ATMOSFER - Jadfan Sidqi

29/02/2016
Dosen :
DR. ERY SUHARTANTO, ST. MT.
JADFAN SIDQI FIDARI, ST., MT
HIDROMETEOROLOGI
Tatap Muka Ketiga
(ATMOSFER)
1. Pengertian Atmosfer
 Planet bumi dapat dibagi menjadi 4 bagian :
 (lithosfer) Bagian padat yang terdiri dari tanah dan batuan.
 (hidrosfer) Bagian cair yang terdiri dari berbagai bentuk
ekosistem perairan seperti laut, danau dan sungai.
 (atmosfer) Bagian udara yang menyelimuti seluruh
permukaan bumi.
 (biosfer) Bagian yang ditempati oleh berbagai jenis
organisme
1
29/02/2016
1. Pengertian Atmosfer
 Keempat komponen tersebut berinteraksi secara aktif
satu sama lain, misalnya dalam siklus biogeokimia dari
berbagai unsur kimia yang ada di bumi, proses transfer
panas dan perpindahan materi padat.
 Dalam proses-proses ini, keempat komponen ini
berperan sama pentingnya, tetapi jika pembahasan
ditinjau dari sudut pandang klimatologi, maka atmosfer
akan ditempatkan sebagai titik sentral.
1. Pengertian Atmosfer
 Lapisan atmosfer yang menyelimuti bumi mempunyai
ketebalan yang sulit untuk ditetapkan secara pasti, bukan
karena tebalnya lapisan tsb sehingga sulit diukur, tetapi
disebabkan oleh batas antara lapisan atmosfer bumi
dengan angkasa luar (outer space) yang tidak jelas.
 Sebagian besar ahli ilmu iklim menyepakati bahwa
ketebalan lapisan atmosfer adalah lebih dari 650 km.
2
29/02/2016
2. Komposisi Atmosfer
 Atmosfer terisi partikel-partikel halus dan ringan dari
tiga kelompok bahan yaitu : gas (udara kering dan uap
air), cairan (butir-butir air atau awan) dan aerosol (bahan
padatan, misalnya debu).
 Bahan tersebut memiliki ukuran massa yang berbeda dan
tersebar pada berbagai ketinggian yang membentuk
susunan yg mirip pengendapan di atmosfer.
 Partikel yang ringan berada di atas yang berat sehingga
semakin mendekati permukaan bumi kerapatan partikel
di atmosfer meningkat.
2. Komposisi Atmosfer
 Proses pendinginan dan pemanasan permukaan bumi
berubah menurut waktu dan tempat sehingga keadaan
atmosfer pun akan berubah secara demikian.
 Akibatnya, tekanan dan kerapatan serta ketebalan lapisan
atmosfer berbeda-beda antara siang dan malam, musim
dingin dan musim panas, di atas benua dan di atas lautan
serta antara daerah lintang tinggi dan lintang rendah.
3
29/02/2016
a. Udara Kering
 Udara kering (gas tanpa air dan aerosol) mencakup 96% dari
volume atmosfer, yang terdiri dari dua kelompok yaitu
kelompok gas utama yang meliputi 99,99% volume udara
kering dan sisanya 0,01% berupa kelompok gas penyerta.
 Sebagian dari gas penyerta bersifat permanen karena tidak
mudah mengurai.Sedangkan sebagian kecil berupa gas tidak
permanen karena mudah bereaksi dengan gas lainnya.
 Secara umum atau sebagian besar gas atmosfer hanya
mengalami percampuran secara mekanik dan sangat jarang
yang mengalami reaksi kimia.
b. Uap air
 Kandungan uap air di atmosfer mudah berubah menurut
arah (horizontal dan vertikal) maupun menurut waktu.
 Di daerah subtropika atau daerah temperate
kandungannya bervariasi dari 0% pada saat angin kering
bertiup hingga 3% dari volume atmosfer pada saat angin
laut bertiup pada musim panas (summer).
 Di atas wilayah tropika kandungan uap air di atmosfer
merupakan nilai tertinggi di dunia, yaitu sekitar 4% dari
volume atmosfer, atau 3% dari massa atmosfer.
4
29/02/2016
b. Uap air
 Adanya uap air akan mengubah komposisi atmosfer.
Perubahan kandungan uap air (kelembaban udara) mudah
terjadi. Kelembaban tinggi dapat mengurangi persentase
tiga macam gas utama lainnya. Disamping itu, perubahan
kelembaban udara menimbulkan perubahan unsur-unsur
cuaca lainnya, seperti terbentuknya awan dan hujan.
