SUMBER BELAJAR PENUNJANG PLPG 2017
MATA PELAJARAN/PAKET KEAHLIAN
GEOGRAFI
BAB IV
ATMOSFER
Drs. Daryono, M.Si.
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN DIREKTORAT JENDERAL GURU DAN TENAGA KEPENDIDIKAN 2017
BAB IV ATMOSFER Kompetensi Inti
: Menguasai materi geografi secara luas dan mendalam
Kompetensi Dasar
: Menganalisis dinamika dan kecenderungan perubahan unsur-unsur geosfer serta dampaknya terhadap kehidupan di muka bumi
A. Pengertian. Atmosfer adalah lapisan udara yang menyelubungi bumi yang terdiri dari campuran gas, yang terdiri dari nitrogen (78,08%), Oksigen (20,95%), Argon (0,93%), Neon (0,0018%), Hidrogen (0,00005%), Helium (0,0005%), Kripton (0,0001%), Karbon dioksidaa (0,038%), dan Xenon (0,000009%). Secara grafis, gas-gas penyusun atmosfer dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar: Gas-gas Penyusun Atmosfer (https://met043.wordpress.com/tag/atmosfer/) Diakses 13 Juli 2016) B. Struktur Lapisan Atmosfer Bumi tersusun dari beberapa lapisan yang penamaannya disesuaikan dengan fenomena yang terjadi pada masing-masing lapisan. Lapisan-lapisan atmosfer terdiri dari troposfer, stratosfer, mesosfer dan termosfer. Lapisan-lapisan atmosfer tersebut, secara visual dapat dilihat pada gambar berikut.
1
Gambar: Struktur Lapisan Atmosfer (https://luciafebriarlita17.wordpress.com/2014/04/08/lapisan-atmosfer-bumi/) Diakses 15 Juli 2016 1. Troposfer Lapisan ini terdapat pada bagian yang paling bawah dari atmosfer. Ketebalan troposfer berbeda-beda, di daerah ekuator ketebalannya mencapai kira-kira 16 km, di daerah sedang sekitar 11 km, dan di kutub sekitar 8 km. Ketebalan atmosfer yang berbeda ini disebabkan oleh adanya gaya sentrifugal akibat rotasi bumi. Pada lapisan ini terdapat hubungan yang negatif antara ketinggian dan suhu, yaitu semakin tinggi suhunya akan semakin rendah. Penurunan suhu ini dapat dihitung menurut teori Braak, bahwa setiap kenaikan 100m dari permukaan bumi akan diikuti oleh penurunan suhu 0,61°C. Lapisan ini mengandung uap air, debu, dan awan. Lapisan troposfer memiliki hubungan langsung dengan semua kehidupan di bumi, baik manusia, hewan maupun tumbuhan. Hampir semua fenomena cuaca dan iklim terjadi pada lapisan ini. Troposfer dipisahkan dengan lapisan di atasnya, yaitu stratosfer oleh lapisan tropopause.
2
2. Stratosfer Stratosfer terletak di atas lapisan troposfer yang antara keduanya dipisahkan lapisan tropopause. Lapisan stratosfer ini berkembang sampai ketinggian kira-kira 50 km dari ketinggian 11 km di daerah sedang. Dari bagian tengah stratosfer keatas, pola suhunya berubah menjadi semakin bertambah seiring kenaikan ketinggian. Pada lapisan ini terjadi akumulasi ozon menyerap radiasi ultraviolet dari pancaran matahari sehingga sebagian besar radiasi ini tidak mencapai permukaan bumi. Serapan radiasi matahari oleh ozon inilah yang menyebabkan suhu udara bertambah setiap bertambahnya ketinggian. Sifat ozon yang menyerap sinar ultra violet inilah yang menyebabkan Lapisan ini sangat penting peranannya bagi makhluk hidup di bumi, karena sinar ultra violet yang sangat berbahaya bagi kesehatan manusia. Radiasi ini di antaranya dapat menimbulkan menimbulkan penyakit kanker kulit. 3. Mesosfer Lapisan mesosfer terletak di atas stratosfer dengan ketinggian sekitar 50 - 80 km di atas permukaan bumi. Pada lapisan ini, kenaikan ketinggian diikuti oleh penurunan suhu, yaitu setiap bertambahnya ketinggian 100 meter diikuti oleh penurunan suhu 0,4°C. Lapisan ini bagi bumi berfungsi sebagai perisai hujan meteor yang menuju permukaan bumi. 4. Termosfer Termosfer terletak di atas mesosfer dengan ketinggian sekitar 80 km sampai 650 km di atas permukaan bumi. Pada lapisan ini terjadi kenaikan suhu udara secara tajam, oleh sebab itu lapisan ini dinamakan termosfer (thermos artinya panas). Suhu pada lapisan ini meningkat dengan bertambahnya ketinggian. Suhu udara di lapisan bagian atas Thermosfer dapat mencapai 1.100°C sampai 1.650°C. Pada lapisan ini gas-gas mengalami ionisasi, terjadi pemecahan molekul oksigen menjadi oksigen atomik yang menghasilkan panas pada lapisan tersebut. Itulah sebabnya maka lapisan ini disebut juga ionosfer. Lapisan ini berfungsi sebagai pemantul gelombang radio sebagai media komunikasi yang sangat penting di bumi.
