WHY EKOLOGI PERAIRAN PERLU DIPELAJARI ? PERANAN AIR: Sumber murah dan mudah dicapai Pelarut universal Alat transportasi Komponen ekologis: a. Dengan sifat fisiknya sebagai medium tempat hidup organisme b. Dengan sifat kimianya sebagai pembawa zat-zat hara
PERBEDAAN PERAIRAN LAUT DAN TAWAR PERAIRAN LAUT:
PERAIRAN TAWAR:
♦ 7/10 luas permukaan
♦ 1/50 luas permukaan
bumi bumi ♦ Sudah ada sejak ♦ Bersifat sementara, terbentuknya air pada umur pendek waktu pendinginan sedimentasi, tektonis bumi ♦ Tergantung pada ♦ Perkembangan habitat fauna kehidupan telah (terbatas) berlangsung pada permulaan ♦ Perairan tawar ♦ Lautan menentukan dipengaruhi iklim iklim daratan setempat dari daratan di sekitarnya
KLASIFIKASI SUNGAI BERDASARKAN SUHU DAN KECEPATAN ARUS RHITHRON:
POTAMON:
♦ Dari sumber s/d daerah
♦ Daerah hilir setelah
dengan suhu < 20oC ♦ Kecepatan arus tinggi ♦ Volume aliran kecil ♦ Tipe substrat (substrat eroding): batuan besar (boulders), batu koral (stones), kerikil (gravel), sand (pasir)
rhithron ♦ Rata-rata suhu bulanan > 20oC (subtropik) dan > 25oC (tropik) ♦ Kecepatan arus rendah ♦ Tipe substrat (substrat depositing): pasir/lumpur, terkadang kerikil
Note: ada yang menambahkan CRENON yaitu mata air sungai
MORFOLOGI DAN STRUKTUR EKOSISTEM PERAIRAN TAWAR I. DANAU Cara Terbentuknya: a. Vulkanis b. Tektonik c. Longsor/pergeseran tanah d. Glacial/pencairan es
Berdasarkan Tingkat kesuburan: 1.Danau Oligotrof 2.Danau Eutrof 3.Danau Dystrof
Ciri-ciri morfometrik: • Slope curam • Kedalaman > 100 m • Water level fluctuation 1-3 m • Water retention time (pergantian air) lama
Zone Litoral
Zone Pelagik/Limnetik
PHOTIC ZONE
Zone Litoral
Mixed layer/Epilimnion Termokline
APHOTIC ZONE/ Zone Profundal
Hipolimnion
PEMBAGIAN DANAU BERDASARKAN TINGKAT KESUBURAN DANAU EUTROF:
DANAU OLIGOTROF: ♦
♦
Tingkat kesuburan sangat rendah Dalam dan tepi curam Kadar mineral sedikit Miskin fitoplankton, zooplankton, bentos, dan ikan Kecerahan tinggi (8-40 m)
♦
Terjadi stratifikasi suhu
♦
♦ ♦ ♦ ♦
♦ ♦ ♦ ♦
Tingkat kesuburan tinggi (terajadi eutrofikasi) Nutrien tinggi Oksigen di epilimnion tinggi dan di hipolimnion rendah Plankton dan ikan banyak(di epilimnion) Kecerahan 0,1-2,0 m Suhu, cahaya, pH di epilimnion bagus
DANAU DYSTROF: • • • • •
Merupakan lanjutan dari danau eutrof Tingkat kesuburan rendak karena asam humat tinggi Warna air coklat hitam dan pH rendah (4-5) Kadar Ca rendah Ganggang dominan: Desmidiaceae
II. WADUK Dibuat manusia dengan membendung sungai Waduk = danau = ekosistem terbuka Waduk lama terjadi pendangkalan karena ada outlet Ciri-Ciri: 9 Slope curam dan landai 9 Kedalaman 30-100 m 9 Water level fluctuation 5-25 m 9 Water retention time sering dan penuh
Limnetik Profundal
Litoral
III. RAWA Genangan air yang sangat luas dan dangkal Ciri-Ciri: Slope landai Kedalaman 1-30 m Water level fluctuation 3-5 m Pergantian air paling sering Umumnya terletak di dataran rendah Litoral luas Bahan organik dari sisa tanaman tinggi sehingga proses pembongkaran lambat
IV. KOLAM Perairan menggenang buatan manusia, ukuran kecil, bentuk tertentu, tepian curam dan dangkal Ciri-Ciri: Kedalaman < 3 m Sistem tertutup Tujuan untuk memelihara ikan Suhu konstan (permukaan sampai dengan dasar Ada 2 macam: 1. Kolam Permanen Diisi air sampai tahunan 2. Kolam Temporer Diisi air pada musim tertentu
SIFAT FISIKA EKOSISTEM PERAIRAN TAWAR A. BERAT JENIS (DENSITY) 9
Perbandingan antara berat dengan volume
9
BJ air danau atau sungai pada tempat dan waktu yang berlainan berbeda, dipengaruhi oleh: tekanan (bahan tersuspensi), suhu dan kadar garam (salinitas) TEKANAN
DENSITAS
1 Atm 10 Atm 20 Atm
1 1,0005 1,001
KADAR GARAM (‰)
DENSITAS Pada 4oC
0 1 10 35
1,00000 1,00085 1,00818 1,02822
D E N S I T A S 3,94oC
suhu (oC)
B. VISKOSITAS (kekentalan air) 9 Terjadi akibat tahanan gesekan yang ditimbulkan oleh suatu zat cair pada benda yang bergerak 9 Dipengaruhi oleh suhu
SUHU (oC)
VISKOSITAS (%)
0 5 10 15 20 25 30
100.00 84.90 73.00 63.70 56.10 49.80 44.60
9 Viskositas menentukan: a. Kebiasaan hidup b. Penggunaan energi hewan air c. Penghalang bagi pergerakan organisme
C. TEGANGAN PERMUKAAN 9 Terjadi akibat aktivitas molekul air yang tidak simetri pada dan di bawah permukaan air 9 Suhu & bahan organik tinggi 9 Garam tinggi
Teg. Permuk. Rendah
Teg. Permuk. Tinggi
9 Teg. Permuk.mempengaruhi organ-organ tumbuhan dan hewan (ada yang dapat dibasahi ada yang tidak)
D. WARNA PERAIRAN Mempengaruhi:
Transmisi cahaya di perairan Proses biologis Petunjuk kualitatif produktivitas perairan Menentukan sifat kimia perairan
COLOR = TRUE COLOR + APPARENT COLOR TRUE COLOR (Specific color) • Warna sebenarnya dari perairan alam • Berasal dari bahan yang larut / bahan yang berada dalam keadaan koloid APPARENT COLOR • Warna yang terlihat (berkas cahaya yang tidak diabsorbsi) • Hasil dari saling pengaruh antara bahan melayang dengan dasar danau dan pemantulan langit
WARNA PERAIRAN DANAU DITENTUKAN OLEH: Kecerahan air Air murni
warna hitam - mengabsorbsi semua bagian cahaya - tidak ada bahan melayang - tidak ada di alam
Bahan yang melayang dan larut a. Bahan yang larut di perairan (protein, karbohidrat, lemak, hasil perombakan ke tiga jenis di atas) b. Bahan organik yang melayang (Seston) 1. Jasad hidup - Algae biru warna kehijauan tua - Diatomeae warna kekuningan/coklat kuning - Mikrocrustaceae warna merah 2. Bahan mati (Tripton) terdiri atas jasad mati, detritus, bahan koloid, humus (hijau/coklat kuning) c. Bahan an organik koloid yang melayang (CaCO3 warna kehijauan, Fe(OH)3 warna merah, S warna kuning hijau) Kualitas cahaya yang jatuh Warna dasar perairan
WARNA PERAIRAN SUNGAI
¾ Dipengaruhi oleh: - transmisi cahaya (kualitas cahaya yang jatuh) - refleksi cahaya - materi tersuspensi dan terlarut ¾ Hulu sungai jernih ¾ Sungai kecil dan dangkal coklat ¾ Diatom bloom kecoklatan ¾ Bakteri sulfur kuning
WARNA AIR MUARA ¾ ¾ ¾ ¾
Biru pembiasan cahaya oleh molekul air Detritus dan organisme hidup coklat-merah-hijau Laut merah Dinoflagellata (algae) Ciri khas: warna gelap (kurang cerah dibandingkan laut terbuka)
CARA PENGUKURAN TRUE COLOR: Sampel air disaring/sentrifuge lalu bandingkan dengan: 9Skala warna Forel (12 tkt. Standar: biru – coklat): larutan Cupramonium sulfat + K. chromat + Co. Amm. Sulfat) 9Skala Platina – Cobalt: K. Chloroplatinate (K2PtCl4) + Cobalt Chlorida Kristal (CoCl2.H2O)
E. KEKERUHAN (TURBIDITAS) Merupakan istilah untuk menyatakan derajat kegelapan dalam air yang disebabkan oleh bahan melayang
KEKERUHAN AIR DANAU
¾ Dipengaruhi oleh: a. Sifat alamiah materi tersuspensi penyebab kekeruhan (mempengaruhi warna) b. Konsentrasi materi tersuspensi: membatasi transmisi cahaya menentukan kecerahan air ¾ Ditinjau dari penyebab kekeruhan: 1. Allochthonous (materi datang dari luar) 2. Autochthonous (materi dari danau itu sendiri) ¾ Alat pengukur turbiditas (ppm) = mg SiO2/L 1. Turbidity Rod 2. Jackson Turbidimeter 3. Hellige Turbidimeter Prinsip: membandingkan cahaya melalui sampel air ¾ Kekeruhan tidak sama (uniform) meskipun pada satu danau kenapa ???
