Satuan Dobson

Satuan Dobson (bahasa Inggris: Dobson unit; DU) adalah suatu satuan ukur bagi jumlah gas jejak dalam suatu kolom vertikal melalui atmosfer Bumi. Satuan ini berasal, dan utamanya terus digunakan dalam kaitannya dengan, atmosfer ozon, yang jumlah kolom totalnya, biasanya disebut "ozon total", dan terkadang "kelimpahan kolom", didominasi oleh konsentrasi ozon yang tinggi di lapisan ozon stratosfer. Satu satuan Dobson sama dengan jumlah molekul ozon yang diperlukan untuk membuat lapisan murni ozon dengan tebal 0.01 milimeter pada STP—suhu dan tekanan standar.^[1]

Satuan Dobson didefinisikan sebagai ketebalan (dalam satuan 10 µm) lapisan gas murni yang akan dibentuk oleh jumlah kolom total pada STP.^[2] Hal ini terkadang dirujuk sebagai 'mili-atmo-centimeter.' Sebuah jumlah kolom yang khas sebesar 300 DU pada ozon atmosfer karenanya dapat membentuk suatu lapisan gas murni setebal 3 mm pada permukaan Bumi jika suhu dan tekanannya berada dalam STP. Satuan Dobson dinamai dari Gordon Dobson, seorang peneliti dari Universitas Oxford yang pada tahun 1920-an membangun instrumen pertama untuk mengukur ozon total dari dasar, menggunakan monokromator prisma ganda untuk mengukur perbedaan absorpsi pada pita radiasi ultraviolet matahari yang berbeda terhadap lapisan ozon. Instrumen ini, disebut spektrofotometer ozon Dobson, telah membentuk tulang punggung dari jaringan global untuk memantau ozon atmosfer^[3] dan merupakan sumber penemuan lubang ozon Antartika pada tahun 1984.^[4]

Satuan Dobson bukan merupakan bagian dari Sistem Satuan Internasional SI. Untuk mengatasi kekurangan ini, sebuah studi singkat pada tahun 1982^[5] memeriksa sejumlah satuan alternatif berbasis SI yang cocok untuk jumlah kolom tidak hanya ozon tetapi juga gas apa pun di atmosfer planet dan mengusulkan penggunaan satuan mol per meter persegi untuk semua kasus. Contohnya berkisar dari gas jejak Bumi pada tingkat mikro mol per meter persegi hingga karbon dioksida Venus pada mega mol per meter persegi:

• Satu mol m⁻² kira-kira sebanding dengan 2,241 DU.
• Satu DU sebanding dengan 0.4462 mmol m⁻².
• Satu DU juga sebanding dengan 2.687×10²⁰ molekul per meter persegi.

Nilai-nilai khas dari ozon total di atmosfer Bumi dengan mudah diwakili dalam milimol per meter persegi (mmol m⁻²).

Pemeriksaan selanjutnya pada tahun 1995^[6] mengenai satuan untuk digunakan dalam kimia atmosfer oleh Komisi Kimia Atmosfer, bagian dari International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), tidak menganjurkan penggunaan nama dan simbol khusus untuk satuan yang bukan bagian dari SI dan bukan merupakan produk turunan satuan pokok SI. Meski merujuk pada artikel tahun 1982 tersebut selaras dengan pandangan bahwa satuan Dobson akhirnya harus diganti oleh satuan SI yang sesuai dan bahwa satuan mmol m⁻² adalah pilihan yang paling nyaman dan paling tidak rumit. Hal ini menyatakan harapan bahwa satuan ini pada akhirnya akan menggantikan satuan Dobson. Namun, pada Maret 2017, terdapat sedikit bukti bahwa hal ini telah terjadi; misalnya satuan Dobson masih digunakan oleh NASA^[7] dan oleh Pusat Data Radiasi Ultraviolet dan Ozon Dunia^[8] dalam melaporkan jumlah ozon total mereka.