 Di atmosfer, uap air terdapat pada lapisan troposfer yang
merupakan lapisan terbawah atmosfer. Lapisan ini
mencakup ketinggian 8 km di kutub dan 16 km di
ekuator, atau rata-rata 12 km.
b. Uap air
 Jumlah uap air selalu berubah karena terjadinya
penguapan dan kondensasi secara terus menerus.
 Sumber uap air utama adalah lautan.
 Hasil kondensasi berupa awan merupakan sumber
berbagai peristiwa seperti hujan, hujan es, salju dan badai
dengan berbagai macam akibatnya.
5
29/02/2016
c. Aerosol
 Berbagai partikel halus dari bahan padat di bumi sebagian
terangkat ke atmosfer dan membentuk aerosol.
 Bahan tersebut diantaranya adalah garam laut, debu, asap
dan mikro organisme (virus, bakteri, spora).
 Ketinggian jelajah aerosol dan periode keberadaannya di
atmosfer tergantung pada massanya, pemanasan dan
pendinginan di permukaan bumi, serta angin.
c. Aerosol
Jenis
Debu
Kristal garam
Abu
Asap
Lain-lain
Kandungan
20 %
40 %
10 %
5%
25 %
Sumber
Terutama daerah kering
Pecahan ombak lautan
Gunung berapi, pembakaran
Cerobong pabrik, pembakaran
Mikro organisme
6
29/02/2016
3. Struktur Lapisan Atmosfer
 Sebagian besar bahan pengisi atmosfer adalah gas yang
mudah mampat dan mengembang.
 Medan gravitasi bumi cenderung menarik seluruh bahan
atmosfer ke permukaan bumi.
 Akibatnya, kerapatan partikel atmosfer meningkat
dengan makin berkurangnya ketinggian.
 Massa dan tekanannya pun meningkat semakin dekat
permukaan bumi
3. Struktur Lapisan Atmosfer
 Karena bagian terbesar bahan pengisi atmosfer berada di
bagian bawah, maka perubahan massa atmosfer terhadap
ketinggian pada bagian bawah relatif cepat. Atmosfer setinggi
5,5–5,6 km telah mencakup 50% dari massa total dan pada
ketinggian 40 km telah mencakup 99,99%.
 Batas bawah atmosfer relatif mudah ditentukan berdasarkan
ketinggian dari permukaan laut. Sedangkan puncaknya sulit
diketahui karena disamping besarnya keragaman ukuran dan
massa partikel, terdapat pula keragaman suhu permukaan
bumi dan kekuatan angin yang mempengaruhi pengangkutan
bahan.
7
29/02/2016
3. Struktur Lapisan Atmosfer
 Pelapisan atmosfer juga dapat digambarkan dengan
perubahan tekanan udara pada berbagai ketinggian,
dinyatakan dalam persen terhadap tekanan udara normal
di permukaan bumi (tabel berikut)
 Perubahan suhu udara di atmosfer secara vertikal
(menurut ketinggian) berbeda-beda yang dapat
dikelompokkan menjadi tiga hal. Perubahan suhu (dT)
terhadap ketinggian (dz) dinyatakan oleh dT/dz.
3. Struktur Lapisan Atmosfer
Ketinggian (km dpl)
0
5,6
16,2
31,2
48,1
65,1
79,2
100
Tekanan Udara (%)
100
50
10
1
0,10
0,01
0,001
0,00003
8
29/02/2016
3. Struktur Lapisan Atmosfer
 Pelapisan atmosfer juga dapat digambarkan dengan
perubahan tekanan udara pada berbagai ketinggian,
dinyatakan dalam persen terhadap tekanan udara normal
di permukaan bumi (tabel berikut)
 Perubahan suhu udara di atmosfer secara vertikal
(menurut ketinggian) berbeda-beda yang dapat
dikelompokkan menjadi tiga hal. Perubahan suhu (dT)
terhadap ketinggian (dz) dinyatakan oleh dT/dz.
3. Struktur Lapisan Atmosfer
dT/dz > 0 suhu naik, dengan bertambahnya
ketinggian. Hal ini disebut inversi suhu.
b. dT/dz = 0 suhu tetap walaupun ketinggian berubah.
Hal ini disebut isotermal.
c. dT/dz < 0 suhu udara turun dengan bertambahnya
ketinggian. Hal ini disebut lapse rate.
a.
9
29/02/2016
3. Struktur Lapisan Atmosfer

A.
B.
C.
D.
Sedangkan berdasarkan sifat perubahan suhu menurut
ketinggian dari bawah ke atas, terdapat empat lapisan
utama atmosfer sebagai berikut :
Troposfer dengan puncaknya tropopause.
