bagian iv sifat-sifat fisik air lautsecure site wafiqkamal.files.wordpress.com/2015/08/...– zona...

Eka Djunarsjah, 2005

GD-3221 Hidrografi II

Bagian IV

SIFAT-SIFAT FISIK AIR LAUT

Sifat-Sifat Air Laut

Sifat-Sifat Utama

• Suhu, Salinitas, Tekanan, dan Densitas

• Kecepatan

Interaksi Udara dan Lautan

• Pemanasan Lautan• Siklus Hidrologi• Sirkulasi

Gelombang

• Wind Waves dan Swell

• Refraksi, Difraksi, Pemantulan, dan Pemecahan

• Tsunami, Seiche, dan Gelombang Badai

• Gelombang Negatif dan Positif Internal

Arus Wind-Driven

• Sirkulasi Atmosfir• Wind Stress• Pola Sirkulasi Lautan• Cincin• Arus Geostropik• Upwelling

Sirkulasi Thermohaline

Pengukuran-Pengukuran


Sebaran Air dan Daratan

Luas permukaan bumi adalah 510,10 juta kilo meter persegi, yang terbagi atas :

– Daratan : 185,85 juta kilo meter persegi (29,2 %)

– Lautan : 361,25 juta kilo meter persegi (70,8 %)

Sebaran daratan dan lautan di belahan bumi bagian utara dan bagian selatan tidak

simetris 0 20 40 60 80 100 Air (%)900

450

00

450

900

Utara

Selatan

Ekuator

Darat


Struktur Vertikal Bumi

Dalam arah vertikal, bumi dibagi atas

tiga bagian :

– Lithosfir (kerak bumi)

– Hidrosfir (lautan)

– Atmosfir (udara)

Masing-masing bagian terdiri dari

lapisan-lapisan, dan terdapat batas

pemisah antara bagian yang satu

dengan bagian lainnya

– Batas antara Lithosfir dan Hidrosfir

adalah Dasar Laut

– Batas antara Hidrosfir dan Atmosfir

adalah Permukaan Laut

Dasar Laut

Permukaan Laut

Atmosfir

Hidrosfir

Lithosfir


Oseanografi (1)

Pengertian :

– Aplikasi dari berbagai macam ilmu pengetahuan pada fenomena lautan

– Ilmu yang inter disipliner

Para Ahli membagi Oseanografi menjadi empat bagian utama :

– Oseanografi Kimia

– Oseanografi Biologi

– Oseanografi Fisika

– Oseanografi Geologi

Oseanografi Fisika (terkait erat dengan bidang Hidrografi dan Geodesi), mempelajari tentang :

– Sifat Air Laut (Salinitas, Temperatur, Densitas)

– Oseanografi Dinamik (Gaya-gaya yang bekerja di laut)


Oseanografi (2)

Aplikasi Oseanografi

Keperluan Ilmiah :

– Penentuan geoid di laut

– Studi tentang Sea Surface Topography (SST)

– Studi Geomorfologi Kelautan

Keperluan Rekayasa :– Eksplorasi Mineral

– Navigasi

– Konstruksi Pelabuhan

– Pengembangan Daerah Pantai

– Lainnya


Sifat-Sifat Utama

Temperatur :

– Kehidupan flora dan fauna laut– Komposisi kimia air laut– Sirkulasi massa air– Cepat rambat gelombang akustik

Salinitas :

– Penentuan sedimen dan kandungan mineral– Indikator arah dan kecepatan arus

Densitas :

– Stabilitas massa air dan sirkulasinya


Temperatur (1)

Perubahan temperatur air laut disebabkan oleh perpindahan panas dari massa yang

satu ke massa yang lainnya

Kenaikan temperatur permukaan laut disebabkan oleh :– Radiasi dari angkasa dan matahari– Konduksi panas dari atmosfir– Kondensasi uap air

Penurunan temperatur permukaan laut disebabkan oleh :– Radiasi balik permukaan laut ke atmosfir– Konduksi balik panas ke atmosfir– Evaporasi (penguapan)

Matahari mempunyai efek yang paling besar terhadap perubahan suhu permukaan

laut


Temperatur (2)

Variasi perubahan temperatur dipengaruhi juga oleh posisi geografis wilayah perairan

