Nama : Suko Abdi NagoroNPT : 13.11.2392KELAS : Meteorologi - 3B

Dosen : Amsari Mudzakir Setiawan

Tekanan Udara

Mengukur Tekanan Atmosfer

Definisi Tekanan Udara :

Tekanan udara di permukaan bumi adalah gaya per satuan luas berdasarkan atas berat/beban dari atmosphere di atasnya. dengan kata lain, Tekanan udara adalah sepadan dengan berat/beban dari sekolom udara di atas suatu proyeksi permukaan horisontal, membentang hingga batas terluar dari atmosphere.

Basic dari satuan ukur tekanan atmosfer adalah pascal (Newton per meter2). Namun dalam bidang Meteorologi biasa digunakan istilah milibar (mb) yang nilainya setara dengan hectopascal (hPa), 1 mb = 1 hPa = 100Pa. Dalam kondisi standar, sekolom air raksa/merkuri mempunyai skala ketinggian sebesar 760 (mm Hg) pada tekanan udara standard 1013.250 hPa, temperature standard sebesar 0°C dan gravity standard sebesar 9.80665 ms-2.

JENIS ALAT UKUR TEKANAN UDARA :

1. BAROMETER AIR RAKSA

* Mercury Fortin Barometer

* Mercury Kew Barometer

* Mercury Banjo Barometer

2. BAROMETER/BAROGRAPH ANEROID

* Barometer

* Barograph

* Altimeter

3. BAROMETER/BAROGRAPH BOURDON TUBE

* Spiral Bourdon-tube pressure

* Helical Bourdon-tube pressure

BAROMETER AIR RAKSA

Tekanan (P )=GayaBerat (m .g )Luas ( A )

=MassaUdara×KonstataGrafitasiLuas

. .. . .. .. gr /ms2

Pada tahun 1643, Torricelli membuat eksperimen sederhana, yang dinamakan Torricelli Experiment, yaitu ia menggunakan sebuah tabung kaca kuat dengan panjang kira-kira 1 m dan salah satu ujungnya tertutup. Dengan menggunakan sarung menghadap ke atas.

Dengan menggunakan corong ia menuangkan raksa dari botol ke dalam tabung sampai penuh. Kemudian ia menutup ujung terbuka tabung dengan jempolnya, dan segera membaliknya. Dengan cepat ia melepaskan jempolnya dari ujung tabung dan menaruh tabung vertikal dalam sebuah bejana berisi raksa. Ia mengamati permukaan raksa dalam tabung turun dan berhenti ketika tinggi kolom raksa dalam tabung 76 cm di atas permukaan raksa dalam bejana. Ruang vakum terperangkap di atas kolam raksa. Prinsip Barometer Air Raksa memanfaatkan sifat anomali air raksa dalam tabung hampa.

ANEROID BAROMETER

Barometer aneroid diciptakan oleh seorang Prancis, Lucien Vidie, di tahun 1843.Dia mengeluarkan sebuah barometer logam yang disebutnya aneroid sebuah, yang berarti "tanpa cair". Prinsip barometer aneroid adalah perubahan ketinggian ruang logam tertutup yang memiliki permukaan atas dan bawah fleksibel. Sebagai perubahan tekanan, sehingga ketinggian ruang bervariasi yang, pada gilirannya, bergerak sebuah penunjuk indeks.

Keuntungan terbesar barometer aneroid konvensional lebih dari barometer merkuri kekompakan mereka dan portabilitas, yang membuat mereka sangat nyaman untuk digunakan di laut atau di lapangan. Komponen utama adalah ruang metal tertutup, sepenuhnya atau sebagian dievakuasi, dan sistem pegas yang kuat yang mencegah ruang dari runtuh akibat tekanan atmosfir eksternal. Pada setiap tekanan yang diberikan, akan ada keseimbangan antara gaya akibat musim semi dan bahwa tekanan eksternal. Ruang aneroid dapat dibuat dari bahan (baja atau tembaga berilium) yang memiliki sifat elastis sehingga ruang itu sendiri dapat bertindak sebagai pegas.

