ATMOSFER
Atmosfer, di dalamnya terisi partikel-partikel halus dan ringan dari kelompok bahan : gas (udara kering dan uap air), cairan (butir-butir air atau awan) dan aerosol (bahan padatan, misalnya debu). Bhn ini memiliki ukuran massa yang berbeda dan tersebar pada berbagai ketinggian. Partikel yang ringan berada di atas yang berat, sehingga semakin mendekati permukaan bumi, kerapatan partikel di atmosfer akan meningkat.
Proses pendinginan dan pemanasan permukaan bumi berubah menurut waktu dan tempat, sehingga keadaan atmosfer juga akan berubah secara demikian. Akibatnya tekanan, kerapatan dan ketebalan lapisan atmosfer berbeda-beda antara siang dan malam, antara musim dingin dan musim panas, di atas benua dan di atas lautan serta antara daerah lintang tinggi dan lintang rendah.
Udara Kering
Udara kering (gas tanpa air dan aerosol) mencakup 96 % dari volume
atmosfer, terdiri dari 2 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 (tidak mudah mengurai) dan sebagian kecil berupa
Kelompok Nama Gas Lambang Kimia Konsentrasi A. Gas Utama Nitrogen
Oksigen Argon Karbon dioksida N2 O2 Ar CO2 78,08 % 20,94 % 0,93 % 0,03 % B. Gas Penyerta 1. Gas permanen
2. Gas tidak permanen
Neon Helium Krypton Xenon Hidrogen Nitrous Oksida Karbon monoksida Methane Hydro karbon Nitric oksida Nitrogen dioksida Amoniak Sulfur dioksida Ne He Kr Xe H2 N2O CO2 CH4 HC NO NO2 NH3 SO 18,00 ppm 5,20 ppm 1,10 ppm 0,086 ppm 0,52 ppm 0,25 ppm 0,1 ppm 1,4 ppm 0,02 ppm (0,2-2)x10-3 ppm (0,5-4)x10-3 ppm (6-20)x10-3 ppm (0,03-1,2)x10-3 ppm
Uap Air
Kandungan uap air di atmosfer mudah berubah menurut arah dan waktu. Di daerah sub tropika kandungannya bervariasi dari 0 % (pada saat angin kering bertiup) hingga 3 % dari volume atmosfer (pada saat angin laut bertiup di musim panas). Di atas wilayah Tropika
kandungan uap air di atmosfer merupakan nilai tertinggi di Dunia yakni sebesar 4 % dari volume atmosfer, atau 3 % dari massa atmosfer.
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 (nitrogen, oksigen dan argon, lihat Tabel).
Tabel . Susunan tiga macam gas utama pada berbagai kandungan uap air
Uap air Nitrogen (N2)
(% Vol. Atm) Oksigen (O2) (% Vol. Atm) Argon (Ar) (% Vol. Atm) 0 1 2 78,08 77,30 76,52 20,95 20,74 20,50 0,93 0,92 0,91
Di atmosfer, uap air terdapat di lapisan Troposfer (lapisan terbawah). Lapisan ini mencakup ketinggian 8 km di kutub dan 16 km di equator atau rata-rata 12 km. Jumlah uap air selalu berubah karena terjadinya penguapan dan konden-sasi secara terus menerus. Sumber uap air yang utama adalah lautan. Hasil kondensasi berupa awan yang merupakan sumber berbagai peristiwa seperti hujan, hujan es, salju dan badai.
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). Komposisi normal aerosol di atmosfer adalah :
- Debu : 20 % (terutama daerah kering) - Kristal garam : 40 % (pecahan ombak laut)
- Abu : 10 % (dari gunung berapi, dan pembakaran) - Asap : 5 % (dari cerobong pabrik, dan pembakaran) - Lain-lain : 25 % (mikro organisme)
Ketinggian jelajah aerosol dan periode keberadaannya di atmosfer tergantung pada massanya, pemanasan dan pendinginan di permukaan bumi serta angin.
Struktur Lapisan Atmosfer
Sebagian besar bahan pengisi atmosfer adalah gas yang mudah mampat dan mengembang. Medan grafitasi bumi cenderung menarik seluruh bahan atmosfer ke permukaan bumi. Akibatnya, kerapatan partikel atmosfer meningkat dengan makin berkurangnya ketinggian. Massa dan tekanan juga meningkat dengan semakin dekat dengan permukaan bumi. Karena bagian terbesar bahan pengisi atmosfer berada di bagian bawah, maka perubahan massa atmosfer terhadap ketinggian pada bagian bawah relatif cepat.
Massa total atmosfer (%)
Ke tin gg ian (km ) 0 10 20 30 40 50 60 100 80 60 40 20 0 43
Pelapisan atmosfer juga dapat digambarkan dengan perubahan tekanan udara pada berbagai ketinggian (lihat tabel).
Tabel . Perubahan tekanan udara terhadap ketinggian (dinyatakan dengan % tekanan udara normal pada permukaan laut).
