Oseanografi terdiri dari dua kata: oceanos yang berarti laut dan graphos yang berarti gambaran atau deskripsi (bahasa Yunani). Secara sederhana kita dapat mengartikan oseanografi sebagai gambaran atau deskripsi tentang laut. Dalam bahasa lain yang lebih lengkap, oseanografi dapat diartikan sebagai studi dan penjelajahan (eksplorasi) ilmiah mengenai laut dan segala fenomenanya. Laut sendiri adalah bagian dari hidrosfer. Seperti kita ketahui bahwa bumi terdiri dari bagian padat yang disebut litosfer, bagian cair yang disebut hidrosfer dan bagian gas yang disebut atmosfer. Sementara itu bagian yang berkaitan dengan sistem ekologi seluruh makhluk hidup penghuni planet Bumi dikelompokkan ke dalam biosfer.
Sebelum melangkah pada uraian yang lebih jauh, mungkin ada di antara anda yang bertanya: “Apa bedanya oseanografi dan oseanologi?” Kalau kita melihat pada beberapa ensiklopedia yang ada, oseanografi dan oseanologi adalah dua hal yang sama (sinonim). Namun, dari beberapa sumber lain dikatakan bahwa ada perbedaan mendasar yang membedakan antara oseanografi dan oseanologi. Oseanologi terdiri dari dua kata (dalam bahasa Yunani) yaitu oceanos (laut) dan logos (ilmu) yang secara sederhana dapat diartikan sebagai ilmu yang mempelajari tentang laut. Dalam arti yang lebih lengkap, oseanologi adalah studi ilmiah mengenai laut dengan cara menerapkan ilmu-ilmu pengetahuan tradisional seperti fisika, kimia, matematika, dll ke dalam segala aspek mengenai laut. Anda tinggal pilih, mau setuju dengan pendapat pertama atau kedua.
Secara umum, oseanografi dapat dikelompokkan ke dalam 4 (empat) bidang ilmu utama yaitu: geologi oseanografi (geologi laut) yang mempelajari lantai samudera atau litosfer di bawah laut memfokus pada struktur, tanda dan evolusi pasu samudra. Fisika oseanografi (ekologi fisik) yang mempelajari masalah-masalah fisis dan cirri-ciri seperti arus, gelombang, pasang surut dan temperatur air laut. Kimia oseanografi (oseanografi kimia) yang mempelajari masalah-masalah kimiawi air laut dan bersangkut-paut dengan susunan air laut siklus biogeokimia yang berpengaruh akan itu, yang terakhir biologi oseanografi (ekologi marin) yang mempelajari masalah-masalah yang berkaitan dengan flora dan fauna di laut termasuk siklus kehidupan dan produksi pangan.
Oseanografi adalah jumlah beberapa cabang tersebut. Penyelidikan oseanografis mendatangkan percontohan air laut dan kehidupan marin untuk pengkajian mendalam, perabaan jauh proses oseanik dengan pesawat udara dan satelit mengorbitkan bumi, dan eksplorasi lantai laut dengan sarana penggerekan laut-dalam dan penampangan seismik pusat bumi da bawah dasar pangkal samudra. Pengetahuan lebih besar samudra dunia memperbolehkan ilmuwan meramalkan secara lebih tepat, seandainya, perubahan cuaca dan iklim jangka waktu panjang dan juga antarkan pada eksploitasi lebih efisien sumber daya bumi. Oseanografipun vital pada pehamaman efek pencemar pada perairan lautan dan pemeliharaan kualitas perairan samudra terhadap tuntutan manusia dibuat padanya yang kian menambah.
Studi menyeluruh (komprehensif) mengenai laut dimulai pertama kali dengan dilakukannya ekspedisi Challenger (1872-1876) yang dipimpin oleh naturalis bernama C.W. Thomson (berkebangsaan Skotlandia) dan John Murray (berkebangsaan Kanada). Istilah Oseanografi sendiri digunakan oleh mereka dalam laporan yang diedit oleh Murray. Murray selanjutnya menjadi pemimpin dalam studi mengenai sedimen laut. Keberhasilan dari ekspedisi Challenger dan pentingnya ilmu pengetahuan tentang laut dalam perkapalan/perhubungan laut, perikanan, kabel laut dan studi mengenai iklim akhirnya membawa banyak negara untuk melakukan ekspedisi-ekspedisi berikutnya. Organisasi oseanografi internasional pertama adalah The International Council for the Exploration of the Sea (1901).
Di Indonesia sendiri terdapat beberapa lembaga penelitian dan perguruan-perguruan tinggi dalam bidang kelautan. Salah satu lembaga penelitian kelautan yang tertua di Indonesia adalah Pusat Penelitian Oseanografi, yang berada di bawah Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (disingkat menjadi P20-LIPI) yang dulu namanya Lembaga Oseanologi (LON-LIPI) . Cikal bakal dari lembaga penelitian ini dulu bernama Zoologish Museum en Laboratorium te Buitenzorg yang didirikan pada tahun 1905.
BAB I
TEMPERATUR AIR LAUT
Dalam oseanografi dikenal dua istilah untuk menentukan temperatur air laut yaitu temperatur insitu (selanjutnya disebut sebagai temperatur saja) dan temperatur potensial. Temperatur adalah sifat termodinamis cairan karena aktivitas molekul dan atom di dalam cairan tersebut. Semakin besar aktivitas (energi), semakin tinggi pula temperaturnya. Temperatur menunjukkan kandungan energi panas. Energi panas dan temperatur dihubungkan oleh energi panas spesifik. Energi panas spesifik sendiri secara sederhana dapat diartikan sebagai jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur dari satu satuan massa fluida sebesar 1o. Jika kandungan energi panas nol (tidak ada aktivitas atom dan molekul dalam fluida) maka temperaturnya secara absolut juga nol (dalam skala Kelvin). Jadi nol dalam skala Kelvin adalah suatu kondisi dimana sama sekali tidak ada aktivitas atom dan molekul dalam suatu fluida. Temperatur air laut di permukaan ditentukan oleh adanya pemanasan (heating) di daerah tropis dan pendinginan (cooling) di daerah lintang tinggi. Kisaran harga temperatur di laut adalah -2o s.d. 35oC.
Tekanan di dalam laut akan bertambah dengan bertambahnya kedalaman. Sebuah parsel air yang bergerak dari satu level tekanan ke level tekanan yang lain akan mengalami penekanan (kompresi) atau pengembangan (ekspansi). Jika parsel air mengalamai penekanan secara adiabatis (tanpa terjadi pertukaran energi panas), maka temperaturnya akan bertambah. Sebaliknya, jika parsel air mengalami pengembangan (juga secara adiabatis), maka temperaturnya akan berkurang. Perubahan temperatur yang terjadi akibat penekanan dan pengembangan ini bukanlah nilai yang ingin kita cari, karena di dalamnya tidak terjadi perubahan kandungan energi panas. Untuk itu, jika kita ingin membandingkan temperatur air pada suatu level tekanan dengan level tekanan lainnya, efek penekanan dan pengembangan adiabatik harus dihilangkan. Maka dari itu didefinisikanlah temperatur potensial, yaitu temperatur dimana parsel air telah dipindahkan secara adiabatis ke level tekanan yang lain. Di laut, biasanya digunakan permukaan laut sebagai tekanan referensi untuk temperatur potensial. Jadi kita membandingkan harga temperatur pada level tekanan yang berbeda jika parsel air telah dibawa, tanpa percampuran dan difusi, ke permukaan laut. Karena tekanan di atas permukaan laut adalah yang terendah (jika dibandingkan dengan tekanan di kedalaman laut yang lebih dalam), maka temperatur potensial (yang dihitung pada tekanan permukaan) akan selalu lebih rendah daripada temperatur sebenarnya.
Gambar 1. Temperatur Profile
Satuan untuk temperatur dan temperatur potensial adalah derajat Celcius. Sementara itu, jika temperatur akan digunakan untuk menghitung kandungan energi panas dan transpor energi panas, harus digunakan satuan Kelvin. 0oC = 273,16K. Perubahan 1oC sama dengan perubahan 1K.
Seperti telah disebutkan di atas, temperatur menunjukkan kandungan energi panas, dimana energi panas dan temperatur dihubungkan melalui energi panas spesifik. Energi panas persatuan volume dihitung dari harga temperatur menggunakan rumus
Q = densitas x energi panas specific x temperatur
(temperatur dalam satuan Kelvin). Jika tekanan tidak sama dengan nol, perhitungan energi panas di lautan harus menggunakan temperatur potensial. Satuan untuk energi panas (dalam mks) adalah Joule. Sementara itu, perubahan energi panas dinyatakan dalam Watt (Joule/detik). Aliran (fluks) energi panas dinyatakan dalam Watt/meter2 (energi per detik per satuan luas).
Kisaran suhu pada daerah tropis relatif stabil karena cahaya matahari lebih banyak mengenai daerah ekuator daripada daerah kutub. Hal ini dikarenakan cahaya matahari yang merambat melalui atmosfer banyak kehilangan panas sebelum cahaya tersebut mencapai kutub. Suhu di lautan kemungkinan berkisar antara -1.87°C (titik beku air laut) di daerah kutub sampai maksimum sekitar 42°C di daerah perairan dangkal (Hutabarat dan Evans, 1986).
Sebaran suhu secara menegak ( vertikal) diperairan Indonesia terbagi atas tiga lapisan, yakni lapisan hangat di bagian teratas atau lapisan epilimnion dimana pada lapisan ini gradien suhu berubah secara perlahan, lapisan termoklin yaitu lapisan dimana gradien suhu berubah secara cepat sesuai dengan pertambahan kedalaman, lapisan dingin di bawah lapisan termoklin yang disebut juga lapisan hipolimnion dimana suhu air laut konstan sebesar 4ºC. Pada lapisan termoklin memiliki ciri gradien suhu yaitu perubahan suhu terhadap kedalaman sebesar 0.1ºC untuk setiap pertambahan kedalaman satu meter (Nontji,1987).
Gambar 2. Profil suhu Permukaan Dunia
Suhu menurun secara teratur sesuai dengan kedalaman. Semakin dalam suhu akan semakin rendah atau dingin. Hal ini diakibatkan karena kurangnya intensitas matahari yang masuk kedalam perairan. Pada kedalaman melebihi 1000 meter suhu air relatif konstan dan berkisar antara 2°C – 4°C (Hutagalung, 1988)
Suhu mengalami perubahan secara perlahan-lahan dari daerah pantai menuju laut lepas. Umumnya suhu di pantai lebih tinggi dari daerah laut karena daratan lebih mudah menyerap panas matahari sedangkan laut tidak mudah mengubah suhu bila suhu lingkungan tidak berubah. Di daerah lepas pantai suhunya rendah dan stabil.
Lapisan permukaan hingga kedalaman 200 meter cenderung hangat, hal ini dikarenakan sinar matahari yang banyak diserap oleh permukaan. Sedangkan pada kedalaman 200-1000 meter suhu turun secara mendadak yang membentuk sebuah kurva dengan lereng yang tajam. Pada kedalaman melebihi 1000 meter suhu air laut relatif konstan dan biasanya berkisar antara 2-4o C (sahala hutabarat,1986).
Faktor yang memengaruhi suhu permukaan laut adalah letak ketinggian dari permukaan laut (Altituted), intensitas cahaya matahari yang diterima, musim, cuaca, kedalaman air, sirkulasi udara, dan penutupan awan (Hutabarat dan Evans, 1986).
BAB II
TEKANAN DAN KEDALAMAN LAUT
Tekanan air laut bertambah terhadap kedalaman. Kedalaman air laut biasanya diukur dengan menggunakan echo sounder atau CTD (Conductivity, Temperature, Depth). Kedalaman yang diukur dengan menggunakan CTD didasarkan pada harga tekanan.
Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas. Semakin ke dalam, tekanan air laut akan semakin besar. Hal ini disebabkan oleh semakin besarnya gaya yang bekerja pada lapisan yang lebih dalam. Satuan dari tekanan dalam cgs adalah dynes/cm2, sedangkan dalam mks adalah Newton/m2. Satu Pascal sama dengan satu Newton/m2. Dalam oseanografi, satuan tekanan yang digunakan adalah desibar (disingkat dbar), dimana 1 dbar = 10-1 bar = 105 dynes/cm2 = 104 Pascal.
Gaya akibat tekanan bekerja dari tekanan yang berbeda pada satu titik ke titik lainnya. Gaya ini bekerja dari tekanan yang lebih tinggi ke tekanan yang lebih rendah. Di laut, gaya gravitasi yang bekerja (ke arah bawah) akan diimbangi oleh gaya akibat adanya perbedaan tekanan tersebut (ke arah atas), sehingga air yang bergerak ke bawah tidak akan mengalami percepatan.
Tekanan pada satu kedalaman bergantung pada massa air yang berada di atasnya. Persamaan yang digunakan untuk mengukur harga kedalaman dari harga tekanan adalah persamaan hidrostatis, yaitu
dp=ρ x g x dh
Keterangan
dp=perubahan tekanan,
ρ=densitas air laut,
g=percepatan gravitasi, dan
dh=perubahan kedalaman.
Jadi, jika tekanan berubah sebesar 100 dbar, dengan harga percepatan gravitasi g=9.8 m/det2 dan densitas air laut ρ=1025 kg/m3, maka perubahan kedalamannya adalah 99,55 meter. Variasi tekanan di laut berada pada kisaran nol (di permukaan) hingga 10.000 dbar (di kedalaman paling dalam).
BAB III
SALINITAS AIR LAUT
3.1. Teori Asal-Usul Garam-Garam di laut
Mula-mula diperkirakan bahwa zat-zat kimia yang menyebabkan air laut asin berasal dari darat yang dibawa oleh sungai-sungai yang mengalir ke laut, entah itu dari pengikisan batu-batuan darat, dari tanah longsor, dari air hujan atau dari gejala alam lainnya, yang terbawa oleh air sungai ke laut. Jika hal ini benar tentunya susunan kimiawi air sungai tidak akan berbeda dengan susunan kimiawi air laut. Namun tabel 2 menunjukkan bahwa ada perbedaan besar dalam susunan kimiawi kedua macam air tersebut. Jadi dugaan itu tidak benar. Lalu dari mana sebenarnya asal garam-garam tersebut.
