1 sifat sifat air laut

7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut

1/30

SIFAT-SIFAT AIR LAUT

Dr.Eng. AMIRUDDIN

LABORATORIUM GEOFISIKA JURUSAN FISIKA

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2013


2/30

Air laut merupakan campuran 96.5% air murni dan 3.5% materi

lain yang terdiri dari garam-garam yang terlarut, zat organik,

partikel-partikel yang tidak terlarut.

Dengan Demikian sifat-sifat air laut sangat ditentukan oleh

sifat air murni.

Air murni H2O terdiri dari 2 atom H+dan satu atom O=.

Susunan molekul H2O diperlihatkan oleh gambar berikut

Dengan struktur yang diperlihatkan oleh gambar di atas

molekul air mempunyai dua kutub (dipole) yaitu kutub positifdan kutub negatif yang masing-masing arahnya ke atom H+

dan O=.

Molekul air memunyai momen dipole yang kuat yang

cenderung/dapat menguraikan zat-zat terlarut menjadi ion dan

kationnya.


3/30

Misalnya: NaCl larut dalam air diuraikan menjadi

Air adalah pelarut yang sangat baik.

Air mempunyai densitas maksimum 40C. Air membeku pada suhu 00C dan memndidih pada suhu 1000C

NaCl Na + Cl


4/30

Pengamatan bahwa suhu air danau air tawar tidak bisa lebih

dari 40C di lapisan dalam

Danau air tawar

winter over turning

terjadi pada musim dingin

Molekul air tidak berdiri sendiri tetapi membentuk kelompok-kelompok yang teridir dari 6 molekul (T = 200C).

Ini terjadi karena molekul air mempunyai 2 kutub (positif &

negatif). Kutub positif akan menarik kutub negatif membentuk

kelompok (polimer).

Bila suhu air diturunkan menuju titik beku maka akan terjadi

proses pembentukan kristal es yang merupakan gabungan

dari kelompok enam. Pemgabungan ini akan banyak udara

terperangkap diantara kelompok-kelompok molekul air. Hal

inilah yang menyebabkan densitas air berkurang bila suhu

diturunkan dari 40C mejuju titik beku (00C).


5/30

Apa efek dari garam-gram yang terlarut di dalam air laut?

Suhu dimana densitas air adalah maksimum akan berkurang

Titik beku akan berkurang

Titik beku air laut yang mengandung 35 g/kg garam ~-20C

-20C merupakan batas bawah dari suhu permukaan air laut yangterdapat di daerah kutub dimana terjadi pembentukan es. Batas atas

300C.

Distribusi suhu permukaan air laut -20C 300C


6/30

SUHU AIR LAUT

Permukaan laut, p=patm=0

Distribusi suhu permukaan air laut horizontal bervariasi dengan lintang

yang berkisar antara -20C 300C

Suhu air laut

Suhu insitu adalah suhu air laut yang diukur pada kedalaman

tertentu

Suhu potensial adalah suhu air laut pada tekanan atmosfer

(dipermukaan ). Suhu potensial diperoleh bila sampel air laut di

bawa ke permukaan secara adiabatis.Pengangkatan sampel air laut ke arah permukaan secara adiabatis

akan membuat sampel air laut mengalami ekspansi (mengembang)

yang mengakibatkan suhunnya berkurang. Suhu potensial selalu

lebih kecil daripada suhu insitu.

Suhu insitu dinyatakan oleh T dan suhu potensial dinyatakan oleh


7/30

Konsep suhu potensial dengan mudah dapat diterangkan berdasrkan

Hukum I Termodinamika.

Perubahan energi internal = proses yang ditambahkan atau

dikurangkan + kerja yang dilakukan

Proses adiabatis: tidak ada panas yang tambahkan atau dikurangkan

Jadi,

Perubahan energi internal = kerja yang dilakukan

Perubahan energi yang dialami oleh sampel air laut:

ditentukan oleh kerja yang dilakukan oleh partikel air dari sampel

terhadap air di sekitarnya atau kerja yang dilakukan oleh air di sekitar

terhadap sampel air. Bila sampel dibawa ke lapisan dalam maka akan ada kerja berupa

tekanan yang dialami oleh sampel air menyebabkan volumenya

mengecil dan akibatnya suhunya naik.

