Bagian IV SIFAT-SIFAT FISIK AIR LAUT

GD-3221 Hidrografi II
Bagian IV
SIFAT-SIFAT FISIK AIR LAUT
Eka Djunarsjah, 2005
Sifat-Sifat Air Laut
Sifat-Sifat Utama
Arus Wind-Driven
• Suhu, Salinitas, Tekanan, dan Densitas
•
•
•
•
•
•
• Kecepatan
Interaksi Udara dan Lautan
• Pemanasan Lautan
• Siklus Hidrologi
• Sirkulasi
Gelombang
• Wind Waves dan Swell
• Refraksi, Difraksi, Pemantulan, dan Pemecahan
Sirkulasi Atmosfir
Wind Stress
Pola Sirkulasi Lautan
Cincin
Arus Geostropik
Upwelling
Sirkulasi Thermohaline
Pengukuran-Pengukuran
• Tsunami, Seiche, dan Gelombang Badai
• Gelombang Negatif dan Positif Internal
Eka Djunarsjah, 2005
Sebaran Air dan Daratan
z
z
Luas permukaan bumi adalah 510,10 juta kilo meter persegi, yang terbagi atas :
–
Daratan : 185,85 juta kilo meter persegi (29,2 %)
–
Lautan : 361,25 juta kilo meter persegi (70,8 %)
Sebaran daratan dan lautan di belahan bumi bagian utara dan bagian selatan tidak
simetris
0
20
40
60
80
100
Air (%)
0
90
Utara
450
00
Selatan
Darat
Ekuator
450
900
Eka Djunarsjah, 2005
Struktur Vertikal Bumi
z
Dalam arah vertikal, bumi dibagi atas
tiga bagian :
z
–
Lithosfir (kerak bumi)
–
Hidrosfir (lautan)
–
Atmosfir (udara)
Atmosfir
Permukaan Laut
Masing-masing bagian terdiri dari
lapisan-lapisan, dan terdapat batas
Hidrosfir
pemisah antara bagian yang satu
Dasar Laut
dengan bagian lainnya
–
Batas antara Lithosfir dan Hidrosfir
adalah Dasar Laut
–
Lithosfir
Batas antara Hidrosfir dan Atmosfir
adalah Permukaan Laut
Eka Djunarsjah, 2005
Oseanografi (1)
z
z
z
Pengertian :
–
Aplikasi dari berbagai macam ilmu pengetahuan pada fenomena lautan
–
Ilmu yang inter disipliner
Para Ahli membagi Oseanografi menjadi empat bagian utama :
–
Oseanografi Kimia
–
Oseanografi Biologi
–
Oseanografi Fisika
–
Oseanografi Geologi
Oseanografi Fisika (terkait erat dengan bidang Hidrografi dan Geodesi), mempelajari
tentang :
–
Sifat Air Laut (Salinitas, Temperatur, Densitas)
–
Oseanografi Dinamik (Gaya-gaya yang bekerja di laut)
Eka Djunarsjah, 2005
Oseanografi (2)
Aplikasi Oseanografi
z
z
Keperluan Ilmiah :
–
Penentuan geoid di laut
–
Studi tentang Sea Surface Topography (SST)
–
Studi Geomorfologi Kelautan
Keperluan Rekayasa :
–
Eksplorasi Mineral
–
Navigasi
–
Konstruksi Pelabuhan
–
Pengembangan Daerah Pantai
–
Lainnya
Eka Djunarsjah, 2005
Sifat-Sifat Utama
z
Temperatur :
–
–
–
–
z
Salinitas :
–
–
z
Kehidupan flora dan fauna laut
Komposisi kimia air laut
Sirkulasi massa air
Cepat rambat gelombang akustik
Penentuan sedimen dan kandungan mineral
Indikator arah dan kecepatan arus
Densitas :
–
Stabilitas massa air dan sirkulasinya
Eka Djunarsjah, 2005
Temperatur (1)
z
Perubahan temperatur air laut disebabkan oleh perpindahan panas dari massa yang
satu ke massa yang lainnya
z
z
z
Kenaikan temperatur permukaan laut disebabkan oleh :
–
Radiasi dari angkasa dan matahari
–
Konduksi panas dari atmosfir
–
Kondensasi uap air
