6.6 Konsep-konsep untuk diingat (3, pp )

Cheng Shan Noe - http://nusaindah.wordpress.com Ilmu Pengetahuan Lingkungan

6.6 Konsep-konsep untuk diingat (3, pp. 17-18). Ecology berurusan dengan organisme-organisme pada tingkat interaksinya dengan : (1) organisme lain (baik yang species-nya sama ataupun berlainan) , dan (2) dengan lingkungan non-hidup –nya. Bagian ecosphere yang berbeda (gurun , danau , hutan , dst... ) sangat mungkin tampak sangat berbeda , namun mempunyai struktural dan fungsional dasar yang sama. Dua hal paling mendasar dari hubungan-hubungan / keterkaitan-keterkaitan yang ada dalam ecosystem manapun adalah : (1) yang terkait dengan aliran energi, dan (2) yang terkait dengan siklus-siklus bahan-bahan kimiawi. Producers , consumers , dan decomposers adalah kelompok dasar organisme yang mengisi / menempati ecosystems. Sifat-sifat fisik dan kimiawi lingkungan (kelembaban , tingkat penyinaran , temperatur , tekstur tanah , dst ...) “berpengaruh” terhadap organisme yang hidup didalamnya, namun hal yang sebaliknya juga berlaku : makhluk hidup /organisme yang ada dalam ecosystem “berpengaruh” terhadap sifat-sifat fisik dan kimiawi lingkungannya. Seluruh permasalahan-permasalahan lingkungan manusia berakar pada satu atau lebih prinsip-prinsip dasar ekologi.

hal. 110


7 Matter and Energy Resources : Types and Concepts. General Questions and Issues Apa yang dimaksud dengan science (ilmu pengetahuan) ? Apa yang dimaksud dengan environmental science (ilmu pengetahuan lingkungan) ? Apakah bentuk-bentuk prinsip energi ? Sumberdaya energi apakah yang diandalkan manusia untuk mendukung gaya hidupnya dewasa ini ? Hal apa yang menjadikan energi bermanfaat bagi manusia sebagai suatu sumberdaya ? Apakah yang dimaksud dengan perubahan fisik ? Apakah yang dimaksud dengan perubahan kimiawi ? Hukum-hukum ilmiah apa sajakah yang menjelaskan perubahan zat , perubahan dari satu bentuk fisik ke bentuk fisik lainnya , atau perubahan dari satu bentuk kimiawi ke bentuk kimiawi lainnya ? Bab ini membahas apa yang berlangsung di dunia ini dari sudut pandang fisika dan kimia. Menjelaskan tipe-tipe prinsip zat dan energi serta hukum-hukum ilmiah tentang perubahanperubahan zat dan energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Bab 2 dan bab 4 membahas apa yang terjadi dalam dunia ini dari sudut pandang ekologis , yang didasarkan pada bagaimana proses-proses fisik dan kimiawi berpadu ke dalam sistem biologis yang disebut sebagai kehidupan.

7.1 Science and Environmental Science. WHAT IS SCIENCE. Science (ilmu pengetahuan) adalah usaha untuk memahami tatanan dalam alam dan menggunakan pemahaman (yang telah diketahui = pengetahuan) untuk dapat membuat prakiraan tentang apa yang akan terjadi didalam alam. Dalam mencoba memahami tatanan ini , para ilmuwan mencoba untuk dapat menjawab dua pertanyaan dasar : (1) Apa yang terjadi di alam lagi dan lagi dengan hasil-hasil yang sama ? (2) Bagaimana dan mengapa terjadi dengan cara demikian ? (2, p. 36) Untuk memahami apa yang terjadi , ilmuwan mengumpulkan scientific data , atau kenyataankenyataan , dengan cara melakukan observasi-observasi dan pengukuran-pengukuran. Walaupun demikian , mengumpulkan data bukanlah tujuan utama science (2, p. 36). Data adalah batu loncatan untuk memperoleh hukum ilmiah, yang menyimpulkan apa yang terjadi di alam lagi dan lagi dengan cara yang sama (2, p. 36). Sekali hukum ilmiah dapat diformulasikan , ilmuwan berupaya untuk menjelaskan bagaimana dan mengapa sesuatu terjadi dengan cara seperti yang dijelaskan dalam hukum tersebut. Mereka membuat hipotesa ilmiah , tebakan seorang berpendidikan dalam rangka menjelaskan hukum ilmiah atau kenyataan-kenyataan ilmiah (2, p. 36). Kemudian mereka menguji hipotesa dengan melakukan lebih banyak observasi dan pengukuran. Bila eksperimen-eksperimen yang dilakukan banyak ilmuwan mendukung hipotesa , maka hipotesa tersebut menjadi suatu teori ilmiah. Dengan kata lain, sebuah teori ilmiah adalah hipotesa ilmiah yang telah teruji dengan baik dan diterima secara luas (2, p. 36). hal. 111


