Dikenal pula
Oceanology Cina & Rusia
oceanos
graphos
Bhs Yunani
Ilmu yang mempelajari tentang lautan dgn menggunakan berbagai ilmu pengetahuan dasar seperti fisika, kimia, biologi, geologi dengan matematika sebagai alat bantu
Fisika lautan (physical oceanography) Kimia (chemical) Biologi (biological) Geologi (geological)
PENGARUNGAN LAUT Dilakukan pertama kali oleh bangsa Polynesia & India
Bera kiba t
pula
Tujuan Menemukan pulau, peradapan
Didapatkan informasi tentang laut
Akibat selanjutnya Perdagangan, tanah harapan baru
Bangsa Phonecia
Sebagai cikal bakal ilmu Oseanografi
Terjadi pada tahun 900 – 600 SM oleh negara barat : Eropa & Afrika
EKSPLORASI LAUTAN (abad berikutnya) terjadi
Penyebab
bangsa timur (Persia, India, Cathay)
Perdagangan
sutera, mutiara, rempah-rempah, hasil perdagangan tersebut dibawa ke kerajaan Romawi
PELAYARAN SAMUDERA
Se der han a
Berkembang
S. India
Mengikuti angin muson (arus muson)
Ditemukan kompas (bgs Cina, Arab) Mengikuti garis pantai Ditemukan astrolobe (alat yg dpt menentukan ketinggian sudut matahari or altitude matahari & benda-benda angkasa diatas horizontal) Î penting untuk menentukan posisi kapal di tengah laut Pertengahan abad 15 ditemukan cross staff (alat utk mengukur sudut & altitude benda-benda angkasa or celestial body) Î menentukan posisi Î digunakan Columbus
Abad 19 Ilmu oseanografi + meteorologi Berkembang
Sebagai science yang sistimatik
Faktor pendor ong
Pengukuran kedalaman yg menghslkan peta batimetrik (peta yg menyatakan sebaran kedalaman) Îkeperluan engineering seiring penemuan elektromagnetik telegraf Alur pelayaran & peta Îmengetahui angin, gelombang, badai, arus, kejadian awan, distribusi es Îagar aman & cepat dalam pelayaran Edward Forbes (1843), pioner biologi laut, mengemukakan teori abysal (tdk ada kehidupan di kedlman absolute darkness (> 550 m), tetapi waktu pengambilan kabel listrik dr kedlman > 3000 m ada organisme yg menempel pada kabel. Ini mendorong byk ekspedisi (Enterprise, Deep Sea Expedition, Challenger)
P E R K E M B A N G A N Oseanografi 3 era
ERA PERTAMA : Eksplorasi lautan 3 dimensi (fisika, kimia, biologi, geologi) Î oseanografi dipelajari dgn pendekatan deskripsi-geografik didukung matematika & fisika Î tokohnya Mohn, Bjerkness, Ekman, Hellan-Hansen ERA KEDUA : Oseanografi fisik lautan didukung pengetahuan teori. Laut tdk stabil, ada gangguan (disturbance) yg bersifat periodik & non periodik, shg dikenalkan dimensi ke-4 yaitu waktu. 1912 Î Lembaga Scripps (Institutions of Oceanography), UCSD (University of California, San Diego) 1922 Î Hellan-Hansen : arus 1929 – 1930 Î eksp. Meteor, Snellius : Australia – Asia ERA KETIGA : Ada ekspedisi secara internasional Î mulai memakai teknik dan instrumen yang canggih. Teori dan observasi makin berkembang dan saling berperan
WAKTU GEOLOGI
Digunakan ilmuwan utk mengetahui sejarah & formasi awal dari bumi
Era Paleozoic Era Mesozoic Era Cenozoic
Skala Waktu Geologi Era
Period
Epoch
Quaternary
Recent Pleistocene
Cenozoic
Cretaceous
7 26 38 54 65 136
Jurassic Triassic
190 225
Permian Carboniferous Devonian
280 345 395
Silurian Ordovician Cambrian
430 500 570
Tertiary
Mesozoic
Paleozoic
Precambrian
Pliocene Miocene Oligocene Eocene Paleocene
Began millions of year ago 0.01 2.5
Life forms/Events Modern humans Stone-age humans First humans Flowering plants Mammals, birds & insects dominant
3200 – 3500 3800
Last of dinosaurs, flowering plants begin Dinosaurs abundant; first birds First mammals First dinosaurs Age of reptiles Age of amphibians; first reptiles First seed plants Age of fishes First land plants Marine algae; vertebrate fish Primitive marine algae & invertebrates Earliest bacteria & algae Oldest surface rocks
4500+
Oldest meteorites Formation of the earth (assumed)
SIKLUS HIDROLOGI Air Cair
Padat
Laut
gletser
Sungai
Salju
Reservoir
Danau
Gunung es
Air tanah
Tempat dimana air tersebut terdapat/berdiam Selalu bergerak
Dikenal sebagai siklus hidrologi
WAKTU TINGGAL (RESIDENCE TIME) d
si i n efi
Perbandingan jlh total sebuah elemen di lautan pd suatu waktu tertentu dgn laju pergantiannya. Waktu tinggal sbh elemen dinyatakan menurut pers. : T = A/(∆A/∆t) dimana : T (waktu tinggal elemen); A (total berat elemen tersuspensi atau terlarut di lautan); ∆A/∆t (laju tahunan masuknya elemen di dlm lautan)
Elemen : suatu zat or substansi yg masing-masing susunannya sama spt atom Elemen langka (trace element) : elemen di dlm air laut yg memiliki konsentrasi kurang dr 1 mg/l (ppm). Elemen langka dibutuhkan dlm jlh sedikit ttp sgt diperlukan untuk aktivitas biologi organisme. Elemen minor : elemen di dlm air laut yg ditemukan pada konsentrasi antara satu sampai 100 mg/l, mis. : Br, C, Sr, B, Si, F. Elemen utama (mayor) : elemen di dlm air laut yg memiliki konsentrasi lbh dr 100 mg/l, mis. : klor, natrium (sodium), magnesium, sulfur, kalsium & potasium (kalium).
