Bahan Kuliah Oseanografi PDF

oceanos

graphos

Bhs Yunani

Ilmu yang mempelajari tentang lautan dgn menggunakan berbagai ilmu pengetahuan dasar seperti fisika, kimia, biologi, geologi dengan matematika sebagai alat bantu

Fisika lautan (physical oceanography) Kimia (chemical)

Biologi (biological) Geologi (geological)

Oceanology Dikenal pula

PENGARUNGAN LAUT

Dilakukan pertama kali oleh bangsa Polynesia & India

Tujuan

Menemukan pulau, peradapan

Perdagangan, tanah harapan baru

Akibat selanjutnya

Didapatkan informasi tentang laut

Berakib_{at pula}

Sebagai cikal bakal ilmu Oseanografi

Terjadi pada tahun 900 – 600 SM oleh negara barat : Eropa & Afrika Bangsa

EKSPLORASI LAUTAN

(abad berikutnya)

terjadi

bangsa timur

(Persia, India, Cathay)

sutera, mutiara, rempah-rempah,

hasil perdagangan tersebut

dibawa ke kerajaan Romawi

Perdagangan

PELAYARAN SAMUDERA

Sede_rhan a

Mengikuti garis pantai

Mengikuti angin muson

(arus muson)

S. India

Ditemukan kompas (bgs Cina, Arab)

Ditemukan astrolobe (alat yg dpt

menentukan ketinggian sudut matahari or

altitude

matahari & benda-benda angkasa

diatas horizontal) Î

penting untuk

menentukan posisi kapal di tengah laut

Pertengahan abad 15 ditemukan cross

staff

(alat utk mengukur sudut & altitude

benda-benda angkasa or celestial body)

Î

menentukan posisi Î digunakan

Columbus

Abad 19

Ilmu oseanografi + meteorologi

Berkembang

Sebagai science yang sistimatik

Faktor

pendorong

Pengukuran kedalaman yg menghslkan peta batimetrik

(peta yg menyatakan sebaran kedalaman) Îkeperluan

engineering seiring penemuan elektromagnetik telegraf

Alur pelayaran & peta Îmengetahui angin, gelombang,

badai, arus, kejadian awan, distribusi es Îagar aman &

cepat dalam pelayaran

Edward Forbes (1843), pioner biologi laut, mengemukakan

teori abysal (tdk ada kehidupan di kedlman absolute

darkness

(> 550 m), tetapi waktu pengambilan kabel

listrik dr kedlman > 3000 m ada organisme yg menempel

pada kabel. Ini mendorong byk ekspedisi (Enterprise,

Deep Sea Expedition, Challenger)

P

E

R

K

E

M

B

A

N

G

A

N

Oseanografi

3 era

ERA PERTAMA :

Eksplorasi lautan 3 dimensi (fisika, kimia, biologi, geologi) Î oseanografi dipelajari dgn pendekatan deskripsi-geografik didukung matematika & fisika Î tokohnya Mohn, Bjerkness, Ekman, Hellan-Hansen

ERA KEDUA :

Oseanografi fisik lautan didukung pengetahuan teori. Laut tdk stabil, ada gangguan (disturbance) yg bersifat periodik & non periodik, shg dikenalkan dimensi ke-4 yaitu waktu.

1912 Î Lembaga Scripps (Institutions of Oceanography), UCSD (University of California, San Diego)

1922 Î Hellan-Hansen : arus

1929 – 1930 Î eksp. Meteor, Snellius : Australia – Asia

ERA KETIGA :

Ada ekspedisi secara internasional Î mulai memakai teknik dan instrumen yang canggih. Teori dan observasi makin berkembang dan saling berperan

WAKTU GEOLOGI

Digunakan ilmuwan utk mengetahui

sejarah & formasi awal dari bumi

Era Paleozoic

Era Mesozoic

Skala Waktu Geologi

Era Period Epoch Began millions _{of year ago} Life forms/Events Quaternary Recent 0.01 Modern humans

Pleistocene 2.5 Stone-age humans First humans

Cenozoic Pliocene 7

Miocene 26

Tertiary Oligocene 38 Flowering plants

Eocene 54 Mammals, birds & insects dominant Paleocene 65

Cretaceous 136 Last of dinosaurs, flowering plants begin

Mesozoic Jurassic 190 Dinosaurs abundant; first birds

Triassic 225 First mammals

First dinosaurs

Permian 280 Age of reptiles

Carboniferous 345 Age of amphibians; first reptiles

Paleozoic Devonian 395 First seed plants

Age of fishes

Silurian 430 First land plants

Ordovician 500 Marine algae; vertebrate fish Cambrian 570 Primitive marine algae &

invertebrates

Precambrian 3200 – 3500 Earliest bacteria & algae 3800 Oldest surface rocks 4500+ Oldest meteorites

SIKLUS HIDROLOGI

Air

Cair

Padat

Laut

Sungai

Danau

Air tanah

gletser

Salju

Gunung es

Reservoir

Tempat dimana air tersebut terdapat/berdiam

Selalu bergerak

Dikenal sebagai siklus hidrologi

WAKTU TINGGAL (RESIDENCE TIME)

Perbandingan jlh total sebuah elemen di lautan pd suatu waktu tertentu dgn laju pergantiannya. Waktu tinggal sbh elemen dinyatakan menurut pers. :

T = A/(∆A/∆t)

dimana : T (waktu tinggal elemen); A (total berat elemen tersuspensi atau terlarut di lautan); ∆A/∆t (laju tahunan masuknya elemen di dlm lautan)

defin isi

Elemen : suatu zat or substansi yg masing-masing susunannya sama spt atom

Elemen langka (trace element) : elemen di dlm air laut yg memiliki konsentrasi kurang dr 1 mg/l (ppm). Elemen langka dibutuhkan dlm jlh sedikit ttp sgt diperlukan untuk aktivitas biologi organisme.

Elemen minor : elemen di dlm air laut yg ditemukan pada konsentrasi antara satu sampai 100 mg/l, mis. : Br, C, Sr, B, Si, F.

Elemen utama (mayor) : elemen di dlm air laut yg memiliki konsentrasi lbh dr 100 mg/l, mis. : klor, natrium (sodium), magnesium, sulfur, kalsium & potasium (kalium).

