komputasi

Dinamika Molekuler Hands-on Sesi I sisca(08-50)
Tutorial tentang simulasi MD menggunakan Gromacs 3.3.3
Tsjerk A. Wassenaar
garis besar

Dinamika molekul (MD) simulasi terdiri dari tiga tahap: Pertama, data input (sistem simulasi) harus dipersiapkan. Kemudian simulasi produksi dapat dijalankan dan akhirnya hasilnya harus dianalisis dan dimasukkan ke dalam konteks. Meskipun tahap kedua adalah langkah yang paling menuntut komputasi, dengan simulasi biasanya berjalan selama beberapa bulan, langkah yang paling melelahkan adalah persiapan dan analisis. Tutorial ini akan memberikan contoh dari sesi pengaturan protein untuk simulasi dinamika molekul, menjalankannya dan menganalisa hasil. Protein digunakan untuk sesi ini adalah lisozim Bacteriofag T4 (PDB id 1LW9), yang merupakan struktur kristal diselesaikan pada resolusi 1,45 angstrom.

Tutorial ini menggunakan Gromacs (http://www.gromacs.org) versi 3.3.3 dan sebagian besar perintah yang diberikan adalah khusus untuk paket ini. Alur kerja (s) akan lebih umum meskipun dan juga akan berlaku untuk paket MD lainnya. Setiap langkah akan disajikan skematik, sebagai node dengan input dan output. Langkah A dapat menjadi pelaksanaan program tunggal atau kombinasi program, dengan output dari satu diarahkan ke yang lain. Dalam kasus program, input / output jenis dan bendera akan ditentukan. Untuk sebagian besar program / langkah-langkah hanya input / output opsi yang digunakan terdaftar. Kebanyakan program menawarkan pilihan untuk kontrol yang lebih maju, yang tidak akan disebutkan di sini. Bagi mereka yang tertarik, halaman bantuan untuk setiap program memberikan daftar lengkap dan deskripsi fungsi tersebut. Halaman bantuan dapat ditunjukkan dengan menjalankan program dengan opsi "-h". Dalam alur kerja, program ditandai dengan nama pada latar belakang kuning. Input / output data yang diberikan sebagai nama deskriptif pada latar belakang hijau. Blok biru menunjukkan data masukan yang pada dasarnya tidak tergantung pada struktur yang diteliti. Blok oranye adalah proses yang terdiri dari beberapa langkah dalam hal program yang terlibat. Dalam skema ini, blok oranye ini hanya digunakan untuk langkah-langkah simulasi, yang dijelaskan lebih rinci di bawah. Garis menghubungkan data ke proses dan untuk setiap program baris perintah pilihan untuk input atau output ditunjukkan dalam putih pada hitam.
persiapan

Penyusunan sistem simulasi merupakan tahap paling penting dari MD. MD simulasi dilakukan untuk mendapatkan wawasan ke dalam proses pada skala atomistik. Mereka dapat digunakan untuk memahami pengamatan eksperimental, untuk menguji hipotesis atau sebagai dasar untuk hipotesis baru yang akan dinilai eksperimental. Namun, untuk masing-masing kasus, simulasi harus dirancang sedemikian rupa sehingga mereka cocok untuk tujuan tersebut. Ini berarti bahwa setup harus dilakukan dengan hati-hati.

Seleksi, validasi dan mengedit struktur

Hilang residu, atom hilang

Dalam tutorial ini kita mempertimbangkan simulasi protein. Langkah pertama dalam urutan kemudian adalah pemilihan struktur awal. Struktur ini harus diperiksa untuk hilang residu dan atom, dan jika atom atau residu yang hilang, ini harus dimodelkan dalam beberapa cara. Dalam kasus struktur dari repositori PDB, residu yang hilang dan atom yang terdaftar dalam file. Download atau salin 1LW9.pdb file dan memiliki melihatnya. Pencarian untuk kehadiran entri KETERANGAN dengan nomor 465 dan / atau 470.

Non-standar residu dan ligan

Sebagai sesi ini tidak mencakup pemodelan struktur, seharusnya tidak mengejutkan bahwa tidak ada residu atau rantai samping yang hilang. Namun, ada masalah kecil yang perlu diselesaikan. Struktur kristal diperoleh di hadapan disulfida kalium, klorida dan 2-hydroxethyl. Ini bukan bagian dari protein seperti yang kita ingin belajar, dan, pada catatan lain, disulfida tidak di medan kekuatan kita akan menggunakan. Untuk alasan ini molekul-molekul ini harus dihapus dari file tersebut. Menggunakan editor teks, menghapus garis mengacu pada kalium (K), klorida (CL) dan 2-hydroxethyl disulfida (HED). Atau, menjalankan perintah:
mv 1LW9.pdb 1LW9.pdb.org

egrep -v "^HETATM.{11}(HED| CL| K)" 1LW9.pdb.org > 1LW9.pdb
Hal ini akan mencari pola yang ditentukan dalam setiap baris dalam file dan hanya mempertahankan baris yang tidak cocok.
struktur kualitas

Ini adalah praktik yang baik untuk menjalankan pemeriksaan lebih lanjut pada struktur untuk menilai kualitas. Sebagai contoh, proses perbaikan dalam penentuan struktur kristal mungkin tidak selalu menghasilkan orientasi yang tepat dari glutamin dan asparagin kelompok amida. Juga, negara dan protonasi sisi rantai orientasi residu histidin mungkin bermasalah. Untuk melakukan validasi yang tepat dari struktur, beberapa program dan server ada (misalnya WHATIF). Untuk tutorial ini kita akan mengasumsikan bahwa struktur cukup baik untuk tujuan kita dan lanjutkan dengan menyiapkan sistem simulasi.

