BAB II Komposisi radiasi dan energi bumi
Radiasi matahari Tidak dapat dibayangkan kehidupan didunia tanpa matahari. Bagi mahluk hidup, selain air, maka
matahari adalah sumber kehidupan utama dimuka bumi. Matahari adalah sumber energi utama pergerakan di atmosfir dan di lautan. Untuk pergerakan di lautan, sebagai tambahan perputaran
bumi juga membantu timbulnya aliran arus air laut. Matahari mengatur pergerakan di laut dengan membuat dinamika di atmosfir dalam membentuk angin. Energi juga ditransfer dari
angin ke lapisan teratas dari laut melalui gaya gesek antara lautan dan atmosfir di permukaan laut. Matahari juga mengatur pergerakan di laut dengan membuat variasi suhu dan salinitas di
lautan yang pada akhirnya membedakan densitas masa jenis air laut. Perubahan pada suhu air laut disebabkan oleh aliran energi panas di batas laut atmosfir sedangkan perubahan tingkat
salinitas diakibatkan oleh perpindahan air tawar melalui proses hujan atau penguapan. Sedangkan di daerah kutub ditambah lagi dengan proses mengkristalnya air laut menjadi es.
Keseluruhan proses tersebut berhubungan secara langsung maupun tidak langsung dengan aktivitas radiasi matahari. Jika permukaan air laut menjadi lebih padat berat jenisnya daripada
lapisan air dibawahnya, kondisi menjadi tidak stabil dan air dengan berat jenis besar akan tenggelam. Pergerakan vertikal, sirkulasi akibat beda berat jenis akibat proses pendinginan atau
perubahan tingkat salinitas dikenal dengan sirkulasi thermohaline atau proses gabungan berat jenis dan perubahan energi panas. Pergerakan air laut akibat perputaran bumi akan dibahas pada
bab kemudian.
Secara umum jenis energi yang diterima lautan terdiri dari sumber primer yaitu radiasi dari matahari, radiasi gelombang panjang, pertukaran fase air ke gas dan sebaliknya perpindahan
energi sensibel, penguapan dan proses adveksi. Selain sumber primer, laut juga menerima transfer energi dari sumber sekunder yaitu dari proses biochemistry di lautan, aktivitas
hidrothermal, proses dari friksi arus laut dan dari proses radioaktivitas.
Radiasi matahari terdiri dari gelombang pendek yang tersebar pada spektrum energi elektromagnetis. Diantara besaran spektrumnya adalah termasuk sinar gamma, sinar X-ray, sinar
ultraviolet, sinar tampak, sinar infra merah, sinar microwave untuk radar dan radio sonde, sinar gelombang radio pendek, sinar gelombang radio AM dan sinar gelombang radio panjang. Semua
gelombang elektromagnetis tersebut berjalan pada kecepatan yang sama yaitu kecepatan cahaya. Saat ini hampir seluruh aspek kehidupan manusia tidak terlepas dari pemanfaatan panjang
gelombang energi yang disebut diatas. Tidak semua energi matahari mencakup keseluruhan spektrum energi diatas, tetapi terbatas pada panjang gelombang sinar, bukan gelombang radio.
Besarnya radiasi matahari yang terpancarkan berhubungan dengan nilai panjang gelombang pangkat 4. hasilnya adalah kurva penyebaran energi dari radiasi pada suhu sekitar 6000 K yaitu
suhu dipermukaan matahari. Radiasi yang diterima bumi pada sumbu normal adalah sebesar 2.00 cal cm-2 min-1. sedangkan berdasarkan distribusinya radiasi di khatulistiwa diterima sekitar
1100 cal cm-2 day-1 dan di daerah kutub sebesar 800 - 900 cal cm-2 day-1. variasi dari energi yang diterima bumi sangat rendah hanya sekitar 3.34 dan variasi tersebut dapat diprediksi
dengan baik dan menggambarkan perubahan iklim dalam satuan waktu geologis. Sedangkan bentuk gelombang radiasi matahari yang diterima bumi telah mengalami banyak degradasi akibat
penyerapan radiasi matahari pada panjang gelombang tertentu. Energi matahari akan terserap pada panjang gelombang dimana radiasi tersebut bertemu partikel yang dimaksud. Sebagai
contoh uap air di atmosfir akan menyerap energi matahari pada panjang gelombang sekitar 3
m. sehingga bentuk kurva energi pada panjang gelombang itu akan mengalami degradasi.