Sebaliknya bisa sampel air laut di bawa ke arah permukaan, partikel

air sampel melakukan kerja pada air sekitarnya akibatnya volumenya

mengembang dana suhunya turun.

Contoh:

Suhu insitu di kedalaman 5000 m adalah 10C bila sampel air di bawa ke

permukaan secara adiabatis suhunya menjadi 0.570C.

Suhu 10C adalah suhu insitu

Suhu 0.570C adalah suhu potensial


8/30


9/30

Kalau kita perhatikan distribusi suhu secara vertikal secara umum kita

dapat membagi laut dalam tiga lapisan yaitu: lapisan hhomogen atau

lapisan tercampur sempurna (homogen/mixed layer), lapisan termoklin

(termocline layer) dana lapisan dalam (deep layer).

-60 600 20 40-40 -20

mixed layer

termocline layer

deep layer

mixed layer

termocline layer

deep layer

T

z

12

12

TT1

2

3

Mixedlayer terbentuk akibat pengaruh angin dan gelombang yang tepat

mengaduk lapisan atas sehingga tercampur sempurna membentuk

lapisan homogen.

Termocline layer: lapisan dimana suhu berkurang sangat cepat.

Lapisan ini sangat stabil: artinya gerakan ke araha vertikal akan

terhambat

Stabilitas kolom air: ;1

zE

netral0stabil,tidak0stabil,0 EEE


10/30

Di lapisan thermocline:

Gerakan di lapisan thermoline adalah horizontal

stabil00

E

z

Perbedaan suhu di lapisan permukaan dan di lapisan thermocline untuk

tempat-tempat tertentu dapat mencapai 200C. Perbedaan suhu yang

cukup besar ini dapt digunakan untuk pembangkit listrik. Proyek yang

memanfaatkan perbedaan suhu lapisan permukaan dan lapisan

termocline untuk membangkitkan tenaga listrik disebut OTEC (OceanThermal Energy Conversion)

Distribusi suhu potensial itu sering digunakan untuk mecek apakah

kolom air stabil atau tidak.

Ada kalanya di laut dalam terutama di daerah palung (trench) itu

distribusi suhu insitu terhadap kedalaman bisa mempuat kita berpikir

bahwa kolom air di daerah trench adalah tidak stabil karena suhu di

daerah palung bertambah (naik) dengan bertambahnya kedalaman.

Tetapi kalau kita gambar distribusi suhu potensialnya terhadap

kedalaman maka kita akan melihat suhu potensial di daerah palung

tidak berubah dengan bertambahnya kedalaman. Kondisi ini

menunjukkan di daerah palung kondisinya netral


11/30

T

tekanan tinggi

T C

z

5000m

10000m

1 2 3 54 o

Di daerah-daerah yang mengalami 4 musim, lapisan termoklinbervariasi menurut musim. Lapisan termoklin yang berubah dengan

musim ini disebut termoklin musiman (seasoanl thermocline).

mid-latitude

z

5000m

10000m

5 10 15 2520

winter

summer

trop

ic

high-latitude


12/30


13/30

SALINITAS Salinitas air laut pada hakikatnya menyatakan jumlah garam-garam

yang terlarut di dalam 1 kg air laut. Satuannya: g/kg dinyatakan o/oo.

Salinitas dinyatakan dengan simbol S (o/oo)

Bila daerah dekat pantai (termasuk laut semi tertutup diperhitungkan

maka variasi salinitas berkisar antara 24-40 o/oo.

Salinitas air payau < 25 o/oo.

Salinitas laut-laut semi tretutup > 40 o/oo. Air asin yang salinitas tinggi iidisebut hypersaline.

Kalau analisis air laut maka kita akan mendapatkan unsur-unsur utama

yang merupakan 95% zat-zat terlarut di dalam air laut. Unsur-unsur

utama tersebut adalah


14/30

ion o/oo Ket

chlor 18,980

Ion negatif (anion) total = 21,861o/oo

sulfat 2,649

karbonat 0,140

Brom 0,065

Borate 0,026

Flourid 0,001

Natrium 10,556

Ion pasitif (kation) total = 12,621o/oo

Magnesium 1,272

Calsium 0,400

Kalium 0,380

strontium 0,013

Total salinitas 34,482

Unsur-unsur yang paling dominan dalam air laut adalah Cl-dan Na+

Ion-ion utama yang ada di dalam air laut berasal dari pelapukan batuan

dan gas-gas vulkanik serta suplai dari siklus hidrotermal di oceanic

ridge (panggung samudra).

