Makalah Oseanografi Fisis (Perambatan Suara Dan Bunyi Di Laut)
-
Upload
wawananggriawan -
Category
Documents
-
view
49 -
download
7
Transcript of Makalah Oseanografi Fisis (Perambatan Suara Dan Bunyi Di Laut)
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Cahaya dan suara merupakan dua hal yang tidak terlepas dari kehidupan
suatu organism dalam menjalankan kehidupan sehari-hari. Cahaya merupakan
salah satu hal terpenting dari kehidupan. Hal tersebut disebabkan karena cahaya
memiliki banyak manfaat. Sebagai salah satu contoh cahaya matahari yang dapat
digunakan sebagai sumber energi bagi tumbuhan untuk melakukan fotosintesis.
Selain itu, suara juga memiliki peranan penting dalam kehidupan sehari-hari.
Salah satu contoh kecil saja yang dapat kita lakukan sehari-hari adalah suara yang
dikeluarkan oleh pita suara yang dimiliki oleh manusia normal pada umumnya
dapat kita dengar di telinga manusia normal pada umumnya.
Cahaya dan Suara merupakan gelombang. Hal tersebut, bisa kita jelaskan
dengan contoh diatas. Cahaya matahari dapat digunakan sebagai media
berfotosintesis tumbuhan karena gelombang cahaya matahari tersebut merambat.
Begitu pula suara yang yang manusia normal dengar karena gelombang suara itu
sendiri merambat.
Tetapi, kedua perambatan gelombang tersebut terjadi pada daratan atau
dengan kata merambat melalui udara. Kedua gelombang tersebut juga merambat
di laut. Oleh karena itu, hal tersebut yang menjadi latar belakang penulisan
makalah ini yang berjudul “Perambatan Suara dan Cahaya di Laut”.
1
1.2. Tujuan
Tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.
Pembaca dapat mengetahui pembagian kolom air berdasarkan banyaknya
cahaya
Pembca dapat mengetahui atenuasi cahaya oleh proses penyerapan dan
penghamburan
Pembaca dapat mengetahui penyerapan cahaya dan warna air laut.
Pembaca mengetahui kecepatan suara sebagai fungsi dari temperature,
salinitas dan tekanan.
Pembaca mengetahui distribusi kecepatan suara secara vertical, refraksi
gelombang suara dan kanal suara.
1.3. Manfaat
Manfaat dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.
Dapat mengetahui pembagian kolom air berdasarkan banyaknya cahaya
Dapat mengetahui atenuasi cahaya oleh proses penyerapan dan
penghamburan
Dapat mengetahui penyerapan cahaya dan warna air laut.
Dapat mengetahui kecepatan suara sebagai fungsi dari temperatur, salinitas
dan tekanan.
Dapat mengetahui distribusi kecepatan suara secara vertikal, refraksi
gelombang suara dank anal suara.
2
BAB 2
PEMBAHASAN
Manusia umumnya biasa menganggap penglihatan lebih penting dari pada
pendengaran. Cahaya bergerak lebih cepat dan menembus atmosfer lebih jauh dari
bunyi sehingga kita dapat menggunakan penglihatan kita lebih baik dan umumnya
radiasi elektromagnetik dalam pengamatan ilmiah. Untuk hewan di laut,
pendengaran adalah indera terpenting. Bunyi melewati air dengan baik sehingga
memungkinkan pelacakan objek-objek (contoh, echo-sounding) dan transmisi
informasi (contoh, ‘nyanyian’ ikan paus). Cahaya menembus air relatif pendek
sehingga sebagian besar lautan gelap.
1.1. Pembagian Kolom Air Berdasarkan Banyaknya Cahaya
Menurut (Ikbal,2012) pembagian kolom air berdasarkan intensitas cahaya
terbagi atas dua, yakni zona fotik dan zona afotik. Dalam (Supangat, 2010)
dijelaskan bahwa Zona yang teriluminasi dimana intensitas cahaya cukup untuk
produksi fotosintesis menyebabkan sejumlah pertumbuhan fitoplankton disebut
zona fotik (atau zona eufotik). Semakin besar jernih air dan semakin tinggi
matahari di langit, dan semakin dalam cahaya menembus air maka semakin dalam
fotosintesis dapat terjadi. Zona fotik dapat mencapai kedalaman 200 m di air
jernih laut lepas dan berkurang hingga 40 m di paparan benua, dan minimum 15
m di beberapa perairan pantai. Hanya pada dasar laut cukup dangkal yang
termasuk dalam zona fotik yaitu bottom-dwelling atau tumbuhan bentik (contoh
rumput laut) dapat tumbuh atau semua tumbuhan hidup lautan yang terapung
disebut planktonik. Panjang gelombang cahaya juga penting dalam proses
fotositesis.