(lihat gambar)0 0/00 34 0/00 35 0/00 36 0/00

00 100 200 300

0

1000

2000

3000

4000

5000

ThermoclineHalocline

Laut Dalam

Kedalaman (m)

Salinitas (S)

Temperatur (T)

Posisi Stasiun Pengamatan(Dekat Puerto Rico)

φ = 240 29’ Uλ = 700 10’ B

Salinitas (S)

Temperatur (T)


Temperatur (3)

Para Ahli Oseanografi membagi pola temperatur dalam arah vertikal menjadi tiga lapisan :

– Well-mixed surface layer (10 - 500 m)– Thermocline, lapisan transisi (500 - 1000 m)– Lapisan yang relatif homogen dan dingin (> 1000 m)

Lapisan Thermocline :

– Lapisan dimana kecepatan perubahan temperatur cepat sekali

Bentuk pola temperatur dalam arah vertikal sangat dipengaruhi oleh dua faktor,

yaitu :

– Posisi geografis daerah perairan

– Waktu, berkaitan dengan musim


Temperatur Permukaan Laut (0 Celcius)

Bulan Februari

Bulan Agustus


Variasi Temperatur : Bidang Kedalaman/Lintang

Pasifik

Atlantik

Hindia


Salinitas (1)

Lautan terdiri dari :– Air sebanyak 96,5 %– Material terlarut dalam bentuk molekul dan ion sebanyak 3,5 %

Material yang terlarut tersebut 89 % terdiri dari garam Chlor, sedangkan sisanya 11 % terdiri dari unsur-unsur lainnya

Salinitas adalah jumlah total material terlarut (yang dinyatakan dalam gram) yang terkandung dalam 1 kg air laut

Satuan salinitas : 0/00 (per mil)

Faktor utama yang mempengaruhi perubahan salinitas, yaitu :– Evaporasi (penguapan) air laut– Hujan– Mencair/membekunya es– Aliran sungai menuju ke laut


Salinitas (2)

Para Ahli Oseanografi membagi pola salinitas dalam arah vertikal menjadi empat lapisan :

– Well-mixed surface zone, dengan ketebalan 50 - 100 m (salinitas seragam)– Halocline, zona dimana salinitas berubah dengan cepat sesuai dengan

bertambahnya kedalaman– Zona di bawah Halocline sampai ke dasar laut, dengan salinitas yang relatif

homogen– Zona Berkala (Occasional Zone), pada kedalaman 600 - 1000 m, dimana terdapat

nilai salinitas minimum

Salinitas air laut di seluruh wilayah perairan di dunia berkisar antara 33 - 37 0/00 , dengan nilai median 34,7 0/00 , namun di Laut Merah dapat mencapai 40 0/00

Salinitas air laut tertinggi terjadi di sekitar wilayah ekuator, sedangkan terendah dapat terjadi di daerah kutub, walaupun pada kenyataannya sekitar 75 % air laut mempunyai salinitas antara 34,5 0/00 - 35,0 0/00


Salinitas (3)

Contoh nilai salinitas rata-rata untuk beberapa tempat :

– Atlantik : 34,90 0/00

– Pasifik : 34,62 0/00

– Indonesia : 34,76 0/00


Salinitas Permukaan Laut (0 / 00)


Variasi Salinitas : Bidang Kedalaman/Lintang

Pasifik

Atlantik

Hindia


Densitas (1)

Densitas air laut merupakan jumlah massa air laut per satu satuan volume

Densitas merupakan fungsi langsung dari kedalaman laut, serta dipengaruhi juga oleh salinitas, temperatur, dan tekanan

Pada umumnya nilai densitas (berkisar antara 1,02 - 1,07 gr/cm3) akan bertambah sesuai dengan bertambahnya salinitas dan tekanan serta berkurangnya temperatur

Perubahan densitas dapat disebabkan oleh proses-proses :– Evaporasi di permukaan laut– Massa air pada kedalaman < 100 m sangat dipengaruhi oleh angin dan

gelombang, sehingga besarnya densitas relatif homogen– Di bawah lapisan ini terjadi perubahan temperatur yang cukup besar

(Thermocline) dan juga salinitas (Halocline), sehingga menghasilkan pola perubahan densitas yang cukup besar (Pynocline)