Elemen Simbol Konsentrasi* Lithium Li 170 Rubidium Rb 120 Iodine I 60 Barium Ba 30 Indium In 20 Zinc Zn 10 Iron Fe 10 Aluminium Al 10 Molybdenum Mo 10 Selenium Se 0,4 Tin Sn 0,8 Copper Cu 3 Arsenic As 3 Uranium U 3 Nickel Ni 2 Vanadium V 2 Manganese Mn 2 Titanium Ti 1 Antimony Sb 0,5 Cobalt Co 0,1 Cesium Cs 0,5 Cerium Ce 0,005 Daftar Elemen Langka Dalam Air Laut (ppb)

Elemen Simbol Konsentrasi* Yurium Y 0,3 Silver Ag 0,04 Lanthanum La 0,01 Cadmium Cd 0,1 Tungsten W 0,01 Germanium Ge 0,06 Chromium Cr 0,05 Thorium Th 0,05 Scandium Sc 0,04 Lead Pb 0,03 Mercury Hg 0,03 Gallium Ga 0,03 Bismuth Bi 0,02 Niobium Nb 0,01 Thalium Tl 0,01 Gold Au 0,004 Protactinium Pa 2 x 102 Radium Ra 1 x 107 Rare Earths 0,003 – 0,0005 Daftar Elemen Langka (lanjutan)

* : tidak termasuk nutrien & gas-gas terlarut Sumber : Bhatt (1978)

Larutan : merupakan fase percampuran dari satu (homogen) or dua or lebih dari suatu substansi komponen kimiawi.

Ligand : terdiri dari 2, yaitu anorganik (Cl–_{, SO}

42+, OH– & komponen anion); serta

organik yaitu alami (asam humus) & buatan (artificial).

Flokulasi (proses fisik) : akibat efek van der wall dimana saling menggumpal semakin besar & tenggelam sbg sedimen.

Elemen konservatif : bersifat makro, sifat persisten, tidak dapat terurai shg toksik bagi suatu perairan.

Proses interaksi antar elemen : (1) aditif, bersifat umum; (2) sinergik (multiple, efeknya besar); (3) antagonis (reduksi, efeknya kecil).

Proses yg membuat kimia mengendap pada sedimen : (1) Melalui proses deposit Î ikatan helasi

(2) Absorbsi

(3) Konglomerasi/agregasi

Residence time (RT) air laut = 4,4 x 104 _year.

RT diperlukan untuk melihat stabilitas, khususnya mayor elemen di dlm air.

RT meningkat maka elemen yg reaktif akan meningkat pula shg stabilitas meningkat; RT menurun maka elemen yg reaktif akan meningkat tetapi stabilitas akan menurun.

Mixing time (MT) air laut = 103 _tahun.

RT > MT maka : elemen tersebar merata, penyebaran luas & homogen (fluktuasi kecil). RT < MT maka : penyebaran kecil, fluktuasi tinggi akibat proses penyerapan dll.

GEOMORFOLOGI DASAR LAUTAN

Daratan terkonsentrasi di BBU

Daratan di BBS tdk lbh 25% dr lautan

Menyebar

Berakibat

Lautan menyebar tdk merata & tdk jelas batasnya shg memiliki sifat yg unik dimana saling mempengaruhi

Karena bentuk daratan tdk teratur maka perlu adanya sub divisi dari laut Î adjacent seas, mis. Mediteranean :

• Large • Small

Contoh

Sebara_{n setiap} 50 lintang 70 45 35 65 daratan > lautan daratan 2,5% Benua antartika

daratan tdk pernah lebih dari 25% dibanding lautan

Penti ng

Klimatologi Meteorologi Oseanografi

Morfologi bumi

Faktor utama

Dominasi laut semakin nyata

bukan hanya krn luas muka laut

tetapi juga volumenya.

Volume daratan diatas muka laut

<

1

/

₁₀

volume air laut seluruh daratan

dimuka bumi diratakan, maka

dipunyai suatu bumi bulat dgn

kedalaman laut 2440 meter

RELIEF UTAMA DASAR LAUT

Continental margin

Ocean basin floor

Mid ocean ridge

Continental drift :

Konsep yang menyatakan bahwa disebabkan rapuhnya kerak bumi

di bawah laut, benua-benua dapat bergerak hanyut pada bagian

permukaan bumi di dasar laut seperti halnya es bergerak

mengapung diatas air. Studi ilmiah pertama tentang konsep

hanyutan benua dilakukan oleh Edward Suess tahun 1885 dan

Alfred Wagener tahun 1912

Continental slope :

Bagian dasar lautan dari tepian benua yang relatif miring ke arah

laut

Continental rise :

Bagian dasar lautan dari tepian benua yang relatif miring dan

meninggi pada dasar lerengan benua

Continental margin :

Bgn dasar lautan yg merup. perluasan massa daratan ke

arah laut. Berdasarkan tipe yg menyebabkan timbulnya lempeng tektonik,

tepian benua dibedakan mjd 2 macam yaitu tipe Atlantik & tipe Pasifik. Tepian

benua tipe Atlantik memiliki ciri paparan benua & punggung benua yg relatif

luas disebabkan pd mintakat tsb memiliki aktivitas gempa bumi yg relatif kecil

shg disebut jg tepian benua aseismik atau tepian benua pasif. Tipe Atlantik

terbentuk ketika dasar laut bergerak saling menjauh & membentuk lautan baru.

