SIFAT DASAR FISIK LAUT

ARUS AIR LAUT

Pertemuan 9

Forcep Rio Indaryanto,S.Pi

Jurusan Perikanan - Fakultas PertanianUniversitas Sultan Ageng Tirtayasa

Pengertian

Bumi kita dikelilingi oleh dua lautan yang sangat luas: lautan udara dan lautan air. Keduanya berada dalam keadaan bergerak yang tetap, dibangkitkan oleh energi dari matahari dan gaya gravitasi Bumi. Gerakan-gerakan mereka saling berhubungan: angin memberikan energinya ke permukaan laut sehingga menghasilkan arus laut, dan arus laut membawa energi panas dari satu lokasi ke lokasi lainnya, mengubah pola temperatur permukaan Bumi dan juga mengubah sifat-sifat fisis udara di atasnya.

Arus laut (sea current) adalah proses pergerakan massa air menuju kesetimbangan yang menyebabkan perpindahan horizontal (gerakan ke samping) dan vertikal (gerak ke atas) massa air. Gerakan tersebut merupakan resultan dari beberapa gaya yang bekerja dan beberapa factor yang mempengaruhinya.

Arus laut tercipta karena adanya pemanasan di beberapa bagian Bumi oleh radiasi sinar matahari. Air yang lebih hangat akan "mengembang", membuat sebuah kemiringan (slope) terhadap daerah sekitarnya yang lebih dingin, dan akibatnya air hangat tersebut akan mengalir ke arah yang lebih rendah yaitu ke arah kutub yang lebih dingin daripada ekuator.

Selain itu, arus laut juga dipengaruhi oleh faktor-faktor lain seperti sifat air itu sendiri, angin, gravitasi bumi, medan massa (densitas), tekanan, gerakan rotasi bumi (gaya coriolis), dll

Angin• Ketika angin berhembus di laut, energi yang ditransfer dari angin ke

batas permukaan, sebagian energi ini digunakan dalam pembentukan gelombang gravitasi permukaan, yang memberikan pergerakan air dari yang kecil kearah perambatan gelombang sehingga terbentuklah arus dilaut. Semakin cepat kecepatan angin, semakin besar gaya gesekan yang bekerja pada permukaan laut, dan semakin besar arus permukaan.

• Di laut terbuka, air laut digerakan oleh dua sistem angin. Di dekat khatulistiwa, angin pasat (trade wind) menggerakkan permukaan air ke arah barat. Sementara itu, di daerah lintang sedang (temperate), angin baratan (westerlies wind) menggerakkan kembali permukaan air ke timur. Akibatnya di samudera-samudera akan ditemukan sebuah gerakan permukaan air yang "membundar". Di belahan bumi utara, angin ini membangkitkan arus yang bergerak searah jarum jam, sementara itu di belahan bumi selatan dia bergerak berlawanan arah jarum jam.

Medan Gravitasi Gravitasi sering diartikan sebagai gaya tarik bumi terhadap suatu titik

bermasa. Percepatan gravitasi di katulistiwa lebih kecil daripada gravitasi di

kutub karena adanya percepatan sentrifugal yang arahnya berlawanan (ke luar) yang disebabkan oleh rotasi bumi. Kalau bumi bisa dianggap bundar sempurna, maka ada perbedaan pecepatan sebesar v2/R, dimana v=kecepatan di katulistiwa dan R=radius bumi.

Perbedaan antara gravitasi di kutub dengan di katulistiwa adalah 0.0339 m/s2. Setiap titik di katulistiwa mengelilingi bumi penuh selama 86,164 s (hampir 24 jam). Jadi v = 2 Pi (6.38 x 10^6 m)/(86,164 s) = 465 m/s. Akhirnya, v2/R = (465 m/s)2 by 6.38 x 10^6 m = 0.0339 m/s2.

Arus laut di di daerah equator/katulistiwa lebih kuat dibandingkan dengan daerah kutub

Medan Massa (Densitas)

Densitas adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda.

Perbedaan densitas yang kecil secara horisontal (misalnya akibat perbedaan pemanasan di permukaan) dapat menghasilkan arus laut yang sangat kuat.