Struktur konversi dan topologi


Molekul A didefinisikan oleh koordinat dari atom juga oleh deskripsi interaksi berikat dan nonbonded. Karena struktur yang diperoleh dari PDB hanya berisi koordinat, pertama kita harus membangun topologi, yang menggambarkan sistem dalam hal jenis atom, tuduhan, obligasi, dll Topologi ini khusus untuk medan gaya tertentu dan bidang kekuatan yang harus digunakan adalah salah satu isu yang membutuhkan pertimbangan cermat. Di sini kita menggunakan GROMOS96 53a6 atom bersatu medan kekuatan, yang parameter untuk memberikan prediksi yang baik dari energi bebas dari solvasi dari rantai samping asam amino dan yang umumnya memberikan perjanjian baik dengan eksperimen NMR.
Adalah penting bahwa topologi cocok dengan struktur, yang berarti bahwa struktur harus diubah juga, untuk mematuhi medan gaya yang digunakan. Untuk mengkonversi struktur dan membangun topologi, yang pdb2gmx program dapat digunakan. Program ini dirancang untuk membangun topologi untuk molekul yang terdiri dari blok bangunan yang berbeda, seperti asam amino. Ini menggunakan perpustakaan blok bangunan untuk konversi dan akan gagal untuk reckognize molekul atau residu tidak hadir di perpustakaan. Perintah berikut untuk mengkonversi struktur; memilih bidang GROMOS kekuatan 53a6 ketika diminta:

pdb2gmx -f 1LW9.pdb -o 1LW9.gro -p 1LW9.top

Baca melalui output pada layar dan memeriksa pilihan yang dibuat untuk protonasi histidin dan muatan total yang dihasilkan dari protein. Juga menelusuri struktur file masukan (1LW9.pdb, pdb format) dan output struktur file (1LW9.gro, gromacs format). Perhatikan perbedaan antara dua format. Juga perhatikan bahwa file struktur output bisa juga telah dipilih harus dalam format pdb. Sekarang menelusuri melalui file topologi dan melihat struktur.

Energi minimalisasi struktur (vakum)


Sekarang struktur dihasilkan dalam format yang benar untuk bidang gaya yang dipilih, serta topologi yang sesuai. Namun, konversi struktur melibatkan penghapusan dan atau penambahan atom hidrogen dan dapat menyebabkan ketegangan yang akan diperkenalkan, misalnya karena atom diposisikan terlalu dekat. bersama-sama. Oleh karena itu, kita harus melakukan minimisasi energi pada struktur, dan biarkan sedikit santai. Ini sebenarnya langkah simulasi, dan melibatkan dua proses. Pertama, struktur dan topologi digabungkan menjadi deskripsi tunggal sistem, bersama-sama dengan sejumlah parameter kontrol. Ini menghasilkan file menjalankan masukan, yang dapat digunakan sebagai input tunggal untuk mdrun program simulasi. Keuntungan dari pemecahan dua sub-proses adalah bahwa file run-masukan dapat ditransfer ke jaringan komputer yang didedikasikan (performa tinggi) atau superkomputer dan diproses di sana. Jelas, ini hanya relevan untuk simulasi produksi.



Untuk melakukan langkah-langkah awal menyimpan minim.mdp file ke direktori Anda. File ini berisi parameter kontrol untuk minimisasi energi. Silahkan lihat pada isi dari file ini. Perhatikan garis dimulai dengan "integrator", yang menentukan algoritma untuk digunakan. Dalam hal ini sudah diatur untuk melakukan minimisasi energi paling curam keturunan 500 langkah. Sekarang, menggabungkan parameter struktur, topologi dan kontrol menggunakan grompp:

grompp -v -f minim.mdp -c 1LW9.gro -p 1LW9.top -o 1LW9-EM-vacuum.tpr

grompp akan mencatat bahwa sistem memiliki muatan non-nol dan akan mencetak beberapa informasi lain mengenai sistem dan parameter kontrol. Program ini juga akan menghasilkan file output tambahan, yang berisi pengaturan untuk semua parameter kontrol (mdout.mdp). Sekarang, lanjutkan dengan mdrun:

mdrun -v -deffnm 1LW9-EM-vacuum

Karena hanya ada sekitar 2300 atom, minimisasi energi selesai dengan cepat. The-v flag menyebabkan energi potensial dan gaya maksimum yang akan dicetak pada setiap langkah, sehingga berikut minimisasi tersebut. Ini mungkin bahwa program berhenti sebelum selesai 500 langkah, dalam hal ini energi bawah sumur tercapai. Sekarang bahwa struktur adalah santai, saatnya untuk mengatur kondisi batas periodik dan menambahkan pelarut.

Kondisi batas periodik

Sebelum menambahkan pelarut, tata letak umum (ruang) dari setup simulasi harus dipilih. Paling umum simulasi dilakukan dalam kondisi batas periodik (PBC), yang berarti bahwa sebuah sel unit tunggal didefinisikan, yang dapat ditumpuk dalam cara yang mengisi ruang. Dengan cara ini, sistem, terbatas periodik dapat disimulasikan, menghindari efek tepi karena dinding volume simulasi. Hanya ada beberapa bentuk umum yang tersedia untuk mengatur PBC. Kami akan menggunakan sebuah pigura berduabelas segi belah ketupat karena sesuai dengan kemasan yang optimal sebuah bola, dan karena itu pilihan terbaik untuk bebas memutar molekul. Untuk interaksi langsung antara gambar periodik melarang kita menetapkan jarak minimal 1,0 antara protein dan dinding sel, sehingga tidak ada dua tetangga akan lebih dekat dari 2,0 nm. Kondisi batas periodik ditetapkan dengan editconf:

editconf -f 1LW9-EM-vacuum.gro -o 1LW9-PBC.gro -bt dodecahedron -d 1.0

Silahkan lihat pada output editconf, dan perhatikan perubahan dalam volume. Juga, kita lihat pada baris terakhir dari file 1LW9-PBC.gro (-1 ekor 1LW9-PBC.gro). Dalam format gromacs (. Gro), baris terakhir menentukan bentuk sel satuan. Ia selalu menggunakan representasi matriks triklinik, dengan tiga angka pertama menentukan elemen-elemen diagonal (xx, yy, zz) dan enam terakhir memberikan off-diagonal elemen (xy, xz, y, yz, zx, zy).

