II. ATMOSFER

Oleh:

GUSTI RUSMAYADI

(Jurusan Budidaya Pertanian-Faperta Unlam) mirsaR@plasa.com

Disajikan Pada:

PERKULIAHAN KLIMATOLOGI DASAR PROGRAM SARJANA FAPERTA UNLAM

2.1. B a h a n

• Atmosfer terisi dari tiga kelompok bahan, yakni

1) Gas (udara kering dan uap air)

2) Cairan (butir-butir air atau awan)

3) Aerosol (bahan padatan, misal debu)

• Bahan tersebut berbeda ukurannya dan

tersebar pada berbagai ketinggian. Partikel

yang ringan berada di atas partikel yang berat.

• Makin mendekati permukaan bumi kerapatan

partikel di atmosfer meningkat

Komposisi Normal Udara kering Kelompok Nama Gas Lambang Kimia Konsentrasi Berat Molekul

A. Gas Utama Nitrogen N2 78,08 % 28,02

Oksigen O2 20,94% 32,00

Argon Ar 0,93% 39,88

Karbon Dioksida CO2 0,03 % (bervariasi) 44,00

B. Gas Penyerta

1. Gas Permanen Neon Ne 18,00 ppm 20,18

Helium He 5,20 ppm 4,06

Krypton Kr 1,10 ppm -

Xenon Xe 0,086 ppm -

Hidrogen H2 0,52 ppm 2,02

Nitrous Oksida N2O 0,25 ppm -

2. Gas tidak Permanen (Reaktif)

Karbon Monoksida CO 0,10 ppm -

Methane CH4 1,40 ppm -

Hydro Carbon HC 0,02 ppm -

Nitric Oksida NO (0,2-2,0)x 10-3 ppm -

Nitrogen Dioksida NO2 (0,5-4,0)x 10-3 ppm -

Amoniak NH3 (6,0-20)x 10-3 ppm -

Sulfur Dioksida SO3 (0,03-1,2)x 10-3 ppm -

Ozone O3 (0,0-0,5) ppm 48,00

0,01 %

99,99

%

Uap Air • Kandungan uap air di atmosfer mudah berubah

menurut arah (horizontal dan vertikal) maupun waktu.

• Di atas wilayah tropika kandungan uap air di atmosfer

merupakan nilai tertinggi di dunia, yakni sekitar 4 % dari

volume atmosfer atau 3 % dari massa atmosfer.

Uap Air Nitrogen (N2) Oksigen (O2) Argon (Ar)

(dalam % volume atmosfer)

0 78,08 20,95 0,93

1 77,03 20,74 0,92

2 76,52 20,50 0,91

3 75,52 20,30 0,90

4 74,96 20,11 0,89

Tabel 2.2. Susunan tiga macam gas utama pada berbagai kandungan uap air

Aerosol

• Aerosol adalah berbagai partikel

halus dari bahan padat di bumi

sebagian terangkat ke atmosfer.

• Ketinggian jelajah aerosol dan

periode keberadaannya tergantung

pada massanya, pemanasan dan

pendinginan di permukaan bumi

serta angin.

• Komposisi normal aerosol adalah;

– Debu: 20 % (terutama daerah kering)

– Kristal garam: 40 % (pecahan ombak lautan)

– Abu: 10 % (dari gn. api, pembakaran)

– Asap: 5 % (dr. cerobong pabrik, pembakaran)

– Lain-lain: 25 % (mikro organisme)

2.2. Struktur Lapisan Atmosfer

• Bahan pengisi atmosfer adalah gas yang mudah mampat dan mengembang.

• Gaya gravitasi menyebabkan ;

– Seluruh bahan atmosfer ke permukaan bumi.

– Kerapatan partikel atmosfer meningkat dengan ketinggian yang berkurang.

– Massa dan tekanan partikel atmosfer meningkat semakin dekat dengan permukaan bumi

• Oleh karena sebagian besar bahan pengisi atmosfer berada di bagian bawah, maka perubahan massa atmosfer terhadap ketinggian relatif cepat pada bagian bawah.