KEKERUHAN AIR SUNGAI ¾ Hulu : jernih ¾ Daerah bawah : keruh - Zat tersuspensi tinggi - Ukuran partikel PERBANDINGAN 1. Kadar garam 2. Kekeruhan 3. Pengendapan 4. Materi tersuspensi
SUNGAI rendah tinggi jarang banyak
KEKERUHAN AIR MUARA
DANAU lebih tinggi lebih rendah normal lebih sedikit
Disebabkan oleh: 1. Pasir & lumpur yg. Terbawa air sungai (jml. tgt. musim) 2. Zat yang terbawa dari laut (sedikit) 3. Hasil erosi Makin ke arah muara, makin jernih krn: 1. Kec. Air menurun (terjadi pengendapan) 2. Elektrolit efek dari air laut
F. RADIASI MATAHARI Radiasi matahari menentukan: 9 Intensitas cahaya pada perairan 9 Kualitas cahaya 9 Suhu perairan Besarnya radiasi matahari pada suatu tempat tergantung kepada: 9 Musim 9 Letak geografis 9 Waktu 9 Sudut jatuh α 9 Keadaan atmosfer Cahaya yang jatuh pada permukaan air: 1. Dipantulkan, tergantung pada: - Sudut jatuh (α) - Keadaan permukaan 2. Diteruskan ke dalam air - Didispersikan (disebarkan) - Diabsorbsi (panas) 53% energi cahaya diubah menjadi panas sewaktu menembus air 1 m pertama
Dispersi dan absorbsi cahaya oleh air menyebabkan: • Reduksi (pengurangan) intensitas cahaya Mengikuti hukum Lambert Iz = Io . E-KZ Iz = Int. chy. pd. Kedalaman Z Io = Int. chy. mula-mula e = Lon = 2,7 Log K = konstanta panjang gelombang ttt. (%) besarnya chy yg ditahan pd kedalaman z (extinction coefficient) Makin besar pjg gelombang (merah, jingga) dan makin pendek (ultraviolet & violet), int chy makin cepat berkurang dibanding dg cahaya dg panjang gelombang sedang (biru, hijau, kuning) • Perubahan komposisi spektrum Bagian cahaya yang dapat melewati kedalaman Z disebut: TRANSMISSION COEFFICIENT udara air
cahaya 70 m
Cahaya pada kedalaman 70 m: Biru: tinggal 30% (30% transmission) Kuning : tinggal 6% Merah : 0% (tdk dpt menembus > 4 m)
PENYEBARAN PANAS
D E P T H
•
Cahaya yang diabsorbsi
PANAS
•
Penyebaran suhu di danau mengakibatkan stratifikasi masa air dan terjadinya arus Epilimnion Termokline/metalimnion Hypolimnion Suhu (oC)
Lapisan epilimnion seragam dipengaruhi: 1. Sinar matahari 2. Angin 3. Penguapan akibat pendinginan permukaan
SIKLUS SUHU TAHUNAN 1. Spring overturn 4oC 4oC 4oC 4oC 4oC
3. Fall overturn
2. Summer thermal stratification Epilimnion Thermocline Hipolimnion
22oC 21oC 6oC 5oC 4oC
4. Water Ice cover 4oC
0oC
4oC
2oC
4oC
4oC
4oC
4oC
4oC
4oC
SPRING OVERTURN/SPRING CIRCULATION
Es 0oC Air 0oC
Air 4oC BERAT
Suhu > tinggi Air
MUSIM DINGIN
4 oC
Air 2oC RINGAN
MUSIM SEMI
G. KECERAHAN • Prosentase radiasi cahaya yang dapat menembus air • Menunjukkan tingkat kecerahan dari perairan tersebut • Air nurni mempunyai sifat transparan (tembus cahaya) • Derajat transparansi dipengaruhi oleh: - zat terlarut - musim - zat tersuspensi - sudut jatuh cahaya - organisme dalam air - intensitas cahaya METODE PENGUKURAN KECERAHAN AIR 1. Metode limit penglihatan (Secchi Disc) Faktor yg mempengaruhi pengukuran: ketelitian, glb permukaan, pantulan cahaya dari bawah, cuaca Kecerahan baik > 600 mm Kecerahan cukup + 300 mm Kecerahan buruk < 100 mm 2. Metode Photographic - Photoelectric cell method (dengan photoelectric apparatus) - Pirlimnometer: mengukur total radiasi chy yg menimpa thermopile sehingga menghasilkan aliran listrik (dibaca pada Galvanometer)
SIFAT KIMIA EKOSISTEM PERAIRAN TAWAR I. OKSIGEN TERLARUT 9
Sumber: Atmosfer (difusi) Fotosintesa Gerakan air (gelombang & pengadukan)
9
Banyaknya Oksigen dalam air Q = P – R + D + A Q = Kadar DO terlarut dalam air P = Fotosintesa R = Respirasi D = Difusi A = aliran masuk
9
DO minimum untuk mendukung kehidupan : 2 ppm
9
Dua zona di danau dg produksi O2 tinggi: - Litoral - Limnetik
PENGARUH SUHU TERHADAP KELARUTAN OKSIGEN SUHU (oC)
KADAR OKSIGEN (mg/L)
0
14,62
5
12,80
10
11,33
15
10,15
20
9,17
25
8,38
30
7,63
OKSIGEN DALAM AIR DAPAT BERKURANG KARENA: 1. Respirasi (hewan dan tumbuhan) 2. Dekomposisi bahan organik 3. Reduksi oleh gas lain dalam air 4. Pelepasan oksigen ke udara oleh karena peningkatan suhu 5. Aliran air dari dalam tanah 6. Zat besi Fe2+
Fe3+
FAKTOR PENENTU DO DI HYPOLIMNION: 1. Bahan organik 2. Suhu. Kecepatan respirasi 2-3 kali lebih cepat dengan kenaikan suhu 10oC 3. Kecepatan jatuh bahan organik ke hypolimnion 4. Kedalaman dan profil dasar danau II. KARBONDIOKSIDA 9 Kadar di air melimpah karena koefisien solubilitas lebih tinggi dari pada N dan O (0,55-0,60 mg/L selalu tersedia) 9 Sumber: - Air hujan - Air bawah tanah yang kaya CO2 - Hasil pernapasan (tumbuhan, hewan dan bakteri aerobik) 9 Berperan untuk fotosintesa: Cahaya 6H2O + 6CO2 C6H12O6 + 6O2 Klorofil
CO2 + H2O
H2CO3
H+ + HCO3-
CaCO3 + H2CO3
H+ + CO3=
Ca (HCO3)2
Ca(HCO3)2
CaCO3
½ terikat
terikat
+ H2O + CO2
bebas
Beda sifat senyawa Ca dan Mg: - CaCO3 tidak larut sedangkan MgCO3 larut - Ca(OH)2 larut sedangkan Mg(OH)2 tidak larut 9 Asam lemah dan garam dari karbonat merupakan bufer (Ca(HCO3)2) 9 Ada tidaknya bikarbonat menentukan basa/asam suatu perairan 100
(%)
CO2 + H2CO3
HCO3-
CO3=
50
0
4
5
6
7
8
9
10
HUBUNGAN pH VS CO2
11
12
pH
III. METHAN 9 Sumber: perombakan bahan organik secara anaerob 9 Bentuk: gelembung gas 9 Konsentrasi di dasar tinggi
IV. NITROGEN 9 Konsentrasi kecil karena hanya berasal dari atmosfer (79%) 9 Peran penting untuk tanaman tingkat tinggi dan fitoplankton: pembentuk protein 9 Fiksasi nitrogen oleh bakteri (dasar) dan Cyanophyceae (Anabaena, Trichodesmium, Nostoc) untuk permukaan 9 Sumber lain: limbah (pupuk ZA, urea) 9 Bentuk: NO2, NO3, NH2 (amida), NH3 9 Bakteri pemfiksasi: Azotobacter dan Clostridium 9 NH3 bersifat racun, pada kondisi aerob terjadi: NH3 + H2O + O2 NH4OH Daya racun meningkat bila pH tinggi dan CO2 tinggi
SIKLUS NITROGEN DALAM AIR N2 Atmosfer
Hewan
N2 fixing
N2 Fiksasi bakteri di sedimen
