Siklus air

Siklus air atau daur hidrologi adalah pola sirkulasi air dalam ekosistem.
Proses-proses dalam Siklus Air, adalah sebagai berikut:
a)      Penguapan, yaitu proses perubahan air menjadi uap air dengan bantuan energi panas dari sinar matahari
b)      Transpirasi, yaitu proses penguapan air yang terjadi melalui tumbuhan
c)      Kondensasi, yaitu proses perubahan uap air menjadi tetes-tetes air yang sangat kecil (pengembunan)
d)      Transportasi, yaitu proses pengangkutan awan/uap air oleh angin menuju ke daerah tertentu yang akan kejatuhan hujan
e)      Hujan, yaitu proses jatuhnya tetes-tetes air “besar” (tumpukan tetes-tetes air kecil hasil kondensasi) sampai ke permukaan bumi
f)        Infiltrasi, yaitu gerakan air hujan menembus permukaan tanah kemudian masuk ke dalam tanah (Peresapan)
g)      Perkolasi, yaitu proses penyaringan air melalui pori-pori halus tanah sehingga air dapat meresap dalam tanah (Peresapan)
h)      Aliran Air Dalam Tanah, yaitu air hujan yang meresap ke dalam tanah dan mengalir di atas lapisan kedap air sampai muncul kembali di permukaan tanah sebagai mata air, atau mengalir hingga ke laut.
i)        Aliran Air Permukaan, yaitu air hujan yang tidak meresap ke dalam tanah melainkan menggenang atau mengalir di permukaan tanah.


Ringkasan  
•         Siklus Air atau daur hidrologi adalah pola sirkulasi air dalam ekosistem.
•         Di dalam Siklus Air ada beberapa tahapan yaitu: Penguapan/Transpirasi, Transportasi, Kondensasi, Hujan, Infiltrasi/Perkolasi, Aliran Air Bawah Tanah, dan Aliran Air Permukaan.

Suhu Udara ( Ukuran kecepatan rata-rata molekul )

Proses pembentukan suhu udara
Suhu di permukaan bumi menggambarkan pengaruh radiasi netto (radiatif) yang dimodifikasi oleh aliran energi lain (non radiatif).
    Radiasi netto :
    Q* = (K↓ - K↑) + (L↓ - L ↑) = (1 – A) K↓ + (1 – ε) L↓
    Q* = radiasi netto
     K  = arus gelombang pendek (dari matahari)
     L  = arus gelombang panjang (hasil pancaran balik)
     A  = albedo (daya pantul)
     ε   = emisivitas (daya pancar)


Hubungan energi dan suhu
 Pada saat benda menyerap energi, suhu benda meningkat
 ∆E = ρc ∆T
∆E     = perubahan energi
ρ       = kerapatan benda
c       = panas spesifik
∆T  = perubahan suhu

Arus energi non radiatif
Q* = H + LE + G
H     = arus panas terasa ke udara
LE     = arus panas laten ke udara
G     = arus panas kedalam tanah

Panas terasa:
   -    mengalir dari suhu tinggi ke rendah
   -    terjadi karena udara yang kontak dengan permukaan  tanah yang panas, sehingga memuai dan naik

Panas laten
    -     berhubungan dengan pergerakan molekul uap air`dan pertukarannya
    -     terjadi karena penguapan(evaporasi)  dan pengembunan (kondensasi)

Panas ke lapisan tanah
    -     terjadi karena konduksi atau konveksi kalau mengandung air
   
Ke stabilan suhu terjadi karena ada keseimbangan antara berbagai arus energi
Pagi hari :
    -     suhu permukaan mulai meningkat waktu radiasi netto positip. Permukaan lebih panas dari udara, terjadi arus panas terasa ke udara
    -     Kalau di permukaan ada air, energi juga mulai menguapkan air
    -     Energi panas juga mulai dialirkan ke lapisan bawah tanah

Terjadilah keseimbangan

Keseimbangan berubah bila:
   -     terdapat aliran udara yang membawa panas dari tempat lain. Arus panas berbalik dari udara ke permukaan bumi
   -     kalau tanah dalam keadaan kering sehingga tidak ada arus panas laten