Menurut teori, zat-zat garam tersebut berasal dari dalam dasar laut melalui proses outgassing, yakni rembesan dari kulit bumi di dasar laut yang berbentuk gas ke permukaan dasar laut. Bersama gas-gas ini, terlarut pula hasil kikisan kerak bumi dan bersama-sama garam-garam ini merembes pula air, semua dalam perbandingan yang tetap sehingga terbentuk garam di laut. Kadar garam ini tetap tidak berubah sepanjang masa. Artinya kita tidak menjumpai bahwa air laut makin lama makin asin.
Zat-zat yang terlarut yang membentuk garam, yang kadarnya diukur dengan istilah salinitas dapat dibagi menjadi empat kelompok, yakni:
1. Konstituen utama : Cl, Na, SO4, dan Mg.
2. Gas terlarut : CO2, N2, dan O2.
3. Unsur Hara : Si, N, dan P.
4. Unsur Runut : I, Fe, Mn, Pb, dan Hg.
Konstituen utama merupakan 99,7% dari seluruh zat terlarut dalam air laut, sedangkan sisanya 0,3% terdiri dari ketiga kelompok zat lainnya. Akan tetapi meskipun kelompok zat terakhir ini sangat kecil persentasenya, mereka banyak menentukan kehidupan di laut. Sebaliknya kepekatan zat-zat ini banyak ditentukan oleh aktivitas kehidupan di laut.
Selain zat-zat terlarut ini, air juga mengandung butiran-butiran halus dalam suspense. Sebagian dari zat ini akhirnya terlarut, sebagian lagi mengendap ke dasar laut dan sisanya diurai oleh bakteri menjadi zat-zat hara yang dimanfaatkan tumbuhan untuk fotosintesis.
Tabel 1. Perbedaan kandungan garam dan ion utama antara air laut dan air sungai
NAMA UNSUR % jumlah berat seluruh gram
AIR LAUT AIR SUNGAI
Klorida 55,04 5,68
Natrium 30,61 5,79
Sulfat 7,68 12,14
Magnesium 3,69 3,41
Kalsium 1,16 20,29
Kalium 1,10 2,12
Bikarbonat 0,41 -
Karbonat - 35,15
Brom 0,19 -
Asam borak 0,07 -
Strontium 0,04 -
Flour 0,00 -
Silika - 11,67
Oksida - 2,75
Nitrat - 0,90
Air laut mengandung 3,5% garam-garaman, gas-gas terlarut, bahan-bahan organik dan partikel-partikel tak terlarut. Keberadaan garam-garaman mempengaruhi sifat fisis air laut (seperti: densitas, kompresibilitas, titik beku, dan temperatur dimana densitas menjadi maksimum) beberapa tingkat, tetapi tidak menentukannya. Beberapa sifat (viskositas, daya serap cahaya) tidak terpengaruh secara signifikan oleh salinitas. Dua sifat yang sangat ditentukan oleh jumlah garam di laut (salinitas) adalah daya hantar listrik (konduktivitas) dan tekanan osmosis.
Garam-garaman utama yang terdapat dalam air laut adalah klorida (55%), natrium (31%), sulfat (8%), magnesium (4%), kalsium (1%), potasium (1%) dan sisanya (kurang dari 1%) teridiri dari bikarbonat, bromida, asam borak, strontium dan florida. Tiga sumber utama garam-garaman di laut adalah pelapukan batuan di darat, gas-gas vulkanik dan sirkulasi lubang-lubang hidrotermal (hydrothermal vents) di laut dalam.
Secara ideal, salinitas merupakan jumlah dari seluruh garam-garaman dalam gram pada setiap kilogram air laut. Secara praktis, adalah susah untuk mengukur salinitas di laut, oleh karena itu penentuan harga salinitas dilakukan dengan meninjau komponen yang terpenting saja yaitu klorida (Cl). Kandungan klorida ditetapkan pada tahun 1902 sebagai jumlah dalam gram ion klorida pada satu kilogram air laut jika semua halogen digantikan oleh klorida. Penetapan ini mencerminkan proses kimiawi titrasi untuk menentukan kandungan klorida.
Salinitas ditetapkan pada tahun 1902 sebagai jumlah total dalam gram bahan-bahan terlarut dalam satu kilogram air laut jika semua karbonat dirubah menjadi oksida, semua bromida dan yodium dirubah menjadi klorida dan semua bahan-bahan organik dioksidasi. Selanjutnya hubungan antara salinitas dan klorida ditentukan melalui suatu rangkaian pengukuran dasar laboratorium berdasarkan pada sampel air laut di seluruh dunia dan dinyatakan sebagai:
S (o/oo) = 0.03 +1.805 Cl (o/oo) (1902)
Lambang o/oo (dibaca per mil) adalah bagian per seribu. Kandungan garam 3,5% sebanding dengan 35o/oo atau 35 gram garam di dalam satu kilogram air laut. Persamaan tahun 1902 di atas akan memberikan harga salinitas sebesar 0,03o/oo jika klorinitas sama dengan nol dan hal ini sangat menarik perhatian dan menunjukkan adanya masalah dalam sampel air yang digunakan untuk pengukuran laboratorium. Oleh karena itu, pada tahun 1969 UNESCO memutuskan untuk mengulang kembali penentuan dasar hubungan antara klorinitas dan salinitas dan memperkenalkan definisi baru yang dikenal sebagai salinitas absolut dengan rumus:
S (o/oo) = 1.80655 Cl (o/oo) (1969)
Namun demikian, dari hasil pengulangan definisi ini ternyata didapatkan hasil yang sama dengan definisi sebelumnya.
Definisi salinitas ditinjau kembali ketika tekhnik untuk menentukan salinitas dari pengukuran konduktivitas, temperatur dan tekanan dikembangkan. Sejak tahun 1978, didefinisikan suatu satuan baru yaitu Practical Salinity Scale (Skala Salinitas Praktis) dengan simbol S, sebagai rasio dari konduktivitas.
Salinitas praktis dari suatu sampel air laut ditetapkan sebagai rasio dari konduktivitas listrik (K) sampel air laut pada temperatur 15oC dan tekanan satu standar atmosfer terhadap larutan kalium klorida (KCl), dimana bagian massa KCl adalah 0,0324356 pada temperatur dan tekanan yang sama. Rumus dari definisi ini adalah:
S = 0.0080 - 0.1692 K1/2 + 25.3853 K + 14.0941 K3/2 - 7.0261 K2 + 2.7081 K5/2
Catatan:
Dari penggunaan definisi baru ini, dimana salinitas dinyatakan sebagai rasio, maka satuan o/oo tidak lagi berlaku, nilai 35o/oo berkaitan dengan nilai 35 dalam satuan praktis. Beberapa oseanografer menggunakan satuan "psu" dalam menuliskan harga salinitas, yang merupakan singkatan dari "practical salinity unit". Karena salinitas praktis adalah rasio, maka sebenarnya ia tidak memiliki satuan, jadi penggunaan satuan "psu" sebenarnya tidak mengandung makna apapun dan tidak diperlukan. Pada kebanyakan peralatan yang ada saat ini, pengukuran harga salinitas dilakukan berdasarkan pada hasil pengukuran konduktivitas.
Salinitas di daerah subpolar (yaitu daerah di atas daerah subtropis hingga mendekati kutub) rendah di permukaan dan bertambah secara tetap (monotonik) terhadap kedalaman. Di daerah subtropis (atau semi tropis, yaitu daerah antara 23,5o - 40oLU atau 23,5o - 40oLS), salinitas di permukaan lebih besar daripada di kedalaman akibat besarnya evaporasi (penguapan). Di kedalaman sekitar 500 sampai 1000 meter harga salinitasnya rendah dan kembali bertambah secara monotonik terhadap kedalaman. Sementara itu, di daerah tropis salinitas di permukaan lebih rendah daripada di kedalaman akibatnya tingginya presipitasi (curah hujan).
Gambar 3. Typical temperature and salinity profiles in the open ocean.
3.2. Sebaran Salinitas di Laut
Sebaran salinitas di laut dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti pola sirkulasi air, penguapan, curah hujan, aliran sungai. Perairan estuaria atau daerah sekitar kuala dapat mempunyai struktur salinitas yang kompleks, karena selain merupakan pertemuan antara air tawar yang relatif lebih ringan dan air laut yang lebih berat, juga pengadukan air sangat menentukan. Beberapa kemungkinan ditunjukkan secara diagramatis pada gambar 1. Pertama adalah perairan dengan stratifikasi salinitas yang sangat kuat, terjadi di mana air tawar merupakan lapisan yang tipis di permukaan sedangkan di bawahnya terdapat air laut. Ini bisa ditemukan di depan muara sungai yang alirannya kuat sedangkan pengaruh pasang-surut kecil. Nelayan atau pelaut di pantai Sumatra yang dalam keadaan darurat kehabisan air tawar kadang-kadang masih dapat menyiduk air tawar di lapisan tipis teratas dengan menggunakan piring, bila berada di depan muara sungai besar.
Kedua, adalah perairan dengan stratifikasi sedang. Ini terjadi karena adanya gerak pasang-surut yang menyebabkan terjadinya pengadukan pada kolom air hingga terjadi pertukaran air secara vertikal. Di permukaan, air cenderung mengalir keluar sedangkan air laut merayap masuk dari bawah. Antara keduanya terjadi percampuran. Akibatnya garis isohalin (=garis yang menghubungkan salinitas yang sama) mempunyai arah yang condong ke luar. Keadaan semacam ini juaga bisa dijumpai di beberapa perairan estuaria di Sumatra.
Di perairan lepas pantai yang dalam, angin dapat pula melakukan pengadukan di lapisan atas hingga membentuk lapisan homogen kira-kira setebal 50-70 m atau lebih bergantung intensitas pengadukan. Di perairan dangkal, lapisan homogen ini berlanjut sampai ke dasar. Di lapisan dengan salinitas homogen, suhu juga biasanya homogen. Baru di bawahnya terdapat lapisan pegat (discontinuity layer) dengan gradasi densitas yang tajam yang menghambat percampuran antara lapisan di atas dan di bawahnya.
Di bawah lapisan homogen, sebaran salinitas tidak banyak lagi ditentukan oleh angin tetapi oleh pola sirkulasi massa air di lapisan massa air di lapisan dalam. Gerakan massa air ini bisa ditelusuri antara lain dengan mengakji sifat-sifat sebaran salinitas maksimum dan salinitas minimum dengan metode inti (core layer method).
Salinitas di daerah subpolar (yaitu daerah di atas daerah subtropis hingga mendekati kutub) rendah di permukaan dan bertambah secara tetap (monotonik) terhadap kedalaman. Di daerah subtropis (atau semi tropis, yaitu daerah antara 23,5o – 40oLU atau 23,5o – 40oLS), salinitas di permukaan lebih besar daripada di kedalaman akibat besarnya evaporasi (penguapan). Di kedalaman sekitar 500 sampai 1000 meter harga salinitasnya rendah dan kembali bertambah secara monotonik terhadap kedalaman. Sementara itu, di daerah tropis salinitas di permukaan lebih rendah daripada di kedalaman akibatnya tingginya presipitasi (curah hujan).
3.3. Dinamika Salinitas di Daerah Estuaria
Estuaria adalah perairan muara sungai semi tertutup yang berhubungan bebas dengan laut, sehingga air laut dengan salinitas tinggi dapat bercampur dengan air tawar. Estuaria dapat terjadi pada lembah-lembah sungai yang tergenang air laut, baik karena permukaan laut yang naik (misalnya pada zaman es mencair) atau pun karena turunnya sebagian daratan oleh sebab-sebab tektonis. Estuaria juga dapat terbentuk pada muara-muara sungai yang sebagian terlindungi oleh beting pasir atau lumpur.
Kombinasi pengaruh air laut dan air tawar akan menghasilkan suatu komunitas yang khas, dengan lingkungan yang bervariasi, antara lain:
1. Tempat bertemunya arus air tawar dengan arus pasang-surut, yang berlawanan menyebabkan suatu pengaruh yang kuat pada sedimentasi, pencampuran air, dan ciri-ciri fisika lainnya, serta membawa pengaruh besar pada biotanya.
2. Pencampuran kedua macam air tersebut menghasilkan suatu sifat fisika lingkungan khusus yang tidak sama dengan sifat air sungai maupun sifat air laut.
3. Perubahan yang terjadi akibat adanya pasang-surut mengharuskan komunitas mengadakan penyesuaian secara fisiologis dengan lingkungan sekelilingnya.
4. Tingkat kadar garam di daerah estuaria tergantung pada pasang-surut air laut, banyaknya aliran air tawar dan arus-arus lainnya, serta topografi daerah estuaria tersebut.
3.4. Model Salinitas
”Model Salinitas” adalah suatu penggambaran atas kadar garam yang terdapat pada air, baik kandungan atau perbedaannya sehingga untuk tiap daerah dimungkinkan terdapat perbedaan ”model salinitas”nya.
Perubahan salinitas dipengaruhi oleh pasang surut dan musim. Ke arah darat, salinitas muara cenderung lebih rendah. Tetapi selama musim kemarau pada saat aliran air sungai berkurang, air laut dapat masuk lebih jauh ke arah darat sehingga salinitas muara meningkat. Sebaliknya pada musim hujan, air tawar mengalir dari sungai ke laut dalam jumlah yang lebih besar sehingga salinitas air di muara menurun.
Perbedaan salinitas dapat mengakibatkan terjadinya lidah air tawar dan pergerakan massa di muara. Perbedaan salinitas air laut dengan air sungai yang bertemu di muara menyebabkan keduanya bercampur membentuk air payau. Karena kadar garam air laut lebih besar, maka air laut cenderung bergerak di dasar perairan sedangkan air tawar di bagian permukaan. Keadaan ini mengakibatkan terjadinya sirkulasi air di muara.
Aliran air tawar yang terjadi terus-menerus dari hulu sungai membawa mineral, bahan organik, dan sedimen ke perairan muara. Di samping itu, unsur hara terangkut dari laut ke daerah muara oleh adanya gerakan air akibat arus dan pasang surut. Unsur-unsur hara yang terbawa ke muara merupakan bahan dasar yang diperlukan untuk fotosintesis yang menunjang produktifitas perairan. Itulah sebabnya produktifitas muara melebihi produktifitas ekosistem laut lepas dan perairan tawar. Lingkungan muara yang paling produktif di jumpai di daerah yang ditumbuhi komunitas bakau.
