ARUS EKMAN DAN UPWELLING

1. Arus Ekman

Arus air laut adalah pergerakan massa air secara vertikal dan horisontal sehingga

menuju keseimbangannya, atau gerakan air yang sangat luas yang terjadi di seluruh lautan dunia.

Arus juga merupakan gerakan mengalir suatu massa air yang dikarenakan tiupan angin atau

perbedaan densitas atau pergerakan gelombang panjang. Pergerakan arus dipengaruhi oleh

beberapa hal antara lain arah angin, perbedaan tekanan air, perbedaan densitas air,

gaya Coriolis dan arus ekman, topografi dasar laut, arus permukaan, upwellng , downwelling.

Selain angin, arus dipengaruhi oleh paling tidak tiga faktor, yaitu :

1. Bentuk Topografi dasar lautan dan pulau – pulau yang ada di sekitarnya : Beberapa

sistem lautan utama di dunia dibatasi oleh massa daratan dari tiga sisi dan pula oleh arus

equatorial counter di sisi yang keempat. Batas – batas ini menghasilkan sistem aliran

yang hampir tertutup dan cenderung membuat aliran mengarah dalam suatu bentuk

bulatan.

2. Gaya Coriollis dan arus ekman : Gaya Corriolis memengaruhi aliran massa air, di mana

gaya ini akan membelokkan arah mereka dari arah yang lurus. Gaya corriolis juga

yangmenyebabkan timbulnya perubahan – perubahan arah arus yang kompleks

susunannya yang terjadi sesuai dengan semakin dalamnya kedalaman suatu perairan.

3. Perbedaan Densitas serta upwelling dan sinking : Perbedaan densitas menyebabkan

timbulnya aliran massa air dari laut yang dalam di daerah kutub selatan dan kutub utara

ke arah daerah tropik.

Adapun jenis – jenis arus dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu :

1. Berdasarkan penyebab terjadinya Arus ekman : Arus yang dipengaruhi oleh angin. Arus

termohaline : Arus yang dipengaruhi oleh densitas dan gravitasi. Arus pasut : Arus yang

dipengaruhi oleh pasut. Arus geostropik : Arus yang dipengaruhi oleh gradien tekanan

mendatar dan gaya coriolis. Wind driven current : Arus yang dipengaruhi oleh pola

pergerakan angin dan terjadi pada lapisan permukaan.

2. Berdasarkan Kedalaman Arus permukaan : Terjadi pada beberapa ratus meter dari

permukaan, bergerak dengan arah horizontal dan dipengaruhi oleh pola sebaran angin.

Arus dalam : Terjadi jauh di dasar kolom perairan, arah pergerakannya tidak dipengaruhi

oleh pola sebaran angin dan mambawa massa air dari daerah kutub ke daerah ekuator.

Gbr. Semua dunia arus pada peta laut yang berkesinambungan

1.2 Faktor Penyebab Terjadinya Arus

Terjadinya arus di lautan disebabkan oleh dua faktor utama, yaitu faktor internal dan

faktor eksternal.  Faktor internal seperti perbedaan densitas air laut, gradien tekanan mendatar

dan gesekan lapisan air. Sedangkan faktor eksternal seperti gaya tarik matahari dan bulan yang

dipengaruhi oleh tahanan dasar laut dan gaya coriolis, perbedaan tekanan udara, gaya gravitasi,

gaya tektonik dan angin ( Gross, 1990).

Menurut Bishop (1984), gaya-gaya utama  yang berperan dalam sirkulasi massa air

adalah gaya gradien tekanan, gaya coriolis, gaya gravitasi, gaya gesekan, dan gaya sentrifugal.

Faktor penyebab terjadinya arus yaitu dapat dibedakan menjadi tiga komponen yaitu gaya

eksternal, gaya internal angin, gaya-gaya kedua yang hanya datang karena fluida dalam gerakan

yang relatif terhadap permukaan bumi. Dari gaya-gaya yang bekerja dalam

pembentukan arus antara lain tegangan angin, gaya Viskositas, gaya Coriolis, gaya gradien

tekanan horizontal, gaya yang menghasilkan pasut.

  Ketika angin berhembus di laut, energi yang ditransfer dari angin ke batas permukaan,

sebagian energi ini digunakan dalam pembentukan gelombang gravitasi permukaan, yang

memberikan pergerakan air dari yang kecil kearah perambatan gelombang sehingga

terbentuklah arus dilaut. Semakin cepat kecepatan angin, semakin besar gaya gesekan yang

bekerja pada permukaan laut, dan semakin besar arus permukaan. Dalam proses gesekan antara

angin  dengan permukaan lautdapat menghasilkan gerakan air yaitu pergerakan air laminar dan

pergerakan air turbulen (Supangat,2003).