Malam hari :
-     Radiasi netto menjadi negatif, pendinginan secara radiatif mendominasi
-     Arus non radiatif (dari dalam tanah dan hasil pengembunan) mulai menuju permukaan bumi Kembali terjadi keseimbangan
   
Secara umum:

   Perpindahan energi non-radiatif cenderung meminimalkan perubahan suhu harian yang mungkin akan sangat besar jika hanya merupakan hasil pertukaran energi radiatif saja

Perbedaan suhu daratan dan lautan

Jumlah kapasitas konduktif udara – tanah 7 sedangkan udara – air 0.14 → selang suhu tanah 50 x air
Permukaan tanah memanas dan mendingin dengan lebih cepat
Tanah memiliki selang suhu yang lebih besar daripada permukaan air
Perbedaan disebabkan oleh panas laten jika ada evaporasi dan oleh kehadiran angin yang memindahkan panas

Pola suhu harian

Titik minimum terjadi awal pagi hari sebelum matahari terbit, maksimum terjadi beberapa waktu (jam 14.00) sesudah puncak matahari (jam 12.00) dan radiasi netto tercapai
Ketertinggalan suhu pada siang hari terutama sebagai akibat keseimbangan radiasi netto datang dan pergi
    - matahari terbit : sejumlah besar radiasi dibutuhkan untuk memanaskan tanah dan tanaman.  Sebelum permukaan menjadi hangat tidak terjadi arus panas terasa keudara


Profil vertikal di atmosfir

Panjang gelombang radiasi yang mencapai bumi
   - diatas ketinggian 80 km λ < 0.2 µm diserap oksigen
   - pada ketinggian 20 – 50 km λ antara 0.2 – 0.3 µm diserap ozon
   - yang akhirnya mencapai permukaan bumi λ > 0.3 µm

Mikroklimatologi ( Atmosfer, cuaca, iklim dan global warming )

Permasalahan
Efek Rumah Kaca (Freen House Effect) MEningkatnya konsentrasi CO2 diatmosfer, 290 ppmv (part per million by volume tahun 1850, tahun 2000 meningkat menjadi 350 ppmv dan 100 tahun kemudian diperkirakan 580 ppmv
Global Warming
    Suhu rata-rata bumi akan meningkat 4.5 oC (100 tahun mendatang)
-  Degradasi Hutan (1.8 – 2 jt Ha/tahun) di Indonesia
Cuaca dan Iklim
Cuaca : Nilai sesaat (instantaneous) dari atmosfer, serta perubahan dalam jangka pendek (kurang dari satu\ jam hingga 24 jam) di suatu tempat tertentu di bumi.
Iklim : Sintesis atau kesimpulan dari perubahan nilai unsur-unsur cuaca (hari demi hari dan bulan demi bulan) dalam jangka panjang disuatu tempat atau pada suatu wilayah. Sintesis dapat pula diartikan dengan nilai statistik yang meliputi rata-rata, maksimum, minimum, frekuensi kejadian, peluang kejadian dsb.)
Iklim : sifat cuaca dalam jangka panjang dan pada daerah yang luas (representatif)

Klimatologi
Ilmu iklim yang membahas atmosfer sebatas ruang antara perakaran hingga sekitar puncak tajuk tanaman atau sifat atmosfer di sekitar permukaan tanah (near the ground) disebut mikro klimatologi.  Unsur-unsur iklim tersebut mudah terpengaruh oleh perubahan pemanasan dan pendinginan permukaan tanah dan benda atau tumbuhan setempat. Klimatologi Hutan, mencakup mikroklimatologi, mesoklimatologi (mencakup wilayah lebih luas) dan makro klimatologi (iklim global) Klimatologi hutan membahas pengaruh hutan terhadap iklim dan sebaliknya iklim mempengaruhi ekosistem hutan


Manfaat Informasi cuaca dan iklim

• Meningkatkan kewaspadaan terhadap akibat-akibat negatif yang dapat ditimbulkan oleh keadaan cuaca/iklim yang ekstrem misalnya kekeringan,  banjir serta angin kencang. 

• Menyesuaikan diri atau berusaha untuk menyelenggarakan kegiatan dan usaha yang serasi dengan sifat cuaca dan iklim sehingga terhindar dari hambatan dan kerugian yang diakibatkannya

• Menyelenggarakan usaha dan kegiatan di bidang teknik,, sosial dan ekonomi dengan menerapkan tenologi pemanfaatan sumberdaya cuaca dan iklim.