Densitas air laut bergantung pada temperatur (T), salinitas (S) dan tekanan (p). Kebergantungan ini dikenal sebagai persamaan keadaan air laut (Equation of State of Sea Water):

ρ = ρ(T,S,p)

Penentuan dasar pertama dalam membuat persamaan di atas dilakukan oleh Knudsen dan Ekman pada tahun 1902. Pada persamaan mereka, ρ dinyatakan dalam g cm-3.

Medan Massa (Densitas)

Densitas bertambah dengan bertambahnya salinitas dan berkurangnya temperatur, kecuali pada temperatur di bawah densitas maksimum. Densitas air laut terletak pada kisaran 1025 kg m-3 sedangkan pada air tawar 1000 kg m-3

Densitas maksimum terjadi di atas titik beku untuk salinitas di bawah 24,7 dan di bawah titik beku untuk salinitas di atas 24,7. Hal ini mengakibatkan adanya konveksi panas.

Tekanan

• Pada umumnya tekanan diatas permukaan laut dianggap 1 atmosfer.

• Gaya gradien tekanan horizontal sangat dipengaruhi oleh tekanan, massa air, kedalaman dan juga densitas dari massa air tersebut, yang mana jika densitas laut homogen, maka gaya gradien tekanan horizontal adalah sama untuk kedalaman berapapun. Jika tidak ada gaya horizontal yang bekerja, maka akan terjadi percepatan yang seragam dari tekanan tinggi ke tekanan yang lebih rendah.

Gaya CoriolisEfek Coriolis melekat pada fenomena defleksi (pembelokan arah) gerak sebuah benda pada sebuah kerangka acuan yang berputar, khususnya di permukaan Bumi. Diambil dari nama seorang ilmuwan prancis: Gaspard Gustave Coriolis (1792).

Sebuah benda yang bergerak lurus dalam kerangka yang berputar, akan terlihat berbelok oleh pengamat yang diam di dalam kerangka tersebut

Semakin ke arah khatulistiwa, gaya coriolis makin mengecil.

Gaya ini yang mengakibatkan adanya arus yang searah jarum jam (ke kanan) pada belahan bumi utara dan berlawanan dengan arah jarum jam di belahan bumi selatan.

Perubahan arah arus dari pengaruh angin ke pengaruh gaya coriolis dikenal dengan spiral ekman

Pada saat kecepatan arus berkurang, maka tingkat perubahan arus yang disebabkan gaya Coriolis akan meningkat. Hasilnya akan dihasilkan sedikit pembelokan dari arah arus yang relaif cepat dilapisan permukaan dan arah pembelokanya menjadi lebih besar pada aliran arus yang kecepatanya makin lambat dan mempunyai kedalaman makin bertambah besar. Akibatnya akan timbul suatu aliran arus dimana makin dalam suatu perairan maka arus yang terjadi pada lapisan-lapisan perairan akan dibelokan arahnya. Hubungan ini dikenal sebagai Spiral Ekman, Arah arus menyimpang 450 dari arah angin dan sudut penyimpangan bertambah dengan bertambahnya kedalaman

Klasifikasi Arus berdasarkan letak• Menurut letaknya arus dibedakan menjadi dua yaitu

arus atas dan arus bawah. Arus atas adalah arus yang bergerak di permukaan laut. Sedangkan arus bawah adalah arus yang bergerak di bawah permukaan laut.

• Faktor pembangkit arus permukaan disebabkan oleh adanya angin yang bertiup diatasnya. Tenaga angin memberikan pengaruh terhadap arus permukaan (atas) sekitar 2% dari kecepatan angin itu sendiri. Kecepatan arus ini akan berkurang sesuai dengan makin bertambahnya kedalaman perairan sampai pada akhirnya angin tidak berpengaruh pada kedalaman 200 meter

• Arus laut, baik yang di permukaan maupun di kedalaman, berperan dalam iklim di Bumi. Sistem arus global yang mempengaruhi iklim di Bumi ini biasa disebut sebagai "Great Ocean Conveyor Belt" atau dalam bahasa Indonesia disebut sebagai "Sabuk Arus Laut Dunia".

