GD-3221 Hidrografi II. Bagian IV SIFAT-SIFAT FISIK AIR LAUT

GD-3221 Hidrografi II

Bagian IV SIFAT-SIFAT FISIK AIR LAUT

Eka Djunarsjah, 2005

Sifat-Sifat Air Laut Sifat-Sifat Utama

Arus Wind-Driven

• 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

Sirkulasi Atmosfir Wind Stress Pola Sirkulasi Lautan Cincin Arus Geostropik Upwelling

Sirkulasi Thermohaline Pengukuran-Pengukuran

• Tsunami, Seiche, dan Gelombang Badai • Gelombang Negatif dan Positif Internal Eka Djunarsjah, 2005

Sebaran Air dan Daratan z

z

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 (%)

0

90

Utara

450

00

Selatan

Darat Ekuator

450

900 Eka Djunarsjah, 2005

Struktur Vertikal Bumi z

Dalam arah vertikal, bumi dibagi atas tiga bagian :

z

–

Lithosfir (kerak bumi)

–

Hidrosfir (lautan)

–

Atmosfir (udara)

Atmosfir

Permukaan Laut

Masing-masing bagian terdiri dari lapisan-lapisan, dan terdapat batas

Hidrosfir

pemisah antara bagian yang satu

Dasar Laut

dengan bagian lainnya –

Batas antara Lithosfir dan Hidrosfir adalah Dasar Laut

–

Lithosfir

Batas antara Hidrosfir dan Atmosfir adalah Permukaan Laut Eka Djunarsjah, 2005

Oseanografi (1) z

z

z

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 z

z

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 z

Temperatur : – – – –

z

Salinitas : – –

z

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

Penentuan sedimen dan kandungan mineral Indikator arah dan kecepatan arus

Densitas : –

Stabilitas massa air dan sirkulasinya


Temperatur (1) z

Perubahan temperatur air laut disebabkan oleh perpindahan panas dari massa yang satu ke massa yang lainnya

z

z

z

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 Eka Djunarsjah, 2005

Temperatur (2) z

Variasi perubahan temperatur dipengaruhi juga oleh posisi geografis wilayah perairan (lihat gambar) 0 0/00

Kedalaman (m)

00

34 0/00

35 0/00

36 0/00

200

300

100

Salinitas (S) Temperatur (T)

0

Thermocline 1000

Halocline

2000 3000 4000 5000

Temperatur (T) Laut Dalam

Salinitas (S)

Posisi Stasiun Pengamatan (Dekat Puerto Rico) φ = λ =

240 29’ U 700 10’ B Eka Djunarsjah, 2005

Temperatur (3) z

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)

– z

Lapisan Thermocline : –

z

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 Eka Djunarsjah, 2005

Temperatur Permukaan Laut (0 Celcius)

Bulan Agustus

Bulan Februari


Variasi Temperatur : Bidang Kedalaman/Lintang

Atlantik

Hindia

Pasifik Eka Djunarsjah, 2005

Salinitas (1) z

z

z

z z

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 Eka Djunarsjah, 2005

Salinitas (2) z

z

z

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 Eka Djunarsjah, 2005

Salinitas (3) z

Contoh nilai salinitas rata-rata untuk beberapa tempat : – – –

Atlantik Pasifik Indonesia

: : :

34,90 0/00 34,62 0/00 34,76 0/00


Salinitas Permukaan Laut (0 /

00)


Variasi Salinitas : Bidang Kedalaman/Lintang

Atlantik

Hindia

Pasifik Eka Djunarsjah, 2005

Densitas (1) z z

z

z

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 Eka Djunarsjah, 2005

Densitas (2) z

Stabilitas air laut dipengaruhi oleh perbedaan densitasnya, yang disebut dengan Sirkulasi Densitas atau Thermohaline

z

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 z

z

z

z

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 Eka Djunarsjah, 2005

Pemanasan Lautan

Area < Panas/Area >

Besaran panas yang sama

Area > Panas/Area <


Siklus Hidrologi


Gelombang (1) z

z

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 Puncak

L

Keterangan :

Arah Gerakan (C)