Oceanic ridge mensuplai unsur-unsur Calsium, Silisium, dan mangan.


15/30

Di laut terbuka yang jauh dari pantai itu perbandingan antara

konsentrasi unsur-unsur antara masing-masing unsur adalah tetap.

Kenyataan ini disebut aturan komposisi yang konstan. Jadi salinitas

total bisa berbeda di setiap tempat tatapi rasio masing-masing

elemen/unsur terhadap salinitas total atau ratio antara masing-

masing unsur adalah tetap.

Contoh:

011,048,34

380,0

totalSalinitas

KiKonsentras

Berapa konsentrasi K+bila S = 36 o/oo

o/oo396,0K011,036

KiKonsentras

Untuk S = 33 o/oo

010,0

980,18

380,0

Cl

KRatio

o/oo363,033011,0K


16/30

Salinitas di laut ditentukan oleh keseimbangan antara penguapan dan

curah hujan (presipitasi) dan percampuran dengan air di lapisan

dalam.

Unsur Calsium dan bi-karbonat (HCO3-) sedikit menyimpang dari

aturan yang konstan karena unsur-unsur ini terlibat di dalam prosesbiologi

Ratio Ca2+dan HCO3-terhadap total salinitas sekitar 0.5% dan 10-

20 % lebih besar di lapisan dalam (deep water) daripada permukaan

air (surface water).

Aturan dari komposisi konstan ini untuk kondisi lokal tertentu dapat

tidak dipenuhi.

Contoh:

Di daerah estuari (muara sungai), karena pengaruh air tawar

(sungai). Total garam yang larut lebih kecil. Ratio antara unsur

yang larut dalam total salinitas berbeda dengan yang di laut

tertentu.

Basin atau Fjord yang di lapisan dalam gerakan air dihalangi

oleh sill sehingga perlakukan muka air di lapisana dalam

dihalangi. Kondisi ini membuat kandungan O2di lapisan dalam

menjadi mineral akibat digunakan oleh mikroorganisme yang

hidup di lapisan dalam.


17/30

Karena O2minimum atau kurang sekali maka mikroorganisme

tersebut menggunakan sulfat sebagai gantinya.

Di daerah periaran dangkal yang dapat pemanasan yang kuat

akibat radiasi kimia dan/atau biologi bisa mengendapkan Ca2+

sehingga rasio Ca2+/total salinitas berbeda dengan yang di lautterbuka.

Daerah sea-floor spreading dengan daerah vulkano aktif

Air dalam sedimen dasar laut rekasi dengan sedimen dapat

merubah konsentrasi unsur-unsur utama di dalam air laut.

Distribusi Salinitas Terhadap Ruang (Kedalaman) Salinitas suatu peraiaran ditentukan oleh keseimbangan atar

penguapan (E) dan curah hujan/presipitasi (P).

Salinitas di permukaan adalah fungsi dari E dan P.

S = S(E, P) Salinitas di permukaan bervariasi terhadap lintang karena E & P

berbeda-beda.

Pengaruh variasi salinitas di lapisan permukaan adlaha kecil di

bawah kedalaman 1000m.

Di bawah kedalaman ini salinitas tidak banyak berubah danharganya antara 34.5 o/oo 35 o/oo di semua lintang.


18/30

Seperti halnya dengan suu, ada lapisan di bawah permukaan dimana

salinitas berkurang dengan kedalaman. Lapisan ini disebut dengan

holocline.

Catatan: Holocline kadang-kadang dipakai juga untuk menyatakan

kenaikan salinitas dengan kedalaman

holoclinez

S

Distribusi Salinitas Secara Horizontal Salinitas permukaan berkisar antara 34o/oo 37o/oo dengan rata-

rata 35o/oo. Kalau diperhatikan grafik S-vs-E-P akan telihat suatu

korelasi yang kuat antara kedua besaran tersebut.