3
5. Eksosfer Lapisan eksosfer adalah lapisan atmosfer yang paling atas. Lapisan ini ketinggiannya tidak diketahui secara pasti dan tidak ada batas yang jelas antara eksosfer dan luar angkasa. C. Cuaca dan Iklim 1. Cuaca Cuaca adalah keadaan atmosfer pada waktu tertentu dalam periode yang pendek dan wilayah yang relative sempit yang ditandai dengan berbagai fenomena meteorologis, antara lain suhu udara, tekanan udara, tiupan angin, curah hujan, keadaan awan, dan keadaan sinar matahari. Ada beberapa alat untuk mengukur usur-unsur cuaca, yaitu sebagai berikut. a. Suhu udara Alat ukur suhu udara adalah thermometer, yaitu thermometer maksimum dan thermometer minimum. Rata-rata suhu bulanan dihitung dihitung dari suhu ratarata setiap bulan. Pengukuran dilakukan setiap hari selama 24 jam, suhu rata-rata harian setiap bulan dijadikan suhu minimum dan maksimum bulanan. Data suhu di suatu wilayah dapat digambarkan pada peta dengan simbol garis. Garis-garis pada peta yang menghubungkan tempat yang memiliki suhu yang sama disebut isotherm. Faktor-faktor yang mempengaruhi suhu di suaru wilayah adalah sebagai berikut. 1) Letak lintang. Letak lintang akan berpengaruh terhadap sudut datang sinar matahari. Lebih besar sudut datang sinar matahari akan lebih besar efek pemanasan yang diterimanya. Itulah sebabnya daerah yang terletak pada lintang tinggi (sekitar kutub) suhunya lebih rendah dibandingkan daerah yang terletak pada lintang rendah (sekitar ekuator). 2) Jarak dari lautan. Daratan memiliki sifat lebih cepat menerima panas dan cepat pula melepaskannya dibandingkan dengan tubuh air. Itulah sebabnya, maka daerah yang terletak jauh dari laut akan mengalami perbedaan suhu yang cukup ekstrim 4
antara siang dan malam hari. Sebaliknya daerah yang dekat dengan laut pada saat siang tidak terlalu panas dan pada malam hari tidak terlalu dingin. 3) Ketinggian. Atmosfer lebih banyak menerima panas dari permukaan bumi dibandingkan dengan panas yang berasal dari sinar matahari, akibatnya semakin tinggi dari permukaan bumi suhunya akan semakin rendah. suhu udara dari permukaan bumi turun normal hingga pada suatu ketinggian 11 km. Penurunan suhu dipengaruhi oleh energi radiasi sinar matahari yang datang menghangatkan permukaan bumi, lalu permukaan bumi memantulkannya kembali menghangatkan udara di atasnya. Ratarata laju penurunan suhu udara di atas muka bumi hingga ketinggian hingga 11 km adalah sekitar 0,6° C tiap kenaikan 100 m.