BAB IV
DENSITAS AIR LAUT
Densitas merupakan salah satu parameter terpenting dalam mempelajari dinamika laut. Perbedaan densitas yang kecil secara horisontal (misalnya akibat perbedaan pemanasan di permukaan) dapat menghasilkan arus laut yang sangat kuat. Oleh karena itu penentuan densitas merupakan hal yang sangat penting dalam oseanografi. Lambang yang digunakan untuk menyatakan densitas adalah ρ (rho).
Densitas air laut bergantung pada temperatur (T), salinitas (S) dan tekanan (p). Kebergantungan ini dikenal sebagai persamaan keadaan air laut (Equation of State of Sea Water):
ρ = ρ(T,S,p)
Penentuan dasar pertama dalam membuat persamaan di atas dilakukan oleh Knudsen dan Ekman pada tahun 1902. Pada persamaan mereka, ρ dinyatakan dalam g cm-3. Penentuan dasar yang baru didasarkan pada data tekanan dan salinitas dengan kisaran yang lebih besar, menghasilkan persamaan densitas baru yang dikenal sebagai Persamaan Keadaan Internasional (The International Equation of State, 1980). Persamaan ini menggunakan temperatur dalam oC, salinitas dari Skala Salinitas Praktis dan tekanan dalam dbar (1 dbar = 10.000 pascal = 10.000 N m-2). Densitas dalam persamaan ini dinyatakan dalam kg m-3. Jadi, densitas dengan harga 1,025 g cm-3 dalam rumusan yang lama sama dengan densitas dengan harga 1025 kg m-3 dalam Persamaan Keadaan Internasional.
Densitas bertambah dengan bertambahnya salinitas dan berkurangnya temperatur, kecuali pada temperatur di bawah densitas maksimum. Densitas air laut terletak pada kisaran 1025 kg m-3 sedangkan pada air tawar 1000 kg m-3. Para oseanografer biasanya menggunakan lambang σt (huruf Yunani sigma dengan subskrip t, dan dibaca sigma-t) untuk menyatakan densitas air laut. dimana σt = ρ - 1000 dan biasanya tidak menggunakan satuan (seharusnya menggunakan satuan yang sama dengan ρ). Densitas rata-rata air laut adalah σt = 25. Aturan praktis yang dapat kita gunakan untuk menentukan perubahan densitas adalah: σt berubah dengan nilai yang sama jika T berubah 1oC, S 0,1, dan p yang sebanding dengan perubahan kedalaman 50 m.
Densitas maksimum terjadi di atas titik beku untuk salinitas di bawah 24,7 dan di bawah titik beku untuk salinitas di atas 24,7. Hal ini mengakibatkan adanya konveksi panas.
• S < 24.7 : air menjadi dingin hingga dicapai densitas maksimum, kemudian jika air permukaan menjadi lebih ringan (ketika densitas maksimum telah terlewati) pendinginan terjadi hanya pada lapisan campuran akibat angin (wind mixed layer) saja, dimana akhirnya terjadi pembekuan. Di bagian kolam (basin) yang lebih dalam akan dipenuhi oleh air dengan densitas maksimum. • S > 24.7 : konveksi selalu terjadi di keseluruhan badan air. Pendinginan diperlambat akibat adanya sejumlah besar energi panas (heat) yang tersimpan di dalam badan air. Hal ini terjadi karena air mencapai titik bekunya sebelum densitas maksimum tercapai.
Seperti halnya pada temperatur, pada densitas juga dikenal parameter densitas potensial yang didefinisikan sebagai densitas parsel air laut yang dibawa secara adiabatis ke level tekanan referensi.
a. Tekanan dan Kedalaman Laut
Tekanan air laut bertambah terhadap kedalaman. Kedalaman air laut biasanya diukur dengan menggunakan echo sounder atau CTD (Conductivity, Temperature, Depth). Kedalaman yang diukur dengan menggunakan CTD didasarkan pada harga tekanan. Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas. Seperti telah disebutkan di atas, semakin ke dalam, tekanan air laut akan semakin besar. Hal ini disebabkan oleh semakin besarnya gaya yang bekerja pada lapisan yang lebih dalam. Satuan dari tekanan dalam cgs adalah dynes/cm2, sedangkan dalam mks adalah Newton/m2. Satu Pascal sama dengan satu Newton/m2. Dalam oseanografi, satuan tekanan yang digunakan adalah desibar (disingkat dbar), dimana 1 dbar = 10-1 bar = 105 dynes/cm2 = 104 Pascal.
Gaya akibat tekanan bekerja dari tekanan yang berbeda pada satu titik ke titik lainnya. Gaya ini bekerja dari tekanan yang lebih tinggi ke tekanan yang lebih rendah. Di laut, gaya gravitasi yang bekerja (ke arah bawah) akan diimbangi oleh gaya akibat adanya perbedaan tekanan tersebut (ke arah atas), sehingga air yang bergerak ke bawah tidak akan mengalami percepatan. Tekanan pada satu kedalaman bergantung pada massa air yang berada di atasnya. Persamaan yang digunakan untuk mengukur harga kedalaman dari harga tekanan adalah persamaan hidrostatis, yaitu dp=ρ*g*dh, dimana dp=perubahan tekanan, ρ=densitas air laut, g=percepatan gravitasi, dan dh=perubahan kedalaman. Jadi, jika tekanan berubah sebesar 100 dbar, dengan harga percepatan gravitasi g=9.8 m/det2 dan densitas air laut ρ=1025 kg/m3, maka perubahan kedalamannya adalah 99,55 meter. Variasi tekanan di laut berada pada kisaran nol (di permukaan) hingga 10.000 dbar (di kedalaman paling dalam).
b. Sifat fisis air laut
Air laut merupakan campuran dari 96,5% air murni dan 3,5% material lainnya seperti garam-garaman, gas-gas terlarut, bahan-bahan organik dan partikel-partikel tak terlarut. Sifat-sifat fisis utama air laut ditentukan oleh 96,5% air murni.
1. Sifat Air Murni
Air murni jika dibandingkan dengan cairan lain (dengan komposisi yang sama), memiliki sifat
yang khas dan luar biasa (uncommon). Hal ini merupakan hasil dari struktur molekul air
(H2O), dimana atom-atom hidrogen yang membawa 1 muatan atom positif dan oksigen yang
membawa 2 muatan atom negatif membentuk sebuah molekul sedemikian rupa dimana
muatan-muatan atom tersebut tidak ternetralisir karena sudut yang terbentuk antara dua atom
hidrogen hanya sebesar 105o (kondisi netral akan terbentuk jika sudut yang terbentuk adalah
180o). Akibatnya, air murni memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
1. Molekul air merupakan dipol elektrik, yang membentuk suatu kumpulan molekul (polimer) dengan rata-rata 6 molekul pada temperatur 20oC. Oleh karena itu air bereaksi lebih lambat (untuk berubah) daripada molekul-molekul individunya.
2. Air memiliki daya pisah yang luar biasa besar, akibatnya material terlarut akan memperbesar daya hantar listrik air. Air murni memiliki daya hantar listrik yang relatif rendah, tetapi air laut memiliki daya hantar antara air murni dan tembaga. Pada temperatur 20oC, daya hambat (resistensi) air laut 1,3 kilometer (dengan kandungan garam 3,5%) sebanding dengan air murni 1 milimeter.
3. Sudut 105o dekat dengan sudut tetrahedron, yaitu struktur dengan 4 lengan yang keluar
dari atom pusat dengan sudut seragam (sebesar 109o28') . Akibatnya, atom oksigen di dalam air berusaha untuk mendapatkan 4 atom hidrogen dalam suatu susunan tetrahedral. Ini disebut sebagai ikatan hidrogen (hydrogen bond) yang membutuhkan energi ikat 10 hingga 100 kali lebih kecil daripada ikatan-ikatan molekul sehingga air bersifat lebih fleksibel dalam reaksinya merubah kondisi-kondisi kimiawi.
4. Tetrahedron memiliki sifat dasar jaringan yang lebih lebar dibanding susunan kumpulan
molekuler yang terdekat. Mereka membentuk kumpulan satu, dua, empat dan delapan molekul. Pada temperatur tinggi kumpulan molekul satu dan dua lebih dominan; sementara itu dengan turunnya temperatur, tandan (cluster) yang lebih besarlah yang akan dominan. Tandan yang lebih besar mengisi ruang yang lebih kecil daripada jumlah molekul yang sama dengan tandan yang lebih kecil. Akibatnya, kerapatan (densitas) air mencapai nilai maksimumnya pada temperatur 4oC.
Ketika membeku, seluruh molekul air membentuk tetrahedron yang mengakibatkan adanya ekspansi volume secara tiba-tiba, yaitu dengan berkurangnya densitas. Oleh karena itu, air pada fasa padat jauh lebih ringan daripada air pada fasa cair, dimana hal ini merupakan sifat yang jarang kita dapati. Akibatnya:
1. Es akan mengambang. Hal ini penting untuk kehidupan di danau air tawar, karena es
berperan sebagai penyekat terhadap pelepasan energi panas (heat) sehingga pembekuan air dari permukaan hingga ke dasar tidak akan terjadi.
2. Densitas menurun secara cepat pada saat titik beku air tercapai. Ekspansi yang terjadi pada
saat membeku merupakan penyebab utama dalam pelapukan batuan.
3. Titik beku berkurang di bawah tekanan, akibatnya pencairan terjadi pada dasar glacier yang
memudahan terjadinya aliran glacier.
4. Rantai hidrogen putus di bawah tekanan, sehingga es di bawah tekanan akan menjadi plastis, akibatnya daratan es di Antartika dan Artik mengalir melepaskan gunung es di bagian terluarnya. Tanpa proses ini, maka semua air akan menjadi es di daerah kutub.
2. Salinitas
Seperti telah disebutkan di atas, air laut mengandung 3,5% garam-garaman, gas-gas terlarut, bahan-bahan organik dan partikel-partikel tak terlarut. Keberadaan garam-garaman mempengaruhi sifat fisis air laut (densitas, kompresibilitas, titik beku, temperatur dimana densitas menjadi maksimum) beberapa tingkat tetapi tidak menentukannya. Beberapa sifat (viskositas, daya serap cahaya) tidak terpengaruh secara signifikan oleh salinitas. Dua sifat yang sangat ditentukan oleh jumlah garam di laut adalah daya hantar listrik (konduktivitas) dan tekanan osmosis. Garam-garaman utama yang terdapat dalam air laut adalah klorida (55%), natrium (31%), sulfat (8%), magnesium (4%), kalsium (1%), potasium (1%) dan sisanya (kurang dari 1%) teridiri dari bikarbonat, bromida, asam borak, strontium dan florida. Tiga sumber utama dari garam-garaman di laut adalah pelapukan batuan di darat, gas-gas vulkanik dan sirkulasi lubang-lubang hidrotermal (hydrothermal vents) di laut dalam.
Secara ideal, salinitas merupakan jumlah dari seluruh garam-garaman dalam gram pada setiap kilogram air laut. Secara praktis, untuk mengukur salinitas adalah susah, oleh karena itu penentuan harga salinitas dilakukan dengan meninjau komponen yang terpenting saja yaitu klorida (Cl). Kandungan klorida ditetapkan pada tahun 1902 sebagai jumlah dalam gram ion klorida pada satu kilogram air laut jika semua halogen digantikan oleh klorida. Penetapan ini mencerminkan proses kimiawi titrasi untuk menentukan kandungan klorida.
Salinitas ditetapkan pada tahun 1902 sebagai jumlah total dalam gram bahan-bahan terlarut dalam satu kilogram air laut jika semua karbonat dirubah menjadi oksida, semua bromida dan yodium dirubah menjadi klorida dan semua bahan-bahan organik dioksidasi. Selanjutnya hubungan antara salinitas dan klorida ditentukan melalui suatu rangkaian pengukuran dasar laboratorium berdasarkan pada sampel air laut di seluruh dunia dan dinyatakan sebagai:
S (o/oo) = 0.03 +1.805 Cl (o/oo) (1902)
Lambang o/oo (dibaca per mil) adalah bagian per seribu. Kandungan garam 3,5% sebanding dengan 35o/oo atau 35 gram garam di dalam satu kilogram air laut.
Persamaan tahun 1902 di atas akan memberikan harga salinitas sebesar 0,03o/oo jika klorinitas sama dengan nol dan hal ini sangat menarik perhatian dan menunjukkan adanya masalah dalam sampel air yang digunakan untuk pengukuran laboratorium. Oleh karena itu, pada tahun 1969 UNESCO memutuskan untuk mengulang kembali penentuan dasar hubungan antara klorinitas dan salinitas dan memperkenalkan definisi baru yang dikenal sebagai salinitas absolut dengan rumus:
S (o/oo) = 1.80655 Cl (o/oo) (1969)
Namun demikian, dari hasil pengulangan definisi ini ternyata didapatkan hasil yang sama dengan definisi sebelumnya.
Definisi salinitas ditinjau kembali ketika tekhnik untuk menentukan salinitas dari pengukuran konduktivitas, temperatur dan tekanan dikembangkan. Sejak tahun 1978, didefinisikan suatu satuan baru yaitu Practical Salinity Scale (Skala Salinitas Praktis) dengan simbol S, sebagai rasio dari konduktivitas. "Salinitas praktis dari suatu sampel air laut ditetapkan sebagai rasio dari konduktivitas listrik (K) sampel air laut pada temperatur 15oC dan tekanan satu standar atmosfer terhadap larutan kalium klorida (KCl), dimana bagian massa KCl adalah 0,0324356 pada temperatur dan tekanan yang sama. Rumus dari definisi ini adalah:
S = 0.0080 - 0.1692 K1/2 + 25.3853 K + 14.0941 K3/2 - 7.0261 K2 + 2.7081 K5/2
Sebagai catatan: dari penggunaan definisi baru ini, dimana salinitas dinyatakan sebagai rasio, maka satuan o/oo tidak lagi berlaku, nilai 35o/oo berkaitan dengan nilai 35 dalam satuan praktis. Beberapa oseanografer menggunakan satuan "psu" dalam menuliskan harga salinitas, yang merupakan singkatan dari "practical salinity unit". Karena salinitas praktis adalah rasio, maka sebenarnya ia tidak memiliki satuan, jadi penggunaan satuan "psu" sebenarnya tidak mengandung makna apapun dan tidak diperlukan. Pada kebanyakan peralatan yang ada saat ini, pengukuran harga salinitas dilakukan berdasarkan pada hasil pengukuran konduktivitas.
