proses difusi turbulen dibandingkan dengan proses difusi molekuler. Difusi terjadi karena adanya gradien suhu atau konsentrasi, garam terlarut, nutrien,
gas terlarut dari tinggi ke rendah. Laju difusi turbulen jauh lebih besar dari laju difusi molekuler Supangat dan Susanna, 2000. Emery et al., 2005
menyatakan bahwa terdapat dua sumber internal mixing yang dapat kita teliti secara terpisah yaitu turbulensi dan difusi ganda.
2.2.1 Pencampuran Turbulen Turbulent Mixing
Terdapat berbagai proses yang dapat mencampur suatu massa air laut yang kemudian akan menggabungkan karakteristik aslinya suhu, densitas,
momentum, pusaran vortisitas, O
2
, CO
2
dan konsentrasi nutrient dengan air laut di dekatnya. Turbulensi merupakan proses pencampuran yang paling efisien
yang terjadi di laut. Ketika suatu fluida menjadi turbulen, maka fluida tersebut akan mengalami deformasi oleh adanya gerakan acak fluida. Deformasi ini
spinning, stretching, interleaving membuat parsel air yang berdekatan membentuk lembaran-lembaran halus atau filamen-filamen halus. Dengan
demikian gradien properti air antara parsel yang berdekatan secara kontinu menjadi lebih jelas, sehingga difusi molekuler dapat terjadi dengan efisien Hasse
dan Dobson, 1983. Percampuran sering terjadi pada lapisan-lapisan batas seperti sepanjang continental slope, di atas gunung laut dan mid ocean ridge,
front dan mixed layer di permukaan Stewart, 2003. Salah satu sumber energi yang paling berperan dalam pencampuran
internal adalah gelombang internal, dimana gelombang tersebut sangat efektif dalam proses pencampuran ketika pecah seperti yang terjadi pada gelombang
permukaan Emery et al., 2005. Selain itu Stewart 2003 juga menyatakan
mekanisme lain untuk pencampuran internal yaitu vertikal shear. Dimana kecepatan shear tegangan menegak dapat menghasilkan turbulensi.
Di laut komponen turbulensi vertikal dan horizontal biasanya sangat berbeda dalam skala dan intensitas. Perbedaan ini muncul karena dimensi
horizontal dari massa air lebih besar dari dimensi vertikal dan pengaruh stabilitas statis yang berhubungan dengan gradien densitas Bowden, 1960 in Hill et al.,
1962. Dimensi laut lebih luas dibandingkan kedalamannya, yaitu mencapai 10000km dibandingkan dengan kedalamannya yang mencapai 5 km, sementara
nilai gradien horizontal lebih kecil dari gradien vertikalnya. Suhu air laut dapat berubah sebesar 10
o
C atau lebih pada selang kedalaman 1 km dari suatu titik acuan tertentu, dan normal bergerak ribuan kilometer secara horizontal dan
hanya mengalami perubahan suhu sebesar 10
o
C. Skala pencampuran turbulen horizontal lebih besar daripada pencampuran turbulen vertikal yang cenderung
berlawanan dengan kestabilan gravitasi vertikal hasil peningakatan densitas terhadap kedalaman. Dengan kata lain, pengaruh stratifikasi densitas
menghambat pencampuran vertikal Supangat dan Susanna, 2000. Menurut Bowden 1960 in Hill et al.,1962, perkembangan turbulensi
vertikal muncul dari asosiasi tekanan tangensial horizontal dengan gradien kecepatan vertikal. Pemicunya adalah : 1 Adanya tekanan tangensial angin
pada lapisan permukaan; 2 Efek gesekan dasar laut terhadap arus, khususnya arus pasut; 3 Adanya shear arus yang berhubungan dengan gradien tekanan
horizontal. Keberadaan turbulensi pada bidang gerak memberikan dua tipe efek yaitu hasil dari tekanan tangensial dan proses difusi eddy, dimana tekanan
Tangensial turbulen bereaksi pada gerak rerata dan memiliki efek dinamis yang penting, sedangkan proses difusi turbulen mempengaruhi distribusi sifat tertentu
dari fluida tanpa bereaksi langsung pada aliran. Menurut Hasse dan Dobson 1983, kapan pun gradien densitas
terbentuk pada suatu fluida, gelombang tersebut berosilasi dengan perpindahan isopiknal di kedalaman rata-ratanya dengan frekuensi :
E g
dz dp
g N
.