Elemen
Daftar Elemen Langka Dalam Air Laut (ppb)
Simbol
Konsentrasi*
Lithium
Li
170
Rubidium
Rb
120
Iodine
I
60
Barium
Ba
30
Indium
In
20
Zinc
Zn
10
Iron
Fe
10
Aluminium
Al
10
Molybdenum
Mo
10
Selenium
Se
0,4
Tin
Sn
0,8
Copper
Cu
3
Arsenic
As
3
Uranium
U
3
Nickel
Ni
2
Vanadium
V
2
Manganese
Mn
2
Titanium
Ti
1
Antimony
Sb
0,5
Cobalt
Co
0,1
Cesium
Cs
0,5
Cerium
Ce
0,005
Elemen
Simbol
Konsentrasi*
Y
0,3
Silver
Ag
0,04
Lanthanum
La
0,01
Cadmium
Cd
0,1
Tungsten
W
0,01
Germanium
Ge
0,06
Chromium
Cr
0,05
Thorium
Th
0,05
Scandium
Sc
0,04
Lead
Pb
0,03
Mercury
Hg
0,03
Gallium
Ga
0,03
Bismuth
Bi
0,02
Niobium
Nb
0,01
Thalium
Tl
0,01
Gold
Au
0,004
Protactinium
Pa
2 x 102
Radium
Ra
1 x 107
Yurium
Daftar Elemen Langka (lanjutan)
Rare Earths * : tidak termasuk nutrien & gas-gas terlarut Sumber : Bhatt (1978)
0,003 – 0,0005
Larutan : merupakan fase percampuran dari satu (homogen) or dua or lebih dari suatu substansi komponen kimiawi. Ligand : terdiri dari 2, yaitu anorganik (Cl–, SO42+, OH– & komponen anion); serta organik yaitu alami (asam humus) & buatan (artificial).
Flokulasi (proses fisik) : akibat efek van der wall dimana saling menggumpal semakin besar & tenggelam sbg sedimen.
Elemen konservatif : bersifat makro, sifat persisten, tidak dapat terurai shg toksik bagi suatu perairan.
Proses interaksi antar elemen : (1) aditif, bersifat umum; (2) sinergik (multiple, efeknya besar); (3) antagonis (reduksi, efeknya kecil).
Proses yg membuat kimia mengendap pada sedimen : (1) Melalui proses deposit Î ikatan helasi (2) Absorbsi (3) Konglomerasi/agregasi (4) Hasil deposit dari bahan organik
Residence time (RT) air laut = 4,4 x 104 year. RT diperlukan untuk melihat stabilitas, khususnya mayor elemen di dlm air. RT meningkat maka elemen yg reaktif akan meningkat pula shg stabilitas meningkat; RT menurun maka elemen yg reaktif akan meningkat tetapi stabilitas akan menurun.
Mixing time (MT) air laut = 103 tahun. RT > MT maka : elemen tersebar merata, penyebaran luas & homogen (fluktuasi kecil). RT < MT maka : penyebaran kecil, fluktuasi tinggi akibat proses penyerapan dll.
GEOMORFOLOGI DASAR LAUTAN
Menyebar
Daratan terkonsentrasi di BBU Daratan di BBS tdk lbh 25% dr lautan
Berakibat
Lautan menyebar tdk merata & tdk jelas batasnya shg memiliki sifat yg unik dimana saling mempengaruhi
Karena bentuk daratan tdk teratur maka perlu adanya sub divisi dari laut Î adjacent seas, mis. Mediteranean : • Large • Small • Marginal sea
Seb aran seti ap
Contoh
70
5 0 li ntan g
Klimatologi Meteorologi Oseanografi g in t n Pe
daratan > lautan 45
35 daratan 2,5% 65
daratan tdk pernah lebih dari 25% dibanding lautan Benua antartika
Morfologi bumi
Faktor utama
Dominasi laut semakin nyata bukan hanya krn luas muka laut tetapi juga volumenya. Volume daratan diatas muka laut < 1/10 volume air laut seluruh daratan dimuka bumi diratakan, maka dipunyai suatu bumi bulat dgn kedalaman laut 2440 meter 2440 m
RELIEF UTAMA DASAR LAUT
Continental margin
Ocean basin floor
Mid ocean ridge
Continental drift : Konsep yang menyatakan bahwa disebabkan rapuhnya kerak bumi di bawah laut, benua-benua dapat bergerak hanyut pada bagian permukaan bumi di dasar laut seperti halnya es bergerak mengapung diatas air. Studi ilmiah pertama tentang konsep hanyutan benua dilakukan oleh Edward Suess tahun 1885 dan Alfred Wagener tahun 1912 Continental slope : Bagian dasar lautan dari tepian benua yang relatif miring ke arah laut Continental rise : Bagian dasar lautan dari tepian benua yang relatif miring dan meninggi pada dasar lerengan benua
Continental margin : Bgn dasar lautan yg merup. perluasan massa daratan ke arah laut. Berdasarkan tipe yg menyebabkan timbulnya lempeng tektonik, tepian benua dibedakan mjd 2 macam yaitu tipe Atlantik & tipe Pasifik. Tepian benua tipe Atlantik memiliki ciri paparan benua & punggung benua yg relatif luas disebabkan pd mintakat tsb memiliki aktivitas gempa bumi yg relatif kecil shg disebut jg tepian benua aseismik atau tepian benua pasif. Tipe Atlantik terbentuk ketika dasar laut bergerak saling menjauh & membentuk lautan baru. Tepian benua tipe Pasifik ditandai dgn adanya sebuah trench pada kaki lerengan benua sbg pengganti punggungan benua. Tipe Pasifik disebut jg dgn tepian benua seismik or tepian benua aktif, yaitu disebabkan scr seismik sangat aktif (terjadi gempa bumi) & terbentuk dimana lempeng lautan bergerak menunjam dibawah lempeng benua pada mintakat subduksi
Ocean basin floor : Cekungan dasar lautan yg relatif luas dimana berdimensi sama pada sisi-sisinya
Mid ocean ridge : Bentukan igir besar memanjang & melintasi pertengahan dasar laut utama dunia
