MAKALAH IPBA
“STRUKTUR BUMI MELIPUTI ATMOSFER
DAN HIDROSFER”
NAMA KELOMPOK:
AZKA AZZAHRA ARISTIORINI LINA SILALAHI
MURTIKASARI RIRIS SARASWATI
Pendahuluan
Bumi telah terbentuk sekitar 4,6 milyar tahun yang lalu. Bumi merupakan planet dengan urutan ketiga dari sembilan planet yang dekat dengan matahari. Jarak bumi dengan matahari sekitar 150 juta km, berbentuk bulat dengan radius ± 6.370 km. Bumi merupakan satu-satunya planet yang dapat dihuni oleh berbagai jenis mahluk hidup. Permukaan bumi terdiri dari daratan dan lautan.
Seperti halnya kebanyakan benda langit, Bumi berbentuk bola, meskipun agak pepat pada kedua kutubnya. Kepepatan itu akibat gerak rotasi mengelilingi sumbunya. Oleh karena itu, jarak pusat Bumi terhadap khatulistiwa lebih panjang daripada terhadap kutubnya. Panjang diameter pada khatulistiwa = 12.762 km, sedangkan panjang diameter pada kutub = 12.306 km. Diameter rata-rata Bumi = 12.784 km. Berat jenis Bumi adalah 5.5, sedangkan beratnya adalah 6,6 x 102' ton. Bumi diselimuti oleh gas yang disebut atmosfer. Pada permukaan Bumi terdapat lapisan air yang disebut hidrosfer. Bagian Bumi yang padat terdiri atas kulit (kerak) atau lithosfer, dan bagian inti yang disebut centrosfer.
Secara struktur, lapisan bumi dibagi menjadi tiga bagian, yaitu sebagai berikut : 1. Kerak bumi (crush) merupakan kulit bumi bagian luar (permukaan bumi). Tebal
lapisan kerak bumi mencapai 70 km dan merupakan lapisan batuan yang terdiri dari batu-batuan basa dan masam. Lapisan ini menjadi tempat tinggal bagi seluruh mahluk hidup. Suhu di bagian bawah kerak bumi mencapai 1.100oC.
Lapisan kerak bumi dan bagian di bawahnya hingga kedalaman 100 km dinamakan litosfer.
3. Inti bumi (core), yang terdiri dari material cair, dengan penyusun utama logam besi (90%), nikel (8%), dan lain-lain yang terdapat pada kedalaman 2900 – 5200 km. Lapisan ini dibedakan menjadi lapisan inti luar dan lapisan inti dalam. Lapisan inti luar tebalnya sekitar 2.000 km dan terdiri atas besi cair yang suhunya mencapai 2.200oC. inti dalam merupakan pusat bumi berbentuk bola
dengan diameter sekitar 2.700 km. Inti dalam ini terdiri dari nikel dan besi yang suhunya mencapai4.500oC.
Pembahasan 1. Atmosfer
Atmosfer berasal dari dua kata Yunani yaitu atmos berarti uap dan sphaira berarti bulatan, jadi atmosfer adalah lapisan gas yang menyelubungi bulatan bumi. Atmosfer bumi mempunyai ketebalan sekitar 1000 km yang dibagi menjadi lapisan-lapisan berdasarkan profil temperatur, komposisi atmosfer, sifat radioelektrik dan lain-lain. Karena sebaran panas tidak sama di dalam atmosfer, maka terjadi gejala-gejala cuaca yaitu dari angin lemah sampai sangat kencang di dalam badai atau siklon, dari cuaca cerah, cuaca berawan sampai hujan deras (shower). Kajian tentang deskripsi dan pemahaman fenomena atmosfer disebut Sains Atmosfer.
Berbagai pertimbangan yang menyebabkan ilmuwan tertarik mengkaji atmosfer bumi di antaranya adalah:
Atmosfer melindungi penghuni bumi dari radiasi gelombang pendek matahari yang sangat kuat. Jika tak ada atmosfer maka manusia, tumbuhan dan hewan akan menjadi debu berserakan.
Banyak gejala atmosfer yang menarik dan perlu dikaji, misalnya terjadinya awan dan hujan, badai guruh, badai tropis, perubahan iklim dan sebagainya.
Atmosfer sebagai bahan alam yang perlu dieksplorasi dan dieksploitasi, misalnya teknologi hujan buatan, memanfaatkan energi angin dan sebagainya.
Atmosfer sebagai media transportasi udara yang peka terhadap cuaca.
