Materi Kebumian - (D) Atmosfer dan Temperatur Udara
Dalam beberapa tahun terakhir, ilmu mengenai atmosfer sudah mulai dikenal oleh masyarakat, terlebih dengan adanya isu perubahan iklim. Atmosfer atau bahasa latinnya Atmosphaera yang terbentuk atas dua kata, yaitu: Atmos yang berarti “Uap” atau “Gas” dan Sphaira yang berarti “Bola”. Atmosfer adalah bola atau lapisan gas-gas yang melingkupi suatu benda dengan masa yang cukup untuk mengikat/menahan gas-gas tersebut dengan gaya gravitasi. Jika radius bumi sekitar 6400 km, maka ketebalan atmosfer adalah 30 km/6400 km = 0,5 % radius Bumi.
Fungsi utama atmosfer bumi adalah menyediakan Oksigen untup proses pernapasan yang semua organisme hidup dan Karbondioksida untuk tanaman, ganggangdan bakteri cyano untuk proses fotosintesa serta melindungi makluk hidup di permukaan bumi dari kerusakan genetik akibat radiasi ultraviolet Matahari .
Ilmu yang mempelajari tentang aspek-aspek dari atmosfer secara umum dibagi dua yaitu meteorologi dan klimatologi. Meteorologi adalah ilmu yang mempelajari proses-proses fisis dan cuaca yang terjadi di atmosfer terutama pada lapisan troposfer.
Berdasarkan metode pendekatannya ilmu meteorologi dibagi menjadi tiga yaitu :
1. Meteorologi sinoptik : mempelajari kondisi atmosfer yang meliputi daerah yang luas pada waktu tertentu dan merupakan dasar bagi perkiraan cuaca
2. Meteorologi teoritis (dinamis) : penerapan teori dan metode fisika untuk menemukan keterkaitan antara matematika dan fisis dalam meteorolgi serta memformulasikannya dalam bentuk persamaan
3. Meteorologi fisis : mempelajari fenomena fisis dalam atmosfer.
1. Meteorologi skala makro : mempelajari proses atmosfer yang berskala antara 100 – 1000 km, contoh : gelombang planeter, siklon tropis2. Meteorologi skala meso : mempelajari proses atmosfer berukuran 0.1 – 100 km, contih awan kumulonimbus, angin darat dan laut, badai guntur.
3. Meteorologi skala mikro L mempelajari proses atmosfer berskala kecil yaitu 100 m – kurang dari 1 cm, contoh fluks, turbulen eddies.
Sedangkan klimatologi adalah ilmu yang mempelajari iklim dan faktor penyebabnya sehingga klimatologi lebih luas dan skala waktunya lebih besar (pengamatan iklim selama 30 tahun ). Kendali iklim atau climate controls antara lain :
1. Intensitas radiasi matahari dan variasinya terhadap lintang tempat
2. Distribusi darat dan lautan
3. Arus laut
4. Prevailing winds
5. Posisi dari sistem tekanan tinggi dan tekanan rendah
6. Halangan pegunungan
KOMPOSISI ATMOSFER
Komposisi atmosfer secara umum mengandung udara kering, udara basah (uap air dalam ketiga fasanya, serta aerosol.
Uap air memliliki jumlah sekitar 0,25 % dari total masa atmosfer Konsentrasi uap air berkurang secara cepat terhadap ketinggian dan hampir seluruh uap air terdapat pada ketinggian dibawah 5 km. Uap air berasal dari proses evapotransirasi dan keluar dari atmosfer melalui kondensasi berupa hujan, salju dan curahan lainnya. Waktu tinggal uap air di atmosfer adalah 10 b harian
Ozon merupakan komponen sangat vital dalam stratosfer yang berfungsi sebagai penyerap utama radiasi ultra violet. Ozon tidak berbahaya untuk tanaman dan manusia di troposfer Konsentrasi ozon di stratosfer sampai 15 ppm pada ketinggian sekitar 15-35 km. Ozon merupakan senyawa yang tidak stabil karena mudai terurai. Radiasi ultra violet memecahkan ikatan ozon menjadi O and O2 yang kemudian akan membentuk molekul ozon yang lain.
