KOMPOSISI DAN SIFAT FISIS ATMOSFER
Komposisi Atmoster
Meteorologi Fisis merupakan ilmu tentang keadaan atmosfer yang dihubungkan dengan metode fisika (fisis). Dalam mempelajari ilmu ini akan sangat membantu kita dalam beberapa pelajaran yang lain. Hal ini karena meteorologi fisis sangat berkaitan erat dengan : Meteorologi Umum, Meteorologi Synoptik, Fisika Atmosfer dan Fisika Awan.
Atmosfer adalah lapisan gas yang melingkupi sebuah planet, termasuk bumi, dari permukaan planet tersebut sampai jauh di luar angkasa. Di Bumi, atmosfer terdapat dari ketinggian 0 km di atas permukaan tanah, sampai dengan sekitar 560 km dari atas permukaan Bumi. Atmosfer tersusun atas beberapa lapisan, yang dinamai menurut fenomena yang terjadi di lapisan tersebut. Transisi antara lapisan yang satu dengan yang lain berlangsung bertahap. Studi tentang atmosfer mula-mula dilakukan untuk memecahkan masalah cuaca, fenomena pembiasan sinar matahari saat terbit dan tenggelam, serta kelap-kelipnya bintang. Dengan peralatan sensitif yang dipasang di wahana luar angkasa, kita dapat memperoleh pemahaman yang lebih baik mengenai atmosfer termasuk fenomena-fenomena yang terjadi di dalamnya.
Atmosfer Bumi terdiri atas nitrogen (78.17%) dan oksigen (20.97%), dengan sedikit argon (0.9%), karbondioksida (variabel, tetapi sekitar 0.0357%), uap air, dan gas lainnya. Atmosfer melindungi kehidupan di bumi dengan menyerap radiasi sinar ultraviolet dari Matahari dan mengurangi suhu ekstrem antara siang dan malam. 75% dari atmosfer ada dalam 11 km dari permukaan planet. Berbagai macam gas yang terdapat di dalam atmosfer adalah Nitrogen, Oksigen, Carbondioksida, Argon, dan beberapa gas lainnya. Untuk komposisi gas terbanyak di atmosfer bumi adalah Nitrogen. Setelah itu gas terbanyak kedua adalah Oksigen. Namun mengapa oksigen ini sangat berpengaruh dalam proses di alam ini.? Hal ini karena senyawa oksigen ini mampu dengan mudah berinteraksi dengan gas-gas lain. Untuk melihat jumlah kandungan tiap gas di dalam atmosfer bumi kita ini, mari kita lihat gambar dibawah ini.
Susunan Atmosfer
1. Troposfer
Trofosfer adalah lapisan paling rendah dalam struktur atmosfer. Karena keistimewaannya lapisan ini kehidupan di bumi terindung dari radiasi yang berbahaya bagi kehidupan. Namun disamping itu lapisan ini adalah lapisan paling tipis diantara lapisan-lapisan atmosfer lain. Lapisan ini berada kurang lebih 15KM dari permukaan bumi. Pada lapisan troposfer terjadi berbagai macam perubahan cuaca, suhu udara, perubahan angin, dan lain sebagainya. Suhu dalam lapisan troposfer cenderung hangat, jika kita menambah ketinggian setiap 100meter maka suhu akan semakin turun 0,61℃elcius.
2. Stratosfer
Stratosfer adalah lapiasan ke dua dari atmosfer bumi. Stratofer memiliki ketebalan 15-55KM dari permukaan tanah. Stratosfer terletak di atas troposfer. Pada lapisan ini terdapat lapisan ozon. Lapisan ozon sendiri berada pada ketinggian 20KM dari permukaan tanah. Lapisan ozon berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan melindungi bumi dari pancaran radiasi yang berbahaya bagi kehidupan di bumi. Pada ketinggian pertama pada lapisan strstosfer ini suhu cenderung turun secara signifikan, awan jenis cirrus biasanya berada pada 15KM pertama dari lapisan ini. Suhu pada lapisan ini relatif stabil mulai dari -17 F sampai -57℃. Suhu pada lapisan ini sangat dingin.
3. Mesosfer
Mesosfer adalah lapisan udara ketiga dari atmosfer bumi. Suhu yang terdapat pada lapisan ini sangat dingin. Pada lapisan ini sering terjadi pergesekan anatara meteor dan lapisan mesosfer, sehingga meteor yang akan sedang beraktivitas tidak akan jatuh ke bumi. Mesosfer terletak diantara 50KM hingga 85KM di atas permukaan bumi. Suhu pada lapisan ini mencapai – 73℃. Diantara mesosfer dan termosfer terdapat lapisan perantara yang dinamakan lapisan mesopause.
4. Termosfer dan Ionosfer
Termosfer adalah lapisan atmosfer yang berada pada urutan ke empat diatas mesosfer. Termosfer berada diantara mesosfer dan ekssosfer. pada lapisan ini terdapat atom-atom yang terionisasi sehigga lapisan termosfer disebut juga lapisan ionosfer. Lapisan ini terletak kurang lebih 85KM-650KM diatas permukaan bumi. Pada lapisan ini terdapat partikel-partikel ion yang berfungsi sebagai pemantul gelombang radio. Partikel tersebut sangat berguna bagi manusia terutama sebagi perkembangan teknologi komunikasi. Pada lapisan ini terdapat lapisan inversi yaitu kondisi dimana jika ketinggian dinaikkan suhunya akan semakin tinggi. Karena adanya lapisan inversi inilah lapisan termosfer ini mempunyai terperatur yang cukup tinggi hingga mencapai ratusan derajat celcius. Karena keadaannya yang panas ini pula, maka lapisan ini disebut juga dengan lapisan termos yang mempunyai arti panas.