Mekanisme Pembentukan Cuaca dan Iklim

1. Pancaran Radiasi Surya
2. Letak Lintang (latitude)
3. Ketinggian Tempat (altitude)
4. Posisi tempat terhadap lautan
5. Aliran MAssa Udara
6. Pusat tekanan tinggi dan rendah semi permanen
7. Halangan oleh pegunungan
8. Unsur cuaca/iklim: radiasi surya, suhu, tekanan udara dan angin

KEDELAPAN UNSUR TERSEBUT MENGENDALIKAN DELAPAN UNSUR DIBAWAH INI

1. Penerimaan radiasi dan lama penyinaran surya
2. Suhu udara
3. Kelembaban udara
4. Tekanan Udara
5. Kecepatan dan arah angin
6. Evaporasi
7. Presipitasi
8. Suhu tanah

SEHINGGA MENGHASILKAN

Distribusi tipe cuaca dan tipe iklim


Atmosfer

Berisi partikel-partikel halus yaitu gas (udara kering dan uap air), cairan (butir air atau awan) dan aerosol (bahan padatan misalnya debu). Partikel yang ringan berada di atas yang berat sehingga makin mendekati permukaan bumi kerapatan partikel di atmosfer meningkat.Udara Kering: Gas utama (N2, O2, Ar, CO2) dan gas lain Uap air, lebih banyak di daerah tropika (45 dari dari volume atm) Aerosol; kristal garam (40%), debu (20%), Abu (10%), asap (5%), mikroorganisme (25%)

Adapun lapisan-lapisan atmosfer
1. Troposfer
Ketinggian dari permukaan laut hingga 8 km di kutub dan 16 km di Equator. Rata-rata ketinggian puncak troposfer adalah 12 km.Satu-satunya lapisan atmosfer yang mengandung air (uap, air dan es) dan berlangsung evaporasi dan kondensasi Ruang terjadinya turbulensi dan sirkulasi udara, mengalami pembentukan dan perubahan cuaca seperti angin, awan, hujan, badai, kilat dan guntur Terjadi pemindahan energi (surya), kecepatan angin bertambanh dengan bertambahnya ketinggian. Terjadi  pemanasan dan pendinginan permukaan bumi. Suhu udara bertambah turun dengan bertambahnya ketinggian (Lapse rate), rata-rata -6.5 K setiap kenaikan 1 km.
 
2. Stratosfer
Lapisan kedua diatas troposfer Ketinggian 12 – 50 km diatas permukaan laut.Tidak mengalami turbulensi dan sirkulasi Mengandung gas ozon (O3) (berperan melindungi bumi dari radiasi ultra violet (uv) yang berlebihan

3. Mesosfer
Ketinggian 50 – 80 km. Perubahan suhu terhadap ketinggian lapse rate
Suhu udara -5oC pada dasar lapisan hingga -95oC pada puncak lapisan
Tidak mengalami turbulensi dan sirkulasi udara
Daerah penguraian O2 menjadi atom O

4. Termosfer
Ktinggian > 80 km, sangat jarang partikel gas yang mencapai lapisan ini. Puncak lapisan 100 km atau 250 km  dari permukaan laut, Lapisan berisi molekul N2, O2, N dan O.
Perubahan suhu terhadap ketinggian bersifat inversi suhu.
Suhu dari -95oC pada ketinggian 80 km hingga -50oC pada ketinggian 100km dan -38 oC pada ketinggian 110 km.
LApisan tempat berlangsungnya ionisasi gas N2 dan O2 sehingga disebut juga ionosfer. Diatas ketinggian 100 km, pengaruh radiasi uv dan sinar X makin kuat.