Tepian benua tipe Pasifik ditandai dgn adanya sebuah trench pada kaki

lerengan benua sbg pengganti punggungan benua. Tipe Pasifik disebut jg dgn

tepian benua seismik or tepian benua aktif, yaitu disebabkan scr seismik

sangat aktif (terjadi gempa bumi) & terbentuk dimana lempeng lautan bergerak

menunjam dibawah lempeng benua pada mintakat subduksi

Ocean basin floor :

Cekungan dasar lautan yg relatif luas dimana berdimensi

sama pada sisi-sisinya

Mid ocean ridge :

Bentukan igir besar memanjang & melintasi pertengahan

dasar laut utama dunia

Trench Î cekungan dasar laut yg bentuknya memanjang, sempit & dalam

dgn sisi-sisi yg curam

Trough Î cekungan dasar laut yg bentuknya memanjang, umumnya lebih

lebar & lebih dangkal daripada trench

Continental shelf Î bagian dasar lautan dari tepian benua yg meluas dari

garis pantai hingga lerengan benua

Igir (ridge) Î bentukan pada dasar laut yang tinggi memanjang dengan

sisi-sisi yang curam & bertopografi tidak teratur

Arus turbiditas Î gerakan material didasar laut yg menuruni lereng. Material

tsb berupa pasir & lumpur yg longsor kebawah mengikuti arah lembah

Gondwana Î nama benua selatan purba hipotetis yg meliputi India, Australia,

Afrika & Amerika Selatan yg bergabung menjadi satu kesatuan

Seamount Î pegunungan di bawah laut yg tingginya lebih dari 1000 meter

di atas dasar laut

Guyot Î gunung bawah laut dgn puncak yg relatif datar. Guyot dinamakan

dari geolog Swiss, Arnold Guyot. Disebut juga tablemount

Submarine canyon Î canyon atau ngarai sempit yg memotong paparan

Benua atau lerengan benua

Asal usul

ocean basin

(dasar laut)

Continental drift :

Daratan hanyut akibat pergerakan massa benua,

akibatnya kekosongan diantaranya yg kmdn diisi air

Sea floor spreading :

Penjalaran dasar laut yg bergerak scr berlawanan

arah sepanjang sisi igir tengah lautan & digerakkan

oleh arus konveksi didalam mantel bumi

Lempengan tektonik :

Teori aktivitas tektonik ttg lempeng litosfer dan

gerakannya. Konsep dimana kerak bumi (lapisan

atas bumi) dibagi kedalam bbrp segmen (lempeng)

yg selalu bergerak satu dgn lainnya, berakibat

menimbulkan gempa bumi, rangkaian pegunungan,

igir tengah lautan dsbnya. Menurut X. Le Pichon

kerak bumi dibagi kedalam 6 lempeng utama, yaitu

Antartika & lantai lautan sekitarnya, Amerika & lantai

Atlantik bagian barat, lantai Pasifik, Hindia, Afrika &

lantai Atlantik bagian timur, Eurasia & lantai lautan

sekitarnya

Topographic feature Width Depth Characteristics Continental margins :

Shelf > 300 km 150 – 200 m

Slope 20 – 100 km from 200 to 2000 m Often furrowed by canyons. Slopes 1 in 40

Rise > 300 km from 2000 to 5000 m Slopes 1 in 700 to 1 in 1000

Trench 600 to 11,000 m There are 26 trenches in the world ocean :

•

3 in the Atlantic Ocean

•

1 in the Indian Ocean

•

22 in the Pacific Ocean

Deep sea basins about 5000 m

Abyssal Plains extremely flat, sediment-filled

Abyssal Hills Rise from the plains up to 1000 m

Mid-ocean ridge: Interconnected mountain system

> 400 km Rises to 3000 – 1000 m

Central rift valley 20 – 50 km cuts 1000 – 3000 m deep into the ridge system

SEDIMEN

Material fragmental yg terjd dr penghancuran

_{batuan & bhn organik yg terendapkan oleh}

tenaga air, angin atau es

definisi

Sumber

Batuan

Organisme hidup

Laut

Melalui proses cuaca,

air, pembekuan, mis.

batu pasir, gamping,

lempung dll

Melalui proses biologi,

berupa sisa-sisa

cangkang dasar laut,

batu karang dll

Melalui proses kimia,

karbonat, fosfor &

mangan nodul

disebut

lithogenous sedimen

disebut

biogenous sedimen

disebut

hydrogenous sedimen

Siklus sedimen Î tipe siklus materi dimana elemen atau berbagai elemen

dilepaskan dr batuan oleh proses pelapukan selanjutnya mengikuti gerakan

air mengalir baik didlm larutan maupun didlm sedimen sampai ke laut dan

akhirnya berubah menjadi batuan

Mangan nodul Î endapan sedimen laut dalam yang tersusun atas kandungan

oksida besi, mangan, tembaga dan nikel

Klasifikasi ukuran partikel sedimen

DESKRIPSI KISARAN DIAMETER (mm)

Boulder > 256

Gravel Cobble 64 – 256

Pebble 4 – 64

Granule 2 – 4

Very coarse sand 1 – 2

Coarse sand 0.5 – 1

Sand Medium sand 0.25 – 0.5

Fine sand 0.125 – 0.25 Very fine sand 0.0625 – 0.125

Mud Silt 0.0039 – 0.0625

AIR

Fluida yg unik yaitu fluida yg incopressible & medium yg kontinum; terdiri dr unsur H & O yg membentuk gugus senyawa sederhana H2O

Atom H & O terikat scr kovalen asimetris satu dgn lain. Atom H yg memiliki muatan lbh bsr cenderung menarik elektron pd H ke pusat intinya sehingga menyebabkan sedikit muatan negatif di O & positif di H. Proses pemisahan muatan menghslkan suatu molekul polar. Ikatan H2O yg asimetris tersebut

membentuk suatu sudut tumpul 1050_{dgn jarak dr pusat atom O ke atom H}

0.96 x 10-8 cm (0.96 A, angstrom), menghslkan gerak brown (resonansi) shg terjadi gel. listrik (electrical dipole moment) yg menyebabkan sifat polar Nybakken (1997) : sifat polar berakibat posisi H yg positif menarik posisi O negatif suatu molekul air yg lain shg terbentuk suatu ikatan yg disebut ikatan hidrogen (hydrogen bounding). Ikatan ini sangat lemah (6%) dibanding ikatan kovalen H2O sendiri sehingga mudah lepas & terbentuk kembali. Proses

pemisahan & pembentukan itu menyebabkan terjadinya sifat anomali air Sifat unik air a.l. air sbg pelarut universal shg mudah terakumulasi material baik kimia maupun fisika. Air memiliki kerapatan (massa/satuan volume) yg aneh shg BJ maks air murni adlh 40_{C, kenaikan & penurunan suhu berakibat}

kerapatan menurun shg pada 00_{C air membeku & mengapung diatas air}

AIR LAUT DAN AIR TAWAR

Salt water

Fresh water

Air tawar + garam-garam

Air tawar = air murni

Air :

•

Menakjubkan di alam

•

Peradapan manusia tergantung keunikan sifat air

•

Status air Îberada pada 3 sifat sekaligus (uap air, cair, beku/es)

•

Volume air laut 1.372 x 10

6

_km

3

_{; air tawar 334.000 km}

3

sungai 1.372 x 106_km3 uap 334.000 km3 99.000 km3 curah hujan

SIFAT FISIK DAN KIMIA AIR MURNI

Air memiliki konstanta dielektrik (

ε

) yg tertinggi dr seluruh cairan.