Trench Î cekungan dasar laut yg bentuknya memanjang, sempit & dalam dgn sisi-sisi yg curam Trough Î cekungan dasar laut yg bentuknya memanjang, umumnya lebih lebar & lebih dangkal daripada trench Igir (ridge) Î bentukan pada dasar laut yang tinggi memanjang dengan sisi-sisi yang curam & bertopografi tidak teratur Continental shelf Î bagian dasar lautan dari tepian benua yg meluas dari garis pantai hingga lerengan benua Arus turbiditas Î gerakan material didasar laut yg menuruni lereng. Material tsb berupa pasir & lumpur yg longsor kebawah mengikuti arah lembah Gondwana Î nama benua selatan purba hipotetis yg meliputi India, Australia, Afrika & Amerika Selatan yg bergabung menjadi satu kesatuan Seamount Î pegunungan di bawah laut yg tingginya lebih dari 1000 meter di atas dasar laut Guyot Î gunung bawah laut dgn puncak yg relatif datar. Guyot dinamakan dari geolog Swiss, Arnold Guyot. Disebut juga tablemount Submarine canyon Î canyon atau ngarai sempit yg memotong paparan Benua atau lerengan benua
Continental drift : Daratan hanyut akibat pergerakan massa benua, akibatnya kekosongan diantaranya yg kmdn diisi air Sea floor spreading : Penjalaran dasar laut yg bergerak scr berlawanan arah sepanjang sisi igir tengah lautan & digerakkan oleh arus konveksi didalam mantel bumi
Asal usul ocean basin (dasar laut)
Lempengan tektonik : Teori aktivitas tektonik ttg lempeng litosfer dan gerakannya. Konsep dimana kerak bumi (lapisan atas bumi) dibagi kedalam bbrp segmen (lempeng) yg selalu bergerak satu dgn lainnya, berakibat menimbulkan gempa bumi, rangkaian pegunungan, igir tengah lautan dsbnya. Menurut X. Le Pichon kerak bumi dibagi kedalam 6 lempeng utama, yaitu Antartika & lantai lautan sekitarnya, Amerika & lantai Atlantik bagian barat, lantai Pasifik, Hindia, Afrika & lantai Atlantik bagian timur, Eurasia & lantai lautan sekitarnya
Topografi Dasar Lautan Topographic feature
Width
Depth
Characteristics
Shelf
> 300 km
150 – 200 m
Slope
20 – 100 km
from 200 to 2000 m
Often furrowed by canyons. Slopes 1 in 40
> 300 km
from 2000 to 5000 m
Slopes 1 in 700 to 1 in 1000
Continental margins :
Rise Trench
600 to 11,000 m
Deep sea basins
There are 26 trenches in the world ocean : • 3 in the Atlantic Ocean • 1 in the Indian Ocean • 22 in the Pacific Ocean
about 5000 m
Abyssal Plains
extremely flat, sediment-filled
Abyssal Hills
Rise from the plains up to 1000 m
Mid-ocean ridge: Interconnected mountain system
> 400 km
Central rift valley
20 – 50 km
Rises to 3000 – 1000 m
cuts 1000 – 3000 m deep into the ridge system
SEDIMEN
definisi
Material fragmental yg terjd dr penghancuran batuan & bhn organik yg terendapkan oleh tenaga air, angin atau es
Sumber
Batuan
Organisme hidup
Laut
Melalui proses cuaca, air, pembekuan, mis. batu pasir, gamping, lempung dll
Melalui proses biologi, berupa sisa-sisa cangkang dasar laut, batu karang dll
Melalui proses kimia, karbonat, fosfor & mangan nodul
disebut lithogenous sedimen
disebut biogenous sedimen
disebut hydrogenous sedimen
Siklus sedimen Î tipe siklus materi dimana elemen atau berbagai elemen dilepaskan dr batuan oleh proses pelapukan selanjutnya mengikuti gerakan air mengalir baik didlm larutan maupun didlm sedimen sampai ke laut dan akhirnya berubah menjadi batuan
Mangan nodul Î endapan sedimen laut dalam yang tersusun atas kandungan oksida besi, mangan, tembaga dan nikel
Klasifikasi ukuran partikel sedimen DESKRIPSI
Gravel
Sand
Mud
KISARAN DIAMETER (mm) Boulder
> 256
Cobble
64 – 256
Pebble
4 – 64
Granule
2–4
Very coarse sand
1–2
Coarse sand
0.5 – 1
Medium sand
0.25 – 0.5
Fine sand
0.125 – 0.25
Very fine sand
0.0625 – 0.125
Silt
0.0039 – 0.0625
clay
< 0.0039
AIR Fluida yg unik yaitu fluida yg incopressible & medium yg kontinum; terdiri dr unsur H & O yg membentuk gugus senyawa sederhana H2O Atom H & O terikat scr kovalen asimetris satu dgn lain. Atom H yg memiliki muatan lbh bsr cenderung menarik elektron pd H ke pusat intinya sehingga menyebabkan sedikit muatan negatif di O & positif di H. Proses pemisahan muatan menghslkan suatu molekul polar. Ikatan H2O yg asimetris tersebut membentuk suatu sudut tumpul 1050 dgn jarak dr pusat atom O ke atom H 0.96 x 10-8 cm (0.96 A, angstrom), menghslkan gerak brown (resonansi) shg terjadi gel. listrik (electrical dipole moment) yg menyebabkan sifat polar Nybakken (1997) : sifat polar berakibat posisi H yg positif menarik posisi O negatif suatu molekul air yg lain shg terbentuk suatu ikatan yg disebut ikatan hidrogen (hydrogen bounding). Ikatan ini sangat lemah (6%) dibanding ikatan kovalen H2O sendiri sehingga mudah lepas & terbentuk kembali. Proses pemisahan & pembentukan itu menyebabkan terjadinya sifat anomali air Sifat unik air a.l. air sbg pelarut universal shg mudah terakumulasi material baik kimia maupun fisika. Air memiliki kerapatan (massa/satuan volume) yg aneh shg BJ maks air murni adlh 40C, kenaikan & penurunan suhu berakibat kerapatan menurun shg pada 00C air membeku & mengapung diatas air (karena kerapatannya rendah dari air yg tidak beku)
AIR LAUT DAN AIR TAWAR Salt water
Fresh water