  Gaya Viskositas pada permukaan laut ditimbulkan karena adanya pergerakan angin pada

permukaanlaut sehingga menyebabkan pertukaran massa air yang berdekatan secara periodik, hal

ini disebabkan karena perbedaan tekanan pada fluida. Gaya viskositas dapat dibedakan menjadi

dua gaya yaitu viskositas molecular dan viskositas eddy. Gesekan dalam pergerakan fluida hasil

dari transfer momentum diantara bagian-bagian yang berbeda dari fluida. Dalam pergerakan

fluida dalam aliran laminer, transfer momentum terjadi hasil transfer antara batas yang

berdekatan yang disebut viskositas molekular. Di permukaan laut, gerakan air tidak pernah

laminer, tetapi turbulen sehingga kelompok-kelompok air, bukan molekul individu, ditukar

antara satu bagian fluida ke yang lain. Gesekan internal yang dihasilkan lebih besar dari pada

yang disebabkan oleh pertukaran molekul individu dan disebut viskositas eddy.

  Gaya Coriolis mempengaruhi aliran massa air, dimana gaya ini akan membelokan arah

angin dari arah yang lurus. Gaya ini timbul sebagai akibat dari perputaran bumi pada porosnya.

Gaya Coriolis ini yang membelokan arus dibagian bumi utara kekanan dan dibagian bumi selatan

kearah kiri. Pada saat kecepatan arus berkurang, maka tingkat perubahan arus yang disebabkan

gaya Coriolis akan meningkat. Hasilnya akan dihasilkan sedikit pembelokan dari arah arus yang

relaif cepat dilapisan permukaan dan arah pembelokanya menjadi lebih besar pada

aliran arus yang kecepatanya makin lambat dan mempunyai kedalaman makin bertambah besar.

Akibatnya akan timbul suatu aliran arusdimana makin dalam suatu perairan maka arus yang

terjadi pada lapisan-lapisan perairan akan dibelokan arahnya. Hubungan ini dikenal sebagai

Spiral Ekman, Arah arus menyimpang 450 dari arah angin dan sudut penyimpangan. bertambah

dengan bertambahnya kedalaman (Supangat, 2003).

Gambar. Pola arus spiral Ekman

Gaya gradien tekanan horizontal sangat dipengaruhi oleh tekanan, massa air, kedalaman

dan juga densitas dari massa air tersebut, yang mana jika densitas laut homogen, maka gaya

gradien tekanan horizontal adalah sama untuk kedalaman berapapun. Jika tidak ada gaya

horizontal yang bekerja, maka akan terjadi percepatan yang seragam dari tekanan tinggi ke

tekanan yang lebih rendah.

Gambar 2. Gaya Gradien Tekanan Horizontal

Gelombang-gelombang yang panjang pada lautan menghasilkan

peristiwa pasang surut air laut.Pasang surut ini menimbulkan pergerakan massa air yang mana

prosesnya dipengaruhi oleh gaya tarik bulan, matahari dan benda angkasa lainya selain itu juga

dipengaruhi oleh gaya sentrifugal dari bumi itu sendiri.

1.3 Ekman Spiral

Ekman spiral merujuk ke struktur arus atau angin di dekat garis batas horisontal  yang

arah alirannya berputar dan bergerak menjauh. Istilah Ekman Spiral ini berasal dari seorang

ilmuwan kelautanSwedia yang bernama Vagn Walfrid Ekman. Defleksi dari arus permukaan

pertama kali ditemukan oleh  ilmuwan oseanografi  Norwegia yang bernama  Fridtjof Nansen

ketika berlangsungnya ekspedisi Fram (1893-1896).Efek dari Ekman Spiral ini adalah

akibat efek Coriolis yang menyebabkan benda dipaksa bergerak ke kanan pada belahan bumi

utara dan ke arah kiri pada belahan bumi selatan. Dengan demikian ketika angin berhembus pada

permukaan laut di belahan bumi utara, arus permukaan bergerak kearah kanan dari arah angiin.

Diagram yang di sebelah kanan menunjukkan gaya yang terkait dengan Ekman

spiral. Gaya yang bekerja di atas permukaan yang diberi warna merah (sebagai akibat adanya

hembusan angin di permukaan air),  gaya Coriolis (di sudut kanan dari gaya yang bekerja di atas

permukaan air)  berwarna kuning, dan resultan perpindahan (arus) berwarna merah jambu, yang

kemudian menjadi memberikan pengaruh pada lapisan di bawahnya, dan secara gradual

membentuk spiral secara bertahap searah jarum jam dengan gerakan ke arah bawah.

2. Upwelling

Upwelling merupakan fenomena oseanografi yang melibatkan wind-driven motion yang

kuat, dingin dan biasanya membawa massa air yang kaya akan nutrien ke arah permukaan laut.