Cyanophyceae Ikan Excresi
Ekskresi
Asimilasi NO3 (Bakteri Denitrifikasi) NO3
NO2
N
NO2
NO3
Bakteri NO3 (Nitrobacter)
NH3
NO2
Bakteri NO2 (Nitrosomonas)
NH2
NH3
Bakteri Amonifikasi
Asam amino Urea, As. Uric Sisa organik
MODEL FOODWEB PLANKTON DALAM PEMANFAATAN NITROGEN Pertumbuhan Pertumbuhan
Fitoplankton Tenggelam
N detritus
Zooplankton Sedimen
N organik
NH3
NO3
V. FOSFOR 9 Jumlah sedikit dan tidak seimbang dengan unsur N sehingga P merupakan faktor pembatas bagi pertumbuhan fitoplankton 9 Ada dua komponen: 1. P terlarut (Ortopospat), 0,003-0,015 ppm 2. P organik (dalam organisme), 0,005-0,103 ppm 9 Dua faktor penentu ketersediaan: - Konsentrasi fosfor alami - Fosfor dari kegiatan pertanian, pemukiman, dan industri 9 Faktor penentu ketersediaan ortopospat: 1. Alkalinitas, menentukan pH yang akan mempengaruhi kelarutan ikatan P dengan ion metal Kelarutan AlPO4 dan FePO4 terjadi pada pH 6 pada pH < 6 mengakibatkan AlPO4 dan FePO4 mengendap 2. Ca akan menghambat kelarutan PO4 pada pH tinggi 3. Bahan organik yang tinggi dapat mengabsorbsi PO4 sehingga tidak bisa dimanfaatkan fitoplankton 4. Jumlah total PO4 di hypolimnion lebih besar daripada di epilimnion tetapi tidak bisa dimanfaatkan karena intensitas cahaya rendah 9 Konsentrasi P an organik di danau oligotrof < 0,001 ppm
MODEL FOODWEB PLANKTON DALAM PEMANFAATAN FOSFOR
Pertumbuhan
Fitoplankton Tenggelam
P detritus
Zooplankton Sedimen
P organik
P anorganik
VI. BESI DAN MANGAN (Fe dan Mn) 9 Fe banyak tersebar di kerak bumi 9 Penting bagi fitoplankton untuk pembentukan klorofil 9 Ada dalam bentuk Fe2+ dan Fe3+ 4 Fe(HCO3)2 + 2H2O+6O2 4Fe(OH)3 + 8CO2 9 Fe(HCO3)2 ada jika: - DO < 0,5 ppm - pH 7 – 7,5 - CO2 dalam air tinggi - Ada reduksi Fe(OH)3 oleh bahan organik 9 Fe(OH)3 ada jika: - DO > 0,5 ppm - Jika pH > 7 pengendapan akan tinggi - Jika pH < 7 pengendapan akan rendah
SIKLUS BESI Fe2+
dioksidasi
Fe3+ diendapkan
Fe(OH)3
Fe3+ diendapkan reduksi
Ke dalam hypolimnion
Dibawa ke epilimnion dan dioksidasi
Fe2+ larut
Mangan (Mn) 9 Sifat = Fe 9 Tidak memperlihatkan stratifikasi karena lebih mudah direduksi dan lebih sukar dioksidasi d.p. Besi Mn(HCO3)2 9 Pada perairan basa, Mn mengendap
VII. BAHAN ORGANIK 9 Bisa sebagai allochtonous dan autochtonous 9 Seston (bahan organik yang melayang dalam air): 1. Hidup (Fito dan Zooplankton) 2. Mati (Detritus dan bahan koloid/tripton) 9 Seston penentu warna danau: - Hijau tua alga biru - Coklat kuning diatom - Merah Zooplankton (mikrokrustaceae) - Hijau-coklat Humus 9 Danau kaya BO dan produktif, warna kuning/biru abuabu/coklat 9 Danau kurang produktif, warna biru/hijau 9 N dan P organik > N dan P an organik 9 Efek bahan organik tinggi di perairan: 1. pH turun 2. DHL dan alkalinitas tinggi 3. H2S tinggi 4. DO rendah 5. Kecerahan tinggi
SIKLUS BAHAN ORGANIK DALAM AIR Allochtonous bahan organik
Allochtonous nutrien
Produksi Primer Autochtonous bahan organik
Autochtonous nutrien
Dekomposer
HUBUNGAN BIOLOGI DENGAN SIFAT FISIKA-KIMIA PERAIRAN Pengaruh air terhadap organisme: ♦ Dengan sifat fisiknya, sebagai medium tempat hidup ♦ Dengan sifat kimianya, sebagai pembawa zat-zat hara (untuk produktivitas primer) Penggolongan organisme perairan berdasarkan kebiasaan hidup: ♦ Plankton: mikroorganisme perairan yang gerakannya dipengaruhi oleh gerakan air ♦ Nekton: organisme berukuran besar dan dapat berenang ♦ Bentos: organisme yang hidup di dasar perairan ♦ Perifiton: organisme yang hidup di sekitar benda yang tenggelam di perairan ♦ Neuston: organisme yang hidup di permukaan air ♦ Pleuston: makrofita perairan
PLANKTON KLASIFIKASI PLANKTON
Berdasarkan Kualitas:
Berdasarkan Ukuran:
1.Phytoplankton
- Saproplankton (bakteri & fungi) - Phytoplankton proper (sebenarnya) berklorofil 2. Zooplankton
♦ Ultraplankton: < 2 μm ♦ Nannoplankton: 2-20 μm ♦ Mikroplankton: 20-200 μm ♦ Makroplankton: 200-2000
μm ♦ Megaplankton: > 2000 μm
PLANKTON KLASIFIKASI PLANKTON
Berdasarkan Keasliannya: 1.Autogenetic plankton: berasal dari perairan sendiri 2. Allogenetic plankton: berasal dari daerah lain
Berdasarkan Lingkungan Daerah Penyebaran: ♦ Limnoplankton: plankton danau ♦ Rhenoplankton (potamoplankton): plankton sungai ♦ Heleoplankton: plankton kolam ♦ Haliplankton: plankton air asin (laut) ♦ Hypalmeroplankton: plankton air payau
PLANKTON KLASIFIKASI PLANKTON
Berdasarkan Contentnya: 1.Euplankton: plankton yang sesungguhnya 2. Pseudoplankton: sisa-sisa yang bercampur dalam plankton
Berdasarkan Sejarah Hidup: ♦ Holoplankton: selamanya hidup sebagai plankton ♦ Meroplankton: bersifat plankton pada fase larva
SAPROPLANKTON Organisme yang berukuran mikroskopis ♦ Virus - Mengganggu kesehatan - Kontaminasi pada air (dari faeces) - Ukuran + 0,02 μ ♦ Bakteri - Lebih melimpah di dasar perairan - Bentuk: Coccus, basil, spiral - Ukuran: 0,2 – 5 μ - Air tercemar bahan organik bakteri tinggi - Fungsi di perairan sebagai dekomposer ♦ Fungi - Peran: dekomposisi dan recycling bahan organik - Sebagian sebagai saprofit dan parasit - Contoh parasit: Saprolegnia pada ikan
PHYTOPLANKTON ♦ Ada 5 phyllum:
- Chlorophyta (ganggang hijau) - Cyanophyta (ganggang biru) - Chrysophyta - Pyrophyta - Euglenophyta ♦ Bersifat kosmopolit ♦ Perbedaan kualitas air mempengaruhi komposisi dan kelimpahan, contoh: - Kadar PO4 0,1 – 1,0 ppm oligotrof 0 - 0,02 ppm dominasi diatom 0,02 – 0,05 ppm Chlorophyceae > 0,1 ppm Cyanophyceae - pH rendah (4,6 – 6,7) dijumpai: Closterium, Xanthidium, Mikrasterias, Cosmarium, Aphanoteca Diatom
- pH tinggi dapat dijumpai Staurastrum (Desmid) - pH basa dan banyak unsur hara didominasi oleh Euglena dan Phacus - Ca tinggi akan didominasi oleh Microcystis, Anabaena, Pediastrum, Scenedesmus, closterium, dsb.
