ILMU & TEKNOLOGI KELAUTAN
(ITK 502)
Kuliah-7
Fenomena Di Laut
&
Dinamika Laut Dalam
1. Dinamika di lautan disebabkan oleh banyak gaya yang bekerja di dalamnya
2. Ada 3 gaya utama untuk mempelajari dinamika:
• Gradien tekanan (pressure gradient) • Coriolis (gaya sekunder)
Gradien Tekanan
1. Gradien Tekanan (selisih tekanan per satuan jarak): • Menegak (vertikal)
• Mendatar (horisontal)
2. Gradien Tekanan mendatar yang berkaitan langsung dengan proses dinamik
3. Tekanan ditentukan oleh pers. Hidrostatik: p = ρ.g.h
4. Gradien Tekanan menjadi: Δp/Δx = ρ.g.Δh
Gradien Tekanan (2)
• Gradien Tekanan ditentukan oleh perbedaan tinggi air laut terhadap bidang mendatar acuan
• Artinya, Gradien Tekanan ditentukan oleh perbedaan muka (paras) laut
• Perbedaan tinggi muka laut dapat disebabkan oleh perbedaan densitas air laut, ρ
• Densitas air laut merupakan fungsi dari S & t, atau
ρ = f(S, t)
• Hubungan tersebut dikenal sebagai: International Equation of State of Sea Water (Millero & Poisson, 1981)
Gaya Coriolis
1. Gaya Coriolis merupakan gaya sekunder
2. Gaya Coriolis baru muncul, jika ada dinamika di laut. Jika tidak ada dinamika di laut, Gaya Coriolis
istirahat.
3. Gaya Coriolis dinyatakan sebagai: f = 2 ω sin φ
( ω = kec. sudut bumi, φ = derajat lintang )
Gaya Gesek (Frictional force)
1. Peran utama dari Gaya Gesek ini adalah proses alih momentum dari atmosfir ke permukaan laut 2. Tanpa adanya gesekan, proses alih momentum
tidak terjadi. Akibatnya, gelombang dan arus tidak terbentuk
3. Gaya gesek juga ditemui di dasar perairan, terutama di perairan yang dangkal
Keseimbangan GEOSTROPIK
1. Konsep yang berbeda dengan yang diketahui umum
2. Konsep umum: massa bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah (= bergerak memotong garis
gradien tekanan)
3. Konsep lain: massa bergerak searah (sejajar) garis gradien tekanan
11/9/09 J. I. Pariwono 8
Persamaan GEOSTROPIK
1. Asumsi:
• ρ = konstan
• gesekan diabaikan
• garis-garis isobar merupakan garis lurus
2. Pers. Geostropik: • • ! f " u = # 1 $" % p % y
f "v = +
1
#
"
$ p
$ x
Lapisan EKMAN
1. Timbulya arus oleh angin karena adanya alih momentum dari atmosfir ke muka laut, dengan adanya gesekan
2. Untuk mengetahui efeknya, akan lebih baik jika (saat ini) mengabaikan efek GGT
3. Dengan asumsi:
• Lautan homogen (ρ konstan) • Muka laut laut horisontal
Lapisan EKMAN (2)
1. Asumsi tersebut cukup baik untuk lapisan
permukaan, karena angin yang berhembus selalu diikuti dengan proses percampuran turbulen
2. Lapisan homogen ini dikenal sebagai Lapisan Ekman (Vagn Walfrid Ekman)
3. Temuan utama dari Ekman adalah:
• Transpor massa air oleh angin di lapisan
permukaan (lapisan Ekman) mengalir ke arah tegak lurus arah angin. Ke kiri di BBS, dan ke kanan di BBU
Transpor EKMAN (3)
Ekman Transpor Arus pmukaan Angin Angin Muka lautTranspor Ekman & Upwelling
1. Transpor massa air di lapisan
permukaan mengalir tegak lurus arah angin
2. Transpor bergerak ke kiri dari arah
angin di BBS, atau ke kanan dari arah angin di BBU
3. Akibatnya, massa air dari lapisan
bawah permukaan akan naik ke lapisan permukaan untuk mengisi kekosongan yang terjadi (disebut UPWELLING)
4. Massa air dari lapisan bawah
permukaan akan membawa zat hara ke lapisan permukaan yang miskin hara.