• Akibat suhu yang dingin di sekitar kutub utara (Greenland), maka akan terjadi pembekuan air laut. Pembekuan air laut ini akan melepaskan garam yang terkandung di dalam air laut tersebut. Pelepasan garam ini akan menjadikan salinitas air laut menjadi lebih tinggi sehingga densitas air laut di sana pun menjadi lebih tinggi pula, akibatnya massa air laut akan turun (bisa juga disebut sebagai arus laut yang bergerak ke kedalaman). Kekosongan akibat turunnya massa air laut yang memiliki densitas yang besar tersebut akan diisi oleh massa air laut di sekitarnya, yaitu dari daerah lintang yang lebih rendah atau daerah tropis. Air laut dari daerah tropis mengalami radiasi matahari yang relatif tetap sepanjang tahun. Air laut di tropis yang hangat inilah yang menjadikan iklim di lintang menengah dan tinggi tetap cukup hangat.

Arus Vertikal (Upwelling)

• Selain pergerakan arah arus mendatar, angin dapat menimbulkan arus air vertikal yang dikenal dengan upwelling dan downwelling di daerah-daerah tertentu.

• Proses upwelling adalah suatu proses massa air yang didorong ke atas dari kedalaman sekitar 100 sampai 200 meter. Angin yang mendorong lapisan air permukaan mengakibatkan kekosongan di bagian atas, akibatnya air yang berasal dari bawah menggantikan kekosongan yang berada di atas. Oleh karena air yang dari kedalaman lapisan belum berhubungan dengan atmosfer, maka kandugan oksigennya rendah dan suhunya lebih dingin dibandingkan dengan suhu air permukaan lainnya. Walaupun sedikit oksigen, arus ini mengandung larutan nutrien seperti nitrat dan fosfat sehingga cederung mengandung banyak fitoplankton. Fitoplankton merupakan bahan dasar rantai makanan di lautan, dengan demikian di daerah upwelling umumnya kaya ikan.

• Gejala upwelling dapat dipantau oleh satelit cuaca NOAA dan dijadikan sebagai tanda akan dimulainya musim panen ikan 14 hari setelah upwelling terjadi. Bagi nelayan modern dapat memanfaatkan informasi NOAA untuk persiapan panen. Pencurian ikan di berbagai laut di Indonesia umumnya para pencuri memantau gejala upwelling. Pada saat upwelling mereka pura-pura mencari ikan di daerah yang jauh dari perairan laut. Akan tetapi 14 hari kemudian mereka meluncur dengan kekuatan penuh menuju perairan Indonesia. Dengan gesit mereka mengeruk ikan yang lagi banyak-banyaknya. Mereka lolos dari pengejaran patroli perairan Indonesia karena perlengkapan kita belum dapat melacak keberadaan mereka.

• Sinking atau downwelling merupakan proses kebalikan dari upwelling, yaitu gerakan air yang tenggelam ke arah bawah di perairan pantai.

Tipe-Tipe Upwelling

Setidaknya ada enam tipe upwelling yaitu :• Coastal Upwelling• Equatorial Upwelling• Southern Ocean Upwelling• Tropical cyclone upwelling• Artificial Upwelling• Non-oceanic upwelling

Coastal Upwelling  

• Coastal upwelling adalah tipe yang paling banyak memiliki hubungan dengan aktivitas manusia dan memberikan banyak pengaruh terhadapa produktivitas perikanan di dunia, seperti ikan pelagis kecil (sardines, anchovies, dll.). Laut dalam kaya akan nutrien termasuk nitrate and phosphate, yang merupakan hasil dari dekomposisi materi organik (dead/detrital plankton) dari permukaan laut.

• Ketika sampai ke permukaan, nutrien tersebut digunakan oleh fitoplankton, beserta CO2 terlarut dan dan energi cahaya matahari untuk menghasilkan bahan organik melalui proses fotosintesis. Daerah Upwelling memiliki produktivitas yang tinggi dibanding dengan wilayah lainnya. Hal ini berkaitan dengan rantai makanan, karena fitoplankton berada pada level dasar pada rantai makanan di laut. Daearah dari upwelling antara lain pantai Peru, Chile, Laut arab, western South Africa, eastern New Zealand, southeastern Brazil dan pantai California.

• Bagian kunci dari oseanografi fisika yang menimbulkan coastal upwelling adalah efek Coriolis yang didorong oleh wind-driven yang derung diarahkan ke sebelah kanan di belahan bumi utara dan ke arah kiri di belahan bumi selatan. 

