Atmosfer

Atmosfer

A.   Pengertian Atmosfer

Atmosfer  berasal dari  bahasa Yunani  "Atmos“ yang berarti  uap air  atau gas dan "Sphaira“ yang berarti selimut. Jadi Atmosfer dapat diartikan sebagi lapisan gas yang menyelimuti sebuah planet, termasuk bumi, dari permukaan planet tersebut sampai jauh di luar angkasadengan ketebalan kurang lebih 1.000 km dari permukaan bumi dan bermassa 59 x   1014 ton . Di bumi, atmosfer terdapat dari ketinggian 0 km di atas permukaan tanah, sampai dengan sekitar 560 km dari atas permukaan bumi. Atmosper mengikuti peputaran bumi(rotasi) dan berevolusi mengelilingi matahari.

Pengukuran lapisan atmosfer antara permukaan bumi di 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.Meteorologi adalah ilmu yang mempelajari atmosfer yang menekankan pada lapisan udara yang menyelubungi bumi. Beberapa hal pokok yang dipelajari dalam meteorologi di antaranya adalah angin, awan, cuaca, guntur, gejala cahaya, endapan air di udara, serta suhu dan tekanan udara.

B.   Awal Evolusi Atmosfer

Menurut ahli geologi, pada mulanya atmosfer bumi mengandum CO2(karbon dioksida) berkadar tinggi, maka temperatur permukaan bumi juga tinggi. Pada waktu itu oksigen(O2) belum terbentuk sehingga belum ada lapisan ozon di stratosfer, karena itu sinar ultra violet dari matahari  yang sampai ke permukaan bumi dengan intensitas radiasi yang sangat kuat. Kondisi ini tidak mungkin adanya kehidupan, kecuali munkin ada kehidupan  pada perairan yang dalam sehingga terhindar dari sinar ultra violet.
Sekitar 3,5 miliyar tahun yang lalu mulai adanya evolusi makhluk hidup yang berklorofil yang memungkinkan proses fotositensis. Karena fotositensis memerlukan  CO2 maka kadar CO2 di atmosfer menjadi berkurang dan sebaliknya kadar O2 meningkat. Melalui proses itu  terbentuklah lapisan ozon(O3).

C.   Manfaat Atmosfer

1.      Melindungi kehidupan di bumi dengan menyerap radiasi sinar ultravioletdari matahari.

2.      Mengurangi suhu ekstrem di antara siang danmalam.

3.      Melindungi dari batu meteor-meteor yang hendak jatuh ke Bumi, dan benda luar angkasa lainnya.

4.      Mendistribusikan air ke berbagai wilayah permukaan bumi

5.      Menyediakan okisgen dan karbon dioksida.

6.      Wahana komunikasi.

7.      Sebagai pengubah cuaca dan iklim di bumi.

D.   Komposisi Gas Atmosper

Macam –Macam Gas	Volume %
NITROGEN	78,08
OKSIGEN	20,95
ARGON	0.93
KARBONDIOKSIDA	0.034
NEON	0,0018
HELIUM	0,0005
OZON	0.00006
HIDROGEN	0.00005
KRYPTON	0.00011
METANA	0.00015
XENON	SANGAT KECIL

•         Oksigen (O2) sangat penting bagi kehidupan, yaitu untuk mengubah zat makanan menjadi energi hidup. Oksigen dapat bergabung dengan unsur kimia lain, seperti karbon yang terdapat pada arang, minyak, kayu, atau bahan bakar lainnya yang di butuhkan untuk pembakaran. Oksigen berasal dari hasil proses fotosintesis pada tumbuhan.

•          Karbon dioksida (CO2) dihasilkan dari pembakaran bahan bakar, pernafasan manusia dan hewan, kemudian di butuhkan oleh tanaman. Karbon dioksida menyebatkan efek rumah kaca terhadap radiasi gelombang pendek  dan menyerap radiasi gelombang panjang. Dengan demikian kenaikan konsentrasi CO2 di dalam atmosfer akan menyebatkan kenaikan suhu permukaan bumi.

