29/02/2016
Dosen : DR. ERY SUHARTANTO, ST. MT. JADFAN SIDQI FIDARI, ST., MT
HIDROMETEOROLOGI Tatap Muka Ketiga (ATMOSFER)
1. Pengertian Atmosfer Planet bumi dapat dibagi menjadi 4 bagian : (lithosfer) Bagian padat yang terdiri dari tanah dan batuan. (hidrosfer) Bagian cair yang terdiri dari berbagai bentuk
ekosistem perairan seperti laut, danau dan sungai. (atmosfer) Bagian udara yang menyelimuti seluruh permukaan bumi. (biosfer) Bagian yang ditempati oleh berbagai jenis organisme
1
29/02/2016
1. Pengertian Atmosfer Keempat komponen tersebut berinteraksi secara aktif
satu sama lain, misalnya dalam siklus biogeokimia dari berbagai unsur kimia yang ada di bumi, proses transfer panas dan perpindahan materi padat. Dalam proses-proses ini, keempat komponen ini berperan sama pentingnya, tetapi jika pembahasan ditinjau dari sudut pandang klimatologi, maka atmosfer akan ditempatkan sebagai titik sentral.
1. Pengertian Atmosfer Lapisan atmosfer yang menyelimuti bumi mempunyai
ketebalan yang sulit untuk ditetapkan secara pasti, bukan karena tebalnya lapisan tsb sehingga sulit diukur, tetapi disebabkan oleh batas antara lapisan atmosfer bumi dengan angkasa luar (outer space) yang tidak jelas. Sebagian besar ahli ilmu iklim menyepakati bahwa ketebalan lapisan atmosfer adalah lebih dari 650 km.
2
29/02/2016
2. Komposisi Atmosfer Atmosfer terisi partikel-partikel halus dan ringan dari
tiga kelompok bahan yaitu : gas (udara kering dan uap air), cairan (butir-butir air atau awan) dan aerosol (bahan padatan, misalnya debu). Bahan tersebut memiliki ukuran massa yang berbeda dan tersebar pada berbagai ketinggian yang membentuk susunan yg mirip pengendapan di atmosfer. Partikel yang ringan berada di atas yang berat sehingga semakin mendekati permukaan bumi kerapatan partikel di atmosfer meningkat.
2. Komposisi Atmosfer Proses pendinginan dan pemanasan permukaan bumi
berubah menurut waktu dan tempat sehingga keadaan atmosfer pun akan berubah secara demikian. Akibatnya, tekanan dan kerapatan serta ketebalan lapisan atmosfer berbeda-beda antara siang dan malam, musim dingin dan musim panas, di atas benua dan di atas lautan serta antara daerah lintang tinggi dan lintang rendah.
3
29/02/2016
a. Udara Kering Udara kering (gas tanpa air dan aerosol) mencakup 96% dari
volume atmosfer, yang terdiri dari dua kelompok yaitu kelompok gas utama yang meliputi 99,99% volume udara kering dan sisanya 0,01% berupa kelompok gas penyerta. Sebagian dari gas penyerta bersifat permanen karena tidak mudah mengurai.Sedangkan sebagian kecil berupa gas tidak permanen karena mudah bereaksi dengan gas lainnya. Secara umum atau sebagian besar gas atmosfer hanya mengalami percampuran secara mekanik dan sangat jarang yang mengalami reaksi kimia.
b. Uap air Kandungan uap air di atmosfer mudah berubah menurut
arah (horizontal dan vertikal) maupun menurut waktu. Di daerah subtropika atau daerah temperate kandungannya bervariasi dari 0% pada saat angin kering bertiup hingga 3% dari volume atmosfer pada saat angin laut bertiup pada musim panas (summer). Di atas wilayah tropika kandungan uap air di atmosfer merupakan nilai tertinggi di dunia, yaitu sekitar 4% dari volume atmosfer, atau 3% dari massa atmosfer.
4
29/02/2016
b. Uap air Adanya uap air akan mengubah komposisi atmosfer.