Selain pelarut

Sekarang bahwa sel unit sudah diatur, pelarut dapat ditambahkan. Ada beberapa model pelarut, yang masing-masing lebih atau kurang erat terkait dengan medan gaya. Para GROMOS96 medan gaya umumnya digunakan dengan titik muatan model sederhana (SPC) air. Untuk mengisi sel unit dengan SPC mengeluarkan perintah berikut:

genbox -cp 1LW9-PBC.gro -cs spc216.gro -p 1LW9.top -o 1LW9-water.gro

Topologi tidak diperlukan untuk generasi pelarut, tapi diperbarui untuk menyertakan pelarut menambahkan. Silahkan lihat pada akhir 1LW9.top file untuk melihat penambahan, dan memeriksa angka dengan jumlah pelarut ditambahkan sesuai dengan genbox.
Penambahan ion: biaya counter dan konsentrasi

Pada titik ini, kita memiliki protein terlarut, tetapi biaya +8 sistem masih tetap. Untuk membuat sistem netral kita harus menambahkan sejumlah counterions. Selain itu, dapat dianggap praktik yang baik untuk menambahkan ion sampai konsentrasi tertentu. Para Genion program dapat mengurus kedua tugas, tetapi membutuhkan file menjalankan masukan sebagai masukan, yaitu file yang berisi baik struktur dan topologi. Seperti yang kita lihat sebelumnya, seperti file yang bisa dihasilkan dengan grompp:
grompp -v -f minim.mdp -c 1LW9-water.gro -p 1LW9.top -o 1LW9-water.tpr

Selanjutnya, file 1LW9-water.tpr dapat digunakan sebagai masukan untuk Genion. Kami menentukan konsentrasi 0,1 M (-conc 0,1 M) NA + / CL-(-pname NA +-nname CL-) yang akan ditambahkan dan menunjukkan bahwa kelebihan satu spesies ion harus ditambahkan untuk menetralkan sistem (- netral). Genion akan meminta sekelompok molekul yang akan digunakan untuk sebagian mengganti dengan ion. Kelompok 'SOL' harus dipilih.

genion -s 1LW9-water.tpr -o 1LW9-solvated.gro -conc 0.1 -neutral -pname NA+ -nname CL-

Perhatikan jumlah ion ditambahkan, dan memverifikasi bahwa lebih dari 8 ion klorida ditambahkan untuk netralisasi. Setelah diganti sejumlah molekul air dengan ion, topologi sistem di 1LW9.top tidak benar lagi. Mengedit file topologi dan mengurangi jumlah molekul pelarut. Juga tambahkan baris menentukan jumlah ion + NA dan garis menetapkan jumlah CL-.

Energi minimisasi dari sistem terlarut

Sekarang seluruh simulasi sistem didefinisikan. Langkah-langkah hanya sebelum memulai menjalankan produksi melibatkan relaksasi dikendalikan dari sistem. Generasi pelarut serta penempatan ion, mungkin telah menyebabkan interaksi yang tidak menguntungkan, misalnya tumpang tindih atom, tuduhan yang sama terlalu berdekatan. Oleh karena itu, sistem adalah energi diminimalkan lagi, mengikuti langkah-langkah yang sama seperti sebelumnya, tapi sekarang dengan kondisi batas periodik. Edit file dan mengubah minim.mdp baris pbc = tidak untuk pbc = xyz. Kemudian jalankan grompp dan mdrun:
grompp -v -f minim.mdp -c 1LW9-solvated.gro -p 1LW9.top -o 1LW9-EM-solvated
mdrun -v -deffnm 1LW9-EM-solvated

Relaksasi posisi atom pelarut dan hidrogen: Posisi MD terkendali

Dengan strain dihamburkan terbesar dari sistem, kita sekarang membiarkan pelarut beradaptasi dengan protein, yaitu kita membiarkan pelarut untuk bergerak bebas, sambil menjaga non-atom hidrogen dari protein lebih atau kurang tetap untuk posisi referensi. Hal ini dilakukan untuk memastikan bahwa 'cocok' konfigurasi pelarut protein. Langkah ini adalah langkah pertama MD yang sebenarnya. Parameter kontrol untuk langkah ini dapat ditemukan di pr.mdp, yang harus didownload. Silahkan lihat di file ini dan perhatikan integrator digunakan juga sebagai pernyataan menentukan. Yang terakhir ini digunakan untuk memungkinkan kontrol aliran dalam file topologi. mendefinisikan =-DPOSRES akan menyebabkan kata kunci "POSRES" didefinisikan secara global. Silahkan lihat pada akhir dari file topologi untuk melihat bagaimana ini digunakan untuk mengaktifkan pembatasan posisi. Gunakan grompp dan mdrun untuk menjalankan simulasi:
grompp -v -f pr.mdp -c 1LW9-EM-solvated.gro -p 1LW9.top -o 1LW9-PR.tpr >&
mdrun -deffnm 1LW9-PR

Simulasi MD terkendali, menyalakan kopling suhu

Sistem sekarang harus relatif bebas dari ketegangan. Waktu untuk muncul panas, dan mulai beberapa sistem untuk mandi panas. Dengan kata lain, jangka pendek akan dilakukan di mana temperatur kopling diaktifkan dan sistem diperbolehkan untuk bersantai dengan kondisi baru. Download nvt.mdp kontrol parameter file dan melihat-lihat pada parameter temperatur kopling di dalamnya. Kemudian jalankan simulasi, menggunakan grompp dan mdrun:
grompp -v -f nvt.mdp -c 1LW9-PR.gro -p 1LW9.top -o 1LW9-NVT.tpr
mdrun -deffnm 1LW9-NVT

Simulasi MD terkendali, menyalakan kopling tekanan

Setelah relaksasi suhu dan kopling suhu, sekarang saatnya untuk mulai meletakkan sesuatu di bawah tekanan. Lakukan simulasi singkat dengan tekanan kopling dihidupkan, menggunakan npt.mdp kontrol parameter file. Silahkan lihat di file ini dan mengidentifikasi parameter mengendalikan tekanan kopling.
grompp -v -f npt.mdp -c 1LW9-NVT.gro -p 1LW9.top -o 1LW9-NPT.tpr
mdrun -deffnm 1LW9-NPT >& 02-mdrun.log