Cara ilmuwan mengumpulkan data , memformulasikan , dan menguji hukum dan teori ilmiah disebut sebagai metoda ilmiah. Menemukan dan memformulasikan hukum dan teori ilmiah disamping memerlukan pengungkapan alasan-alasan logis juga membutuhkan imajinasi dan intuisi. Seperti pernah dikatakan Albert Einstein : “Imagination is more important than knowledge , and there is no completely logical way to a new scientific idea” (2, p. 36). Sehingga , intuisi , imajinasi dan kreatifitas adalah sama pentingnya dalam ilmu pengetahuan seperti halnya dalam puisi , seni , musik , dan petualangan-petualangan besar dalam semangat manusia. Ilmu pengetahuan , pada sisi terbaiknya , merupakan suatu petualangan yang membantu membangunkan kita pada suatu ke-ingin-tahu-an , misteri , keindahan alam raya , bumi dan kehidupan (2, pp. 37). ARE SCIENTIFIC THEORIES AND LAWS TRUE ? Teori-teori ilmiah dapat dimodifikasi , bahkan ditolak , karena adanya data baru atau data yang memberikan penjelasan lebih baik (2, p. 37). Hukum-hukum dan teori-teori ilmiah didasarkan atas probabilitas statistis , tidak pada sesuatu yang pasti. Ilmuwan hanya akan mampu mempelajari sejumlah kecil dari ribuan atau bahkan jutaan dari interaksi-interaksi yang mungkin dari variabel yang ada atau variabelvariabel yang lainnya (2, p. 37). ENVIRONMENTAL SCIENCE : A HOLISTIC SCIENCE. Ilmuwan telah mempelajari alami kebanyakan dengan cara mempelajari dengan cara meningkat mulai dari tingkat yang paling bawah dalam organisasi material / zat. Pendekatan semacam ini disebut reductionism. Yang didasarkan pada keyakinan bahwa bila kita memahami partikel-partikel sub-atomik , maka kita akan dapat naik ke tingkat lebih atas dalam organisasi material dan memahami atom , kemudian molekul , organisme , komunitas , dst .... sampai seluruh alam raya ini (2, p. 37). Pendekatan reductionism telah banyak membantu memahami alam , namun dalam beberapa dekade terakhir ini diketahui memiliki beberapa kelemahan. Masing-masing tingkat organisasi zat / material yang lebih tinggi mempunyai sifat-sifat yang tidak dapat diperkirakan atau difahami semata-semata hanya dengan memahami tingkat-tingkat yang ada dibawahnya yang merupakan pembentuk strukturnya (2, p. 37). The science of ecology telah menunjukan kebutuhan untuk mengkombinasikan reductionism dengan holism (sometimes spelled wholism) – suatu upaya untuk menjelaskan seluruh sifatsifat (properties) dari satu tingkat organisasi , tidak semata-mata hanya mendasarkan pada tingkat yang lebih rendah dalam organisasi yang membentuk struktur yang melandasinya. Pendekatan ini juga berupaya untuk memahami dan menjelaskan bagaimana berbagai tingkat dalam organisasi berinteraksi antara satu dengan yang lainnya dan dengan lingkunganlingkungan-nya yang secara konstan terus berubah (2, p. 37). Environmental Science (Ilmu Pengetahuan Lingkungan) adalah ilmu pengetahuan fisik dan sosial holistik yang mempergunakan dan memadukan ilmu pengetahuan fisika , kimia , biologi (khususnya ecology) , geologi , resource technology and engineering , manajemen dan konservasi sumberdaya , demografi (studi mengenai dinamika populasi) , ekonomi , politik dan etika (2, p. 37). SCIENCE , TECHNOLOGY , AND THE FUTURE. Yang perlu diupayakan adalah bagaimana memanfaatkan ilmu pengetahuan dan teknologi untuk mempertahankan dunia untuk manusia dan species-species lainnya serta untuk meningkatkan kualitas kehidupan untuk seluruh manusia , tidak merusak dunia untuk suatu keuntungan ekonomi jangka pendek. Hal ini berarti bahwa : ilmuwan dan teknokrat perlu mempertimbangkan implikasi hal. 112


jangka pendek dan jangka panjang dari penelitian-penelitian yang dilakukannya , pemikiranpemikiran-nya , penerapan / pengamalan ilmu pengetahuan dan keakhlian yang dimilikinya (2, p. 37). Adalah penting untuk nonscientist untuk memiliki dasar pengetahuan bagaimana alam “bekerja” , karena banyak keputusan bagaimana ilmu pengetahuan dan teknologi dipakai ditetapkan oleh nonscientist , dan biasanya dengan saran dari scientist . Pengambil keputusan dalam bisnis atau pemerintahan haruslah cukup mempunyai pengetahuan umum mengenai ilmu pengetahuan dan teknologi untuk dapat berdialog dengan baik dengan scientist dan engineers , kemudian membuat keputusan-keputusan yang tepat (2, p. 37).