Konstanta dielektrik : suatu angka yg menyatakan seberapa lbh kecil

intensitas listrik pd ruang yg diisi dielektrik dibanding dgn ruang

hampa (tanpa dielektrik) bila medan listrik yg sama tersedia

1

ε

air besar krn keabnormalan struktur mol H

2

O (2 atom H + atom O)

2

Dipole moment kuat Îmengakibatkan gaya interaksi yg kuat antara

molekul air sendiri Îasosiasi kuat antara molekul Îmenghasilkan

formasi grup molekul

Struktur asimetri (pergeseran muatan listrik) menghasilkan dipole moment yg

kuat. Dipole moment adlh hasil kali muatan dgn jarak dr pusat muatan

Dipole moment yg kuat + ukuran molekul air yg kecil menghasilkan konstanta

dielektrik yg besar.

Hukum Coulomb : gaya tarik menarik/tolak menolak antara 2 muatan

(e & e; e

1

_{& e}

1

₎

Resultan F (gaya tarik) = 1/

ε

x ee

1

_{/r, bila konstanta dielektrik tinggi maka}

resultan F akan kecil. Air dgn konstanta dielektrik yang tinggi mempunyai

kekuatan yg besar untuk memisahkan 2 muatan yg berlawanan (great

dissociative power) shg menghasilkan daya larut yg besar jg, oleh karena itu

air merupakan pelarut yg baik/kuat

Dipole moment kuat menghasilkan formasi molekul yg bersifat polimerisasi,

yaitu 2, 3 atau lebih H

2

O yg membentuk grup/formasi shg secara umum kita

mengenal monohedral, dihedral, trihedral, tetrahedral dll

Adanya polimerisasi berakibat sifat fisika dr air mjd unik. Perbandingan antara

jlh grup polimer dlm air tergantung : suhu, keadaan sebelumnya & faktor lain.

Bila suhu tinggi mk tingkat polimerisasi turun. Akibat polimerisasi & great

dissociative power tersebut maka sifat air berbeda dgn cairan lain dalam hal

viskositas (sifat cairan utk menahan gerakan obyek yg melaluinya, gr/cm/dtk),

tegangan permukaan (surface tension), panas jenis (spesific heat), panas laten

penguapan (latent heat of evaporation), titik beku & titik didih (freezing and

boiling point)

Susunan polimerisasi :

i. Struktur tetrahedral (bila vol max maka

ρ min)

ii. Kisi-kisi terali

Dlm polimerisasi, bila suhu tinggi maka distribusi ketiga bentuk air tersebut

bergeser sedemikian rupa dimana cenderung dr bentuk (i) mjd bentuk (iii) yg

lebih banyak

Bila suhu tinggi maka terjadi pemuaian shg bentuk air saling tumpang tindih,

tetapi pd suhu tertentu terjadi efek lain yg berlawanan dr equilibrium 3 bentuk

polimerisasi tsb.

Pada suhu 4

o

C bentuk (iii) yg dominan dgn ρ max. Bila suhu turun dgn ρ max

maka bentuk (i) mulai mengisi ruangan hingga suhu mencapai 0

o

C mk bentuk

(i) menjadi dominan hingga terjadilah pembekuan

Pada es, bentuk (i); air yg mengalami pembekuan, didapatkan ruang kosong

di dalamnya dimana vol max dgn ρ min sehingga membuat es dpt mengapung

di dalam air

Lapisan es tipis 7o_C 3o_C ρ max 4o_C densitas _tinggi 8 o_C densitas rendah

SURFACE TENSION

Gaya tarik menarik antara molekul-molekul air di permukaan sebuah massa air, mis. ambang batas (interface) udara-laut menimbulkan ‘kulit’ molekular yg fleksibel di atas permukaan air

Fenomena tegangan permukaan dpt teramati dlm pengisian sebuah kontainer dgn air yg meluap hingga ke pinggir, akan tampak bhw air akan tertumpuk di pinggir membentuk permukaan cembung yg menunjukkan ambang-batas air dengan atmosfer. Water drops juga merup. manifestasi dari tegangan permukaan. Fenomena tsb hsl kecenderungan molekul air utk menarik molekul lainnya or melekat (to cohere) di permukaan air. Karena kecenderungan kohesi tsb, dimungkinkan bagi obyek-obyek yg lebih berat dari air utk mengapung. Pisau cukur yg diletakkan dgn hati-hati diatas air dpt mengapung, meski secara normal densitasnya lima kali lbh berat drpd air. Bbrp insekta, mis. water strider (seekor insekta laut : yg berarti benda padat) juga menggunakan permukaan air untuk bergerak di atasnya. Tegangan permukaan tergantung pada suhu & meningkat sesuai dgn penurunan suhu (Sumich, 1992)

gambaran umum

Tegangan permukaan air murni dibandingkan dgn cairan yg lain adlh yg tertinggi, yakni sebesar 7.2 x 10-9 _{N m}-1 _{(≈ 73 dyne cm}-1_{). Tegangan permukaan ini secara fisika berperan}

dalam mengontrol “drops formation” serta sifat-sifatnya, disamping mengendalikan fenomena permukaan seperti gelombang kapilar (capilarry waves), sedangkan secara biologis tegangan permukaan penting dalam fisiologi sel biota di laut (Nybakken, 1988)

Krummel (1970) menentukan tegangan permukaan utk ambang batas air laut – udara. Hasil yg diperoleh menunjukkan bhw tegangan permukaan nilainya menurun sesuai dgn meningkatnya suhu & menurunnya salinitas.