Air tawar + garam-garam
Air tawar = air murni
Air : • Menakjubkan di alam • Peradapan manusia tergantung keunikan sifat air • Status air Îberada pada 3 sifat sekaligus (uap air, cair, beku/es) • Volume air laut 1.372 x 106 km3; air tawar 334.000 km3
334.000 km3 curah hujan 99.000 km3
uap sungai
1.372 x 106 km3
SIFAT FISIK DAN KIMIA AIR MURNI
1
2
Air memiliki konstanta dielektrik (ε) yg tertinggi dr seluruh cairan. Konstanta dielektrik : suatu angka yg menyatakan seberapa lbh kecil intensitas listrik pd ruang yg diisi dielektrik dibanding dgn ruang hampa (tanpa dielektrik) bila medan listrik yg sama tersedia Dipole moment kuat Îmengakibatkan gaya interaksi yg kuat antara molekul air sendiri Îasosiasi kuat antara molekul Îmenghasilkan formasi grup molekul
ε air besar krn keabnormalan struktur mol H2O (2 atom H + atom O) Struktur asimetri (pergeseran muatan listrik) menghasilkan dipole moment yg kuat. Dipole moment adlh hasil kali muatan dgn jarak dr pusat muatan Dipole moment yg kuat + ukuran molekul air yg kecil menghasilkan konstanta dielektrik yg besar. Hukum Coulomb : gaya tarik menarik/tolak menolak antara 2 muatan (e & e; e1 & e1)
Resultan F (gaya tarik) = 1/ε x ee1/r, bila konstanta dielektrik tinggi maka resultan F akan kecil. Air dgn konstanta dielektrik yang tinggi mempunyai kekuatan yg besar untuk memisahkan 2 muatan yg berlawanan (great dissociative power) shg menghasilkan daya larut yg besar jg, oleh karena itu air merupakan pelarut yg baik/kuat Dipole moment kuat menghasilkan formasi molekul yg bersifat polimerisasi, yaitu 2, 3 atau lebih H2O yg membentuk grup/formasi shg secara umum kita mengenal monohedral, dihedral, trihedral, tetrahedral dll Adanya polimerisasi berakibat sifat fisika dr air mjd unik. Perbandingan antara jlh grup polimer dlm air tergantung : suhu, keadaan sebelumnya & faktor lain. Bila suhu tinggi mk tingkat polimerisasi turun. Akibat polimerisasi & great dissociative power tersebut maka sifat air berbeda dgn cairan lain dalam hal viskositas (sifat cairan utk menahan gerakan obyek yg melaluinya, gr/cm/dtk), tegangan permukaan (surface tension), panas jenis (spesific heat), panas laten penguapan (latent heat of evaporation), titik beku & titik didih (freezing and boiling point) Susunan polimerisasi : i. Struktur tetrahedral (bila vol max maka ρ min) ii. Kisi-kisi terali iii. Ruang kosong plng sedikit (ρa max = massa/vol)
Dlm polimerisasi, bila suhu tinggi maka distribusi ketiga bentuk air tersebut bergeser sedemikian rupa dimana cenderung dr bentuk (i) mjd bentuk (iii) yg lebih banyak Bila suhu tinggi maka terjadi pemuaian shg bentuk air saling tumpang tindih, tetapi pd suhu tertentu terjadi efek lain yg berlawanan dr equilibrium 3 bentuk polimerisasi tsb. Pada suhu 4oC bentuk (iii) yg dominan dgn ρ max. Bila suhu turun dgn ρ max maka bentuk (i) mulai mengisi ruangan hingga suhu mencapai 0oC mk bentuk (i) menjadi dominan hingga terjadilah pembekuan Pada es, bentuk (i); air yg mengalami pembekuan, didapatkan ruang kosong di dalamnya dimana vol max dgn ρ min sehingga membuat es dpt mengapung di dalam air 7oC
3oC
ρ max 4oC
Lapisan es tipis densitas 8oC tinggi
densitas rendah
SURFACE TENSION
gambaran umum
def in
isi
Gaya tarik menarik antara molekul-molekul air di permukaan sebuah massa air, mis. ambang batas (interface) udara-laut menimbulkan ‘kulit’ molekular yg fleksibel di atas permukaan air
Fenomena tegangan permukaan dpt teramati dlm pengisian sebuah kontainer dgn air yg meluap hingga ke pinggir, akan tampak bhw air akan tertumpuk di pinggir membentuk permukaan cembung yg menunjukkan ambang-batas air dengan atmosfer. Water drops juga merup. manifestasi dari tegangan permukaan. Fenomena tsb hsl kecenderungan molekul air utk menarik molekul lainnya or melekat (to cohere) di permukaan air. Karena kecenderungan kohesi tsb, dimungkinkan bagi obyek-obyek yg lebih berat dari air utk mengapung. Pisau cukur yg diletakkan dgn hati-hati diatas air dpt mengapung, meski secara normal densitasnya lima kali lbh berat drpd air. Bbrp insekta, mis. water strider (seekor insekta laut : yg berarti benda padat) juga menggunakan permukaan air untuk bergerak di atasnya. Tegangan permukaan tergantung pada suhu & meningkat sesuai dgn penurunan suhu (Sumich, 1992)
Tegangan permukaan merupakan perwujudan keberadaan ikatan hidrogen. Keberadaan ikatan tsb menyebabkan molekul-molekul air yg berada di lapisan permukaan tertarik dgn kuat ke molekul-molekul air yg berada dibawahnya. Udara diatas permukaan memp. densitas molekul yg amat rendah dibandingkan dgn air sendiri, meskipun molekul air tertarik ke molekul zat lainnya, gaya tarik ikatan hidrogen membantu mempertahankan molekul-molekul air di lapisan permukaan