Pemanfaatan dari sifat degradasi ini adalah untuk teknologi penginderaan jauh. Sebagai contoh, untuk satelit yang memantau awan dan nilai kandungan uap airnya bekerja dengan sensor yang
7
sensitif pada panjang gelombang 3 m tersebut. Metoda yang sama dipakai untuk melihat
berbagai kandungan polutan di atmosfir termasuk gas ozon dari sifat degradasi diatas.
Gambar 2.1. Spektral energi radiasi matahari yang dipancarkan black body radiation dan yang diterima di muka bumi
Distribusi penyebaran energi radiasi matahari di muka bumi beragam menurut posisi lintang. Nilai rata-rata radiasi yang ditangkap muka bumi menurun dari khatulistiwa ke kutub karena
daerah lintang rendah menerima energi dalam jumlah besar sepanjang tahun, hal ini dikarenakan sinar matahari menuju daerah ini dengan tegak lurus, sehingga nilai yang terpendar atau
terefleksi kecil. Sementara sepanjang garis lintang menuju kutub, nilai sudut inklinasi sinar matahari akan semakin besar dan nilai radiasi yang terpendar atau terefleksi akan semakin besar,
akibatnya nilai radiasi matahari yang sampai ke permukaan akan semakin kecil. Selain itu distribusi menurut energi yang diterima juga beragam, 16 darinya diserap oleh atmosfir seperti
digambarkan diatas, 24 dipantulkan oleh awan, 7 diradiasikan kembali ke luar angkasa dari atmosfir, sedangkan 4 dipantulkan oleh permukaan bumi terutama laut dan es di kutub. Secara
total sekitar 35 kembali ke luar angkasa. Tidak semua radiasi matahari dapat menembus badan air di laut. sekitar 73 mencapai kedalaman 1 cm, 44.5 kedalaman 1 m, 22.2 kedalaman
10 m, 0.53 m kedalaman 100 m dan 0.0062 kedalaman 200 m. Energi minimum yang dibutuhkan untuk mensuplai dan menjaga perkembangan pitoplankton untuk proses fotosintesis
adalah sekitar 0.003 cal cm-2 min-1. dengan kalkulasi sesuai kedalaman diatas, hal ini dapat tercapai hingga kedalaman 220 m.
Bumi tidak hanya menerima energi gelombang pendek matahari tetapi juga menghasilkan balik energi yang diterimanya dalam bentuk radiasi gelombang panjang. Sebagian kecil dari
gelombang radiasi panjang akan dipancarkan kembali ke luar angkasa. Biasanya gelombang panjang ini dipancarkan di bagian paling atas atmosfir dan dikenal dengan istilah Outgoing Long
wave radiation. Karena dipancarkan di bagian paling atas atmosfir dari lapisan awan terluar, maka parameter ini sering dipakai untuk melihat potensi cuaca setempat, sebab semakin tinggi
tempat berpancarnya maka awan yang memancarkannya akan semakin tinggi dan semakin berpotensi memberikan curah hujan maksimum. Berbeda dengan panjang gelombang pendek,
maka radiasi keluar panjang gelombang panjang tidak memiliki variasi sebagaimana halnya radiasi gelombang datang dengan panjang gelombang pendek. Laut sendiri juga memancarkan
energi dengan panjang gelombang panjang, karena suhu muka laut berkisar 283 K, maka panjang gelombang yang dipancarkan, berdasarkan hukum Wien adalah 10 mikrometer atau panjang
gelombang infra merah.