Antara zona fotik dan lantai laut terdapat zona afotik dimana tumbuhan
tidak dapat hidup lama karena intensitas cahaya yang tidak cukup untuk produksi
fotosintesis dan memenuhi kebutuhan respirasi. Cahaya tidak dapat menembus
3
kedalaman di bawah 1000 m (Gambar 1). Ini berarti bahwa di seluruh lautan tidak
terdapat cahaya luar. Cahaya yang tersedia hanyalah dari ikan-ikan dan organisme
yang memiliki organ bioluminescent (menghasilkan cahaya) dan oleh
penjelajahan manusia yang menggunakan penyelaman dan peralatan lain. Istilah
zona afotik kadang-kadang terbatas untuk kedalaman di bawah 1000 m dimana
tidak terdapat cahaya dan daerah antara kedalaman tersebut dan zona fotik disebut
zona disfotik (atau dysfotik).
1.2. Atenuasi Cahaya oleh Proses Penyerapan dan Penghamburan
Cahaya adalah bentuk radiasi elektromagnetik yang bergerak dengan
kecepatan yang mendekati 3 X 108 ms-1 dalam ruang hampa (berkurang menjadi
2,2 X 108 ms-1 dalam air laut). Oseanografer tertarik pada cahaya bawah air
dalam konteks penglihatan dan fotosintesis. Ketika cahaya menjalar dalam air,
intensitasnya berkurang secara eksponensial terhadap jarak dari titik sumber;
4
Beradasarkan gambar 1.1 di atas, dapat dilihat bahwa intensitas cahaya berkurang
deiring dengan bertambahnya kedalaman lautan. Sehingga, pada kedalaman yang
tinggi, cahaya akan semakin berkurang.
Kehilanga intensitas secara eksponensial disebut atenuasi. Hal ini
disebabkan oleh dua hal:
a. Penyerapan
Penyerap dalam air laut adalah:
Alga (fitoplankton) menggunakan cahaya sebagai sumber energi untuk
fotosintesis.
Cahaya matahari merupakan energi penggerak utama bagi seluruh
ekosistem termasuk di dalamnya ekosistem perairan. Cahaya matahari
menghasilkan panas sebesar 10 26 Kalori/detik, namun hanya sebagian kecil
dari panas tersebut yang mampu diserap dan masuk ekosistem perairan. Dari
bagian kecil yang memasuki ekosistem perairan hanya sebagian kecil yang
mampu diserap oleh organisme autotrop seperti fitoplankton. Cahaya adalah
sumber energi dasar bagi pertumbuhan organisme autotrop terutama
fitoplankton yang pada gilirannya mensuplai makanan bagi seluruh kehidupan
di perairan. Proses produksi di laut dimulai dari oraganisme autotrop yang
mampu menyerap energi matahari. Tingkatan produksi di laut digambarkan
dengan bentuk piramida makanan yang menunjukan tingkatan tropic atau
rantai makanan antara produser dan consumer. Organisme autotrop menempati
dasar piramida yang menunjukkan bahwa organisme ini memiliki jumlah
5
Gambar 1. Hubungan antara iluminasi dan kedalaman lautan. (a) plot intensitascahaya pada skala linear, hingga kedalaman 300 m. (b) plot intensitas cahaya pada skala logaritma hingga kedalaman 1500 m. Kurva pada (a) korespon ke ujung kanan garis diagonal terbawah pada (b)
terbesar dan menjadi penopang seluruh kehidupan pada tingkat tropic di
atasnya
Bahan organik dan inorganik dalam suspensi (selain alga)
Dalam (Supangat,2010) dijelaskan bahwa pada konsentrasi normal,
partikel inorganik dan organik selain alga menyerap dengan lemah tetapi
tersebar dengan baik. Penyerapan yang sedikit terutama dalam kisaran biru
sehingga pengaruhnya cenderung tertutup oleh senyawa organik terlarut.