Ketinggian (km dpl) Tekanan udara (%)
0 5,6 16,2 31,2 48,1 65,1 79,2 100 100 50 10 1 0,10 0,01 0,001 0,00003
Perubahan suhu udara di atmosfer secara vertikal (menurut ketinggian) berbeda-beda, dan dapat dikelompokkan menjadi tiga.
(1) Perubahan suhu (dT/dz) > 0 suhu naik, dengan bertambahnya ketinggian, hal ini disebut “inversi suhu”.
(2) dT/dz = 0 suhu tetap walaupun ketinggian berubah, disebut “isotermal”. (3) dT/dz < 0 suhu udara turun dengan bertambahnya ketinggian, disebut “lapse rate”.
Berdasarkan sifat perubahan suhu menurut ketinggian dari bawah ke atas, terdapat empat lapisan utama atmosfer, yaitu :
a. Troposfer, dengan puncaknya Tropopause b. Stratosfer, dengan puncaknya Stratopause c. Mesosfer, dengan puncaknya Mesopause d. Termosfer
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Termosfer Mesopause Mesosfer Stratopause Stratosfer Tropopause Ketin g g ian (km) Gambar . Pelapisan atmosfer bdsk perubahan suhu menurut ketinggian di atas permukaan laut.
• Angin adalah gerakan horizontal udara terhadap permukaan bumi. Diasumsikan bahwa seluruh gerakan udara secara vertikal
kecepatannya dapat diabaikan, karena relatif rendah (< 1 ms -1) akibat diredam oleh grafitasi bumi.
• Kecepatan pergerakan aliran udara secara horizontal jauh lebih besar daripada pergerakan aliran udara ke atas (vertikal). Pergerakan udara secara horizontal akan mempengaruhi proses-proses cuaca,
sedangkan pergerakan aliran udara ke atas akan mempengaruhi proses pembentukan awan dan hujan.
• Gaya Primer yang menyebabkan terjadinya aliran udara secara horizonatal adalah “gaya gradien tekanan”, yaitu gaya yang timbul karena adanya perbedaan tekanan, yang disebabkan oleh perbedaan suhu.
Siklus Terjadinya Angin :
. Perbedaan suhu udara → perbedaan tekanan → gaya gradien tekanan → memicu terjadinya Angin.
. Perbedaan suhu yang besar → gradien tekanan tinggi → kecepatan angin menjadi besar atau meningkat.
Contoh: Daerah Kutub, perbedaan suhu sangat besar, sehingga kecepatan angin bisa mencapai 300 – 500 km/jam.
. Udara di daerah yang bersuhu tinggi akan mengembang dan bergerak ke atas, sehingga tekanannya menjadi lebih rendah daripada sekitarnya.
. Udara akan bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan yang lebih rendah, dan semakin tinggi perbedaan tekanan akan semakin cepat udara bergerak.
Gaya tekanan per satuan massa :
Fp = - 1/ρ. (dρ/dz)
dimana:
dp = perbedaan tekanan (Pa atau mb) pada jarak dz (m atau km). ρ = kecepatan udara (1,2 kg m-3).
Tanda negatif (-) adalah arah gaya dari tekanan tinggi ke tekanan rendah.
.
Gaya-gaya sekunder yang mempengaruhi Angin :Gaya-gaya sekunder adalah gaya-gaya yang bereaksi pada udara hanya setelah udara mulai bergerak.
. Ada 3 gaya sekunder penting yang menyebabkan terjadinya jalur atau lintasan pada arah udara yang berbeda-beda, yaitu :
1. Gaya Coriolis 2. Gaya Sentrifugal
1. Gaya Coriolis :
. Gaya ini timbul karena rotasi bumi, kadang disebut sebagai Gaya Semu. Di BBU (Belahan Bumi Utara), gaya ini berpengaruh membelokkan udara yang bergerak ke kanan dari arahnya, sedangkan di BBS dibelokkan ke
kiri.
Formulasinya :
Fc = - 2 Ω v Sin Ø = - f.v
Ω = kecepatan sudut bumi (2 π per 24 jam) v = kecepatan angin (ms-1)
Ø = letak lintang
2. Gaya Sentrifugal :
. Gaya sentrifugal merupakan perwujudan dari Hukum Gerak Newton ke tiga (aksi-reaksi).
. Gaya sentrifugal berlawanan arah dengan gaya sentripental (kekuatan ke dua gaya tersebut sama besar).
. Gaya sentrifugal merupakan salah satu penyebab terjadinya sirkulasi udara yang berbeda pada daerah bertekanan rendah dan
tinggi.
3. Gaya Gesekan :
. Setiap benda yang bergerak akan dipengaruhi oleh gesekan, yang ditimbulkan oleh interaksi benda yang bergerak di atas permukaan
yang tidak merata. Bila ketinggian tempat meningkat, maka pengaruh gesekan akan berkurang sampai mencapai nol pada
. Gesekan memperlambat gerakan udara, karena gaya gesekan ini bekerja dengan arah yang berlawanan dengan arah gerak udara.
. Berkurangnya kecepatan angin karena adanya gaya gesekan, menyebabkan gaya coriolis menjadi berkurang, sehingga udara