sains atmosfer.docx
-
Upload
sigitiarius-sagitariuz -
Category
Documents
-
view
46 -
download
0
description
Transcript of sains atmosfer.docx
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sains Atmosfer adalah ilmu yang mempelajari proses-proses fisis, dinamis, dan
kimiawi yang terjadi di dalam atmosfer dari permukaan sampai rumbai–rumbai (fringe)
Bumi, serta kaitannya dengan proses-proses yang terjadi di bagian lain dari Bumi yang
tak tepisahkan mencakup litosfer (bumi padat), hidrosfer (lautan), kriosfer (lapisan es),
dan biosfer (aktifitas kehidupan). Bidang-bidang kajian Sains Atmosfer terdiri dari :
meteorologi fisis (mencakup fisika awan dan hujan, kelistrikan atmosfer, radiasi
atmosfer, observasi atmosfer, dan modifikasi cuaca), dinamika cuaca dan iklim
(mencakup analisis dan pemodelan sistem cuaca dan iklim, kopel proses-proses
atmosfer–laut–darat, interaksi monsun–ENSO–dipole mode, cuaca dan iklim ekstrim,
dan proses Matahari-Bumi).
Sains Atmosfer adalah proses-proses fisis dan dinamis atmosfer di atas Benua
Maritim Indonesia (BMI). Sains Atmosfer memiliki akar-akar ilmu Fisika, dan
Matematika serta ditunjang oleh IPTEK terkait dalam bidang Geosains, Astronomi,
Kimia, Elektronika, Komputasi, dan Manajemen.
Atmosfer adalah selubung gas atau campuran gas-gas, yang menyelimuti bumi.
Campuran gas-gas ini disebut udara. Di atas atmosfer disebut ruang angkasa. Ruang
angkasa adalah ruang dimana tidak ada lagi udara, bila masih ada udara atau gas maka
daerah itu masih atmosfer, karena molekul gas yang sangat ringan dapat terlepas dari
gaya tarik bumi dan beredar ke ruang angkasa sehingga membentuk lapisan atmosfer
yang menyelimuti permukaan bumi. Oleh karena itu dibuat perjanjian tentang batas
antara atmosfer dan ruang angkasa. Batas ini di Rusia, menurut A.A. Lavikov adalah
3.000 km, sedang di Amerika, menurut Arm-strong adalah 6.000 mil.
B. Tujuan
Untuk mengetahui variasi peredaran matahari
Untuk memahami radiasi di bumi dan atmosfer
Untuk memahami hubungan antara radiasi dan benda hitam
Untuk mengetahui Hukum Kirchoff tentang radiasi
Page | 1
BAB II
PEMBAHASAN
A. Variasi peredaran Matahari
Variasi Matahari adalah perubahan jumlah energi radiasi yang dipancarkan oleh
Matahari. Terdapat beberapa komponen periodik yang mempengaruhi variasi ini,
yang terutama adalah siklus matahari 11-tahunan (atau siklus bintik hitam matahari),
selain fluktuasi-fluktuasi lainnya yang tidak periodik. Aktivitas matahari diukur
dengan menggunakan satelit selama beberapa dekade terakhir setelah pada waktu
sebelumnya pengukuran dilakukan melalui variabel-variabel 'proksi'. Para ilmuwan
iklim tertarik untuk mengetahui apakah variasi matahari berpengaruh terhadap Bumi.
Variasi dalam total solar irradiance (TSI) sebelumnya tidak dapat diukur atau
dideteksi hingga era penggunaan satelit, walaupun sebagian kecil panjang gelombang
ultraviolet bervariasi beberapa persen. Output total matahari yang telah diukur
(selama 3 kali periode siklus bintik hitam 11-tahunan) menunjukkan variasi sekitar
0,1% atau sekitar 1,3 W/m2 dari maksimum ke minimum selama siklus bintik hitam
11-tahunan. Jumlah radiasi matahari yang diterima permukaan luar atmosfer Bumi
sedikit bervariasi dari nilai rata-rata 1366 watt per meter persegi (W/m2)..