Fleming & Revelle (1939), berdasarkan metode penentuan yg lebih akurat menemukan hubungan empiris antara tegangan permukaan, suhu & khlorinitas, yaitu :

Tegangan permukaan (dyne cm-1_{) = 75.64 – 0.144 t + 0.0399 Cl}

Hubungan formulatif tsb dpt berubah dgn adanya kotoran di permukaan laut

Tegangan permukaan merupakan perwujudan keberadaan ikatan hidrogen. Keberadaan ikatan tsb menyebabkan molekul-molekul air yg berada di lapisan permukaan tertarik dgn kuat ke molekul-molekul air yg berada dibawahnya. Udara diatas permukaan memp. densitas molekul yg amat rendah dibandingkan dgn air sendiri, meskipun molekul air tertarik ke molekul zat lainnya, gaya tarik ikatan hidrogen membantu mempertahankan molekul-molekul air di lapisan permukaan

SPESIFIC HEAT

Panas jenis suatu zat adlh jlh bahang yg dibutuhkan utk menaikan suhu 1 gram zat sebesar 1o _{C (kal g}-1 o_C-1_{). Panas jenis air murni bila}

dibandingkan dgn semua zat padat & zat cair adlh yg tertinggi, kecuali air raksa. Sifat panas jenis yg tinggi di laut berperan dalam menjaga perub. kisaran suhu yg ekstrim (Brown, Joan et al., 1989) definisi

Panas jenis air laut pada tekanan cp yg konstan tergantung suhu, salinitas dan tekanan.

Thoulet & Chevallier (1889) dalam Neumann & Pierson (1966) memperoleh nilai pertama cp utk jenis densitas (salinitas) air laut pada suhu 17,5o C & pada tekanan atmosfer.

Sampai sekarang, hasil tersebut tetap digunakan, dihitung kembali & disajikan dengan beragam cara yg berbeda dgn asumsi bhw ketergantungan suhu di air laut sama dgn ketergantungan suhu di air tawar

Neumann & Pierson (1966) jg mencatat efek tekanan thd panas jenis yg dihitung oleh Ekman (1914) serta Cox & Smith (1959). Ekman menentukan pengaruh tekanan terhadap panas jenis dari persamaan :

dcp/dρ = - T (dβ/dt + β2)

dimana T (suhu absolut, 273o _{+ t}o_{C), J (equivalen mekanika panas), β (koefisien ekspansi}

Cox & Smith menentukan panas jenis air laut pd tekanan atmosfer dgn suhu –2o_{C – 30}o_C

& salinitas 0 ‰ – 40 ‰. Hasilnya menunjukkan bhw nilai-nilai yg lebih lama mengalami kesalahan serius. Sbg misal, pada kisaran –2o_{C – 30}o_{C, panas jenis akan menurun bila}

suhunya dinaikkan. Efek yg sama jg teramati di air laut yg bersalinitas & bersuhu rendah. Bila salinitas lebih tinggi dari 20 ‰ atau 25 ‰ pengaruh suhu justru sebaliknya dan cρ meningkat sesuai dgn naiknya suhu.

Panas jenis dgn volume konstan cν diperoleh dari cρ melalui persamaan termodinamika berikut :

cν = cρ - Tβ2_/ρKJ

dimana K (koefisien kompresibilitas nyata air laut). Perbandingan cν/cρ pada salinitas

LATENT HEAT OF EVAPORATION

pengertian

Panas laten yg dibebaskan selama perubahan dr keadaan cair ke gas, atau panas laten yg diserap dlm perubahan kondisi gas ke cair

Panas laten : jlh panas yg diperlukan utk mencairkan suatu massa zat pada titik cair. Satuan panas laten yaitu Joule/kg atau kalori/g.

Contoh panas laten fusi air 3.33 x 105 _{J/kg; panas laten evaporasi air 2.25 x 10}6 _J/kg

Panas laten fusi : panas laten yang dibebaskan selama pencairan zat atau yang diserap selama proses pembekuan

Kata “laten” (latent) dlm menggambarkan bahang penguapan & pencairan mjd penting krn bahang yg hrs ditambahkan kpd massa es atau air utk mengubah bentuknya mjd lbh tinggi, yakni air atau uap air, ditahan sbg cadangan atau ‘tersembunyi’ (hidden) dlm massa air atau massa uap air tsb. Ketika uap air kembali mjd air, yakni mengembun, mk bahang dilepaskan memasuki udara sekelilingnya. Pelepasan bahang juga terjadi saat pembekuan air (freezing water), yg menunjukkan perubahan fase dari cair mjd padat. Selama kondensasi & pembekuan, jlh bahang yg sama – yg dibutuhkan utk mengubah fase air tsb dari cairan mjd gas atau dari padat mjd cairan – dilepaskan

Keperluan Energi dalam Evaporasi Air

Suhu air

(

o

C)

Keperluan Kalori

(per gram air)

0

596.0

10

590.8

20

585.6

30

580.4

40

575.2

50

568.5

60

563.2

70

557.5

80

551.7

90

545.8

100

539.5

110

532.9

120

525.7

Penerapan praktis prinsip transfer bahang dapat dilihat dlm penggunaan es dlm lemari es. Sebuah bongkah es diset dlm suatu wadah tertutup diantara “food articles” akan menurunkan suhunya krn energi bahang diserap dari “food articles” & ditambahkan ke molekul-molekul es untuk mengubah fasenya menjadi cair ketika es meleleh. Prinsip pendinginan udara juga sama : di daerah beriklim panas, udara kering yang panas dilewatkan melalui permukaan yg dilapisi dgn air, akan kehilangan bahang ke air. Air diubah mjd uap. Selanjutnya setelah melewati atau melintasi udara yang menyelimuti permukaan, maka udara menjadi lebih dingin