8
Walhasil dari perbandingan energi masuk gelombang pendek dan energi keluar gelombang panjang terjadi surplus energi masuk di dekat khatulistiwa dan surplus energi keluar di dekat
kutub. Meskipun adanya nilai masuk positif di dekat khatulistiwa dan negatif di kutub, tidak pernah ada petunjuk bahwa daerah dekat khatulistiwa terus menerus memanas dan daerah kutub
terus menerus mendingin, sehingga pastilah ada transfer energi radiasi antara daerah lintang rendah dan tinggi. Kejadian itu dilakukan oleh angin di atmosfir dan sirkulasi air di lautan. Ada
berbagai perdebatan tentang siapa dari keduanya yang lebih penting terhadap pergerakan ke arah kutub dari energi panas diatas, tetapi dipercaya kalau lautan lebih berkontribusi di daerah tropis
dan atmosfir lebih di daerah lintang tinggi. Nilai maksimum dari kehilangan energi panas akibat evaporasi terjadi di daerah subtropis akibat proses adveksi di atmosfir pada daerah kering,
sedangkan kehilangan energi panas minimum di daerah tropis akibat dari kandungan uap air di udara tropis yang cukup jenuh. Sedangkan penghilangan akibat energi panas sensibel kurang
lebih sama antara daerah tropis dan subtropis. Arus laut berfungsi membawa panas dari daerah tropis ke daerah kutub.
Gambar 2.2. Besarnya variasi energi yang dibawa dari daerah tropis menuju daerah subtropis dan daerah kutub pada beberapa samudra di dunia.
Tekanan Udara dan Angin Angin menghantarkan kandungan panas terutama dengan proses adveksi masa air hangat ke
daerah dingin dan sebaliknya. Sebagian lagi transfer energi panas melalui panas laten yang diambil ketika air laut menguap ke atmosfir dan berkondensasi pada lingkungan yang lebih
dingin. Angin dihasilkan dari perbedaan tekanan dan suhu di atmosfir akibat distribusi energi radiasi matahari, tutupan awan serta dinamika sekitarnya.Pergerakan horisontal angin dinamai
adveksi sedangkan yang vertikal lebih disebut konveksi. Proses konveksi biasanya bersifat sangat lokal, sehingga untuk perhitungan bugdet energi biasanya diabaikan. Proses konveksi
sendiri dapat terjadi untuk skala kecil hingga besar dalam bentuk siklon atau badai tropis. Siklon atau badai tropis dipercaya sebagai media transpor jumlah energi panas dalam jumlah besar
menjauh dari lautan khatulistiwa dalam bentuk energi panas laten yang terbawa ke daerah lintang tinggi. Proses pergerakan arus laut juga sangat dipengaruhi oleh angin di atmosfir terutama pada
kedalaman hingga sekitar 200 m. Pada lapisan atas yang sangat terpengaruh oleh angin, terdapat lapisan turbulensi, dibawahnya terdapat lapisan thermokline dan lebih ke bawah lagi yang
disebut lapisan laut dalam. Lapisan thermokline adalah lapisan dimana terjadi penurunan suhu air yang sangat drastis dan mencapai kedalaman hingga 200m. Sedangkan lapisan turbulensi
tidaklah dalam, tergantung pada besarnya gelombang laut di permukaan.
Dilaut juga terjadi proses pergerakan vertikal atau konveksi dan peristiwa upwelling dan downwelling. Kedua peristiwa terakhir biasanya terjadi karena adanya dorongan angin di
permukaan. Tergantung pada posisinya, kedua proses tersebut dapat terjadi pada musim yang berbeda. Kedua peristiwa upwelling dan downwelling akan dibahas kemudian.
9
BAB III Hubungan antara laut dan atmosfir
Kategori