Stratosfer dengan puncaknya stratopause.
Mesosfer dengan puncaknya mesopause.
Termosfer
A. Troposfer
 Beberapa ciri khas dari lapisn terbawah atmosfer ini
diantaranya adalah :
1) Terdapat pada ketinggian mulai dari permukaan laut
hingga ketinggian 8 km didaerah kutub dan 16 km di
ekuator. Rata-rata ketinggian puncak troposfer seluruh
dunia adalah 12 km.
2) Satu-satunya lapisan atmosfer yang mengandung air
(air, uap, maupun es) dan berlangsung evaporasi dan
kondensasi.
10
29/02/2016
A. Troposfer
3. Ruang terjadinya sirkulasi dan turbulensi seluruh bahan
atmosfer sehingga menjadi satu-satunya lapisan yang
mengalami pembentukan dan perubahan cuaca seperti:
angin, awan, presipitasi, badai, kilat dan guntur.
4. Kecepatan angin bertambah dengan naiknya ketinggian
dan di troposfer ini pemindahan energi berlangsung.
Radiasi surya menyebabkan pemanasan permukaan
bumi yang selanjutnya panas tersebut diserap oleh air
untuk berubah menjadi uap. Oleh proses evaporasi
energi panas diangkat oleh uap air ke lapisan atas yang
lebih tinggi berupa panas laten.
A. Troposfer
Setelah terjadi pendinginan akhirnya berlangsung
proses kondensasi, uap air berubah menjadi titik-titik
air pembentuk awan, sedangkan panas latennya dilepas
memasuki atmosfer dan menaikkan suhunya.
5. Pada lapisan ini suhu udara turun dengan
bertambahnya ketinggian (dT/dZ < 0) atau pada
keadaan lapse rate. Rata-rata lapse rate seluruh dunia
pada keadaan normal adalah -6,5 K setiap kenaikan
ketinggian 1 km.
11
29/02/2016
A. Troposfer
6. Pada atmosfer normal, suhu troposfer berubah dari
15˚C pada permukaan laut menjadi -60˚C di puncak
troposfer.
7. Tekanan dan kerapatan udara di permukaan laut
masing-masing adalah 1013,2 mb dan 1,23 kg m-3.
Gejala lapse rate berhenti pada ketinggian 8 km di atas
kutub dan sekitar 16 km di atas ekuator. Ketinggian
tersebut disebut tropopause, yaitu lapisan ketinggian
atmosfer dengan dT/dz = 0. Pada lapisan ini turbulensi
udara tidak terjadi.
B. Stratosfer
 Beberapa ciri khas lapisan ini adalah sebagai berikut :
1. Lapisan ini merupakan lapisan kedua dari bawah setelah
troposfer.
2. Kisaran ketinggiannya antara 12-50 km di atas
permukaa laut.
3. Terdiri dari 3 wilayah yaitu :
a.
b.
c.
Stratosfer bawah : 12-20 km daerah isotermis
Stratosfer tengah : 20-35 km daerah inversi suhu
Stratosfer atas : 35-50 km daerah inversi suhu yang kuat
12
29/02/2016
B. Stratosfer
4. Lapisan ini tidak mengalami turbulensi maupun
sirkulasi
5. Stratosfer merupakan lapisan atmosfer utama yng
mengandung ozon.
Kadar ozon di atmosfer sangat kecil yaitu hanya 6x10-7
volume total atmosfer tetapi peranannya sangat besar
untuk melindungi bumi dari radiasi ultra violet yang
berlebihan. Radiasi ultra violet (uv) yang tinggi
berbahaya bagi makhluk hidup misalnya dapat
menyebabkan kanker kulit pada manusia
B. Stratosfer
Gas ozon tersebar dalam wilayah ketinggian 12-50 km.
 Sifatnya labil, mudah terurai kembali secara mekanis
melalui tumbukan dengan partikel lainnya, maupun
terurai melalui reaksi fotokimia oleh radiasi uv yang
mempunyai kerapatan fluks yang tinggi.
 Proses pembentukan dan penguraiannya mencapai
kesetimbangan hingga membentuk lapisan ozon
 Konsentrasi gas O3 tertinggi berada antara ketinggian
20-30 km yang disebut lapisan ozonosfer.

13
29/02/2016
B. Stratosfer
Beberapa kesimpulan lainnya adalah :
1) Semakin menjauhi kutub utara, kadar ozon berkurang.