Senyawa-senyawa organik terlarut.
Senyawa organic yang larut dalam air merupakan salah satu factor yang
dapat menyerap cahaya. Senyawa organic yang berupa hasil metabolic
menyebabkan air pada daratan berwarna kuning-coklat yang kemudian, air
tersebut dibawa ke laut oleh sungai. Pada gambar 2, dapat dilihat bahwa warna
kuning banyak menyerap panjang gelombang pendek.
Air
Air merupakan salah satu penyerap dalam penyerapan cahaya. Air akan
menyerap cahaya dengan berbagai panjang gelombang. Hal ini akan lebih
dijelaskan pada Subbab berikutnya.
b. Penyebaran
Dalam (Supangat, 2010) menyatakan bahwa penyebaran adalah merubah
arah energi elektromagnetik hasil multi refleksi dari partikel-partikel
tersuspensi. Penyebaran biasanya kedepan pada sudut yang kecil kecuali oleh
partikel yang sangat kecil, yaitu jalur penyebaran cahaya hingga sedikit
terdefleksi dari arah awal penyebaran. Jadi, semakin banyak yang tersuspensi
(air semakin keruh) akan semakin besar tingkat penyerapan dan penyebaran.
6
Berdasarakan penjelasan di atas, dapat dinyatakan bahwa suatu cahaya
akan mengalami penyebaran jika air mengalami suspensi atau dengan
bahasan yang lebih sederhana air tersebut mengalami pengeruhan. Sehingga
dinyatakan diatas bahwa tingkat kekeruhan suatu air akan meningkatkan
penyebaran suatu cahaya. Selain itu, dapat dinyatakan juga bahwa factor
penyebaran cahaya adalah suspensi.
1.3. Penyerapan Cahaya dan Warna Air Laut
Cahaya yang di hasilkan dari sumber akan diserap oleh benda yang ada si
sekitarnya. Sebagai salah satu contohnya yaitu matahari yang mengeluarkan sinar
akan diserap oleh makhluk hidup berupa tumbuhan autotrof yang memakainya
dalam melakukan fotosintesis.
Seperti yang telah diketahui bahwa atenuasi sinar bawah air disebabkan
oleh penyerapan dan penyebaran. Dalam (Supangat,2010) dijelaskan bahwa
prinsip penyerap dalam laut seperti yang di tuliskan diatas, menyerap gelombang
sinar yang berbeda dan jumlah yang berbeda. Penyerapan cahaya di laut ini akan
menyebabkan perbedaan warna air laut. Karena cahaya (Matahari) akan diserap
oleh air laut dalam jumlah dan panjang gelombang yang berbeda.
7
Dari Grafik diatas dapat diketahui perbedaan warna air laut. Dalam (Supangat,
2010) menjelaskan bahwa penyebab air berwarna biru, karena penyerapan
panjang gelombang pendek (biru) di ujung spectrum relative rendah sementara
pada panjang gelombang yang panjang (merah) adalah tinggi. Walaupun air
terlihat tanpa warna dalam jumlah sedikit,namun warna biru terlihat jelas dalam
air tropis yang jernih atau pada kolam renang yang bersih.
Sehingga, dapat dinyatakan bahwa penyebab warna biru pada laut
merupakan hasil dari penyerapan gelombang warna biru dari matahari yang
relative pendek. Selain itu, air laut yang tidak produktif akan membawa subtan
kuning realtif sedikit yang dimana subtan kuning akan menyebabkan air menjadi
kuning atau keruh.
8
Gambar 2 .Spektra energi pada kedalaman 10 m untuk: air murni (0),
air laut yang bening(1), rata-rata air lautan(2), rata-rataair pantai(3),
air pantai yang keruh(4). Gambar kecil: spektrum energi pada
kedalaman 100 m di air laut yang bening(0), dibandingkan dengan
yang 10 m dalam air pantai yang keruh(4).
Biasanya kita juga melihat air laut yang berwarna hijau. Hal tersebut
disebabkan karena banyak fitoplankton yang menyerap gelombang yang
menghasilkan warna hijau.