2
................................1
N
disebut frekuensi Brunt-Vaisala,
g
adalah percepatan gravitasi,
ρ
adalah densitas,
ρ
adalah densitas rata-rata kolom air dan
E
adalah stabilitas statis. Jika suatu parsel dipindahkan ke atas pada kolom air yang stabil secara
statis dan kemudian dilepaskan maka parsel air tersebut akan tenggelam, melampaui posisi asalnya, kembali lagi dan terus berosilasi. Nilai frekuensi ini
tinggi ketika massa air mengalami stratifikasi dengan jelas dan berfrekuensi rendah ketika air laut memiliki stratifikasi densitas yang sangat lemah Emery et
al., 2005. Nilai
N
terbesar biasanya ditemukan di zona piknoklin utama, dimana gradien densitas vertikal adalah yang tertinggi. Piknoklin biasanya di dapat pada
daerah termoklin di perairan oseanik dimana variasi densitas ditentukan terutama oleh variasi suhu atau pada haloklin di perairan pantai dimana variasi
densitas terutama ditentukan oleh variasi salinitas Pond dan Pickard, 1983. Massa air di lapisan piknoklin sangat stabil. Artinya, membutuhkan energi
yang lebih besar untuk memindahkan air ke atas atau ke bawah piknoklin daripada daerah lain atau daerah dengan stabilitas. Kehadiran piknoklin ini
menjadi penghalang lewatnya air dan sifat massa air secara vertikal Emery et al., 2005.
Mekanisme lain untuk proses pencampuran internal adalah gesekan shear vertikal. Jika kecepatan berubah menurut kedalaman dalam suatu
perairan yang stabil, aliran yang terstratifikasi, maka aliran tersebut dapat menjadi tidak stabil apabila perubahan kecepatan menurut kedalaman dan
perbedaan kecepatan arus cukup besar Stewart, 2003. Pencampuran ditingkatkan oleh perbedaan kecepatan, yang kemudian
menghasilkan turbulensi. Pencampuran di stabilkan oleh stratifikasi vertikal. Pertukaran ini yang disebut “Gradien Bilangan Richardson” yang merupakan
rasio dari stratifikasi dengan shear vertikal arus. Shear vertikal dari kecepatan horizontal adalah
z u
. Bilangan Richardson adalah:
2 2
z u
N Ri
......................................2
Ri
adalah bilangan Richardson,
N
adalah frekuensi apung,
u
adalah kecepatan komponen arus dan
z
adalah kedalaman. Apabila bilangan Richardson kecil, stratifikasi lemah dan shear vertikal
besar sehingga pencampuran menjadi lebih intensif. Dari teori dan observasi, intensitas pencampuran yang besar di mulai saat bilangan Richardson turun
dibawah 0,25 Emery et al., 2005. Muench et al.,2000, menambahkan saat bilangan Richardson berada di antara 0,25 hingga 1 proses pencampuran yang
cukup besar. Jika shear vertikal arus cukup besar
1
z u
, maka bilangan Richardson menjadi lebih kecil, dan karenanya fluida akan cenderung turbulen.
gradien densitas yang besar 1
,
dz
d
, contohnya kenaikan densitas menurut kedalaman menyebabkan bilangan Richardson menjadi lebih besar, dan
menghasilkan turbulensi yang lemah Hasse dan Dobson, 1983. Apabila massa air laut memiliki stratifikasi yang stabil, perpindahan
vertikal haruslah melawan gaya apung. Pencampuran vertikal memerlukan energi yang lebih besar dibandingkan pencampuran horizontal. Semakin besar
frekuensi stabilitas maka semakin besar pula energi yang dibutuhkan untuk pencampuran vertikal. Akibatnya, pencampuran horizontal lebih besar daripada
pencampuran vertikal sepanjang permukaan dengan densitas konstan. Pencampuran vertikal sepanjang permukaan dengan densitas konstan sangat
penting karena dapat merubah struktur vertikal lautan, dan secara luas dapat mengontrol kecepatan yang mana air dari laut dalam akhirnya dapat mencapai
permukaan pada lintang tengah dan lintang rendah Stewart, 2003.
2.2.2 Difusi Ganda