Penurunan temperatur permukaan laut disebabkan oleh :
–
Radiasi balik permukaan laut ke atmosfir
–
Konduksi balik panas ke atmosfir
–
Evaporasi (penguapan)
Matahari mempunyai efek yang paling besar terhadap perubahan suhu permukaan
laut
Eka Djunarsjah, 2005
Temperatur (2)
z
Variasi perubahan temperatur dipengaruhi juga oleh posisi geografis wilayah perairan
(lihat gambar)
0 0/00
Kedalaman (m)
00
34 0/00
35 0/00
36 0/00
200
300
100
Salinitas (S)
Temperatur (T)
0
Thermocline
1000
Halocline
2000
3000
4000
5000
Temperatur (T)
Laut Dalam
Salinitas (S)
Posisi Stasiun Pengamatan
(Dekat Puerto Rico)
φ =
λ =
240 29’ U
700 10’ B
Eka Djunarsjah, 2005
Temperatur (3)
z
Para Ahli Oseanografi membagi pola temperatur dalam arah vertikal menjadi tiga
lapisan :
–
Well-mixed surface layer (10 - 500 m)
–
Thermocline, lapisan transisi (500 - 1000 m)
Lapisan yang relatif homogen dan dingin (> 1000 m)
–
z
Lapisan Thermocline :
–
z
Lapisan dimana kecepatan perubahan temperatur cepat sekali
Bentuk pola temperatur dalam arah vertikal sangat dipengaruhi oleh dua faktor,
yaitu :
–
Posisi geografis daerah perairan
–
Waktu, berkaitan dengan musim
Eka Djunarsjah, 2005
Temperatur Permukaan Laut (0 Celcius)
Bulan Agustus
Bulan Februari
Eka Djunarsjah, 2005
Variasi Temperatur : Bidang Kedalaman/Lintang
Atlantik
Hindia
Pasifik
Eka Djunarsjah, 2005
Salinitas (1)
z
z
z
z
z
Lautan terdiri dari :
– Air sebanyak 96,5 %
– Material terlarut dalam bentuk molekul dan ion sebanyak 3,5 %
Material yang terlarut tersebut 89 % terdiri dari garam Chlor, sedangkan sisanya 11
% terdiri dari unsur-unsur lainnya
Salinitas adalah jumlah total material terlarut (yang dinyatakan dalam gram) yang
terkandung dalam 1 kg air laut
Satuan salinitas : 0/00 (per mil)
Faktor utama yang mempengaruhi perubahan salinitas, yaitu :
– Evaporasi (penguapan) air laut
– Hujan
– Mencair/membekunya es
– Aliran sungai menuju ke laut
Eka Djunarsjah, 2005
Salinitas (2)
z
z
z
Para Ahli Oseanografi membagi pola salinitas dalam arah vertikal menjadi empat
lapisan :
– Well-mixed surface zone, dengan ketebalan 50 - 100 m (salinitas seragam)
– Halocline, zona dimana salinitas berubah dengan cepat sesuai dengan
bertambahnya kedalaman
– Zona di bawah Halocline sampai ke dasar laut, dengan salinitas yang relatif
homogen
– Zona Berkala (Occasional Zone), pada kedalaman 600 - 1000 m, dimana terdapat
nilai salinitas minimum
Salinitas air laut di seluruh wilayah perairan di dunia berkisar antara 33 - 37 0/00 ,
dengan nilai median 34,7 0/00 , namun di Laut Merah dapat mencapai 40 0/00
Salinitas air laut tertinggi terjadi di sekitar wilayah ekuator, sedangkan terendah
dapat terjadi di daerah kutub, walaupun pada kenyataannya sekitar 75 % air laut
mempunyai salinitas antara 34,5 0/00 - 35,0 0/00
Eka Djunarsjah, 2005
Salinitas (3)
z
Contoh nilai salinitas rata-rata untuk beberapa tempat :
–
–
–
Atlantik
Pasifik
Indonesia
:
:
:
34,90 0/00
34,62 0/00
34,76 0/00