4) Arus laut. Arus laut berpengaruh terhadap suhu daratan. Adanya arus hangat yang melewati suatu wilayah akan meningkatkan suhu udara dan sebaliknya arus dingin akan menurunkan suhu wilayah tersebut. 5) Letak lereng. Letak lereng akan mempengaruhi banyak tidaknya sinar matahari yang diterima oleh suatu wilayah. Hal ini bisa dikaitkan dengan pergeseran semu matahari dan bentuk permukaan bumi di suatu wilayah. 6) Kondisi keawanan. Awan merupakan penghalang sinar matahari sampai di bumi dan dari bumi ke atmosfer. Daerah yang tertutup awan seharian suhunya akan rendah. Namun jika tutupan awan tersebut terjadi setelah permukaan bumi terkena sinar matahari, suhunya bisa panas, karena awan memiliki efek rumah kaca. b. Angin Ada dua hal yang diukur terkait dengan keadaan angin di suatu tempat, yaitu kecepatan dan arah angin. Kecepatan angin diukur dengan anemometer dan dinyatakan dengan knot per jam atau kilo meter perjam. Kecepatan angin diukur dengan skala Beaufort. Angin dapat dibedakan menjadi dua, yaitu angin tetap dan angin lokal. 5
1) Angin tetap Di dunia ada tiga jenis angin tetap, yaitu angin pasat, angin barat, dan angin timur. Angin tetap merupakan angin yang berembus terus-menerus sepanjang tahun dengan arah yang tetap. Angin pasat, yaitu angin yang bertiup dari daerah maksimum subtropika menuju ke daerah minimum ekuator. Pada awalnya angin pasat bergerak tegak lurus dari daerah maksimum subtropis mernuju ke minimum ekuator. Tetapi karena bumi berotasi dari barat ke timur dan bagian ekuator bergerak lebih epat, maka angin pasat di sebelah selatan ekuator berbelok ke kiri, dan berbelok ke kanan. Aibatnya angin pasat di sebelah utara ekuator menjadi angin pasat timur laut, sedangkan di sebelah selatan ekuator menjadi angin pasat tenggara. Angin barat bertiup di daerah lintang sedang berhembus terus menerus sepanjang tahun dari arah barat ke arah timur dan sebaliknya angin timur berembus terus menerus sepanjang tahun dari arah timur. 2) Angin lokal Angin lokal hanya terjadi di daerah tertentu atau di wilayah tertentu. Angin lokal ada beberapa jenis, yaitu: a) Angin Muson Angin muson adalah angin yang bertiup setiap setengah tahun berganti arah yang berlawanan. Gerakan angin ini dipengaruhi oleh peredaran semu matahari tahunan. Pada bulan April sampai Oktober, matahari berada di belahan bumi utara yang mengakibatkan bumi belahan utara bertekanan udara minimum dan belahan bumi selatan bertekanan maksimum. Pada saat ini bertiuplah angin muson dari belahan bumi selatan menuju belahan utara. Bagi Indonesia, angin ini merupakan angin muson timur (tenggara) yang menyebabkan terjadinya musim kemarau karena angin ini berasal dari Benua Australia yang kering. Sebaliknya pada bulan Oktober-April bertiup angin muson barat (barat laut), di Indonesia terjadi musim penghujan karena angin
6
ini berasal dari samudera Pasifik yang luas sehingga banyak membawa uap air.
Gambar pergerakan angin muson (http://www.sailingeurope.com/blog/all-about-the-monsoon-winds. Diakses 24 Juli 2016) Terjadinya fenomena angim moson di Indonesia secara lebih jelas dapat dilihat pada gambar berikut.