S akan tinggi di lintang dimana E > P, sebaliknya S rendah di lintang-

lintang dimana E < P.


19/30

z

E-P (cm)

E-PS

Kalau kita lihat hubungan antara S dan E-P, secara umum dapat kita

tuliskan sebagai

PEbSSa

dt

dS

0

0

dt

dS= Perubahan total dari salinitas terhadap waktu

S0= Suatu salinitas konstan yang bercampur dengan air di lapisan

permukaan.

(1)


20/30

Persamaan (1) dapat disederhanakan menjadi:

S = S0+ k (E-P)

dengan k = konstanta baru yang merupakan kombinasi dari a dan b,

S0= 36,6 o/oo, harga rata-rata salinitas pada kedalaman 400 600m.

Konstanta k diperoleh secara empiris k = 0,0175, maka diperolehS = S0 + 0,0175 (E-P)

Penentuan Salinitas:

Cara klasik: melalui proses titrasi untuk konsentrasi Cl-yang

terkandung dalam sampel air laut.Karena adanya aturan komposisi tetap dari unsur-unsur utama

yang larut di dalam air laut maka dapat ditentukan salinitas dari

salah satu konsentrasi salah satu unsur utamanya.

Dan karena Cl-merupakan unsur utama yang paling banyak

dijumpai di dalam air laut maka salinitas air laut ditentukan daribanyaknya konsentrasi Cl-.

Jadi salinitas air laut ditentukan oleh konsentrasi Cl-yang terdapat

dalam air laut.

Hubungan empiris antara salinitas dan konsentrasi Cl-diberikan

oleh:

S (o/oo) = 1,80655 Cl-


21/30

Cl-= konsentrasi Cl-didalam air laut dengan mengangggap brom

dan iod diganti oleh chlor. Konsentrasi Cl-ditentukan dengan titrasi.

Cara klasik ini merupakan cara penentuan salinitas dengan cara

kimia

Salinitas juga dapat ditentukan dengan metoda fisika.

Salinitas berbanding dengan konduktifitas air laut. Sekarang

(sejak pertengahan 1960) sudah ada instrumen pengukur salinitas

berdasrkan kanduktifitas listrik air laut. Alat ini dinamakansalinometer. Salinometer dapat mengukur dengan ketelitian

kurang lebih 0,003

Sekarang ini sensor konduktifitas digabung dengan sensor untuk

suhu dan teaknan. Alat yang dapat mengukur salinitas, suhu, dan

tekanan disebut CTD (conductivity, temperatur, depth)

Sejak pertengahan 1960, definisi salinitas (berdasarkan

kesepakatan international) didasrkan pada formula empiris yang

meliputi rasio konduktifitas, R.

Rasio konduktifitas didefinisikan sebagai

standardKCllarutantaskonduktifi

lautairsampeltaskonduktifi

R


22/30

Konsentrasi larutan KCl standard ini adalah 32,4356 g/kg.

Hubungan empiris dari salinitas dari R pada suhu 150C dan

tekanan 1 atm (R15) diberikan oleh

25

15

2

15

23

1515

21

15 7081,20261,70941,143851,251692,008,0 RRRRRS Bila R15= 1, berapa S:

o/oo357081,20261,70941,143851,251692,008,0 S

yang merupakan salinitas rata-rata


23/30

TEKANAN AIR LAUT Tekanan di laut dapat ditentukan oleh persamaan hidrostatis:

kedalamanmenyatakanyangtekanan~);,,( ppts

gdzp

gdzdp

Pendekatan untuk menentukan tekanan yang berhubngan dengankedalaman adalah:

zp 410

Ini dapat dilihat dari kenayataan bahwa densitas rata-rata air lautsampai kedalaman 5000 m

Pa/m10014,1

kg/m1035),,(

4

3

g

pTS


24/30

2-1-52-2-

4

TMLtekanandimensi

bar10cmdyne10Nm1Pa1

1.5%kesalahandengan10

zgzp

Dengan demikian pendekatan untuk p dapat ditulis sebagai


25/30

DENSITAS AIR LAUT Densitas air laut adalah fungsi dari salinitas, suhu, dan tekanan.

