SUMBER BELAJAR PENUNJANG PLPG 2017
MATA PELAJARAN/PAKET KEAHLIAN TEKNIK INVENTARISASI DAN PEMETAAN HUTAN
BAB III KLIMATOLOGI DAN EKOSISTEM HUTAN
DR IR DRS H ISKANDAR MUDA PURWAAMIJAYA, MT
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN DIREKTORAT JENDERAL GURU DAN TENAGA KEPENDIDIKAN 2017
BAB III KLIMATOLOGI DAN EKOSISTEM HUTAN
(Sumber:https://unhas.ac.id/fahutan/index.php/id/bukuajar.html?download=7%3Aklimatologi) Manfaat dan Peranan Cuaca/Iklim Cuaca merupakan peristiwa fisik yang berlangsung di atmosphere pada suatu saat dan tempat/ruang tertentu, yang dinyatakan dalam berbagai variabel yang disebut unsur-unsur cuaca. Unsur-unsur tersebut diamati satu atau beberapa kali dalam sehari sebagai data cuaca diurnal, yang selanjutnya dijadikan data pengamatan dalam setahun sebagai data harian dari setahun. Jika data pengamatan dikumpulkan selama beberapa tahun yang merupakan data historis jangka panjang tentang perilaku atmosfer yang mencirikan iklim. Hasil pengamatan data tersebut merupakan informasi penting pada berbagai bidang, terutama yang berkaitan dengan kehidupan manusia, seperti kehutanan dan pertanian dalam arti luas, penerbangan, hidrologi dan pengairan serta kesehatan masyarakat. Adapun manfaat yang dapat diperoleh dari informasi cuaca/iklim adalah : 1. Sebagai peringatan dini dari dampak negatif yang ditimbulkan oleh cuaca/iklim yang ekstrim, seperti banjir, kekeringan dan angin kencang. 2. Menyelenggarakan kegiatan atau usaha di bidang teknik, ekonomi dan sosial yang sesuai dengan ciri dan sifat cuaca/iklim sehingga dapat dihindari kerugian yang diakibatkannya. 3. Melaksanakan kegiatan tersebut sebaiknya memanfaatkan pula teknologi pemanfaatan sumber daya cuaca/iklim
Istilah dan Batasan Cuaca/Iklim Cuaca adalah semua proses fisik yang terjadi/berlangsung di atmosfer pada suatu saat dan tempat tertentu atau nilai sesaat dari atmosfer serta perubahannya dalam jangka pendek di suatu tempat tertentu di bumi. Pernyataan secara kuantitatif dari cuaca umumnya digunakan untuk tujuan ilmiah, sedangkan secara kualitatif merupakan pernyataan masyarakat awam seperti tiupan angina lemah, langit cerah dan cuaca buruk. Cuaca akan dicatat terus menerus pada jam-jam tertentu secara rutin menghasilkan suatu seri data cuaca yang selanjutnya dapat digunakan menentukan iklim. 1
Iklim adalah penyebaran cuaca dari waktu ke waktu (hari demi hari, bulan demi bulan dan tahun demi tahun) dan termasuk nilai rata-rata dan nilai ekstrim (yaitu maksimum dan minimum) atau keadaan rata-rata cuaca suatu periode yang cukup lama atau daerah yang cukup luas. Iklim adalah sifat cuaca dalam jangka waktu panjang dan pada daerah yang luas, maka data cuaca yang digunakan untuk menyusunnya seharusnya dapat mewakili keadaan atmosfer seluas mungkin di wilayah tersebut. Sifat data cuaca dan iklim adalah data diskontinyu yang terdiri dari pancaran surya, lama penyinaran surya, presipitasi (hujan, hujan es, salju dan embun) dan penguapan (evaporasi dan transpirasi). Penyajian data iklim dan cuaca dalam bentuk nilai akumulasi serta ditampilkan dalam grafik histogram. Data kontinyu yang terdiri dari suhu, kelembaban, tekanan udara dan angin disajikan dalam angka-angka sesaat atau rata-rata dan grafiknya dalam bentuk kurva.
Unsur-Unsur dan Pengendali Cuaca/Iklim Cuaca dan iklim merupakan ramuan dari berbagai unsur dan dalam ilmu fisika disebut besaran. Unsur-unsur cuaca dan iklim yaitu (a) pancaran surya, bumi dan atmosfer, (b) suhu udara dan tanah, (c) tekanan udara, (d) angin, (e) kelembaban udara dan tanah, (f) keawanan, (g) presipitasi, (h) penguapan (evapotranspirasi). Jika salah satu unsur cuaca berubah (terutama pancaran surya) maka satu atau lebih unsur lain akan berubah, perubahan secara menyeluruh tersebut dinamakan perubahan cuaca. Cuaca berubah dari waktu ke waktu karena adanya rotasi dan revolusi bumi. Rotasi bumi akan menimbulkan siang dan malam hari, sedangkan revolusi bumi akan menimbulkan perubahan musim. Daerah sub-tropika mengenal adanya 4 musim, yaitu musim panas, musim salju, musim gugur dan musim semi sedangkan daerah tropika mengenal musim hujan dan kemarau serta peralihan kedua musim (musim pancaroba). Iklim akan berbeda di suatu lokasi terhadap lokasi lain. Perubahan dan perbedaan cuaca/iklmi disebabkan oleh pengendali cuaca/iklim, yaitu (a) altitude (ketinggian tempat), (b) latitude (lintang), (c) penyebaran daratan dan perairan, (d) daerah-daerah tekanan tinggi dan rendah, (e) arus-arus laut, (f) gangguan-gangguan atmosfer, (g) satu atau lebih unsur cuaca dan iklim (terutama pancaran surya). 2
Mekanisme Pembentukan Cuaca/Iklim Penyerapan energi surya oleh permukaan bumi akan mengaktifkan molekul-molekul gas atmosfer sehingga terjadi pembentukan cuaca. Perubahan sudut datang surya tiap saat dalam sehari atau setahun pada suatu lokasi di bumi akan mengakibatkan perubahan jumlah energi surya. Perubahan tersebut meliputi pemanasan dan pendinginan udara, peningkatan dan penurunan tekanan udara, gerakan vertikal dan horizontal udara, penguapan dan kondensasi (pengembunan), pembentukan awan, presipitasi. Interaksi antara unsur-unsur cuaca dengan faktor pengendalinya akan membentuk cuaca sesaat yang dalam jangka panjang akan membentuk tipe-tipe iklim. 1.Pancaran Surya
2.Latitude
1.Penerimaan Intensitas dan Lama Penyinaran Surya 2.Suhu Udara
3.Altitude
3.Kelembaban
4.Posisi Tempat terhadap lautan
4.Tekanan Udara
5.Pusat Tekanan Tinggi dan rendah 6.Aliran massa udara 7.Halangan oleh pegunungan 8.Arus laut
5.Kecepatan dan Arah Angin 6.Evaporasi 7.Presipitasi
Distribusi/Penyebaran Tipe Cuaca/Iklim
8.Suhu Tanah
9.Satu atau lebih unsur cuaca/iklim
Gambar . Mekanisme Pembentukan Cuaca/Iklim (Threwarta, G.T., 1968)
Cabang-Cabang Meteorologi/Klimatologi Ilmu tentang cuaca disebut meteorology dan ilmu tentang iklim disebut klimatologi. Kedua ilmu tersebut adalah ilmu pengetahuan fisika yang membahas tentang proses dan gejala serta penyebarannya menurut ruang dan waktu yang terjadi di atmosfer bumi.