b) Angin darat dan angin laut 7
Angin laut darat berhembus dari laut ke darat, sebaliknya angin darat berhembus dari darat ke laut. Terjadinya angin darat dan angin laut disebabkan oleh perbedaan daratan dan laut dalam menerima panas dari matahari. Pada siang hari daratan lebih cepat menjadi panas daripada air laut. Akibatnya di daratan tekanan udaranya lebih rendah daipada laut sehingga pada saat ini terjadi hembusan angin dari laut menuju daratan. Sebaliknya pada malam hari daratan lebih cepat melepaskan panas daripada laut, akibatnya di daratan tekanannya lebih rendah sehingga terjadi hembusan angin dari laut menuju daratan. c) Angin Gunung dan Angin Lembah Angin gunung merupakan jenis angin lokal yang berembus dari puncak gunung menuju lembah, dan sebaliknya angin lembah bertiup dari lembah ke gunung. d) Angin Jatuh Angin jatuh disebut juga angin fohn, yaitu angin kering yang bergerak menuruni lereng pegunungan. Ketika bertiup menaiki pegunungan, angin ini membawa uap air mengalami proses kondensasi uap air itu akhirnya jatuh sebagai hujan. Akibatnya setelah melewati puncak gunung angin tersebut bersifat kering dan panas. Contoh angin ini adalah angin bohorok di deli, Gending di Probolinggo, Kumbang di irebon, dan Brubu di Makasar. c. Tekanan udara Tekanan udara diukur dengan barometer yang dinyatakan dengan milibar. Tekanan udara bisa digambarkan pada peta dengan menggunakan simbol garis. Tempat-tempat pada peta yang memiliki tekanan udara yang sama dihubungkan dengan garis yang sama yang disebut isobar. d. Curah hujan Curah hujan diukur dengan alat yang disebut fluviometer. Curah hujan diukur dan dicatat selama 24 jam. Jumlah hujan harian selama sebulan dijumlahkan 8
menjadi curah hujan bulanan dan selanjutnya jumlah curah hujan bulanan dijumlahkan menjadi curah hujan tahunan. Curah hujan dapat digambarkan dalam peta dengan menggunakan simbol garis. Tempat-tempat yang memiliki curah hujan yang sama dihubungkan oleh suatu garis yang disebut isohyet. Hujan terjadi jika kondensasi dari uap air yang membentuk awan. Jika titik-titik air pada awan bergabung menjadi titik-titik yang lebih besar, maka ia akan jatuh sebagai hujan. Hujan dapat dibedakan menjadi 3 tipe, yaitu hujan orografis, hujan konveksi, dan hujan front. 1) Hujan orografis. Hujan ini terjadi karena angin yang bergerak dipaksa naik melalui pegunungan. Ketika udara naik, suhunya akan turun sampai di pada titik kondensasi. Dengan demikian akan terbentuk awan dan kemudian jatuh sebagai hujan.
Gambar: Hujan orografis (http://www.3dgeography.co.uk/#!why-does-it-rain/c1nxo) Diakses 21 Juli 2016) 2) Hujan konveksi. Daratan yang menerima panas dari matahari menyebabkan udara di atasnya menjadi panas melalui konduksi. Udara yang dipanaskan naik dan digantikan oleh udara yang lebih sejuk. Udara yang terus naik akan sampai pada ketinggian yang menjadikan uap air yang dikandungnya mengalami kondensasi. Dengan demikian akan terbentuk awan dan hujanpun bisa terjadi.
9
Gambar: Hujan Konveksi (http://www.3dgeography.co.uk/#!why-does-it-rain/c1nxo) Diakses 21 Juli 2016) 3) Hujan front Hujan front terjadi jika dua massa udara yang suhunya berbeda bertemu. Jika massa udara hangat dan udara dingin bertemu, maka udara yang hangat akan naik dan berada di atas udara dingin. Udara panas yang terangkat akan mendingin, membentuk awan dan menyebabkan terjadinya hujan.