Salinitas di daerah subpolar (yaitu daerah di atas daerah subtropis hingga ke mendekati kutub) rendah di permukaan dan bertambah secara tetap (monotonik) terhadap kedalaman. Di daerah subtropis (atau semi tropis, yaitu daerah antara 23,5o - 40oLU atau 23,5o - 40oLS) salinitas di permukaan lebih besar daripada di kedalaman akibat besarnya evaporasi (penguapan). Di kedalaman sekitar 500 sampai 1000 meter harga salinitasnya rendah dan kembali bertambah secara monotonik terhadap kedalaman. Sementara itu, di daerah tropis salinitas di permukaan lebih rendah daripada di kedalaman akibatnya tingginya presipitasi (curah hujan) ( lihat gambar).
3. Temperatur
Dalam oseanografi dikenal dua istilah untuk menentukan temperatur air laut yaitu temperatur dan temperatur potensial. Temperatur adalah sifat termodinamis cairan karena aktivitas molekul dan atom di dalam cairan tersebut. Semakin besar aktivitas (energi), semakin tinggi pula temperaturnya. Temperatur menunjukkan kandungan energi panas. Energi panas dan temperatur dihubungkan oleh energi panas spesifik. Energi panas spesifik sendiri secara sederhana dapat diartikan sebagai jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur dari satu satuan massa fluida sebesar 1o. Jika kandungan energi panas nol (tidak ada aktivitas atom dan molekul dalam fluida) maka temperaturnya secara absolut juga nol (dalam skala Kelvin). Jadi nol dalam skala Kelvin adalah suatu kondisi dimana sama sekali tidak ada aktivitas atom dan molekul dalam suatu fluida. Temperatur air laut di permukaan ditentukan oleh adanya pemanasan (heating) di daerah tropis dan pendinginan (cooling) di daerah lintang tinggi. Kisaran harga temperatur di laut adalah -2o s.d. 35oC.
Tekanan di dalam laut akan bertambah dengan bertambahnya kedalaman. Sebuah parsel air yang bergerak dari satu level tekanan ke level tekanan yang lain akan mengalami penekanan (kompresi) atau pengembangan (ekspansi). Jika parsel air mengalamai penekanan secara adiabatis (tanpa terjadi pertukaran energi panas), maka temperaturnya akan bertambah. Sebaliknya, jika parsel air mengalami pengembangan (juga secara adiabatis), maka temperaturnya akan berkurang. Perubahan temperatur yang terjadi akibat penekanan dan pengembangan ini bukanlah nilai yang ingin kita cari, karena di dalamnya tidak terjadi perubahan kandungan energi panas. Untuk itu, jika kita ingin membandingkan temperatur air pada suatu level tekanan dengan level tekanan lainnya, efek penekanan dan pengembangan adiabatik harus dihilangkan. Maka dari itu didefinisikanlah temperatur potensial, yaitu temperatur dimana parsel air telah dipindahkan secara adiabatis ke level tekanan yang lain. Di laut, biasanya digunakan permukaan laut sebagai tekanan referensi untuk temperatur potensial. Jadi kita membandingkan harga temperatur pada level tekanan yang berbeda jika parsel air telah dibawa, tanpa percampuran dan difusi, ke permukaan laut. Karena tekanan di atas permukaan laut adalah yang terendah (jika dibandingkan dengan tekanan di kedalaman laut yang lebih dalam), maka temperatur potensial (yang dihitung pada tekanan permukaan) akan selalu lebih rendah daripada temperatur sebenarnya.
Satuan untuk temperatur dan temperatur potensial adalah derajat Celcius. Sementara itu, jika temperatur akan digunakan untuk menghitung kandungan energi panas dan transpor energi panas, harus digunakan satuan Kelvin. 0oC = 273,16K. Perubahan 1oC sama dengan perubahan 1K. Seperti telah disebutkan di atas, temperatur menunjukkan kandungan energi panas, dimana energi panas dan temperatur dihubungkan melalui energi panas spesifik. Energi panas persatuan volume dihitung dari harga temperatur menggunakan rumus Q = densitas*energi panas specifik*temperatur (temperatur dalam satuan Kelvin). Jika tekanan tidak sama dengan nol, perhitungan energi panas di lautan harus menggunakan temperatur potensial. Satuan untuk energi panas (dalam mks) adalah Joule. Sementara itu, perubahan energi panas dinyatakan dalam Watt (Joule/detik). Aliran (fluks) energi panas dinyatakan dalam Watt/meter2 (energi per detik per satuan luas).
4. Konduktivitas
Konduktivitas air laut bergantung pada jumlah ion-ion terlarut per volumenya dan mobilitas ion-ion tersebut. Satuannya adalah mS/cm (milli-Siemens per centimeter). Konduktivitas bertambah dengan jumlah yang sama dengan bertambahnya salinitas sebesar 0,01, temperatur sebesar 0,01 dan kedalaman sebesar 20 meter. Secara umum, faktor yang paling dominan dalam perubahan konduktivitas di laut adalah temperatur.
5. Densitas
Densitas merupakan salah satu parameter terpenting dalam mempelajari dinamika laut. Perbedaan densitas yang kecil secara horisontal (misalnya akibat perbedaan pemanasan di permukaan) dapat menghasilkan arus laut yang sangat kuat. Oleh karena itu penentuan densitas merupakan hal yang sangat penting dalam oseanografi. Lambang yang digunakan untuk menyatakan densitas adalah
Densitas air laut bergantung pada temperatur (T), salinitas (S) dan tekanan (p). Kebergantungan ini dikenal sebagai persamaan keadaan air laut (Equation of State of Sea Water):
ρ = ρ(T,S,p)
Penentuan dasar pertama dalam membuat persamaan di atas dilakukan oleh Knudsen dan Ekman pada tahun 1902. Pada persamaan mereka, ρ dinyatakan dalam g cm-3. Penentuan dasar yang baru didasarkan pada data tekanan dan salinitas dengan kisaran yang lebih besar, menghasilkan persamaan densitas baru yang dikenal sebagai Persamaan Keadaan Internasional (The International Equation of State, 1980). Persamaan ini menggunakan temperatur dalam oC, salinitas dari Skala Salinitas Praktis dan tekanan dalam dbar (1 dbar = 10.000 pascal = 10.000 N m-2). Densitas dalam persamaan ini dinyatakan dalam kg m-3. Jadi, densitas dengan harga 1,025 g cm-3 dalam rumusan yang lama sama dengan densitas dengan harga 1025 kg m-3 dalam Persamaan Keadaan Internasional.
Densitas bertambah dengan bertambahnya salinitas dan berkurangnya temperatur, kecuali pada temperatur di bawah densitas maksimum. Densitas air laut terletak pada kisaran 1025 kg m-3 sedangkan pada air tawar 1000 kg m-3. Oseanografer biasanya menggunakan lambang σt (huruf Yunani sigma dengan subskrip t, dan dibaca sigma-t) untuk menyatakan densitas air laut. dimana σt = ρ - 1000 dan biasanya tidak menggunakan satuan (seharusnya menggunakan satuan yang sama dengan ρ). Densitas rata-rata air laut adalah σt = 25 (lihat gambar). Aturan praktis yang dapat kita gunakan untuk menentukan perubahan densitas adalah: σt berubah dengan nilai yang sama jika T berubah 1oC, S 0,1, dan p yang sebanding dengan perubahan kedalaman 50 m.
Perlu diperhatikan bahwa densitas maksimum terjadi di atas titik beku untuk salinitas di bawah 24,7 dan di bawah titik beku untuk salinitas di atas 24,7. Hal ini mengakibatkan adanya konveksi panas.
* S < 24.7: air menjadi dingin hingga dicapai densitas maksimum, kemudian jika air permukaan menjadi lebih ringan (ketika densitas maksimum telah terlewati) pendinginan terjadi hanya pada lapisan campuran akibat angin (wind mixed layer) saja, dimana akhirnya terjadi pembekuan. Di bagian kolam (basin) yang lebih dalam akan dipenuhi oleh air dengan densitas maksimum.
* S > 24.7: konveksi selalu terjadi di keseluruhan badan air. Pendinginan diperlambat akibat adanya sejumlah besar energi panas (heat) yang tersimpan di dalam badan air. Hal ini terjadi karena air mencapai titik bekunya sebelum densitas maksimum tercapai.
c. Sirkulasi Laut
Sirkulasi laut adalah pergerakan massa air di laut. Sirkulasi laut di permukaan dibangkitkan oleh stres angin yang bekerja di permukaan laut dan disebut sebagai sirkulasi laut yang dibangkitkan oleh angin (wind driven ocean circulation). Selain itu, ada juga sirkulasi yang bukan dibangkitkan oleh angin yang disebut sebagai sirkulasi termohalin (thermohaline circulation) dan sirkulasi akibat pasang surut laut. Sirkulasi termohalin dibangkitkan oleh adanya perbedaan densitas air laut. Istilah termohalin sendiri berasal dari dua kata yaitu thermo yang berarti temperatur dan haline yang berarti salinitas. Penamaan ini diberikan karena densitas air laut sangat dipengaruhi oleh temperatur dan salinitas. Sementara itu, sirkulasi laut akibat pasang surut laut disebabkan oleh adanya perbedaan distribusi tinggi muka laut akibat adanya interaksi bumi, bulan dan matahari.
Sirkulasi di permukaan membawa massa air laut yang hangat dari daerah tropis menuju ke daerah kutub. Di sepanjang perjalanannya, energi panas yang dibawa oleh massa air yang hangat tersebut akan dilepaskan ke atmosfer. Di daerah kutub, air menjadi lebih dingin pada saat musim dingin sehingga terjadi proses sinking (turunnnya massa air dengan densitas yang lebih besar ke kedalaman). Hal ini terjadi di Samudera Atlantik Utara dan sepanjang Antartika. Air laut dari kedalaman secara perlahan-lahan akan kembali ke dekat permukaan dan dibawa kembali ke daerah tropis, sehingga terbentuklah sebuah siklus pergerakan massa air yang disebut Sabuk Sirkulasi Laut Global (Global Conveyor Belt). Semakin efisien siklus yang terjadi, maka akan semakin banyak pula energi panas yang ditransfer dan iklim di bumi akan semakin hangat.
Akibat bumi yang berotasi, maka aliran massa air (arus) yang terjadi akan dibelokkan ke arah kanan di belahan bumi utara (BBU) dan ke kiri di belahan bumi selatan (BBS). Efek ini dikenal sebagai gaya semu Coriolis. Pembelokkan ini menjadikan tinggi dan rendahnya elevasi muka laut berbanding secara langsung dengan kecepatan arus permukaan. Perubahan elevasi muka laut yang diakibatkan aliran massa air ini disebut sebagai topografi laut dan saat ini dapat diamati dengan menggunakan satelit TOPEX/Poseidon. Dengan bantuan data dari satelit ini, maka para ahli dapat memetakan pola arus laut global.
Variasi yang terjadi pada sirkulasi laut mengakibatkan variasi pada transpor energi panas dan pola musim. Seperti diketahui bahwa laut memiliki peranan yang sangat penting dalam mendsitribusikan energi panas dari daerah ekuator ke daerah kutub karena kemampuan air untuk menyimpan energi panas dalam waktu yang sangat lama (bandingkan dengan tanah yang cepat menjadi dingin ketika matahari sudah tidak menyinarinya lagi). Hal ini menjadi bagian yang sangat vital dalam menentukan pola cuaca/iklim di bumi. Menurut penelitian yang dilakukan di University of Bern dengan menggunakan model iklim dengan perata-rataan ke arah zonal (zonally averaged climate model), pemanasan global yang terjadi saat ini akibat adanya efek gas rumah kaca bisa merubah dan bahkan mematikan sabuk sirkluasi laut global (Stocker and Schmittner, 1997). Pembahasan lebih rinci tentang hal ini dapat dilihat di bagian laut dan iklim.
d. Angin
Angin (wind) adalah pergerakan masa udara yang disebabkan karena adanya perbedaan tekanan dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Atau bisa dikatakan juga bahwa angin terjadi karena adanya perbedaan suhu/temperatur yaitu angin bergerak dari temperatur rendah ke temperatur tinggi.Meskipun pada kenyataan angin tidak dapat dilihat bagaimana wujudnya, namun masih dapat diketahui keberadaannya melalui efek yang ditimbulkan pada benda – benda yang mendapat hembusan angin. Seperti ketika kita melihat dahan – dahan pohon bergerak atau bendera yang berkibar kita tahu bahwa ada angin yang berhembus. Dari mana angin bertiup dan berapa kecepatannya dapat diketahui dengan menggunakan alat – alat pengukur angin. Alat–alat pengukur angin tersebut adalah :
1. Anemometer, yaitu alat yang mengukur kecepatan angin.
2. Wind vane, yaitu alat untuk mengetahui arah angin.
3. Windsock, yaitu alat untuk mengetahui arah angin dan memperkirakan besar kecepatan angin. Biasanya ditemukan di bandara – bandara.
Selain dengan menggunakan alat–alat pengukur angin, arah dan kecepatan angin juga dapat diukur/diperkirakan dengan menggunakan tabel Skala Beaufort.
e. Gelombang
Gelombang selalu menimbulkan sebuah ayunan air yang bergerak tanpa henti-hentinya pada lapisan permukaan laut dan jarang dalam keadaan sama sekali diam. Hembusan angin sepoi-sepoi pada cuaca yang tenang sekalipun sudah cukup untuk dapat menimbulkan riak gelombang. Sebaliknya dalam keadaan dimana terjadai badai yang besar dapat menimbulkan suatu gelombang besar. Susunan gelombangdi laut baik bentuk maupun macamnya sangat bervariasi dan kompleks, sehingga mengakibatkan mereka ini hamper tidak dapat diuraikan. Bagian-bagian gelombang adalah:
a. Crest: titik tertinggi (puncak) gelombang
b. Trough: titik terendah (lembah) gelombang
c. Wave height: jarak vertikal antara crest dan trough
d. Panjang gelombang (wavelength): jarak berturut-turut antara dua buah crest atau dua buah trough
e. Periode gelombang (wave period): waktu yang dibutuhkan crest untuk kembali pada titik semula secara berturut-turut
f. Kemiringan gelombang (wave steepness): perbandingan antara panjang gelombang dengan tinggi gelombang.
Angin yang bertiup diatas permukaan laut merupakan pembangkit utama gelombang. Bentuk gelombang yang dihasilkan cenderung tidak tertentu dan tergantung pada bermacam-macam sifat seperti tinggi, periode dimana daerah yang yang dibentuk. Kenyataanya gelombang kebanyakan berjalan pada jarak yang luas, sehingga mereka bergerak makin jauh dari tempat aslinya dan tidak lagi dipengaruhi langsung oleh angin, maka mereka akan berbentuk lebih teratur. Bentuk ini dikenal sebagai swell.