Awan cumulonimbus (cb) merupakan jalan maut bagi dunia penerbangan harus dihindari.
2. Komposisi Atmosfer
Gambar 1. Struktur Bumi Bagian Luar (Bayong, 2007)
Lapisan atmosfer merupakan campuran dari gas yang tidak tampak dan tidak berwarna. Empat gas, nitrogen, oksigen, argon dan karbondioksida meliputi hampir seratus persen dari volume udara kering, lihat tabel 1. Gas lain yang stabil adalah neon, helium, metana, kripton, hidrogen, xenon dan yang kurang stabil termasuk ozon dan radon juga terdapat di atmosfer dalam jumlah yang sangat kecil. Selain udara kering, lapisan atmosfer mengandung air dalam ketiga fasanya dan aerosol atmosfer.
Oleh karena itu, udara kering yang murni di alam tidak pernah ditemui karena 2 alasan, yakni adanya uap air di udara yang jumlahnya berubah-ubah dan selalu ada injeksi zat ke dalam udara, misalnya asap dan partikel debu. Udara seperti ini disebut udara alam.
Macam Gas N2 O2 Ar CO2 Total
Volume % 78,088 20,949 0,930 0,030 99,997
Massa % 75,527 23.143 1,282 0,045 99,997
Sampai pada ketinggian lebih dari 60 km, proporsi gas relatif masih tetap, kecuali fasa gas air (uap air). Sekitar 99% didominasi oleh gas nitrogen dan oksigen, dan yang paling banyak jumlahnya di atmosfer adalah nitrogen. Proporsi gas atmosfer berubah jika udara ditinjau bersama dengan komposisi uap airnya. Secara praktis, atmosfer dapat berada pada tempat yang langka uap air (kebasahan) dapat mencapai 4%. Meskipun berat molekuler uap air lebih kecil daripada berat molekuler beberapa gas lain, namun uap air ini berada dalam ketebalan beberapa kilometer atmosfer paling bawah. Hal ini dapat dimengerti bila disadari bahwa sumber uap air atmosferik secara langsung adalah lautan yang mencakup 70% luas permukaan bumi dan bahwa suhu udara di dalam troposfer sangat dingin sehingga air tak dapat mempertahankan wujudnya dalam bentuk gas. Air dalam atmosfer dapat berada dalam ketiga wujud (fasa).
Gambar 2. Perubahan Fasa Air
dijumpai di daerah industri yang lembap. Debu dapat menyerap, memantulkan dan menghamburkan radiasi yang datang. debu atmosferik dapat tersapu turun ke permukaan bumi oleh curah hujan, tetapi kemudian atmosfer dapat terisi partikel debu kembali.
Atmosfer juga mengandung jenis bahan yang bukan bagian dari komposisi gas. Beberapa jenis dari bahan ini adalah partikel garam, partikel debu dan tetes air. Bila uap air yaitu bagian dari udara natural (alam) berubah menjadi cair atau padat (partikel air dan es) maka partikel-partikel ini menjadi benda asing dalam atmosfer,dan menyebabkan awan, kabut, hujan, salju, embun atau batu es (hailstone). Perubahan wujud (fasa) uap air di udara sangat penting dalam menentukan kondisi cuaca.
3. Struktur Vertikal Atmosfer
Jika suhu dipakai sebagai dasar pembagian atmosfer, maka diperoleh lapisan troposfer, stratosfer, mesosfer dan termosfer (Gambar 3). Lapisan troposfer dan stratosfer dipisahkan dipisahkan oleh lapisan tropopause. Lapisan stratosfer dan mesosfer dibatasi oleh lapisan mesopause dan puncak termosfer disebut termopause.
Perubahan suhu udara di atmosfer secara vertikal (menurut ketinggian) berbeda-beda yang dapat dikelompokkan menjadi tiga hal. Perubahan subu (dT) terhadap ketinggian (dz) dinyatakan oleh dT/dz (Ery dan Jadfan, 2016).
a. 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.
Berdasarkan sifat perubahan suhu menurut ketinggian dari bawah ke atas, terdapat empat lapisan utama atmosfer sebagai berikut:
a. Troposfer dengan puncaknya tropopause. b. Stratosfer dengan puncaknya stratopause c. Mesosfer dengan puncaknya mesopause d. Termosfer
3.1 Troposfer
Beberapa ciri khas dari lapisan terbawah atmosfer ini diantaranya adalah: 1) Terdapat pada ketinggian mulai dari permukaan laut hingga ketinggian
8 km di daerah kutub dan 116 km di ekuator. Rata-rata ketinggian puncak troposfer seluruh dunia adalah 12 km.