•         Nitrogen (N2) terdapat di udara dalam jumlah paling banyak, yaitu meliputi 78 bagian. Nitrogen tidak langsung bergabung dengan unsur lain, tetapi pada hakekatnya unsur ini adalah penting karena nitrogen merupakan bagian dari senyawa organik.

•         Neon (Ne), argon (Ar), xenon (Xe), dan kripton (Kr) disebut gas mulia, karena tidak mudah bergabung dengan unsur lain.

•         Helium (He) dan hidrogen (H2) sangat jarang di udara  kecuali pada paras yang tinggi. Gas ini adalah yang paling ringan dan sering dipakai untuk mengisi balon meterologi.

•         Ozon (O3) adalah gas yang sangat aktif dan merupakan bentuk lain dari oksigen. Gas ini terdapat terutama pada ketinggian antara 20 dan 30 km. Ozon dapat menyerap radiasi ultra violet yang menpunya energi besar dan berbahaya bagi tubuh manusia.

•         Uap air (H2O) yang terdapat di atmosfer sebagai hasil penguapan dari laut, danau, kolam, sungai, dan transpirasi tanaman. Uap air sangat penting dalam proses cuaca atau iklim, karena dapar berubah fase.

Perubahan fase air yang dapat mungkin terjadi:

E.     Lapisan Atmosfer

Beberapa lapisan atmosfer yang menyelubungi bumi, yaitu lapisan troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, dan eksosfer.

1.      Troposfer

Troposfer merupakan lapisan terbawah dari atmosfer, yaitu pada ketinggian 0 - 10km di atas permukaan bumi. Tebal lapisan troposfer rata-rata ± 10 km. Di daerah khatulistiwa, ketinggian lapisan troposfer sekitar 16 kmdengan temperatur rata-rata 80°C. Di daerah sedang ketinggian lapisan troposfer sekitar 11 km dengan temperatur rata-rata 54°C, sedangkan di daerah kutub ketinggiannya sekitar 8 km dengan temperatur rata-rata 46°C. Pada lapisan ini tinggi rendahnya suatu tempat di permukaan Bumi berpengaruh terhadap suhu udaranya. Hal ini mengikuti hukum gradien geothermis, yaitu semakin tinggi (tiap kenaikan 1.000 meter) suatu tempat di permukaan Bumi, temperatur udaranya akan turun rata-rata sekitar 6°C di daerah sekitar khatulistiwa.

Perbedaan ketebalan ini disebabkan oleh rotasi Bumi, akibatnya terjadi perbedaan kondisi cuaca antara kutub dan khatulistiwa. Yang istimewa, lapisan ini menjadi tempat terjadinya proses-proses cuaca, seperti awan, hujan, serta proses-proses pencemaran lainnya. Karena pada lapisan ini selain terjadi peristiwa-peristiwa seperti cuaca dan iklim, juga terdapat kira-kira 80% dari seluruh massa gas yang terkandung dalam atmosfer terdapat pada lapisan ini.

Di lapisan troposfer lebih banyak terdapat uap air dan karbon dioksida dari pada di lapisan-lapisan lainnya. Keadaan ini penting sekali karena dapat menghalangi sinar inframerah yang diradiasikan kembali oleh tanah ynang terkena panas matahari. Pembatas antara lapisan troposfer dengan stratosfer disebut tropopause.Cabang yang mempelajari ciri-ciri lapisan atmosfer paling bawah  ini disebat mikrometeorologi atau “ meteorologi mikro”.