Profil Vertikal Tekanan dan Temperatur

Atmosfer bumi adalah lapisan gas yang mengelilingi bumi yang tertahan oleh gravitasi bumi. Atmosfer melindungi kehidupan di bumi dengan menyerap radiasi ultraviolet, menghangatkan bumi, dan mereduksi suhu ekstrim antara siang dan malam. Stratifikasi Atmosfer menggambarkan struktur atmosfer, yang dibagi kedalam lapisan yang berbeda-beda, tiap lapisan dibedakan dengan karakteristik yang spesifik seperti suhu atau komposisi. Atmosfer mempunyai massa sekitar 5×1018 kg, 3/4 darinya sekitar 11 km (6.8 mi; 36,000 ft) dari permukaan. Atmosfer menjadi ringan dan lebih ringan dengan meningkatnya ketinggian, dengan tidak adanya batas yang pasti antara atmosfer dan luar angkasa. Kármán line, pada ketinggian 100 km (62 mi), juga sering disebut sebagai batas antara atmosfer dan luar angkasa. Udara adalah nama yang digunakan untuk bernafas dan fotosintesis. Udara kering mengandung 78.09 % nitrogen, 20.95 % oxygen, 0.93 % argon, 0.039 % karbon dioksida, dan gas lainnya dalam jumlah yang sedikit. Udara juga mengandung uap air, rata-rata sekitar 1%. Ketika kandungan udara dan tekanan atmosfer berbeda pada masing-masing lapisan , udara cocok untuk kehidupan tanaman dan hewan bumi yang sekarang hanya diketahui di temukan di Troposfer bumi.

Gambar lapisan atmosfer

Lapisan-Lapisan Bumi

Troposfer

Troposfer berada diporsi paling bawah dari Atmosfer Bumi. Troposfer mengandung kira-kira 80% massa atmosfer dan 99% uap air dan aerosol. Rata-rata kedalaman dari atmosfer kira-kira 17 km (11 mi) pada lintang tengah. Lebih dalam lagi pada wilayah tropis, yaitu diatas 20 km (12 mi), dan lebih rendah di dekat kutub, pada 7 km (4,3 mi) pada musim panas, dan tidak tentu pada saat musim dingin. Bagian terbawah dari troposfer, yang bersentuhan dengan permukaan bumi dan mempengaruhi aliran udara, adalah planetary boundary layer. Batas antara troposfer dan stratosfer, disebut tropopause. Kata Troposfer berasal dari Bahasa Yunani : tropos yang berarti “berbalik” atau “bercampur”, yang merefleksikan fakta bahwa percampuran turbulensi memegang peranan yang penting pada struktur dan kebiasaan troposfer. Sangat banyak fenomena cuaca sehari-hari yang terjadi di troposfer. Komposisi kimia dari troposfer pada dasarnya seragam, dengan pengecualian uap air. Sumber dari uap air adalah dari prermukaan bumi melalui penguapan dan transpirasi. Selanjutnya, suhu di troposfer menurun sesuai dengan ketinggian, dan tekanan uap jenuh menurun drastis bersamaan dengan peurunan suhu, jadi jumlah uap air yang terdapat di atmosfer menurun tajam sesuai dengan ketinggian. Proporsi uap air secara normal yang paling besar terletak di dekat permukaan dan menurun sesuai dengan ketinggian.

Stratosfer

Stratosfer adalah lapisan kedua dari atmosfer bumi, dibawah troposfer, dan diatas mesosfer. Mesosfer di bagi berdasarkan suhu, dengan lapisan yang lebih hangat berada diatas dan lapisan yang dingin berada dibawah. Batas dari Troposfer dan Stratosfer adalah Tropopause. Stratosfer terletak diantara ketinggian 10 km (6 mi) dan 50 km (30 mi) diatas permukaan pada lintang tengah, ketika di kutub berada pada ketinggian  sekitar 8 km (5 mi). Dengan lapisan ini, suhu meningkat sesuai dengan meningkatnya ketinggian, puncak stratosfer memiliki suhu sekitar 270 K (-3o C atau 29,6o F). Hanya sedikit dibawah titik beku air. Stratosfer dilapisi sesuai dengan suhu karena ozon (O3) disini menyerap energi yang besar dari gelombang energi UVB dan UVC dari matahari dan pecah menjadi atom oksigen (O) dan diatom oksigen (O2). Atom oksigen di temukan dengan merata di stratosfer bagian atas karena terjadi pancaran sinar UV dan dan perusakan ozon dan oksigen diatom. Bagian tengah stratosfer mempunyai sedikit sinar UV yang melewatinya, O dan O2 dapat di kombinasikan, dan ini adalah saat dimana mayoritas ozon alami diproduksi. Ini adalah saat ketika 2 bentuk oksigen menyatu kembali untuk membentuk ozon. Stratosfer bagian bawah menerima UVC dalam jumlah yang  sangat sedikit, jadi atom oksigen tidak ditemukan disini dan ozon tidak dibentuk. Stratifikasi vertical ini, dengan lapisan hangat diatas dan lapisan dingin dibawah, membuat stratosfer stabil. Tidak ada konveksi dan turbulen pada bagian atmosfer ini. Puncak stratosfer disebut strstopause, diatas dimana suhu menurun sesuai dengan ketinggian.