Tegangan permukaan air murni dibandingkan dgn cairan yg lain adlh yg tertinggi, yakni sebesar 7.2 x 10-9 N m-1 (≈ 73 dyne cm-1). Tegangan permukaan ini secara fisika berperan dalam mengontrol “drops formation” serta sifat-sifatnya, disamping mengendalikan fenomena permukaan seperti gelombang kapilar (capilarry waves), sedangkan secara biologis tegangan permukaan penting dalam fisiologi sel biota di laut (Nybakken, 1988)
Krummel (1970) menentukan tegangan permukaan utk ambang batas air laut – udara. Hasil yg diperoleh menunjukkan bhw tegangan permukaan nilainya menurun sesuai dgn meningkatnya suhu & menurunnya salinitas. Fleming & Revelle (1939), berdasarkan metode penentuan yg lebih akurat menemukan hubungan empiris antara tegangan permukaan, suhu & khlorinitas, yaitu : Tegangan permukaan (dyne cm-1) = 75.64 – 0.144 t + 0.0399 Cl Hubungan formulatif tsb dpt berubah dgn adanya kotoran di permukaan laut
SPESIFIC HEAT
definisi
Panas jenis suatu zat adlh jlh bahang yg dibutuhkan utk menaikan suhu 1 gram zat sebesar 1o C (kal g-1 oC-1). Panas jenis air murni bila dibandingkan dgn semua zat padat & zat cair adlh yg tertinggi, kecuali air raksa. Sifat panas jenis yg tinggi di laut berperan dalam menjaga perub. kisaran suhu yg ekstrim (Brown, Joan et al., 1989)
Panas jenis air laut pada tekanan cp yg konstan tergantung suhu, salinitas dan tekanan. Thoulet & Chevallier (1889) dalam Neumann & Pierson (1966) memperoleh nilai pertama cp utk jenis densitas (salinitas) air laut pada suhu 17,5o C & pada tekanan atmosfer. Sampai sekarang, hasil tersebut tetap digunakan, dihitung kembali & disajikan dengan beragam cara yg berbeda dgn asumsi bhw ketergantungan suhu di air laut sama dgn ketergantungan suhu di air tawar Neumann & Pierson (1966) jg mencatat efek tekanan thd panas jenis yg dihitung oleh Ekman (1914) serta Cox & Smith (1959). Ekman menentukan pengaruh tekanan terhadap panas jenis dari persamaan : dcp/dρ = - T (dβ/dt + β2) dimana T (suhu absolut, 273o + toC), J (equivalen mekanika panas), β (koefisien ekspansi panas & ρ (densitas)
Cox & Smith menentukan panas jenis air laut pd tekanan atmosfer dgn suhu –2oC – 30oC & salinitas 0 ‰ – 40 ‰. Hasilnya menunjukkan bhw nilai-nilai yg lebih lama mengalami kesalahan serius. Sbg misal, pada kisaran –2oC – 30oC, panas jenis akan menurun bila suhunya dinaikkan. Efek yg sama jg teramati di air laut yg bersalinitas & bersuhu rendah. Bila salinitas lebih tinggi dari 20 ‰ atau 25 ‰ pengaruh suhu justru sebaliknya dan cρ meningkat sesuai dgn naiknya suhu.
Panas jenis dgn volume konstan cν diperoleh dari cρ melalui persamaan termodinamika berikut : cν = cρ - Tβ2/ρKJ dimana K (koefisien kompresibilitas nyata air laut). Perbandingan cν/cρ pada salinitas 34.85 ‰ bervariasi antara 1.004 pada suhu 0oC & 1.0207 pada suhu 30oC
LATENT HEAT OF EVAPORATION
pengertian
Panas laten yg dibebaskan selama perubahan dr keadaan cair ke gas, atau panas laten yg diserap dlm perubahan kondisi gas ke cair
Panas laten : jlh panas yg diperlukan utk mencairkan suatu massa zat pada titik cair. Satuan panas laten yaitu Joule/kg atau kalori/g. Contoh panas laten fusi air 3.33 x 105 J/kg; panas laten evaporasi air 2.25 x 106 J/kg Panas laten fusi : panas laten yang dibebaskan selama pencairan zat atau yang diserap selama proses pembekuan Kata “laten” (latent) dlm menggambarkan bahang penguapan & pencairan mjd penting krn bahang yg hrs ditambahkan kpd massa es atau air utk mengubah bentuknya mjd lbh tinggi, yakni air atau uap air, ditahan sbg cadangan atau ‘tersembunyi’ (hidden) dlm massa air atau massa uap air tsb. Ketika uap air kembali mjd air, yakni mengembun, mk bahang dilepaskan memasuki udara sekelilingnya. Pelepasan bahang juga terjadi saat pembekuan air (freezing water), yg menunjukkan perubahan fase dari cair mjd padat. Selama kondensasi & pembekuan, jlh bahang yg sama – yg dibutuhkan utk mengubah fase air tsb dari cairan mjd gas atau dari padat mjd cairan – dilepaskan
Keperluan Energi dalam Evaporasi Air Suhu air (oC)
Keperluan Kalori (per gram air)
0
596.0
10
590.8
20
585.6
30
580.4
40
575.2
50
568.5
60
563.2
70
557.5
80
551.7
90
545.8
100
539.5
110
532.9
120
525.7
Penerapan praktis prinsip transfer bahang dapat dilihat dlm penggunaan es dlm lemari es. Sebuah bongkah es diset dlm suatu wadah tertutup diantara “food articles” akan menurunkan suhunya krn energi bahang diserap dari “food articles” & ditambahkan ke molekul-molekul es untuk mengubah fasenya menjadi cair ketika es meleleh. Prinsip pendinginan udara juga sama : di daerah beriklim panas, udara kering yang panas dilewatkan melalui permukaan yg dilapisi dgn air, akan kehilangan bahang ke air. Air diubah mjd uap. Selanjutnya setelah melewati atau melintasi udara yang menyelimuti permukaan, maka udara menjadi lebih dingin Mengapa dibutuhkan lbh byk energi utk mengubah 1 gram air mjd uap air daripada yg dibutuhkan utk mengubah 1 gram es menjadi air? Pertama haruslah ditinjau bhw gas merup. zat dimana