3
Kedua cabang ilmu tersebut terlepas satu sama lain, tetapi keduanya sulit dipisahkan. Meteorologi lebih menekankan pada proses terjadinya cuaca (penyebab terjadi hujan lebat, suhu ekstrim, awan), sedangkan klimatologi lebih menekankan pada penyebaran dari hasil proses tersebut (misalnya penyebaran suhu udara, curah hujan, frekuensi terjadinya banjir dan kekeringan) baik harian maupun tahunan. Cabang-cabang Meteorologi/Klimatologi yaitu Klimatograf, Meteorologi/Klimatologi Fisik, Meteorologi/Klimatologi Dinamik dan Meteorologi/Klimatologi Terapan (pertanian, peternakan, perikanan, kelautan dan kehutanan). Ruang lingkup Klimatologi disajikan pada bagan : KLIMATOLOGI Klimatografi
Klimatologi Fisik
Klimatologi Dinamika
Klimatologi
PENDEKATAN ANALISIS Deskriptif
Statistik
Matematik
Sinoptik
Ruang
Mikroklimatologi
Mesoklimatologi
Makroklimatologi
Gambar. Ruang Lingkup Klimatologi
Hubungan antara Cuaca/Iklim dengan Kehutanan/Pertanian Ruang lingkup klimatologi pertanian terbentang antara lapisan tanah sedalam perakaran tanaman hingga lapisan udara tertinggi yang berhubungan dengan penyebaran biji, spora, tepung sari dan serangga. Ruang lingkup klimatologi di bidang kehutanan dapat dimulai dari beberapa meter di bawah permukaan tanah sampai beberapa meter di atas permukaan tajuk pohon. Hubungan iklim dengan vegetasi hutan secara makro dapat dilihat dengan jelas pada penyebaran tipe/formasi hutan di dunia berdasarkan letak lintangnya. Keadaan lingkungan buatan (penghalang angin, naungan, irigasi, rumah kaca, gudang tempat penyimpanan produksi pertanian dan kandang ternak) juga harus diperhatikan selain iklim alami.
4
Hubungan antara cuaca/iklim dengan kehutanan/pertanian yaitu : 1. Hutan Cuaca/iklim dapat mempengaruhi kondisi dan penyebaran vegetasi hutan dari satu tempat ke tempat lain. Vegetasi hutan pada daerah tropis adalah yang paling tinggi keragamannya dan semakin ke kutub pertumbuhan dan penyebaran vegetasi hutan semakin dibatasi.
2. Tanah Tanah adalah hasil pelapukan batuan selama periode waktu lama yang diakibatkan oleh perubahan cuaca. Cuaca/iklim dapat mempengaruhi sifat-sifat kimia dan fisika tanah serta organisme yang ada di dalamnya.
3. Tanaman Fase perkecambahan, fase vegetative, generative dan panen dipengaruhi lingkungan serta pasca panen. Kualitas produksi tanaman yang dipanen pada musim hujan sangat berbeda jika dipanen pada musim kemarau. Faktor-faktor iklim dapat berperan
5
mencegah terjadinya kebakaran hutan. Contoh musim kemarau yang pendek, sering ada hujan dapat mencegah terjadinya kebakaran hutan atau padang rumput.
4. Peternakan Cuaca/iklim dapat berpengaruh langsung terhadap ternak, contohnya ternak sapi perah agar hasil susunya berkualitas dan berkuantitas maka sebaiknya dipelihara di pegunungan. Pengaruh secara langsung melalui makanannya yang berasal dari hijauan maupun biji-bijian. Penyebaran geografis ternak, seperti kerbau dan sapi. Contoh : kerbau lebih banyak ditemukan pada daerah basah, banyak hujan dan daerah rawa, sedangkan sapi tumbuh baik jika diternakkan di tempat yang agak kering.