Mesosfer

Kata Mesosfer berasal dari Bahasa Yunani : mesos yang berarti tengah dan sphaira yang berarti bola. Mesosfer merupakan lapisan atmosfer bumi yang jauh diatas stratosfer dan jauh dibawah termosfer. Di mesosfer suhu menurun sesuai dengan kenaikan tinggi. Batas atas mesosfer adalah mesopause, yang mana dapat menjadi sangat dingin secara alami terjadi di bumi dengan suhu dibawah 130 K. Batas atas dan bawah dari mesosfer berubah-ubah sesuai dengan ketinggian dan musim, tetapi batas bawah dari mesosfer biasanya berlokasi pada ketinggian antara 50 km diatas permukaan bumi dan mesopause biasanya mempunyai tinggi sekitar 100 km, kecuali lintang tengah dan atas pada musim panas dimana terjadi penurunan ketinggian sekitar 85 km. Stratosfer, mesosfer dan bagian terendah termosfer sering disebut “atmosfer tengah”, yang mempunyai rentang ketinggian kira-kira 10 hingga 100 km. Mesopause, terletak pada ketinggian 80-90 km (50-56 mi), memisahkan mesosfer dari thermosfer. Pada mesosfer, temperatur menurun sesuai dengan kenaikan ketinggian. Penurunan temperature berlangsung karena penurunan pemanasan matahari dan kenaikan pendinginan oleh emisi radiative CO2. Puncak mesosfer, disebut mesopause, adalah tempat terdingin di planet Bumi. Temperatur di mesosfer bagian atas turun serendah -100 oC (173 K; -148 oF), bervariasi menurut ketinggian dan musim.

Thermosfer

Thermosfer adalah lapisan terbesar dari atmosfer bumi, jauh diatas mesosfer dan jauh dibawah exosfer. Pada lapisan ini, radiasi ultraviolet menyebabkan ionisasi. International Space Station telah stabil mengorbit pada bagian tengah thermosfer, diantara 320 hingga 380 kilometer (200 hingga 240 mi). Fenomena Aurora juga terjadi di thermosfer. Kata Thermosfer diambil dari Bahasa Yunani θερμός (thermos) yang berarti panas, Thermosfer dimulai sekitar 80 kilometer (50 mi) di atas bumi. Pada ketinggian ini, gas residu disortir kedalam strata yang mengacu pada massa molekul. Temperatur Thermosfer meningkat sesuai dengan kenaikan ketingggian karena penyerapan energi radiasi matahari yang tinggi dengan jumlah kecil residual oxygen yang masih ada. Temperatur sangat bergantung pada aktivitas matahari, dan dapat meningkat hingga 1,500 oC (2,730 oF). Radiasi menyebabkan partikel atmosfer pada lapisan ini menjadi terisi dengan listrik (lihat ionosphere), memungkinkan gelombang radio untuk memancarkan dan menerima gelombang. Pada eksosfer, dimulai dari 500 hingga 1.000 kilometer (310 hingga 620 mi) diatas muka bumi, atmosfer masuk kedalam luar angkasa. Gas yang sangat tipis pada lapisan ini dapat mencapai 2.500 oC (4.530 oF) selama siang hari. Walaupun temperaturnya sangat tinggi, tidak akan terasa panas, karena sangat mendekati vakum, jadi tidak cukup untuk terjadi kontak dengan atom gas untuk mentransfer panas. Termometer akan menunjukan angka dibawah 0 oC (32 oF), dikarenakan energi hilang oleh radiasi yang mengambil alih energi yang diperoleh dari gas atmosfer. Sekitar 160 kilometer (99 mi), anacoustic zone mencegah transmisi bunyi.

Eksosfer

Eksosfer adalah lapisan paling atas dari atmosfer bumi. Pada eksosfer, molekul naik cukup cepat untuk mencapai kecepatan lepas (escape velocity) dapat lepas ke luar

angkasa dengan sedikit peluang untuk tubrukan; jika molekul itu bergerak dengan kecepatan dibawah kecepatan lepas, maka tidak akan bisa keluar karenagaya gravitasi. Pada kasus lain, seperti molekul yang tidak mungkin untuk bertubrukan dengan molekul lain dikarenakan densitas yang rendah pada eksosfer.