7.2 Matter : Forms , Structure , and Quality. NATURE’S BUILDING BLOCKS : CHEMICAL AND PHYSICAL FORMS OF MATTER. Matter (zat) adalah apapun yang mempunyai masa (jumlah material dalam suatu obyek) dan “mengambil” tempat. Zat dijumpai dalam 3 bentuk kimiawi : (1) element (blok-blok pembentuk zat yang dapat diperbedakan dari yang lainnya yang membentuk setiap bahan material) , (2) senyawa (compounds) (dua atau lebih element yang berbeda terikat bersama dalam proporsi tertentu yang tetap oleh gaya-gaya yang saling merekatkan yang disebut sebagai ikatan kimia , chemical bounds ) , dan (3) campuran (mixtures) (kombinasi element-element , senyawa , atau keduanya) (2, pp. 37-38). Seluruh zat terbangun dari 109 elemen-elemen kimiawi yang telah diketahui. Sembilan puluh dua diantaranya terjadi secara alami dan 17 lainnya di-sintesa di laboratorium. Masing-masing dari elemen ini mempunyai ukuran , struktur internal , serta sifat-sifat lainnya yang unik yang membedakan dengan yang lainnya (2, p. 38). Contoh element (blok-blok pembentuk dasar zat) : hidrogen (dinyatakan dengan simbol H) , karbon (C) , oksigen (O) , nitrogen (N) , phosphorus (P) , sulfur (S) , chlorine (Cl) , fluorine (F) , bromine (Br) , sodium (Na) , calcium (Ca) ,dan uranium (U) (2, p. 38). Beberapa elemen dijumpai di alam sebagai molekul atau kombinasi dari atom-atom-nya. Contohnya adalah gas nitrogen dan oksigen yang membentuk 99 % dari udara yang dihisap manusia. Dua atom nitrogen berkombinasi membentuk molekul gas nitrogen yang ditulis dengan cara N2 . Subscript setelah simbol elemen menyatakan jumlah atom dari elemen tersebut dalam sebuah molekul. Kebanyakan gas oksigen dalam atmosfir berbentuk molekul O2 . Sejumlah kecil gas oksigen , dijumpai kebanyakan di lapisan atmosfir ke dua (stratosphere) , dijumpai dalam bentuk molekul ozone dengan rumus O3 (2, pp. 38-39). Elemen dapat dikombinasikan membentuk senyawa-senyawa yang jumlahnya hampir tidak terbatas jumlahnya. Sejauh ini , akhli-akhli kimia telah mengidentifikasi lebih dari 10 juta senyawa (2, p. 39). Bila dilihat dengan supermicroscope untuk melihat elemen dan senyawa , akan dijumpai bahwa elemen dan senyawa ini terbangun dalam 3 tipe blok pembangun : (1) atom (unit terkecil elemen yang dapat tampil dan masih mempunyai sifat unik elemen tersebut) , (2) ion (atom yang bermuatan listrik) , dan (3) molekul (kombinasi atom-atom yang terikat menjadi suatu ikatan kimiawi). Karena ion dan molekul dibentuk oleh atom , atom blok pembangun terkecil dari zat (2, p. 39).

hal. 113


Bila dilakukan pembesaran dengan supermicroscope , akan dapat dilihat bahwa setiap atom dibentuk oleh sejumlah tertentu subatomic particles. Blok-blok pembangun atom adalah : yang bermuatan listrik positif yang disebut sebagai protons , yang tidak bermuatan listrik disebut neutrons , dan yang bermuatan listrik negatif disebut electrons (2, p. 39). Zat juga dijumpai dalam 3 bentuk fisik : padat (solid) , cair (liquid) , dan gas. Air sebagai contoh , dapat berbentuk es , cairan air , atau uap air. MATTER QUALITY. Matter quality (kualitas zat) adalah ukuran seberguna mana sumberdaya zat tersebut , didasarkan pada ketersediannya dan konsentrasinya (lihat Fig. 3.3.). Zat berkualitas tinggi terorganisir , terkonsentrasi , dan biasanya dijumpai dekat permukaan bumi , mempunyai potensi besar untuk dipakai sebagai sumberdaya zat. Zat berkualitas rendah tidak terorganisasi , terlarut , atau menyebar dan sering kali dijumpai dalam dibawah tanah atau tersebar di lautan atau atmosfir. Biasanya berpotensi kecil untuk dapat dimanfaatkan sebagai sumberdaya zat (2, p. 41).

