Mengenai Atmosfer dan Iklim (Part 1)

Gienz Media®

Atmosfer merupakan hal yang penting untuk kehidupan di planet kita. Tanpa atmosfer mungkin tak akan ada kehidupan di Bumi. Namun selain atmosfer adapula samudera yang bersama-sama membentuk pola iklim dan cuaca dan membuat beberapa wilayah lebih layak huni disbanding tempat lain. Namun iklim Bumi tidaklah statis. Bagaimana perubahannya, dan seberapa cepat perubahannya? Faktor alam apa yang mengontrol iklim dan apakah faktor tersebut saling berhubungan satu sama lain?

Untuk dapat mengetahui bagaimana dan mengapa iklim berfluktuasi, kita harus mengetahui dasar kateristik atmosfer dan beberapa konsep fisika yang akan membantu kita memahami cuaca dan iklim. Kemudian kita akan dapatkan kesimpulan bagaimana bentuk proses fisis distribusi tekanan udara dan suhu di Bumi untuk membentuk zona iklim, pola cuaca dan badai, membuat kondisi yang cocok untuk kehidupan diseluruh planet.

Atmosfer merupakan sebuah system yang kompleks dimana reaksi kimia dan fisis terjadi secara konstan. Banyak proses di atmosfer terjadi pada keadaan keseimbangan dinamis contohnya, terdapat sebuah keseimbangan rata-rata antara panas yang masuk dan yang keluar dari atmosfer. Kondisi ini serupa dengan sebuah ember bocor yang ditempatkan dibawah keran. Ketika keran dibuka dan air mengalir ke ember, ketinggian air akan naik terhadap keadaan semula dimana arus masuk dari kran sama dengan arus keluar melalui lubang ember yang bocor. Sekali kondisi ini dicapai, ketinggian air pada ember akan tetap walaupun air secara terus menerus masuk dan keluar.

Dengan cara yang sama, system iklim bumi mempertahankan keseimbangan dinamis antara energi matahari yang masuk dan energi radiasi yang meninggalkan atmosfer. Kekuatan sirkulasi atmosfer juga dikontrol oleh keseimbangan dinamis. Beberapa bagian dari planet menerima energi lebih dari matahari dibandingkan yang lain, dan pemanasan yang tidak merata ini menimbulkan pergerakan udara yang pergerakannya memindahkan panas dari daerah yang hangat ke daerah dingin.

Sekarang aktivitas manusia mengubah keseimbangan dinamis di atmosfer. Khususnya, aktivitas manusia menyebabkan meningkatnya level gas rumah kaca di troposfer, yang menyebabkan naiknya suhu permukaan bumi dengan menaikan jumlah dari radiasi panas dari atmosfer kembali ke permukaan Bumi.

Atmosfer terdiri dari nitrogen, oksigen, argon, uap air dan gas-gas lain yang jumlahnya relative kecil. Komposisi ini relatif tetap sepanjang sejarah Bumi. Reaksi kimia saling mempertahankan perbandingan unsur utama dari atmosfer. Sebagai contoh, oksigen dilepaskan ke atmosfer melalui fotosintesis dan dikonsumsi melalui pernafasan (respirasi). Konsentrasi oksigen dipertahankan melalui kedua proses tersebut.

Gas-gas yang terdapat di atmosfer
No. Unsur kimia                  Lambang        Volume (%)
1 Netrogen / zat lemas         N2                  78.08
2 Oksigen / zat pembakar    O2                  20.95
3 Argon                              Ar                   0.93
4 Asam arang                     CO2                0.03
5 Neon                               Ne                  0.0018
6 Helium                             He                  0.00015
7 Kripton                            Kr                  0.00011
8 Xenon                             Xe                  0.00005
9 Nitrous oksida                 N2O              0.00005
10 Hidrogen                       H2                 0.00005

Atmosfer bumi memiliki ketinggian lebih dari 560km (348miles) dari permukaan bumi dan dibagi kedalam empat lapisan, masing-masingnya perbedaan mencolok baik itu suhu, unsur fisis dan kimianya.