Eka Djunarsjah, 2005
Salinitas Permukaan Laut (0 /
00)
Eka Djunarsjah, 2005
Variasi Salinitas : Bidang Kedalaman/Lintang
Atlantik
Hindia
Pasifik
Eka Djunarsjah, 2005
Densitas (1)
z
z
z
z
Densitas air laut merupakan jumlah massa air laut per satu satuan volume
Densitas merupakan fungsi langsung dari kedalaman laut, serta dipengaruhi juga oleh
salinitas, temperatur, dan tekanan
Pada umumnya nilai densitas (berkisar antara 1,02 - 1,07 gr/cm3) akan bertambah
sesuai dengan bertambahnya salinitas dan tekanan serta berkurangnya temperatur
Perubahan densitas dapat disebabkan oleh proses-proses :
– Evaporasi di permukaan laut
– Massa air pada kedalaman < 100 m sangat dipengaruhi oleh angin dan
gelombang, sehingga besarnya densitas relatif homogen
– Di bawah lapisan ini terjadi perubahan temperatur yang cukup besar
(Thermocline) dan juga salinitas (Halocline), sehingga menghasilkan pola
perubahan densitas yang cukup besar (Pynocline)
– Di bawah Pynocline hingga ke dasar laut mempunyai densitas yang lebih padat
Eka Djunarsjah, 2005
Densitas (2)
z
Stabilitas air laut dipengaruhi oleh perbedaan densitasnya, yang disebut dengan
Sirkulasi Densitas atau Thermohaline
z
Dalam kegiatan pemeruman (pengukuran kedalaman dengan alat Echosounder),
salinitas dan temperatur yang diperoleh dari pengukuran pada interval kedalaman
tertentu sangat berguna untuk menentukan :
–
Cepat rambat gelombang akustik
–
Menentukan pembelokan arah perambatan gelombang akustik (refraksi)
Eka Djunarsjah, 2005
Densitas Permukaan Laut
Eka Djunarsjah, 2005
Interaksi Udara dan Lautan
z
z
z
z
Sirkulasi lautan tergantung kepada dua faktor utama, yaitu :
–
Angin
–
Pemanasan lautan
Lautan di wilayah ekuator menyerap lebih banyak panas dibandingkan dengan
daerah kutub, sehingga terjadi transfer panas dari ekuator ke kutub melalui proses :
–
Konveksi
–
Gerakan air
Angin yang bertiup di atas permukaan laut, membangkitkan ombak/gelombang,
mengaduk air permukaan, dan meniup uap air dari permukaan laut, kemudian uap
air tersebut ditransfer ke daratan dan akhirnya turun ke permukaan dalam bentuk
hujan, dan selanjutnya air tadi kembali lagi ke laut (Siklus Hidrologi)
Sirkulasi air dapat juga terjadi dalam arah vertikal, yang ditentukan oleh perubahan
densitas air pada permukaan laut
Eka Djunarsjah, 2005
Pemanasan Lautan
Area <
Panas/Area >
Besaran panas yang sama
Area >
Panas/Area <
Eka Djunarsjah, 2005
Siklus Hidrologi
Eka Djunarsjah, 2005
Gelombang (1)
z
z
Selain membangkitkan arus, tiupan angin di permukaan laut dapat juga
membangkitkan gelombang (Wind-generated wave)
Gelombang terbentuk oleh adanya transfer energi dari udara ke massa air
Puncak
L
Keterangan :
Arah Gerakan (C)
H
Lembah
Gerakan Vertikal
Air
L - panjang gelombang
H - jarak vertikal antara puncak dan lembah
(tinggi gelombang)
h - kedalaman laut
T - periode gelombang
C - kecepatan rambat gelombang
h
Dasar Laut
Eka Djunarsjah, 2005