2.      Stratosfer

Lapisan ke 2 atmosfer adalah lapisan stratosfer. Stratosfer terletak pada ketinggian antara 10 - 40 km dari permukaan bumi. Suhu di lapisan stratosfer yang paling bawah (lapisan isotermis) relatif stabil dan sangat dingin yaitu - 70^oFatau sekitar - 57^oC. Di lapisan ini tidak berlaku hukum gradien geothermis karena semakin tinggi posisi di tempat ini, suhu akan semakin naik.Hal ini disebabkan kandungan uap air hampir tidak adadan adanya lapisan ozon. Pada lapisan ini angin yang sangat kencang terjadi dengan pola aliran yang tertentu.Disini juga tempat terbangnya pesawat yang menggunakan mesin jet. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari gangguan cuaca. Pada ketinggian sekitar 40 km Suhu pada lapisan ini bisa mencapai sekitar 18^oC.

Pada ketinggian 25 km terdapat lapisan ozon. Lapisan ini berguna untuk menyerap radiasi ultra violet matahari sehingga menjadi panas. Lapisan ozon menyerap 99% radiasi ultra violet sehingga hanya sedikit yang sampai ke bumi. Keberadaan ozon sekarang ini semakin menipis karenaadanya pencemaranoleh zat kimia yang disebut klorofluorokarbon(CFC) yang dulu digunakan pada kulkas dan aerosol. Kini banyak negara yang melarang penggunaan CFC. Di atas lapisan stratosferterdapat lapisan stratopause yang merupakan lapisan pembatas antara stratosfer dan mesosfer, dengan suhu udara sekitar 0°C.

3.      Mesosfer

Lapisan ketiga dari atmosfer adalah mesosfer. Mesosfer terletak pada ketinggian antara 40 - 70 km dari permukaan bumi.  Susunan tidak sama seperti stratosfer. Kepadatan gas-gasnya sudah agak berkurang. Mesosfer mempunyai suatu lapisan ion atau udara yang bermuatan listrik yang disebut lapisan D yang terletak pada ke tinggian 50-70 km di atas bumi. Hal ini di sebabkan oleh adanya sinar ultra violet pada molokul-molokul udara yang bertemu dengan elektron atau muatan listrik negatif. Ozon juga terdapat di mesosfer, yang terjadi kerena pengaruh ultra violet dan sinar-X pada oksigen.

Pada  ketinggian 50 km suhu menjadi 0°C.Suhu kembali turun ketika ketinggian bertambah, sampai menjadi sekitar - 143^oC di dekat bagian atas dari lapisan ini, yaitu kurang lebih 81 km diatas permukaan bumi. Suhu serendah ini memungkinkan terjadi awan noctilucent, yang terbentuk dari kristal es.Lapisan ini merupakan  lapisan pelindung bumi dari jatuhan meteor atau benda-benda luar angkasa lainnya. Lapisan mesosfer terdapat lapisan mesopause yang merupakan lapisan peralihan antara mesosfer dan termosfer.

4.      Termosfer(ionosfer)

Termosfer terletak pada ketinggian antara 70-400 km di permukaan bumi. Dinamai termosfer karena terjadi kenaikan temperatur yang cukup tinggi pada lapisan ini yaitu sekitar 1982^oC. Sedangkan mengapa dinamai inosfer? Karena radiasiultra violet menyebabkan reaksi kimia sehingga membentuk lapisan bermuatan listrik. Lapisan ini mengandum ozon dan karbon dioksiad. Kepadatan termosfer sangat rendah, kurang dari seperjuta kepadatan udara pada permukaan bumi. Namun, meskipun tipis, udara di termosfer dapat membakar meteor pada ketinggian 300 km, jika sangat besar dan tidak habis dilapisan udara ionosfer ini maka akan jatuh sampai kepermukaan Bumi yang disebut Meteorit.

Hampir semua atom gas pada lapisan termosfer mengandung muatan listrik atau terionisasi oleh radiasi matahari dan lain-lain. Selanjutnya, muatan listik, tersebar di mana-mana semakin tinggi semakin banyak jumlahnya. Terdapat 3 daerah bermuatan listrik yang terpisah yaitu:

1.      Lapisan E, yang terutama disebabkan oleh sinar-X dari matahari terletak pada ketinggian 90-120 km di atas bumi. Lapisan ini terdiri dari nitrogen dan oksigen.