Mengapa dibutuhkan lbh byk energi utk mengubah 1 gram air mjd uap air daripada yg dibutuhkan utk mengubah 1 gram es menjadi air? Pertama haruslah ditinjau bhw gas

merup. zat dimana molekul-molekulnya bergerak secara random, bebas dari pengaruh molekul-molekul lain, kecuali ketika molekul-molekul itu bertabrakan. Untuk membuat perubahan dari es mjd air, tdk semua ikatan hidrogen harus dipecahkan, tetapi hanya cukup memberi kebebasan bergerak diantara jenis-jenis cluster es yg ada & molekul-molekul individual yg juga berada dlm sistem. Sedangkan untuk mengubah air menjadi uap air, setiap molekul harus dibebaskan dari gaya tarik molekul-molekul air lainnya. Karena itu, setiap ikatan hidrogen harus dipecahkan & itu berarti dibutuhkan energi bahang yang amat besar

Signifikansi siklus evaporasi – kondensasi thd suhu-suhu permukaan bumi dpt terlihat dgn cepat. Evaporasi memindahkan energi bahang yang diberikan oleh matahari dan menyimpannya di laut. Energi tersebut dibawa memasuki atmosfer sebagai uap air yg naik & dilepaskan disana ketika uap mengembun & jatuh sebagai presipitasi (: partikel-partikel air dlm bentuk cair maupun padat yg jatuh dr atmosfer & mencapai permukaan bumi, disebut juga curah hujan)

Garam sebagian besar didapatkan dlm air laut. Daerah evaporasi banyak terdapat pada daerah pesisir, dimana banyak digunakan cahaya matahari sebagai energi utk proses evaporasi. Evaporasi yg terjadi pada air asin merup. proses pengontrolan pada laut, dimana sodium klorida atau komponen garam-garam lain yg diperlukan dalam bentuk yg berlainan. Garam yg terdapat dilaut digunakan untuk mengekstrak bentuk MgSO₄ & CaCO₃ (Gross, 1990)

Pertumbuhan suatu kota pada daerah yang gersang memerlukan air laut sbg sumber yg penting bagi penurunan panas. Salah satu contoh sederhana adlh utk mengurangi akibat dari adanya rumah kaca. Evaporasi dari suatu lautan terjadi ketika matahari bersinar & kondensasi terjd di waktu malam hari pada permukaan yg dingin. Akibat hal tsb terjadilah kelembaban shg pd daerah tropis tumb. dpt berkembang dgn suburnya

Privett (1960) dalam Baumgartner & Reichel (1975) menghitung evaporasi (Es) dalam

bentuk sederhana, yaitu :

Es = 0.00587 (Ew – Ea) v

dimana Es (evaporasi lautan, cm/hari), Ew (tekanan uap air dlm keadaan jenuh, mb),

Ea (tekanan uap air di udara, mb) & v (kecepatan angin, knots)

Berdasarkan formula tsb didapatkan nilai Es adlh 1390 mm pd lautan yg terletak antara

FREEZING AND BOILING POINT

Gaya intermolekular, dikenal sbg gaya van der Waals, akan mjd signifikan hanya ketika molekul-molekul sangat berdekatan satu dengan yang lain, seperti yang terdapat pada benda dalam bentuk padat atau cair. Secara umum bila molekul-molekul yang ada lebih berat, gaya tarik van der Waals yg terjadi di antara dua molekul campuran lebih besar. Karena itu, dengan peningkatan berat molekul, jumlah energi yg lbh besar dibutuhkan utk mengatasi gaya tarik tersebut & mendorong terjadinya perubahan fase, katakanlah dari padat menjadi cair atau dari cair menjadi gas. Konsekuensinya, titik cair atau titik didih campuran secara umum meningkat bila berat molekulnya bertambah

Perbandingan sifat air dan campuran dari komposisi yang sama yang terdiri dari dua atom hidrogen & satu atom unsur yg lain, yakni H2S, H2Se dan H2Te. Berat campuran

dari empat molekul adalah H2O [18], H2S [34], H2Se [80] dan H2Te [129]. Prediksi dalam

pembahasan gaya van der Waals, yaitu titik beku & titik didih utk H2S, H2Se dan H2Te

meningkat dgn bertambahnya berat molekul. Bila H2O dilibatkan dlm skala, titik beku

& titik didih menjadi –90o _{C dan –68}o _{C. Dalam kenyataan air membeku pada suhu 0}o _C

& mendidih pada suhu 100o _{C shg tampak terjadi pelanggaran aturan alam. Selain itu}

terlihat pula signifikansi yg sangat besar dr kutub alami molekul air & ikatan hidrogen yg menyusun strukturnya. Titik beku & titik didih air yg tinggi merupakan manifestasi dari penambahan energi kinetik yg dibutuhkan guna mengatasi bukan hanya gaya van der Waals namun jg ikatan hidrogen utk mencapai suatu perubahan status

Di lautan terbuka, salinitas berkisar 34 – 38‰ (rata-rata 35‰). Di laut yang dekat dgn daratan, nilai salinitas rendah krn adanya masukan air tawar yg berasal dari daratan sekitar. Tetapi bila evaporasi tinggi & run off jg tinggi maka nilai salinitas akan tinggi (~ 40‰). Unit salinitas dinyatakan dgn gr/kg or 1/1000, shg dikenal satuan ‰ (permil), satuan lainnya adalah PSU (practical salinity unit) yang diukur dengan alat CTD

(Conductivity Temperature Deep)

MAJOR CONSTITUENT

Perbandingan relatif dr major constituent bersifat relatif konstan, sehingga mudah utk mengetahui waktu geologinya, yaitu percampuran yg baik dari air laut pada suatu lautan ataupun antar lautan

Naiknya konsentrasi garam (salinitas) berhubungan erat dgn evaporasi, sedangkan turunnya salinitas berkaitan dgn dilusi (presipitasi + runoff)

Major constituent tdk berlaku pada air payau krn pd air payau yg dominan adalah air sungai, dimana komposisi pembentuk air tawar berbeda dgn air laut

Salah satu cara menentukan salinitas dgn metode Mohr, teknik titrasi, dimana kita cukup mengukur kadar salah satu major constituent yaitu Cl– :

SALINITAS

definisi Jlh total garam yg dinyatakan dlm gr yg terdpt dlm satu kg air laut, dengan asumsi semua karbonat teroksidasi, tara brom dan yod dihitung sbg tara klor & semua zat organik teroksidasi