NASA menggunakan nilai dasar 220 DU untuk ozon. Nilai ini dipilih sebagai titik awal untuk pengamatan lubang ozon di Antartika, karena nilai yang kurang dari 220 satuan Dobson tidak ditemukan sebelum 1979. Juga, dari pengukuran langsung di atas Antartika, tingkat kolom ozon kurang dari 220 satuan Dobson adalah hasil dari hilangnya ozon dari senyawa klorin dan bromin.^[9]

Selain itu, satuan Dobson sering digunakan untuk menggambarkan kepadatan kolom total belerang dioksida, yang terjadi di atmosfer dalam jumlah kecil karena pembakaran bahan bakar fosil, dari proses biologis yang melepaskan dimetil sulfida, atau oleh pembakaran alami seperti kebakaran hutan. Sejumlah besar sulfur dioksida dapat juga dilepaskan ke atmosfer sebagai akibat dari letusan gunung berapi. Satuan Dobson digunakan untuk menggambarkan jumlah total kolom belerang dioksida karena muncul pada hari-hari awal pengindraan jauh ozon pada instrumen satelit ultraviolet (seperti TOMS).

Satuan Dobson berasal dari hukum gas ideal, yaitu:

${\displaystyle PV=nRT}$

di mana P dan V adalah tekanan dan volume, berturut-turut, serta n, R dan T adalah jumlah mol gas, konstanta gas (8.314 J/mol K), dan T adalah suhu dalam Kelvin (K).

Jumlah kerapatan udara adalah jumlah molekul atau atom per satuan volume:

${\displaystyle n_{\mathrm {udara} }={\frac {A_{av}n}{V}}}$

dan ketika persamaan diatas dimasukkan ke dalam persamaan hukum gas nyata, jumlah kerapatan udara ditemukan dengan menggunakan tekanan, suhu dan konstanta gas nyata.

${\displaystyle n_{\mathrm {udara} }={\frac {A_{av}P}{RT}}}$

Jumlah kerapatan (molekul/volume) udara pada suhu dan tekanan standar (T = 273K dan P = 101325 Pa) menggunakan persamaan ini, adalah:

${\displaystyle n_{\mathrm {udara} }={\frac {A_{av}P}{RT}}={\frac {(6.02\times 10^{23}\,{\frac {\mathrm {molekul} }{\mathrm {mol} }})\cdot (101325\,\mathrm {Pa} )}{8.314{\frac {J}{\mathrm {mol} \,\mathrm {K} }}\cdot 273\,\mathrm {K} }}}$

Dengan sejumlah satuan konversi dari Joule ke Pascal, persamaan bagi molekul/volume adalah

${\displaystyle {\frac {(6.02\times 10^{23}\,{\frac {\mathrm {molekul} }{\mathrm {mol} }})\cdot (101325\,\mathrm {Pa} )}{8.314\,{\frac {\mathrm {Pa} \,\mathrm {m} ^{3}}{\mathrm {mol} \,\mathrm {K} }}\cdot 273K}}=2.69\times 10^{25}\mathrm {molekul} \,\mathrm {m} ^{-3}}$

Satu satuan Dobson adalah jumlah total dari suatu gas jejak per satuan luas. Dalam ilmu atmosfer, hal ini dirujuk sebagai kerapatan kolom. Bagaimana, namun, dapat beralih dari satuan molekul per meter kubik, suatu volume, menjadi molekul per centimeter persegi, suatu luas? Hal ini harus dilakukan dengan integrasi. Untuk mendapatkan kerapatan kolom, harus mengintegrasikan total kolom dengan ketinggiannya. Menurut definisi satuan Dobson, diperoleh bahwa 1 DU = 0.01 mm gas jejak ketika dimampatkan hingga permukaan laut pada suhu dan tekanan standar. Jadi jika mengintegrasikan jumlah kepadatan udara dari 0 hingga 0.01 mm, maka diperoleh jumlah kerapatan yang sebanding dengan 1 DU:

${\displaystyle \int _{0\,\mathrm {mm} }^{0.01\,\mathrm {mm} }(2.69\times 10^{25}\,{\text{molekul}}\,\mathrm {m} ^{-3})\,\mathrm {d} x=2.69\times 10^{25}\,{\text{molekul}}\,\mathrm {m} ^{-3}\cdot 0.01\,\mathrm {mm} -2.69\times 10^{25}\,{\text{molekul}}\,\mathrm {m} ^{-3}\cdot 0\,\mathrm {mm} }$

${\displaystyle =2.69\times 10^{25}\,{\text{molekul}}\,\mathrm {m} ^{-3}\cdot 10^{-5}\,\mathrm {m} =2.69\times 10^{20}\,{\text{molekul}}\,\mathrm {m} ^{-2}}$

Dan karenanya dihasilkan nilai dari 1 DU, yaitu 2.69×10²⁰ molekul per meter persegi.

• Penipisan ozon
• Kimia atmosfer