5. Hama dan Penyakit Kondisi iklim pada musim hujan menjadi lembab sehingga banyak tanaman diserang penyakit dan pada musim kemarau diserang hama. Tinggi rendahnya populasi hama dan penyakit bergantung pada keadaan lingkungan. Keadaan lembab menyebabkan
6
Hubungan antara cuaca/iklim dengan kehutanan/pertanian dapat diperhatikan sebagai berikut : 1. Hutan Cuaca/iklim dapat mempengaruhi kondisi dan penyebaran vegetasi hutan dari satu tempat ke tempat lain. Vegetasi hutan pada daerah tropis adalah yang paling tinggi keragamannya dan semakin ke kutub pertumbuhan dan penyebaran vegetasi hutan semakin dibatasi.
2. Tanah Tanah adalah hasil pelapukan batuan selama periode waktu lama yang diakibatkan oleh perubahan cuaca. Cuaca/iklim dapat mempengaruhi sifat-sifat kimia dan fisika tanah serta organisme yang ada di dalamnya.
3. Tanaman Tanaman dimulai dari fase perkecambahan, fase vegetative, generative dan panen serta pasca panen dipengaruhi oleh lingkungan. Kualitas produksi tanaman yang dipanen pada musim hujan sangat berbeda jika dipanen pada musim kemarau. Faktor-faktor iklim dapat berperan mencegah terjadinya kebakaran hutan. Contoh musim kemarau
7
yang pendek, dengan ada hujan dapat mencegah terjadinya kebakaran hutan atau padang rumput.
4. Peternakan Cuaca/iklim dapat berpengaruh langsung terhadap ternak, contohnya ternak sapi perah agar hasil susunya berkualitas dan berkuantitas maka biasanya dipelihara di daerah pegunungan. Pengaruh secara langsung melalui makanan ternak yang berasal dari hijauan dan biji-bijian. Penyebaran geografis ternak, seperti kerbau dan sapi. Contoh kerbau lebih banyak ditemukan pada daerah basah, banyak hujan dan daerah rawa. Sapi tumbuh baik jika diternakkan di tempat yang agak kering.
5. Hama dan Penyakit Kondisi iklim pada musim hujan menjadi lembab sehingga banyak tanaman diserang penyakit sedangkan pada musim kemarau diserang hama. Tinggi rendahnya populasi hama dan penyakit bergantung pada keadaan lingkungan. Keadaan lembab menyebabkan jumlah penyakit akan optimum sedangkan keadaan suhu yang tinggi serta kering maka jumlah hama optimum. Cuaca/iklim dapat mempengaruhi organisme hama 8
atau penyakit dan tanaman yang terserang. Proteksi terhadap hama dan penyakit dengan menggunakan pestisida harus diketahui ketepatan waktunya, karena aplikasinya bergantung pada hujan, angina, suhu dan komponen cuaca lainnya. 6. Bangunan-Bangunan Pertanian Perencanaan bangunan-bangunan pertanian, seperti tingginya bendungan dan kedalaman saluran drainase harus memperhitungkan keadaan cuaca/iklim setempat. Kandang ternak agar kuat terhadap terpaan angin maka sebaiknya ditanami pohonpohon pelindung angin. Pohon pelindung angin juga melindungi ternak terhadap kesehatannya. Mesin-mesin pertanian dalam kondisi lembab dapat mengakibatkan karat dengan cepat. 7. Modifikasi Cuaca/Iklim Manusia belum dapat mengendalikan cuaca/iklim secara makro tetapi sudah dapat mengendalikan secara mikro seperti irigasi. Air tidak didapat dari hujan melainkan melalui saluran irigasi yang datang dari waduk. Waduk merupakan hasil modifikasi hujan. Pohon-pohon melindungi tanah terhadap matahari langsung. 8. Pengukuran Iklim pada Pecobaan Agronomi Kajian tentang kebutuhan volume air irigasi untuk tanaman padi sawah, waktu pemupukan dan seleksi tanaman tertentu merupakan bagian dari percobaan agronomi. Iklim berpengaruh nyata pada setiap fase kegiatan pertanian, baik perencanaan kegiatan pertanian sehari-hari dan kegiatan pertanian jangka panjang. Penerapan hasil penelitian pertanian harus diikuti dengan pengukuran cuaca/iklim agar dapat diketahui baik atau buruknya pengaruh cuaca/iklim terhadap ketahanan tanaman akibat hama dan penyakit pada berbagai keadaan cuaca/iklim. Hasil pengukuran cuaca/iklim dapat menghasilkan informasi tentang cara memilih tempat yang sesuai untuk tanaman tertentu
serta memilih tanaman yang sesuai untuk suatu tempat tertentu. Hasil
penelitian pertanian juga dapat memberikan informasi tentang daerah-daerah yang sesuai untuk mengembangkan suatu usaha pertanian dengan nilai tambah dengan dukungan cuaca/iklim secara kuantitatif.
9
Kajian tentang klimatologi terhadap ekosistem hutan terdiri dari : 1. Atmosfer 2. Sinar Matahari 3. Suhu dan Kestabilan Atmosfer 4. Kelembaban Udara dan Keawanan 5. Presipitasi 6. Tekanan Udara dan Angin 7. Evapotransprasi dan Neraca Air 8. Klasifikasi Iklim 9. Iklim Tropika 10. Iklim Indonesia 11. Model Perubahan Lingkungan / Iklim 12. Iklim Mikro Hutan
Kajian tentang atmosfer meliputi pengertian tentang atmosfer, komposisi atmosfer dan struktur lapisan atmosfer. Pengertian Atmosfer adalah lapisan gas yang melingkupi sebuah planet, termasuk bumi, dari permukaan planet tersebut sampai jauh di luar angkasa. Di Bumi, atmosfer terdapat dari ketinggian 0 km di atas permukaan tanah, sampai dengan sekitar 560 km dari atas permukaan Bumi. (Sumber
:
http://artikelmateri.blogspot.co.id/2016/01/atmosfer-adalah-lapisan-cuaca-dan-
iklim-materi-lengkap.html)
10
Gambar. Atmosfer (Sumber : https://belajar.kemdikbud.go.id/file_storage/materi_pokok/MP_367/Image/gbr08.jpg) A. Sifat Fisik Atmosfer Salah satu objek geografi adalah atmosfer. Atmosfer merupakan lapisan udara yang menyelubungi bumi. Lapisan ini berfungsi sebagai payung atau pelindung kehidupan di bumi dari radiasi matahari yang kuat pada siang hari dan mencegah hilangnya panas ke ruang angkasa pada malam hari. Manusia dapat bertahan sampai satu hari tanpa air di daerah gurun yang paling panas, tetapi tanpa udara manusia hanya bertahan beberapa menit saja. Jadi Anda tentu bisa menyimpulkan sendiri betapa pentingnya udara bagi kehidupan di bumi. Karena tanpa udara, maka manusia, hewan dan tumbuh-tumbuhan tidak dapat hidup. Udara untuk kehidupan sehari-hari terdapat di atmosfer.