1.4. Kecepatan Suara Sebagai Fungsi dari Temperatur, Salinitas, dan
Tekanan
Kecepatan suara berpengaruh terhadap temperatur (T), Salinitas (S) dan
Tekanan (p). Kecepatan suara pada permukaan laut sampai dasar laut sangat
bervariasi. Untuk bisa dapat mengukur kecepatan suara pada air laut, dibutuhkan
terlebih dahulu hasil observasi dari salinitas, temperatur dan tekanan pada suatu
daerah yang dimana daerah tersebut di sebut dengan Sound Velocity Profile
(VLP).
Menurut (Supangat,2010) kecepatan suara (c) di laut adalah fungsi dari
salinitas, suhu, dan tekanan.
c=c (S ,T , p)
Berdasarkan fungsi tersebut dapat dinyatakan bahwa pertambahan S,T, dan p akan
memperbesar kecepatan suara.
9
Pertambahan salinitas dapat mempengaruhi nilai kecepatan suara.
Menurut (Safwan,2010), Bila salinitas (S) bertambah maka ρ bertambah dan K
(kompresibiltas) berkurang. Pengurangan kompresibilitas akibat pertambahan
salinitas efeknya jauh lebih besar terhadap kecepatan suara daripada penambahan
densitas akibat penambahan salinitas jadi meningkatkan kecepatan rambat suara.
Semestinya, dengan adanya penambahan densitas atau kerapatan
kecepatan suara akan berkurang. Akan tetapi, di laut penambahan densitas akibat
meningkatnya salinitas memiliki efeknya yang lebih kecil daripada berkurangnya
kompresibilitas terhadap kecepatan suara.
Tabel 1.1. (Supangat,2010) membuktikan bahwa adanya perbedaan kecepatan
suara dengan adanya perbedaan salinitas. Dari lingkan merah dalam tabel di atas
dapat diketahui air laut yang memiliki salinitas 35 %0 memiliki kecepatan partikel
yang lebih cepat daripada air tawar.
10
11
Tabel 1.1. Bukti adanya perbedaan kecepatan suara pada salinitas
yang berbeda.
Safwan (2010) menjelaskan bila suhu bertambah maka ρ berkurang dan
akibatnya C bertambah. Makin tinggi suhu makin cepat perambatan suara. Dari
gambar 4 (Supangat,2010) dilihat bahwa kedalaman seiring bertambah dengan
temperatur.
12
Gambar 3. Bagian vertikal menunjukkan distribusi rata-rata temperatur di barat
Samudra Atlantik untuk menggambarkan bahwa kisaran temperatur di lapisan
permukaan lebih besar dari di badan utama air lautan di bawah 1000 m.
Gambar 4. Profil temperatur di sepanjang A dan B pada gambar 2
Sehingga, dari korelasi antara meningkatnya suhu dengan kedalaman serta
adanya peningkatan kecepatan suara akan meningkat dengan bertambahnya suhu
yang disebabkan kerapatan atau densitas akan berkurang seiring bertambahnya
suhu, dapat dinyatakan kecepatan suara meningkat terhadap peningkatan suhu.
Pada saat laju gelombang bunyi (seismik) meningkat terhadap kedalaman
Bumi, begitu juga laju gelombang akustik meningkat terhadap kedalaman lautan
(kecuali pada jalur bunyi). Kenaikan pada axial modulus terhadap tekanan lebih
besar dibandingkan peningkatan densitas dan c menjadi lebih besar
(Supangat,2010).
Berdasarkan gambar di atas, dapat dilihat bahwa mengalami fluktuasi pada
suatu kedalaman tertentu. Dapat dikatakan demikian, karena dalam penjelasan di
atas disebutkan bahwa variasi kecepatan bunyi akan semakin meningkat seiring
dengan bertambahnya kedalaman yang dimana kedalaman akan sebanding dengan
tekanan. Tetapi, dikatakan fluktuasi karena dalam penjalarannya gelombang suara
13
Gambar 5 : Variasi laju bunyi terhadap kedalaman pada dua
musim
akan mengalami penurunan pada saat melewati jalur bunyi. Dari gambar diatas,
dapat dilihat bahwa jalur bunyi dapat dilihat karena adanya penurunan kecepatan
gelombang suara pada kedalaman sekitar 300 m.
