Download - 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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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.
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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).
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
8/30
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
12/30
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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.
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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.
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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.
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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.
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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)
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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-
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
24/30
2-1-52-2-
4
TMLtekanandimensi
bar10cmdyne10Nm1Pa1
1.5%kesalahandengan10
zgzp
Dengan demikian pendekatan untuk p dapat ditulis sebagai
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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.
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
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.
-
7/22/2019 1 Sifat Sifat AIr Laut
30/30
S
T
100m
300m
800m
1500m
1550m
2000m2500m
Contoh diagram T-S
Gambar berikut memperlihatkan T-S diagram di perlihatkan Atlantik
Selatan