11
Gambar . Sifat Fisik Atmosfer (Sumber : http://image.slidesharecdn.com/strukturdansifatfisikatmosfer-150301211555conversion-gate01/95/struktur-dan-sifat-fisik-atmosfer-9-638.jpg?cb=1425266236) Atmosfer juga merupakan penghambat bagi benda-benda angkasa yang bergerak melaluinya sehingga sebagian meteor yang melalui atmosfer akan menjadi panas dan hancur sebelum mencapai permukaan bumi. Lapisan atmosfer merupakan campuran dari gas yang tidak tampak dan tidak berwarna. Kondisi dan manfaat gas dalam atmosfer antara lain: 1) Nitrogen (N2) jumlahnya paling banyak, meliputi 78 bagian. Nitrogen tidak langsung bergabung dengan unsur lain, tapi merupakan bagian dari senyawa organik. 2) Oksigen (O2) sangat penting bagi kehidupan, yaitu untuk mengubah zat makanan menjadi energi hidup. 3) Karbon dioksida (CO2) menyebabkan efek rumah kaca (greenhouse) transparan terhadap radiasi gelombang pendek dan menyerap radiasi gelombang panjang. Dengan demikian kenaikan kosentrasi CO2 di dalam atmosfer akan menyebabkan kenaikan suhu di bumi. 4) Ozon (O3) adalah gas yang sangat aktif dan merupakan bentuk lain dari oksigen. Gas ini terdapat pada ketinggian antara 20 hingga 30 km. Ozon dapat menyerap radiasi ultra violet yang mempunyai energi besar dan berbahaya bagi tubuh manusia. 12
Gambar . Komposisi Gas di Atmosfer (Sumber : https://abelpetrus.files.wordpress.com/2013/01/gas-atmosfer.png?w=614)
Gambar . Prosentasi Gas di Atmosfer (Sumber : https://nyayufatimahzahroh.files.wordpress.com/2012/08/komposisi-atmost.jpg)
Salah satu unsur yang penting dalam atmosfer adalah uap air. Uap air (H2O) sangat penting dalam proses cuaca atau iklim, karena dapat merubah fase (wujud) menjadi fase cair, atau fase padat melalui kondensasi dan deposisi. Uap air merupakan senyawa kimia udara dalam jumlah besar yang tersusun dari dua bagian hidrogen dan satu bagian oksigen. Uap air yang terdapat diatmosfer merupakan hasil 13
penguapan dari laut, danau, kolam, sungai dan transpirasi tanaman. Atmosfer selalu dikotori oleh debu. Debu adalah istilah yang dipakai untuk benda yang sangat kecil sehingga tidak tampak kecuali dengan mikroskop. Jumlah debu berubah-ubah tergantung pada tempat. Sumber debu beraneka ragam, yaitu asap, abu vulkanik, pembakaran bahan bakar, kebakaran hutan, smog dan lainnya. Smog singkatan dari smoke and fog adalah kabut tebal yang sering dijumpai di daerah industri yang lembab. Debu dapat menyerap, memantulkan, dan menghamburkan radiasi matahari. Debu atmosferik dapat disapu turun ke permukaan bumi oleh curah hujan, tetapi kemudian atmosfer dapat terisi partikel debu kembali. Debu atmosfer adalah kotoran yang terdapat di atmosfer. B. Struktur Vertikal Atmosfer Atmosfer mempunyai beberapa lapisan udara yang ketebalan dan karakteristiknya berbedabeda. Secara vertikal pembagian lapisan atmosfer berdasarkan suhu. Pembagian lapisan atmosfer berdasarkan suhu:
Gambar . Pembagian Lapisan Atmosfer Berdasarkan Suhu (Sumber : http://images.slideplayer.info/7/1984036/slides/slide_16.jpg) 1) Troposfer Lapisan troposfer merupakan lapisan udara yang paling rendah. Lapisan ini di khatulistiwa mempunyai ketebalan berkisar 16 km, di daerah sedang ketebalannya berkisar 11 km, dan di daerah kutub berkisar 8 km. Rata-rata kedalaman lapisan troposfer adalah 12 km. Pada lapisan ini, peristiwa-peristiwa cuaca, seperti angin, awan, dan hujan terjadi. Pada lapisan ini terdapat 14
penurunan suhu yang terjadi karena sangat sedikitnya troposfer menyerap radiasi gelombang pendek dari matahari, sebaliknya permukaan tanah memberikan panas pada lapisan troposfer yang terletak di atasnya; melalui konduksi, konveksi, kondensasi dan sublimasi yang dilepaskan oleh uap air atmosfer. Konduksi adalah proses pemanasan secara merambat. Konveksi adalah proses pemanasan secara mengalir. Kondensasi adalah proses pendinginan yang mengubah wujud uap air menjadi air. Sublimasi adalah proses perubahan wujud es menjadi uap air. Suhu udara di daerah tropis pada ketinggian 0 m di atas permukaan laut berkisar 27ºC, sedangkan di bagian atas yang berbatasan dengan tropopause suhunya berkisar 62ºC. Dengan demikian, setiap ada kenaikan tinggi tempat maka suhunya semakin turun. Menurut Teori Braak, setiap naik 100 m maka suhu akan turun 0,61ºC.