7.3 Energy : Types , Forms , and Quality. TYPES OF ENERGY. Energi , bukan uang , namun manusia sangat tergantung padanya untuk : menumbuhkan yang kemudian menjadi makanan , menjalankan pabrik-pabrik , menjaga agar manusia dan organisme lainnya dapat tetap bertahan hidup , serta untuk menghangatkan dan mendinginkan tubuh dan bangunan dimana manusia bekerja dan tinggal. Manusia juga mempergunakannya untuk dapat digerakkannya (berpindahnya) manusia atau obyek dari satu tempat ke tempat lainnya , merubah zat dari satu bentuk fisik atau kimiawi ke bentuk lainnya , serta untuk menaikan temperatur suatu zat (2, p. 41). Energi didefinisikan sebagai kapasitas untuk melakukan kerja dengan “tugas-tugas” mekanis , fisik , kimiawi , atau elektris , atau dengan menjadikan adanya transfer panas antara dua obyek yang temperaturnya berbeda. Bentuk-bentuk energi adalah : cahaya , panas , energi kimiawi yang tersimpan dalam ikatan kimiawi mengikat element-element dan senyawasenyawa menjadi satu , gerak zat , dan listrik / kelistrikan (electricity) (2, p. 41).

hal. 114


Ilmuwan mengelompokkan energi menjadi energi kinetik dan energi potensial. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki zat karena gerak dan masa –nya. Contoh-contohnya adalah : mobil yang bergerak , batu yang jatuh , peluru yang bergerak cepat , panas , aliran air , dan aliran partikel-partikel bermuatan listrik (energi listrik) (2, p. 41). Heat (panas) adalah energi kinetik total dari atom-atom , ion-ion atau molekul-molekul yang bergerak secara acak dalam suatu bahan. Temperature adalah ukuran dari kecepatan gerak rata-rata atom-atom , ion-ion , atau molekul-molekul dalam suatu sample zat pada suatu saat. Suatu bahan dapat mengandung panas yang tinggi (banyak masa dan banyak atom-atom , ionion atau molekul-molekul yang bergerak) namun bertemperatur rendah (kecepatan molecular –nya rendah). Sebagai contoh , total kandungan panas suatu danau atau lautan adalah sangat besar , namun temperatur rata-rata-nya rendah. Contoh zat dengan kandungan panas yang sedikit namun bertemperatur tinggi adalah kopi panas dan korek api yang menyala , mempunyai kandungan panas yang lebih sedikit dibanding danau dan lautan , namun bertemperatur jauh lebih tinggi (2, p. 41). Gelombang-gelombang radio , gelombang-gelombang TV , microwaves (gelombanggelombang mikro) , radiasi infra merah , sinar yang dapat dilihat , radiasi ultraviolet , sinar X , sinar gamma adalah bentuk-bentuk energi kinetik yang bergerak sebagai gelombanggelombang elektromagnetik dan dikenal sebagai electromagnetic radiation . Bentuk-bentuk energi radiasi ini membentuk spektrum gelombang-gelombang elektromagnetik yang lebar yang berbeda panjang gelombangnya serta kandungan energinya (Fig. 3.4.) (2, p. 41).

Sinar kosmik , sinar gamma , sinar X , dan radiasi ultraviolet mempunyai cukup kandungan energi untuk “memukul” elektron-elektron dari atom-atom dan merubahnya menjadi ion-ion bermuatan positif. Elektron-elektron dan ion-ion yang sangat reaktif yang dihasilkannya dapat merusak jutaan senyawa-senyawa organik dalam sel-sel (makhluk) hidup , mengganggu proses-proses dalam tubuh , dan mengakibatkan berbagai macam “sakit” , termasuk berbagai jenis kanker. Bentuk-bentuk radiasi elektromagnetik yang potensial membahayakan ini disebut sebagai ionizing radiation (2, pp. 41-42). Bentuk-bentuk lain dari radiasi elektromagnetik tidak mempunyai cukup kandungan energi untuk membentuk ion-ion dan disebut non-ionizing radiation . Exposure terhadap emisi

hal. 115


non-ionizing radiation dari pesawat radio , TV , monitor komputer , dan alat-alat listrik lainnya juga dapat mengakibatkan kerusakan sel-sel hidup (2, p. 42) Energi potensial adalah energi yang tersimpan yang potensial tersedia untuk dipergunakan. Sebutir batu yang anda genggam , sebuah dinamit , air yang tertampung di belakang sebuah bendungan adalah contoh-contoh yang memiliki energi potensial. Contoh lain adalah energi kimiawi yang tersimpan dalam molekul-molekul bensin , serta yang tersimpan dalam karbohidrat , protein-protein , dan lemak makanan (2, p. 42). ENERGY RESOURCES USED BY PEOPLE. Pasok (input) langsung perpetual solar energi sendiri memasok 99 % energi yang dipergunakan untuk menghangatkan dunia dan seluruh bangunan yang dibuat oleh manusia. Pasok energi surya juga yang mendukung terjadinya daur ulang karbon , oksigen , air dan bahan-bahan kimia lainnya yang dibutuhkan manusia dan organisme-organisme lainnya untuk tetap dapat hidup , sehat dan ber-reproduksi (2, p. 42).