molekul-molekulnya bergerak secara random, bebas dari pengaruh molekul-molekul lain, kecuali ketika molekul-molekul itu bertabrakan. Untuk membuat perubahan dari es mjd air, tdk semua ikatan hidrogen harus dipecahkan, tetapi hanya cukup memberi kebebasan bergerak diantara jenis-jenis cluster es yg ada & molekulmolekul individual yg juga berada dlm sistem. Sedangkan untuk mengubah air menjadi uap air, setiap molekul harus dibebaskan dari gaya tarik molekul-molekul air lainnya. Karena itu, setiap ikatan hidrogen harus dipecahkan & itu berarti dibutuhkan energi bahang yang amat besar Signifikansi siklus evaporasi – kondensasi thd suhu-suhu permukaan bumi dpt terlihat dgn cepat. Evaporasi memindahkan energi bahang yang diberikan oleh matahari dan menyimpannya di laut. Energi tersebut dibawa memasuki atmosfer sebagai uap air yg naik & dilepaskan disana ketika uap mengembun & jatuh sebagai presipitasi (: partikelpartikel air dlm bentuk cair maupun padat yg jatuh dr atmosfer & mencapai permukaan bumi, disebut juga curah hujan)
Garam sebagian besar didapatkan dlm air laut. Daerah evaporasi banyak terdapat pada daerah pesisir, dimana banyak digunakan cahaya matahari sebagai energi utk proses evaporasi. Evaporasi yg terjadi pada air asin merup. proses pengontrolan pada laut, dimana sodium klorida atau komponen garam-garam lain yg diperlukan dalam bentuk yg berlainan. Garam yg terdapat dilaut digunakan untuk mengekstrak bentuk MgSO4 & CaCO3 (Gross, 1990) Pertumbuhan suatu kota pada daerah yang gersang memerlukan air laut sbg sumber yg penting bagi penurunan panas. Salah satu contoh sederhana adlh utk mengurangi akibat dari adanya rumah kaca. Evaporasi dari suatu lautan terjadi ketika matahari bersinar & kondensasi terjd di waktu malam hari pada permukaan yg dingin. Akibat hal tsb terjadilah kelembaban shg pd daerah tropis tumb. dpt berkembang dgn suburnya
Privett (1960) dalam Baumgartner & Reichel (1975) menghitung evaporasi (Es) dalam bentuk sederhana, yaitu : Es = 0.00587 (Ew – Ea) v dimana Es (evaporasi lautan, cm/hari), Ew (tekanan uap air dlm keadaan jenuh, mb), Ea (tekanan uap air di udara, mb) & v (kecepatan angin, knots) Berdasarkan formula tsb didapatkan nilai Es adlh 1390 mm pd lautan yg terletak antara 0o – 50oS, dgn banyaknya 428.0 x 103 km3
FREEZING AND BOILING POINT Gaya intermolekular, dikenal sbg gaya van der Waals, akan mjd signifikan hanya ketika molekul-molekul sangat berdekatan satu dengan yang lain, seperti yang terdapat pada benda dalam bentuk padat atau cair. Secara umum bila molekul-molekul yang ada lebih berat, gaya tarik van der Waals yg terjadi di antara dua molekul campuran lebih besar. Karena itu, dengan peningkatan berat molekul, jumlah energi yg lbh besar dibutuhkan utk mengatasi gaya tarik tersebut & mendorong terjadinya perubahan fase, katakanlah dari padat menjadi cair atau dari cair menjadi gas. Konsekuensinya, titik cair atau titik didih campuran secara umum meningkat bila berat molekulnya bertambah Perbandingan sifat air dan campuran dari komposisi yang sama yang terdiri dari dua atom hidrogen & satu atom unsur yg lain, yakni H2S, H2Se dan H2Te. Berat campuran dari empat molekul adalah H2O [18], H2S [34], H2Se [80] dan H2Te [129]. Prediksi dalam pembahasan gaya van der Waals, yaitu titik beku & titik didih utk H2S, H2Se dan H2Te meningkat dgn bertambahnya berat molekul. Bila H2O dilibatkan dlm skala, titik beku & titik didih menjadi –90o C dan –68o C. Dalam kenyataan air membeku pada suhu 0o C & mendidih pada suhu 100o C shg tampak terjadi pelanggaran aturan alam. Selain itu terlihat pula signifikansi yg sangat besar dr kutub alami molekul air & ikatan hidrogen yg menyusun strukturnya. Titik beku & titik didih air yg tinggi merupakan manifestasi dari penambahan energi kinetik yg dibutuhkan guna mengatasi bukan hanya gaya van der Waals namun jg ikatan hidrogen utk mencapai suatu perubahan status
MAJOR CONSTITUENT Di lautan terbuka, salinitas berkisar 34 – 38‰ (rata-rata 35‰). Di laut yang dekat dgn daratan, nilai salinitas rendah krn adanya masukan air tawar yg berasal dari daratan sekitar. Tetapi bila evaporasi tinggi & run off jg tinggi maka nilai salinitas akan tinggi (~ 40‰). Unit salinitas dinyatakan dgn gr/kg or 1/1000, shg dikenal satuan ‰ (permil), satuan lainnya adalah PSU (practical salinity unit) yang diukur dengan alat CTD (Conductivity Temperature Deep) Perbandingan relatif dr major constituent bersifat relatif konstan, sehingga mudah utk mengetahui waktu geologinya, yaitu percampuran yg baik dari air laut pada suatu lautan ataupun antar lautan Naiknya konsentrasi garam (salinitas) berhubungan erat dgn evaporasi, sedangkan turunnya salinitas berkaitan dgn dilusi (presipitasi + runoff) Major constituent tdk berlaku pada air payau krn pd air payau yg dominan adalah air sungai, dimana komposisi pembentuk air tawar berbeda dgn air laut Salah satu cara menentukan salinitas dgn metode Mohr, teknik titrasi, dimana kita cukup mengukur kadar salah satu major constituent yaitu Cl– : S ‰ = 0.030 + 1.8050 Cl– ‰