Adanya penguapan, presipitasi serta pembentukan & pencairan es akan menyebabkan perbedaan densitas, yg selanjutnya menghasilkan gradien tekanan mendatar dimana menimbulkan adanya arus

Dalam 1 kg air laut terdapat ± 35 gram garam terlarut, konsentrasi tsb dinyatakan sbg 35 ppt or 35 ‰. Dalam oseanografi terdapat 2 metode utk menentukan salinitas, yaitu salinitas absolut dan salinitas praktis

berbeda

Salinitas absolut : salinitas yg ditentukan dgn metode/rumus sbb Salinitas = 1.80655 x klorinitas

Salinitas praktis : salinitas yg ditentukan berdsrkan pengukuran konduktivitas listrik air laut. Prinsipnya adlh berdsrkan perbandingan konduktivitas listrik K15 sampai air

laut pd suhu 15o_{C & tekanan satu standar atmosfer dgn larutan potasium klorida (KCl)}

dimana fraksi massa KCl adlh 32.4356 x 10–3 _{pada suhu & tekanan yg sama}

Salinometer : tipe hidrometer yg diturunkan kedlm air utk mengetahui kadar salinitas melalui pengukuran konduktivitasnya

Unsur

Kandungan (gr/kg)

Klorida

19,353

Sodium (Natrium)

10,760

Sulfat

2,712

Magnesium

1,294

Kalsium

0,413

Potasium (Kalium)

0.387

Bikarbonat

0,142

Bromida

0,067

Strontium

0,008

Jumlah total

35,136

Sumber : Horne (1969) dalam Bhat (1978)

SUHU AIR LAUT

faktor

•

Curah hujan

•

Penguapan

•

Kelembaban udara

•

Suhu udara

•

Kecepatan angin

•

Intensitas radiasi matahari Sebaran

menegak

Lapisan epilimnion (hangat/homogen) : terletak pd bgn atas dimana terjd perub. lapisan suhu secara perlahan. Lapisan ini sering dipengaruhi oleh angin yang bertiup pd permukaan perairan, akibatnya percampuran massa air dgn lapisan yg berada dibwhnya selalu terjd. Proses pengadukan akan meratakan sebaran suhu yg menciptakan lapisan yg homogen. Tebal lapisan tergantung lamanya & kecepatan angin yg bertiup saat itu di permukaan perairan

Lapisan termoklin (pegat) : suatu lapisan dimana mengalami perub. suhu sangat cepat terhadap kedlman. Di lapisan ini terjd perub. suhu air sedikitnya 0.1o_{C pd}

setiap kedlman 1 m. Air di lapisan ini tidak sempat mengalami perub. suhu shg menyebabkan terjdnya perbedaan suhu yg cukup bsr dgn lapisan diatasnya. Perub. suhu ini mengakibatkan pula adanya perub. densitas, shg membentuk suatu lapisan yg sangat stabil & lapisan ini berperan sbg pembatas thd sebaran menegak sifat fisik dr lapisan permukaan & lapisan dibawahnya

Lapisan hipolimnion : lapisan dingin yg terletak di bgn bawah, dimana suhu air konstan sebesar 4oC

1

2

DENSITAS

•

_•

Densitas insitu (sigma-t, _{Densitas potensial (sigma-theta)}

σ

t)

definisi

Massa per satuan volume sebuah zat. Dlm sistem metrik satuan densitas adlh kg/m–3_.

Densitas air laut (ρ) yaitu fungsi dr salinitas, suhu & tekanan or kedlman (ρ = ρS,T,P),

dimana S = salinity, T = temperature & P = pressure. Utk air laut pada S = 35, T = 10o_C,

pada standar tekanan atmosfer P = 101,325 kPa (yaitu pd tekanan hidrostatik nol) maka nilai ρ35,10,0 = 1026,97 kg/m3. Oseanografer umumnya menulis densitas dgn simbol σ

(sigma), dimana σ =

ρ

– 1000. Mk dlm sistem tsb densitas 1026,97 kg/ m–3 _{ditulis 26,51} ρ = m/v

Densities of Common Materials

Materials

Density (g/cm

3

₎

Ice (pure) 0

o

_C

_0.917

Water (pure) 0

o

C

0.99987

Water (pure) 3.98

o

C

1.0000

Water (pure) 20

o

C

0.99823

White pine wood

0.35 – 0.50

Olive oil 15

o

_C

_0.918

Ethyl alcohol 0

o

_C

_0.791

Seawater 4

o

_{C, 35‰}

_1.0278

Steel

7.60 – 7.80

Lead

11.347

Mercury

13.6

Bila

σ

₀ adlh nilai (

ρ

0,t,0 – 1) 1000 (bentuk sederhana dr penulisan densitas ρ0,t,0 yaitu

densitas yg tergantung pd salinitas) mk didptkan hubungan sbb :

σ

0 = - 0.093 + 0.8149S – 0.000482S2 + 0.0000068S3 ………..(1)

Pengaruh suhu thd σ0 diakibatkan pengaruh pemuaian air laut, dimana pertama kali

ditetapkan oleh Forch (1902) dalam Neumann & Pierson (1966) dgn rumus sbb:

σ

t = σ0 – D ………..(2)

dgn D sbg besaran yg menyatakan pengaruh suhu yg hrs diterapkan pada σ0.

Fungsi kebalikan nilai densitas, αs,t,p = 1/

ρ

s,t,p dinamakan volume spesifik insitu. Nilai

α

s,t,p diperlukan dlm menghitung sebaran tekanan di laut yg selanjutnya dpt

menentukan kedlman dinamik perairan tsb. Dlm menghindari penulisan angka desimal shg lbh praktis, volume spesifik insitu ditulis mjd αs,t,p = α35,0,p + δ, dimana nilai α35,0,p

adlh volume spesifik saat salinitas konstan (S = 35‰, t = 0o_{C & tekanan p). Jika nilai}

α

s,t,p dan α35,0,p didptkan maka anomali volume spesifik (δ) dpt dihitung pula shg utk

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI WARNA AIR LAUT

A. Selective scattering (hamburan selektif)

™ Hamburan terjadi ketika cahaya matahari yg datang ke permukaan laut di difusi-refleksi & refraksi. Ini disebabkan oleh sbgn molekul air & bahan kekeruhan (mis. debu, asap, dsbnya) pada air. Sbgn lagi dari cahaya matahari tsb yg dihamburkan pantulannya mencapai permukaan bumi melalui radiasi difusi dari langit.