Fig. 3.5. – 3, p. 42. Sumberdaya-sumberdaya energi yang diperoleh dari dalam kerak atau perut bumi adalah energi geothermal , batubara , minyak , dan gas alam.

Apabila didefinisikan secara luas , yang termasuk dalam katagori energi surya adalah : energi langsung dari matahari , dan juga sejumlah bentuk energi tak langsung yang dihasilkan oleh input langsung. Yang dikatagorikan sebagai energi surya tak langsung , misalnya : angin , terjunan dan aliran air (hydropower) , dan biomass (energi surya yang sudah terkonversi menjadi energi kimiawi yang tersimpan dalam ikatan-ikatan kimiawi senyawa-senyawa organik dalam pohon-pohon dan tumbuhan lainnya) (2, p. 42). Sistem-sistem energi surya pasif menangkap dan menampung energi surya langsung dan memakainya untuk menghangatkan bangunan dan air tanpa mempergunakan alat-alat mekanis , misalnya : ruang kedap udara jendela-jendela penyekat yang besar yang dihadapkan ke matahari , serta penggunaan batu , beton , atau air untuk menyimpan kemudian melepaskan panas secara lambat laun (2, p. 42). Energi surya langsung dapat juga ditangkap dengan sistem-sistem energi surya aktif. Sekarang ini telah mulai banyak dijumpai apa yang disebut sebagai solar cells yang dapat mengkonversi energi surya menjadi energi listrik dalam suatu langkah yang tidak hal. 116


menghasilkan pencemaran. Bentuk lainnya adalah turbin angin dan pembangkit listrik tenaga air yang mengkonversi energi surya tak langsung menjadi energi listrik (2, p. 42). 99 % energi yang dipakai untuk menghangatkan dunia dan membuatnya berkehidupan dipasok oleh matahari tidaklah “di-per-jual-beli-kan” , dan yang 1 % -nya lagi sebagai supplement terhadap pasok matahari adalah commercial energy yang “di-per-jual-beli-kan”. Kebanyakan commercial energy ini diperoleh dari sumberdaya-sumberdaya mineral yang terdapat dalam kerak atau perut bumi (2, p. 42). Seperti diperlihatkan Fig. 3.6. MDC dan LDC sangat berbeda dalam sumberdaya-sumberdaya energi –nya , jumlah total yang dipakainya dan rata-rata energi yang dipakai per jiwa. Yang merupakan sumber energi tambahan paling penting di LDC adalah potentially renewable biomass , terutama kayu bakar , sumber energi utama untuk penghangatan dan memasak untuk kira-kira setengahnya penduduk dunia. Seperempat penduduk dunia yang tinggal di MDC akan segera menghadapi kekurangan minyak , dan setengah dari penduduk dunia yang tinggal di LDC telah mulai menghadapi kekurangan kayu bakar (2, p. 43). Amerika Serikat adalah pemakai energi terbesar di dunia. Dengan penduduk yang hanya 4.7 % penduduk dunia , penduduk di negeri ini mempergunakan 25 % dari energi komersial dunia. Tahun 1988 , kurang lebih 83 % energi komersial yang dipergunakan di Amerika Serikat diperoleh dengan “membakar” minyak , batubara, dan gas alam. Sementara di India dengan penduduk kurang lebih 16 % penduduk dunia , hanya mempergunakan sekitar 1.5 % energi komersial dunia. Pada tahun 1992 , 256 juta rakyat Amerika mempergunakan energi untuk air conditioning saja lebih banyak dari yang digunakan oleh 1.2 milyar rakyat Cina untuk berbagai keperluan (2, pp. 43-44) Amerika Serikat juga adalah largest waster of energy. Pemakaian energi rata-rata per kapita di Amerika Serikat kurang lebih dua kali –nya Jepang dan kebanyakan negara-negara Eropa Barat yang standar hidupnya serupa dengan Amerika Serikat (2, p. 44). Bila pemakaian energi di LDC sampai pada tingkat pemakaian energi di MDC seperti sekarang , maka pada tahun 2025 pemakaian energi komersial akan meningkat lima kali lipat. Banyak ilmuwan yang meyakini , jangankan lima kalinya , dua kalinya saja kebutuhan energi yang bersumber dari non-renewable fossil fuels meningkat , maka telah akan merusak dunia , merusak kehidupan. Inilah agaknya yang menjadi alasan orang-orang yang menempatkan sebagai prioritas utama penghematan penggunaan energi serta meningkatkan pemakaian bentuk-bentuk energi perpetual dan renewable (2, 44).