Gambar . Lapisan Troposfer (Sumber : http://image.slidesharecdn.com/iipendahahuluan-atmosfer-120216061149phpapp01/95/ii-pendahahuluan-atmosfer-11-728.jpg?cb=1344906298)
2) Stratosfer Lapisan stratosfer berada di atas tropopause sampai ketinggian berkisar 49 km dari permukaan laut. Pada stratosfer terdapat lapisan isothermal, yaitu pada ketinggian antara 11-20 km dengan suhu udara beragam ± -60ºC dan lapisan inverse pada ketinggian antara 20-49 km. Pada lapisan inverse suhu udara semakin ke atas semakin meningkat dan sampai ketinggian 49 km suhu udara mencapai -5ºC. Meningkatnya suhu udara ini disebabkan oleh adanya kandungan gas 15
ozon (Oɜ). Di atas stratosfer terdapat lapisan stratopause yang merupakan pembatas antara stratosfer dengan mesosfer. Lapisan isothermal atau lapisan inverse artinya suhu udara bertambah tinggi (panas) seiring dengan naiknya ketinggian.
Gambar . Lapisan Stratosfer (Sumber : http://image.slidesharecdn.com/iipendahahuluan-atmosfer-120216061149phpapp01/95/ii-pendahahuluan-atmosfer-14-728.jpg?cb=1344906298) 3) Mesosfer Lapisan mesosfer terdapat pada ketinggian antara 49-85 km di atas permukaan bumi. Pada lapisan ini setiap naik 1.000 m, suhu udara akan turun 2,5º-3ºC, sehingga suhu pada lapisan paling atas mencapai -90ºC. Lapisan mesosfer dengan lapisan di atasnya dibatasi oleh lapisan mesopause.
Gambar . Lapisan Mesosfer
16
(Sumber : http://image.slidesharecdn.com/iipendahahuluan-atmosfer-120216061149phpapp01/95/ii-pendahahuluan-atmosfer-15-728.jpg?cb=1344906298) 4) Termosfer Lapisan ini terletak pada ketinggian antara 85-500 km di atas permukaan bumi yang lebih sering disebut dengan lapisan panas (hot layer). Suhu udara di bagian bawah berkisar -90ºC, sedangkan di bagian atas mencapai kurang lebih 1010ºC. Pada lapisan ini terdapat lapisan ionosfer yang terletak antara 85-375 km di atas permukaan bumi. Partikel-partikel ion yang dihasilkan pada lapisan ini berfungsi untuk memantulkan gelombang radio, baik gelombang panjang maupun gelombang pendek.
Gambar . Lapisan Termosfer (Sumber : http://images.slideplayer.info/7/1985683/slides/slide_7.jpg) 5) Eksosfer Lapisan eksosfer berada di atas 500 km di atas permukaan bumi. Molekul-molekul pada lapisan ini selalu bergerak dengan kecepatan yang tinggi. Pengaruh gravitasi bumi terhadap molekulmolekul di sini sangat kecil, sedangkan pengaruh angkasa luar lebih besar sehingga molekulmolekul yang ada sering meninggalkan atmosfer.
17
Gambar . Lapisan Eksosfer (Sumber : http://image.slidesharecdn.com/geografifisikkelompok9-130324041031phpapp02/95/geografi-fisik-kelompok-9-10-638.jpg?cb=1364103029) Fungsi Atmosfer Atmosfer mempunyai peranan besar dalam kehidupan yang ada di permukaan bumi. Peranan atmosfer tersebut sebagai berikut: • Melindungi bumi dari jatuhnya meteor atau benda angkasa yang lain. • Menjaga temperatur udara di permukaan bumi agar tetap bermanfaat untuk kehidupan. • Memantulkan gelombang radio.
Gambar. Atmosfer sebagai pelindung terhadap meteor dan benda angkasa lain (Sumber : http://3.bp.blogspot.com/HaKOhhe8Nzw/VQU5Z4GZzpI/AAAAAAAAB8s/YY4XOsf3S5w/s1600/GORSEL.jpg)
18
Gambar. Atmosfer sebagai penjaga temperatur udara di permukaan bumi (Sumber : http://berkahkhair.com/wp-content/uploads/2016/04/atmosfer.jpg)
Gambar. Atmosfer sebagai pemantul gelombang radio (Sumber : http://2.bp.blogspot.com/-zKf1o8LR4Fc/Vqnj3zUmN1I/AAAAAAAAInI/tkVdw_vx6w/s1600/gelombang%2Bradio.JPG) Selain itu, gas-gas yang ada di atmosfer mempunyai peran masing-masing, sebagai berikut: • Nitrogen untuk pertumbuhan tanaman. • Oksigen untuk pernapasan.
19
• Karbondioksida untuk fotosintesis. • Neon untuk lampu listrik. • Ozon untuk menyerap sebagian radiasi matahari.