2) Troposfer terdiri atas:
a. Lapisan planet air : 0-1 km b. Lapisan konveksi : 1-8 km c. Lapisan tropopause : 8-12 km
4) 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.
5) 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. Setelah terjadi pendinginan akhirnya berlangsung proses kondensasi, uap air berubah menjadi titik-titik air pembentuk awan, sedangkan panas latennya dilepas memasuki atmosfer dan menaiki suhunya.
6) 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.
7) Pada atmosfer normal, suhu troposfer berubah dari 15oC pada
permukaan laut menjadi -600C di puncak troposfer.
8) Tekanan dan kerapatan udara di permukaan laut masing-masing adalah 1013,2 mb dan 1,23 kg/m3. 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.
3.2 Stratosfer
Beberapa ciri khas lapisan ini adalah sebagai berikut:
3) Terdiri dari 3 wilayah yaitu:
a. Stratosfer bawah : 12-20 km daerah isotermis b. Stratosfer tengah : 20-35 km daerah inversi suhu
c. Stratosfer atas : 35-50 km di daerah inversi suhu yang kuat 4) Lapisan ini tidak mengalami turbulensi maupun sirkulensi.
5) Stratosfer merupakan lapisan atmosfer utama yang mengandung ozon (O3) tersebar dalam wilayah ketinggian 12-50 km.
6) Sifatnya labil, mudah terurai kembali secara mekanis melalui tumbukan dengan partikel lainnya.
7) Konsentrasi gas O3 tertinggi berada antara ketinggian 20-30 km yang
disebut lapisan ozonosfer.
3.3 Mesosfer
Lapisan atmosfer ketiga dari bawah ini memiliki beberapa ciri khas sebagai berikut:
1) Ketinggian mesosfer berada di 50-80 km.
2) Perubahan suhu terhadap ketinggian (dT/dz) adalah lapse rate.
3) Suhu udara sekitar -50C pada dasar lapisan hingga -950C 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.
3.4 Termosfer
Lapisan teratas atmosfer ini ditandai oleh beberapa ciri sebagai berikut: 1) Ketinggian lapisan mulai sekitar 80 km hingga batas yang sulit
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 inveri suhu.
4) Kisaran suhu dari -950C pada 80 km hingga -500C pada ketinggian 100
km, dan -380C pada ketinggian 110 km.
5) Lapisan tempat berlangsungnya proses ionisasi gas N2 dan O2, sehingga
lapisan termosfer sering disebut sebagai lapisan ionosfer. Diatas ketinggian 100 km, pengaruh radiasi uv dan sinar X makin kuat.
4. Hidrosfer
Lapisan air yang menyelubungi bumi disebut dengan hidrosfer. Air yang menyelubungi bumi dapat berupa air permukaan bumi, yang ada di bawah permukaan bumi dan yang ada di atas permukaan bumi. Air yang ada di permukaan bumi dapat berupa air sungai, air danau, air telaga dan air rawa. Air yang ada di bawah permukaan bumi dapat berupa air tanah preatis, air tanah artesis dan kelembaman tanah. Sedang air yang ada di atas permukaan tanah air berupa air meteorit (awan dan air hujan).
Jumlah air yang ada di bumi ini relatif tetap, namun sebarannya yang berubah-ubah. Keterdapatan air di bumi berkisar antara 1,3-1,4 milyar km3. Air tersebut terdiri atas
air laut (97,5%), salju dan es (1,75%), berupa air tawa 0,73% dan berupa air meteorit 0,001%. Air di bumi yang jumlahnya tetap ini senantiasa bergerak dalam suatu lingkaran peredaran yang disebut siklus hidrologi/siklus air atau juga disebut dengan daur hidrologi.