Perubahan kandungan uap air (kelembaban udara) mudah terjadi. Kelembaban tinggi dapat mengurangi persentase tiga macam gas utama lainnya. Disamping itu, perubahan kelembaban udara menimbulkan perubahan unsur-unsur cuaca lainnya, seperti terbentuknya awan dan hujan. Di atmosfer, uap air terdapat pada lapisan troposfer yang merupakan lapisan terbawah atmosfer. Lapisan ini mencakup ketinggian 8 km di kutub dan 16 km di ekuator, atau rata-rata 12 km.
b. Uap air Jumlah uap air selalu berubah karena terjadinya
penguapan dan kondensasi secara terus menerus. Sumber uap air utama adalah lautan. Hasil kondensasi berupa awan merupakan sumber berbagai peristiwa seperti hujan, hujan es, salju dan badai dengan berbagai macam akibatnya.
5
29/02/2016
c. Aerosol Berbagai partikel halus dari bahan padat di bumi sebagian
terangkat ke atmosfer dan membentuk aerosol. Bahan tersebut diantaranya adalah garam laut, debu, asap dan mikro organisme (virus, bakteri, spora). Ketinggian jelajah aerosol dan periode keberadaannya di atmosfer tergantung pada massanya, pemanasan dan pendinginan di permukaan bumi, serta angin.
c. Aerosol Jenis Debu Kristal garam Abu Asap Lain-lain
Kandungan 20 % 40 % 10 % 5% 25 %
Sumber Terutama daerah kering Pecahan ombak lautan Gunung berapi, pembakaran Cerobong pabrik, pembakaran Mikro organisme
6
29/02/2016
3. Struktur Lapisan Atmosfer Sebagian besar bahan pengisi atmosfer adalah gas yang
mudah mampat dan mengembang. Medan gravitasi bumi cenderung menarik seluruh bahan atmosfer ke permukaan bumi. Akibatnya, kerapatan partikel atmosfer meningkat dengan makin berkurangnya ketinggian. Massa dan tekanannya pun meningkat semakin dekat permukaan bumi
3. Struktur Lapisan Atmosfer Karena bagian terbesar bahan pengisi atmosfer berada di
bagian bawah, maka perubahan massa atmosfer terhadap ketinggian pada bagian bawah relatif cepat. Atmosfer setinggi 5,5–5,6 km telah mencakup 50% dari massa total dan pada ketinggian 40 km telah mencakup 99,99%. Batas bawah atmosfer relatif mudah ditentukan berdasarkan ketinggian dari permukaan laut. Sedangkan puncaknya sulit diketahui karena disamping besarnya keragaman ukuran dan massa partikel, terdapat pula keragaman suhu permukaan bumi dan kekuatan angin yang mempengaruhi pengangkutan bahan.
7
29/02/2016
3. Struktur Lapisan Atmosfer Pelapisan atmosfer juga dapat digambarkan dengan
perubahan tekanan udara pada berbagai ketinggian, dinyatakan dalam persen terhadap tekanan udara normal di permukaan bumi (tabel berikut) Perubahan suhu udara di atmosfer secara vertikal (menurut ketinggian) berbeda-beda yang dapat dikelompokkan menjadi tiga hal. Perubahan suhu (dT) terhadap ketinggian (dz) dinyatakan oleh dT/dz.
3. Struktur Lapisan Atmosfer Ketinggian (km dpl) 0 5,6 16,2 31,2 48,1 65,1 79,2 100
Tekanan Udara (%) 100 50 10 1 0,10 0,01 0,001 0,00003
8
29/02/2016
3. Struktur Lapisan Atmosfer Pelapisan atmosfer juga dapat digambarkan dengan
perubahan tekanan udara pada berbagai ketinggian, dinyatakan dalam persen terhadap tekanan udara normal di permukaan bumi (tabel berikut) Perubahan suhu udara di atmosfer secara vertikal (menurut ketinggian) berbeda-beda yang dapat dikelompokkan menjadi tiga hal. Perubahan suhu (dT) terhadap ketinggian (dz) dinyatakan oleh dT/dz.
3. Struktur Lapisan Atmosfer dT/dz > 0 suhu naik, dengan bertambahnya ketinggian. Hal ini disebut inversi suhu. b. dT/dz = 0 suhu tetap walaupun ketinggian berubah. Hal ini disebut isotermal. c. dT/dz < 0 suhu udara turun dengan bertambahnya ketinggian. Hal ini disebut lapse rate. a.