1.5. Distribusi Kecepatan Suara Secara Vertikal, Refraksi
Gelombang Suara dan Kanal Suara
Distribusi kecepatan suara secara vertical, artinya bahwa distribusi
kecepatan suara kedalam lautan. Seperti yang sudah dijelaskan di atas, bahwa
kecepatan suara berbeda pada setiap kedalaman tertentu yang di pengaruhi oleh
tekanan. Jadi, dapat di ilustrasikan bahwa pendistribusian kecepatan suara yang
masuk kedalam lautan akan memiliki kecepatan yang berbeda pada setiap
kedalaman tertentu. Akan tetapi, arah dari kecepatan suara tersebut tidak lurus
seperti yang kita bayangkan. Kecepatan suara yang masuk ke lautan akan
mengalami pembelokan atau yang disebut sebagai refraksi.
Arah penjalaran gelombang suara yang merambat di laut akan mengalami
pembelokan atau refraksi yang di akibatkan adanya perbedaan kecepatan suara
secara vertical. Refraksi gelombang tersebut akan mengikuti Hukum Snell : Arah
dari sinar gelombang yang datang dari medium 1 ke 2 ke 3 dan seterusnya, di
dalam media yang berlapis akan memenuhi :
sin θ1
c1=
sin θ2
c2=
sin θ3
c3=…=
sinθn
cnatau
sin θ1
c1=
sinθn
cn
dimana:
θ adalah sudut antara sinar dan garis vertical.
14
Kanal suara atau sound channel yakni terdapat pada daerah dimana
kecepatan suara minimum yang merupakan media efektif untuk penjalaran
gelombang suara dalam jarak yang cukup besar. Misalnya sinyal tanda bahaya
dapat ditransmisikan dengan jarak ribuan kilometer yang disebut kanal SOFAR
(Sound Fixing and Ranging).
15
Gambar 5. sketsa ideal ilustrasi refraksi di bidang batas dimana laju bunyi
berubah.
BAB 3
PENUTUP
3.1. Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan diatas, dapat di tuliskan beberapa kesimpulan bahwa :
Pembagian kolom air berdasarkan banyaknya cahaya terbagi atas dua,
yakni zona fotik dan zona afotik.
Atenuasi merupakan hilangnya intensitas cahya secara eksponensial yang
disebabkan oleh penyerapan dan penghamburan cahaya.
Penyerapan dapat terjadi di lautan dan penyerapan tersebut dapat menjadi
factor warna dari air laut tersebut.
Kecepatan suara (c) merupakan fungsi dari temperatur (T), Salinitas (S)
dan tekanan (p) yang dimana kecepatan suara akan bertambah seiring
dengan bertambahnya ketiga factor tersebut.
Kecepatan suara akan terdistribusi secara langsung ke dalam lautan. Akan
tetapi, arah perambatan akan mengalami pembelokan atau refaraksi.
Distribusi refraksi gelombang suara ini akan mengikuti Hukum Snell.
Sedangkan distribusi kanal suara yakni penjalaran gelombang yang
terdapat pada kecepatan suara yang minimum pada area yang luas.
16
3.2. Saran
Saran yang dapat diberikan kepada seluruh pihak terkait sehingga pada
penulisan makalah berikutnya dapat meminimalisir kesalahan dan menjadi
perbaikan pada penulisan selanjutnya yaitu :
Sebaiknya pada penulisan makalah yang bertemakan tentang Oseanografi,
harus memiliki pengetahuan dan pendalaman materi yang baik serta studi
literatur yang maksimal.
Sebaiknya fasilitas penunjang atau media yang dapat membantu
keberhasilan penulisan makalah perlu di perhatikan.
DAFTAR PUSTAKA
17
Anonim. Buku Ajar Mata Kuliah Oseanografi Fisika. Semarang : Universitas Diponegoro.
Hadi, Safwan.2010. Pegantar Oseanografi Fisis.Bandung: Universitas Teknologi Bandung
Ikbal,Muhammad.2012.Oseanografi:https://agengsimuk.wordpress.com/2012/10/09/oseanografi/. Didownload pada tanggal 23 September 2015.
Sunarto.2008.Peranan Cahaya Dalam Proses Produksi di Laut. Padjajaran : Universitas Padjajaran.
Supangat, Agus dan Susanna.2010.Pengantar Oseanografi :Departemen Kelautan dan Perikanan.
18