Sifat-sifat gelombang dipengaruhi oleh tiga bentuk angin, yaitu:
a. Kecepatan angin. Umunya makin kencang angin yang bertiup maka besar gelombang yang terbentuk dan gelombang ini mempunyai kecepatan yang tinggi dan panjang gelombang yang besar. Tetapi gelombang yang terbentuk dengan cara ini puncaknya kurang curam dengan dibandingkan dengan yang dibangkitkan oleh angin yang berkecepatan lebih lemah.
b. Waktu dimana angin sedang bertiup. Tinggi, kecepatan dan panjang gelombang seluruhnya cenderung untuk meningkat sesuai dengan meningkatnya waktu pada saat angin pembangkit gelombang mulai bertiup.
c. Jarak tanpa rintangan dimana angin sedang bertiup (fetch). Pentingnya fetch dapat digambarkan dengan membandingkan gelombang yang terbentuk pada kolom air yang relative kecil.
A. Kandungan Fisik Air Laut
Kandungan fisik dan kimia air laut merupakan akibat dari struktur atom air. Air merupakan gabungan dari hydrogen dan oksigen yang berhubungan dengan covalen bond (covalen bond hubungan antara 2 atom dalam molekul hasil pembagian dari electron). Covalen bond ada ketika elemen membagi elektronnyake dalam bentuk campuran.di dalam air, hydrogen dan oksigen berhubungan langsung dengan sudut 105º.
Masing-masing atom hydrogen dan oksigen memiliki electron yang didistribusikan tidak sama, dengan cara itulah masing-masing atom hydrogen bermuatan positif dan atom oksigen bermuatan negative. Air yang bersifat positif dan negative secara bersama-sama memberikan struktur molekul dipolar. Masing-masing sumbu positif (atom II) saling tarik menarik dan membentuk hubungan yang lemah, sumbu negative (atom B) dimolekul lain.
Hubungan antara hydrogen ke atom oksigen disebut “hydrogen bond”. Karena merupakan agregasi cairan, jika ada molekul yang lebih banyak yang dapat diindikasikan dari jumlah H2O, jenis kandungan air terlihat tidak normal ketika dibandingkan dengan zat non polar seperti methane (cha) atau hydrogen sulfide (H2S), karena adanya hydrogen bond, air mempunyai titik didih (100º C) lebih tinggi dari yang diperkirakan.
B. Konduktifitas
Konduktifitas merupakan kapasitas dari air laut untuk memindahan arah aliran elektris dan bergantung pada konsentrasi ion-ion dan kecepatannya. Muatan atom disebut ion. Ion-ion yang lebih dalam setiap unit volume air. Teori kimia konduktifitas : ketika garam (sodium klorida/UaCl) dilarutkan dalam air, ion klorida negative menarik hydrogen positif dalam molekul air. Dengan cars ill,ion klorida atau klorit(Cl%) sebagai basis dapat ditentukan dengan rumus : S%=1,8 X Cl%.
Salinitas ditentukan berdasarkan kandungan klorida agak akurat. Salininitas dari air laut akan ditentukan pula denan arus listrik. Dengan arus listrik kita dapat mengetahui temperature dan besarnya salinitas.
C. Salinitas
Salinitas adalah kandungan garam yang ada dilaut dan biasanya diperhitungkan sebagai jumlah gram garam terlarut pada 1000 gram air laut.
Ahli ocenografi dari analisis intensif mereka berdasarkan air laut yang tenang dan terbuka dapat diketahui bahwa setiap 1 kg air laut terdapat 35 gram kandungan garamnya. Konsentrasi ini umumnya dinyatakan 35 bagian perseribu atau 35%. Salinitas dari lautan berfatiasi, mulai 33% sampai 38% dengan rata-rata 35 %. Salinitas dari air laut yang luas tergantung pada perbedaan antar evaporasi dan presipitasi, panjang dari aliran runoff, pembekuan dan es yang mencair. Dalam area yang evaporasinya tinggi seperti laut merah salinitasnya mendekati mendekati 40%tapi didekat muara sungai biasanya hanya 20%. Pada umumnya salinitas yang tersebar berada pada zone daerah kering.
Sebaran salinitas di laut dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti pola sirkulasi air, penguapan, curah hujan dan aliran sungai. Perairan dengan tingkat curah hujan tinggi dan dipengaruhi oleh aliran sungai memiliki salinitas yang rendah sedangkan perairan yang memiliki penguapan yang tinggi, salinitas perairannya tinggi. Selain itu pola sirkulasi juga berperan dalam penyebaran salinitas di suatu perairan.
Secara vertikal nilai salinitas air laut akan semakin besar dengan bertambahnya kedalaman. Di perairan laut lepas, angin sangat menentukan penyebaran salinitas secara vertikal. Pengadukan di dalam lapisan permukaan memungkinkan salinitas menjadi homogen. Terjadinya upwelling yang mengangkat massa air bersalinitas tinggi di lapisan dalam juga mengakibatkan meningkatnya salinitas permukaan perairan.
Sistem angin muson yang terjadi di wilayah Indonesia dapat berpengaruh terhadap sebaran salinitas perairan, baik secara vertikal maupun secara horisontal. Secara horisontal berhubungan dengan arus yang membawa massa air, sedangkan sebaran secara vertikal umumnya disebabkan oleh tiupan angin yang mengakibatkan terjadinya gerakan air secara vertikal. Menurut Wyrtki (1961), sistem angin muson menyebabkan terjadinya musim hujan dan panas yang akhirnya berdampak terhadap variasi tahunan salinitas perairan. Perubahan musim tersebut selanjutnya mengakibatkan terjadinya perubahan sirkulasi massa air yang bersalinitas tinggi dengan massa air bersalinitas rendah. Interaksi antara sistem angin muson dengan faktor-faktor yang lain, seperti run-off dari sungai, hujan, evaporasi, dan sirkulasi massa air dapat mengakibatkan distribusi salinitas menjadi sangat bervariasi. Pengaruh sistem angin muson terhadap sebaran salinitas pada beberapa bagian dari perairan Indonesia telah dikemukakan oleh Wyrtki (1961). Pada Musim Timur terjadi penaikan massa air lapisan dalam (upwelling) yang bersalinitas tinggi ke permukaan di Laut Banda bagian timur dan menpengaruhi sebaran salinitas perairan. Selain itu juga di pengaruhi oleh arus yang membawa massa air yang bersalinitas tinggi dari Lautan Pasifik yang masuk melalui Laut Halmahera dan Selat Torres. Di Laut Flores, salinitas perairan rendah pada Musim Barat sebagai akibat dari pengaruh masuknya massa air Laut Jawa, sedangkan pada Musim Timur, tingginya salinitas dari Laut Banda yang masuk ke Laut Flores mengakibatkan meningkatnya salinitas Laut Flores. Laut Jawa memiliki massa air dengan salinitas rendah yang diakibatkan oleh adanya run-off dari sungai-sungai besar di P. Sumatra, P. Kalimantan, dan P. Jawa.
D. Suhu
Laut tropik memiliki massa air permukaan hangat yang disebabkan oleh adanya pemanasan yang terjadi secara terus-menerus sepanjang tahun. Pemanasan tersebut mengakibatkan terbentuknya stratifikasi di dalam kolom perairan yang disebabkan oleh adanya gradien suhu. Berdasarkan gradien suhu secara vertikal di dalam kolom perairan, Wyrtki (1961) membagi perairan menjadi 3 (tiga) lapisan, yaitu: a) lapisan homogen pada permukaan perairan atau disebut juga lapisan permukaan tercampur; b) lapisan diskontinuitas atau biasa disebut lapisan termoklin; c) lapisan di bawah termoklin dengan kondisi yang hampir homogen, dimana suhu berkurang secara perlahan-lahan ke arah dasar perairan.
Menurut Lukas and Lindstrom (1991), kedalaman setiap lapisan di dalam kolom perairan dapat diketahui dengan melihat perubahan gradien suhu dari permukaan sampai lapisan dalam. Lapisan permukaan tercampur merupakan lapisan dengan gradien suhu tidak lebih dari 0,03 oC/m (Wyrtki, 1961), sedangkan kedalaman lapisan termoklin dalam suatu perairan didefinisikan sebagai suatu kedalaman atau posisi dimana gradien suhu lebih dari 0,1 oC/m (Ross, 1970).
Suhu permukaan laut tergantung pada beberapa faktor, seperti presipitasi, evaporasi, kecepatan angin, intensitas cahaya matahari, dan faktor-faktor fisika yang terjadi di dalam kolom perairan. Presipitasi terjadi di laut melalui curah hujan yang dapat menurunkan suhu permukaan laut, sedangkan evaporasi dapat meningkatkan suhu permukaan akibat adanya aliran bahang dari udara ke lapisan permukaan perairan. Menurut McPhaden and Hayes (1991), evaporasi dapat meningkatkan suhu kira-kira sebesar 0,1 oC pada lapisan permukaan hingga kedalaman 10 m dan hanya kira-kira 0,12 oC pada kedalaman 10 – 75 m. Disamping itu Lukas and Lindstrom (1991) mengatakan bahwa perubahan suhu permukaan laut sangat tergantung pada termodinamika di lapisan permukaan tercampur. Daya gerak berupa adveksi vertikal, turbulensi, aliran buoyancy, dan entrainment dapat mengakibatkan terjadinya perubahan pada lapisan tercampur serta kandungan bahangnya. Menurut McPhaden and Hayes (1991), adveksi vertikal dan entrainment dapat mengakibatkan perubahan terhadap kandungan bahang dan suhu pada lapisan permukaan. Kedua faktor tersebut bila dikombinasi dengan faktor angin yang bekerja pada suatu periode tertentu dapat mengakibatkan terjadinya upwelling. Upwelling menyebabkan suhu lapisan permukaan tercampur menjadi lebih rendah. Pada umumnya pergerakan massa air disebabkan oleh angin. Angin yang berhembus dengan kencang dapat mengakibatkan terjadinya percampuran massa air pada lapisan atas yang mengakibatkan sebaran suhu menjadi homogen.
Suhu juga dapat mempengaruhi fotosintesa di laut baik secara langsung maupun tidak langsung. Pengaruh secara langsung yakni suhu berperan untuk mengontrol reaksi kimia enzimatik dalam proses fotosintesa. Tinggi suhu dapat menaikkan laju maksimum fotosintesa (Pmax), sedangkan pengaruh secara tidak langsung yakni dalam merubah struktur hidrologi kolom perairan yang dapat mempengaruhi distribusi fitoplankton (Tomascik et al., 1997 b).
Secara umum, laju fotosintesa fitoplankton meningkat dengan meningkatnya suhu perairan, tetapi akan menurun secara drastis setelah mencapai suatu titik suhu tertentu. Hal ini disebabkan karena setiap spesies fitoplankton selalu berdaptasi terhadap suatu kisaran suhu tertentu.
Temperature adalah kekayaan yang penting dari air laut. Temperature dari air laut yang sangat luas di dunia. Temperature dibawah permukaan yang sangat dalam, sirkulasi udara, turbelensi, lokasi geografis dan jarak dari sumbu pusat panas adalah vulkanik. Pada umumnya temperature air laut bervariasi mulai dibawah – 5 ºC sampai 33% titik pembekuan dari air asin adalah 1,9ºC.
Lautan adalah pompa raksasa yang memindahkan panas dari ekuator menuju ke kutub. Panas dari matahari bergerak dari lintang rendah ke lintang tinggi, dimana hal itu lepas dari atmosfer. Pemindahan ini adalah efektif dipermukaan air dari lautan dengan keadaan yang hebat (sebagai contoh aliran gulf ) yang bergerak dari daerah tropis yang panas ke daerah kutub). Kedalaman air (7500 m) terdapat di lintang tinggi. Temperature dari lautan jatuh pada 3 zone, yaitu:
1. Permukaan (campuran) lapisan dimana pantulan rata-rata temperature pada lintang.
2. Kedalaman (bawah) lapisan yang memantul pada sumber air dilintang tinggi.
3. Thermodhine antara 100-1500 m. kedalamannya yang temperatunya berasal dari pengurangan dari berbagai macam-macam bentuk dari nilai permukaan tinggi sampai nilai kedalaman rendah.
Thermodine mengindikasikan pemindahan vertical dari permukaan air ke dalam kedalaman air maupun perpindahan jalur air horizontal. Meskipun beberapa dari perpindahan ini terjadi dengan difusi molekul, banyak dilahirkan diselesaikan dengan aliran pusat air kecil yang membawa air vertical (Pencampuran salinitas maupun temperature dari garam Cua + dan Cl) terbebas dari lainnya dan membawa hubungan dengan molekul air. Jika electron positif dan negative terkandung oleh air, ion sodium positifdan ion klorida negative akan menarik muatan elektroda yang berlawanan. Selama ion terus bergerak disekitar molekul air menuju elektroda mereka menghasilkan gerakan elektrik air laut dapat digunakan untuk menentukan salinitas.
E. Densitas Air Laut
Distribusi densitas dalam perairan dapat dilihat melalui stratifikasi densitas secara vertikal di dalam kolom perairan, dan perbedaan secara horisontal yang disebabkan oleh arus. Distribusi densitas berhubungan dengan karakter arus dan daya tenggelam suatu massa air yang berdensitas tinggi pada lapisan permukaan ke kedalaman tertentu. Densitas air laut tergantung pada suhu dan salinitas serta semua proses yang mengakibatkan berubahnya suhu dan salinitas. Densitas permukaan laut berkurang karena ada pemanasan, presipitasi, run off dari daratan serta meningkat jika terjadi evaporasi dan menurunnya suhu permukaan.
Sebaran densitas secara vertikal ditentukan oleh proses percampuran dan pengangkatan massa air. Penyebab utama dari proses tersebut adalah tiupan angin yang kuat. Lukas and Lindstrom (1991), mengatakan bahwa pada tingkat kepercayaan 95 % terlihat adanya hubungan yang positif antara densitas dan suhu dengan kecepatan angin, dimana ada kecenderungan meningkatnya kedalaman lapisan tercampur akibat tiupan angin yang sangat kuat. Secara umum densitas meningkat dengan meningkatnya salinitas, tekanan atau kedalaman, dan menurunnya suhu.
