Molekul-molekul gas polar dapat menyerap dan memancarkan energi foton seperti layaknya atom. Bedanya, atom melakukannya dengan perpindahan (eksitasi dan deeksitasi) elektron atau mengubah bilangan kuantum n untuk elektron. Sedangkan molekul gas dengan melakukan vibrasi maupun rotasi atau mengubah bilangan kuantum vibrasi dan rotasi. 

Energi akibat vibrasi maupun rotasi lebih kecil dibandingkan dengan energi akibat perpindahan elektron pada atom. Menurut elektrodinamika klasik, muatan yang dipercepat (vibrasi maupun rotasi) dapat memancarkan gelombang elektromagnetik.

Eksitasi tingkat energi rotasi dan vibrasi merupakan pertimbangan penting dalam model-model fenomena pemanasan global. Untuk molekul-molekul CO₂, kebanyakan garis absorbsi berada dalam daerah inframerah. Oleh karena itu, cahaya tampak dari matahari tidak diserap oleh CO₂ di atmosfer, melainkan langsung mengenai permukaan bumi dan memanaskannya. Akibatnya, permukaan bumi yang suhunya lebih rendah dari matahari memancarkan radiasi panas yang memuncak pada spektrum inframerah. 

Radiasi inframerah tersebut tidak dipancarkan ke luar angkasa, tapi diserap oleh molekul-molekul CO₂ di udara. Jadi, CO₂ bersama dengan molekul-molekul lain di atmosfer bertindak seperti sebuah katup satu arah untuk energi dari matahari dan bertanggung jawab menaikkan suhu permukaan bumi di atas suhu yang akan tercapai bila tidak ada atmosfer. Fenomena tersebut pada umumnya disebut Efek rumah kaca.

Referensi : Serway, Raymond A.dan John W. Jewett. (2008). Physics for Scientists and Engineers with modern physics (7th Edition). USA: Thompson Brooks/Cole