– Di bawah Pynocline hingga ke dasar laut mempunyai densitas yang lebih padat


Densitas (2)

Stabilitas air laut dipengaruhi oleh perbedaan densitasnya, yang disebut dengan

Sirkulasi Densitas atau Thermohaline

Dalam kegiatan pemeruman (pengukuran kedalaman dengan alat Echosounder),

salinitas dan temperatur yang diperoleh dari pengukuran pada interval kedalaman

tertentu sangat berguna untuk menentukan :

– Cepat rambat gelombang akustik

– Menentukan pembelokan arah perambatan gelombang akustik (refraksi)


Densitas Permukaan Laut


Interaksi Udara dan Lautan

Sirkulasi lautan tergantung kepada dua faktor utama, yaitu :– Angin

– Pemanasan lautan

Lautan di wilayah ekuator menyerap lebih banyak panas dibandingkan dengan daerah kutub, sehingga terjadi transfer panas dari ekuator ke kutub melalui proses :

– Konveksi

– Gerakan air

Angin yang bertiup di atas permukaan laut, membangkitkan ombak/gelombang, mengaduk air permukaan, dan meniup uap air dari permukaan laut, kemudian uap air tersebut ditransfer ke daratan dan akhirnya turun ke permukaan dalam bentuk hujan, dan selanjutnya air tadi kembali lagi ke laut (Siklus Hidrologi)

Sirkulasi air dapat juga terjadi dalam arah vertikal, yang ditentukan oleh perubahan densitas air pada permukaan laut


Pemanasan LautanBesaran panas yang sam

a

Area <Panas/Area >

Area >Panas/Area <


Siklus Hidrologi


Gelombang (1)

Selain membangkitkan arus, tiupan angin di permukaan laut dapat juga membangkitkan gelombang (Wind-generated wave)

Gelombang terbentuk oleh adanya transfer energi dari udara ke massa air

Keterangan :

L - panjang gelombangH - jarak vertikal antara puncak dan lembah

(tinggi gelombang)h - kedalaman lautT - periode gelombangC - kecepatan rambat gelombang

H

Puncak

Lembah

h

Arah Gerakan (C)

Gerakan VertikalAir

L

Dasar Laut


Gelombang (2)

Di laut dalam :– Air yang bergerak dalam arah horisontal jumlahnya kecil sekali– Air bergerak dalam arah vertikal (ke atas dan ke bawah)

Terdapat perbedaan antara Gelombang dan Gerakan Partikel air di permukaan (berbentuk lingkaran dengan diameter yang merupakan fungsi dari kedalaman dan kecepatan)

Sedangkan Tinggi dan Periode Gelombang merupakan fungsi dari :– Kecepatan dan durasi angin, serta jarak vertikal antara air dan angin – Kedalaman (khususnya di laut dangkal dan danau)

Jenis-jenis Gelombang :– Sea : dipengaruhi langsung oleh angin, tanpa pola yang sistematis (periode

berubah dan tinggi bervariasi)– Swell : merupakan bentuk turunan “Sea”, mempunyai pola yang teratur (panjang

gelombang tetap, tinggi berkurang)– Surf : terjadi di sekitar pantai (bila gelombang mencapai kedangkalan dan

pecah), bergerak dalam arah horisontal (bukan lingkaran) menuju ke pantai


Gelombang (3)

Gelombang Katastropik (Bencana)

Gelombang Badai (Storm Surge)

Gelombang yang disebabkan oleh longsoran (Landslide Surge)

Gelombang Tsunami, disebabkan oleh gempa bumi baik yang bersifat tektonik maupun vulkanik

Gelombang Stasioner, merupakan gelombang yang tidak bergerak maju, tetapi bergerak dalam arah vertikal ke atas dan ke bawah (dapat dibangkitkan oleh badai, gangguan tiba-tiba pada permukaan air, dan perubahan mendadak kondisi atmosfir); dapat terjadi di danau dan di daerah teluk


Arus Wind-Driven (1)

Interaksi antara udara dan lautan menghasilkan dua jenis sirkulasi yang berbeda :