F. Warna Air Laut
Warna air laut ditentukan oleh kekeruhan air laut itu sendiri dari kandungan sedimen yang dibawa oleh aliran sungai. Pada laut yang keruh, radiasi sinar matahari yang dibutuhkan untuk proses fotosintesis tumbuhan laut akan kurang dibandingkan dengan air laut jernih. Pada perairan laut yang dalam dan jernih, fotosintesis tumbuhan itu mencapai 200 meter, sedangkan jika keruh hanya mencapai 15 – 40 meter. Laut yang jernih merupakan lingkungan yang baik untuk tumbuhnya terumbu karang dari cangkang binatang koral.
Air laut juga menampakan warna yang berbeda-beda tergantung pada zat-zat organik maupun anorganik yang ada.
Ada beberapa warna-warna air laut karena beberapa sebab:
a. Pada umumnya lautan berwarna biru, hal ini disebabkan oleh sinar matahari yang bergelombang pendek (sinar biru) dipantulkan lebih banyak dari pada sinar lain.
b. Warna kuning, karena di dasarnya terdapat lumpur kuning, misalnya sungai kuning di Cina.
c. Warna hijau, karena adanya lumpur yang diendapkan dekat pantai yang memantulkan warna hijau dan juga karena adanya planton-planton dalam jumlah besar.
d. Warna putih, karena permukaannya selalu tertutup es seperti di laut kutub utara dan selatan.
e. Warna ungu, karena adanya organisme kecil yang mengeluarkan sinar-sinar fosfor seperti di laut ambon.
f. Warna hitam, karena di dasarnya terdapat lumpur hitam seperti di laut hitam
g. Warna merah, karena banyaknya binatang-binatang kecil berwarna merah yang terapung-apung.
a. Tekanan dan Kedalaman Laut
Tekanan air laut bertambah terhadap kedalaman. Kedalaman air laut biasanya diukur dengan menggunakan echo sounder atau CTD (Conductivity, Temperature, Depth). Kedalaman yang diukur dengan menggunakan CTD didasarkan pada harga tekanan. Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas. Seperti telah disebutkan di atas, semakin ke dalam, tekanan air laut akan semakin besar. Hal ini disebabkan oleh semakin besarnya gaya yang bekerja pada lapisan yang lebih dalam. Satuan dari tekanan dalam cgs adalah dynes/cm2, sedangkan dalam mks adalah Newton/m2. Satu Pascal sama dengan satu Newton/m2. Dalam oseanografi, satuan tekanan yang digunakan adalah desibar (disingkat dbar), dimana 1 dbar = 10-1 bar = 105 dynes/cm2 = 104 Pascal.
Gaya akibat tekanan bekerja dari tekanan yang berbeda pada satu titik ke titik lainnya. Gaya ini bekerja dari tekanan yang lebih tinggi ke tekanan yang lebih rendah. Di laut, gaya gravitasi yang bekerja (ke arah bawah) akan diimbangi oleh gaya akibat adanya perbedaan tekanan tersebut (ke arah atas), sehingga air yang bergerak ke bawah tidak akan mengalami percepatan. Tekanan pada satu kedalaman bergantung pada massa air yang berada di atasnya. Persamaan yang digunakan untuk mengukur harga kedalaman dari harga tekanan adalah persamaan hidrostatis, yaitu dp=ρ*g*dh, dimana dp=perubahan tekanan, ρ=densitas air laut, g=percepatan gravitasi, dan dh=perubahan kedalaman. Jadi, jika tekanan berubah sebesar 100 dbar, dengan harga percepatan gravitasi g=9.8 m/det2 dan densitas air laut ρ=1025 kg/m3, maka perubahan kedalamannya adalah 99,55 meter. Variasi tekanan di laut berada pada kisaran nol (di permukaan) hingga 10.000 dbar (di kedalaman paling dalam).
b. Sifat fisis air laut
Air laut merupakan campuran dari 96,5% air murni dan 3,5% material lainnya seperti garam-garaman, gas-gas terlarut, bahan-bahan organik dan partikel-partikel tak terlarut. Sifat-sifat fisis utama air laut ditentukan oleh 96,5% air murni.
1. Sifat Air Murni
Air murni jika dibandingkan dengan cairan lain (dengan komposisi yang sama), memiliki sifat
yang khas dan luar biasa (uncommon). Hal ini merupakan hasil dari struktur molekul air
(H2O), dimana atom-atom hidrogen yang membawa 1 muatan atom positif dan oksigen yang
membawa 2 muatan atom negatif membentuk sebuah molekul sedemikian rupa dimana
muatan-muatan atom tersebut tidak ternetralisir karena sudut yang terbentuk antara dua atom
hidrogen hanya sebesar 105o (kondisi netral akan terbentuk jika sudut yang terbentuk adalah
180o). Akibatnya, air murni memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
1. Molekul air merupakan dipol elektrik, yang membentuk suatu kumpulan molekul (polimer) dengan rata-rata 6 molekul pada temperatur 20oC. Oleh karena itu air bereaksi lebih lambat (untuk berubah) daripada molekul-molekul individunya.
2. Air memiliki daya pisah yang luar biasa besar, akibatnya material terlarut akan memperbesar daya hantar listrik air. Air murni memiliki daya hantar listrik yang relatif rendah, tetapi air laut memiliki daya hantar antara air murni dan tembaga. Pada temperatur 20oC, daya hambat (resistensi) air laut 1,3 kilometer (dengan kandungan garam 3,5%) sebanding dengan air murni 1 milimeter.
3. Sudut 105o dekat dengan sudut tetrahedron, yaitu struktur dengan 4 lengan yang keluar
dari atom pusat dengan sudut seragam (sebesar 109o28') . Akibatnya, atom oksigen di dalam air berusaha untuk mendapatkan 4 atom hidrogen dalam suatu susunan tetrahedral. Ini disebut sebagai ikatan hidrogen (hydrogen bond) yang membutuhkan energi ikat 10 hingga 100 kali lebih kecil daripada ikatan-ikatan molekul sehingga air bersifat lebih fleksibel dalam reaksinya merubah kondisi-kondisi kimiawi.
4. Tetrahedron memiliki sifat dasar jaringan yang lebih lebar dibanding susunan kumpulan
molekuler yang terdekat. Mereka membentuk kumpulan satu, dua, empat dan delapan molekul. Pada temperatur tinggi kumpulan molekul satu dan dua lebih dominan; sementara itu dengan turunnya temperatur, tandan (cluster) yang lebih besarlah yang akan dominan. Tandan yang lebih besar mengisi ruang yang lebih kecil daripada jumlah molekul yang sama dengan tandan yang lebih kecil. Akibatnya, kerapatan (densitas) air mencapai nilai maksimumnya pada temperatur 4oC.
Ketika membeku, seluruh molekul air membentuk tetrahedron yang mengakibatkan adanya ekspansi volume secara tiba-tiba, yaitu dengan berkurangnya densitas. Oleh karena itu, air pada fasa padat jauh lebih ringan daripada air pada fasa cair, dimana hal ini merupakan sifat yang jarang kita dapati. Akibatnya:
1. Es akan mengambang. Hal ini penting untuk kehidupan di danau air tawar, karena es
berperan sebagai penyekat terhadap pelepasan energi panas (heat) sehingga pembekuan air dari permukaan hingga ke dasar tidak akan terjadi.
2. Densitas menurun secara cepat pada saat titik beku air tercapai. Ekspansi yang terjadi pada
saat membeku merupakan penyebab utama dalam pelapukan batuan.
3. Titik beku berkurang di bawah tekanan, akibatnya pencairan terjadi pada dasar glacier yang
memudahan terjadinya aliran glacier.
4. Rantai hidrogen putus di bawah tekanan, sehingga es di bawah tekanan akan menjadi plastis, akibatnya daratan es di Antartika dan Artik mengalir melepaskan gunung es di bagian terluarnya. Tanpa proses ini, maka semua air akan menjadi es di daerah kutub.
2. Salinitas
Seperti telah disebutkan di atas, air laut mengandung 3,5% garam-garaman, gas-gas terlarut, bahan-bahan organik dan partikel-partikel tak terlarut. Keberadaan garam-garaman mempengaruhi sifat fisis air laut (densitas, kompresibilitas, titik beku, temperatur dimana densitas menjadi maksimum) beberapa tingkat tetapi tidak menentukannya. Beberapa sifat (viskositas, daya serap cahaya) tidak terpengaruh secara signifikan oleh salinitas. Dua sifat yang sangat ditentukan oleh jumlah garam di laut adalah daya hantar listrik (konduktivitas) dan tekanan osmosis. Garam-garaman utama yang terdapat dalam air laut adalah klorida (55%), natrium (31%), sulfat (8%), magnesium (4%), kalsium (1%), potasium (1%) dan sisanya (kurang dari 1%) teridiri dari bikarbonat, bromida, asam borak, strontium dan florida. Tiga sumber utama dari garam-garaman di laut adalah pelapukan batuan di darat, gas-gas vulkanik dan sirkulasi lubang-lubang hidrotermal (hydrothermal vents) di laut dalam.
Secara ideal, salinitas merupakan jumlah dari seluruh garam-garaman dalam gram pada setiap kilogram air laut. Secara praktis, untuk mengukur salinitas adalah susah, oleh karena itu penentuan harga salinitas dilakukan dengan meninjau komponen yang terpenting saja yaitu klorida (Cl). Kandungan klorida ditetapkan pada tahun 1902 sebagai jumlah dalam gram ion klorida pada satu kilogram air laut jika semua halogen digantikan oleh klorida. Penetapan ini mencerminkan proses kimiawi titrasi untuk menentukan kandungan klorida.
Salinitas ditetapkan pada tahun 1902 sebagai jumlah total dalam gram bahan-bahan terlarut dalam satu kilogram air laut jika semua karbonat dirubah menjadi oksida, semua bromida dan yodium dirubah menjadi klorida dan semua bahan-bahan organik dioksidasi. Selanjutnya hubungan antara salinitas dan klorida ditentukan melalui suatu rangkaian pengukuran dasar laboratorium berdasarkan pada sampel air laut di seluruh dunia dan dinyatakan sebagai:
S (o/oo) = 0.03 +1.805 Cl (o/oo) (1902)
Lambang o/oo (dibaca per mil) adalah bagian per seribu. Kandungan garam 3,5% sebanding dengan 35o/oo atau 35 gram garam di dalam satu kilogram air laut.
Persamaan tahun 1902 di atas akan memberikan harga salinitas sebesar 0,03o/oo jika klorinitas sama dengan nol dan hal ini sangat menarik perhatian dan menunjukkan adanya masalah dalam sampel air yang digunakan untuk pengukuran laboratorium. Oleh karena itu, pada tahun 1969 UNESCO memutuskan untuk mengulang kembali penentuan dasar hubungan antara klorinitas dan salinitas dan memperkenalkan definisi baru yang dikenal sebagai salinitas absolut dengan rumus:
S (o/oo) = 1.80655 Cl (o/oo) (1969)
Namun demikian, dari hasil pengulangan definisi ini ternyata didapatkan hasil yang sama dengan definisi sebelumnya.
Definisi salinitas ditinjau kembali ketika tekhnik untuk menentukan salinitas dari pengukuran konduktivitas, temperatur dan tekanan dikembangkan. Sejak tahun 1978, didefinisikan suatu satuan baru yaitu Practical Salinity Scale (Skala Salinitas Praktis) dengan simbol S, sebagai rasio dari konduktivitas. "Salinitas praktis dari suatu sampel air laut ditetapkan sebagai rasio dari konduktivitas listrik (K) sampel air laut pada temperatur 15oC dan tekanan satu standar atmosfer terhadap larutan kalium klorida (KCl), dimana bagian massa KCl adalah 0,0324356 pada temperatur dan tekanan yang sama. Rumus dari definisi ini adalah:
S = 0.0080 - 0.1692 K1/2 + 25.3853 K + 14.0941 K3/2 - 7.0261 K2 + 2.7081 K5/2
Sebagai catatan: dari penggunaan definisi baru ini, dimana salinitas dinyatakan sebagai rasio, maka satuan o/oo tidak lagi berlaku, nilai 35o/oo berkaitan dengan nilai 35 dalam satuan praktis. Beberapa oseanografer menggunakan satuan "psu" dalam menuliskan harga salinitas, yang merupakan singkatan dari "practical salinity unit". Karena salinitas praktis adalah rasio, maka sebenarnya ia tidak memiliki satuan, jadi penggunaan satuan "psu" sebenarnya tidak mengandung makna apapun dan tidak diperlukan. Pada kebanyakan peralatan yang ada saat ini, pengukuran harga salinitas dilakukan berdasarkan pada hasil pengukuran konduktivitas.
Salinitas di daerah subpolar (yaitu daerah di atas daerah subtropis hingga ke mendekati kutub) rendah di permukaan dan bertambah secara tetap (monotonik) terhadap kedalaman. Di daerah subtropis (atau semi tropis, yaitu daerah antara 23,5o - 40oLU atau 23,5o - 40oLS) salinitas di permukaan lebih besar daripada di kedalaman akibat besarnya evaporasi (penguapan). Di kedalaman sekitar 500 sampai 1000 meter harga salinitasnya rendah dan kembali bertambah secara monotonik terhadap kedalaman. Sementara itu, di daerah tropis salinitas di permukaan lebih rendah daripada di kedalaman akibatnya tingginya presipitasi (curah hujan) ( lihat gambar).
3. Temperatur
Dalam oseanografi dikenal dua istilah untuk menentukan temperatur air laut yaitu temperatur dan temperatur potensial. Temperatur adalah sifat termodinamis cairan karena aktivitas molekul dan atom di dalam cairan tersebut. Semakin besar aktivitas (energi), semakin tinggi pula temperaturnya. Temperatur menunjukkan kandungan energi panas. Energi panas dan temperatur dihubungkan oleh energi panas spesifik. Energi panas spesifik sendiri secara sederhana dapat diartikan sebagai jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur dari satu satuan massa fluida sebesar 1o. Jika kandungan energi panas nol (tidak ada aktivitas atom dan molekul dalam fluida) maka temperaturnya secara absolut juga nol (dalam skala Kelvin). Jadi nol dalam skala Kelvin adalah suatu kondisi dimana sama sekali tidak ada aktivitas atom dan molekul dalam suatu fluida. Temperatur air laut di permukaan ditentukan oleh adanya pemanasan (heating) di daerah tropis dan pendinginan (cooling) di daerah lintang tinggi. Kisaran harga temperatur di laut adalah -2o s.d. 35oC.