Equatorial Upwelling

• Fenomena yang sama terjadi di ekuator. Apapun lokasinya ini merupakan hasil dari divergensi, massa air yang nutrien terangkat dari lapisan bawah dan hasilnya ditandai oleh fakta bahwa pada daerah ekuator di pasifik memiliki konsentrasi fitoplankton yang tinggi.

Southern Ocean Upwelling • Upwelling dalam skala besar juga terjadi di Southern Ocean.

Di sana, dipengaruhi angin yang kuat dari barat dan timur yang bertiup mengelilingi Antarctika, yang mengakibatkan perubahan yang signifikan terhadap aliran massa air yang menuju ke utara. Sebenarnya tipe ini masih termasuk ke dalam coastal upwelling. Ketika tidak ada daratan antara Amerika Selatan dengan Semenanjung Antartika, sejummah massa air terangkat dari lapisan dalam. Dalam banyak pengamatan dan sintesis model numerik, upwelling samudra bagian Selatan merupakan sarana utama untuk mengaduk material lapisan dalam ke permukaan.Beberapa model sirkulasi laut menunjukkan bahwa dalam skala luas upwelling terjadi di daerah tropis, karena didorong tekanan air mengalir berkumpul ke arah lintang rendah dimana terdifusi dengan lapisan hangat dari permukaan.

Tropical cyclone upwelling

• Upwelling juga bisa disebabkan oleh tropical cyclone yang melanda suatu wilayah laut, biasanya apabila bertiup dengan kecepatannya kurang dari 5 mph (8 km/h).

Artificial Upwelling

• Upwelling tipe jenis ini dihasilkan oleh perangkat yang menggunakan energi gelombang laut atau konversi energi panas laut untuk memompa air ke permukaan. Perangkat seperti telah dilakukan untuk memproduksi plankto.

Non-oceanic upwelling

• Upwellings juga terjadi di lingkungan lainnya, seperti danau, magma dalam mantel bumi. Biasanya akibat dari konveksi.

Klasifikasi Arus berdasarkan Lokasi• Arus Permukaan Laut di Samudera (Surface Circulation)

Penyebab utama arus permukaan laut di samudera adalah tiupan angin yang bertiup melintasi permukaan Bumi melintasi zona-zona lintang yang berbeda. Ketika angin melintasi permukaan samudera, maka massa air laut tertekan sesuai dengan arah angin.

Pola umum arus permukaan samudera dimodifikasi oleh faktor-faktor fisik dan berbagai variabel seperti friksi, gravitasi, gerak rotasi Bumi, konfigurasi benua, topografi dasar laut, dan angin lokal. Interaksi berbagai variabel itu menghasilkan arus permukaan samudera yang rumit.

Karena gerakannya yang terus menerus itu, massa air laut mempengaruhi massa udara yang ditemuinya dan merubah cuaca dan iklim di seluruh dunia.

• Arus di Kedalaman Samudera (Deep-water Circulation) Faktor utama yang mengendalikan gerakan massa air laut di kedalaman samudera adalah densitas air laut. Perbedaan densitas diantara dua massa air laut yang berdampingan menyebabkan gerakan vertikal air laut dan menciptakan gerakan massa air laut-dalam (deep-water masses) yang bergerak melintasi samudera secara perlahan. Gerakan massa air laut-dalam tersebut kadang mempengaruhi sirkulasi permukaan. Perbedaan densitas massa air laut terutama disebabkan oleh perbedaan temperatur dan salinitas air laut. Oleh karena itu gerakan massa air laut-dalam tersebut disebut juga sebagai sirkulasi termohalin (thermohaline circulation).

• Arus Pasang Surut (Tidal Current) di Kawasan Pesisir

Arus pasang surut terjadi terutama karena gerakan pasang surut air laut. Arus ini terlihat jelas di perairan estuari atau muara sungai. Bila air laut bergerak menuju pasang, maka terlihat gerakan arus laut yang masuk ke dalam estuari atau alur sungai; sebaliknya ketika air laut bergerak menuju surut, maka terlihat gerakan arus laut mengalir ke luar.

• Arus Sepanjang Pantai (longshore current) dan Arus Rip (rip current)

Ke-dua macam arus ini terjadi di perairan pesisir dekat pantai, dan terjadi karena gelombang mendekat dan memukul ke pantai dengan arah yang muring atau tegak lurus garis pantai. Arus sepanjang pantai bergerak menyusuri pantai, sedang arus rip bergerak menjauhi pantai dengan arah tegak lurus atau miring terhadap garis pantai.