Peranan Atmosfer

1. Sumber Gas dan air presipitasi
2. Penyaring (filter) radiasi surya Sehingga kualitas spektrum yang sampai ke permukaan bumi tidak bersifat merusak organ tubuh makhluk hidup
3. Pada sistem neraca ebergi radiasi, atmosfer sebagi buffer sehingga permukaan bumi terhindar dari pemanasan dan pendinginan yang berlebihan.
4. Pada proses fisika di permukaan bumi, atmosfer pengatur kelestarian mekanisme cuaca dan iklim

Download slide radiasi matahari ( pertemuan 3 )

mengulas tentang daya radiasi sinar matahari kebumi, daya serap bumi terhadap sinar matahari, tentang persentase sinar yang diterima bumi dan di kembalikan ke angkasa, mengulas tentang troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, lapisan ozon, membahas mengapa suhu kenaikan elevasi di troposfer berlawanan dengan kenaikan elevasi, sedang kan sesampai di straosfer menjadi berlainan dengan toposfer,  mengulas tentang matahari, mengulas tentang enerfi matahari, megupas tentang gelombang termasuk elektromagnetik , ultraviolet dll, mengulas juga tentang insolasi dan prosentasi bumi yang terkena sinar matahari pada waktu tertentu.

download materi disini (7,38 mb)

open in new tab dan masukkan kode download nya

Atmosfer bumi

Atmosfer adalah Lapisan gas atau campuran gas yang menyelimuti dan terikat pada bumi oleh gaya gravitasi bumi.

Di bumi, atmosfer terdapat dari ketinggian 0 km di atas permukaan tanah, sampai dengan sekitar 560 km dari atas permukaan bumi. 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.

Distribusi suhu lawan ketinggian
Pengukuran suhu lapisan atmosfer antara permukaan bumi dan ketinggian 30 km menggunakan radiosonde. Untuk lapisan atmosfer antara ketinggian 30 km dan 90 km pengukuran dilakukan dengan menggunakan roket, sedangkan di atas ketinggian 90 km menggunakan satelit.

Troposfer

Lapisan ini berada pada level yang terendah, campuran gasnya paling ideal untuk menopang kehidupan di bumi. Di dalam t Dalam lapisan ini kehidupan terlindung dari sengatan radiasi yang dipancarkan oleh benda-benda langit lain. Dibandingkan dengan lapisan atmosfer yang lain, lapisan ini adalah yang paling tipis (kurang lebih 15 kilometer dari permukaan tanah). Dalam lapisan ini, hampir semua jenis cuaca, perubahan suhu yang mendadak, angina, tekanan dan kelembaban yang kita rasakan sehari-hari berlangsung. Diantara troposfer dan stratosfer terdapat lapisan yang disebut lapisan Tropopouse.

Stratosfer

Perubahan secara bertahap dari troposfer ke stratosfer dimulai dari ketinggian sekitar 11 km. Suhu di lapisan stratosfer yang paling bawah relatif stabil dan sangat dingin yaitu - 70oF atau sekitar - 57oC. Dari bagian tengah stratosfer keatas, pola suhunya berubah menjadi semakin bertambah semakin naik, karena bertambahnya lapisan dengan konsentrasi ozon yang bertambah. Suhu pada lapisan ini bisa mencapai sekitar 18oC pada ketinggian sekitar 40 km. Lapisan stratopause memisahkan stratosfer dengan lapisan berikutnya.

Mesosfer

Sekitar 40km diatas permukaan bumi terdapat lapisan transisi menuju lapisan mesosfer. Pada lapisan ini, suhu kembali turun ketika ketinggian bertambah, sampai menjadi sekitar - 143oC di dekat bagian atas dari lapisan ini, yaitu kurang lebih 81 km diatas permukaan bumi. Diantara mesosfer dan termosfer terdapat lapisan yang disebut lapisan mesopause.

Termosfer

Transisi dari mesosfer ke termosfer dimulai pada ketinggian sekitar 81 km. Dinamai termosfer karena terjadi kenaikan temperatur yang cukup tinggi pada lapisan ini yaitu sekitar 1982oC. Perubahan ini terjadi karena serapan radiasi sinar ultra ungu. Radiasi ini menyebabkan reaksi kimia sehingga membentuk lapisan bermuatan listrik yang dikenal dengan nama ionosfer yang dapat memantulkan gelombang radio. Sebelum munculnya era satelit, lapisan ini berguna untuk membantu memancarkan gelombang radio jarak jauh.