9
29/02/2016
3. Struktur Lapisan Atmosfer
A. B. C. D.
Sedangkan berdasarkan sifat perubahan suhu menurut ketinggian dari bawah ke atas, terdapat empat lapisan utama atmosfer sebagai berikut : Troposfer dengan puncaknya tropopause. Stratosfer dengan puncaknya stratopause. Mesosfer dengan puncaknya mesopause. Termosfer
A. Troposfer Beberapa ciri khas dari lapisn terbawah atmosfer ini
diantaranya adalah : 1) Terdapat pada ketinggian mulai dari permukaan laut hingga ketinggian 8 km didaerah kutub dan 16 km di ekuator. Rata-rata ketinggian puncak troposfer seluruh dunia adalah 12 km. 2) Satu-satunya lapisan atmosfer yang mengandung air (air, uap, maupun es) dan berlangsung evaporasi dan kondensasi.
10
29/02/2016
A. Troposfer 3. Ruang terjadinya sirkulasi dan turbulensi seluruh bahan
atmosfer sehingga menjadi satu-satunya lapisan yang mengalami pembentukan dan perubahan cuaca seperti: angin, awan, presipitasi, badai, kilat dan guntur. 4. Kecepatan angin bertambah dengan naiknya ketinggian dan di troposfer ini pemindahan energi berlangsung. Radiasi surya menyebabkan pemanasan permukaan bumi yang selanjutnya panas tersebut diserap oleh air untuk berubah menjadi uap. Oleh proses evaporasi energi panas diangkat oleh uap air ke lapisan atas yang lebih tinggi berupa panas laten.
A. Troposfer Setelah terjadi pendinginan akhirnya berlangsung proses kondensasi, uap air berubah menjadi titik-titik air pembentuk awan, sedangkan panas latennya dilepas memasuki atmosfer dan menaikkan suhunya. 5. Pada lapisan ini suhu udara turun dengan bertambahnya ketinggian (dT/dZ < 0) atau pada keadaan lapse rate. Rata-rata lapse rate seluruh dunia pada keadaan normal adalah -6,5 K setiap kenaikan ketinggian 1 km.
11
29/02/2016
A. Troposfer 6. Pada atmosfer normal, suhu troposfer berubah dari
15˚C pada permukaan laut menjadi -60˚C di puncak troposfer. 7. Tekanan dan kerapatan udara di permukaan laut masing-masing adalah 1013,2 mb dan 1,23 kg m-3. Gejala lapse rate berhenti pada ketinggian 8 km di atas kutub dan sekitar 16 km di atas ekuator. Ketinggian tersebut disebut tropopause, yaitu lapisan ketinggian atmosfer dengan dT/dz = 0. Pada lapisan ini turbulensi udara tidak terjadi.
B. Stratosfer Beberapa ciri khas lapisan ini adalah sebagai berikut : 1. Lapisan ini merupakan lapisan kedua dari bawah setelah
troposfer. 2. Kisaran ketinggiannya antara 12-50 km di atas permukaa laut. 3. Terdiri dari 3 wilayah yaitu : a. b. c.
Stratosfer bawah : 12-20 km daerah isotermis Stratosfer tengah : 20-35 km daerah inversi suhu Stratosfer atas : 35-50 km daerah inversi suhu yang kuat
12
29/02/2016
B. Stratosfer 4. Lapisan ini tidak mengalami turbulensi maupun
sirkulasi 5. Stratosfer merupakan lapisan atmosfer utama yng mengandung ozon. Kadar ozon di atmosfer sangat kecil yaitu hanya 6x10-7 volume total atmosfer tetapi peranannya sangat besar untuk melindungi bumi dari radiasi ultra violet yang berlebihan. Radiasi ultra violet (uv) yang tinggi berbahaya bagi makhluk hidup misalnya dapat menyebabkan kanker kulit pada manusia
B. Stratosfer Gas ozon tersebar dalam wilayah ketinggian 12-50 km. Sifatnya labil, mudah terurai kembali secara mekanis melalui tumbukan dengan partikel lainnya, maupun terurai melalui reaksi fotokimia oleh radiasi uv yang mempunyai kerapatan fluks yang tinggi. Proses pembentukan dan penguraiannya mencapai kesetimbangan hingga membentuk lapisan ozon Konsentrasi gas O3 tertinggi berada antara ketinggian 20-30 km yang disebut lapisan ozonosfer.