Distribusi Phytoplankton Ditentukan oleh: - Cahaya - Kecerahan - Nutrien - Gerakan air - Pemangsaan oleh zooplankton - Parasitisme oleh protozoa, fungi, bakteri, virus - Holoplankton atau meroplankton
Contoh algae holoplankton: - Asterionella - Fragilaria Pertumbuhan cepat & dominan di - Tabellaria danau Contoh Meroplankton dari Bluegreen Algae - Aphanezemeon - Anabaena Pada musim dingin sebagai spora - Microcystis Phytoplankton melimpah di lapisan permukaan (euphotic zone)
Pengaruh Phytoplankton terhadap perairan dan biota lain ♦ Phytoplankton
produsen bila blooming akan merugikan organisme lain
♦ Anabaena & Microcystis
- Sering blooming - Tidak menguntungkan karena berlendir
racun sukar dicerna
♦ Diatom:
- Sumber makanan bagi ikan - Dinding sel terdiri dari silikat, berfungsi sebagai asbes dan bahan peledak ♦ Scenedesmus - Chlorococcalus yang nannoplankton - Indikator untuk PO4 rendah krn dapat menimbun PO4 dalam tubuh untuk persediaan ♦ Euglena - Mempunyai flagel, perlu perairan eutrof - E. viridis warna permukaan hijau - E. Sanguinea warna permukaan merah
ZOOPLANKTON ♦ Termasuk:
- Protozoa - Rotifera - Crustacea: 1. Cladocera 2. Cyclopoid Holoplankton 3. Calanoid copepoda 4. Larva insekta Meroplankton 5. Larva udang ♦ Ukuran > 0,5 – 1,0 mm ♦ Herbivore dan predator ♦ Kelimpahan di eutrofik 500 idv/L ♦ Faktor yang mempengaruhi: O2, cahaya/sinar, suhu, makanan, gerakan air
Distribusi vertikal dan migrasi harian Zooplankton Jam 12.00
0 2 4 6 8 10
15
20
Jam 18.00
Jam 00.00
Jam 06.00
MEKANISME MIGRASI VERTIKAL ZOOPLANKTON ♦ Fototaksis negatif
Intensitas cahaya stimulus menghindari gerakan menjauhi ♦ Untuk memaksimumkan potensial reproduksi. Pada suhu yang rendah energi untuk metabolisme menurun ♦ Proteksi dari predator arah arus beda ♦ Perairan yang tidak ada stratifikasi tidak terjadi migrasi vertikal
GERAKAN DAN CARA MAKAN ZOOPLANKTON 1. PROTOZOA ♦ Kelas Rhizopoda
- Bergerak dengan kaki semu (pseudopodia), ex: Amoeba - Hidup di dasar perairan dangkal, pemakan ganggang dan detritus, ex: Arcella ♦ Kelas Ciliata - Bergerak dengan bulu getar/cilia - Hidup sebagai bentos pemakan detritus - Indikator perairan tercemar bahan organik - Ex: Paramaecium, Stentor, Vorticella ♦ Kelas Flagellata (Mastigophora) - Gerakan dengan flagel (bulu cambuk) - Hidup parasit pada vertebrata - Ex: Monas, Trachelomonas, Mallomonas ♦ Kelas Sporozoa - bergerak dengan pseudopodia dan berkembang dengan spora dan konyugasi, Ex: Actinosphaerium
2. ROTIFERA - Pemakan fitoplankton dan detritus - bergerak dengan bulu getar (di sekitar mulut) - aktif bergerak/berenang - Ex: Brachionus sp, Keratella sp, dll 3. CRUSTACEA ♦ Kelas Cladocera (kutu air)
- Bergerak dengan kaki - Kulit transparan - Punya mata besar yang sensitif cahaya pendorong migrasi vertikal - Pemakan fitoplankton dan detritus - Fungsi bagian tubuh: Antena II alat berenang, kaki untuk membantu melekat pada substrat & alat penggaruk, bulu kaki bergerak terus untuk mengalirkan air di antara celah kaki menyaring makanan ke mulut - Ex: Daphnia, Moina, Diaphanosoma merupakan makanan ikan (Hidup di perairan kaya bahan organik, pH 6,5-8,5)
♦ Kelas Copepoda
- Plankton bentik yang hidup di daerah litoral - Panjang tubuh 0,3 – 3,2 mm - Warna kuning keabu-abuan / kecoklatan - Tubuh bersegmen, panjang dan silindris dibagi: kepala, thorax, abdomen - Bersifat filter feeder - Bergerak aktif di perairan - Punya 2 antena di kepala - Seta yang panjang berfungsi sebagai organ untuk mengapung, mempertahankan sebagai plankton - Ordo Eucopepoda: mata sederhana dan tidak ada jantung Ordo Brachiura: mata majemuk dan ada jantung - Sub ordo: Caligoida, Lernacopoida, Arguloida merupakan parasit - Sub ordo Calanoida, Cyclopoida dan Harpacticoida: bebas - Cyclops: predator, tahan pada kondisi buruk, kosmopolitan, umur + 30 hari, antena pendek - Diaptomus (Calanoida) mempunyai antena 1,5 X panjang badan - Tingkat larva Cyclops dan Diaptomus disebut Nauplius (berenang aktif) - Cyclops dan Diaptomus merupakan makanan ikan Carnivore
BENTOS ♦ Organisme yang hidup pada permukaan atau di dalam dasar
perairan ♦ Meliputi: 1. Insekta (Trichoptera, Plecoptera, Ephemeroptera) 2. Molluska 3. Oligochaeta 4. Nematoda 5. Crustacea ♦ Bisa bersifat: 1. Sessile (menempel) atau merayap 2. Creeping (berjalan lamban) 3. Burrowing (menggali) ♦ Berdasarkan ukuran: - Mikrobentos - Makrobentos (tertahan saringan 0,5-0,6 mm) ♦ Pemakan detritus dan carnivora
TURBIDITAS PADATAN TERSUSPENSI
INSOLASI
KEDALAMAN PENETRASI CAHAYA
BAHAN ORGANIK (nutrien)
KANALISASI KEC. ARUS
OKSIGEN TERLARUT
SUHU
pH* SUBSTRAT
BAHAN TOKSIK
KOMUNITAS BENTOS
HARDNESS
Efek langsung Interaksi
FAKTOR PENENTU BENTOS DI PERAIRAN SUNGAI
NEKTON ♦ Berdasarkan jenis makanan:
1. Herbivore : makanan fitoplankton 2. Carnivore : makanan zooplankton (copepoda) 3. Omnivore JADI ADA HUBUNGAN ANTARA JUMLAH PLANKTON DENGAN JUMLAH IKAN TERTANGKAP ♦ Berdasarkan tempat tinggal:
1. Ikan pelagic, pemakan plankton (planktivorous) 2. Ikan litoral dan benthic: - Pemakan detritus (detritivorous) - Pemakan bentos - Grazing tanaman air
♦ Faktor penentu ikan:
1. Kemampuan menyesuaikan diri dengan perubahan kondisi perairan 2. Kemampuan untuk menambah sumber makanan 3. Kemampuan beradaptasi dengan lingkungan (untuk bersarang dan memelihara anak ♦ Ikan sensitif terhadap perubahan lingkungan (suhu, bahan kimia) sehingga bisa dipakai untuk uji toksisitas ♦ Kebutuhan oksigen larva ikan ditentukan oleh suhu ♦ Suhu tinggi : - kandungan gula, NO3, protein ikan turun - metabolisme meningkat ♦ Suhu rendah: - metabolisme meningkat
TANAMAN TINGKAT TINGGI (PLEUSTON) 1. Tanaman berakar di dasar, sebagian terbenam di air, bagian
atas tanaman berada di atas permukaan air Merugikan karena: - O2 hasil fotosintesa daun di atas air lepas ke udara - Daun menutup perairan pert. plankton terhambat - Bagian tanaman sulit didegradasi RAWA (mengandung Silicium yang keras) - Menghalangi pengadukan air oleh angin: menghalangi difusi O2 dari udara ke air mencegah naiknya mineral ke atas - Ex: Gelagah (Phrognnites karka) Eceng (Limnocharis flava) Seroja (Nelumbium nelumbo) Mendong (Scirpus littoralis)
2. Tanaman berakar di dasar, sebagian terbenam di air, daun terletak mendatar di permukaan air Sifat = No 1 MERUGIKAN Ex: Tunjung putih/teratai kecil (Nymphea lotus / Nymphea indica) 3. Tanaman kadang-kadang berakar di dasar atau terapung di atas permukaan dengan akar terbenam dalam air Ex: Eceng gondok (Eichornia crassipes) - berkembang cepat dengan geragih - meningkatkan pengendapan tanah dengan akar yang rapat terjadi pendangkalan perairan 4. Tanaman dengan daun terapung di permukaan, sedang akar tenggelam dalam air - Dapat tumbuh pada air dengan mineral cukup - Menghambat penetrasi cahaya matahari - O2 hasil fotosintesa lepas ke udara
Ex: Kayu apu (Pistia stratiotes) Kiambang (Salvinia natans) - Mata lele (Azolla pinata) dianggap menguntungkan karena menjadi substrat ganggang biru yang hidup epifit padanya sehingga dapat mengikat N2 dari udara - Lemna pancicostata indikator perairan dystrof - Utricularia vulgaris indikator perairan oligotrof N,P,S di ambil dari binatang renik dengan gelembung perangkap dan dicerna dengan enzim tertentu 5. Tanaman yang terbenam seluruhnya dalam air (submerged) - Ada yang berakar di dasar atau menetap dengan alat pelekat di substrat (Ottelia alismoides) - Ada yang melayang-layang dalam air (Ceratophyllum)
MENGUNTUNGKAN: - Pensuplay O2 dan pembersih CO2 - Mudah didegradasi bila mati - Dapat menahan lumpur air jernih Intensitas chy - Beberapa tanaman menjadi substrat ganggang tertentu dan pelindung periphyton serta ikan kecil (ex: Hydrilla verticilata) dan tempat memijah ikan HIDUP TANAMAN INI DITENTUKAN OLEH IKAN PEMAKAN TANAMAN TERSEBUT: - Tawes (Puntius javanicus) - Nilem (Osteochilus hasselti)
CIRI TANAMAN AIR: 1. Kutikula daun, collenchym dan sclerenchym tereduksi tanaman tidak perlu penyokong 2. Stomata tidak ada (kecuali bila daun di permukaan atau di atas air) 3. Rongga interselulair daun dan batang besar-besar
Primary Productivity • amount of plant tissue built up by process of photosynthesis over time is primary production • majority of primary production is accomplished by small, dispersed pelagic phytoplankton rather than marine plants (plants only account for 5-10% of total marine productivity) • the total amount of organic material produced in the sea by photosynthesis represents gross primary production - as a portion of the organic material produced by photosynthesis is utilized in cellular respiration, any excess production is referred to as net primary production; represents amount of organic material available to support consumers, nonphotosynthetic protists, and decomposers
• standing stock Crefers to the number of organisms per unit area or per unit volume of water at the moment of sampling; can count numbers of phytoplankton from filtered seawater samples - today, instead of using the total amount of phytoplankton, chlorophyll a concentration is used because it is more accurate; chlorophyll a can be measured by taking advantage of its ability to fluoresce when excited by an appropriate wavelength of light or by directly extracting it • biomass is defined as the total weight (total numbers X average weight) of all organisms in a given area or volume; this measure is used in preference to standing stock because phytoplankton vary in size and total numbers of all organisms as not as ecologically meaningful as estimates of their biomass