Gelombang (2)
z
z
z
z
Di laut dalam :
– Air yang bergerak dalam arah horisontal jumlahnya kecil sekali
– Air bergerak dalam arah vertikal (ke atas dan ke bawah)
Terdapat perbedaan antara Gelombang dan Gerakan Partikel air di permukaan
(berbentuk lingkaran dengan diameter yang merupakan fungsi dari kedalaman dan
kecepatan)
Sedangkan Tinggi dan Periode Gelombang merupakan fungsi dari :
– Kecepatan dan durasi angin, serta jarak vertikal antara air dan angin
– Kedalaman (khususnya di laut dangkal dan danau)
Jenis-jenis Gelombang :
– Sea
: dipengaruhi langsung oleh angin, tanpa pola yang sistematis (periode
berubah dan tinggi bervariasi)
– Swell : merupakan bentuk turunan “Sea”, mempunyai pola yang teratur (panjang
gelombang tetap, tinggi berkurang)
– Surf : terjadi di sekitar pantai (bila gelombang mencapai kedangkalan dan
pecah), bergerak dalam arah horisontal (bukan lingkaran) menuju ke pantai
Eka Djunarsjah, 2005
Gelombang (3)
Gelombang Katastropik (Bencana)
z
Gelombang Badai (Storm Surge)
z
Gelombang yang disebabkan oleh longsoran (Landslide Surge)
z
z
Gelombang Tsunami, disebabkan oleh gempa bumi baik yang bersifat tektonik
maupun vulkanik
Gelombang Stasioner, merupakan gelombang yang tidak bergerak maju, tetapi
bergerak dalam arah vertikal ke atas dan ke bawah (dapat dibangkitkan oleh badai,
gangguan tiba-tiba pada permukaan air, dan perubahan mendadak kondisi atmosfir);
dapat terjadi di danau dan di daerah teluk
Eka Djunarsjah, 2005
Arus Wind-Driven (1)
Interaksi antara udara dan lautan menghasilkan dua jenis sirkulasi yang berbeda :
1. Sirkulasi Wind-driven
2. Sirkulasi Densitas (Thermohaline)
Sirkulasi Wind-Driven
z
z
z
z
Sirkulasi Wind-driven menghasilkan perbedaan tekanan air permukaan, sehingga
menyebabkan terjadinya Slope
Perbedaan tekanan ini membangkitkan gaya yang akan menekan permukaan air
sampai dengan kedudukan pada saat tekanan lebih rendah, atau dengan perkataan
lain air cenderung akan bergerak menuruni Slope
Di pihak lain, Gaya Coriolis akan mendefleksikan arah arus ke kanan di belahan bumi
bagian Utara
Kedua hal di atas menyebabkan arus yang dinamakan Arus Geostropik (hampir
semua arus permukaan bersifat Geostropik)
Eka Djunarsjah, 2005
Arus Wind-Driven (2)
z
Sirkulasi Wind-driven selain dalam bentuk arus dengan arah horisontal, juga dengan
arah vertikal yang disebut dengan fenomena Upwelling dengan karakteristik :
–
Gerakan air ke atas
–
Terjadi bila angin bertiup sejajar pantai
–
Arah arus dipengaruhi oleh Gaya Coriolis
–
Ditentukan oleh bentuk topografi dasar laut
–
Bila arus di bawah permukaan kaya akan kandungan nutrisi, maka daerah
perairan tersebut akan mempunyai produktifitas biologis yang tinggi
z
Bila gerakan air dari atas ke bawah, maka disebut dengan Sinking
Eka Djunarsjah, 2005
Sirkulasi Atmosfir (Bumi Tidak Berotasi)
Eka Djunarsjah, 2005
Sirkulasi Atmosfir (Coriolis)
Eka Djunarsjah, 2005