Variasi peredaran matahari sangat erat hubunganya pada radiasi di bumi dan
atmosfer, karena variasi peredaran berdampak langsung terhadap intensitas radiasi
yang dipancarkan matahari ke bumi dan atmosfer. amati dan teliti gambar dibawah ini
:
Page | 2
Sebelumnya harus kita pahami bahwa bumi melakukan revolusi ( mengelilingi
matahari berdasarkan orbitnya) dimana orbit bumi itu berbentuk agak elips, seperti
yang ditunjukkan gambar di atas: jika posisi bumi berada di A, maka bumi akan
menerima intensitas radiasi matahari cukup kuat karena berada pada jarak yang relatif
dekat, akibatnya suhu di bumi terasa lebih panas. Sedangkan jika posisi bumi berada
di C, maka intensitas radiasi matahri lebih kecil dibanding di A, karena jaraknya
relatif jauh dengan matahari. Di bumi sendiri antara daerah di suatu bagian dengan
bagian yang lain menerima radiasi yang berbeda. Hal inilah yang menyebabkan
adanya perbedaan iklim di bumi. Contoh: intensitas radiasi matahri di bagian bumi
yang berada di kawasan khatulistiwa lebih kuati dibanding radiasi matahari yang
diterima di daerah kutub. Perhatikan gambar .
Warna orange merupakan radiasi sinar matahari, semakin pekat warna orangenya
maka semakin besar radiasi yang diterimanya, pada daerah khatulistiwa radiasinya
paling kuat jika dibanding daerah lainya di permukaan bumi karena berada pada jarak
paling dekat dengan matahari jika dibanding bagian bumi lainya. Anda juga dapat
melihat dari gambar, mengapa kutub selatan nyaris tidak ada kehidupan. Hal ini
dikarenakan kutub selatan hampir tidak menerima radiasi dari mathari sehingga
suhunya sangat dingin.
Dari penjelasan diatas jelaslah bagaimana pengaruh variasi radiasi matahari
terhadap bumi dan atmosfer, semakin jarak posisi suatu benda dengan sumber radiasi
maka akan semakin besar juga intensitas radiasi yang diterima, begitu juga sebaliknya
Page | 3
jika jarak benda dengan sumber radiasi semakin jauh maka semakin kecil juga
intensitas radiasi yang diterimanya..
Perlu diketahui juga bahwa radiasi matahari dalam perjalanannya melewati
atmosfer menuju permukaan bumi mengalami penyerapan (absorpsi), pemantulan,
hamburan, dan pemancaran kembali atau reradiasi sehingga intensitasnya
memungkinkan untuk kehidupan, tidak ada atmosfer yang melakukan penyerapan,
hamburan dan re-radiasi maka suhu di bumi akan sangat panas di siang hari dan
sangat dingin di malam hari, maka kemungkinan tidak akan ada kehidupan.
Absorpsi. Radiasi matahari yang jatuh diserap langsung oleh ozon dan uap air
sebanyak 18%. Ozon menyerap seluruh radiasi ultraviolet di bawah 0,29
mikrometer. Penyerapan radiasi oleh uap air terbanyak, yaitu antara 0,9
mikrometer dan 2,1 mikrometer. CO2 menyerap radiasi dengan panjang
gelombang lebih besar dari 4 mikrometer.
Pemantulan. Tutupan awan menghalangi masuknya radiasi matahari.
Banyaknya radiasi yang dipantulkan oleh awan tergantung tidak hanya pada
banyak dan tebalnya awan, tetapi juga pada macam atau jenis awan. Albedo
adalah nisbah antara energi radiasi yang dipantulkan dan energi radiasi yang
datang.
Hamburan. Radiasi matahari dihamburkan terutama oleh molekul udara, uap air,
dan partikel di dalam atmosfer.
Spektrum radiasi matahari yang sampai di permukaan tergantung beberapa
parameter atmosfer. Diantaranya massa udara (air mass), precipitable water,
turbiditas, elevation, dan NO2. Sedangkan parameter yang lain, misalnya ozon,
temperatur dan musim memiliki efek yang kecil.