Gambar. Peran nitrogen untuk pertumbuhan tanaman (Sumber : https://bibirmemble.files.wordpress.com/2010/03/presentation1.jpg)
Gambar . Peran oksigen untuk pernafasan manusia http://4.bp.blogspot.com/MWNLLOuyjoU/Tlw46lTeRsI/AAAAAAAAAhI/5onbIm74qiA/s1600/daur-karbon.jpg
20
Gambar . Peran Carbon Dioksida pada Foto Sintesis (Sumber : http://3.bp.blogspot.com/bEW9tk7RrZw/U_QNx3HunRI/AAAAAAAAAEs/ctWQwoz0gQU/s1600/Faktor%2Byang%2Bberpe ran%2Bdalam%2Bfotosintesis.jpg)
Gambar. Peran Neon untuk lampu listrik (Sumber : http://2.bp.blogspot.com/-h5URuNW1vYI/UQkYJKtgsI/AAAAAAAAAeY/_WAJrl18X78/s400/Skema+lampu+neon.png)
21
Gambar. Peran Ozon sebagai penyerap energi matahari (Sumber : http://4.bp.blogspot.com/-OC_Fl-5GZ8/Uk4XMh0Y07I/AAAAAAAAGhE/4V3zTY_H8Zg/s1600/fd+46ed43a56dd6e990db2a9f5aa44766cbb426c5ca928fe1b9038e5c45%252BIMAGE_THUMB_P OSTCARD%252BIMAGE_THUMB_POSTCARD.1.png) Kajian tentang sinar matahari meliputi konsep radiasi, radiasi matahari, pancaran bumi dan atmosfer, neraca radiasi dan keefektifan radiasi dan neraca bahang. Radiasi adalah transfer energi melalui gelombang (radiasi elektromagnetik) atau pergerakan pertikel secara cepat (radiasi partikel) melalui ruang dan akhirnya diserap oleh benda lain. Biasanya kita sering menghubungkan radiasi dengan ionisasi yaitu radiasi yang terdapat pada senjata Nuklir, reaktor nuklir dan zat-zat radio aktif, , tetapi juga dapat merujuk kepada radiasi elektromagnetik (yaitu, gelombang radio, cahaya inframerah, cahaya tampak, sinar ultra violet, dan X-ray), radiasi akustik, atau untuk proses lain yang lebih jelas . Padahal kenyataannya 22
radiasi bisa terjadi dalam bentuk panas, suara dan cahaya. Radiasi bisa dirasakan atau dilihat seperti cahaya atau terdeteksi melalui instrumen khusus seperti X-ray. (Sumber : http://awalilmu.blogspot.co.id/2015/08/pengertian-radiasi-jenis-dampak-dan-kegunaanyalengkap.html). Jenis-jenis radiasi Radiasi ada dua jenis yaitu radiasi ionisasi dan nonionisasi apa itu radiasi ionisasi dan non ionisasi 1. Pengertian radiasi ionisasi Beberapa jenis radiasi memiliki energi yang cukup untuk mengionisasi partikel. Secara umum, hal ini melibatkan sebuah elektron yang 'terlempar' dari cangkang atom elektron, yang akan memberikan muatan (positif). Hal ini sering mengganggu dalam sistem biologi, dan dapat menyebabkan mutasi dan kanker. Jenis radiasi umumnya terjadi di limbah radioaktif peluruhan radioaktif dan sampah. Tiga jenis utama radiasi ditemukan oleh Ernest Rutherford, Alfa, Beta, dan sinar gamma. radiasi tersebut ditemukan melalui percobaan sederhana, Rutherford menggunakan sumber radioaktif dan menemukan bahwa sinar menghasilkan memukul tiga daerah yang berbeda. Salah satu dari mereka menjadi positif, salah satu dari mereka bersikap netral, dan salah satu dari mereka yang negatif. Dengan data ini, Rutherford menyimpulkan radiasi yang terdiri dari tiga sinar. Dia memberi nama yang diambil dari tiga huruf pertama dari abjad Yunani yaitu alfa, beta, dan gamma. a. Radiasi alpha (α) Peluruhan Alpha adalah jenis peluruhan radioaktif di mana inti atom memancarkan partikel alpha, dan dengan demikian mengubah (atau 'meluruh') menjadi atom dengan nomor massa 4 kurang dan nomor atom 2 kurang. Namun, karena massa partikel yang tinggi sehingga memiliki sedikit energi dan jarak yang rendah, partikel alfa dapat dihentikan dengan selembar kertas (atau kulit). b. Radiasi beta (β) peluruhan beta peluruhan beta adalah jenis peluruhan radioaktif di mana partikel beta (elektron atau positron) dipancarkan. Radiasi beta-minus (β⁻)terdiri dari sebuah elektron yang penuh energi. radiasi ini kurang terionisasi daripada alfa, tetapi lebih daripada sinar gamma. Elektron seringkali dapat dihentikan dengan beberapa sentimeter logam. radiasi 23
ini terjadi ketika peluruhan neutron menjadi proton dalam nukleus, melepaskan partikel beta dan sebuah antineutrino. Radiasi beta plus (β+) adalah emisi positron. Jadi, tidak seperti β⁻, peluruhan β+ tidak dapat terjadi dalam isolasi, karena memerlukan energi, massa neutron lebih besar daripada massa proton. peluruhan β+ hanya dapat terjadi di dalam nukleus ketika nilai energi yang mengikat dari nukleus induk lebih kecil dari nukleus. Perbedaan antara energi ini masuk ke dalam reaksi konversi proton menjadi neutron, positron dan antineutrino, dan ke energi kinetik dari partikel-partikel c. Radiasi gamma (γ) Radiasi gamma atau sinar gamma adalah sebuah bentuk berenergi dari radiasi elektromagnetik yang diproduksi oleh radioaktivitas atau proses nuklir atau subatomik lainnya seperti penghancuran elektron-positron. Radiasi gamma terdiri dari foton dengan frekuensi lebih besar dari 1019 Hz. Radiasi gamma bukan elektron atau neutron sehingga tidak dapat dihentikan hanya dengan kertas atau udara, penyerapan sinar gamma lebih efektif pada materi dengan nomor atom dan kepadatan yang tinggi. Bila sinar gamma bergerak melewati sebuah materi maka penyerapan radiasi gamma proporsional sesuai dengan ketebalan permukaan materi tersebut. 