MDC = more developed country , LDC = less developed country

hal. 117


ENERGY QUALITY. Energi bervariasi dalam kualitasnya , atau kebisaannya (ability) untuk mengerjakan suatu kerja yang berguna. Energy quality (kualitas energi) adalah ukuran kemanfaatan energi. High quality energy “terorganisasi” dan “terkonsentrasi” dan memiliki great ability untuk melaksanakan kerja yang berguna. Contoh-contoh dari bentukbentuk energi yang berguna adalah : listrik , batu bara , bensin , sinar matahari yang terkonsentrasi , nuclei of uranium-235 , dan panas yang terkonsentrasi dalam sample zat yang cukup kecil sehingga temperatur-nya tinggi (2, 44) Low quality energy tidak terorganisasi dan menyebar serta memiliki ability yang kecil untuk melakukan kerja yang berguna. Contohnya adalah : panas yang tersebar dalam molekul-

hal. 118


molekul yang bergerak dalam satu sample yang besar seperti atmosfir atau tubuh air yang besar ,sehingga temperaturnya relatif rendah (2, p.44). Energi dipergunakan untuk melaksanakan tugas-tugas tertentu , masing-masing membutuhkan kualitas energi minimum tertentu. Energi listrik (electrical energy) , yang merupakan energi kualitas sangat tinggi , diperlukan untuk dapat menyalakan lampu , motormotor elektris serta alat-alat listrik lainnya. Dibutuhkan energi mekanis berkualitas tinggi untuk dapat menggerakkan mobil (2, p. 45). Banyak sekali bentuk-bentuk high quality energy tidak tersedia secara alami , seperti misalnya : listrik , bensin , gas hidrogen (2, 45)

hal. 119


hal. 120


hal. 121


7.4 Physical dan Chemical Changes and the Law of Conservation of Matter. PHYSICAL AND CHEMICAL CHANGES. Pada elemen-elemen dan senyawa-senyawa dapat terjadi perubahan fisik atau kimiawi , masing-masing perubahan dapat mengeluarkan energi dan dapat pula membutuhkan energi , biasanya dalam bentuk panas. Perubahan fisik adalah perubahan yang tidak melibatkan perubahan dalam komposisi kimiawi. Misalnya , memotong selembar aluminum foil menjadi potongan-potongan yang lebih kecil adalah perubahan fisik. Masing-masing potongan kecil masih aluminum (2, p. 45). Perubahan suatu bahan dari satu ujud fisik ke ujud yang lainnya juga termasuk perubahan fisik. Sebagai contoh : pada saat berujud padat, air adalah es ; pada saat berujud cair , air adalah yang biasa disebut air ; pada saat berujud gas , air disebut uap air , bagaimanapun ujudnya tidak ada molekul H2O yang berubah , kecuali molekul-molekul tersebut diorganisir dalam pola-pola spasial (ke-ruang-an) yang berbeda (2, p. 45). Dalam perubahan kimiawi atau reaksi kimia , ada perubahan komposisi kimiawi dari elemenelemen atau senyawa-senyawa yang terlibat. Sebagai contoh : pada saat batubara dibakar habis , karbon (C) yang terkandung didalamnya berikatan dengan gas oksigen (O2)yang ada dalam atmosfir membentuk senyawa gas CO2 (karbon dioksida. Dalam hal ini energi dilepaskan , menjadikan batubara sebagai bahan bakar yang berguna ( C + O2 → CO2 + energi) (2, 45). Reaksi ini memperlihatkan bagaimana pembakaran batubara atau senyawa yang mengandung karbon , seperti kayu , gas alam , minyak , bensin , menambah jumlah karbon dioksida yang terdapat dalam atmosfir. THE LAW OF CONSERVATION OF MATTER : THERE IS NO AWAY. Dunia kehilangan beberapa molekul gas ke ruang angkasa , dan dunia memperoleh sejumlah kecil zat dari ruang angkasa , namun jumlah ini praktis tidak berarti dibandingkan dengan total masa dunia. Dalam kaitannya dengan zat , dunia secara esensial adalah sistem tertutup. Telah jutaan tahun proses-proses alam ber-evolusi untuk siklus bahan-bahan kimia yang berlangsung terus menerus , bolak balik antara lingkungan non-hidup (tanah , udara , dan air) dan lingkungan hidup (2, p.46). Manusia sebenarnya tidak mengkonsumsi zat apapun , manusia hanya menggunakan beberapa sumberdaya dunia untuk sementara. Manusia mengambil material-material dari bumi , membawanya ke bagian lain dunia , kemudian memprosesnya menjadi produk-produk. Produk-produk ini kemudian dipakai , dan setelah itu dibuang , dipakai ulang , atau di-daurulang (2, p. 46). Dalam membuat dan menggunakan produk-produk , manusia mungkin merubah berbagai elemen dan senyawa dari satu bentuk fisik atau kimiawi ke bentuk lainnya , namun manusia itu tidak menciptakan sesuatu dari yang sama sekali tidak ada , serta tidak juga memusnahkan sesuatu sehingga benar-benar menjadi tidak ada. Kenyataan ini , didasarkan be-ribu-ribu pengukuran zat yang mengalami perubahan fisik ataupun perubahan kimiawi , yang kemudian disebut sebagai law of conservation of matter (hukum konservasi /kekekalan ? zat) (2, p.46) Dalam seluruh perubahan fisik atau kimiawi , kita tidak dapat menciptakan ataupun memusnahkan sebuah atom-pun yang dilibatkan. Yang dapat dilakukan adalah merubah susunan atom-atom tersebut menjadi pola-pola spasial yang berbeda (perubahan fisik) atau kombinasi yang berbeda (perubahan kimiawi) hal. 122