H

Lembah

Gerakan Vertikal Air

L - panjang gelombang H - jarak vertikal antara puncak dan lembah (tinggi gelombang) h - kedalaman laut T - periode gelombang C - kecepatan rambat gelombang

h Dasar Laut


Gelombang (2) z

z

z

z

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 Eka Djunarsjah, 2005

Gelombang (3) Gelombang Katastropik (Bencana) z

Gelombang Badai (Storm Surge)

z

Gelombang yang disebabkan oleh longsoran (Landslide Surge)

z

z

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-driven 2. Sirkulasi Densitas (Thermohaline) Sirkulasi Wind-Driven z

z

z

z

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) Eka Djunarsjah, 2005

Arus Wind-Driven (2) z

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

z

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


Sirkulasi Atmosfir (Bumi Tidak Berotasi)


Sirkulasi Atmosfir (Coriolis)


Sirkulasi Atmosfir (Aktual)


Sirkulasi Thermohaline z z

z

z

z

z

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 z

z

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

z

Peranan pengamatan arus dalam Survei Hidrografi : –

Kerekayasaan : konstruksi lepas pantai, perencanaan pelabuhan, dan pemantauan lingkungan

–

Penentuan posisi (metode Dead-Reckoning)

–

Keselamatan pelayaran Eka Djunarsjah, 2005

Arus Permukaan Laut


Pengukuran-Pengukuran Pengamatan Arus

Pengamatan Gelombang

• Tujuan

• Tujuan

• Pengertian Arus Laut

• Pengertian Gelombang Laut

• Penyebab

• Penyebab

• Jenis Arus

• Parameter Gelombang Laut

• Metode Pengamatan

• Klasifikasi Gelombang Laut

• Current Meter

• Metode Pengamatan

• Pelaksanaan Pengamatan Pengamatan Sifat Air Laut • Tujuan • Metode Pengamatan Eka Djunarsjah, 2005

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

Bervariasi terhadap lokasi dan kedalaman

• Salinitas dan tekanan air laut • Keadaan topografi air laut


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

Kabel ke Alat Peraga

Sirip Pengarah

Rotor Arah Aliran Air

Kompas Magnet Pemberat Penghitung Putaran

Keuntungan : • Pada setiap kedalaman • Pencatat secara otomatis • Data ukuran relatif teliti Eka Djunarsjah, 2005

Pengamatan Arus (3) Pelampung Identifikasi

Current Meter

Pelampung Pengaman

Pelampung Bawah Permukaan

Penempatan beberapa Current Meter di Stasiun Pengamat Eka Djunarsjah, 2005

Pengamatan Arus (4) 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) Eka Djunarsjah, 2005

Pengamatan Arus (5) • 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 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


Pengamatan Gelombang (2) Parameter Gelombang Laut Bentuk Ideal

Panjang Puncak

Amplitudo Muka Laut

Tinggi

Arah Gerakan

Lembah

Bentuk Khusus Muka Laut


Pengamatan Gelombang (3) Klasifikasi Gelombang Laut (berdasarkan Periode) Periode < 0,1 detik 0,1 detik 1 detik 1 detik 30 detik 30 detik 5 menit 5 menit 12 jam 12 jam 24 jam

Jenis Gelombang Kapiler Ultra Gravitasi Gravitasi Infra Gravitasi Periode Panjang 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) Eka Djunarsjah, 2005

Pengamatan Sifat Air Laut (1) 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 Eka Djunarsjah, 2005

Pengamatan Sifat Air Laut (2)

Pengambilan contoh air laut dengan Botol Nansen Eka Djunarsjah, 2005

Pengamatan Sifat Air Laut (3) Jenis Alat

Besaran Pengamatan

Thermometer Bathythernograph Thermistor Salinometer Salinity & Temperature Bridge STD (Salinity-Temperature-Depth) Sensor CTD (Conductivity-Temperature-Depth) Sensor

Temperatur Temperatur (profil terhadap Kedalaman) Temperatur Salinitas Salinitas dan Temperatur Salinitas, Temperatur, dan Kedalaman (Tekanan) Konduktivitas, Temperatur, dan Kedalaman (Tekanan) Densitas Tekanan Derajat Keasaman (pH) Kadar Gas terlarut Kekeruhan Kekeruhan Kekeruhan Temperatur, Tekanan, pH, Kekeruhan, Kadar Gas terlarut, dan Konduktivitas

Hydrometer Sensor Tekanan pH Meter Electrode Instrumentation Secchi Disc Forel Scale Transmissiometer Submersible Water Quality Station


Pengamatan Sifat Air Laut (4)

Thermometer Terlindungi (Kiri) dan Tak Terlindungi (Kanan) Eka Djunarsjah, 2005

GD-3221 Hidrografi II. Bagian IV SIFAT-SIFAT FISIK AIR LAUT

Recommend Documents