Atmosfer : Pengertian, Sifat, Unsur, Lapisan, Manfaat, dan Gejala Optik
Daftar Materi Geografi
1. Pengertian Atmosfer
Atmosfer berasal dari kata atmo yang artinya udara dan sphere yang artinya lapisan. Jadi atmosfer adalah lapisan udara yang mengelilingi bumi. Atmosfer merupakan lapisan udara yang menyelubungi planet Bumi, dengan ketebalan rata –rata diperkirakan mencapai 100 km dari permukaan Bumi. Selubung udara ini terdiri atas berbagai macam gas dengan persentase volume dan tingkat kepadatan (density) yang berbeda –beda di berbagai tempat.
Massa udara di ruang atmosfer bumi menurut pembedaan suhunya langsung atau tidak langsung berpengaruh terhadap gejala cuaca dan iklim. Massa udara terdiri atas empat lapisan utama, yaitu troposfer, stratosfer,mesosfer, dan termosfer.
Berdasarkan hasil pengamatan para ahli meteorologi dan geofisika, hampir 50% dari total massa udara berada pada ketinggian 5.500 meter (5,5 km) dari permukaan Bumi, sedangkan para ahli lain mengemukakan bahwa sekitar 99% dari total massa udara berada pada ketinggian tidak lebih dari 30 kilometer dari muka Bumi.
Tingkat kepadatan massa udara ini terus mengalami penurunan seiring dengan perubahan elevasi (ketinggian) dari permukaan Bumi sampai pada ketinggian tertentu yang kita namakan daerah hampa udara.
Atmosfer ini penting untuk melindungi bumi dari pemanasan dan pendinginan yang berlebihan, dari meteor –meteor, dan sebagainya. Dalam mempelajari atmosfer ada dua ilmu pengetahuan yang perlu dipahami, yaitu klimatologi dan meteorologi.
Klimatologi adalah ilmu yang mempelajari tentang karakteristik dari kondisi atmosfer (Strahler,1983). Meteorologi adalah ilmu yang mempelajari tentang hukum –hukum dan prinsip –prinsip yang terjadi pada fenomena atmosfer pada suatu saat tertentu (Miller,1983).
Perbedaan antara klimatologi dan meteorologi adalah klimatologi mempelajari persebaran dari keadaan atau kondisi atmosfer, sebagai contoh persebaran hujan di Jawa, frekuensi terjadinya banjir dan kekeringan, baik tahunan bulanan, atau waktu tertentu. Sebaliknya, meteorologi menekankan pada proses yang berlangsung pada atmosfer, terutama sampai beberapa ratusmeter di atas permukaan tanah (batas tropopause).
2. Sifat –Sifat Atmosfer
Sifat –sifat atmosfer antara lain:
a. Memiliki massa dan tekanan,
b. Bersifat dinamis (dapat berpindah tempat) dan elastis (dapat mengembang dan menyusut),
c. Tembus pandang terhadap semua bentuk radiasi,
d. Tidak berasa,
e. Tidak berwarna, dan
f. Tidak berbau.
3. Unsur –Unsur Atmosfer
Atmosfer terdiri atas bermacam –macam unsur yang sangat berguna bagi kehidupan, antara lain sebagai berikut.
a. Nitrogen, merupakan unsur yang paling dominan dalam atmosfer dengan jumlah 78%. Unsur ini sangat berguna bagi manusia, yaitu untuk pembuatan pupuk.
b. Oksigen, unsur ini memiliki jumlah 21%, sangat penting bagi kehidupan manusia untuk proses pernafasan.
c. Argon, unsur ini memiliki jumlah 0,98%. Unsur ini sangat penting dalam bidang industri khususnya pembuatan lampu (neon).
d. Karbon dioksida, unsur ini memiliki jumlah 0,03%, sangat penting untuk proses fotosintesis tanaman.
Distribusi vertikal dari unsure –unsur atmosfer dan fenomenanya (Miller).(Diubah menjadi dua kolom oleh penulis)
Selain unsure –unsur tersebut masih banyak unsur lain yang terdapat diatmosfer tapi dengan jumlah yang relatif kecil, antara lain hidrogen, helium, xenon, dan sebagainya.