Gambar: Hujan Front (http://www.3dgeography.co.uk/#!why-does-it-rain/c1nxo. Diakses 21 Juli 2016) http://www.3dgeography.co.uk/#!why-does-it-rain/c1nxo Di samping hujan tersebut di atas juga ada jenis hujan lainnya, misalnya hujan badai yang terjadi karena adanya gerakan angin ke atas dan membentuk awan 10
kumulonimbus. Dari awan kumulonimbus bisa menghasilkan hujan lebat kadangkadang disertai hujan es dan disertai halilintar. e. Kelembaban udara Kelembaban udara dibedakan menjadi dua macam, yaitu kelembaban absolut dan kelembaban relative. Kelembaban absolut adalah jumlah uap air yang terdapat dalam satuan volume udara tertentu, misalnya gram per meter kubik. Kelembaban relative adalah perbandingan antara jumlah yang sebenarnya uap air pada volume dan suhu tertentu dari udara dan jumlah yang seharusnya terdapat jika udara jenuh pada suhu yang sama. Kelembaban relatif diukur dengan alat yang namanya hygrometer. f. Sinar matahari Intensitas sinar matahari diukur dengan alat yang disebut Campbell-stokes. Dengan alat ini intensitas sinar matahari dapat direkam secara terus menerus sepanjang hari. Alat ini terdiri dari bola kristal dan kertas pencatat yang merekam jejak intensitas sinar matahari yang diterimanya. Pada kertas pencatat tersebut akan terekam, intensitas sinar matahari pada suatu saat, apakah sinar matahari langsung sampai permukaan bumi tanpa penghalang ataukah terhalang oleh awan. g. Tutupan awan Awan adalah kumpulan titik-titik air/Kristal es di dalam udara yang terjadi dari kondensasi/sublimasi uap air dalam udara. Awan dapat diklasifikasikan menurut bentuk dan ketinggiannya. Klasifikasi awan berdasarkan bentuknya adalah sebagai berikut. 1) Awan commulus, yaitu awan yang bentuknya bergumpal-gumpal dan bagian dasarnya horizontal. 2) Awan stratus, yaitu awan yang tipis dan tersebar luas sehingga dapat menutupi langit secara merata. 3) Awan cirus, yaitu awan yang berdiri sendiri , halus dan berserat tampak seperti bulu burung, dan tidak menimbulkan hujan. 11
Berdasarkan ketinggiannya, awan dapat diklasifikasikan sebagai berikut. 1) Awan rendah (< 2000 meter) meliputi stratocumulus, nimbostratus, cumulus, cumulonimbus, dan stratus. 2) Awan medium (2000-6000 meter) meliputi altocumulus, altostratus, altosaurus. 3) Awan tinggi (> 6000 meter) meliputi cirrus, cirrustaratus, cirrostratus, cirrocumulus. 2. Iklim Iklim adalah kondisi cuaca rata-rata dari suatu daerah yang relative luas dalamwaktu yang lama, misalnya 30 tahun. Iklim yang ada di permukaan bumi bermacam-macam yang disebabkan oleh lokasinya terhadap garis lintang, ketinggian tempat, dan lain-lain. a. Iklim Matahari Iklim matahari disebut juga iklim garis lintang, karena didasarkan atas letak lintang suatu wilayah di permukaan bumi. Iklim ini dibedakan menjadi empat macam, yaitu sebagai berikut. 1) Iklim tropis, terletak antara 23½º LU – 23½ºLS. Cirinya suhu udara selalu tinggi dan curah hujan juga tinggi. 2) Iklim sub tropis, terletak antara 23,5° – 40o baik di belahan bumi utara maupun belahan bumi selatan. Cirinya tekanan udara selalu tinggi dan kering.Oleh sebab itu pada wilayah ini banyak dijumpai gurun pasir dan savana. 3) Iklim sedang, terletak antara 40o – 66½º baik di belahan bumi utara mapun belahan bumi selatan. Cirinya daerah ini memiliki empat musim, yaitu musim panas, gugur, dingin, dan semi. 4) Iklim dingin atau kutub, terletak antara 66,5o – 90o, baik di belahan bumi utara maupun belahan bumi selatan. Cirinya suhu udara sangat dingin.
12
b. Iklim Junghuhn Yunghuhn membuat klasifikasi iklim di Pulau Jawa berdasarkan ketinggian tempat di atas permukaan laut berikut jenis tumbuhan yang sesuai tumbuh pada masing-masing ketinggian. Ketinggian dan jenis tanaman yang sesuai dapat adalah sebagai berikut. Ketinggian Tempat/meter
Zone iklim
0-700
: Panas
700-1500
: Sedang
1500-2500
: Sejuk
>2500-3300