Karbondioksida merupakan salah satu gas rumah kaca yang menghangatkan temperatur permukaan bumi karena mampu mengabsorpsi radiasi inframerah (IR) yang dipancarkan permukaan bumi. Karbonioksia berasal dari proses respirasi mahluk hidup, peluruhan bahan organik, serta pembakaran bahan bakar fosil. Keluar dari atmosfer melalui proses fotosintesis.
Aerosol merupakan partikel berukuran kecil yang melayang-layang di dalam atmosfer, contohnya debu, asap, garam laut, sulfat,dll. Sumber aerosol berasal dari manusia (pembakaran bahan bakar fosil) dan proses alamiah (gunung api dan spray osean). Aerosol berperan dalam atmosfer: pembentukan awan (inti kondensasi) urban smog dan badai pasir/debu yang sangat mengurangi visibilitas.
STRUKTUR VERTIKAL ATMOSFER
Struktur vertikal atmosfer dapat dibagi berdasarkan profil temperaturnya, sifat kelistrikan maupun ikatan molekul. Berikut adalah struktur vertikal atmosfer berdasarkan profil temperaturnya.
Di atas 100 km, atmosfer dipengaruhi oleh sinar X dan radiasi UV, sehingga terjadi ionisasi, dimana atom menjadi ion, sehingga terkumpul membentuk lapisan ion atau ionosfer. Ionosfer sendiri bukan lapisan, melainkan sebuah zona yang terdapat mulai dari mesosfer hingga termosfer. Zona ini dibagi menjadi tiga lapisan, yaitu D, E, dan F. Lapisan D memantulkan gelombang radio AM, namun melemahkannya melalui absorpsi pada siang hari. Pada malam hari, lapisan D hilang sehingga gelombang AM dapat memantul dengan baik pada lapisan E dan F. Oleh karena itu, radio dengan frekuensi AM dapat dipakai pada malam hari. Gelombang FM tidak dipengaruhi oleh lapisan DEF ini karena gelombangnya yang lebih pendek dapat menembus ionosfer tanpa pemantulan.
TEMPERATUR
Temperatur atau suhu merupakan derajat panas atau dinginnya suatu zat. Atau tingkat energi kinetik rata-rata dari atom atau molekul suatu materi. Panas (heat) adalah energi yag ditransfer ke dalam atau luar negeri dari sebuah objek karena perbedaan suhu antara objek itu dan lingkungan sekitarnya. Panas terdapat dua jenis yaitu panas laten (latent heat) dan panas sensibel (sensible heat). Panas laten merupakan panas yang diserap/dilepaskan ketika air berubah fasa. Sedangkan panas sensibel adalah panas yang dapat kita rasakan dan ukur. Alat ukur temperatur disebut termometer.
KONVEKSI
Merupakan proses perpindahan panas melalui pergerakan atau sirkulasi subtansi. Transfer panas dalam atmosfer dan arus samudera terjadi melalui mekanisme konveksi. Saat matahari memanaskan permukaan, udara hangat permukaan akan terangkat melalui mekanisme konveksi.
KONDUKSI
Merupakan perpindahan panas melalui benturan suatu elektron atau molekul ke elektron atau molekul lainnya. Benda yang dapat menyalurkan panas disebut konduktor (penghantar panas yang baik) sebaliknya benda yang tidak mampu menghantarkan panas dengan baik disebut isolator. Udara merupakan penghantar panas yang buruk, akibatnya konduksi hanya berperan antara permukaan bumi dan udara sekitarnya secara singkat ketika keduaya bersentuhan.
RADIASI
Merupakan proses perpindahan panas tanpa melalui perantara, namun mealui ruang hampa di angkasa. Radiasi matahari terjadi melalui gelombang elektromagnetik yang berkisar dari sinar gamma, sinar x, ultra violet, gelombang tampak, infra merah dan radio. Matahari memancarkan semua gelombang tersebut, namun dalam jumlah yang berbeda-beda. Sekitar 95% radiasi matahari yang dikeluarkan terletak pada panjang gelombang 0,1-2,5 μm, antara gelombang tampak hingga IR.