SALINITAS
definisi
Jlh total garam yg dinyatakan dlm gr yg terdpt dlm satu kg air laut, dengan asumsi semua karbonat teroksidasi, tara brom dan yod dihitung sbg tara klor & semua zat organik teroksidasi
berbeda Adanya penguapan, presipitasi serta pembentukan & pencairan es akan menyebabkan perbedaan densitas, yg selanjutnya menghasilkan gradien tekanan mendatar dimana menimbulkan adanya arus
Dalam 1 kg air laut terdapat ± 35 gram garam terlarut, konsentrasi tsb dinyatakan sbg 35 ppt or 35 ‰. Dalam oseanografi terdapat 2 metode utk menentukan salinitas, yaitu salinitas absolut dan salinitas praktis Salinitas absolut : salinitas yg ditentukan dgn metode/rumus sbb Salinitas = 1.80655 x klorinitas Salinitas praktis : salinitas yg ditentukan berdsrkan pengukuran konduktivitas listrik air laut. Prinsipnya adlh berdsrkan perbandingan konduktivitas listrik K15 sampai air laut pd suhu 15oC & tekanan satu standar atmosfer dgn larutan potasium klorida (KCl) dimana fraksi massa KCl adlh 32.4356 x 10–3 pada suhu & tekanan yg sama Salinometer : tipe hidrometer yg diturunkan kedlm air utk mengetahui kadar salinitas melalui pengukuran konduktivitasnya
Unsur-unsur Terlarut Dalam Air Laut Unsur
Kandungan (gr/kg)
Klorida
19,353
Sodium (Natrium)
10,760
Sulfat
2,712
Magnesium
1,294
Kalsium
0,413
Potasium (Kalium)
0.387
Bikarbonat
0,142
Bromida
0,067
Strontium
0,008 Jumlah total
Sumber : Horne (1969) dalam Bhat (1978)
35,136
SUHU AIR LAUT Sebaran menegak
faktor
• • • • • •
Curah hujan Penguapan Kelembaban udara Suhu udara Kecepatan angin Intensitas radiasi matahari
1
Lapisan epilimnion (hangat/homogen) : terletak pd bgn atas dimana terjd perub. lapisan suhu secara perlahan. Lapisan ini sering dipengaruhi oleh angin yang bertiup pd permukaan perairan, akibatnya percampuran massa air dgn lapisan yg berada dibwhnya selalu terjd. Proses pengadukan akan meratakan sebaran suhu yg menciptakan lapisan yg homogen. Tebal lapisan tergantung lamanya & kecepatan angin yg bertiup saat itu di permukaan perairan
2
Lapisan termoklin (pegat) : suatu lapisan dimana mengalami perub. suhu sangat cepat terhadap kedlman. Di lapisan ini terjd perub. suhu air sedikitnya 0.1oC pd setiap kedlman 1 m. Air di lapisan ini tidak sempat mengalami perub. suhu shg menyebabkan terjdnya perbedaan suhu yg cukup bsr dgn lapisan diatasnya. Perub. suhu ini mengakibatkan pula adanya perub. densitas, shg membentuk suatu lapisan yg sangat stabil & lapisan ini berperan sbg pembatas thd sebaran menegak sifat fisik dr lapisan permukaan & lapisan dibawahnya
3
Lapisan hipolimnion : lapisan dingin yg terletak di bgn bawah, dimana suhu air konstan sebesar 4oC
DENSITAS
definisi
• Densitas insitu (sigma-t, σt) • Densitas potensial (sigma-theta)
ρ = m/v ρm = densitas max air (4oC, 1 atm)
Massa per satuan volume sebuah zat. Dlm sistem metrik satuan densitas adlh kg/m–3. Densitas air laut (ρ) yaitu fungsi dr salinitas, suhu & tekanan or kedlman (ρ = ρS,T,P), dimana S = salinity, T = temperature & P = pressure. Utk air laut pada S = 35, T = 10oC, pada standar tekanan atmosfer P = 101,325 kPa (yaitu pd tekanan hidrostatik nol) maka nilai ρ35,10,0 = 1026,97 kg/m3. Oseanografer umumnya menulis densitas dgn simbol σ (sigma), dimana σ = ρ – 1000. Mk dlm sistem tsb densitas 1026,97 kg/ m–3 ditulis 26,51
Densities of Common Materials
Materials Ice (pure) 0oC
Density (g/cm3) 0.917
Water (pure) 0oC
0.99987
Water (pure) 3.98oC
1.0000
Water (pure) 20oC
0.99823
White pine wood
0.35 – 0.50
Olive oil 15oC
0.918
Ethyl alcohol 0oC
0.791
Seawater 4oC, 35‰
1.0278
Steel
7.60 – 7.80
Lead
11.347
Mercury
13.6
Bila σ0 adlh nilai (ρ0,t,0 – 1) 1000 (bentuk sederhana dr penulisan densitas ρ0,t,0 yaitu densitas yg tergantung pd salinitas) mk didptkan hubungan sbb : σ0 = - 0.093 + 0.8149S – 0.000482S2 + 0.0000068S3 ……………………..(1) Pengaruh suhu thd σ0 diakibatkan pengaruh pemuaian air laut, dimana pertama kali ditetapkan oleh Forch (1902) dalam Neumann & Pierson (1966) dgn rumus sbb: σt = σ0 – D …………………………..(2) dgn D sbg besaran yg menyatakan pengaruh suhu yg hrs diterapkan pada σ0.
Fungsi kebalikan nilai densitas, αs,t,p = 1/ρs,t,p dinamakan volume spesifik insitu. Nilai αs,t,p diperlukan dlm menghitung sebaran tekanan di laut yg selanjutnya dpt menentukan kedlman dinamik perairan tsb. Dlm menghindari penulisan angka desimal shg lbh praktis, volume spesifik insitu ditulis mjd αs,t,p = α35,0,p + δ, dimana nilai α35,0,p adlh volume spesifik saat salinitas konstan (S = 35‰, t = 0oC & tekanan p). Jika nilai αs,t,p dan α35,0,p didptkan maka anomali volume spesifik (δ) dpt dihitung pula shg utk selanjutnya diketahui pula anomali kedalaman dinamik.