B. Radiasi di Bumi dan Atmosfer
Radiasi di atas atmosfer berasal dari matahari, bintang-bintang ataupun dari planet-
planet lain. Radiasi ini berupa gelombang-gelombang elektromagnetik. Seperti yang
sudah dijelaskan di atas Bumi kita diselubungi oleh suatu atmosfer yang dapat
menahan atau mengabsorbsi sinar-sinar radiasi tersebut, sehingga sampai di
permukaan bumi tidak lagi membahayakan. Lapisan ozon mempunyai daya untuk
mengabsorbsisinar ultra violet sehingga hanya jumlah kecil saja dari sinar tersebut
yang sampai di permukaan bumi, di samping itu atmosfer juga memantulkan kembali
Page | 4
radiasi dari beberapa gelombang elektromagnetik. Jadi intensitas radiasi akan makin
meningkat bila kita naik ke atas atmosfer, sedangkan radiasi yang intensitasnya tinggi
membahayakan tubuh manusia.
Pada radiasi sinar matahari ke bumi erat kaitanya dengan efek rumah kaca, efek
rumah kaca dalam hal ini memiliki arti bahwa radiasi sinar matahari yang menembus
lapisan atmosfer akan terperangkap di bumi yang diselimuti lapisan atmosfer.
Dari gambar di atas dapat kita lihat radiasi sinar matahari sebagian menembus lapisan
atmosfer dan sebagian lagi dipantulkan kembali oleh lapisan atmosfer, radiasi yang
menembus lapisan atmosfer tadi akan akan dipantulkan oleh permukaan bumi dan
kemudian dan sebagian terperangkap di atmosfer sehingga suhu di permukaan bumi
terasa hangat.
Namun semakin maju peradaban manusia semakin banyak kegiatan-kegiatan yang
menghasikan emisi gas yang mengganggu komposisi pada lapisan atmosfer, akibatnya
lapisan atmosfer sudah tidak seimbang. Akibatnya radiasi sinar matahari yang
dipantulkan oleh permukaan bumi sebagian besar tidak akan mampu menembus
konsentrasi gas dilapisan atmosfer yang sudah tidak seimbang tersebut, akibatnya
radiasi yang dipantulkan permukaan bumi tidak mampu menembus kembali lapisan
atmosfer tersebut sehingga suhu di permukaan bumi akan meningkat dan
menyebabkan terjadinya pemanasan global, dan tentu saja masih banyak efek lain yang
disebabkan akibat efek rumah kaca ini.
Page | 5
C. Benda hitam
Pada dasarnya setiap benda mempunyai kemampuan menerima dan memancarkan
kembali suatu radiasi, namun kemampuan masing – masing benda dalam menyerap
dan memancarkan radiasi berbeda dan tergantung pada beberapa faktor diantaranya :
temperatur, sudut elevasi emisi, dan panjang gelombang radiasi. Kemampuan suatu
bahan untuk menyerap radiasi dinamakan sebagai emisivitas (ε). Benda hitam
merupakan penyerap radiasi yang baik sekaligus pemancar radiasi yang buruk
sedangkan benda putih mengkilap merupakan pemancar radiasi yang baik. Benda
dikatakan hitam sempurna bila seluruh radiasi yang datangi kepadanya terserap
semuanya tanpa sedikitpun yang terpancar kembali. Benda hitam mempunyai
emisivitas = 1 sedangkan benda mengkilap mempunyai emisivitas = 0. besarnya
intensitas radiasi yang dipancarkan benda bergantung pada sifat bahan (emisivitas)
dan suhunya. Sering diasumsikan dalam dunia teknik bahwa emisivitas tidak
bergantung pada panjang gelombang, sehingga emisivitas konstan. Hal ini dikenal
dengan istilah "asumsi benda abu-abu". Ketika menyinggung tentang permukaan
benda yang tidak hitam, deviasi dari ciri khas benda hitam ditentukan oleh
struktur geometridan komposisi kimia, dan mengikuti hukum Kirchoff tentang
radiasi termal: emisivitas setara dengan rasio penyerapan energi (untuk benda pada
equilibrium termal), sehingga objek yang tidak menyerap semua energi cahaya yang
meradiasinya tidak akan meradiasikan energi yang sama banyak dengan benda hitam
ideal.