Unsur –Unsur Udara yang Ada di Atmosfer
Gas | Simbol | Volume | Berat Molekul |
Nitrogen | N2 | 78,08 | 28,02 |
Oksigen | O2 | 20,94 | 32,00 |
Argon* + | Ar | 0,93 | 39,88 |
Karbon Dioksida | CO2 | 0,03 | 44,00 |
Neon** | N | 0,0018 | 20,18 |
Helium*+ | He | 0,0005 | 4,00 |
Ozon** | O3 | 0,00006 | 48,00 |
Hidrogen | H | 0,00005 | 2,02 |
Kripton+ | K | Sangat Kecil | - |
Xenon* | X | Sda | - |
Metan | M | Sda | - |
* = Hasil Perombakan Kalium dan Uranium + = Gas Sangat Lemah | |||
** = Gabungan Ulang Oksigen | |||
Dalam atmosfer juga terdapat lapisan ozon yang sangat penting bagi kehidupan di bumi. Lapisan ozon berfungsi untuk menyerap dan memantulkan radiasi sinar ultraviolet dari matahari, sehingga melindungi bumi dari kerusakan yang ditimbulkan oleh panasnya sinar ultraviolet matahari. Tebal lapisan atmosfer kira –kira 1.100 km dari permukaan laut.
Diagram lingkaran komposisi volume gas –gas dalam atmosfer.
Umumnya, jumlah unsure –unsur utama yang ada dalam atmosfer adalah tetap. Sebagai contoh nitrogen, oksigen dan karbon dioksida berperan dalam proses kehidupan di muka bumi. Manusia dan binatang bernafas dengan menghirup oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida, sedangkan tumbuh –tumbuhan mengubah karbon dioksida menjadi oksigen. Tampak di sini bahwa alam bekerja sedemikian rupa untuk menjaga keseimbangan dari berbagai unsure yang ada dalam atmosfer.
4. Lapisan Atmosfer
Gas –gas yang terkumpul dalam atmosfer memiliki sifat, karakteristik, dan fungsinya sendiri. Dengan kemajuan teknologi yang canggih, akhir –akhir ini orang telah dapat menyusun gambaran mengenai struktur atmosfer. Pada umumnya, lapisan atmosfer terbagi atas beberapa lapisan, yaitu sebagai berikut.
a. Troposfer (Troposphere)
Merupakan lapisan terbawah, tebalnya ± 12 km. Di daerah kutub tebalnya ± 9 km dan di daerah ekuator ± 16 km. Sifat udara lapisan ini temperatur udara makin ke atas makin menurun. Lapisan troposfer terbagi atas 3 bagian yang mengandung 90% dari seluruh udara, yaitu:
1) Lapisan planeter setebal 1.000 km di atas permukaan laut.
2) Lapisan konveksi 1 - 8 km.
3) Lapisan tropopause.
Di lapisan ini terdapat gejala geografi sehari –hari seperti awan, hujan, angin, halilintar, dan pelangi. Lapisan udara yang paling banyak diselidiki adalah lapisan troposfer. Di lapisan ini terdapat gas –gas campuran sebagai berikut.
1) Gas –gas yang tetap
Nitrogen (N2) ± 78%, oksigen (O2) ± 21%, argon (Ar) ± 0,9%, dan karbon dioksida (CO2) ± 0,003%.
2) Gas –gas yang jumlahnya sedikit
Neon (Ne) ± 0,0015%, helium (He) ± 0,00015%, methan (CH) ± 0,0002%, krypton (Kr) ± 0,0001%, hidrogen (H2) ± 0,00005%, dan xenon (Xe)± 0,000005%.
3) Gas –gas yang tidak tetap
a) Uap air (H2O) jumlahnya dipengaruhi oleh suhu dan tekanan gerak udara (angin).
b) Gas ozon (O3) terjadi apabila ada petir. Karena pengaruh adanya loncatan listrik maka O2 menjadi O3. Juga akibat sisa pembakaran mobil –mobil dan asap industri.
c) Bakteri –bakteri dan debu udara.