Simulasi produksi

Sekarang akhirnya, kami memiliki sistem terlarut lebih atau kurang disetimbangkan mengandung protein kita bunga dan saatnya untuk memulai simulasi produksi. Pikiran bahwa simulasi produksi tidak berarti bahwa seluruh simulasi dapat digunakan untuk analisis sifat-sifat bunga. Meskipun beberapa dari memori dari konfigurasi awal telah terhapus, tidak mungkin bahwa sistem tersebut telah mencapai kesetimbangan. Pada bagian analisis kami akan menyelidiki bagian mana dari simulasi dapat dianggap dalam kesetimbangan dan dengan demikian cocok untuk diproses lebih lanjut. Tapi pertama-tama itu adalah waktu untuk menyiapkan simulasi. Ini hanya melibatkan menjalankan langkah lain simulasi, mirip dengan langkah terakhir persiapan. Namun, ini adalah satu dari waktu-waktu di mana perlu untuk berpikir tentang tujuan simulasi. Parameter kontrol harus dipilih sedemikian rupa sehingga akan memungkinkan simulasi untuk menganalisis sifat seseorang dalam pikiran. Pertanyaan yang harus ditangani adalah:
* Pada apa skala waktu melakukan proses mewujudkan kepentingan sendiri atau berapa lama harus simulasi dijalankan?
* Berapa banyak frame yang diperlukan, atau apa resolusi waktu yang dibutuhkan?
* Apakah ada kebutuhan untuk menyimpan kecepatan?
* Jika semua atom berada dalam output, atau itu cukup untuk menyimpan koordinat protein hanya?
* Apa frekuensi harus digunakan untuk menulis energi dan entri log?
* Apa frekuensi harus digunakan untuk menulis koordinat titik cek dan kecepatan?
* ...
Download atau menyalin md.mdp kontrol parameter file dan melihat isinya. Ambil topologi final dan struktur file yang dihasilkan dari persiapan dan menggabungkan mereka ke dalam sebuah file masukan dijalankan menggunakan grompp.

Meskipun file input dijalankan dalam format biner, adalah mungkin untuk memiliki melihat isi. Hal ini dapat sangat berguna ketika ditemui perilaku tak terduga, yang dapat timbul dari kontrol implisit atau parameter medan kekuatan. Program untuk membuat isi dari file masukan menjalankan dibaca adalah gmxdump. Output biasanya mencakup banyak halaman dan oleh karena itu disarankan untuk mengarahkan output ke file atau lebih atau kurang, yang memungkinkan untuk menelusuri konten. Perintah berikut dan memeriksa struktur output (perhatikan bahwa Anda harus mengganti nama dengan topol.tpr nama yang dipilih sebagai output untuk grompp):

gmxdump -s topol.tpr |& less

Simulasi sekarang dapat dijalankan menggunakan mdrun dengan cara yang sama seperti di atas. Namun, menjalankan simulasi dengan parameter yang dipilih, memiliki panjang simulasi dari 5 ns, akan menelan biaya terlalu banyak waktu. Simulasi telah dijalankan sebelumnya dan hasil set lengkap dapat didownload. Bagi mereka mengikuti tutorial di rumah, sabar, file lintasan agak besar. Setelah men-download, file tersebut harus membuka ritsleting, setelah bagian analisis dari tutorial dapat dimulai.

kimia lingkungan

Pencemaran udara
Pencemaran udara adalah kehadiran satu atau lebih substansi fisik, kimia, atau biologi di atmosfer dalam jumlah yang dapat membahayakan kesehatan manusia, hewan, dan tumbuhan, mengganggu estetika dan kenyamanan, atau merusak properti. Pencemaran udara dapat ditimbulkan oleh sumber-sumber alami maupun kegiatan manusia. Beberapa definisi gangguan fisik seperti polusi suara, panas, radiasi atau polusi cahaya dianggap sebagai polusi udara. Sifat alami udara mengakibatkan dampak pencemaran udara dapat bersifat langsung dan lokal, regional, maupun global. Pencemaran udara adalah kehadiran satu atau lebih substansi fisik, kimia, atau biologi di atmosfer dalam jumlah yang dapat membahayakan kesehatan mahkluk hidup, mengganggu estetika dan kenyamanan, atau merusak properti. Pencemaran udara adalah masuknya, atau tercampurnya unsur-unsur berbahaya ke dalam atmosfir yang dapat mengakibatkan terjadinya kerusakan lingkungan, gangguan pada kesehatan manusia secara umum serta menurunkan kualitas lingkungan.

Klasifikasi Pencemar Udara :
1. Pencemar primer : pencemar yang di timbulkan langsung dari sumber pencemaran udara.
2. Pencemar sekunder : pencemar yang terbentuk dari reaksi pencemar-pencemar primer di atmosfer.
Contoh: Sulfur dioksida, Sulfur monoksida dan uap air akan menghasilkan asam sulfurik.



Jenis-jenis Bahan Pencemar:
• Karbon monoksida (CO)
• Nitrogen dioksida (N02)
• Sulfur Dioksida (S02)
• CFC
• Karbon dioksida (CO2)
• Ozon (03 )
• Benda Partikulat (PM)
• Timah (Pb)
• HydroCarbon (HC)
Penyebab Utama Pencemaran Udara :
Di kota besar sangat sulit untuk mendapat udara yang segar, diperkirakan 70 % pencemaran yang terjadi adalah akibat adanya kendaraan bermotor. Contoh : di Jakarta antara tahun 1993-1997 terjadi peningkatan jumlah kendaraan berupa :
• Sepeda motor 207 %
• Mobil penumpang 177 %
• Mobil barang 176 %
• Bus 138 %

Pencemaran Udara akibat Kendaraan Bermotor
Dampak Pencemaran Udara :
• Penipisan Ozon
• Pemanasan Global ( Global Warming )
• Penyakit pernapasan, misalnya : jantung, paru-paru dan tenggorokan
• Terganggunya fungsi reproduksi
• Stres dan penurunan tingkat produktivitas
• Kesehatan dan penurunan kemampuan mental anak-anak
• Penurunan tingkat kecerdasan (IQ) anak-anak.