Berikut adalah penjelasan mengenai keseimbangan energy panas yang ada di bumi: sebanyak 35% dari radiasi matahari dikembalikan ke ruang angkasa (2% dipantulkan permukaan bumi, 6% dipantulkan atau dihamburkan atmosfer, 27% dipantulkan awan), sebanyak 14% diserap oleh atmosfer. Jadi, yang mencapai permukaan bumi hanya 51%, yakni dari 34% radiasi matahari langsung dan 17% radiasi baur (difus) atau radiasi langit. Bumi menyerap radiasi matahari sebesar 51%, dengan demikian radiasi bumi terdiri atas: 17% hilang ke ruang angkasa dan tidak memanasi atmosfer, 6% radiasi bumi yang diserap atmosfer (radiasi efektif), 9% diterima atmosfer .
Ketika radiasi matahari sampai ke dalam atmosfer bumi terdapat tiga mekanisme, yaitu:
1. Pemantulan (Reflection) dan penghamburan (scattering)
Pemantulan adalah proses dimana cahaya memantul kembali dari sebuah objek pada sudut dan intensitas yang sama sedangkan penghamburan adalah proses ketika cahaya diuraikan/dihamburkan oleh objek menjadi sejummlah cahaya yang lebih lemah intensitasnya.
2. Absorpsi
Absorpsi radiasi oleh lapisan ozon : ozon menyerap sedikit radiasi pada panjang geombang IR dan spektral. Jumlah total penyerapan radiasi matahari oleh lapisan ozon di dalam atmosfer sekitar 1 %.
Absorpsi radiasi oleh gas-gas permanen atmosfer, partikel debu dan inti kondensasi.
3. Difusi
Difusi molekuler oleh partikel yang mempunyai dimensi jauh lebih kecil dari panjang gelombang radiasi matahari. Difusi ini lebih efektif pada panjang gelombang yang pendek. Contoh dari difusi ini adalah fenomena langit berwarna biru dikarenakan difusi molekuler pada panjang gelombang cahaya tampak warna biru.
Difusi oleh aerosol oleh partikel lebih besar apabila lapisan udara yang dilaluinya juga tebal, serta bergantung pada ketinggian matahari di atas horizon.
HUBUNGAN ANTARA MATAHARI DAN BUMI
Matahari merupakan sumber energi utama bagi bumi. Energi matahari jugaberperan penting dalam proses pembentukan cuaca di atmosfer. Jarak antara matahari dengan bumi sekitar 149,6 x 10 6 km. Jarak bumi terdekat dengan matahari (perihelion : 91,5 juta mil) terjadi pada tanggal 4 Januari, dan terjauh (aphelion : 94. 5 juta mil) pada tanggal 5 juli. Faktor-faktor yang mempengaruhi fluks radiasi matahari sampai ke permukaan bumi antara lain : sudut datang sinar matahari, jarak bumi terhadap matahari, posisi lintang, dan eksentrisitas.
Pengaruh ketinggian lintang terhadap banyaknya radiasi matahari yang diterima bumi, dikendalikan oleh sudut datang sinar matahari.
Pengaruh besarnya sudut datang sinar matahari terhadap fluks. Dengan asumsi bahwa intensitasi radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi adalah tetap, maka ketika sudut datang secara tegak lurus (8a) panasnya lebih intens dikarenakan luas daerah yang kecil.
Sebaliknya, jika radiasi datang dengan sudut yang lebih kecil, maka panasnya akan tersebar ke area yang lebih luas, sehingga panasnya kurang intens. (8b dan 8c) Prinsip serupa juga berlaku untuk fenomena titik pucak matahari pada saat-saat tertentu (titik balik matahari).