• production rates are usually reported in units of grams of organic carbon fixed by photosynthesis under a square meter of sea surface per day or per year - typically measured in the past with light (transparent) and dark (opaque) containers -- phytoplankton samples and their surrounding water are collected in these bottles and replaced at the depth from which they were collected; after a few hours, the paired samples are retrieved and the oxygen content of the water in each bottle is measured * decreases in dissolved oxygen are used to estimate cellular respiration in the absence of light * these decreases are subtracted from the oxygen content in the light bottles to provide a measure of net photosynthesis (i.e., excess of phytoplankton production after respiration)
• now primary productivity is measured using radioactive carbon (14C); paired light and dark bottles are injected with a known quantity of bicarbonate containing labeled 14C - amount of assimilated radioactive carbon is measured and net primary productivity is then computed using a conversion factor; is much more accurate than the oxygen measurements, particularly when the productivity is very low
Factors Affecting Primary Productivity 1. light: photosynthesis is only possible when light reaching the algal cell is above a certain intensity; light is influenced by a number of meteorological features such as clouds, dust, etc., reducing the amount of available light; it is also influenced by the water itself due to reflection, scattering by suspended water particles, and absorption of various wavelengths (reds and violets are absorbed within first few meters; greens and blues are absorbed less rapidly and may penetrate farther) - amount of photosynthesis increases with light intensity up to a maximum value known as Pmax, which is specific for each species; beyond this value, the rate of photosynthesis declines due to photoinhibition -- light intensity at which productivity exactly equals respiration is the compensation intensity; the depth at which this occurs is the compensation depth
- amount of light varies with latitude; it decreases from the equator toward the poles * polar regions: a single pulse of phytoplankton abundance occurs during the summer when light becomes sufficient for a net increase in primary productivity * temperate latitudes: primary productivity is generally maximal in spring and autumn when the combination of available light and high nutrient concentrations allow plankton blooms to occur * tropics: intense surface heating produces a permanent thermocline so phytoplankton are nutrient-limited year round and there are only small fluctuations in primary productivity
2. nutrients: major inorganic nutrients that are required by
phytoplankton are nitrogen and phosphorus (diatoms and dinoflagellates also required silica); all of these nutrients occur in small amounts and are thus limiting factors for primary productivity; each species of phytoplankton has a particular response to different concentrations of limiting nutrients and each has a maximum growth rate
- oligotrophic regions have low concentrations of essential nutrients and therefore low productivity
- eutrophic waters contain high nutrients and support high numbers of phytoplankton
- mesotrophic waters have nutrient levels between those of the two extremes
3. hydrographic conditions: factors that move water masses around in the oceans (currents, upwellings, and diffusion); upwelling occurs when the surface water moves away from shore and is replaced by nutrient-rich deep water brought to the surface; divergence of currents also brings up deeper nutrient-rich water; vertical mixing brings up nutrients and pushes down phytoplankton (as long as it doesn't push it down beyond the photic zone, the phytoplankton will be able to continue photosynthesizing) - amount of wind mixing (which brings nutrients up to the surface) increases from the tropics to the polar regions - thus the abundance of light and nutrients forms an inverse relationship which determines the pattern of phytoplankton production in different latitudes
Waters Quality Indexes It is very difficult to appreciate the degree of pollution a river only by observation without a proper analysis of the physical, chemical and biological characteristics of its water. The physical and chemical analysis of the pollutants in waters permits to determine the nature of the pollutions and the polluting substance concentrations but it doesn't allow to measure their effects on the aquatic environment. Only a biological analysis enables to measure the global impact of the pollutions on the aquatic ecosystem or its components. Indeed, aquatic fauna and flora undergo all the variations of pollution and " memorize " the quality of waters in time.
Chemical and physical analysis
The most commonly analysed parameters are: Temperature, suspended material, acidity (pH), conductivity, biochemical oxygen demand (BOD and BOD5), chemical oxygen demand (COD), nitrogenous compounds, phosphates, microbiological analysis.
Biological analysis
The living community analysis (plants and animals) of a river gives the picture of its " sanitary state " of waters and is used as a method assessing the quality of waters. The communities of a river carry the sign of the factors which have conditioned their development. Therefore the biological analysis, complementary to the chemical analysis, has the advantage to give a average indication of the " sanitary state " of water, whereas the chemical measures only provide momentary indications.
1. Diatomic index Diatoms belong to the Chromophytes which are algae possessing some brown, yellow or green yellow plastids, not producing starch. All possess the chlorophylls a and c as well as fucoxanthine (brown pigment). Among the Chromophytes, we can distinguish: the Phaeophyces, Chrysophyces and Xantophyces; the Diatomophyces or Diatoms. The Diatom species used for biological water analysis live on the submerged stones, and are known for their non resistance to the pollutants (pollution sensibility) and their indicative value The non resistance to the pollutants, expressed by an index (ij), vary from 1 to 5. The Diatoms which are most sensitive to pollution are affected with the index 5, they don't support any sign of pollution. The second index, called indicative value (Vj ), is a function of the survival capacity and the development of the Diatoms when confronted to pollution: the indicative value varies from 1 to 3.
The examination of the Diatoms permits to express the degree of pollution of waters. The calculation of the diatomic index (Id) is composed of two distinct parts:
¾ determination
of the typological level of the plant studied by the reference species or the chemical analysis; ¾ determination of a diatomic indication (Id) that allows the evaluation of the degree of global pollution of waters while making reference to the natural type of the studied plant. To calculate this index, the table values and the following formula are used:
where a new term has been introduced: DJ , the relative abundance of each individual, that is the number of each individual in relation to the total number of individuals counted.
Basing on this diatomic index, five classes of water quality can be identified: Id value 4,5< Id < 5
Water quality class optimal biological quality: no pollution
4 < Id < 4,5 sub-optimal biological quality: weak pollution 3 < Id < 4
regression of the sensitive species: average pollution
2 < Id < 3
strong regression or disappearance of the sensitive species, dominance of resistant species: strong pollution
1 < Id < 2
strong dominance of some resistant species, minimal diversity: very strong pollution
2. Index of diversity It measures the species diversity of the animal communities. For some indices, it is necessary to take into account the number of different species, for others it is necessary, in addition, to evaluate the proportions of individuals of each species. The difficulty of the method essentially lies in the fact that in the determination until the level of the species, specialist work for some groups. Cairns index. It is based on a statistical method (comparison of sequences). The method doesn't require any particular skills in systematic and takes into account both the diversity and the number of the individuals. It consists in appropriating a fauna sample of at least 100 specimens that are poured in a plastic tank in; the individuals are taken one by one at random and placed side by side. Each time a specimen is different from the previous a point of 1 is assigned to it, if it is identical to one of its predecessor it doesn't receive any mark. For example :
Cairns diversity index = number of points / number of specimens =12/35 = 0,34
3. Index based on the presence of indicative species This method is only applicable to the rivers polluted by waters coming from sewers. It lies on the observation of the phenomena of self-purification that takes place in the rivers from the source of pollution to a certain distance downstream. We can distinguish, on the whole and very schematically, four zones mainly characterized by the quantity of organic matters and the content in dissolved oxygen. For each zone, groups of indicative species can be distinguished (Bacteria, Mushrooms, Protozoa, Algae, Invertebrates). The four zones are, In the order of a decreasing pollution: Polysaprobic zone. It is a highly polluted zone, where some bacteria, oligochetes (Tubifex), dipteral (larvas of Chironomides) are found. Alpha mesosaprobic zone . It is a fairly polluted zone, where dipteral (larvas of Chironomides), hirudines, crustaceans (Aselle), mollusks and megalopteres (Sialis) are found. Beta mesosaprobies zone. It is a weakly polluted zone where the previous species are found but in a smaller number. Oligosaprobies zone. In this zone the original life conditions are predominant. Passing from the first zone to the last, the reduction of the polluted water indicators and the increase of the pure water indicators (gammares, ephemeropteres, plecopteres, trichopteres and mollusks) are noted.