Sampah semakin memperparah Pencemaran Udara
Solusi :
• Clean Air Act yang dibuat oleh pemerintah dan menambah pajak bagi industri yang melakukan pencemaran udara.
• Mengembangkan teknologi yang ramah lingkungan dan dapat diperbaharui diantaranya Fuel Cell dan Solar Cell.
• Menghemat Energi yang digunakan.
• Menjaga kebersihan lingkungan tempat tinggal.

A. Pencemaran tanah
Pencemaran tanah adalah keadaan dimana bahan kimia buatan manusia masuk dan mengubah lingkungan tanah alami. Pencemaran ini biasanya terjadi karena: kebocoran limbah cair atau bahan kimia industri atau fasilitas komersial; penggunaan pestisida; masuknya air permukaan tanah tercemar ke dalam lapisan sub-permukaan; kecelakaan kendaraaan pengangkut minyak, zat kimia, atau limbah; air limbah dari tempat penimbunan sampah serta limbah industri yang langsung dibuang ke tanah secara tidak memenuhi syarat (illegal dumping).
Ketika suatu zat berbahaya/beracun telah mencemari permukaan tanah, maka ia dapat menguap, tersapu air hujan dan atau masuk ke dalam tanah. Pencemaran yang masuk ke dalam tanah kemudian terendap sebagai zat kimia beracun di tanah. Zat beracun di tanah tersebut dapat berdampak langsung kepada manusia ketika bersentuhan atau dapat mencemari air tanah dan udara di atasnya.
Dampak Pencemaran Tanah
Dampak pencemaran tanah terhadap kesehatan tergantung pada tipe polutan, jalur masuk ke dalam tubuh dan kerentanan populasi yang terkena. Kromium, berbagai macam pestisida dan herbisida merupakan bahan karsinogenik untuk semua populasi. Timbal sangat berbahaya pada anak-anak, karena dapat menyebabkan kerusakan otak, serta kerusakan ginjal pada seluruh populasi. Kuri (air raksa) dan siklodiena dikenal dapat menyebabkan kerusakan ginjal, beberapa bahkan tidak dapat diobati. PCB dan siklodiena terkait pada keracunan hati. Organofosfat dan karmabat dapat dapat menyebabkan ganguan pada saraf otot. Berbagai pelarut yang mengandung klorin merangsang perubahan pada hati dan ginjal serta penurunan sistem saraf pusat. Terdapat beberapa macam dampak kesehatan yang tampak seperti sakit kepala, pusing, letih, iritasi mata dan ruam kulit untuk paparan bahan kimia yang disebut di atas. Yang jelas, pada dosis yang besar, pencemaran tanah dapat menyebabkan kematian.
Pencemaran tanah juga dapat memberikan dampak terhadap ekosistem. Perubahan kimiawi tanah yang radikal dapat timbul dari adanya bahan kimia beracun/berbahaya bahkan pada dosis yang rendah sekalipun. Perubahan ini dapat menyebabkan perubahan metabolisme dari mikroorganisme endemik dan antropoda yang hidup di lingkungan tanah tersebut. Akibatnya bahkan dapat memusnahkan beberapa spesies primer dari rantai makanan, yang dapat memberi akibat yang besar terhadap predator atau tingkatan lain dari rantai makanan tersebut. Bahkan jika efek kimia pada bentuk kehidupan terbawah tersebut rendah, bagian bawah piramida makanan dapat menelan bahan kimia asing yang lama-kelamaan akan terkonsentrasi pada makhluk-makhluk penghuni piramida atas. Banyak dari efek-efek ini terlihat pada saat ini, seperti konsentrasi DDT pada burung menyebabkan rapuhnya cangkang telur, meningkatnya tingkat kematian anakan dan kemungkinan hilangnya spesies tersebut.
Dampak pada pertanian terutama perubahan metabolisme tanaman yang pada akhirnya dapat menyebabkan penurunan hasil pertanian. Hal ini dapat menyebabkan dampak lanjutan pada konservasi tanaman dimana tanaman tidak mampu menahan lapisan tanah dari erosi. Beberapa bahan pencemar ini memiliki waktu paruh yang panjang dan pada kasus lain bahan-bahan kimia derivatif akan terbentuk dari bahan pencemar tanah utama.
Penanganan
1. Remediasi
Remediasi adalah kegiatan untuk membersihkan permukaan tanah yang tercemar. Ada dua jenis remediasi tanah, yaitu in-situ (atau on-site) dan ex-situ (atau off-site). Pembersihan on-site adalah pembersihan di lokasi. Pembersihan ini lebih murah dan lebih mudah, terdiri dari pembersihan, venting (injeksi), dan bioremediasi.
Pembersihan off-site meliputi penggalian tanah yang tercemar dan kemudian dibawa ke daerah yang aman. Setelah itu di daerah aman, tanah tersebut dibersihkan dari zat pencemar. Caranya yaitu, tanah tersebut disimpan di bak/tanki yang kedap, kemudian zat pembersih dipompakan ke bak/tangki tersebut. Selanjutnya zat pencemar dipompakan keluar dari bak yang kemudian diolah dengan instalasi pengolah air limbah. Pembersihan off-site ini jauh lebih mahal dan rumit.
2. Bioremediasi
Bioremediasi adalah proses pembersihan pencemaran tanah dengan menggunakan mikroorganisme (jamur, bakteri). Bioremediasi bertujuan untuk memecah atau mendegradasi zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun (karbon dioksida dan air). Menurut Dr. Anton Muhibuddin, salah satu mikroorganisme yang berfungsi sebagai bioremediasi adalah jamur vesikular arbuskular mikoriza (vam). Jamur vam dapat berperan langsung maupun tidak langsung dalam remediasi tanah. Berperan langsung, karena kemampuannya menyerap unsur logam dari dalam tanah dan berperan tidak langsung karena menstimulir pertumbuhan mikroorganisme bioremediasi lain seperti bakteri tertentu, jamur dan sebagainya.
file:///Y:/tanah/Pencemaran_tanah.htm pada 14 September 2011.
B. Penyebab dan Dampak Pencemaran Air Oleh Limbah Pemukiman
Posted on 27 September 2010 by alamendah
Penyebab dan dampak pencemaran air oleh limbah pemukiman sepertinya menjadi salah satu sumber utama dan penyebab pencemaran air yang memberikan dampak paling kentara terutama pada masyarakat perkotaan di Indonesia.
Limbah pemukiman (rumah tangga) yang menjadi salah satu penyebab pencemaran air diakibatkan oleh aktivitas manusia itu sendiri. Dan pada akhirnya pencemaran air ini juga memberikan dampak dan akibat merugikan bagi manusia itu pula.