5. Siklus Hidrologi
b. Transpirasi, yaitu penguapan air dari makhluk hidup.
c. Evapotranspirasi, yaitu proses gabu-ngan antara evaporasi dan transpi-rasi.
d. Kondensasi, yaitu proses pengembu-nan uap air dalam membentuk awan. e. Presipitasi, yaitu proses awan
beru-bah menjadi curah hujan.
f. Adveksi, yaitu pergerakan uap air ke tempat lain yang disebabkan perbe-daan tekanan udara.
g. Sublimasi, yaitu pengkristalan uap air menjadi kristal es.
h. Infiltrasi, yaitu curah hujan yang mengalir ke dalam celah tanah. i. Perkolasi, yaitu air yang berlanjut
mengalir dalam tanah menjadi air tanah karena gaya gravitasi.
a) Siklus Pendek/Kecil
Gambar 4. Siklus Hidrologi Pendek
Air laut menguap, mengalami kondensasi lalu membentuk awan di atas permukaan air laut, dan kemudian terjadi hujan di atas permukaan air laut.
b) Siklus Sedang
Gambar 5. Siklus Hidrologi Sedang
Air di laut dan darat menguap kemudian mengalami kondensasi dan membentuk awan. Akibat konveksi atau adveksi maka terjadilah hujan di daratan. Air kemudian meresap ke dalam tanah dan mengalir di permukaan tanah melewati sungai yang akhirnya ke laut.
Gambar 6. Siklus Hidrologi Panjang
Air laut menguap menjadi gas, membentuk kristal-kristal es di atas permukaan air laut. Kemudian dibawa angin ke daratan (pegunungan tinggi), jatuh sebagai salju, membentuk gletser, mencair lalu sebagian meresap ke dalam tanah dan sebagian masuk ke aliran sungai lalu kembali ke laut.
Air tanah adalah air hujan yang masuk melalui pori-pori tanah (infiltrasi air). Struktur penampang lapisan air tanah:
a. a. a. a. a. a. a.
Permukaan air tanah, lapisan air yang bersebelahan dengan lapisan akuifer b. Lapisan freatik (dangkal),
laposan permeabel tidak kedap air.
c. Lapisan akuifer
(dalam/peralihan), lapisan impermeabel yang kedapair
7. Danau
Merupakan cekungan di daratan yang terisi air. a. Berdasarkan sumber air, danau terdiri dari:
1) Danau Tawar, berupa air dengan pembuangan (outlet) di daerah yang basah (curah hujan tinggi), sehingga kadar garam rendah.
Contoh: Danau pada umumnya
b. Berdasarkan proses terjadinya, danau dapat dibedakan menjadi: 1) Danau tektonik, terjadi karena kegiatan tektonisme.
Contoh: Danau Maninjau, Danau Towuti, Danau Singkarat, Danau Poso.
2) Danau vulkanik, terjadi karena kegiatan vulkanisme.
Contoh: Danau Kelimutu, Danau Kerinci, Danau Kelud, Danau Batur.
3) Danau tektonovulkanik, terjadi karena kegiatan tektonisme dan vulkanisme.
Contoh: Danau Toba
4) Danau Glasial,terjadi karena mencairnya gletser.
8. Sungai
Sungai adalah aliran air tawar memanjang yang berasal dari mata air ke laut. 1) Berdasarkan sumber air yang mengalir¸ sungai terdiri dari:
a. Sungai hujan, berasal dari air hujan dan mata air hujan.
Contoh: Sungai-sungai yang ada di pulau Jawa dan Nusa Tenggara. b. Sungai glasial, berasal dari cairan gletser.
Contoh: Hulu sungai Gangga (India), dan hulu sungai Phein (Jerman)
c. Sungai campuran, berasal dari air hujan, sumber mata air, dan cairan gletser.
Contoh: sungai mamberamo (Irian Jaya), sungai Digul (Irian Jaya). 2) Berdasarkan letak aliran, sungai terdiri dari:
a. Permukaan, yaitu sungai pada umumnya.
b. Bawah tanah, yaitu sungai yang terdapat di gua kapur. 3) Berdasarkan debit air, sungai terdiri dari:
a. Permanen/perenial, yaitu jumlah airnya relatif tetap sepanjang tahun. Contoh: sungai kapuas dan mahakam (Kalimantan) dan Sungai Musi dan Batanghari (Sumatera).
b. Periodik, yaitu sungai yang pada waktu musim hujan airnya banyak, sedangkan pada musim kemarau airnya kecil.
Contoh: Sungai Bengawan Solo (Jawa Tengah), Sungai Brantas (Jawa Timur)
c. Sungai Episodik, yaitu sungai yang pada musim kemarau airnya kering dan pada musim hujan airnya banyak.
Contoh: sungai Kalada ( pulau Sumba)
d. Sungai Ephemeral, yaitu sungai yang ada airnya hanya pada saat musim hujan. Pada hakikatnya sungai jenis ini hampir sama dengan jenis episodik, hanya saja pada musim hujan sungai jenis ini airnya belum tentu banyak. 4) Bagian sungai berdasarkan profil penampangnya antara lain: hulu, tengah, hilir.