™ Hamburan selektif adlh suatu fenomena dimana air laut terlihat kebiruan, yaitu disebabkan didlm spektrum cahaya warna biru adlh warna yg paling byk dihamburkan oleh molekul air. Akibatnya warna biru adlh yg lbh byk dipancarkan oleh air di bawah permukaannya.

™ Hamburan selektif & absorbsi mempengaruhi komposisi spektral underlight yg mana ini akan menentukan warna laut yg kita lihat sebenarnya.

™ Dlm suatu air murni intensitas maksimum pjg gelombang kira-kira 0,47 µ bila tdk berawan & sedikit lbh pjg bila langit mendung. Di lautan nilai intensitas maksimum 0,477 µ, pjg gelombang ini sama dgn skala Forel 0. Air laut terlihat biru pada kedlman antara 50 – 60 meter.

™ Hamburan cahaya oleh adanya efek Tyndall dpt dilihat lgsg oleh seseorang bila ia berada pd garis edar cahaya. Hamburan cahaya dlm air murni berbeda dgn hamburan di atmosfer, dimana hamburan tsb disebabkan lsng oleh molekul air. Pergerakan molekul ini dikrnkan fluktuasi densitas kecil, tdk homogen optik tsb dlm air & variasi refraksi cahaya yg tdk tentu pd besarnya molekul ruang.

B. Absorbsi Alami

™ Ini terjadi ketika sinar matahari yg datang sebagian besar diserap oleh karbondioksida, uap air & ozon di atmosfer. Absorbsi mengakibatkan energi cahaya yg datang berkurang kekuatannya sehingga saat mencapai permukaan lautan & daratan dapat dimanfaatkan oleh makhluk hidup. Cahaya yg tiba di permukaan lautan dilanjutkan oleh proses hamburan selektif.

C. Yellow Substances (zat kuning)

™ Zat kuning dihasilkan dari percampuran baha-bahan organik terlarut di perairan. Bahan-bahan organik tsb berasal dari dekomposisi jaringan tumbuhan yg menyebabkan perairan daratan berwarna kuning-coklat, sedangkan di laut zat tsb dihasilkan oleh proses metabolisme plankton. Selama proses dekomposisi jaringan tumbuhan, material-material organik akan terurai menjadi CO2, nitrogen, belerang, fosfor & kompleks zat-zat humus. Selanjutnya zat-zat kuning tsb terbawa ke laut oleh aliran sungai. Zat kuning disebut juga Gelbstoff atau gilvin.

D. Discoloring

™ Kebanyakan terjadi di perairan dekat pantai dimana banyaknya aliran air masuk dari sungai setelah hujan lebat yang membawa partikel mineral tersuspensi. Discoloring terjadi secara temporer ataupun lokal saja. Misalnya Red Sea (Laut Merah), di laut ini bukannya air lautnya berwarna merah melainkan adanya blooming plankton (dinoflagellates) yg berwarna merah atau merah-coklat. Akibat inilah maka sewaktu kita melihat air laut seolah-olah berwarna merah.

TUGAS

Buatlah ringkasan tentang : Karakteristik Massa Air Pada

Perairan Lintasan ARLINDO

Aturan penulisan :

¾ Diketik dengan huruf Times New Roman 12, berjarak 2 spasi di kertas kuarto (A4);

¾ Margin atas 4 cm, kiri 4 cm, kanan 3 cm, bawah 3 cm, footer 2 cm, dengan diberi halaman;

¾ Isi penulisan tidak kurang dari 5 halaman dan tidak melebihi dari 10 halaman;

¾ Penulisan hanya menyertakan gambar, tabel, pustaka, & daftar singkatan, tidak ada hal lainnya selain ketentuan diatas;

¾ Tugas dikumpulkan tanggal ..., tidak lebih dari jam 10.00 WIB;

¾ Tugas tidak perlu dijilid, tetapi cover depan ditulis seragam dengan huruf Arial, besar huruf disesuaikan (terlampir).

TUGAS MATA KULIAH

PENGANTAR OSEANOGRAFI

JUDUL TUGAS

Oleh

………..

……….. (NIM)

PROGRAM STUDI MSP/BP

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS PALANGKARAYA

... (Tahun)

UJIAN TENGAH SEMESTER

Aturan penulisan :

¾ Diketik dengan huruf Times New Roman 12, berjarak 2 spasi di kertas kuarto (A4);

¾ Margin atas 4 cm, kiri 4 cm, kanan 3 cm, bawah 3 cm, footer 2 cm, dengan diberi halaman;

¾ Jawaban dikumpulkan tanggal ..., tidak lebih dari jam 10.00 WIB;

¾ Jawaban UTS diberi cover depan yang ditulis seragam dengan huruf Arial, besar huruf disesuaikan (terlampir).

Soal :

1. Jelaskan sejarah terciptanya ilmu oseanografi.

2. Bagaimana terjadinya dasar laut (ocean basin), jelaskan!

3. Keanehan sifat fisik-kimia air murni adalah karena mempunyai konstanta dielektrik (ε) yang tinggi. (a) Jelaskan apa arti konstanta dielektrik (ε); (b) Mengapa konstanta dielektrik (ε) air sangat tinggi; (c) Jelaskan hubungan konstanta dielektrik (ε) air yang tinggi sehingga air menjadi pelarut yang baik.

4. Intensitas sinar tampak (cahaya) yang masuk ke dalam kolom air melalui permukaan akan menurun sehingga mengakibatkan perubahan warna pada air laut, jelaskan prosesnya!

5. Bagaimana fenomena terjadinya upwelling, jelaskan!

JAWABAN UJIAN TENGAH SEMESTER

MATA KULIAH PENGANTAR OSEANOGRAFI

Dosen Pengasuh

ANANG NAJAMUDDIN, S.Pi, M.Si

Oleh

………..

……….. (NIM)

PROGRAM STUDI MSP/BP

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS PALANGKARAYA

... (Tahun)