Penjelasan Gambar ;

(1) Sekitar 50% dari massa atmosfer berada di

dalam ruang udara hingga ketinggian 5,5 –

5,6 km

(2) Sekitar 99,99% dari massa atmosfer tercakup

dalam ruang udara hingga ketinggian 40 km

Perubahan tekanan udara terhadap ketinggian

Ketinggian (km dpl) Tekanan Udara (%)

0 100

5,6 50

16,2 10

31,2 0

48,1 0,10

65,1 0,01

79,2 0,001

100,0 0,00003

Tabel 2.3. Perubahan tekanan udara terhadap ketinggian dinyatakan dengan

persentase tekanan udara normal pada permukaan laut

Perubahan suhu udara di atmosfer menurut

ketinggian

• 3 hal perubahan suhu (dT) terhadap ketinggian

(dz) dinyatakan oleh dT/dz;

(1) dT/dz > 0; suhu udara naik dengan ketinggian

bertambah dan disebut inversi suhu.

(2) dT/dz = 0; suhu udara tetap walaupun ketinggian

berubah dan disebut isotermal.

(3) dT/dz < 0; suhu udara turun dengan ketinggian

bertambah dan disebut lapse rate.

Lapisan utama atmosfer

• 4 lapisan utama atmosfer berdasarkan sifat

perubahan suhu menurut ketinggian;

1. Troposfer dengan puncaknya tropopause

2. Stratosfer dengan puncaknya stratopause

3. Mesosfer dengan puncaknya mesopause

4. Termosfer

Troposfer • Ciri khas lapisan troposfer:

(1) Terdapat mulai dari permukaan laut sampai ketinggian 8 km di kutub dan 16 km di ekuator.

(2) Mengandung air (air, uap, es) dan berlansung evaporasi dan kondensasi.

(3) Terjadi sirkulasi dan turbulensi seluruh bahan atmosfer dan mengalami pembentukan dan perubahan cuaca.

(4) Kecepatan angin bertambah dengan peningkatan ketinggian dan berlangsung pemindahan energi dalam siklus hidrologi.

(5) Lapse rate.

(6) Suhu 15 ºC pada permukaan laut dan -60 ºC di puncak atmosfer. Tekanan dan kerapatan udara di permukaan laut adalah 1013,2 mb dan 1,23 kg m-

3.

Tropopause

• Ketinggian

tropopause di

ekuator pada 18

km dengan suhu -

80º dan di kutub

pada ketinggian 6

km dengan suhu -

40º.

Sirkulasi Atmosfer

Stratosfer

• Ciri khas lapisan troposfer adalah; (1) Kisaran ketinggian antara 12-50 km setelah troposfer.

(2) Terdiri dari 3 wilayah, yaitu; (a). Stratosfer bawah; 12 – 20 km, daerah isotermis.

(b). Stratosfer tengah; 20 – 35 km, daerah inversi suhu.

(c). Stratosfer atas; 35 – 50 km, daerah inversi suhu kuat.

(3) Tidak mengalami sirkulasi dan turbulensi.

(4) Inversi suhu.

(5) Lapisan utama mengandung gas ozon (O3). lapisan Ozonosfer

Mesosfer

• Ciri khas lapisan mesosfer adalah; (1) Kisaran ketinggian antara

50 - 80 km setelah stratosfer.

(2) Lapse rate, dengan suhu -5ºC pada dasar lapisan dan -95ºC pada puncaknya .

(3) Tidak mengalami sirkulasi dan turbulensi.

(4) Daerah penguraian O2 menjadi atom O.

(5) Batas atas lapisan adalah Mesopause dan mulai isotermal

Termosfer • Ciri khas lapisan troposfer

adalah;

(1) Kisaran ketinggian antara 80 -

250 km setelah troposfer.

(2) Inversi suhu, dengan kisaran

suhu -95ºC pada dasar lapisan

dan -38ºC pada puncaknya .

(3) Terisi molekul dan atom N2, O2,

N dan O.

(4) Proses ionisasi gas N2 dan O.

------- lapisan ionosfer

2.3. Peranan Atmosfer

• 4 peranan utama atmosfer;

(1). Sumber gas dan air presipitasi.

(2). Filter (penyaring) sinaran matahari, sehingga

kualitas spektrum tidak bersifat merusak organ tubuh.

(3). Buffer (penyangga) dalam sistem neraca energi

radiasi, sehingga permukaan bumi terhindar dari

pemanasan dan pendinginan yang berlebihan.

(4). Mengatur mekanisme proses fisika cuaca dan iklim

2.3.1. Sumber gas dan presipitasi

2.3.2. Filter

• Proses penyaringan radiasi matahari (UV) terjadi pada lapisan stratosfer, mesosfer dan termosfer oleh gas oksigen (O2).