Kebanyakan peristiwa cuaca terjadi di troposfer, lapisan terendah atmosfer, yang mana memiliki ketinggian 8 sampai 16 kilometer dari permukaan bumi (terendah berada di daerah kutub, dan tertingga di daerah tropis). Permukaan bumi menangkap radiasi matahari dan menghangatkan troposfer dari bawah, membuat terjadinya aliran udara yang menghasilkan pola pencampuran vertikal dan system cuaca. Suhu akan menurun kurang lebih 6.5°C terhadap ketinngian setiap kenaikan 1 kilometer. Pada puncak troposfer yang disebut dengan tropopause, lapisan ini memiliki suhu kurang lebih -60°C, yang mana bentuk dari puncak troposfer dan membentuk “cold trap” yang menyebabkan uap air di atmosfer berkondensasi.

Lapisan selanjutnya adalah stratosfer, berada diatas lapisan troposfer sampai ketinggian 50 kilometer. Pada stratosfer suhu naik terhadap ketinngian dikarenakan penyerapan sinar matahari oleh lapisan ozon (kira-kira 90% ozon di atmosfer berada di lapisan stratosfer). Stratosfer hanya memiliki sedikit uap air (hanya sekitar satu persen dari seluruh uap air yang ada di atmosfer) dikarenakan “cold trap” dan lapisan tropopause, dan pergerakan udara vertikal yang sangat lambat di lapisan ini. Dimana temperature mencapai -3°C merupakan tanda dari puncak stratosfer yang disebut stratopause.

Lapisan ketiga atmosfer disebut mesosfer, suhu kembali turun terhadap ketinggian, menurun sampai kurang lebih -93°C pada ketinggian 85 kilometer. Lapisan ini juga merupakan tempat terbakarnya meteor-meteor hingga terurai dan jatuh ke permukaan bumi. Terdapat lapisan antara yang disebut mesopause, dimana pada lapisan ini terjadi refleksi (pemantulan) gelombang radio dengan ketinggian 50-90 km diatas permukaan bumi yang disebut dengan lapisan D, dipancarkan dari bumi kemudian diterima oleh tempat-tempat lainnya.

Diatas lapisan ini, atau pada lapisan thermosfer, suhu kembali menghanggat terhadap ketinggian, meningkat hingga lebuh dari 1700°C, hal ini karena penyerapan raadiasi sinar X dan ultraviolet yang dipancarkan matahari. Pada ketinggian 90-120 km diatas permukaan bumi terjadi ionisasi yang disebabkan oleh sinar X dari matahari. Pada ketinggian antara 150-300 km terjadi ionisasi karena sinar ultraviolet dari cahaya matahari banyak mengandung ionitrigen.

Atmosfer mampu membuat tekanan terhadap permukaan. Sebuah fakta umum untuk setiap orang yang telah merasakan perubahan tekanan udara di telinga mereka ketika terbang menggunakan pesawat atau mendaki gunung dan sulit bernafas di daerah tinngi. Di permukaan laut, rata-rata tekanan udara adalah 1013 millibar, sama dengan massa 10.000kg (10 ton) permeter persegi atau sama dengan 100.000 Newton permeter persegi (14.7 psi) untuk sebuah kolom udara dari permukaan sampai puncak atmosfer.

Tekanan udara menurun terhadap ketinngian dikarenakan massa dari udara menurun. Tekanan menurun karena udara dapat dipadatkan, jadi kebanyakan massa dari atmosfer berkumpul (memadat) dilapisan yang paling rendah. Kira-kira setengah dari massa atmosfer berada di bawah 5.5km (puncak dari Mt. Everest pada 8850m terdiri dari kurang lebih 2/3 massa atmosfer), dan 99 persenya ada pada ketinggian 30 kilometer kebawah.