Sirkulasi Atmosfir (Aktual)
Eka Djunarsjah, 2005
Sirkulasi Thermohaline
z
z
z
z
z
z
Sirkulasi Thermohaline umumnya merupakan proses yang terjadi di laut dalam
Disebabkan oleh variasi densitas air yang terbentuk di bidang batas antara udara air, dan erat kaitannya dengan Sirkulasi Wind-driven
Sulit diamati secara langsung mengingat kecepatannya yang sangat lambat, namun
bisa disimpulkan melalui pengamatan salinitas, temperatur, dan kadar O2 terlarut
Sirkulasi ini merupakan proses konveksi, dimana air dingin dan berdensitas besar
terbentuk di daerah kutub (Utara dan Selatan), tenggelam, dan mengalir pelan-pelan
ke arah ekuator
Di Atlantik Utara, terbentuk North Atlantic Deep Water, sedangkan di wilayah
Antartika terbentuk Antartic Bottom Water dan Antartic Intermediate Water
Sirkulasi Thermohaline juga dipengaruhi oleh topografi dasar laut
Eka Djunarsjah, 2005
Arus Laut
z
z
Tiga sumber utama pembangkit arus adalah :
–
Angin (arus permukaan)
–
Variasi densitas
–
Pasut laut
Pengaruh lainnya dapat disebabkan oleh : Gaya Coriolis, Gaya Berat, Gaya Gesekan,
dan Tekanan Atmosfir
z
Peranan pengamatan arus dalam Survei Hidrografi :
–
Kerekayasaan : konstruksi lepas pantai, perencanaan pelabuhan, dan
pemantauan lingkungan
–
Penentuan posisi (metode Dead-Reckoning)
–
Keselamatan pelayaran
Eka Djunarsjah, 2005
Arus Permukaan Laut
Eka Djunarsjah, 2005
Pengukuran-Pengukuran
Pengamatan Arus
Pengamatan Gelombang
• Tujuan
• Tujuan
• Pengertian Arus Laut
• Pengertian Gelombang Laut
• Penyebab
• Penyebab
• Jenis Arus
• Parameter Gelombang Laut
• Metode Pengamatan
• Klasifikasi Gelombang Laut
• Current Meter
• Metode Pengamatan
• Pelaksanaan Pengamatan
Pengamatan Sifat Air Laut
• Tujuan
• Metode Pengamatan
Eka Djunarsjah, 2005
Pengamatan Arus (1)
Tujuan
• Untuk mengetahui arah dan kecepatan air laut pada kedalaman tertentu
Pengertian Arus Laut
• Pergerakan massa air dalam arah horisontal
Penyebab
• Gaya pasut
• Angin
• Perbedaan temperatur
Bervariasi terhadap lokasi dan kedalaman
• Salinitas dan tekanan air laut
• Keadaan topografi air laut
Eka Djunarsjah, 2005
Pengamatan Arus (2)
Jenis Arus
• Arus pasut
• Arus non-pasut (arus angin, arus barogradient, arus konveksi)
Metode Pengamatan
• Langsung (current meter)
• Tak langsung
Current Meter
Kabel ke
Alat Peraga
Sirip Pengarah
Rotor
Arah Aliran
Air
Kompas
Magnet
Pemberat
Penghitung Putaran
Keuntungan :
• Pada setiap kedalaman
• Pencatat secara otomatis
• Data ukuran relatif teliti
Eka Djunarsjah, 2005
Pengamatan Arus (3)
Pelampung Identifikasi
Current Meter
Pelampung Pengaman
Pelampung Bawah
Permukaan
Penempatan beberapa Current Meter di Stasiun Pengamat
Eka Djunarsjah, 2005
Pengamatan Arus (4)
Pelaksanaan Pengamatan
• Perencanaan jumlah, sebaran, dan lokasi stasiun pengamat :
– Luas daerah
– Spesifikasi pekerjaan
– Rencana lokasi penempatan bangunan
• Perencanaan jumlah dan jenis Current Meter :
– Jumlah stasiun pengamat