Makna dari the Law of conservation of matter adalah : there is no “away” . Segala sesuatu yang menurut pikiran kita telah dibuang (thrown away) masih “disini” bersama kita dalam satu bentuk yang sama atau bentuk yang berlainan (2, p. 46). Manusia sebenarnya dapat membuat lingkungan menjadi lebih bersih dan mengkonversi beberapa bahan-bahan kimia yang potensial membahayakan menjadi bentuk fisik atau kimiawi yang kurang membahayakan , atau bahkan menjadi bentuk fisik atau kimiawi yang sama sekali tidak membahayakan. Dalam redaksi kalimat yang lain , makna dari the Law of conservation of matter adalah : manusia akan selalu menghadapi masalah sehubungan dengan apa yang harus dilakukannya terhadap sejumlah barang buangan. Walaupun demikian , dengan lebih banyak memperhatikan dan mempraktekkan pencegahan polusi dan pengurangan buangan , manusia dapat sangat mengurangi tambahan jumlah buangan kedalam lingkungan (2, p. 46). Manusia sudah harus mulai memikirkan apakah yang disebut sebagai wastes (“sampah” , yang tidak dapat dipakai lagi) benar-benar merupakan sumberdaya yang tidak dapat dipakai lagi. Yang disebut wastes tersebut adalah sumberdaya potensial yang oleh manusia tidak didaur-ulang , dipergunakan ulang , atau di-konversi menjadi material bahan baku atau produkproduk yang ada manfaatnya (2, p. 46).

7.5 Nuclear Changes. Selain perubahan fisik dan kimiawi , zat dapat juga berubah dengan cara yang disebut sebagai nuclear change. Perubahan yang demikian ini terjadi bila inti (nuclei) dari isotope tertentu secara tiba-tiba berubah atau dipaksa berubah menjadi satu atau lebih isotope yang berbeda. Tiga tipe prinsip perubahan nuklir : (1) natural radioactivity , (2) nuclear fission , dan (3) nuclear fusion (2, p. 46). Hukum konservasi zat tidak berlaku untuk perubahan nuklir karena perubahan nuklir melibatkan konversi sejumlah masa yang kecil tapi terukur dalam suatu nucleus menjadi energi. Perubahan tipe ;ini “diatur” oleh the law of conservation of matter and energy. Dalam perubahan nuklir jumlah total zat dan energi yang terlibat tetap sama (2, p. 46). Natural radioactivity adalah perubahan nuklir dalam mana inti yang tidak stabil secara tibatiba menyembur (menyemprot) partikel-partikel (biasanya partikel-partikel alfa dan beta) , energi (sinar gamma) , atau keduanya pada laju yang tetap. Sebuah isotope dari sebuah atom yang tiba-tiba memancarkan partikel-partikel yang bergerak cepat , radiasi energi tinggi , atau dua-dua-nya dari inti yang tidak stabil disebut radioactive isotope , atau radioisotope (2, p. 46). Radiasi yang dipancarkan oleh radioisotopes merupakan ionizing radiation yang merusak. Bentuk yang paling umum ionizing energy yang dilepaskan dari radioisotopes adalah gamma rays (sinar gamma) , suatu bentuk radiasi elektromagnetik dengan kandungan energi tinggi (Fig. 3.4.) . Partikel-partikel berkecepatan tinggi yang dipancarkan dari inti adalah bentuk lain dari ionizing radiation , dengan energi cukup untuk menghantam atom-atom lainnya dan menghilangkan satu atau lebih elektron-nya membentuk ion-ion bermuatan positif. Dua tipe ionizing particles yang paling umum yang dipancarkan oleh radioactive isotopes adalah alpha particles (bongkah-bongkah zat bermuatan positif yang terdiri dari 2 proton dan 2 neutron) yang berkecepatan tinggi dan beta particles (high speed electrons). Fig. 3.10 memperlihatkan tenaga penetrasi relatif dari alpha , beta , and gamma ionizing radiation. (2, pp. 46-47).

hal. 123


Fig. 3.10 Tiga tipe prinsip ionizing radiation yang terpancar dari radioactive isotopes berbeda tenaga penetrasinya.