Tetapi parameter ini jarang diapkai dalam oceanografi untukmenyatakan densitas suatu perairan.

Sebagai gantinya digunakan parameter lain yaitu (sigma).

Parameter ini digunakan hanya untuk kemudahan penulisan.

Harga (g/cm3) biasanya ditulis sampai 5 desimal di belakang koma.

=1,02570

Sigma () didefinikan sebagai

3101

Menggunakan =1,02570 gr/cm3maka

33 kg/m50,2710102750,1

Bila digunakan satuan kg/m3maka

3kg/m50,27100050,1027


26/30

Di dalam oseanografi ada beberapa definisi untuk

30,,

3

0,,

3

,,

101

101

101

S

TS

pTS

p = 0 adalah tekanan atmosfer p = patm= 0, tekanan di permukaan

laut

Distribusi densitas terhadap kedalaman diperlihatkan oleh gambar

Tropis

lintang tinggi

2000m

23,0 24,0 26,025,0 28,027,0

Equator1000m

3000m

4000m


27/30

Dari gambar di atas dapat dilihat kedalaman 2000m densitas air laut

relatif konstan.

Lapisan dimana densitas (t) berkurang dengan kedalaman disebut

pynocline.

Kalau kita hanya bergantung kepada nilai ttanpa memperhatikan

proses fisis yang terjadi di daerah palung kita bisa saja menyatakan

bahwa kolom air di bawah 4450m adalah tidak stabil. INi disebabkan

oleh pengaruh tekanan, untuk menghilakan maka digunakan suhu

potensial dan densitas potensial, yang manyatakan stabil netral.

Fakta ini dapat dilihat dari data lapangan yang diperoleh dari Trench

Mindanao, Filipina seperti pada Tabel 1.

Dari tabel tersebut dapat kita lihat bahwa di bawah kadalaman

4450m harga tberkurang dengan kedalaman.

Kestabilan kolom air ditentukan oleh stratifikasi dari densitas air laut. Stabil: bila harga tmakin besar ke arah lapisan dalam. Tetapi akan

mengakibatkan tberkurang terhadap kedalaman. INi bisa saja

membuat kita berpikir bahwa kolom air di daerah palung tersebut

tidak stabil.

Namun bila kita gunakan sebagai pengganti tkita akan melihatbahwa di palung sebenarnya tidak terjai ketidakstabilan kolom air.


28/30

Kedalaman

(m)

SalinitasSuhu Densitas

Insitu Potensial t 1455 34,58 3,20 3,09 27,55 27,56

2470 34,64 1,82 1,65 27,72 27,73

3470 34,67 1,54 1,31 27,76 27,78

4450 34,67 1,65 1,25 27,76 27,78

6450 34,67 1,93 1,25 27,74 27,79

8450 34,69 2,23 1,22 27,72 27,79

10035 34,67 2,48 1,16 27,69 27,79


29/30

Padahal kenaikan suhu terhadap kedalaman dan pengurangan t

terhadap kedalaman adalah akibat pengauh tekanan yang sangat

besar di daerah palung.

U ntuk melihat kenyataan yang sebenarnya di daerah palung kita

harus menggunakan sebagai pengganti t. Karena pengaruhtekanan (proses adiabatis) sudah dihilangkan. Drai tabel di atas kita

lihat bahwa pada kedalaman di bawah 4450 m adalah stabil netral

bukan tidak stabil seperti yang diperlihatkan oleh bertambahnya t

terhadap kedalaman.

Hubungan Antara T dan S

Hubungan antara T dan S merupakan suatu hubungan yang unik.

Masing-masing periran mempunyai hubungan T dan S yang spesifik.

Hubungan T dan S suatu perairan dapat dikatakan sebagai suatu

identitas dari perairan tersebut.

Plot antara T dan S yang merupakan masing-masing fungsi dari

kedalaman disebut diagram T-S.

Diagram T-S dapat digunakan untuk melacak gerakan massa air di

suatu perairan.


30/30

S

T

100m

300m

800m

1500m

1550m

2000m2500m

Contoh diagram T-S

Gambar berikut memperlihatkan T-S diagram di perlihatkan Atlantik

Selatan

1 sifat sifat air laut

Documents