2. Radiasi non-ionisasi Radiasi non-ionisasi, sebaliknya, mengacu pada jenis radiasi yang tidak membawa energi yang cukup per foton untuk mengionisasi atom atau molekul. Ini terutama mengacu pada bentuk energi yang lebih rendah dari radiasi elektromagnetik (yaitu, gelombang radio, gelombang mikro, radiasi terahertz, cahaya inframerah, dan cahaya yang tampak). Dampak dari bentuk radiasi pada jaringan hidup hanya baru-baru ini telah dipelajari. Alih-alih membentuk ion berenergi ketika melewati materi, radiasi elektromagnetik memiliki energi yang cukup hanya untuk mengubah rotasi, getaran atau elektronik konfigurasi valensi molekul dan atom. Namun, efek biologis yang berbeda diamati untuk berbagai jenis radiasi non-ionisasi a. Radiasi Neutron Radiasi Neutron adalah jenis radiasi non-ion yang terdiri dari neutron bebas. Neutron ini bisa mengeluarkan selama baik spontan atau induksi fisi nuklir, proses fusi nuklir, atau dari reaksi nuklir lainnya. Ia tidak mengionisasi atom dengan cara yang sama bahwa partikel bermuatan 24
seperti proton dan elektron tidak (menarik elektron), karena neutron tidak memiliki muatan. Namun, neutron mudah bereaksi dengan inti atom dari berbagai elemen, membuat isotop yang tidak stabil dan karena itu mendorong radioaktivitas dalam materi yang sebelumnya nonradioaktif. Proses ini dikenal sebagai aktivasi neutron. b. Radiasi elektromagnetik Radiasi elektromagnetik mengambil bentuk gelombang yang menyebar dalam udara kosong atau dalam materi. Radiasi EM memiliki komponen medan listrik dan magnetik yang berosilasi pada fase saling tegak lurus dan ke arah propagasi energi. Radiasi elektromagnetik diklasifikasikan ke dalam jenis menurut frekuensi gelombang, jenis ini termasuk (dalam rangka peningkatan frekuensi): gelombang radio, gelombang mikro, radiasi terahertz, radiasi inframerah, cahaya yang terlihat, radiasi ultraviolet, sinar-X dan sinar gamma. Dari jumlah tersebut, gelombang radio memiliki panjang gelombang terpanjang dan sinar gamma memiliki terpendek. Sebuah jendela kecil frekuensi, yang disebut spektrum yang dapat dilihat atau cahaya, yang dilihat dengan mata berbagai organisme, dengan variasi batas spektrum sempit ini. EM radiasi membawa energi dan momentum, yang dapat disampaikan ketika berinteraksi dengan materi. Radiasi elektromagnetik melibatkan foton (energi yang selalu bergerak) daan bergerak di gelombang (radio yang membawa suara ke telinga kita) atau seperti partikel (xray). Ada dua jenis radiasi dalam radiasi elektromagnetik yaitu radiasi pengion dan nonpengion. Radiasi pengion memiliki energi yang cukup untuk memecahkan atom untuk membuat ion. Misalnya: listrik. Radiasi nonpengion menyebabkan atom bergerak dalam molekul saja. Misalnya: microwave memanaskan makanan. c. Cahaya Cahaya adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang yang terlihat oleh mata manusia (sekitar 400-700 nm), atau sampai 380-750 nm. Lebih luas lagi, fisikawan menganggap cahaya sebagai radiasi elektromagnetik dari semua panjang gelombang, baik yang terlihat maupun tidak. Radiasi termal adalah proses dimana permukaan benda memancarkan energi panas dalam bentuk gelombang elektromagnetik. radiasi infra merah dari radiator rumah tangga biasa atau pemanas listrik adalah contoh radiasi termal, seperti panas dan cahaya yang dikeluarkan oleh sebuah bola lampu pijar bercahaya. Radiasi termal dihasilkan ketika panas dari 25
pergerakan partikel bermuatan dalam atom diubah menjadi radiasi elektromagnetik. Gelombang frekuensi yang dipancarkan dari radiasi termal adalah distribusi probabilitas tergantung hanya pada suhu, dan untuk benda hitam asli yang diberikan oleh hukum radiasi Planck. hukum Wien memberikan frekuensi paling mungkin dari radiasi yang dipancarkan, dan hukum Stefan-Boltzmann memberikan intensitas panas. Radiasi dari benda panas yang lebih pendek dan lebih intens daripada radiasi dari benda dingin, contoh benda-benda yang sering menghasilkan adiasi disekitar kita antara lain, Matahari, Bumi, tanah, microwave, televisi, telepon seluler semua benda itu juga melepasakan radiasi terhadap kita walaupun efeknya tidak berbahaya bagi manusia tidak seperti radiasi Nuklir. Dampak radiasi bagi manusia Jika radiasi mengenai tubuh manusia, ada 2 kemungkinan yang dapat terjadi: berinteraksi dengan tubuh manusia, atau hanya melewati saja. Jika berinteraksi, radiasi dapat mengionisasi atau dapat pula mengeksitasi atom. Setiap terjadi proses ionisasi atau eksitasi, radiasi akan kehilangan sebagian energinya. Energi radiasi yang hilang akan menyebabkan peningkatan temperatur (panas) pada bahan (atom) yang berinteraksi dengan radiasi tersebut. Dengan kata lain, semua energi radiasi yang terserap di jaringan biologis akan muncul sebagai panas melalui peningkatan vibrasi (getaran) atom dan struktur molekul. Ini merupakan awal dari perubahan kimiawi yang kemudian dapat mengakibatkan efek biologis yang merugikan Kegunaan radiasi a. Dalam kedokteran Radiasi dan zat radioaktif digunakan untuk diagnosis, pengobatan, dan penelitian. sinar X, misalnya, melalui otot dan jaringan lunak lainnya tapi dihentikan oleh bahan padat. Properti sinar X ini memungkinkan dokter untuk menemukan tulang rusak dan untuk menemukan kanker yang mungkin tumbuh dalam tubuh. Dokter juga menemukan penyakit tertentu dengan menyuntikkan zat radioaktif dan pemantauan radiasi yang dilepaskan sebagai bergerak melalui substansi tubuh. Terapi Radiasi untuk Kanker Sel-sel kanker mulai berkembang biak dan menghancurkan sel-sel tubuh Anda yang berharga satu per satu. Terapi radiasi sinar gamma melibatkan energi tinggi membunuh sel-sel kanker. 26