Persebaran Arus Laut di Dunia

Samudra Pasifik• Sebelah utara khatulistiwa

Arus Khatulistiwa Utara, merupakan arus panas yang mengalir menuju ke arah barat sejajar dengan garis khatulistiwa dan ditimbulkan serta didorong oleh angin pasat timur laut

Arus Kuroshio, merupakan lanjutan arus khatulistiwa utara karena setelah sampai di dekat Kepulauan Filipina, arahnya menuju ke utara. Arus ini merupakan arus panas yang mengalir dari utara Kepulauan Filipina, menyusur sebelah timur Kepulauan Jepang dan terus ke pesisir Amerika Utara (terutama Kanada). Arus ini didorong oleh angin barat

Arus Kalifornia, mengalir di sepanjang pesisir barat Amerika Utara ke arah selatan menuju ke khatulistiwa. Arus ini merupakan lanjutan arus kuroshio, termasuk arus menyimpang (pengaruh daratan) dan arus dingin

Arus Oyashio, merupakan arus dingin yang didorong oleh angin timur dan mengalir dari selat Bering menuju ke selatan dan berakhir di sebelah timur Kepulauan Jepang karena ditempat ini arus tersebut bertemu dengan arus Kuroshio (terhambat oleh kuroshio). Di tempat pertemuaan arus dingin Oyashio dengan arus panas Kuroshio terdapat daerah perikanan yang kaya, sebab plankton-plankton yang terbawa oleh arus Oyashio berhenti pada daerah pertemuaan arus panas Kuroshio yang hangat dan tumbuh subur

• Sebelah selatan khatulistiwaArus Khatulistiwa Selatan, merupakan arus panas yang

mengalir menuju ke barat sejajar dengan garis khatulistiwa. Arus ini ditimbulkan atau didorong oleh angin pasat tenggara

Arus Humboldt atau Arus Peru, merupakan lanjutan dari sebagian arus angin barat yang mengalir di sepanjang barat Amerika Selatan menyusur ke arah utara. Arus ini merupakan arus menyimpang serta didorong oleh angin pasat tenggara dan termasuk arus dingin

Arus Australia Timur, merupakan lanjutan arus khatulistiwa selatan yang mengalir di sepanjang pesisir Australia Timur dari arah utara ke selatan (sebelah timur Great Barrier Reef)

Arus Angin Barat, merupakan lanjutan dari sebagian arus Australia timur yang mengalir menuju ke timur (pada lintang 30 ° - 40 °LS) dan sejajar dengan garis ekuator. Arus ini didorong oleh angin barat

Samudra Atlantik• Sebelah utara khatulistiwa

Arus Khatulistiwa Utara, merupakan arus panas yang mengalir menuju ke barat sejajar dengan garis khatulistiwa. Arus ini ditimbulkan dan didorong angin pasat timur laut

Arus Teluk Gulfstream, merupakan arus menyimpang yang segera diperkuat oleh dorongan angin besar dan merupakan arus panas. Arus khatulistiwa utara (ditambah dengan sebagian arus khatulistiwa selatan) semula masuk ke Laut Karibia terus ke Teluk Mexiko dan keluar dari teluk ini melalui Selat Florida(sebagai Arus Florida). Arus Florida yang segera bercampur dengan Arus Antillen merupakan arus besar yang mengalir di sepanjang pantai timur Amerika Serikat ke arah Timur. Arus inilah yang disebut arus teluk sebab sebagian dari arus ini keluar dari teluk Meksiko

Arus Tanah Hijau Timur atau Arus Greenland Timur, merupakan arus dingin yang mengalir dari laut Kutub Utara ke selatan menyusur pantai timur Tanah Hijau. Arus ini didorong oleh angin timur (yang berasal dari daerah kutub)

Arus Labrador, berasal dari laut Kutub Utara yang mengalir ke selatan menyusuri pantai timur Labrador. Arus ini didorong oleh angin timur dan merupakan arus dingin, yang pada umumnya membawa “gunung es” yang ikut dihanyutkan