Perbedaan Hulu Hilir
Batang Sungai lurus, sempir, dalam, berbentuk v
berbelok, lebar, dankal, berbentuk u
Aliran air deras, cepat, biasanya
terdapat air terjun tenang, lambat
Debit air tinggi kecil
Derajat kemiringan sungai
tinggi kecil
Keadaan air relatif jernih relatif kotor
Erosi vertikal kuat lemah
Sedimentasi tidak ada ada (delta)
Tabel 2. Perbedaan antara hilir dan hulu 9. Delta
Delta adalah endapan dari sedimen yang terbawa arus air ke hilir, yang mem-bentuk dataran banjir.
1) Syarat pembentukan delta:
a. Banyak membawa pasir dan lumpur
b. Bermuara di laut dangkal, tenang, dan terbuka. c. Perbedaan pasang-surut laut tidak terlalu besar. 2) Macam-macam delta
a. Delta kaki burung b. Delta Arcuate/Kipas
Delta sungai Mississipi Delta Sungai Mahakam c. Delta tobate (cuping) contoh: Delta sungai selengga d. Delta cuspate (huruf V), contoh: delta Sungai Nil.
10. Perairan Laut
Perairan laut merupakan landas kontinen, atau sambungan dari daratan sekitarnya yang tergenang oleh air dengan jumlah besar.
1. Zona lithoral (0 m), zona pesisir tempat batas pasang surut air laut. 2. Zona neritik (0-200m), zona laut dangkal (dangkalan).
3. Zona bathial (200-1800 m), zona laut dalam 4. Zona abisal (>1800 m), zona laut sangat dalam
2) Relief dasar laut
1. Dangkalan (shelf) yaitu dasar laut yang luas yang kedalamannya 0-200 m dan masih merupakan bagian dari benua.
2. Lubuk laut (basin) yaitu dasar laut ingresi yang berbentuk U atau mangkuk.
3. Gunung laut yaitu gunung yang kakinya berada di dasar laut dan puncaknya menonjol ke permukaan laut. Jika tidak menonjol ke permukaan laut disebut seamount atau guyot.
4. Palung (trench) yaitu dasar laut ingresi yang berbentuk V yang menajam. 5. Ambang laut (drempel), yaitu bukit sempit seperti tanggul yang terletak di
antara dua laut dalam.
6. Punggung laut, yaitu lereng yang ada di dasar laut. Punggung laut dapat berupa slope, ridge, atau rise.
3) Pergerakan air laut
a. Gelombang laut, yaitu terjadi karena tiupan angin, pasang surut air laut, dan tsunami.
Arah arus laut sama dengan arah gelombang laut, sampai air tersebut bertemu benua/daratan.
Arus laut terdiri dari dua:
- Arus panas, terdapat pada khatulistiwa sampai lintang sedang, terjadi apabila suhu air laut lebih panas dari sekitarnya.
Contoh: arus khatulistiwa utara, arus Kuroshiwo, arus teluk.
- Arus dingin, terdapat pada kutub sampai lintang sedang, terjadi apabila suhu air laut lebih dingin dari sekitarnya.
Contoh: arus Oyashiwo, arus Labrador, arus Canari.
4) Sifat-sifat air laut
a. Suhu, dipengaruhi oleh tempat, dari ekuator ke kutub semakin dingin. b. Salinitas (kadar garam), rata-rata salinitas normal adalah 35%
c. Warna, dipengaruhi oleh zat organik dan anorganik yang terdapat pada air tersebut.
- Biru, terdapat pada laut normal yang mampu menerima gelombang pendek matahari.
- Kuning, terdapat lumpur kuning di dalam laut.
- Hitam, terdapat lumpur hitam di dalam laut.
- Hijau, terdapat banyak fitoplankton di dalam laut.
- Putih, terdapat es-es yang menutupi laut.
- Merah, terdapat banyak alga merah dang hewan-hewan laut berwarna merah.
- Ungu, terdapat organisme yang memancarkan sinar fosfor.
Daftar Pustaka
Khairullah. 2009. Komposisi dan Struktur Atmosfer Bumi. [internet]: http://ustadzklimat.blogspot.co.id/2009/02/komposisi-dan-struktur-atmosfer-bumi.html diakses tanggal 7 April 2016.
Suhartanto, Ery., dan Jadfan Sidqi. 2016. Bahan Ajar Hidrometeorologi Tatap Muka Ketiga (Atmosfer).