: Dingin
Jenis tanaman yang sesuai denan ketinggian tempat dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar:Pembagian Iklim menurut Junghuhn (http://simplenews05.blogspot.co.id/2014/12/penjelasan-mengenai-iklim-junghuhn.html). Diakses 11 Juli 2016
c. Iklim Schmidt-Ferguson Iklim Scmidt Ferguson didasarkan atas nilai indeks nilai Q yang dihitung dengan rumus sebagai berikut. Rata-rata jumlah bulan kering Q = --------------------------------------------- X 100 % Rata-rata jumlah bulan basah 13
Dimana: - Bulan kering adalah bulan yang menerima curah hujan kurang dari 60 mm - Bulan basah adalah bulan yang menerima curah hujan lebih dari 100 mm - Bulan lembab adalah bulan yang menerima curah hujan 60-100 mm Berdasarkan nilai Q, Schmidt dan Ferguson meentukan tipe hujan di Indonesia sebagai berikut. Golongan Iklim
Nilai Q (%)
Sifat
A
0 - 14,3
Sangat basah
B
14,3 – 33,3
Basah
C
33,33 – 60,0
Agak basah
D
60,0 – 100
Sedang
E
100,0 – 167,0
Agak kering
F
167,0 – 300,0
Kering
G
300,0 – 700,0
Sangat kering
H
Lebih dari 700
Luar biasa kering
Semakin kecil harga Q, makin basah suatu tempat dan sebaliknya. d. Koppen Sebagai dasar klasifikasi iklim menurut Koppen adalah rata-rata curah hujan dan temperatur baik bulanan maupun tahunan. Tanaman asli dilihat sebagai indikator yang terbaik dari keadaan iklim yang sesungguhnya. Batas iklim ditentukan dengan batas hidupnya tanaman. Koppen menggunakan simbolsimbol tertentu untuk mencirikan tipe iklim. Tiap iklim terdiri dari kombinasi huruf, dan masing-masing huruf memiliki arti sendiri-sendiri. Koppen membagi permukaan bumi menjadi lima golongan iklim (Wisnubroto, 1983), yaitu Iklim A, Iklim B, Iklim C, Iklim D, dan Iklim E. Lambang A
Karakteristik Hujan Tropis (Tropical Rainy Climates)
14
Lambang
Karakteristik
Af
Tropika basah (hujan rata-rata bulan terkering lebih 60 mm)
Am
Aw
Tropika basah (jumlah hujan pada bulan-bulan basah dapat mengimbangi kekurangan hujan pada bulan kering) Jumlah hujan bulan-bulan basah tidak dapat mengimbangi kekurangan hujan pada bulan kering
B
Iklim kering (Dry Climates)
BS
Iklim stepa kering
BW
Iklim padang pasir
C
Iklim Sedang (Humid Mesothermal Climates)
Cs
Iklim sedang dengan musim panas yang kering
Cw
Iklim sedang dengan musim dingin yang kering
Cf
Iklim sedang yang lembab sepanjang tahun
D
Iklim Dingin (humid Microthermal Climates)
Dw
Iklim dingin dengan musim dingin yang kering
Df
Iklim dingin tanpa periode kering
E
Iklim kutub (Polar Climate)
ET
Iklim Tundra
EF
Iklim es – saju abadi
ET h
EF h
Tipe iklim ini serupa dengan ET, tetapi dia terdapat di tempat yang tinggi Tipe iklim ini serupa dengan EF, tetapi dia terdapat di tempat yang tinggi
e. Thornthwaite Dalam membuat klasifiasi iklim Thorntwaite juga mendasarkan vegetasi. Dalam klasifikasi ini menggunakan unsur penguapan, yaitu bahwa kebutuhan air
15
oleh tanaman tidak hanya tergantung pada besarnya hujan tetapi juga trgantung pada besarnya penguapan. Dalam hal ini thornhwaite menggunakan istilah daya guna presipitasi (Wisnubroto, 1983). Perbandingan antara presipitasi (P) dan penguapan (E) menunjukkan besarya daya guna presipitasi bagi kehidupan tanaman, dan disebut P-E rasio, dimana P = presipitasi bulanan rata-rata dan E= penguapan dari permukaan air bebas rata-rata bulanan, keduanya dalam bentuk inch. Jumlah P-E ratio selama satu tahun disebut P-E indeks. Untuk menghitung besarnya P-E rasio digunakan rumus sebagai berikut. P-E rasio = Sehingga P-E indeks
∑
(
)
Keterangan: P= presipitasi rata-rata bulanan dalam inch T= temperatur rata-rata bulanan dalam derajat farenheit. Atas dasar P-E indeks ini Thornthwaite membedakan lima golongan kelembaban, yaitu sebagai berikut. Golongan Kelembaban
Ciri-ciri Vegetasi
Indeks P/E
A : Basah
Hutan Hujan
>128
B : Lembab
Hutan
64 – 128
C : Sub humid
Grass Land
32 – 63
D : Semi Arid
Stepa
16 – 31
E : Arid
Gurun
<16
16