Penggunaan deterjen yang berlebihan merangsang tumbuhnya eceng gondok (gambar wikipedia)
Pencemaran air merupakan suatu perubahan keadaan tempat penampungan air yang mengakibatkan menurunnya kualitas air sehingga air tidak dapat dipergunakan lagi sesuai peruntukannya. Perubahan ini diakibatkan oleh aktivitas manusia.
Limbah Pemukiman.
Salah satu penyebab pencemaran air adalah aktivitas manusia yang kemudian menciptakan limbah (sampah) pemukiman atau limbah rumah tangga. Limbah pemukiman mengandung limbah domestik berupa sampah organik dan sampah anorganik serta deterjen. Sampah organik adalah sampah yang dapat diuraikan atau dibusukkan oleh bakteri seperti sisa sayuran, buah-buahan, dan daun-daunan. Sedangkan sampah anorganik seperti kertas, plastik, gelas atau kaca, kain, kayu-kayuan, logam, karet, dan kulit. Sampah anorganik ini tidak dapat diuraikan oleh bakteri (non biodegrable). Selain sampah organik dan anorganik, deterjen merupakan limbah pemukiman yang paling potensial mencemari air. Padahal saat ini hampir setiap rumah tangga menggunakan deterjen.
Dampak pencemaran air yang disebabkan oleh limbah pemukiman mendatangkan akibat atau dampak diantaranya:
• Berkurangnya jumlah oksigen terlarut di dalam air karena sebagian besar oksigen digunakan oleh bakteri untuk melakukan proses pembusukan sampah.
• Sampah anorganik ke sungai, dapat berakibat menghalangi cahaya matahari sehingga menghambat proses fotosintesis dari tumbuhan air dan alga, yang menghasilkan oksigen.
• Deterjen sangat sukar diuraikan oleh bakteri sehingga akan tetap aktif untuk jangka waktu yang lama di dalam air, mencemari air dan meracuni berbagai organisme air.
• Penggunaan deterjen secara besar-besaran juga meningkatkan senyawa fosfat pada air sungai atau danau yang merangsang pertumbuhan ganggang dan eceng gondok (Eichhornia crassipes).
• Pertumbuhan ganggang dan eceng gondok yang tidak terkendali menyebabkan permukaan air danau atau sungai tertutup sehingga menghalangi masuknya cahaya matahari dan mengakibatkan terhambatnya proses fotosintesis.
• Tumbuhan air (eceng gondok dan ganggang) yang mati membawa akibat proses pembusukan tumbuhan ini akan menghabiskan persediaan oksigen.
• Material pembusukan tumbuhan air akan mengendapkan dan menyebabkan pendangkalan.
Selain diakibatkan oleh limbah pemukiman (rumah tangga) sumber atau penyebab pencemaran air juga disebabkan oleh limbah pertanian, limbah industri, dan di beberapa tempat tertentu diakibatkan oleh limbah pertambangan.
Menangani Limbah Pemukiman.
Perlu kesadaran dari semua lapisan masyarakat untuk berlaku bijak dengan limbah rumah tangga yang dihasilkannya. Pengelolaan sampah, perubahan gaya hidup dan pola pikir tentang sampah, melakukan 3R (Reuse Reduce dan Recycle), serta tidak membuang sampah terutama di sungai dan tempat penampungan air semisal sungai dan danau perlu dilakukan oleh semua pihak untuk mengurangi dampak pencemaran air yang disebabkan oleh limbah rumah tangga (pemukiman).
file:///E:/%5E%20SouL%20Of%20GreAt%27S%20%5E/Chem%27z%20Moetz/semester%207/kim/cemot%20nitip%20hapus%20jotos!!!!!!!!!!!!!!!11/Penyebab%20dan%20Dampak%20Pencemaran%20Air%20Oleh%20Limbah%20Pemukiman%20_%20Alamendah%27s%20Blog.htm pada 28 September 2011.
C. Pencemaran Air
Air sebagai sumber daya utama yang sangat menunjang kelangsungan hidup manusia, semestinya dimuliakan. Sumber daya alam satu ini benar-benar hadir dan tersaji secara alami serta tidak dapat diperbaharui. Semua makhluk hidup yang ada di bumi, manusia, hewan, dan tumbuhan, membutuhkan air.
Sebagai penunjang kelangsungan hidup, semestinya air tidak terkontaminasi. Air harus benar-benar bersih dan steril untuk dikonsumsi atau digunakan untuk keperluan lain. Jika air yang tersedia tercemar, terlebih sumbernya tercemar, kelangsungan hidup akan tergganggu. Oleh sebab itu, diperlukan cara penanggulangan pencemaran air.
Penyebab Pencemaran Air
Pencemaran biasanya disebabkan oleh sampah yang dibuang sembarangan. Apalagi, saat ini, semakin marak masyarakat yang gemar membuang sampah ke sungai. Selain sampah, limbah rumah tangga dan pabrik pun jelas-jelas merusak ekosistem. Belum lagi, eksploitasi air tanah untuk kepentingan fasilitas hotel, apartemen, mall, dan perkantoran yang menyebabkan semakin berkurangnya debit air bersih.
Di Jawa Barat saja, daerah aliran sungai (DAS) banyak yang rusak dan tercemar. Dari 40 DAS yang ada, diketahui telah merosot fungsi hidrologisnya. Bahkan, sebagian lainnya telah dinyatakan kritis. Belum lagi, muka air tanah mengalami penurunan setiap tahunnya juga frekuensi banjir yang terus meningkat akibat kerusakan hutan dan erosi.
Eksploitasi sumber air bersih dapat menyebabkan sumber air tersebut tercemar dan tercampur zat lain yang dapat merusak kemurnian air. Itu sebabnya banyak ditemui air bercampur kuningan atau bau tembaga meskipun pipa penyalur dan penarik air bukan terbuat dari besi, melainkan dari plastik.