UPWELLING
(Air-Naik/Taikan-Air)
Upwelling: gerakan massa air dari lapisan bawah
permukaan ke permukaan laut
Salah satu proses terpenting dalam proses2 di
perairan tepi samudera
Proses utama dalam regenerasi nutrien (proses
pemupukan) di lapisan permukaan laut
Pada proses regenerasi nutrien: upwelling lebih
utama dibandingkan dengan proses percampuran
oleh pasut
TIPE UPWELLING
Hembusan Angin (wind driven)
Dongkrakan Dinamik (dynamic uplift)
ZONASI PROSES UPWELLING
Di bagian dalam perairan pantai (inner-zone)
Di bagian tengah perairan pantai (middle-zone)
Di bagian luar perairan pantai (outer-zone)
Topographical controlled upwelling
Skema
Upwelling
Skema proses upwelling di musim yang berbeda
Topograpical Controlled
Upwelling
Topografi pantai kebanyakan
terdapat di bagian dalam perairan pantai
Menghasilkan modifikasi proses
upwelling di pantai
Contoh: keberadaan
semenanjung, teluk kecil
Effektif jika ukurannya sepadan
dengan lebar bagian dalam pantai
Daerah
Upwelling Tetap di
Dunia
Perhatikan bahwa
daerah upwelling di
dunia terjadi di
bagian timur dari
samudera
Lihat Samudera
Pasifik
Lihat Samudera
Keseimbangan Sverdrup
1. Sirkulasi di laut dalam dengan menggabungkan ketiga gaya (GGT, GC, GGs) dalam suatu
keseimbangan dilakukan oleh Hans Ulrik Sverdrup 2. Karena itu dinamai Keseimbangan Sverdrup
3. Intinya:
• Gesekan (friksi) penting di Lap. Ekman
• Di bawah Lap. Ekman, aliran air tidak mengalami gesekan
Keseimbangan Sverdrup-2
1. Aliran di bawah Lap. Ekman disebabkan oleh alih
massa air dari Lap. Ekman, sebagai akibat dari aliran konvergen/divergen di Lap. Ekman
2. Pada aliran konvergen, massa air dipompa ke bawah, dan dikenal sebagai Ekman pumping
3. Pada aliran divergen, massa air dipompa ke atas memasuki Lap. Ekman, dikenal sebagai Ekman suction
Apa Penyebab Sirkulasi
Buana ??
• Penggerak Utama:
– Angin – Gradien tekanan – Perbedaan Densitas (Sirkulasi Termohalin)• Penggerak Sekunder:
– Gaya Coriolis – Gaya Gesekan (Frictional Force)Sirkulasi Termohalin-2
Dikenal sebagai the Ocean Conveyor Belt, atau the
Global Conveyor Belt, atau Meridional Overturning
Circulation, atau Edaran Termohalin Buana, merupakan sirkulasi (edaran) buana di lautan yang digerakkan oleh densitas
Massa air dari daerah tropis pada akhirnya akan
mengalir ke daerah kutub (lintang tinggi)
Disana massa air tersebut mendingin dan akan
tenggelam ke bagian laut yang dalam di utara dan selatan S. Atlantik (membentuk NADW=North Atlantic Deep Water, dan AABW=Antartic Bottom Water )
Proses Pembentukan NADW
Proses
Pembentukan
NADW, menurut
Tomczak &
Godfrey (1994)
Arus Agulhas di Selatan Afrika
Perhatikan
Arus Agulhas
yg hangat
mengalir
mengelilingi
pantai selatan
Afrika dari L.
Hindia ke
Atlantik
Sirkulasi Termohalin-3
Sebagian besar massa air tersebut akan naik ke arah
permukaan di Samudera Selatan, dan sebagian lagi naik di S. Pasifik utara
Massa air yang naik di Pasifik utara merupakan massa
air yang “paling sepuh”
Waktu transit yang diperlukan sekitar 1600 tahun
(Primeau, 2005)
Dalam edaran tersebut, massa air membawa energi
(bahang), materi (padat, terlarut, gas) mengelilingi dunia.
Oleh karenanya: edaran ini berdampak besar terhadap
Dampak terhadap Iklim Buana
Edaran Termohalin Buana sebagai pemasok bahang ke wilayah
kutub, dengan lain kata
Mengatur luasnya laut es di daerah tersebut
Menentukan laju massa air laut dalam muncul ke permukaan Berperan dalam konsentrasi CO2 di atmosfir
Diduga, mencairnya lap. es dari Tanah Hijau yg tawar akan
mengganggu pembentukan massa air laut dalam. Ini
menyebabkan perubahan iklim di Eropa, yg dikenal sebagai periode Younger Dryas.