Tekanan di dalam laut akan bertambah dengan bertambahnya kedalaman. Sebuah parsel air yang bergerak dari satu level tekanan ke level tekanan yang lain akan mengalami penekanan (kompresi) atau pengembangan (ekspansi). Jika parsel air mengalamai penekanan secara adiabatis (tanpa terjadi pertukaran energi panas), maka temperaturnya akan bertambah. Sebaliknya, jika parsel air mengalami pengembangan (juga secara adiabatis), maka temperaturnya akan berkurang. Perubahan temperatur yang terjadi akibat penekanan dan pengembangan ini bukanlah nilai yang ingin kita cari, karena di dalamnya tidak terjadi perubahan kandungan energi panas. Untuk itu, jika kita ingin membandingkan temperatur air pada suatu level tekanan dengan level tekanan lainnya, efek penekanan dan pengembangan adiabatik harus dihilangkan. Maka dari itu didefinisikanlah temperatur potensial, yaitu temperatur dimana parsel air telah dipindahkan secara adiabatis ke level tekanan yang lain. Di laut, biasanya digunakan permukaan laut sebagai tekanan referensi untuk temperatur potensial. Jadi kita membandingkan harga temperatur pada level tekanan yang berbeda jika parsel air telah dibawa, tanpa percampuran dan difusi, ke permukaan laut. Karena tekanan di atas permukaan laut adalah yang terendah (jika dibandingkan dengan tekanan di kedalaman laut yang lebih dalam), maka temperatur potensial (yang dihitung pada tekanan permukaan) akan selalu lebih rendah daripada temperatur sebenarnya.
Satuan untuk temperatur dan temperatur potensial adalah derajat Celcius. Sementara itu, jika temperatur akan digunakan untuk menghitung kandungan energi panas dan transpor energi panas, harus digunakan satuan Kelvin. 0oC = 273,16K. Perubahan 1oC sama dengan perubahan 1K. Seperti telah disebutkan di atas, temperatur menunjukkan kandungan energi panas, dimana energi panas dan temperatur dihubungkan melalui energi panas spesifik. Energi panas persatuan volume dihitung dari harga temperatur menggunakan rumus Q = densitas*energi panas specifik*temperatur (temperatur dalam satuan Kelvin). Jika tekanan tidak sama dengan nol, perhitungan energi panas di lautan harus menggunakan temperatur potensial. Satuan untuk energi panas (dalam mks) adalah Joule. Sementara itu, perubahan energi panas dinyatakan dalam Watt (Joule/detik). Aliran (fluks) energi panas dinyatakan dalam Watt/meter2 (energi per detik per satuan luas).
4. Konduktivitas
Konduktivitas air laut bergantung pada jumlah ion-ion terlarut per volumenya dan mobilitas ion-ion tersebut. Satuannya adalah mS/cm (milli-Siemens per centimeter). Konduktivitas bertambah dengan jumlah yang sama dengan bertambahnya salinitas sebesar 0,01, temperatur sebesar 0,01 dan kedalaman sebesar 20 meter. Secara umum, faktor yang paling dominan dalam perubahan konduktivitas di laut adalah temperatur.
5. Densitas
Densitas merupakan salah satu parameter terpenting dalam mempelajari dinamika laut. Perbedaan densitas yang kecil secara horisontal (misalnya akibat perbedaan pemanasan di permukaan) dapat menghasilkan arus laut yang sangat kuat. Oleh karena itu penentuan densitas merupakan hal yang sangat penting dalam oseanografi. Lambang yang digunakan untuk menyatakan densitas adalah
Densitas air laut bergantung pada temperatur (T), salinitas (S) dan tekanan (p). Kebergantungan ini dikenal sebagai persamaan keadaan air laut (Equation of State of Sea Water):
ρ = ρ(T,S,p)
Penentuan dasar pertama dalam membuat persamaan di atas dilakukan oleh Knudsen dan Ekman pada tahun 1902. Pada persamaan mereka, ρ dinyatakan dalam g cm-3. Penentuan dasar yang baru didasarkan pada data tekanan dan salinitas dengan kisaran yang lebih besar, menghasilkan persamaan densitas baru yang dikenal sebagai Persamaan Keadaan Internasional (The International Equation of State, 1980). Persamaan ini menggunakan temperatur dalam oC, salinitas dari Skala Salinitas Praktis dan tekanan dalam dbar (1 dbar = 10.000 pascal = 10.000 N m-2). Densitas dalam persamaan ini dinyatakan dalam kg m-3. Jadi, densitas dengan harga 1,025 g cm-3 dalam rumusan yang lama sama dengan densitas dengan harga 1025 kg m-3 dalam Persamaan Keadaan Internasional.
Densitas bertambah dengan bertambahnya salinitas dan berkurangnya temperatur, kecuali pada temperatur di bawah densitas maksimum. Densitas air laut terletak pada kisaran 1025 kg m-3 sedangkan pada air tawar 1000 kg m-3. Oseanografer biasanya menggunakan lambang σt (huruf Yunani sigma dengan subskrip t, dan dibaca sigma-t) untuk menyatakan densitas air laut. dimana σt = ρ - 1000 dan biasanya tidak menggunakan satuan (seharusnya menggunakan satuan yang sama dengan ρ). Densitas rata-rata air laut adalah σt = 25 (lihat gambar). Aturan praktis yang dapat kita gunakan untuk menentukan perubahan densitas adalah: σt berubah dengan nilai yang sama jika T berubah 1oC, S 0,1, dan p yang sebanding dengan perubahan kedalaman 50 m.
Perlu diperhatikan bahwa densitas maksimum terjadi di atas titik beku untuk salinitas di bawah 24,7 dan di bawah titik beku untuk salinitas di atas 24,7. Hal ini mengakibatkan adanya konveksi panas.
* S < 24.7: air menjadi dingin hingga dicapai densitas maksimum, kemudian jika air permukaan menjadi lebih ringan (ketika densitas maksimum telah terlewati) pendinginan terjadi hanya pada lapisan campuran akibat angin (wind mixed layer) saja, dimana akhirnya terjadi pembekuan. Di bagian kolam (basin) yang lebih dalam akan dipenuhi oleh air dengan densitas maksimum.
* S > 24.7: konveksi selalu terjadi di keseluruhan badan air. Pendinginan diperlambat akibat adanya sejumlah besar energi panas (heat) yang tersimpan di dalam badan air. Hal ini terjadi karena air mencapai titik bekunya sebelum densitas maksimum tercapai.
c. Sirkulasi Laut
Sirkulasi laut adalah pergerakan massa air di laut. Sirkulasi laut di permukaan dibangkitkan oleh stres angin yang bekerja di permukaan laut dan disebut sebagai sirkulasi laut yang dibangkitkan oleh angin (wind driven ocean circulation). Selain itu, ada juga sirkulasi yang bukan dibangkitkan oleh angin yang disebut sebagai sirkulasi termohalin (thermohaline circulation) dan sirkulasi akibat pasang surut laut. Sirkulasi termohalin dibangkitkan oleh adanya perbedaan densitas air laut. Istilah termohalin sendiri berasal dari dua kata yaitu thermo yang berarti temperatur dan haline yang berarti salinitas. Penamaan ini diberikan karena densitas air laut sangat dipengaruhi oleh temperatur dan salinitas. Sementara itu, sirkulasi laut akibat pasang surut laut disebabkan oleh adanya perbedaan distribusi tinggi muka laut akibat adanya interaksi bumi, bulan dan matahari.
Sirkulasi di permukaan membawa massa air laut yang hangat dari daerah tropis menuju ke daerah kutub. Di sepanjang perjalanannya, energi panas yang dibawa oleh massa air yang hangat tersebut akan dilepaskan ke atmosfer. Di daerah kutub, air menjadi lebih dingin pada saat musim dingin sehingga terjadi proses sinking (turunnnya massa air dengan densitas yang lebih besar ke kedalaman). Hal ini terjadi di Samudera Atlantik Utara dan sepanjang Antartika. Air laut dari kedalaman secara perlahan-lahan akan kembali ke dekat permukaan dan dibawa kembali ke daerah tropis, sehingga terbentuklah sebuah siklus pergerakan massa air yang disebut Sabuk Sirkulasi Laut Global (Global Conveyor Belt). Semakin efisien siklus yang terjadi, maka akan semakin banyak pula energi panas yang ditransfer dan iklim di bumi akan semakin hangat.
Akibat bumi yang berotasi, maka aliran massa air (arus) yang terjadi akan dibelokkan ke arah kanan di belahan bumi utara (BBU) dan ke kiri di belahan bumi selatan (BBS). Efek ini dikenal sebagai gaya semu Coriolis. Pembelokkan ini menjadikan tinggi dan rendahnya elevasi muka laut berbanding secara langsung dengan kecepatan arus permukaan. Perubahan elevasi muka laut yang diakibatkan aliran massa air ini disebut sebagai topografi laut dan saat ini dapat diamati dengan menggunakan satelit TOPEX/Poseidon. Dengan bantuan data dari satelit ini, maka para ahli dapat memetakan pola arus laut global.
Variasi yang terjadi pada sirkulasi laut mengakibatkan variasi pada transpor energi panas dan pola musim. Seperti diketahui bahwa laut memiliki peranan yang sangat penting dalam mendsitribusikan energi panas dari daerah ekuator ke daerah kutub karena kemampuan air untuk menyimpan energi panas dalam waktu yang sangat lama (bandingkan dengan tanah yang cepat menjadi dingin ketika matahari sudah tidak menyinarinya lagi). Hal ini menjadi bagian yang sangat vital dalam menentukan pola cuaca/iklim di bumi. Menurut penelitian yang dilakukan di University of Bern dengan menggunakan model iklim dengan perata-rataan ke arah zonal (zonally averaged climate model), pemanasan global yang terjadi saat ini akibat adanya efek gas rumah kaca bisa merubah dan bahkan mematikan sabuk sirkluasi laut global (Stocker and Schmittner, 1997). Pembahasan lebih rinci tentang hal ini dapat dilihat di bagian laut dan iklim.
d. Angin
Angin (wind) adalah pergerakan masa udara yang disebabkan karena adanya perbedaan tekanan dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Atau bisa dikatakan juga bahwa angin terjadi karena adanya perbedaan suhu/temperatur yaitu angin bergerak dari temperatur rendah ke temperatur tinggi.Meskipun pada kenyataan angin tidak dapat dilihat bagaimana wujudnya, namun masih dapat diketahui keberadaannya melalui efek yang ditimbulkan pada benda – benda yang mendapat hembusan angin. Seperti ketika kita melihat dahan – dahan pohon bergerak atau bendera yang berkibar kita tahu bahwa ada angin yang berhembus. Dari mana angin bertiup dan berapa kecepatannya dapat diketahui dengan menggunakan alat – alat pengukur angin. Alat–alat pengukur angin tersebut adalah :
1. Anemometer, yaitu alat yang mengukur kecepatan angin.
2. Wind vane, yaitu alat untuk mengetahui arah angin.
3. Windsock, yaitu alat untuk mengetahui arah angin dan memperkirakan besar kecepatan angin. Biasanya ditemukan di bandara – bandara.
Selain dengan menggunakan alat–alat pengukur angin, arah dan kecepatan angin juga dapat diukur/diperkirakan dengan menggunakan tabel Skala Beaufort.
e. Gelombang
Gelombang selalu menimbulkan sebuah ayunan air yang bergerak tanpa henti-hentinya pada lapisan permukaan laut dan jarang dalam keadaan sama sekali diam. Hembusan angin sepoi-sepoi pada cuaca yang tenang sekalipun sudah cukup untuk dapat menimbulkan riak gelombang. Sebaliknya dalam keadaan dimana terjadai badai yang besar dapat menimbulkan suatu gelombang besar. Susunan gelombangdi laut baik bentuk maupun macamnya sangat bervariasi dan kompleks, sehingga mengakibatkan mereka ini hamper tidak dapat diuraikan. Bagian-bagian gelombang adalah:
a. Crest: titik tertinggi (puncak) gelombang
b. Trough: titik terendah (lembah) gelombang
c. Wave height: jarak vertikal antara crest dan trough
d. Panjang gelombang (wavelength): jarak berturut-turut antara dua buah crest atau dua buah trough
e. Periode gelombang (wave period): waktu yang dibutuhkan crest untuk kembali pada titik semula secara berturut-turut
f. Kemiringan gelombang (wave steepness): perbandingan antara panjang gelombang dengan tinggi gelombang.
Angin yang bertiup diatas permukaan laut merupakan pembangkit utama gelombang. Bentuk gelombang yang dihasilkan cenderung tidak tertentu dan tergantung pada bermacam-macam sifat seperti tinggi, periode dimana daerah yang yang dibentuk. Kenyataanya gelombang kebanyakan berjalan pada jarak yang luas, sehingga mereka bergerak makin jauh dari tempat aslinya dan tidak lagi dipengaruhi langsung oleh angin, maka mereka akan berbentuk lebih teratur. Bentuk ini dikenal sebagai swell.
Sifat-sifat gelombang dipengaruhi oleh tiga bentuk angin, yaitu:
a. Kecepatan angin. Umunya makin kencang angin yang bertiup maka besar gelombang yang terbentuk dan gelombang ini mempunyai kecepatan yang tinggi dan panjang gelombang yang besar. Tetapi gelombang yang terbentuk dengan cara ini puncaknya kurang curam dengan dibandingkan dengan yang dibangkitkan oleh angin yang berkecepatan lebih lemah.
b. Waktu dimana angin sedang bertiup. Tinggi, kecepatan dan panjang gelombang seluruhnya cenderung untuk meningkat sesuai dengan meningkatnya waktu pada saat angin pembangkit gelombang mulai bertiup.
c. Jarak tanpa rintangan dimana angin sedang bertiup (fetch). Pentingnya fetch dapat digambarkan dengan membandingkan gelombang yang terbentuk pada kolom air yang relative kecil.
A. Kandungan Fisik Air Laut
Kandungan fisik dan kimia air laut merupakan akibat dari struktur atom air. Air merupakan gabungan dari hydrogen dan oksigen yang berhubungan dengan covalen bond (covalen bond hubungan antara 2 atom dalam molekul hasil pembagian dari electron). Covalen bond ada ketika elemen membagi elektronnyake dalam bentuk campuran.di dalam air, hydrogen dan oksigen berhubungan langsung dengan sudut 105º.