Upwelling adalah fenoma atau kejadian yang berkaitan dengan gerakan naiknya massa air laut.

Gerakan vertikal ini adalah bagian integrasi dari sirkulasi laut tetapi ribuan sampai jutaan kali

lebih kecil dari arushorizontal. Gerakan vertikal ini terjadi akibat adanya stratifikasi densitas

air laut karena dengan penambahan kedalaman mengakibatkan suhu menurun dan densitas

meningkat yang menimbulkan energi untuk menggerakkan massa air secara vertikal.  Laut juga

terstratifikasi oleh faktor lain, seperti kandungan nutrien yang semakin meningkat seiring

pertambahan kedalaman. Dengan demikian adanya gerakan massa air vertikal akan

menimbulkan efek yang signifikan terhadap kandungan nutrien pada lapisan kedalaman tertentu.

Setidaknya ada lima tipe upwelling yaitu coastal upwelling, large-scale wind-driven upwelling in

the ocean interior, upwelling associated with eddies, topographically-associated upwelling, and

broad-diffusive upwelling in the ocean interior.

2.1 Coastal Upwelling 

Coastal upwelling adalah tipe yang paling banyak memiliki hubungan dengan aktivitas

manusia dan memberikan banyak pengaruh terhadapa produktivitas perikanan di dunia, seperti

ikan pelagis kecil (sardines, anchovies, dll.). Laut dalam kaya akan nutrien termasuk nitrate and

phosphate, yang merupakan hasil dari dekomposisi materi organik (dead/detrital plankton) dari

permukaan laut. Ketika sampai ke permukaan, nutrien tersebut digunakan oleh fitoplankton,

beserta CO2 terlarut dan dan energi cahaya matahari untuk menghasilkan bahan organik melalui

proses fotosintesis. Daerah Upwelling memiliki produktivitas yang tinggi dibanding dengan

wilayah lainnya. Hal ini berkaitan dengan rantai makanan, karena fitoplankton berada pada level

dasar pada rantai makanan di laut. Daearah dari upwelling antara lain pantai Peru,

Chile, Laut arab, western South Africa, eastern New Zealand, southeastern Brazil dan pantai

California. Adapun rantai makanan di laut adalah sebagai berikut : Phytoplankton ->

Zooplankton -> Predatory zooplankton -> Filter feeders -> Predatory fish Karena ini menjadi

sebuah rantai makanan, ini berarti bahwa setiap spesies adalah spesies kunci dalam zona

upwelling. Bagian kunci dari oseanografi fisika yang menimbulkan coastal upwellingadalah efek

Coriolis yang didorong oleh wind-driven yang derung diarahkan ke sebelah kanan di belahan

bumi utara dan ke arah kiri di belahan bumi selatan. Equatorial Upwelling Fenomena yang sama

terjadi di ekuator. Apapun lokasinya ini merupakan hasil dari divergensi, massa air yang nutrien

terangkat dari lapisan bawah dan hasilnya ditandai oleh fakta bahwa pada daerah ekuator di

pasifik memiliki konsentrasi fitoplankton yang tinggi.

Southern Ocean Upwelling

Upwelling dalam skala besar juga terjadi di Southern Ocean. Di sana, dipengaruhi angin

yang kuat dari barat dan timur yang bertiup mengelilingi Antarctika, yang mengakibatkan

perubahan yang signifikan terhadap aliran massa air yang menuju ke utara. Sebenarnya tipe ini

masih termasuk ke dalam coastal upwelling. Ketika tidak ada daratan antara Amerika Selatan

dengan Semenanjung Antartika, sejummah massa air terangkat dari lapisan dalam. Dalam

banyak pengamatan dan sintesis model numerik, upwelling samudra bagian Selatan merupakan

sarana utama untuk mengaduk material lapisan dalam ke permukaan.Beberapa model

sirkulasi laut menunjukkan bahwa dalam skala luas upwelling terjadi di daerah tropis, karena

didorong tekanan air mengalir berkumpul ke arah lintang rendah dimana terdifusi dengan lapisan

hangat dari permukaan.

2.1.1 Tropical cyclone upwelling

Upwelling juga bisa disebabkan oleh tropical cyclone yang melanda suatu wilayah laut, biasanya

apabila bertiup dengan kecepatannya kurang dari 5 mph (8 km/h).

2.1.2 Artificial Upwelling

Upwelling tipe jenis ini dihasilkan oleh perangkat yang menggunakan energi

gelombang laut atau konversi energi panas laut untuk memompa air ke permukaan. Perangkat

seperti telah dilakukan untuk memproduksi plankto.

2.1.3 Non-oceanic upwelling

Upwellings juga terjadi di lingkungan lainnya, seperti danau, magma dalam mantel bumi.

Biasanya akibat dari konveksi.