Gas penyerapan Spektrum terserap Keterangan

O2 0,18 μm Di atas 85 km

0,20 μm Pemecahan O2

pada ketinggian <

85 km

O3 0,20 – 0,30 μm Di stratosfer

Tabel 2.3. Penyerapan radiasi matahari oleh oksigen

Filter

• Proses penyaringan sinaran matahari (UV) gelombang panjang pada lapisan troposfer oleh uap (air dan es), CO2 dan O2.

Gas penyerapan Spektrum terserap Keterangan

H2O 5 - 8 μm

Di awan dan sekitarnya 17 - 24 μm

CO2 4 - 5 μm Menyebabkan kenaikan suhu

atmosfer 11 – 17 μm

O3 9 – 10 μm Di Stratrofer

Tabel 2.4. Penyerapan sinaran gelombang panjang oleh gas-gas atmosfer

2.3.3. Buffer

2.4. Mekanisme Pembentukan Cuaca dan Iklim

1. Pancaran radiasi matahari

2. Letak lintang (latitude)

3. Ketinggian tempat (altitude)

4. Posisi tempat terhadap lautan

5. Pusat tekanan tinggi & rendah

semi permanen

6. Aliran massa udara

7. Halangan oleh pegunungan

8. Arus laut

9. Unsur cuaca/iklim; radiasi

matahari, suhu, tekanan

udara, angin

1. Penerimaan radiasi

dan lama penyinaran

matahari

2. Suhu udara

3. Kelembapan udara

4. Tekanan udara

5. Kecepatan dan arah

angin

6. Evaporasi

7. Presipitasi

8. Suhu tanah

Distribusi

tipe

cuaca

dan tipe

iklim M

engendalik

an

Menghasilk

an

Faktor Pengendali

Distribusi tipe cuaca dan tipe iklim

Lapisan Ozonosfer

Proses pembentukan dan penguraian Ozon;

(1) Penguraian molekul O2 menjadi O;

uv

O2 O + O

(2) Pembentukan Ozon

O2 + O + M O3 + M (faktor kesetimbangan dan momentum)

(3) Penguraian Ozon

O3 + O + M O2 + O2 + M

uv

O3 O2 + O

(4) Pengendapan ozon di

atmosfer

–Ozon yang terbentuk > yang

terurai

–Keseimbangan pembentukan

dan penguraiannya

terganggu karena

penggunaan bahan

berpartikel halus dan ringan

CFC11 (Chloro Flouro

Carbon) serta NOx.

Kadar Ozon

• Semakin jauh dari

kutub utara kadar

ozon berkurang

• Kadar ozon tertinggi

di ekuator tercapai

pada bulan Juni

• Semakin mendekati

musim dingin kadar

ozon meningkat

Memonitor Ozon

Ozon permukaan

Ozon Hole/lubang ozon • “Hole” hanya sebuah istilah untuk menggambarkan penipisan lapisan ozon di

stratosfer • Pertama terdeteksi di atas Antarctica tahun 1976 yang dianggap kerusakan

alat pengukuran • Setelah tahun 1985 terbukti terjadi penipisan lapisan ozon, • Proses alamiah seperti akibat aktivitas sunspot atau erupsi volkanik • Chlorine adalah penyebab utama dan konsentrasi chlorine stratosphere

terbesar berasal dari aktivitas manusia (man made) – Sumber utama adalah bahan kimia (chemical) yaitu chlorofluorocarbons

(CFCs) • Chlorine merupakan bahan kimia stabil secara kimia, low toxicity, digunakan

sejak tahun 1960-an sebagai refrigerants, aerosol spray dan untuk membuat styrofoam

• Konsentrasi chlorine di stratosfer meningkat pesat sbb:

– 100 parts per trillion (ppt) CFC-12 tahun 1960an

– 200 ppt tahun 1975,

– 400 ppt tahun 1987

– 750 ppt of CFC-11 dan

CFC-12 tahun 1990

Penanggulangan

• Penipisan lapisan ozon 1987 Montreal Protocol

• Perjanjian ditandatangani lebih dari 70 negara yang setuju untuk

menurunkan produksi CFC sebesar 20% (relatif to 1986 levels) tahun 1993

dan sampai 50% tahun 1998

• Tahun 1993, produksi CFC global telah turun 40% dari level tahun 1986