Banyak juga ditemui air tanah berwarna kuning. Warna kuning dari air tersebut sangat pekat hingga mengendap dan mampu meninggalkan noda yang tidak bisa dihilangkan pada bak mandi. Belum lagi, jika dikonsumsi, akan menyebabkan gangguan pada organ tubuh.
Menanggulangi Pencemaran Air
Banyak hal yang bisa kita lakukan sebagai cara penanggulangan pencemaran air.
1. Sadar akan kelangsungan ketersediaan air dengan tidak merusak atau mengeksploitasi sumber mata air agar tidak tercemar.
2. Tidak membuang sampah ke sungai.
3. Mengurangi intensitas limbah rumah tangga.
4. Melakukan penyaringan limbah pabrik sehingga limbah yang nantinya bersatu dengan air sungai bukanlah limbah jahat perusak ekosistem.
5. Pembuatan sanitasi yang benar dan bersih agar sumber-sumber air bersih lainnya tidak tercemar.
Cara penanggulangan pencemaran air lainnya adalah melakukan penanaman pohon. Pohon selain bisa mencegah longsor, diakui mampu menyerap air dalam jumlah banyak. Itu sebabnya banyak bencana banjir akibat penebangan pohon secara massal. Padahal, pohon merupakan penyerap air paling efektif dan handal. Bahkan, daerah resapan air pun dijadikan pemukiman dan pusat wisata. Pohon sesungguhnya bisa menjadi sumber air sebab dengan banyaknya pohon, semakin banyak pula sumber-sumber air potensial di bawahnya.
Dalam menyikapi permasalahan pencemaran air ini, Badan Pengelolaan Lingkungan Hidup Daerah (BPLHD) Provinsi Jawa Barat, menetapkan beberapa cara penanggulangan pencemaran air yang bisa diterapkan oleh kita.
Beberapa cara penanggulangan pencemaran air tersebut di antaranya sebagai berikut.
1. Program Pengendalian Pencemaran dan Pengrusakan Lingkungan
• Mengurangi beban pencemaran badan air oleh industri dan domestik.
• Mengurangi beban emisi dari kendaraan bermotor dan industri.
• Mengawasi pemanfaatan B3 dan pembuangan limbah B3.
• Mengembangkan produksi yang lebih bersih (cleaner production) dan EPCM (Environmental Pollution Control Manager).
2. Program Rehabilitasi dan Konservasi SDA dan Lingkungan Hidup
• Mengoptimalkan pelaksanaan rehabilitasi lahan kritis.
• Menanggulangi kerusakan lahan bekas pertambangan, TPA, dan bencana.
• Meningkatkan konservasi air bawah tanah.
• Rehabilitasi dan konservasi keanekaragaman hayati.
file:///E:/%5E%20SouL%20Of%20GreAt%27S%20%5E/Chem%27z%20Moetz/semester%207/kim/cemot%20nitip%20hapus%20jotos!!!!!!!!!!!!!!!11/cara-penanggulangan-pencemaran-air.htm pada 28 September 2011.
D. Dampak Dan Upaya Penanggulangan Pencemaran Udara
Oleh : Indah Kastiyowati, ST. Staf Puslitbang Tek Balitbang Dephan.
Udara dimana di dalamnya terkandung sejumlah oksigen, merupakan komponen esensial bagi kehidupan, baik manusia maupun makhluk hidup lainnya. Udara merupakan campuran dari gas, yang terdiri dari sekitar 78 % Nitrogen, 20 % Oksigen; 0,93 % Argon; 0,03 % Karbon Dioksida (CO2) dan sisanya terdiri dari Neon (Ne), Helium (He), Metan (CH4) dan Hidrogen (H2). Udara dikatakan "Normal" dan dapat mendukung kehidupan manusia apabila komposisinya seperti tersebut diatas. Sedangkan apabila terjadi penambahan gas-gas lain yang menimbulkan gangguan serta perubahan komposisi tersebut, maka dikatakan udara sudah tercemar/terpolusi.
Akibat aktifitas perubahan manusia udara seringkali menurun kualitasnya. Perubahan kualitas ini dapat berupa perubahan sifat-sifat fisis maupun sifat-sifat kimiawi. Perubahan kimiawi, dapat berupa pengurangan maupun penambahan salah satu komponen kimia yang terkandung dalam udara, yang lazim dikenal sebagai pencemaran udara. Kualitas udara yang dipergunakan untuk kehidupan tergantung dari lingkungannya. Kemungkinan disuatu tempat dijumpai debu yang bertebaran dimana-mana dan berbahaya bagi kesehatan. Demikian juga suatu kota yang terpolusi oleh asap kendaraan bermotor atau angkutan yang dapat menimbulkan gangguan kesehatan.
Pencemaran Udara
Pencemaran Udara adalah kondisi udara yang tercemar de-ngan adanya bahan, zat-zat asing atau komponen lain di udara yang menyebabkan berubahnya tatanan udara oleh kegiatan manusia atau oleh proses alam, sehingga kualitas udara menjadi kurang atau tidak dapat berfungsi lagi sesuai dengan peruntukkannya. Pencemaran udara mempengaruhi sistem kehidupan makhluk hidup seperti gangguan kesehatan, ekosistem yang berkaitan dengan manusia
Jenis-jenis pencemaran udara
• Menurut bentuk : Gas, Pertikel
• Menurut tempat : Ruangan (indoor), udara bebas (outdoor)
• Gangguan kesehatan : Iritansia, asfiksia, anetesia, toksis
• Menurut asal : Primer, sekunder
Bahan atau Zat pencemaran udara dapat berbentuk gas dan partikel. Pencemaran udara berbentuk gas dapat dibedakan menjadi :
• Golongan belerang terdiri dari Sulfur Dioksida (SO2), Hidrogen Sulfida (H2S) dan Sulfat Aerosol.
• Golongan Nitrogen terdiri dari Nitrogen Oksida (N2O), Nitrogen Monoksida (NO), Amoniak (NH3) dan Nitrogen Dioksida (NO2).
• Golongan Karbon terdiri dari Karbon Dioksida (CO2), Karbon Monoksida (CO), Hidrokarbon .
• Golongan gas yang berbahaya terdiri dari Benzen, Vinyl Klorida, air raksa uap.