5. Eksosfer
Eksosfer adalah lapisan terluar dari atmosfer bumi. Lapisan ini merupakan lapisan yang paling jauh dari permukaan bumi. Selain menjadi lapisan terluat dari atmosfer bumi, lapisan ini juga sangat panas, dan terjadi pergerakan pertikel udara yang tidak beraturan. Pada lapisan ini terdapat refleksi cahaya matahari yang dipantulkan oleh debu dan materi meteorik. Lapisan ini berad pada ketinggian 800-1000KM dari permukaan bumi. Karne sangat panasnya lapisan ini sangat berbahaya untuk para astronot. Lapisan ini menjadi benteng utama untuk melindungi bumi dari aktivitas-aktivitas meteor. Lapisan eksosfer disebut juga lapisan geostasioner yang merupakan ruang antar planet. Lapisan ini tidak memiliki tekanan udara sama sekali.
Berikut ini merupakan gambar ilustrasi tentang karakteristik suhu di tiap-tiap lapisan
Mari kita perhatikan garis yang berwarna merah. pada lapisan troposfer, profil suhu maksimum berada di lapisan bawah kemudian semakin tinggi tempat tersebut maka suhunya akan turun. Kemudian sebelum mencapai lapisan stratosfer, suhu udara menjadi konstan. Setelah itu saat mencapai lapisan stratosfer, suhu udara akan meningkat lagi hingga lapisan stratosfer atas. Kemudian suhunya akan tetap pada ketinggian tertentu. Lalu saat mencapai lapisan Mesosfer maka suhu udara akan turun kembali seiring bertambahnya ketinggian. Saat hampir mencapai lapisan Thermosfer/Ionosfer maka suhu udara juga akan tetap pada ketinggian tertentu. Setelah itu suhu udara akan naik seiring dengan bertambahnya ketinggiannya. Pada lapisan thermosfer suhu udara bisa mencapai suhu sangat tinggi hingga lebih dari 1000ºC.
Radiasi Matahari
Jarak eksentrisnya dari lintasan bumi adalah jarak antara matahari dan bumi dengan variasi 1,7%. Dari hasil pengukuran astronomi didapat jarak rata-rata bumi matahari adalah 1,495 x 1011 m dengan sudut kecenderungan matahari 320. Radiasi yang diemisikan oleh matahari dan ruang angkasa yang berhubungan dengannya ke bumi menghasilkan intensitas radiasi matahari yang hampir konstan di luar atmosfer bumi. Konstanta matahari (Gsc) adalah energi dari matahari per unit waktu yang diterima pada satu unit luasan permukaan yang tegak lurus arah radiasi matahari pada jarak rata-rata matahari-bumi di luar atmosfer. World Radiation Center (WRC) mengambil nilai konstanta matahari (Gsc) sebesar 1367 W/m2 dengan ketidakpastian sebesar 1%.
Intensitas radiasi matahari di luar atmosfer bumi bergantung pada jarak antara matahari dengan bumi. Tiap tahun, jarak ini bervariasi antara 1,47 x 108 km dan 1,52 x 108 km dan hasilnya besar pancaran E0 naik turun antara 1325 W/m2 sampai 1412 W/m2. Nilai rata-ratanya disebut sebagai konstanta matahari dengan nilai E0 = 1367 W/m2. Pancaran ini tidak dapat mencapai ke permukaan bumi. Atmosfer bumi mengurangi insolation yang melewati pemantulan, penyerapan (oleh ozon, uap air, oksigen, dan karbon dioksida), serta penyebaran (disebabkan oleh molekul udara, partikel debu atau polusi). Di cuaca yang bagus pada siang hari, pancaran bisa mencapai 1000 W/m2 di permukaan bumi. Insolation terbesar terjadi pada sebagian hari-hari yang berawan dan cerah. Sebagai hasil dari pancaran matahari yang memantul melewati awan, maka insolation dapat mencapai hingga 1400 W/m2 untuk jangka pendek.
Radiasi Matahari Pada Permukaan Bumi
Ada tiga macam cara radiasi matahari sampai ke permukaan bumi, yaitu :
a. Radiasi langsung (Beam/Direct Radiation)
Adalah radiasi yang mencapai bumi tanpa perubahan arah atau radiasi yang diterima oleh bumi dalam arah sejajar sinar datang.
b. Radiasi hambur (Diffuse Radiation)
Adalah radiasi yang mengalami perubahan akibat pemantulan dan penghamburan.
c. Radiasi total (Global Radiation)
Adalah penjumlahan radiasi langsung (direct radiation) dan radiasi hambur (diffuse radiation).
Daftar Pustaka :
Dayan. 2018. Sifat Fisis Atmosfer, Uap Air dan Laju Penurunan Suhu Udara di Atmosfer. https://www.climate4life.info/2018/07/sifat-fisis-atmosfer-uap-air-dan-laju.html diakses pada hari Rabu, 4 Desember 2019 pukul 11. 54 WIB
Malik. 2017. 5 Lapisan Atmosfer Bumi dan Penjelansannya. https://mengakujenius.com/5-lapisan-atmosfer-bumi-dan-penjelasannya/ diakses pada hari Rabu, 4 Desember 2019 pukul 11. 00 WIB
Anonim. 2019. Atmosfer Bumi. https://id.wikipedia.org/wiki/Atmosfer_Bumi diakses pada hari Kamis, 5 Desember 2012 pukul 11.03 WIB