Arus Canari, merupakan arus menyimpang dan termasuk arus dingin. Arus ini merupakan lanjutan sebagian arus teluk yang mengubah arahnya setelah pengaruh daratan Spanyol dan mengalir ke arah selatan menyusur pantai barat Afrika Utara

• Sebelah selatan khatulistiwa Arus Khatulistiwa Selatan, merupakan arus panas yang mengalir

menuju ke barat, sejajar dengan garis khatulistiwa. Sebagian dari arus ini masuk ke utara (yang bersama-sama dengan arus Khatulistiwa Utara ke Laut Karibia) sedangkan yang sebagian lagi membelok ke selatan. Arus ini ditimbulkan dan didorong oleh angin pasat tenggara

Arus Brazilia, merupakan lanjutan dari sebagian arus angin barat yang mengalir ke arah selatan menyusuri pantai timur Amerika Selatan (khususnya Brazilia). Arus ini termasuk arus menyimpang dan merupakan arus panas

Arus Benguela, merupakan lanjutan dari sebagian arus angin barat, yang mengalir ke arah utara menyusuri pantai barat Afrika Selatan. Arus ini merupakan arus dingin, yang akhirnya kembali menjadi Arus Khatulistiwa Selatan

Arus Angin Barat, merupakan lanjutan dari sebagian Arus Brazilia yang mengalir ke arah timur (pada lintang 30o - 40oLS) sejajar dengan garis ekuator. Arus ini didorong oleh angin barat dan merupakan arus dingin

Samudra Hindia• Sebelah utara khatulistiwa

Arus laut samudera ini keadaannya berbeda dengan samudera lain, sebab arah gerakan arus tak tetap dalam setahun melainkan berganti arah dalam ½ tahun, sesuai dengan gerakan angin musim yang menimbulkannya.

Arus Musim Barat Daya, merupakan arus panas yang mengalir menuju ke timur menyusuri Laut Arab dan Teluk Benguela. Arus ini ditimbulkan dan didorong oleh angin musim barat daya. Arus ini berjalan kurang kuat sebab mendapa hambatan dari gerakan angin pasat timur laut

Arus Musim Timur Laut, merupakan arus panas yang mengalir menuju ke barat menyusuri Teluk Benguela dan Laut Arab. Arus ini ditimbulkan dan didorong oleh angin musim timur laut. Arus yang terjadi bergerak agak kuat sebab di dorong oleh dua angin yang saling memperkuat, yaitu angin pasat timur laut dan angin musim timur laut

• Sebelah selatan khatulistiwa Arus Khatulistiwa Selatan, merupakan arus panas yang mengalir

menuju ke barat sejajar dengan garis khatulistiwa yang nantinya pecah menjadi dua (Arus Maskarena dan Arus Agulhas setelah sampai di timur Madagaskar). Arus ini ditimbulkan dan didorong oleh angin pasat tenggara

Arus Maskarena dan Arus Agulhas, merupakan arus menyimpang dan merupakan arus panas. Arus ini juga merupakan lanjutan dari pecahan Arus Khatulistiwa Selatan. Arus Maskarena mengalir menuju ke selatan, menyusuri pantai Pulau Madagaskar Timur. Arus Agulhas juga mengalir menuju ke selatan menyusuri pantai Pulau Madagaskar Barat

Arus Angin Barat, merupakan lanjutan dari sebagian arus angin barat, yang mengalir ke arah utara menyusur pantai barat Benua Australia. Arus ini termasuk arus menyimpang dan merupakan arus dingin yang akhirnya kembali menjadi Arus Khatulistiwa Selatan.

Daftar Pustaka• Mulia M. 1973. Pengantar Oceanografi. IPB. Bogor

• http://www.mail-archive.com/itb@itb.ac.id/msg09336.html; “Tanggapan atas "Memburu Pengakuan Penemuan Ilmiah“

• http://oseanografi.blogspot.com/2005/07/densitas-air-laut.html; Densitas Air Laut

• http://ech.blogspot.com/2006/12/efek-coriolis-bukti-bumi-berputar.html; Efek Coriolis: Bukti Bumi Berputar

• http://namce8081.wordpress.com/category/gerakan-air-laut/arus-laut/; Arus Laut

• http://www.e-dukasi.net/mol/mo_full.php?moid=99&fname=geox0810.htm; GERAKAN AIR LAUT DAN KUALITAS AIR LAUT