Pencemaran udara berbentuk partikel dibedakan menjadi :
• Mineral (anorganik) dapat berupa racun seperti air raksa dan timah.
• Bahan organik terdiri dari ikatan hidrokarbon, klorinasi alkan, Benzen.
• Makhluk hidup terdiri dari bakteri, virus, telur cacing.
Pencemaran udara menurut tempat dan sumbernya dibedakan menjadi dua :
1. Pencemaran udara bebas (Out door air pollution), Sumber Pen-cemaran udara bebas :
• Alamiah, berasal dari letusan gunung berapi, pembusukan, dll.
• Kegiatan manusia, misalnya berasal dari kegiatan industri, rumah tangga, asap kendaraan, dll.
2. Pencemaran udara ruangan (In door air pollution), berupa pencemaran udara didalam ruangan yang berasal dari pemukiman, perkantoran ataupun gedung tinggi.
Pencemaran udara berdasarkan pengaruhnya terhadap gangguan kesehatan dibedakan menjadi 3 jenis :
1. Irintasia.
Biasanya polutan ini bersifat korosif. Merangsang proses peradangan hanya pada saluran pernapasan bagian atas, yaitu saluran pernapasan mulai dari hidung hingga tenggorokkan. Misalnya Sulfur Dioksida, Sulfur Trioksida, Amoniak, debu. Iritasi terjadi pada saluran pernapasan bagian atas dan juga dapat mengenai paru-paru sendiri.
2. Asfiksia. Disebabkan oleh ber-kurangnya kemampuan tubuh dalam menangkap oksigen atau mengakibatkan kadar O2 menjadi berkurang. Keracunan gas Karbon Monoksida mengakibatkan CO akan mengikat hemoglobin sehingga kemampuan hemoglobin mengikat O2 berkurang terjadilah Asfiksia. Yang termasuk golongan ini adalah gas Nitrogen, Oksida, Metan, Gas Hidrogen dan Helium.
3. Anestesia. Bersifat menekan susunan syaraf pusat sehingga kehilangan kesadaran, misalnya aeter, aetilene, propane dan alkohol alifatis.
Toksis. Titik tangkap terjadinya berbagai jenis, yaitu :
• Menimbulkan gangguan pada sistem pembuatan darah, mi-salnya benzene, fenol, toluen dan xylene.
• Keracunan terhadap susunan syaraf, misalnya karbon disulfid, metil alkohol.
Pencemaran udara dapat pula dikelompokkan kedalam :
Pencemar primer. Polutan yang bentuk dan komposisinya sama dengan ketika dipancarkan, lazim disebut sebagai pencemar primer, antara lain CO, CO2, hidrokarbon, SO, Nitrogen Oksida, Ozon serta berbagai partikel.
Pencemar Sekunder. Berbagai bahan pencemar kadangkala bereaksi satu sama lain menghasilkan jenis pencemar baru, yang justru lebih membahayakan kehidupan. Reaksi ini dapat terjadi secara otomatis ataupun dengan cara bantuan katalisator, seperti sinar matahari. Pencemar hasil reaksi disebut sebagai pencemar sekunder. Contoh pencemar sekunder adalah Ozon, formal dehida, dan Peroxy Acyl Nitrate (PAN).
Dampak/Pengaruh Pencemaran Udara
Dampak/pengaruh pencemaran udara bisa mempengaruhi terhadap makhluk hidup baik secara langsung maupun tidak langsung. Dampak pencemaran udara terhadap kesehatan secara tidak langsung. Pencemaran udara disamping berdampak langsung bagi kesehatan manusia/individu, juga berdampak tidak langsung bagi kesehatan. Efek SO2 terhadap vegetasi dikenal dapat menimbulkan pemucatan pada bagian antara tulang atau tepi daun. Emisi oleh Fluor (F), Sulfur Dioksida (SO2) dan Ozon (O3) mengakibatkan gangguan proses asimilasi pada tumbuhan. Pada tanaman sayuran yang terkena/mengandung pencemar Pb yang pada akhirnya me-miliki potensi bahaya kesehatan masyarakat apabila tanaman sa-yuran tersebut di konsumsi oleh manusia.
Penanggulangan Pencemaran Udara
Penanggulangan pencemaran udara dapat dilakukan dengan cara mengurangi polutan dengan alat-alat, mengubah polutan, melarutkan polutan dan mendispersikan polutan. Penanggulangan Polusi udara dari ruangan. Sumber dari pencemaran udara ruangan berasal dari asap rokok, pembakaran asap dapur, bahan baku ruangan, kendaraan bermotor dan lain-lain yang dibatasi oleh ruangan. Pencegahan pen-cemaran udara yang berasal dari ruangan bisa dipergunakan :
Ventilasi yang sesuai, yaitu :
• Usahakan polutan yang masuk ruangan seminimum mungkin.
• Tempatkan alat pengeluaran udara dekat dengan sumber pencemaran.
• Usahakan menggantikan udara yang keluar dari ruangan sehingga udara yang masuk ke-ruangan sesuai dengan kebutuhan.
Filtrasi. Memasang filter dipergunakan dalam ruangan dimaksudkan untuk menangkap polutan dari sumbernya dan polutan dari udara luar ruangan.
Pembersihan udara secara elektronik. Udara yang mengan-dung polutan dilewatkan melalui alat ini sehingga udara dalam ruangan sudah berkurang polutan-nya atau disebut bebas polutan.
Penutup
Upaya penanggulangan terhadap pencemaran udara diberitahukan tentang berbagai cara untuk penanggulangan dan pencegahan Pencemaraan udara yang tergantung pada sifat dan sumber polutan udara, seperti mengurangi polutan, mengubah polutan, melarutkan polutan dan mendisfersikan polutan. Diharapkan agar keadaan lingkungan tetap sehat dan bersih dari pencemaran udara.
file:///E:/%5E%20SouL%20Of%20GreAt%27S%20%5E/Chem%27z%20Moetz/semester%207/kim/cemot%20nitip%20hapus%20jotos!!!!!!!!!!!!!!!11/index.asp.htm pada 28 September 2011.