1. Sirkulasi Wind-driven2. Sirkulasi Densitas (Thermohaline)

Sirkulasi Wind-Driven

Sirkulasi Wind-driven menghasilkan perbedaan tekanan air permukaan, sehingga menyebabkan terjadinya Slope

Perbedaan tekanan ini membangkitkan gaya yang akan menekan permukaan air sampai dengan kedudukan pada saat tekanan lebih rendah, atau dengan perkataan lain air cenderung akan bergerak menuruni Slope

Di pihak lain, Gaya Coriolis akan mendefleksikan arah arus ke kanan di belahan bumi bagian Utara

Kedua hal di atas menyebabkan arus yang dinamakan Arus Geostropik (hampir semua arus permukaan bersifat Geostropik)


Arus Wind-Driven (2)

Sirkulasi Wind-driven selain dalam bentuk arus dengan arah horisontal, juga dengan arah vertikal yang disebut dengan fenomena Upwelling dengan karakteristik :

– Gerakan air ke atas

– Terjadi bila angin bertiup sejajar pantai

– Arah arus dipengaruhi oleh Gaya Coriolis

– Ditentukan oleh bentuk topografi dasar laut

– Bila arus di bawah permukaan kaya akan kandungan nutrisi, maka daerah

perairan tersebut akan mempunyai produktifitas biologis yang tinggi

Bila gerakan air dari atas ke bawah, maka disebut dengan Sinking


Sirkulasi Atmosfir (Bumi Tidak Berotasi)


Sirkulasi Atmosfir (Coriolis)


Sirkulasi Atmosfir (Aktual)


Sirkulasi Thermohaline

Sirkulasi Thermohaline umumnya merupakan proses yang terjadi di laut dalam

Disebabkan oleh variasi densitas air yang terbentuk di bidang batas antara udara -air, dan erat kaitannya dengan Sirkulasi Wind-driven

Sulit diamati secara langsung mengingat kecepatannya yang sangat lambat, namun bisa disimpulkan melalui pengamatan salinitas, temperatur, dan kadar O2 terlarut

Sirkulasi ini merupakan proses konveksi, dimana air dingin dan berdensitas besar terbentuk di daerah kutub (Utara dan Selatan), tenggelam, dan mengalir pelan-pelan ke arah ekuator

Di Atlantik Utara, terbentuk North Atlantic Deep Water, sedangkan di wilayah Antartika terbentuk Antartic Bottom Water dan Antartic Intermediate Water

Sirkulasi Thermohaline juga dipengaruhi oleh topografi dasar laut


Arus Laut

Tiga sumber utama pembangkit arus adalah :

– Angin (arus permukaan)

– Variasi densitas

– Pasut laut

Pengaruh lainnya dapat disebabkan oleh : Gaya Coriolis, Gaya Berat, Gaya Gesekan,

dan Tekanan Atmosfir

Peranan pengamatan arus dalam Survei Hidrografi :

– Kerekayasaan : konstruksi lepas pantai, perencanaan pelabuhan, dan

pemantauan lingkungan

– Penentuan posisi (metode Dead-Reckoning)

– Keselamatan pelayaran


Arus Permukaan Laut


Pengukuran-Pengukuran

Pengamatan Arus

• Tujuan

• Pengertian Arus Laut

• Penyebab

• Jenis Arus

• Metode Pengamatan

• Current Meter

• Pelaksanaan Pengamatan

Pengamatan Gelombang

• Tujuan

• Pengertian Gelombang Laut

• Penyebab

• Parameter Gelombang Laut

• Klasifikasi Gelombang Laut


Pengamatan Sifat Air Laut

• Tujuan



Pengamatan Arus (1)

Tujuan

• Untuk mengetahui arah dan kecepatan air laut pada kedalaman tertentu

Pengertian Arus Laut

• Pergerakan massa air dalam arah horisontal

Penyebab

• Gaya pasut

• Angin

• Perbedaan temperatur

• Salinitas dan tekanan air laut

• Keadaan topografi air laut

Bervariasi terhadap lokasi dan kedalaman


Pengamatan Arus (2)

Jenis Arus

• Arus pasut• Arus non-pasut (arus angin, arus barogradient, arus konveksi)

Metode Pengamatan

• Langsung (current meter)• Tak langsung

Current Meter

Keuntungan :