2) Kadar ozon tertinggi di ekuator tercapai pada bulan
Juni saat matahari berada di sekitar kedudukan
deklanasi maksimum utara (23,5˚LU). Konsentrasi
ozon pada periode tersebut 240 x 10-3 cm atau berkisar
53% kadar ozon maksimum di kutub utara.
3) Semakin mendekati musim dingin kadar ozon
meningkat.

C. Mesosfer
 Lapisan atmosfer ketiga dari bawah ini memiliki beberapa ciri
khas sebagai berikut :
1. Ketinggian 50-80 km.
2. Perubahan suhu terhadap ketinggian (dT/dz) adalah lapse
rate.
3. Suhu udara sekitar -5˚C pada dasar lapisan hingga -95˚C
pada puncaknya.
4. Tidak mengalami turbulensi/sirkulasi udara.
5. Merupakan daerah penguraian O2 menjadi atom O.
6. Batas atasnya adalah lapisan mesopause dengan perubahan
suhu terhadap ketinggian mulai bersifat isotermal.
14
29/02/2016
D. Termosfer
 Lapisan teratas atmosfer ini ditandai oleh beberapa ciri
sebagai berikut :
1. Ketinggian lapisan mulai sekitar 80 km hingga batas
yang sulit ditentukan karena sangat jarangnya partikel
gas yang mencapai lapisan ini. Sebagian ilmuwan
menyatakan puncaknya mencapai 100 km tetapi ada
yang menyatakan 250 km.
2. Lapisan ini terisi molekul dan atom N2, O2, N dan O.
3. Sifat perubahan suhu terhadap ketinggian adalah inversi
suhu.
D. Termosfer
4. Kisaran suhu dari -95˚C pada 80 km hingga -50˚C pada
ketinggian 100 km, dan -38˚C pada ketinggian 110
km.
5. Lapisan tempat berlangsungnya proses ionisasi gas N2
dan O2, sehingga lapisan termosfer sering disebut
lapisan ionosfer. Di atas ketinggian 100 km, pengaruh
radiasi uv dan sinar X makin kuat.
15
29/02/2016
4. Peranan Atmosfer
Atmosfer merupakan sumber gas dan air presipitasi.
b) Atmosfer adalah penyaring (filter) radiasi surya
sehingga kualitas spektrum yang sampai ke permukaan
bumi tidak bersifat merusak organ tubuh makhluk
hidup.
c) Pada sistem neraca energi radiasi, atmosfer merupakan
penyangga (buffer) sehingga permukaan bumi
terhindar dari pemanasan dan pendinginan yang
berlebihan.
d) Pada proses fisika di permukaan bumi, atmosfer
pengatur kelestarian mekanisme cuaca dan iklim.
a)
4. Peranan Atmosfer
 Untuk memenuhi keperluan metabolisme makhluk
hidup, atmosfer merupakan sumber gas CO2 dan O2
yang berlimpah. Proses fotosintesis pada tumbuhan di
seluruh permukaan bumi akan mengurangi CO2 dan
menambah kandungan O2. Sedangkan respirasi akan
mengakibatkan hal yang sebaliknya.
 Kekhawatiran timbul sehubungan dengan semakin
menurunnya populasi tumbuh-tumbuhan hutan tropika
yang diperkirakan akan menambah kandungan CO2 di
atmosfer.
16
29/02/2016
4. Peranan Atmosfer
 Penambahan gas CO2 semakin dikhawatirkan dengan
meluasnya penggunaan bahan bakar untuk berbagai
keperluan dan juga semakin intensifnya peristiwa
kebakaran hutan di dunia.
 Apabila gangguan terhadap kesetimbangan alamiah pada
lingkungan ini tidak dapat diatasi, diperkirakan suhu
udara akan semakin meningkat yang diikuti perubahan
iklim beserta dampa-dampak lainnya.
4. Peranan Atmosfer
 Peningkatan kandungan CO2 di atmofer dari 320 ppm
menjadi 370 ppm diperkirakan akan menyebabkan kenaikan
suhu udara sekitar 0,5˚C. Diduga peningkatan CO2 ini akan
terus berlangsung apabila tidak dilakukan pencegahan dan
tidak ada faktor yang menghambat.
 Radiasi surya yang memasuki atmosfer mengalami
penyaringan terutama pada spektrum uv. Proses tsb
berlangsung pada lapisan stratosfer, mesosfer dan termosfer.
Spektrum uv diserap oksigen dalam pemecahannya menjadi
atom O, serta oleh gas ozon setelah terbentuk. Dalam proses
tersebut, terjadi pengurangan energi radiasi surya sekitar 3%.
17