Bagan lapisan –lapisan atmosfer bumi.
b. Lapisan Stratosfer (Stratosphere)
Lapisan stratosfer antara 15 - 55 km dari muka laut. Massa udara dilapisan ini tidak serapat massa udara di lapisan troposfer. Di lapisan bagian atas, yaitu di sekitar batas stratosfer dengan mesosfer (zona stratopause) merupakan konsentrasi gas ozon (O3) paling besar.
Konsentrasi gas ozon dilapisan ini berfungsi sebagai pelindung bumi karena unsure –unsur radiasi matahari, seperti sinar gamma, sinar X, ultraviolet, dan infra merah dinetralkan oleh O3. Oleh karena itu, unsure –unsur radiasi matahari sampai ke permukaan bumi tidak membahayakan kehidupan makhluk hidup.
Suhu udara dari tropopause sampai stratopause meningkat dari -62o C hingga mencapai 0o C. Akan tetapi, dari stratopause terus menurun sampai -100o C di zona mesosfer.
c. Lapisan Ozonosfer
Lapisan ozonosfer terdapat pada seluruh lapisan atmosfer bagian bawah, tetapi terkonsentrasi pada lapisan stratosfer, yaitu pada ketinggian 15 - 35 km. Lapisan ozonosfer penyerap utama radiasi ultraviolet.
Radiasi ultraviolet jika sampai ke permukaan bumi dapat mengakibatkan luka bakar, kanker kulit, dan kebutaan, sedangkan kepada tumbuh –tumbuhan dan hewan dapat menimbulkan gangguan generatif serta menurunnya produktivitas. Lapisn ozon akan rusak bila kemasukan gas CFC (Cloro Flouro Carbon),yaitu gas yang biasa digunakan pendingin AC, kulkas, dan hair spray.
Masuknya gas CFC pada lapisan ozon akan menguraikan O3 menjadi O2 dan O1. Dampaknya kandungan O3 pada lapisan ozon sangat sedikit sehingga lapisannya seolah –olah berlubang yang dinamakan lubang ozon. Rusaknya lapisan ozon menyebabkan suhu udara di bumi bertambah panas dan menyebabkan gangguan iklim.
d. Lapisan Mesosfer
Lapisan ini berada pada ketinggian 50 - 80 km, pada lapisan ini sebagian meteor terbakar dan terurai, sehingga tidak sampai ke permukaan bumi. Lapisan ini berfungsi untuk memantulkan gelombang radio dan televisi (gelombang VHF dan UHF), sehingga kita dapat menikmati siaran radio dan televisi. Antara mesosfer dan termosfer terdapat lapisan mesopouse.
e. Lapisan Termosfer
Lapisan termosfer dari 75 km sampai ketinggian yang belum diketahui. Lapisan bawah termosfer ini disebut ionosfer. Lapisan ionosfer ini antara 75 -375 km dan merupakan ruang tempat proses ionisasi atau pembentukan ion yang bermuatan listrik positif. Akibatnya, suhu di lapisan ini tinggi.
Pada ketinggian 375 km, suhunya naik sampai 1.010o C dan pada ketinggian 480km suhunya mencapai 1.200 o C. Di lapisan ini, aurora (cahaya kutub) terlihat bergemerlapan. Ionisasi adalah suatu proses penyerapan radiasi matahari oleh oksigen dan nitrogen menjadi atom –atom ion. Konsentrasi gas ion di ruang termosfer membentuk lapisan –lapisan yang dapat memantulkan gelombang radio (radio waves) dari bumi.
Lapisan ini terdiri dari lapisan D,E, dan F. Jenis gelombang radio yang dipancarkan oleh pemancar radio adalah sebagai berikut:
a. Gelombang panjang (panjang gelombang 20.000 - 1.001 m);
b. Gelombang menengah (panjang gelombang 1.000 - 201 m);
c. Gelombang pendek (panjang gelombang 200 - 100 m), terbagi lagi atas gelombang pendek 200 - 51 m dan gelombang pendek 50 - 10 m.