7.6 The First and Second Law of Energy. FIRST LAW OF ENERGY : YOU CAN’T GET SOMETHING FOR NOTHING. Setelah membuat jutaan pengukuran , ilmuwan melihat energi berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya dalam perubahan fisik atau kimiawi , namun para ilmuwan tersebut tidak pernah mendeteksi adanya penciptaan atau pemusnahan energi (2, 47). Informasi ini disimpulkan dalam the law of conservation of energy , yang juga dikenal sebagai the first law of energy atau first law of thermodynamics. Dalam perubahan fisik dan kimiawi , tidak ada energi yang diciptakan atau dimusnahkan , namun dalam proses-proses ini energi dapat berubah dari satu bentuk menjadi bentuk lainnya. Hukum ini tidak berlaku untuk perubahan nuklir , dimana energi dapat dihasilkan dari sejumlah kecil zat. Hukum ini bermakna : energy input always equals energy output : We can’t get something for nothing in term of energy quantity. (2, p. 47). SECOND LAW OF ENERGY : YOU CAN’T BREAK EVEN. Karena first law of energy menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan , anda akan berfikir bahwa akan selalu ada cukup energi. Bila anda mengisi tangki mobil dengan bensin kemudian berjalan-jalan , atau anda mempergunakan lampu senter sehingga batre-nya habis , anda telah kehilangan sesuatu , apakah yang hilang ini bukan energi ? Jawabannya adalah : anda tidak kehilangan energi , namun energi yang ada dan dipakai berubah kualitasnya (dan juga bentuknya ? (Fig. 3.8.) (2, p. 47). Jutaan pengukuran yang dilakukan oleh para ilmuwan telah menunjukan bahwa pada setiap konversi energi dari satu bentuk ke bentuk yang lainnya , disana akan ada penurunan kualitas energi atau penurunan jumlah energi yang berguna (dapat digunakan). Kesimpulan ini dikenal sebagai the second law of energy atau the second law of thermodynamics , yaitu sebagai berikut : Bila energi berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lainnya , beberapa energi yang berguna (dapat digunakan) akan ber-degradasi menjadi energi dengan kualitas yang lebih rendah , menjadi lebih tersebar . Degradasi energi yang demikian ini biasanya dalam bentuk panas yang mengalir kedalam lingkungan dan menyebar dalam gerak acak molekul udara atau air pada temperatur yang relatif rendah (2, pp. 47-49).

hal. 124


Dalam redaksi kalimat yang lain , menurut hukum degradasi kualitas energi yang ini : we can’t break even in terms of energy quality. Semakin banyak kita mempergunakan , semakin tidak beraturan energi tingkat bawah (panas) yang kita tambahkan kedalam lingkungan (2, p. 49).

LIFE AND THE SECOND ENERGY LAW. Untuk membentuk dan menjaga tatanan molekul-molekul yang sangat beraturan dan jaringan perubahan-perubahan kimiawi yang terorganisasi dalam tubuh manusia , manusia haruslah secara terus menerus memperoleh dan mempergunakan sumberdaya-sumberdaya zat dan energi berkualitas tinggi dari sekitarnya. Dengan dipakainya sumberdaya-sumberdaya ini , manusia menambahkan panas dan waste matter yang tidak beraturan dan berkualitas rendah ke sekitarnya (2, p. 50). Sebagai contoh , tubuh manusia terus menerus melepaskan panas yang sama yang dikeluarkan oleh lampu 100 Watt , yang demikian ini merupakan alasan mengapa bila dalam suatu ruangan tertutup penuh dengan manusia , maka akan menjadi panas. Disamping itu manusia juga terus menerus mengeluarkan molekul gas karbon dioksida dan uap air , yang menjadi tersebar dalam atmosfir (2, p. 50). Menanam , menumbuhkan , dan memproses , serta memasak makanan , semuanya membutuhkan energi berkualitas tinggi dan sumberdaya zat yang berakibat penambahan low quality heat dan waste materials kedalam lingkungan. Selain itu , sejumlah yang sangat besar low quality heat dan waste matter ditambahkan pada lingkungan pada saat : concentrated deposits of minerals diekstraksi dari kerak / perut bumi , diproses , dan dipergunakan atau dibakar untuk : menghangatkan atau menyejukkan rumah atau bangunan yang ditempati manusia , men-trasport-kan manusia , membuat jalan , pakaian , dst ..... (2, p. 50). Berdasarkan the second energy law , semakin banyak energi dipakai manusia (akan semakin banyak pula waste) , akan semakin tidak beraturan lingkungan yang tercipta karenanya. Hal yang diuraikan diatas merupakan alasan mengapa reducing energy waste dan beralih dari harmful non-renewable energy resources ke renewable and perpetual energy resources yang lebih aman merupakan kunci kearah masa depan yang sustainable (2, p. 50).

hal. 125


hal. 126

6.6 Konsep-konsep untuk diingat (3, pp )

Recommend Documents