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI WARNA AIR LAUT
A. Selective scattering (hamburan selektif) Hamburan terjadi ketika cahaya matahari yg datang ke permukaan laut di difusi-refleksi & refraksi. Ini disebabkan oleh sbgn molekul air & bahan kekeruhan (mis. debu, asap, dsbnya) pada air. Sbgn lagi dari cahaya matahari tsb yg dihamburkan pantulannya mencapai permukaan bumi melalui radiasi difusi dari langit. Hamburan selektif adlh suatu fenomena dimana air laut terlihat kebiruan, yaitu disebabkan didlm spektrum cahaya warna biru adlh warna yg paling byk dihamburkan oleh molekul air. Akibatnya warna biru adlh yg lbh byk dipancarkan oleh air di bawah permukaannya. Hamburan selektif & absorbsi mempengaruhi komposisi spektral underlight yg mana ini akan menentukan warna laut yg kita lihat sebenarnya. Dlm suatu air murni intensitas maksimum pjg gelombang kira-kira 0,47 µ bila tdk berawan & sedikit lbh pjg bila langit mendung. Di lautan nilai intensitas maksimum 0,477 µ, pjg gelombang ini sama dgn skala Forel 0. Air laut terlihat biru pada kedlman antara 50 – 60 meter. Hamburan cahaya oleh adanya efek Tyndall dpt dilihat lgsg oleh seseorang bila ia berada pd garis edar cahaya. Hamburan cahaya dlm air murni berbeda dgn hamburan di atmosfer, dimana hamburan tsb disebabkan lsng oleh molekul air. Pergerakan molekul ini dikrnkan fluktuasi densitas kecil, tdk homogen optik tsb dlm air & variasi refraksi cahaya yg tdk tentu pd besarnya molekul ruang.
B. Absorbsi Alami Ini terjadi ketika sinar matahari yg datang sebagian besar diserap oleh karbondioksida, uap air & ozon di atmosfer. Absorbsi mengakibatkan energi cahaya yg datang berkurang kekuatannya sehingga saat mencapai permukaan lautan & daratan dapat dimanfaatkan oleh makhluk hidup. Cahaya yg tiba di permukaan lautan dilanjutkan oleh proses hamburan selektif. C. Yellow Substances (zat kuning) Zat kuning dihasilkan dari percampuran baha-bahan organik terlarut di perairan. Bahan-bahan organik tsb berasal dari dekomposisi jaringan tumbuhan yg menyebabkan perairan daratan berwarna kuning-coklat, sedangkan di laut zat tsb dihasilkan oleh proses metabolisme plankton. Selama proses dekomposisi jaringan tumbuhan, material-material organik akan terurai menjadi CO2, nitrogen, belerang, fosfor & kompleks zat-zat humus. Selanjutnya zat-zat kuning tsb terbawa ke laut oleh aliran sungai. Zat kuning disebut juga Gelbstoff atau gilvin. D. Discoloring Kebanyakan terjadi di perairan dekat pantai dimana banyaknya aliran air masuk dari sungai setelah hujan lebat yang membawa partikel mineral tersuspensi. Discoloring terjadi secara temporer ataupun lokal saja. Misalnya Red Sea (Laut Merah), di laut ini bukannya air lautnya berwarna merah melainkan adanya blooming plankton (dinoflagellates) yg berwarna merah atau merah-coklat. Akibat inilah maka sewaktu kita melihat air laut seolah-olah berwarna merah.
TUGAS
Buatlah ringkasan tentang : Karakteristik Massa Air Pada Perairan Lintasan ARLINDO Aturan penulisan : ¾ Diketik dengan huruf Times New Roman 12, berjarak 2 spasi di kertas kuarto (A4); ¾ Margin atas 4 cm, kiri 4 cm, kanan 3 cm, bawah 3 cm, footer 2 cm, dengan diberi halaman; ¾ Isi penulisan tidak kurang dari 5 halaman dan tidak melebihi dari 10 halaman; ¾ Penulisan hanya menyertakan gambar, tabel, pustaka, & daftar singkatan, tidak ada hal lainnya selain ketentuan diatas; ¾ Tugas dikumpulkan tanggal ..............................., tidak lebih dari jam 10.00 WIB; ¾ Tugas tidak perlu dijilid, tetapi cover depan ditulis seragam dengan huruf Arial, besar huruf disesuaikan (terlampir).
TUGAS MATA KULIAH PENGANTAR OSEANOGRAFI
JUDUL TUGAS
Oleh ……………………….. ……….. (NIM)
PROGRAM STUDI MSP/BP FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS PALANGKARAYA ............. (Tahun)
UJIAN TENGAH SEMESTER Soal : 1. Jelaskan sejarah terciptanya ilmu oseanografi. 2. Bagaimana terjadinya dasar laut (ocean basin), jelaskan! 3. Keanehan sifat fisik-kimia air murni adalah karena mempunyai konstanta dielektrik (ε) yang tinggi. (a) Jelaskan apa arti konstanta dielektrik (ε); (b) Mengapa konstanta dielektrik (ε) air sangat tinggi; (c) Jelaskan hubungan konstanta dielektrik (ε) air yang tinggi sehingga air menjadi pelarut yang baik. 4. Intensitas sinar tampak (cahaya) yang masuk ke dalam kolom air melalui permukaan akan menurun sehingga mengakibatkan perubahan warna pada air laut, jelaskan prosesnya! 5. Bagaimana fenomena terjadinya upwelling, jelaskan! 6. Uraikan juga fenomena ARLINDO, terutama daerah mana saja yang dilaluinya. Aturan penulisan : ¾ Diketik dengan huruf Times New Roman 12, berjarak 2 spasi di kertas kuarto (A4); ¾ Margin atas 4 cm, kiri 4 cm, kanan 3 cm, bawah 3 cm, footer 2 cm, dengan diberi halaman; ¾ Jawaban dikumpulkan tanggal .........................., tidak lebih dari jam 10.00 WIB; ¾ Jawaban UTS diberi cover depan yang ditulis seragam dengan huruf Arial, besar huruf disesuaikan (terlampir).
JAWABAN UJIAN TENGAH SEMESTER MATA KULIAH PENGANTAR OSEANOGRAFI Dosen Pengasuh ANANG NAJAMUDDIN, S.Pi, M.Si
Oleh ……………………….. ……….. (NIM)
PROGRAM STUDI MSP/BP FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS PALANGKARAYA .............. (Tahun)