4. Biotic index It is a method to be applied to running waters which is commonly used in Belgium and France (especially in schools). With some modification this method has been introduced also in Wallonia. This method is based on the analysis of the communities of invertebrates that live in a river. According to the degree of pollution, we note a reduction of fauna starting from the most sensitive species. The method is therefore based on: ¾ the evaluation of the diversity of the species, ¾ the recognition of fauna groups more or less tolerant to pollution. The results of the analyses are then used to determine numbered biotic indices.
The following steps are to be followed for the determination of the index: ¾ taking care to explore all ecological niches and using a net, samples of the whole aquatic fauna are taken; ¾ the content of the net is poured in a tank and using a clip an example of each sort of animals is withdrawn; ¾ with the help of a binocular and by using classification keys the caught animals are identified. The results are reported on a systematic unit chart and the total of the identified systematic units is calculated; ¾ classification of the sample as to the fauna groups. According to increasing degree of tolerance to pollution 7 fauna groups have been identified. To assign the sample to one of these groups, we examine the composition of the sample and search for the least tolerant animal to the pollution. This one determines the fauna group which the sample belong to; ¾ determination of the biotic index. The chart for the determination of biotic indices has 2 entries (see the table below): 1. in the columns total are progressive numeric ranges of systematic units (S.U.); 2. in the rows are reported the fauna groups.
The biotic index of the sample is found at the meeting cell of the horizontal row (fauna group) and the vertical column (numeric range) corresponding to the category of the examined sample. For Plecoptera, Efemeroptera and Trichoptera, the first row is to consider when more the 1 S.U. of the genus is found; the second row is to be taken when there is only 1 S.U. of the genus is found. Fauna group
Numeric ranges of systematic units (S.U.) 0-1
2-5
6-10
11-15
16-20
2125
2630
3135
36..
Plecoptera
More than 1 S.U. Only 1 S.U.
-
-
8 7
8 9
9 10
11 10
12 11
13 12
14 13
Efemeroptera
More than 1 S.U. Only 1 S.U.
-
-
7 6
8 7
8 9
10 9
11 10
12 11
-
Trichoptera
More than 1 S.U. Only 1 S.U.
-
5 4
6 5
7 6
8 7
9 8
10 9
11 10
-
Gammarus, Atiidus, Palermonida
The above S.U. Are missing
-
4
5
6
7
8
9
10
-
Asellus
The above S.U. Are missing
-
3
4
5
6
7
8
9
-
Oligochaeta, Chironomida
The above S.U. Are missing
1
2
3
4
5
-
-
-
-
All the above Taxa
Aerobic organism are present
0
1
-
-
-
-
-
-
-
¾ Identification of pollution class. Five pollution classes have been identified, the first one (class I) corresponding to lowest level of pollution and the last one (class V) to the highest level.
The biotic index is converted in pollution class by using the following table: BIOTIC INDEX
POLLUTION CLASS
DESCRIPTION OF POLLUTION
0-3
5
Very high pollution
4-5
4
High pollution
6-7
3
Average pollution
8-9
2
Weak pollution
> 10
1
Weak to no pollution
CIRI-CIRI LAUT z z z z z z z
z z
Menutupi 70% permukaan bumi Kedalaman rata-rata 3700 m dengan bagian terdalam mencapai 10.000 m dari permukaan laut Semua lautan di permukaan bumi saling berhubungan Sirkulasi air laut terjadi terus menerus Terdapatbermacam-macam gelombang Terdapat pasang surut Salinitas tinggi (salinitas : jumlah seluruh zat yang larut (gram) dalam 1000 gram air laut, dengan anggapan bahwa seluruh karbonat telah diubah menjadi oksida, semua Br dan I diganti dengan Cl dan semua zat organik mengalami oksidasi sempurna (33-38 ppt atau %o) Konsentrasi nutrien terlarut rendah Terdapat guung berapi dan sedimentasi
ARUS Disebabkan oleh: z Perbedaan radiasi matahari angin kuat z Suhu dan salinitas perairan berbeda perbedaan densitas arus dalam Arus dipengaruhi oleh: ¾ Topografi dasar laut dan pulau disekitarnya ¾ Gravitasi bumi ¾ Rotasi bumi ¾ Distribusi pantai
ARUS z z
z
Arus air di daerah equator mengalir ke barat dan timur sedang arus pantai mengalir ke arah utara dan selatan Daerah sub tropis ditandai adanya arus berputar (gyre) yaitu peredaran air akibat tekanan angin sehingga menimbulkan perputaran air (searah jarum jam di BBU dan berlawanan arah jarum jam di BBS Up Welling yaitu arus air vertikal yang disebabkan oleh angin dan gaya coriolis
DARATAN
Arus permukaan
Angin
DARATAN
►Karena
gaya coriolis: pergerakan air akan dibelokkan ke kanan pada belahan bumi utara (BBU) dan dibelokkan ke kiri pada belahan bumi selatan (BBS) Coriolis effect. The effect of the Coriolis force is an apparent deflection of the path of an object that moves within a rotating coordinate system. The object does not actually deviate from its path, but it appears to do so because of the motion of the coordinate system
SPIRAL EKMAN Arus permukaan yang disebabkan oleh tiupan angin. Bergeser ke kanan di BBU dan ke kiri di BBS membentuk sudut 45o terhadap arah angin. 45o
Ekm l a r i Sp
an
Secara berurutan lapisan air yang lebih dalam dibelokkan membentuk sudut yang lebih besar dn bergerak dengan kecepatan yang lebih rendah. Pada kedalaman tertentu air bergeser membentuk sudut 90o terhadap arah angin
GELOMBANG z z z
Fenomena naik turunnya permukaan laut Timbul karena : angin, gempa dan gerakan kapal Gelombang rambat sederhana: L H
ORBIT GELOMBANG
Water motion negligible
L/2
GELOMBANG Gelombang perairan dalam (= GELOMBANG PENDEK) z Z > L/2 z Diameter orbit gelombang mencapai setengah pada kedalaman Z = L/9 dan mendekati 0 pada Z = L/2 z Perambatan gelombang tidak terpengaruh oleh dasar perairan z Z = KEDALAMAN Gelombang perairan dangkal (= GELOMBANG PANJANG) z Z < L/20 z Gerakan partikel air dipengaruhi oleh dasar perairan z Bentuk orbit gelombang elips
PASANG SURUT (TIDES) z
z
Pergerakan dari permukaan laut ke bawah dan ke atas secara berkala yang disebabkan adanya interaksi antara bumi, bulan dan matahari Ada 2 macam masa pasang surut 1. Pasang surut terendah (NEAP TIDES) pada saat bumi, bulan dan matahari tidak dalam satu garis sumbu (letak matahari, bumi dan bulan membentuk sudut 90o) M
sun sun
E
E
2. Pasang surut tertinggi (SPRING TIDES) pada saat bumi, bulan dan matahari pada satu garis sumbu sun
M
E
M
sun
E
ZONASI DALAM PERAIRAN LAUT z
z
SECARA HORISONTAL 1. Zone neritik (perairan pantai) 2. Zone Oseanik (pelagik/laut terbuka) SECARA VERTIKAL BENTIK (DASAR)
PELAGIK (AIR)
KEDALAMAN (m)
Supralitoral
-
Pantai
Litoral (intertidal)
-
Pasang – surut
Sub litoral (paparan)
Neritik
0-200
-
Epi pelagik
0-150
-
Meso pelagik
150-2000
Bathyal
Bathy pelagik
2000-4000
Abyssal
Abysso pelagik
4000-6000
Hadal
-
> 6000
Intertidal
Neritik
Continental shelf
Oseanik
Bathyal trench
Cont. rise Continental slope
abyssal
Continental shelf: - Daerah dengan lereng yang landai (kemiringan 0,1o) - Kedalaman maksimum 100-200 m Continental slope: - Kemiringan + 2,9o - Kedalaman 200-2000 m Cotinental Rise : Kaki slope bergabung dengan bentuk dasar yang melebar
GEOLOGI DAN GEOMORFOLOGI LAUTAN Permukaan laut Paparan benua 200 m
Gunung
lereng benua
berapi
4.000 m
Dataran abisal 6.000 m
10.000 m
Pa l la ung ut
an g un laut n gu ah e P aw b
z
z z
Lautan di dunia: - L. Pasifik - L. Atlantik - L. India - L. Arktika Lautan menutupi: 80% di BBS dan 61 % di BBU Zone biogeografik berdasarkan penyebaran suhu permukaan laut: - Kutub - Tropik - Beriklim sedang – panas - Beriklim sedang - dingin
Water is unique in so many of its properties that it stands alone as the most remarkable fluid on earth. Here are some important properties of water; note that water is not "normal" liquid.
Density Water has its maximum density at 4 deg C. Above this temperature, density decreases as does most other liquids. But below 4 deg C the density of water decreases! How can this be? The density of water is very close to 1.0 (more like 0.999986 depending upon its temperature). Again, the unique feature of water is its maximum density,occurring at 4 deg C (actually 3.98C, but we will round temperature to 4C for our purposes). On either side of 4C the density of water decreases with temperature.This behavior is anomalous. All other liquids show decreasing density with increasing temperature. We will come back to the structure of water.
Heat Capacity (Q)
Heat capacity is the amount of heat, usually expressed in. Calories per mole per deg or joules per mole per deg, absorbed by the substance to raise its temperature 1 deg C. The heat capacity of water is highest of any liquid except for ammonia.