Sedangkan Emisivitas atmosfer bumi bergantung pada keadaan awan yang
menutupi permukaan bumi dan komposisi gas yang menyerap dan melepaskan energi
dalam bentuk inframerah panas ( panjang gelombang antara 8 hingga
14 mikrometer ). Gas-gas ini umum disebutgas rumah kaca, dan mereka mempunyai
hubungan kuat dengan efek rumah kaca tadi. Gas rumah kaca yang utama
diantaranya uap air,karbon dioksida, metana, dan ozon. Komposisi utama atmosfer,
N2 dan O2, tidak menyerap dan meradiasikan inframerah panas.
D. Hukum Kirchoff tentang radiasi
Seperti yang sudah dijelaskan di atas bahwa besarnya daya serap radiasi sangat
dipengaruhi beberapa faktor salah satunya adalah warna permukaan benda, hal ini
dijelaskan dalam hukum Kirchoff tentang radiasi yang mengatakan bahwa pada benda
Page | 6
hitam sempurna besarnya daya serap (absorbtivity) berbanding lurus dengan daya
pancar (emisivity). Secara matematika dirumuskan sebagai :
α λ=ελ
Artinya “jika ada sebuah benda yang hitam sempurna maka benda tersebut
dapat menyerap seluruh radiasi yang datang padanya dan dapat meradiasikan
kembali seluruh radiasi yang datang padanya tadi”. Itulah sebabnya mengapa benda
hitam memiliki emisivitas paling tinggi.
Page | 7
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Variasi Matahari adalah perubahan jumlah energi radiasi yang dipancarkan oleh
Matahari.
Radiasi matahari dalam perjalanannya melewati atmosfer menuju permukaan
bumi mengalami penyerapan (absorpsi), pemantulan, hamburan, dan pemancaran
kembali atau reradiasi.
Besarnya intensitas radiasi matahari yang diterima sangat bergantung pada jarak
terhadap sumber radiasi ( Matahari ).
Daerah khatulistiwa menerima radiadi lebih kuat jika dibanding daerah kutub,
karena jaraknya lebih dekat dengan matahari.
Radiasi matahari yang melewati lapisan atmosfer dan terperangkap didalamnya
akan menimbulkan efek rumah kaca.
Efek rumah kaca merupakan radiasi sinar matahari yang menembus lapisan
atmosfer kemudian terperangkap sehingga menyebabkan suhu di permukaan bumi
meningkat.
Efek rumah kaca terjadi akibat kegiatan kehidupan yang menghasilkan emisi yang
kemudian mengganggu keseimbangan komposisi atmosfer.
Komposisi atmosfer yang tidak seimbang menyebabkan radiasi matahari yang
terperangkap di atmosfer semakin besar, sehingga menimbulkan pemanasan
global.
Benda hitam merupakan penyerap radiasi yang sempurna dan juga pemancar
radiasi yang buruk, sebaliknya benda mengkilap ( putih misalnya) memiliki daya
serap radiasi yang buruk tetapi mampu memancarkan radiasi dengan baik.
Hukum Kirchoff tentang radiasi dinyatakan sebagai berikut :
Keterangan :
α=absorbsi ( penyerapan )
ε=emisivitas
B. Kritik / saran
Page | 8
Harus menjelaskan keterkaitan antara masing – masing variabel.
Divariasikan dengan gambar – gambar kemudian dijelaskan secara rinci
maksud gambar tersebut.
Dipresentasikan dengan powerpoint yang menarik yang dilengkapi dengan
gambar – gambar.
Menyertakan contoh soal pada rumus – rumus. ( Musanni, Spd. )
DAFTAR PUSTAKA
1. Weart, Spencer (2006), "Changing Sun, Changing Climate?", di dalam Weart, Spencer,
The Discovery of Global Warming, American Institute of Physics, diakses pada 14 April
2007
2. AFM 160-5. Physiological technician's Training Manual. Department of the Air Force,
Washington D.C., 1968.
3. AFP 161-16. Physiology of Flight. Department of the Air Force, WashingtonD.C., 1968.
4. AFP 161-18. Flight Surgeon Guide. Department of The Air Force, Washington D.C. ,
1968
5. Armstrong HG. Aerospace Medicine. The Williams and Wilkins Baltimore;1961.
6. Davidovic, Vaazduhoplovna Fiziologija. Osnovi Vazduhoplovne Medicine, Beograd.
1965
Page | 9