Waktu transit yang diperlukan sekitar 1600 tahun (Primeau, 2005) Dalam edaran tersebut, massa air membawa energi (bahang),
materi (padat, terlarut, gas) mengelilingi dunia.
El-Nino dan La-Nina
El Nino & La Nina adalah anomali suhu
permukaan laut dengan besar > 0.5
oC
sepanjang S. Pasifik tropis
Jika anomali tsb bertahan < 5 bln, maka disebut
sebagai KONDISI El-Nino atau La-Nina
Jika anomali tsb bertahan > 5 bln, maka disebut
CIRI-ciri El-Nino
Tek. Udara naik di S. Hindia, Indonesia, dan Australia
Tek. Udara turun di Tahiti dan di seantero S. Pasifik tengah dan
timur
Jika anomali tsb bertahan > 5 bln, maka disebut sebagai EPISODE
El-Nino atau La-Nina
Angin pasat di Pasifik selatan melemah, atau mengarah ke timur Konveksi udara hangat dekat Peru, mengakibatkan hujan di
daerah2 padang pasir
Massa air hangat menyebar dari barat Pasifik dan S. Hindia
menuju Pasifik timur, membawa hujan, menyebabkan hujan tinggi di daerah yang biasanya kering, dan kekeringan di daerah yang ditinggalkan.
Mekanisme terjadinya El-Nino
Berbagai teori yang berkembang:
1. Adanya lokasi hangat anomali di Pasifik timur akan
melemahkan beda suhu antara timur dan barat, dan menyebabkan melemahnya Sirkulasi Walker dan angin pasat (Bjerknes, 1969)
2. Angin pasat yang menguat akan membangun kolom
air hangat di bag. Barat, dan pelemahan mendadak dari angin pasat akan mengalirkan massa air hangat ke timur (Wyrtki, 1975). Tapi ini tidak terjadi utk El-Nino 1982-83
Mekanisme terjadinya El-Nino-2
Berbagai teori yang berkembang:
3. Recharge Oscillator: beberapa mekanisme disampaikan ttg
kolom air hangat di daerah ekuator, dan menyebar ke lintang lebih tinggi karena El-Nino. Daerah yang lebih dingin kemudian perlu di”charge” menjadi hangat lagi utk beberapa tahun
sebelum kejadian itu berulang
4. Osilator di Barat Pasifik: Di barat pasifik, berbagai kondisi cuaca
dapat menyebabkan anomali angin barat, seperti pasang siklon di utara dan selatan ekuator. Angin ini akan melemahkan angin pasat, sebagai pemicu akhir terjadinya El Nino
Mekanisme terjadinya El-Nino-3
Berbagai teori yang berkembang:
5. Wilayah katulistiwa Pasifik dalam kondisi hampir El-Nino,
dengan berbagai variasi acak yang berdampak terjadinya El-Nino. Pola cuaca atau kegiatan vulkanik sebagai contohnya
6. MJO (Madden Julian Oscillation) merupakan sumber penting
terjadinya variabilitas yang menghasilkan percepetan evolusi terjadinya El-Nino. Yaitu lewat fluktuasi angin permukaan dan hujan di bagian barat dan tengah ekuator Pasifik. MJO dapat menghasilkan gelombang Kelvin ekuator. El-Nino juga dapat mempengaruhi MJO
Mekanisme terjadinya El-Nino-4
Berbagai teori yang berkembang:
7. Kejadian vulkanik di daerah tropis dapat menimbulkan 3 tahun
El-Nino, dan dilanjutkan dengan 3 tahun La-Nina (Adams, Mann, dan Ammann, 2003, menggunakan data iklim paleo)
8. MJO (Madden Julian Oscillation) merupakan sumber penting
terjadinya variabilitas yang menghasilkan percepetan evolusi terjadinya El-Nino. Yaitu lewat fluktuasi angin permukaan dan hujan di bagian barat dan tengah ekuator Pasifik. MJO dapat menghasilkan gelombang Kelvin ekuator. El-Nino juga dapat mempengaruhi MJO
Fenomena El Nino
Kondisi El-Nino
Indian Ocean Dipole Mode
Fenomena mirip seperti El-Nino (di S. Pasifik)
ternyata juga ditemui di S. Hindia, yang diberi
nama IDM
Baru tahun 1999, fenomena ini ditemukan oleh
Yamagata dan Saji, yang disebut sebagai DME
(Dipole Mode Event)
Karena ingin mengkaji musim panas yang
Indian Ocean Dipole Mode-2
Hubungan antara IDM dengan El-Nino
belum diketahui dengan pasti
Hubungan antara keduanya tidak
sederhana