13
29/02/2016
B. Stratosfer Beberapa kesimpulan lainnya adalah : 1) Semakin menjauhi kutub utara, kadar ozon berkurang. 2) Kadar ozon tertinggi di ekuator tercapai pada bulan Juni saat matahari berada di sekitar kedudukan deklanasi maksimum utara (23,5˚LU). Konsentrasi ozon pada periode tersebut 240 x 10-3 cm atau berkisar 53% kadar ozon maksimum di kutub utara. 3) Semakin mendekati musim dingin kadar ozon meningkat.
C. Mesosfer Lapisan atmosfer ketiga dari bawah ini memiliki beberapa ciri
khas sebagai berikut : 1. Ketinggian 50-80 km. 2. Perubahan suhu terhadap ketinggian (dT/dz) adalah lapse rate. 3. Suhu udara sekitar -5˚C pada dasar lapisan hingga -95˚C pada puncaknya. 4. Tidak mengalami turbulensi/sirkulasi udara. 5. Merupakan daerah penguraian O2 menjadi atom O. 6. Batas atasnya adalah lapisan mesopause dengan perubahan suhu terhadap ketinggian mulai bersifat isotermal.
14
29/02/2016
D. Termosfer Lapisan teratas atmosfer ini ditandai oleh beberapa ciri
sebagai berikut : 1. Ketinggian lapisan mulai sekitar 80 km hingga batas yang sulit ditentukan karena sangat jarangnya partikel gas yang mencapai lapisan ini. Sebagian ilmuwan menyatakan puncaknya mencapai 100 km tetapi ada yang menyatakan 250 km. 2. Lapisan ini terisi molekul dan atom N2, O2, N dan O. 3. Sifat perubahan suhu terhadap ketinggian adalah inversi suhu.
D. Termosfer 4. Kisaran suhu dari -95˚C pada 80 km hingga -50˚C pada
ketinggian 100 km, dan -38˚C pada ketinggian 110 km. 5. Lapisan tempat berlangsungnya proses ionisasi gas N2 dan O2, sehingga lapisan termosfer sering disebut lapisan ionosfer. Di atas ketinggian 100 km, pengaruh radiasi uv dan sinar X makin kuat.
15
29/02/2016
4. Peranan Atmosfer Atmosfer merupakan sumber gas dan air presipitasi. b) Atmosfer adalah penyaring (filter) radiasi surya sehingga kualitas spektrum yang sampai ke permukaan bumi tidak bersifat merusak organ tubuh makhluk hidup. c) Pada sistem neraca energi radiasi, atmosfer merupakan penyangga (buffer) sehingga permukaan bumi terhindar dari pemanasan dan pendinginan yang berlebihan. d) Pada proses fisika di permukaan bumi, atmosfer pengatur kelestarian mekanisme cuaca dan iklim. a)
4. Peranan Atmosfer Untuk memenuhi keperluan metabolisme makhluk
hidup, atmosfer merupakan sumber gas CO2 dan O2 yang berlimpah. Proses fotosintesis pada tumbuhan di seluruh permukaan bumi akan mengurangi CO2 dan menambah kandungan O2. Sedangkan respirasi akan mengakibatkan hal yang sebaliknya. Kekhawatiran timbul sehubungan dengan semakin menurunnya populasi tumbuh-tumbuhan hutan tropika yang diperkirakan akan menambah kandungan CO2 di atmosfer.
16
29/02/2016
4. Peranan Atmosfer Penambahan gas CO2 semakin dikhawatirkan dengan
meluasnya penggunaan bahan bakar untuk berbagai keperluan dan juga semakin intensifnya peristiwa kebakaran hutan di dunia. Apabila gangguan terhadap kesetimbangan alamiah pada lingkungan ini tidak dapat diatasi, diperkirakan suhu udara akan semakin meningkat yang diikuti perubahan iklim beserta dampa-dampak lainnya.
4. Peranan Atmosfer Peningkatan kandungan CO2 di atmofer dari 320 ppm
menjadi 370 ppm diperkirakan akan menyebabkan kenaikan suhu udara sekitar 0,5˚C. Diduga peningkatan CO2 ini akan terus berlangsung apabila tidak dilakukan pencegahan dan tidak ada faktor yang menghambat. Radiasi surya yang memasuki atmosfer mengalami penyaringan terutama pada spektrum uv. Proses tsb berlangsung pada lapisan stratosfer, mesosfer dan termosfer. Spektrum uv diserap oksigen dalam pemecahannya menjadi atom O, serta oleh gas ozon setelah terbentuk. Dalam proses tersebut, terjadi pengurangan energi radiasi surya sekitar 3%.
17