Heat of Fusion (Hf)
The heat of fusion of water is the energy that must be extracted from a substance to change 1 gram of liquid water to one gram of ice. Hf for water is the highest of all liquids.
Heat of Evaporation (He)
He is the heat required to change one gram of water to one gram of steam or water vapor. Hf for water is the highest of all liquids.
Thermal Expansion (a)
a is the rate of change in the specific volume of water per change in temperature. For pure water a is zero at 4 deg C; however a is a negative below 4 deg C positive above 4 deg C. a has significance in the density structure of a lake during a cold winter in Canada.
Electrical Conductivity (L) L is the inverse of resistance(R) or R=1/L (see your physics or chemistry textbook).. L for water is small because pure water is not dissociated to any great extent. Beware, however, water does conduct enough electricity to be "lethal" if you happen to let a radio or similar electrical device fall into a bathtub filled with water while you are taking a bath. This is because the small amount of dissolved ions present in normal water does conduct some electricity.
Seawater, on the average, contains 35 g of salt per 1 kg of seawater. The salts in seawater affect the structure and properties of the water in seawater; we can not apply the physical properties of pure water to seawater: in many ways its and "apples" and "oranges" analogy. The salts in seawater are really ions. The ions in seawater did not get to the ocean from the dissolution NaCl, Mg2SO4 and other major sea salts you might find in the cabinet of chemistry laboratory. Each major ion in seawater is charged. The charge on the ion means the ion will compete for the water molecules because one part of the molecule has a positive charge while the other part has a negative charge and the ion is either positive charged or negatively charged. As a result ions become "hydrated"; some are more hydrated than others depending on the charge of the ion. (an ion with two charges has a stronger hydrating effect than an ion with a single charge).
No one really knows the structure of hydrated ions or the structure of the water near the ions. A good guess based on electrostatic theory is that electrical force (water has negative charge near the oxygen atoms and positive charge near the hydrogen atoms -thus we call water a polar molecule) create some sort of association between water and ions. The concentration of water in water is around 55 molar (M, moles/liter) while the total concentrationof ions is at best no more than about 0.5 molar. You can prove that water is 55 molar by calculating the number of moles of water in 1 liter of water (1 liter of water is close to 1000 g); the formula weight of water is 18.0. 1000 g divided by 18 g/mole = 55 moles. 1 kg of water is 1 liter and therefor water is 55 molar.
Ions affect the physical properties of water. For example the density seawater is greater than the density of pure water for two reasons: (1) The ions add mass to the system and more mass means greater density. (2) Hydration, discussed above, causes the volume of the water portion of water to shrinks over-riding part of the volume increase from the added salt. If volume shrinks then density will increase. Chemists refer to this "shrinking" as electrostriction. There are theoretical models that can be used to estimate electrostriction. One can also determine electrostriction effects through measurement of volume changes when salts dissolve in water.
Your text lists the major ions found in seawater. Generally the top 11 ions, beginning with the Cl ion and ending with the fluoride ion, constitute the salinity components. The "eleven" most abundant ions (boron, primarily a neutral species) are: Na+, Mg2+, Ca2+, K+, Sr2+, these are all cations (positively charged chemical species), Cl-, SO42-, HCO3-, Br-, B (neutral, for the most part), and F- (these are all anions, negatively charged chemical species) These charged species (and the one uncharge B species) are termed "conservative" by oceanographers. They are called conservative because their concentrations change by mixing processes only. In other words if high salinity seawater mixes with low salinity seawater the resulting salinity is the average (weight according to how much of each mixed). Also, if evaporation occurs or there is freshwater input, salinity will change but the relative or normalized concentration of the ions remains constant. This is constant composition rule, a fundamental rule or law in oceanography.
Water is an efficient solvent - will eventually dissolve most any substance - Solvent - dissolving solution - Solute - substance that is being dissolved 1. Molecular structure of water - atom (Hydrogen, 1p+, 1e-) - molecule - covalent bond - Water- H2O atomic mass = 18
•
•
- covalent bond (share two electrons) - polar molecule - hydrogen bonds
Some unique properties of water - cohesion - adhere to each other: responsible for _______surface tension - adhesion - adhere to other particles •
•
2. Dissolved salts - Seawater 97.2% of the water on earth is saltwater, ~1,370 million cubic kilometers Freshwater to Saltwater Solvent - the dipole water molecules ________ some of the electrical attraction between atoms of other substances Salt (NaCl) - water molecules ________ the Sodium (Na) from Chloride (Cl)
ions - cation - ion with a ________ charge - anion - ion with a ________ charge - diffusion - random movement of particles through water •
Salinity - concentration of salt = 35 ppt- parts per thousand (35 ppt ), or 3.5 percent (3.5%), or 35 g/1000 g (1 liter).
Salts - Modify the physical properties of water By adding salt to freshwater 1. Freezing point _________ 2. Density __________ 3. Evaporation rate __________ 4. Osmotic pressure __________ Desalinization techniques: 1. Reverse Osmosis-
2. Electrodialysis3. Evaporation-
Seawater Solution - Solvent - water Solute - dissolved solid (salt) or a gas (CO2) Components of Seawater (1 liter - 1000 g) Water Oxygen 857.8g Hyrogen 107.2 Most abundant Ions (Major constituents) Chloride (Cl-) 19.0 Sodium (Na+) 10.5 Sulfate(SO4-) 2.7 Magnesium (Mg2+) 1.3 Calcium(Ca2+) 0.4 Potassium(K+) 0.38 Bicarbonate(HCO3-) 0.14 Total 34.42g Trace elements (0.52 g) many Nutrients (trace elements) Phosphate (PO4) Nitrate (NO3)
Primary Sources of the Ocean's Salts (ions) 1. Weathering 2. Hydrothermal fluxes 3. Volcanic eruptions Primary Sinks of the Ocean's Salts 1. Sediments 2. Chemical exchange with the ocean crust Chemical Equilibrium Residence time = amount of time an element spends in the ocean total amount of the element in the ocean divided by the rate of input or output Residence time: Conservative versus non-conservative constituents 1. Conservative - long residence times (100,000 to 10,000,000 yrs) relatively unreactive maintain constant proportions. 2. Non-conservative - short residence times(<100,000 yrs) highly reactive - bioreactive, highly absorption prone proportions vary spatially within the ocean
Dissolved Gases Gases in the air readily dissolve in seawater at the oceans surface. Solubility increases w/ ___________ water temperatue ____________ molecular weight of the gas •
Saturation limit varies as a function of 1. Temperature 2. Salinity 3. Pressure Nitrogen - N2 - saturated in the surface ocean (18 ppm) - non-reactive (almost) •
•
Oxygen - O2 - near saturation (super saturated) in the surface ocean (13 ppm) - decreases with depth in the ocean (0 ppm) - reactive - respiration by organisms •
•
•
•
•
•
•
Carbon Dioxide - CO2 - increases with depth in the ocean (increased pressure and supply) - 50 to 60 x the atmosphere levels - reactive - photosynthesis
Respiration - decay of organic matter consumes dissolved oxygen and releases carbon dioxide
Seawater Acid-base balance (buffering) acids bases pH - a measure of the concentration of H+ or the balance between H + and OH Seawater - is slightly alkaline (pH - 7.3 to 7.5) •
•
•
•
PLANKTON DAN KOMUNITAS PLANKTON DI EKOSISTEM LAUT PLANKTON ???? Berdasarkan Kualitas:
1.Phytoplankton - Saproplankton (bakteri & fungi) - Phytoplankton proper (sebenarnya) berklorofil 2. Zooplankton