– Kedalaman stasiun pengamat
– Ketelitian
• Perencanaan jangka waktu dan lama pengamatan :
– Metode pengolahan data
– Ketelitian data (arah dan kecepatan)
Eka Djunarsjah, 2005
Pengamatan Arus (5)
• Pada suatu stasiun pengamatan arus, arah dan kecepatan arus pasut berubah-ubah
terhadap waktu dan kedalaman, sedangkan arus non-pasut umumnya hanya berubah
terhadap kedalaman
• Pada pengolahan data arus, masukan data harus berupa data numeris, sehingga data
pengamatan arus berupa data rekaman (kertas perekam, pita magnetik, atau film)
terlebih dahulu haris dikonversi ke numeris
Eka Djunarsjah, 2005
Pengamatan Gelombang (1)
Tujuan
• Untuk mengetahui sifat gelombang laut, seperti : tinggi, periode, panjang, kecepatan
maupun arah gerak gelombang
Pengertian Gelombang Laut
• Merupakan bentuk deformasi dari permukaan laut
Penyebab
• Angin
• Gempa bawah laut
• Gaya pembangkit pasut
Eka Djunarsjah, 2005
Pengamatan Gelombang (2)
Parameter Gelombang Laut
Bentuk Ideal
Panjang
Puncak
Amplitudo
Muka Laut
Tinggi
Arah Gerakan
Lembah
Bentuk Khusus
Muka Laut
Eka Djunarsjah, 2005
Pengamatan Gelombang (3)
Klasifikasi Gelombang Laut (berdasarkan Periode)
Periode
< 0,1 detik
0,1 detik
1 detik
1 detik
30 detik
30 detik
5 menit
5 menit
12 jam
12 jam
24 jam
Jenis Gelombang
Kapiler
Ultra Gravitasi
Gravitasi
Infra Gravitasi
Periode Panjang
Pasut Laut
Metode Pengamatan
• Peralatan di luar permukaan laut (visual, pemotretan udara, laser)
• Peralatan pada permukaan laut (wave gauge, ship-borne wave recorder, wave rider)
• Peralatan pada/di bawah permukaan laut (upward-looking echosounder dengan
wahana kapal selam)
Eka Djunarsjah, 2005
Pengamatan Sifat Air Laut (1)
Tujuan
• Untuk mendapatkan informasi (kualitatif atau kuantitatif) tentang sifat-sifat fisika air
laut :
–
Temperatur
–
Salinitas
–
Densitas
–
Tekanan
–
Derajat Keasaman (pH)
Metode Pengamatan
• Pengambilan contoh air laut (tidak langsung)
• Pengukuran langsung
Eka Djunarsjah, 2005
Pengamatan Sifat Air Laut (2)
Pengambilan contoh air laut dengan Botol Nansen
Eka Djunarsjah, 2005
Pengamatan Sifat Air Laut (3)
Jenis Alat
Besaran Pengamatan
Thermometer
Bathythernograph
Thermistor
Salinometer
Salinity & Temperature Bridge
STD (Salinity-Temperature-Depth) Sensor
CTD (Conductivity-Temperature-Depth) Sensor
Temperatur
Temperatur (profil terhadap Kedalaman)
Temperatur
Salinitas
Salinitas dan Temperatur
Salinitas, Temperatur, dan Kedalaman (Tekanan)
Konduktivitas, Temperatur, dan Kedalaman
(Tekanan)
Densitas
Tekanan
Derajat Keasaman (pH)
Kadar Gas terlarut
Kekeruhan
Kekeruhan
Kekeruhan
Temperatur, Tekanan, pH, Kekeruhan,
Kadar Gas terlarut, dan Konduktivitas
Hydrometer
Sensor Tekanan
pH Meter
Electrode Instrumentation
Secchi Disc
Forel Scale
Transmissiometer
Submersible Water Quality Station
Eka Djunarsjah, 2005
Pengamatan Sifat Air Laut (4)
Thermometer Terlindungi (Kiri) dan Tak Terlindungi (Kanan)
Eka Djunarsjah, 2005