SOAL
a. Iklimb. Temperaturc. Kelembaband. Cuacae. Hujan
a. Intensitas radiasi matahari dan variasinya terhadap lintangb. Distribusi darat dan lautanc. Ketinggian tempatd. a dan c benare. semua jawaban benar
a. Hujan asamb. Radiasi ultravioletc. Hujan meteord. a dan b merupakan jawaban benare. b dan c merupakan jawaban benar
a. 70.08 : 21 : 8.9 : 0,01b. 78,08 : 21. : 0.9 : 0,01c. 78 : 21 : 1 : 0,1d. 78 : 20,9 : 1 : 0,01e. a – d, salah
a. Mesosferb. Termosferc. Ionosferd. Stratosfere. Troposfer
a. Radiasi inframerah dari permukaan bumib. Panas latenc. Radiasi mataharid. Pemanasan secara konduksi dari permukaan bumie. Pemanasan secara konveksi dari permukaan bumi
a. Troposfer, Eksosferb. Ionosfer, eksosferc. Jari‐jari atmosfer, Stratosferd. Homosfer, Heterosfere. A‐D salah
a. Thermopauseb. Thermosferc. Mesopaused. Mesosfere. Stratosfer
a. Troposferb. Mesosferc. Termosferd. Stratosfere. tropopaus
a. Thermosferb. Mesosferc. Stratosferd. Troposfere. Magnetosfer
1. memiliki ketinggian 12‐60 km2. pada ketinggian 50 km disebut daerah stratopause3. sampai ketinggian ± 20 km dalam stratosfer, temperaturnya konstan4. konsentrasi lapisan ozon terdapat pada stratosfer
a. 1, 2, dan 3b. 2, 3, dan 4c. 1, 3, dan 4d. 1 dan 2e. 1, 2, 3, dan 4
1. terletak pada ketinggian 60‐80 km2. mesosfer terletak pada diantara lapisan stratopouse dan mesopouse.3. memiliki temperatur ‐50°C sampai ‐70 °C4. merupakan lapisan pelindung bumi dar kejatuhan meteor.
a. 1, 2, dan 3b. 2, 3, dan 4c. 1, 3, dan 4d. 1 dan 2e. 1, 2, 3, dan 4
a. 30 – 40b. 40 – 50c. 50 – 60d. 70 – 80e. 80 – 90
a. Lapisan Db. Lapisan Ec. Lapisan Fd. Lapisan D dan Ee. Lapisan E dan F
a. Lapisan residu (residual layer)b. Lapisan batas (boundary layer)c. Lapisan kekasaran (roughness layer)d. Lapisan kanopi (canopy layer)e. Lapisan transisi (transition layer)
a. CO2b. CH4c. O2d. CFCe. H2O
a. karbondioksidab. metanac. uap aird. chlorofluorocarbone. ozon
a. Awan kumulonimbusb. Angin darat dan angin lautc. Angin gunung dan angin lembahd. Thunderstormse. Turbulent Eddies
a. Nitrogenb. Neonc. Heliumd. Ozone. Oksigen
1. Sumber emisi: perut sapi, tambang batu bara, sumur minyak, pipa gas dan sawah2. Konsentrasi berkurang secara cepat terhadap ketinggian3. Waktu tinggal di atmosfer: ~ 10 yrs4. Mempengaruhi absorbsi radiasi termal
a. 1, 2, dan 3b. 2, 3, dan 4c. 1, 3, dan 4d. 1 dan 2e. 1, 2, 3, dan 4
a. Uap airb. Metanac. Karbondioksidad. Aerosole. Ozon
a. ~20 kmb. ~8 kmc. ~12 kmd. ~16 kme. ~24 km
a. Lapisan Mesosferb. Lapisan Troposferc. Lapisan Ionosferd. Lapisan Stratosfere. Lapisan Termosfer
a. Temperatur virtualb. Temperatur udarac. Temperatur potensiald. Temperatur titik embune. Temperatur aktual
a. 23,5° LSb. Khatulistiwac. 23,5°LUd. Kutub/polare. 30° LU/LS
a. Pemanasan/pendinginan radiatifb. Kenaikan plumes konvektifc. Pemanasan/Pendinginan permukaand. Kehilangan air lewat presipitasie. Penambahan air dari evaporasi presipitasi yang jatuh
a. Konduksib. Radiasic. Konveksid. Jawaban a dan b benare. Jawaban a,b dan c benar
a. Rotasi Bumib. Jarak Matahari - Bumic. Derajat lintangd. Jawaban b dan c benare. Jawaban a, b, dan c benar
a. Bumi Belahan Utara (BBU)b. Bumi Belahan Selatan (BBS)c. Khatulistiwad. a dan b merupakan jawaban benare. b dan c merupakan jawaban benar
a. 21 Maretb. 21 Junic. 23 Septemberd. 21 Desembere. 21 September
Posting Komentar untuk "Materi Kebumian - (D) Atmosfer dan Temperatur Udara"
Isilah komentar dengan bijak!