Berdasarkan Ukuran:
Ultraplankton: < 2 μm Nannoplankton: 2-20 μm Mikroplankton: 20-200 μm Makroplankton: 200-2000 μm Megaplankton: > 2000 μm
Note: 1. Sentrifuge or filter milipore 2. Jaring plankton
1
2
PLANKTON LAUT Berdasarkan Sejarah Hidup: Holoplankton: selamanya hidup sebagai plankton Meroplankton: bersifat plankton pada fase larva FITOPLANKTON LAUT:
Diatom DOMINAN Dinoflagellata Cyanophyceae Coccolithophoridae Haptophyceae Silikoflagellata (Dyctiochaceae, Chrysophyceae)
DIATOM LAUT
Hidup dalam suatu kotak gelas (dari Silikon Dioksida), terdiri dari dua bagian/katup Tidak mempunyai alat gerak Ada yang hidup tunggal/membentuk rantai Reproduksi: - Membelah diri (terjadi pengecilan ukuran) * Epiteka Epiteka * Hipoteka - Oksospora Hipoteka
Tetesan minyak Kloroplas
Nukleus
DINOFLAGELATA
Ada sepasang flagela (untuk bergerak) Tidak ada kerangka luar dari silikon Ada “baju zirah” berupa lempeng selulosa Ukuran kecil Hidup tunggal (jarang membentuk rantai) Reproduksi: pembelahan (tidak terjadi pengecilan ukuran) Mampu menghasilkan zat racun 2-8 juta sel/ml mempengaruhi organisme lain kematian Disebut pasang merah (red tide)
FITOPLANKTON LAIN Cyanophyceae: Trichodesmium erythracum Warna merah Laut merah Coccolitofor: - 5 µm - Ada lempeng dari CaCO3 di lapisan terluar Silikoflagelata: Monoselular dengan kerangka dari silikon dioksida
ZOOPLANKTON (Kopepoda)
Klas Crustacea, Filum Arthropoda Holoplankton mendominasi laut (herbivora primer laut) Panjang + 1 mm Punya kaki torakal, untuk gerak Dua antena besar, untuk menghambat laju tenggelam Makan fitoplankton dengan menyaring melalui rambut (setae) halus yang ada di appendiks tertentu yang mengelilingi mulut (maxillae) atau menangkap langsung dengan apendiks
ZOOPLANKTON (Kopepoda) Telur
I
II III
+ Betina
Jantan
IV
DEWASA STAD. NAUPLIAR STAD. KOPEPODIT
V
V IV III
II
I
VI
ZOOPLANKTON LAIN
Protozoa - O. Foraminiferida (kerangka dari CaCo3) - O. Radiolaria (kerangka dari SiO2) F. Cnidaria (ubur-ubur) - Kelompok Hydrozoa - K. Scyphozoa F. Ctenophora F. Nemertina F. Annelida F. Mollusca (cumi-cumi) F. Arthropoda F. Chaetognatha F. Chordata
MEKANISME MENGAPUNG PLANKTON
Kerapatan plankton lebih besar dari air laut, sehingga plankton tenggelam W1 – W2 LT = ---------R (Vw)
LT W1 W2
= laju tenggelam = Kerapatan organisme = Kerapatan air laut
W1-W2 = Jumlah kelebihan berat organisme dibandingkan dengan berat air laut pada volume yang sama R = Hambatan permukaan Vw = Viskositas air laut
MEKANISME MENGAPUNG PLANKTON 1. Pengurangan berat lebih - Mengubah komposisi cairan tubuh Ex: * Noctiluca
NH4Cl (iso osmotik dengan air laut) Kerapatan < d.p. air laut
* Stenofora dan Heteropoda SO42-
Cl-
- Membentuk pelampung berisi gas (ex: ubur-ubur, kantung renang ikan) - Menghasilkan cairan dengan kerapatan < air laut (minyak & lemak)
MEKANISME MENGAPUNG PLANKTON 2. Mengubah hambatan permukaan - Ukuran tubuh kecil, sehingga permukaan lebih luas - Mengubah bentuk tubuh - Membentuk duri/tonjolan permukaan tinggi
pipih hambatan
ADAPTASI NEKTON BAHARI DAYA APUNG Kebanyakan hewan nekton mempunyai kerapatan yang hampir sama dengan air laut. Sebagian jaringan mempunyai kerapatan lebih besar tetapi bagian lain lebih kecil Contoh: * Ikan mempunyai gas/gelembung renang (5-10%): - Fisostoma: ada saluran terbuka antara gelembung gas dan esofagus - Fisoklis: Tidak terdapat saluran * Rongga-rongga berisi gas dalam paru-paru (untuk nekton yang bernafas dari udara) * Mamalia air punya kantung udara tambahan Mengganti ion kimia berat dalam cairan tubuh dengan yang lebih ringan Contoh: Cumi-cumi: Na NH4 Menyimpan lemak/minyak untuk yang tidak memp. Gelembung renang & disimpan di otot, organ internal, rongga tubuh & di bawah kulit Contoh: ikan hiu (di hati), Mackarel, Sarda Mekanisme hidrodinamik ut menghasilkan daya apung selama pergerakan hewan bisa naik ke atas Contoh: Ekor heteroserkal Mengangkat bag. Anterior mell. Sirip dada (flipper)
ADAPTASI NEKTON BAHARI
DAYA PENGGERAK Untuk menciptakan daya pendorong Mengurangi hambatan ketika bergerak di air Cara: - Melakukan gerakan mengombak dari tubuh/sirip - Melakukan gerakan mendayung tungkai (penyu, singa laut) HAMBATAN PERMUKAAN DAN BENTUK TUBUH Hambatan friksional: sebanding dengan luas daerah permukaan yang bersentuhan dengan air (bentuk bola mempunyai hambatan terkecil) Hambatan bentuk: Sebanding dengan luas melintang obyek yang bersentuhan dengan air (bentuk panjang & tipis spt silinder atau kawat mempunyai hambatan terkecil) Turbulensi: Terjadi ketika lapisan aliran yang halus dari suatu cairan pada permukaan tubuh terganggu dan terlempar sebagai pusaran yang menambah hambatan (bentuk tubuh seperti tetesan air mempunyai hambatan terkecil & merupakan bentuk terbaik karena hambatan friksional serta hambatan benuk yang minimum)
ADAPTASI NEKTON BAHARI PERTAHANAN DIRI DAN PENYAMARAN Pertahanan diri dari predator dengan cara mempunyai kemampuan Bergerak dengan cepat dan badan yang besar MEKANISME PERTAHANAN DIRI (KAMUFLASE/PENYAMARAN): Tubuh transparan Warna tubuh tidak jelas Perubahan bentuk tubuh dengan membentuk lunas ventral yang berfungsi untuk menghilangkan bayangan yang mencolok pada perut hewan bila dilihat dari bawah Sumber n cahaya
an d ba dak t ti liha r te
Irisan melintang tubuh
LUNAS
BAYANGAN
Tidak ada bayangan SKEMA TUBUH
SKEMA TUBUH
gia dpt a B uh t a b tu dilih
ADAPTASI NEKTON BAHARI CARA PERTAHANAN LAIN: Pewarnaan kriptik: - Warna bagian punggung/atas: biru/hijkau tua - Warna bagian perut/bawah: putih/perak (untuk memaksimumkan pemantulan cahaya) Sirip besar pada ikan terbang untuk mendorong keluar dari air dan meluncur dengan sirip seperti sayap dalam jarak jauh
INDRIA
Gurat sisi Mata
peka terhadap perubahan tekanan air penglihatan terletak di samping untuk memperluas lapangan pandang
ADAPTASI ORGANISME LAUT DALAM WARNA Ikan mesopelagik: abu-abu keperakan/hitam Invertebrata mesopelagik: ungu kelam/merah cerah Bentos abisal dan batial: tidak berwarna/putih kotor Ikan abisal dan batial: hitam kelam
Supaya tidak kelihatan oleh predator
MATA BESAR (IKAN) Untuk mendeteksi cahaya pada perairan denagn intensitas cahaya yang rendah dari sinar matahari atau organ penghasil cahaya (fotofor) Dijumpai pada ikan penghuni mesopelagik dan batipelagik bagian atas Ikan penghuni abisal dan hadal pelagik mata kecil/tidak bermata MATA BERBENTUK PIPA (TUBULAR) Mata berbentuk silinder pendek dan warna hitam Pada puncak silinder terdapat lensa tembus cahaya Tiap mata punya 2 retina (pangkal silinder untuk melihat obyek yang dekat; dinding silinder untuk obyek jauh) Cumi-cumi Fam. Histioteuthidae: sebuah mata > mata lain, memiliki banyak fotofor
ADAPTASI ORGANISME LAUT DALAM MULUT BESAR (ADAPTASI TERHADAP LANGKA PAKAN) Mulut > dari pada ukuran tubuh Terdapat gigi yang panjang & melengkung ke arah tenggorokan Terdapat engsel yang memungkinkan ikan bisa membuka mulut sangat lebar sehingga mangsa > dapat ditelan UKURAN BETINA LEBIH BESAR DARI JANTAN Contoh ikan Ceratias Adaptasi karena kepadatan organisme rendah sehingga sulit menemukan pasangan Jantan hidup menempel pada betina sebagai parasit ADAPTASI BIOKIMIAWI Kandungan air pada ikan meningkat dengan meningkatnya kedalaman, sedangkan kadar lipida dan protein menurun. Ikan menyerupai ubur-ubur Penurunan protein dan lipida karena langkanya pakan
ADAPTASI ORGANISME LAUT DALAM ANGGOTA TUBUH MEMANJANG Adaptasi terhadap dasar laut dalam yang berupa sedimen halus Digunakan untuk mengangkat tubuhnya di atas permukaan sedimen lunak UKURAN RAKSASA (GIGANTISME ABISAL) Terjadi pada invertebrata: Amfipoda, Isopoda, Astrakoda, Kopepoda Dua teori penyebab: 1. Tekanan hidrostatik yang tinggi dapat mengakibatkan kelainan pada metabolisme hewan 2. Kombinasi suhu rendah dan langkanya pakan dapat mengurangi laju pertumbuhan shg memperpanjang waktu pencapaian tingkat dewasa seksual Kebanyakan infauna bentik laut dalam (cacing Polichaeta, Crustaceae, Molusca) berukuran lebih kecil dibanding yang hidup di laut dangkal Ciri utama organisme laut dalam BIOLUMINESCENS (Produksi cahaya oleh organisme hidup) Sama dengan fosforesens laut oleh dinoflagelata Organ penghasil cahaya: FOTOFOR Fungsi berbeda-beda untuk tiap hewan (tergantung hidup di zona mana) PR
THANK YOU