Terapi radiasi eksternal menggunakan mesin besar yang menunjuk pada tempat tertentu yang terpengaruh dan memancarkan sinar radiasi. Dalam terapi radiasi internal, zat radioaktif disuntikkan dalam tubuh untuk membunuh sel-sel tumor. b. Dalam Komunikasi Semua sistem komunikasi modern menggunakan bentuk radiasi elektromagnetik. Variasi intensitas radiasi berupa perubahan suara, gambar, atau informasi lain yang sedang dikirim. Misalnya, suara manusia dapat dikirim sebagai gelombang radio atau gelombang mikro dengan membuat gelombang bervariasi sesuai variasi suara. c. Dalam iptek Para peneliti menggunakan atom radioaktif untuk menentukan umur bahan yang dulu bagian dari organisme hidup. Usia bahan tersebut dapat diperkirakan dengan mengukur jumlah karbon radioaktif mengandung dalam proses yang disebut penanggalan radiokarbon. Kalangan ilmuwan menggunakan atom radioaktif sebagai atom pelacak untuk mengidentifikasi jalur yang dilalui oleh polutan di lingkungan. Radiasi digunakan untuk menentukan komposisi bahan dalam proses yang disebut analisis aktivasi neutron. Dalam proses ini, para ilmuwan membombardir contoh zat dengan partikel yang disebut neutron. Beberapa atom dalam sampel menyerap neutron dan menjadi radioaktif. Para ilmuwan dapat mengidentifikasi elemen-elemen dalam sampel dengan mempelajari radiasi yang dilepaskan. Fakta Menarik tentang Radiasi Terlalu banyak paparan radiasi menyebabkan kanker radiasi perubahan struktur sel dalam tubuh kita. Radiasi diukur dalam curie. Suhu dan kestabilan atmosfer meliputi istilah dan batasan, perpindahan panas (bahang), penyebaran suhu udara dan kestabilan atmosfer. Kelembaban udara dan keawanan meliputi komponen-komponen kelembaban udara, pengembunan dan kondensasi, bentuk dan klasifikasi awan dan fungsi dasar awan. Presipitasi meliputi bentuk-bentuk presipitasi, proses/teori terjadinya presipitasi, tipe presipitasi, macammacam presipitasi dan penentuan curah hujan wilayah. Tekanan udara dan angina meliputi batasan dan peranan, tipe dan system tekanan udara, penyebaran tekanan udara dan angin atau pergerakan udara. Evapotranspirasi dan neraca air meliputi batasan dan pengertian,
27
lengas tanah dan evapotranspirasi, cara penetapan evapotranspirasi dan teori neraca air. Klasifikasi iklim meliputi pendahuluan, klasifikasi secara genetik dan klasifikasi secara empirik.
Iklim tropika meliputi pengertian dan ciri iklim tropika, ITCZ (Intertropical Convergence Zone), angin Monsoon (musim), siklon tropika, El-Nino dan La-Nina. Radiasi Matahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses thermonuklir yang terjadi di matahari. Energi radiasi matahari berbentuk sinar dan gelombang elektromagnetik. Spektrum radiasi matahari sendiri terdiri dari dua yaitu, sinar bergelombang pendek dan sinar bergelombang panjang. Sinar yang termasuk gelombang pendek adalah sinar x, sinar gamma, sinar ultra violet, sedangkan sinar gelombang panjang adalah sinar infra merah. (Sumber : http://artikeldanmakalah-agusra.blogspot.co.id/2011/06/radiasi-matahari.html). Jumlah total radiasi yang diterima di permukaan bumi tergantung 4 (empat) faktor. Jarak matahari, Intensitas radiasi matahari, yaitu besar kecilnya sudut datang sinar matahari pada permukaan bumi. Jumlah yang diterima berbanding lurus dengan sudut besarnya sudut datang. Sinar dengan sudut datang yang miring kurang memberikan energi pada permukaan bumi disebabkan karena energinya tersebar pada permukaan yang luas dan juga karena sinar tersebut harus menempuh lapisan atmosphir yang lebih jauh ketimbang jika sinar dengan sudut datang yang tegak lurus, Panjang hari (sun duration), yaitu jarak dan lamanya antara matahari terbit dan matahari terbenam, Pengaruh atmosfer. Sinar yang melalui atmosfer sebagian akan diadsorbsi oleh gas-gas, debu dan uap air, dipantulkan kembali, dipancarkan dan sisanya diteruskan ke permukaan bumi. Radiasi matahari merupakan salah satu komponen iklim yang cukup berpengaruh dalam menentukan pertumbuhan tanaman ataupun keseluruhan aktivitas mahluk hidup yang ada diatas permukaan bumi. Radiasi matahari membantu tanaman untuk melakukan fotosintesis. Adapun radiasi yang digunakan untuk proses fotosintesis dikenal dengan sebutan PAR (Photosynthetic Acid Radiation). Cahaya matahari membantu tanaman untuk melakukan fotosintesis. Yang mana fotosintesis adalah suatu proses pembentukan energi oleh tanaman tersebut. Besar kecilnya radiasi matahari sangat berpengaruh pada pertumbuhan tanaman. Hal ini dikarenakan proses 28
fotosintesis merupakn proses pembentukan makanan yang dapat digunakan untuk menunjang pertumbuhan dan juga perkembangan tanaman.
29