Gelombang panjang, pada siang hari dipantulkan antara lapisan D dan permukaan bumi. Ketinggian lapisan D rata –rata 90 km. Malam hari lapisan D menghilang. Pantulan terjadi antara lapisan E dengan permukaan bumi, tetapi lemah, tidak teratur, dan hanya setempat.
Gelombang menengah, dipantulkan oleh lapisan D atau E. Ketinggian lapisan E antara 90 - 130 km. Gelombang pendek antara 200 - 50 m dapat dipantulkan oleh lapisan F1, sedangkan gelombang pendek antara 50 - 10 m dipantulkan oleh lapisan F2. Tinggi lapisan F lebih dari 130 km.
f. Lapisan Eksosfer (Dissipasisfer)
Lapisan ini mempunyai ketinggian 800 – 1.000 km. Pada lapisan eksosfer ini, pengaruh gaya berat sangat kecil dan dapat meninggalkan bumi. Eksosfer merupakan lapisan terluar dari atmosfer bumi. Oleh gravitasi bumi, atmosfer dicegah untuk tidak lepas ke luar angkasa. Atmosfer disebut juga angkasa bumi atau 'lautan' udara yang membungkus bumi.
5. Manfaat Atmosfer
Manfaat atmosfer atau lapisan udara adalah sebagai berikut:
a. Memungkinkan terjadinya awan, di mana udara mengandung uap air jika mengembun membentuk awan, dan selanjutnya menghasilkan hujan,
b. Sarana berlangsungnya proses pembakaran, tanpa udara kita tidak dapat menyalakan api, bernafas, dan sebagainya,
c. Menyebabkan suhu bumi tidak terlalu tinggi pada siang hari dan tidak terlalu rendah pada malam hari,
d. Melindungi makhluk hidup dari sengatan sinar matahari, dan
e. Melindungi bumi dari hujan meteor.
6. Gejala Optik di Atmosfer
Ada beberapa gejala optik yang terjadi di atmosfer, antara lain pelangi, halo, dan aurora. Ketiga gejala tersebut sebenarnya bukan merupakan dinamika cuaca, melainkan sebagai akibat proses –proses alam yang terjadi di atmosfer.
a. Pelangi
Gejala optik pelangi terjadi akibat proses pembiasan sinar Matahari oleh titik –titik air hujan sehingga terurai menjadi berkas warna (spektrum warna).
b. Halo
Halo merupakan lingkaran sinar putih yang terletak di sekeliling Matahari atau bulan, tetapi yang paling sering kita lihat adalah halo yang melingkari bulan karena pada malam hari keadaannya gelap. Ketampakan alam ini terjadi akibat proses pembiasan sinar bulan oleh Kristal –kristal es yang terkonsentrasi dalam jenis awan –awan tinggi seperti Cirrus atau Cirrocu mulus.
Halo pada umumnya terlihat dengan jelas ketika bulan bersinar terang, setelah sore harinya terjadi hujan.
c. Aurora
Gejala optik ketiga yang terjadi di atmosfer adalah aurora atau cahaya kutub, yaitu berkas cahaya yang bersinar pada malam hari dan sangat jelas terlihat di wilayah –wilayah sekitar lingkaran kutub (antara lintang 66½o - 90o, baik lintang utara maupun lintang selatan).
Aurora yang bersinar di wilayah Kutub Utara dinamakan Aurora Borealis, sedangkan di Kutub Selatan dinamakan Aurora Australis. Aurora terjadi akibat pemancaran atom dari sinar Matahari yang dipusatkan ke arah kutub karena berada di daerah medan magnet Bumi.
Atom –atom dalam sinar Matahari ini akhirnya terurai menjadi molekul –molekul atau atom –atom gas yang bercahaya karena proses ioniasi berenergi tinggi. Pengobaran atau pemijaran partikel –partikel sinar Matahari ini terlihat dari Bumi sebagai cahaya kutub.