2.      Lapisan F1 yang terletak di atas lapisan E yang tingginya 150-300 km lebih, lapisan ini terkena sianar ulta violet dari cahaya matahari. Atom-atom oksigen banyak terdapad di lapisan ini.

3.      Lapisan F2 terletak sama tinggi dengan lapisan F1 yaitu 150-300 km, dan juga terkena sianar ulta violet, tetapi di lapisan ini banyak mengandung ion nitrogen.

Lapisan termosfer ini sangat berguna bagi bidang komunikasi. Lapisan ini memantulkan gelombang-gelombang radio ke bumi sehingga di terima di seluruh dunia. Sebelum munculnya era satelit, lapisan ini berguna untuk membantu memancarkan gelombang radio jarak jauh. Selama berlangsungbya letusan matahari atau badai matahari, ionisasi atmosfer terus berlangsung bahkan meningkat terus sehingga gelombang-gelombang diserap, bukan di pantulkan lagi, dan terjadilah pemutusan komunikasi.

Aurora, yang sering tampak  pada ketinggian hampir 1.000 km, merupakan pemandangan yang menakjubkan di langit bumi. Aurora seperti ini tampak sangat jelas di kutub dan sekitarnya, terutama pada garis  lintang 67^o utara dan selatan. Bentuk aurora bermacam-macam. Aurora yang menakjubkan itu terjadi di lapisan termosfer. Aurora mungkin pula disebabkan oleh radiasi matahari dan hantaran  ruang angkasa tehadap  atom-atom atmosfer atas. Atom nirogen dan oksigen yang merupakan sumber utama cahaya aurora itu. Ion-ion higdrogen dan natrium juga termasuk di dalamnya. Fonomena lain yang terjadi di termosfer ialah Pijar udara. Pijar udara adalah suatu cahaya redup yang disebabkan oleh reaksi molokul di udara terhadap radiasi matahari ataupaun sumber-sumber radiasi lain.

Ionosfer dibagi menjadi tiga lapisan lagi, yaitu :

1.      Lapisan Udara Terletak antara 80 – 150 km dengan rata-rata 100 km. Lapisan ini tempat terjadinya proses ionisasi tertinggi. Lapisan ini dinamakan juga lapisan udara KENNELY dan HEAVISIDE dan mempunyai sifat memantulkan gelombang radio. Suhu udara di sini berkisar – 70° C sampai +50° C .

2.      Lapisan udara F Terletak antara 150 – 400 km. Lapisan ini dinamakan juga lapisan udara APPLETON.

3.      Lapisan udara atom Pada lapisan ini, materi-materi berada dalam bentuk atom. Letaknya lapisan ini antara 400 – 800 km. Lapisan ini menerima panas langsung dari matahari, dan diduga suhunya mencapai 1200° C .

5.      Eksosfer

Eksosfer terletak pada ketinggian antara 400 km atau lebih dari permukaan bumi. Lapisan atmosfer ini yang merupakan batas terluar membentang ke dalam angkasa dan menyatu dengan atmosfer dan radiasi matahari. Gas di daerah ini amat sangat tipis. Hidrogen merupakan unsur penyusun paling utama. Cahaya redup muncul di daerah lapisan ini. Dikenal sebagai cahaya zodiakal dan gegenschein, cahaya redup ini sebenarnya adalah refleksi cahaya matahari yang dipantulkan oleh partikel debu meteoritik yang tak terhitung jumlah nya dan bergelantung di dekat bumi. Lapisan ini merupakan lapisan paling panas dan molekul udara dapat meninggalkan atmosfer sampai ketinggian 3.150 km dari permukaan bumi.
Lapisan ini sering disebut pula dengan ruang antar planet dan geostasioner. Lapisan ini sangat berbahaya, karena merupakan tempat terjadi kehancuran meteor dari angkasa luar.

Gambar-Gambar di Atmosfer

Jika anda menginginkan file PowerPointnya bisa download disini.