• Pada setiap kedalaman• Pencatat secara otomatis• Data ukuran relatif teliti

Sirip Pengarah

KompasMagnet

Rotor

Arah AliranAir

Pemberat

Penghitung Putaran

Kabel keAlat Peraga


Pengamatan Arus (3)

Penempatan beberapa Current Meter di Stasiun Pengamat

Pelampung Identifikasi

Pelampung BawahPermukaan

Pelampung Pengaman

Current Meter


Pelaksanaan Pengamatan

• Perencanaan jumlah, sebaran, dan lokasi stasiun pengamat :– Luas daerah– Spesifikasi pekerjaan– Rencana lokasi penempatan bangunan

• Perencanaan jumlah dan jenis Current Meter :– Jumlah stasiun pengamat– Kedalaman stasiun pengamat– Ketelitian

• Perencanaan jangka waktu dan lama pengamatan :– Metode pengolahan data– Ketelitian data (arah dan kecepatan)

Pengamatan Arus (4)


• Pada suatu stasiun pengamatan arus, arah dan kecepatan arus pasut berubah-ubah

terhadap waktu dan kedalaman, sedangkan arus non-pasut umumnya hanya berubah

terhadap kedalaman

• Pada pengolahan data arus, masukan data harus berupa data numeris, sehingga data

pengamatan arus berupa data rekaman (kertas perekam, pita magnetik, atau film)

terlebih dahulu haris dikonversi ke numeris

Pengamatan Arus (5)


Pengamatan Gelombang (1)

Tujuan

• Untuk mengetahui sifat gelombang laut, seperti : tinggi, periode, panjang, kecepatan

maupun arah gerak gelombang

Pengertian Gelombang Laut

• Merupakan bentuk deformasi dari permukaan laut

Penyebab

• Angin

• Gempa bawah laut

• Gaya pembangkit pasut



Parameter Gelombang Laut

Bentuk Ideal

Bentuk Khusus

Puncak

Lembah

Panjang

TinggiAmplitudo Arah GerakanMuka Laut

Muka Laut



Klasifikasi Gelombang Laut (berdasarkan Periode)

Periode Jenis Gelombang< 0,1 detik Kapiler

0,1 detik - 1 detik Ultra Gravitasi1 detik - 30 detik Gravitasi30 detik - 5 menit Infra Gravitasi5 menit - 12 jam Periode Panjang12 jam - 24 jam Pasut Laut

Metode Pengamatan

• Peralatan di luar permukaan laut (visual, pemotretan udara, laser)

• Peralatan pada permukaan laut (wave gauge, ship-borne wave recorder, wave rider)

• Peralatan pada/di bawah permukaan laut (upward-looking echosounder dengan wahana kapal selam)


Tujuan

• Untuk mendapatkan informasi (kualitatif atau kuantitatif) tentang sifat-sifat fisika air laut :

– Temperatur

– Salinitas

– Densitas

– Tekanan

– Derajat Keasaman (pH)

Metode Pengamatan

• Pengambilan contoh air laut (tidak langsung)

• Pengukuran langsung

Pengamatan Sifat Air Laut (1)



Pengambilan contoh air laut dengan Botol Nansen


Jenis Alat Besaran Pengamatan

Thermometer TemperaturBathythernograph Temperatur (profil terhadap Kedalaman)Thermistor TemperaturSalinometer SalinitasSalinity & Temperature Bridge Salinitas dan TemperaturSTD (Salinity-Temperature-Depth) Sensor Salinitas, Temperatur, dan Kedalaman (Tekanan)CTD (Conductivity-Temperature-Depth) Sensor Konduktivitas, Temperatur, dan Kedalaman

(Tekanan)Hydrometer DensitasSensor Tekanan TekananpH Meter Derajat Keasaman (pH)Electrode Instrumentation Kadar Gas terlarutSecchi Disc KekeruhanForel Scale KekeruhanTransmissiometer KekeruhanSubmersible Water Quality Station Temperatur, Tekanan, pH, Kekeruhan,

Kadar Gas terlarut, dan Konduktivitas




Thermometer Terlindungi (Kiri) dan Tak Terlindungi (Kanan)


bagian iv sifat-sifat fisik air lautsecure site wafiqkamal.files.wordpress.com/2015/08/...– zona...

Documents