Gambar Struktur Atmosfer (Sumber : http://www.uwsp.edu)

Cuaca, Iklim dan Atmosfer

1.Cuaca adalah keadaan atmosfer dalam waktu tertentu dalam suatu wilayah yang sempit, yang ditandai fenomena klimato seperti suhu, tekanan udara, arah dan keceatan angin, awan, curah hujan,
2.Iklim adalah cuaca rata-rata dalam suatu wilayah dalam kurun waktu yang lama ( bisa berpuluh-puluh tahun ) terjadi dalam ruang lingkup yang luas, dipengaruhi letaj lintang, letak geologi suatu wilayah, keadaan geografi lokal suatu wilayah.
3.Atmosfer adalah selimut gas yang menyelimuti permukaan bumi yang memiliki ketebalan hingga 570 km yang terdiri dari empat lapisan utama yaitu lapisan troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer.
4.Sebutkan 3 alasan atmosfer itu penting

• atmosfer merupakan sumber air dan gas pretisipasi
•  dalam sistem rafiasi sinar matahari atmosfer berperan sebagai pelindung bumi dari benda-benda asing dari luar angkasa.
• dalam sistem fisika atmosfer merupakan penyeimbang bumi dari cuaca yang ekstrim

5.Komposisi gas yang paling banyak terdapat pada atmosfer bumi adalah nitrogen ( hampir 20%)
6.komposisi gas pembentuk atmosfer adalah nitrogen (78.17%) dan oksigen (20.97%), dengan sedikit argon  (0.9%), karbondioksida (variabel, tetapi sekitar 0.0357%), uap air, dan gas lainnya
7.Urutan volume (dari yang besar ke yang kecil) gas-gas yang terkandung dalam udara kering

• nitrogen (78.17%)
• oksigen (20.97%),
• sedikit argon  (0.9%), 
• karbondioksida (variabel, tetapi sekitar 0.0357%), uap air, dan gas lainnya

8.Helium, Xenon dan Hidrogen termasuk dalam gas penyerta permanent
9.Ditinjau dari homogenitas kimiawi, maka struktur atmosfer adalah  tersusun atas partikel gas
10.Yang termasuk kedalam kelompok “permanent trace gas” di atmosfer adalah oksigen, nitrogen,
11.Sifat atmosfer bumi adalah 

• tidak terlihat, tidak berasa, tidak bisa dipegang
• merupakan gas tebal yang menyelimuti bumi hingga ketinggian 570 KM
• batas meliliki batas secara jelas, karena atmosfer semakin tinggi maka kandungannya semakin hilang sefikit demi sedikit.
• memiliki masa

12.Suhu terdingin atmosfer berada pada termosfer
13.Atmosfer bumi terdiri dari empat lapisan utama. Lapisan yang mengandung uap air dan merupakan tempat terjadinya pembentukan cuaca adalah troposfer
14.Lapisan ozon terdapat di Stratosfer
15.Di dalam troposfer, kenaikan elevasi diikuti dengan penurunan suhu udara. Jika kenaikan elevasi diikuti dengan kenaikan suhu udara, maka fenomena ini disebut : lasperate
16.Sebagian besar uap air di lapisan atmosfer terdapat di troposfer
17.Stratosfer dan troposfer berbeda disebabkan oleh karena per bedaan ketinggian dan peristiwa klimatologi yang terjadi di lapisan tersebut.
18.Sifat lapisan ozon adalah lapisan memiliki peran untuk melindunggi bumi dari radiasi sinar ultra violet yang berbahaya bagi mahluk hidup (kanker kulit)
19.oksigen di atmosfer tersusun/terbentuk oleh dua unsur oksigen ( O ) bebas
20. Disosiasi oksigen adalah pemecahan molekul oksigen dalam proses kimia yang menghasilkan satu atau lebih molekul lain
21.Karakteristik troposfer adalah lapisan tempat uanp air, debu, materi atmosfer, semakin atas sihu semakin dingin karena adanya konveksi dan konduksi dari permukaan bumi, Ruang terjadinya sirkulasi, turbulensi seluruh bahan atmosfer, yang beroengaruh
22.Stratopause terdapat di lapisan pemisah antara stratosfer dan mesosfer
23.Ionosfer terbentuk oleh Termosfer ( lapisan listrik)
24.Tropopause adalah lapisan yang ada di antara troposfer dan stratosfer

download materi cuaca ini  disini