Masing-masing atom hydrogen dan oksigen memiliki electron yang didistribusikan tidak sama, dengan cara itulah masing-masing atom hydrogen bermuatan positif dan atom oksigen bermuatan negative. Air yang bersifat positif dan negative secara bersama-sama memberikan struktur molekul dipolar. Masing-masing sumbu positif (atom II) saling tarik menarik dan membentuk hubungan yang lemah, sumbu negative (atom B) dimolekul lain.
Hubungan antara hydrogen ke atom oksigen disebut “hydrogen bond”. Karena merupakan agregasi cairan, jika ada molekul yang lebih banyak yang dapat diindikasikan dari jumlah H2O, jenis kandungan air terlihat tidak normal ketika dibandingkan dengan zat non polar seperti methane (cha) atau hydrogen sulfide (H2S), karena adanya hydrogen bond, air mempunyai titik didih (100º C) lebih tinggi dari yang diperkirakan.
B. Konduktifitas
Konduktifitas merupakan kapasitas dari air laut untuk memindahan arah aliran elektris dan bergantung pada konsentrasi ion-ion dan kecepatannya. Muatan atom disebut ion. Ion-ion yang lebih dalam setiap unit volume air. Teori kimia konduktifitas : ketika garam (sodium klorida/UaCl) dilarutkan dalam air, ion klorida negative menarik hydrogen positif dalam molekul air. Dengan cars ill,ion klorida atau klorit(Cl%) sebagai basis dapat ditentukan dengan rumus : S%=1,8 X Cl%.
Salinitas ditentukan berdasarkan kandungan klorida agak akurat. Salininitas dari air laut akan ditentukan pula denan arus listrik. Dengan arus listrik kita dapat mengetahui temperature dan besarnya salinitas.
C. Salinitas
Salinitas adalah kandungan garam yang ada dilaut dan biasanya diperhitungkan sebagai jumlah gram garam terlarut pada 1000 gram air laut.
Ahli ocenografi dari analisis intensif mereka berdasarkan air laut yang tenang dan terbuka dapat diketahui bahwa setiap 1 kg air laut terdapat 35 gram kandungan garamnya. Konsentrasi ini umumnya dinyatakan 35 bagian perseribu atau 35%. Salinitas dari lautan berfatiasi, mulai 33% sampai 38% dengan rata-rata 35 %. Salinitas dari air laut yang luas tergantung pada perbedaan antar evaporasi dan presipitasi, panjang dari aliran runoff, pembekuan dan es yang mencair. Dalam area yang evaporasinya tinggi seperti laut merah salinitasnya mendekati mendekati 40%tapi didekat muara sungai biasanya hanya 20%. Pada umumnya salinitas yang tersebar berada pada zone daerah kering.
Sebaran salinitas di laut dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti pola sirkulasi air, penguapan, curah hujan dan aliran sungai. Perairan dengan tingkat curah hujan tinggi dan dipengaruhi oleh aliran sungai memiliki salinitas yang rendah sedangkan perairan yang memiliki penguapan yang tinggi, salinitas perairannya tinggi. Selain itu pola sirkulasi juga berperan dalam penyebaran salinitas di suatu perairan.
Secara vertikal nilai salinitas air laut akan semakin besar dengan bertambahnya kedalaman. Di perairan laut lepas, angin sangat menentukan penyebaran salinitas secara vertikal. Pengadukan di dalam lapisan permukaan memungkinkan salinitas menjadi homogen. Terjadinya upwelling yang mengangkat massa air bersalinitas tinggi di lapisan dalam juga mengakibatkan meningkatnya salinitas permukaan perairan.
Sistem angin muson yang terjadi di wilayah Indonesia dapat berpengaruh terhadap sebaran salinitas perairan, baik secara vertikal maupun secara horisontal. Secara horisontal berhubungan dengan arus yang membawa massa air, sedangkan sebaran secara vertikal umumnya disebabkan oleh tiupan angin yang mengakibatkan terjadinya gerakan air secara vertikal. Menurut Wyrtki (1961), sistem angin muson menyebabkan terjadinya musim hujan dan panas yang akhirnya berdampak terhadap variasi tahunan salinitas perairan. Perubahan musim tersebut selanjutnya mengakibatkan terjadinya perubahan sirkulasi massa air yang bersalinitas tinggi dengan massa air bersalinitas rendah. Interaksi antara sistem angin muson dengan faktor-faktor yang lain, seperti run-off dari sungai, hujan, evaporasi, dan sirkulasi massa air dapat mengakibatkan distribusi salinitas menjadi sangat bervariasi. Pengaruh sistem angin muson terhadap sebaran salinitas pada beberapa bagian dari perairan Indonesia telah dikemukakan oleh Wyrtki (1961). Pada Musim Timur terjadi penaikan massa air lapisan dalam (upwelling) yang bersalinitas tinggi ke permukaan di Laut Banda bagian timur dan menpengaruhi sebaran salinitas perairan. Selain itu juga di pengaruhi oleh arus yang membawa massa air yang bersalinitas tinggi dari Lautan Pasifik yang masuk melalui Laut Halmahera dan Selat Torres. Di Laut Flores, salinitas perairan rendah pada Musim Barat sebagai akibat dari pengaruh masuknya massa air Laut Jawa, sedangkan pada Musim Timur, tingginya salinitas dari Laut Banda yang masuk ke Laut Flores mengakibatkan meningkatnya salinitas Laut Flores. Laut Jawa memiliki massa air dengan salinitas rendah yang diakibatkan oleh adanya run-off dari sungai-sungai besar di P. Sumatra, P. Kalimantan, dan P. Jawa.
D. Suhu
Laut tropik memiliki massa air permukaan hangat yang disebabkan oleh adanya pemanasan yang terjadi secara terus-menerus sepanjang tahun. Pemanasan tersebut mengakibatkan terbentuknya stratifikasi di dalam kolom perairan yang disebabkan oleh adanya gradien suhu. Berdasarkan gradien suhu secara vertikal di dalam kolom perairan, Wyrtki (1961) membagi perairan menjadi 3 (tiga) lapisan, yaitu: a) lapisan homogen pada permukaan perairan atau disebut juga lapisan permukaan tercampur; b) lapisan diskontinuitas atau biasa disebut lapisan termoklin; c) lapisan di bawah termoklin dengan kondisi yang hampir homogen, dimana suhu berkurang secara perlahan-lahan ke arah dasar perairan.
Menurut Lukas and Lindstrom (1991), kedalaman setiap lapisan di dalam kolom perairan dapat diketahui dengan melihat perubahan gradien suhu dari permukaan sampai lapisan dalam. Lapisan permukaan tercampur merupakan lapisan dengan gradien suhu tidak lebih dari 0,03 oC/m (Wyrtki, 1961), sedangkan kedalaman lapisan termoklin dalam suatu perairan didefinisikan sebagai suatu kedalaman atau posisi dimana gradien suhu lebih dari 0,1 oC/m (Ross, 1970).
Suhu permukaan laut tergantung pada beberapa faktor, seperti presipitasi, evaporasi, kecepatan angin, intensitas cahaya matahari, dan faktor-faktor fisika yang terjadi di dalam kolom perairan. Presipitasi terjadi di laut melalui curah hujan yang dapat menurunkan suhu permukaan laut, sedangkan evaporasi dapat meningkatkan suhu permukaan akibat adanya aliran bahang dari udara ke lapisan permukaan perairan. Menurut McPhaden and Hayes (1991), evaporasi dapat meningkatkan suhu kira-kira sebesar 0,1 oC pada lapisan permukaan hingga kedalaman 10 m dan hanya kira-kira 0,12 oC pada kedalaman 10 – 75 m. Disamping itu Lukas and Lindstrom (1991) mengatakan bahwa perubahan suhu permukaan laut sangat tergantung pada termodinamika di lapisan permukaan tercampur. Daya gerak berupa adveksi vertikal, turbulensi, aliran buoyancy, dan entrainment dapat mengakibatkan terjadinya perubahan pada lapisan tercampur serta kandungan bahangnya. Menurut McPhaden and Hayes (1991), adveksi vertikal dan entrainment dapat mengakibatkan perubahan terhadap kandungan bahang dan suhu pada lapisan permukaan. Kedua faktor tersebut bila dikombinasi dengan faktor angin yang bekerja pada suatu periode tertentu dapat mengakibatkan terjadinya upwelling. Upwelling menyebabkan suhu lapisan permukaan tercampur menjadi lebih rendah. Pada umumnya pergerakan massa air disebabkan oleh angin. Angin yang berhembus dengan kencang dapat mengakibatkan terjadinya percampuran massa air pada lapisan atas yang mengakibatkan sebaran suhu menjadi homogen.
Suhu juga dapat mempengaruhi fotosintesa di laut baik secara langsung maupun tidak langsung. Pengaruh secara langsung yakni suhu berperan untuk mengontrol reaksi kimia enzimatik dalam proses fotosintesa. Tinggi suhu dapat menaikkan laju maksimum fotosintesa (Pmax), sedangkan pengaruh secara tidak langsung yakni dalam merubah struktur hidrologi kolom perairan yang dapat mempengaruhi distribusi fitoplankton (Tomascik et al., 1997 b).
Secara umum, laju fotosintesa fitoplankton meningkat dengan meningkatnya suhu perairan, tetapi akan menurun secara drastis setelah mencapai suatu titik suhu tertentu. Hal ini disebabkan karena setiap spesies fitoplankton selalu berdaptasi terhadap suatu kisaran suhu tertentu.
Temperature adalah kekayaan yang penting dari air laut. Temperature dari air laut yang sangat luas di dunia. Temperature dibawah permukaan yang sangat dalam, sirkulasi udara, turbelensi, lokasi geografis dan jarak dari sumbu pusat panas adalah vulkanik. Pada umumnya temperature air laut bervariasi mulai dibawah – 5 ºC sampai 33% titik pembekuan dari air asin adalah 1,9ºC.
Lautan adalah pompa raksasa yang memindahkan panas dari ekuator menuju ke kutub. Panas dari matahari bergerak dari lintang rendah ke lintang tinggi, dimana hal itu lepas dari atmosfer. Pemindahan ini adalah efektif dipermukaan air dari lautan dengan keadaan yang hebat (sebagai contoh aliran gulf ) yang bergerak dari daerah tropis yang panas ke daerah kutub). Kedalaman air (7500 m) terdapat di lintang tinggi. Temperature dari lautan jatuh pada 3 zone, yaitu:
1. Permukaan (campuran) lapisan dimana pantulan rata-rata temperature pada lintang.
2. Kedalaman (bawah) lapisan yang memantul pada sumber air dilintang tinggi.
3. Thermodhine antara 100-1500 m. kedalamannya yang temperatunya berasal dari pengurangan dari berbagai macam-macam bentuk dari nilai permukaan tinggi sampai nilai kedalaman rendah.
Thermodine mengindikasikan pemindahan vertical dari permukaan air ke dalam kedalaman air maupun perpindahan jalur air horizontal. Meskipun beberapa dari perpindahan ini terjadi dengan difusi molekul, banyak dilahirkan diselesaikan dengan aliran pusat air kecil yang membawa air vertical (Pencampuran salinitas maupun temperature dari garam Cua + dan Cl) terbebas dari lainnya dan membawa hubungan dengan molekul air. Jika electron positif dan negative terkandung oleh air, ion sodium positifdan ion klorida negative akan menarik muatan elektroda yang berlawanan. Selama ion terus bergerak disekitar molekul air menuju elektroda mereka menghasilkan gerakan elektrik air laut dapat digunakan untuk menentukan salinitas.
E. Densitas Air Laut
Distribusi densitas dalam perairan dapat dilihat melalui stratifikasi densitas secara vertikal di dalam kolom perairan, dan perbedaan secara horisontal yang disebabkan oleh arus. Distribusi densitas berhubungan dengan karakter arus dan daya tenggelam suatu massa air yang berdensitas tinggi pada lapisan permukaan ke kedalaman tertentu. Densitas air laut tergantung pada suhu dan salinitas serta semua proses yang mengakibatkan berubahnya suhu dan salinitas. Densitas permukaan laut berkurang karena ada pemanasan, presipitasi, run off dari daratan serta meningkat jika terjadi evaporasi dan menurunnya suhu permukaan.
Sebaran densitas secara vertikal ditentukan oleh proses percampuran dan pengangkatan massa air. Penyebab utama dari proses tersebut adalah tiupan angin yang kuat. Lukas and Lindstrom (1991), mengatakan bahwa pada tingkat kepercayaan 95 % terlihat adanya hubungan yang positif antara densitas dan suhu dengan kecepatan angin, dimana ada kecenderungan meningkatnya kedalaman lapisan tercampur akibat tiupan angin yang sangat kuat. Secara umum densitas meningkat dengan meningkatnya salinitas, tekanan atau kedalaman, dan menurunnya suhu.
F. Warna Air Laut
Warna air laut ditentukan oleh kekeruhan air laut itu sendiri dari kandungan sedimen yang dibawa oleh aliran sungai. Pada laut yang keruh, radiasi sinar matahari yang dibutuhkan untuk proses fotosintesis tumbuhan laut akan kurang dibandingkan dengan air laut jernih. Pada perairan laut yang dalam dan jernih, fotosintesis tumbuhan itu mencapai 200 meter, sedangkan jika keruh hanya mencapai 15 – 40 meter. Laut yang jernih merupakan lingkungan yang baik untuk tumbuhnya terumbu karang dari cangkang binatang koral.
Air laut juga menampakan warna yang berbeda-beda tergantung pada zat-zat organik maupun anorganik yang ada.
Ada beberapa warna-warna air laut karena beberapa sebab:
a. Pada umumnya lautan berwarna biru, hal ini disebabkan oleh sinar matahari yang bergelombang pendek (sinar biru) dipantulkan lebih banyak dari pada sinar lain.
b. Warna kuning, karena di dasarnya terdapat lumpur kuning, misalnya sungai kuning di Cina.
c. Warna hijau, karena adanya lumpur yang diendapkan dekat pantai yang memantulkan warna hijau dan juga karena adanya planton-planton dalam jumlah besar.
d. Warna putih, karena permukaannya selalu tertutup es seperti di laut kutub utara dan selatan.
e. Warna ungu, karena adanya organisme kecil yang mengeluarkan sinar-sinar fosfor seperti di laut ambon.
f. Warna hitam, karena di dasarnya terdapat lumpur hitam seperti di laut hitam
g. Warna merah, karena banyaknya binatang-binatang kecil berwarna merah yang terapung-apung.
9 comments:
Posting Komentar