Hukum Barometric

Gradien Tekanan (perubahan tekanan dengan jarak) menyebabkan udara bergerak. Gaya gradien tekanan selalu mengarah dari tekanan TINGGI (H) ke tekanan RENDAH (L)

Gaya gradien tekanan analog dg gaya gravitas pada slope gunung

– Besarannya sebanding dg gradien tekanan.

– Arahnya berlawanan dg arah gradien tekanan. Arahnya dari tekanan “HIGH” ke “LOW” .

– Dia tegak lurus dg garis-garis tekanan konstan (isobars).

– Makin rapat isobar, makin besar gradien dan makin besar gaya tekanan.

– Gaya tekanan sepanjang isobar adalah NOL

Kesetimbangan Hidrostatik

• Kesetimbangan Hydrostatik (atau equilibrium) adalah kesetimbangan antara gaya gradien tekanan dan gaya gravitas dalam arah vertikal

PG= ΔPd

• Rata-rata gravitas seimbang dg gaya gradien tekanan -> keseimbangan hidrostatik

• Deviasi yg kecil dari keseimbangan hidrostatik menghasilkan angin vertikal yg kecil (beberapa cm/s)

Sirkulasi Angin Darat dan Angin Laut

Sistem angin di bumi ini dibedakan menjadi 2 kelompok, yaitu angin yang bersifat umum dan angin yang bersifat lokal. Angin laut dan angin darat merupakan angin yang bersifat lokal. Selain angin laut dan angin darat, contoh angin yang bersifat lokal lainnya adalah: angin lembah, angin gunung, angin fohn, dll. Angin dikategorikan sebagai angin angin yang bersifat lokal adalah bila angin tersebut terjadi hanya pada daerah-daerah tertentu yang dipengaruhi oleh kondisi setempat. Pada dasarnya angin lokal yeng berupa angin darat dan angin laut berhubungan dengan sifat daratan dan lautan dalam menerma dan melepaskan panas. Daratan lebih cepat menerima panas dan lebih cepat pula melepaskan panas. Sedangkan lautan lebih lambat menerima panas serta lebih lambat melepaskan panas. Selain itu, angin darat dan angin laut dapat terjadi karena adanya perbedaan fisik darat dengan laut. Berikut ini adalah pengertian angin laut dan angin darat: ANGIN LAUT

Angin laut adalah udara yang bergerak dari lautan ke daratan. Angin laut terjadi pada siang hari, saat matahari mulai memancarkan panasnya. Daratan yang merupakan benda padat dapat menyerap panas matahari jauh lebih cepat daripada lautan yang merupakan benda cair. Karena suhu di atas daratan lebih tinggi daripada suhu diatas lautan, udara di atas daratan pun lebih cepat menjadi panas dan naik. Tempat yang ditinggalkannya akan segera diisi udara dari lautan yang berpindah ke tempat ke atas daratan sehingga terjadilah angin laut. 

 ANGIN DARAT

Angin darat adalah udara yang bergerak dari daratan ke lautan. Angin darat umumnya terjadi pada malam hari, saat matahari sudah tidak memancarkan panasnya. Daratan yang lebih cepat menyerap panas matahari akan melepaskan panas itu dengan lebih cepat pula. Maka, suhu diatas daratan segera menjadi lebih dingin bila dibandingkan dengan suhu diatas lautan. Karena suhu di atas lautan lebih panas, udara yang terdorong ke atas akibat panaspun lebih banyak terjadi diatas lautan. Karena tekanan udara diatas lautan lebih rendah (banyak tempat kosong yang ditinggalkan oleh udara yang naik), maka udara dingin dari atas daratan pun mengalir ke lautan untuk mengisi tempat yang kosong tersebut sehingga terjadilah angin darat.

Siklus Geokimia

Siklus Geokimia Unsur

Geokimia adalah ilmu yang mempelajari kandungan unsur dan isotop dalam lapisan bumi, terutama yang berhubungan dengan kelimpahan (abundant), penyebaran serta hukum-hukum yang mengontrolnya. Dari dasar ini berkembang beberapa cabang ilmu geokimia diantaranya yaitu geokimia panasbumi, geokimia mineral, geokimia petroleum dan geokimia lingkungan. Pada pembahasan selanjutnya penulis akan lebih banyak membicarakan tentang geokimia mineral, khususnya pada sedimentologi. Lahirnya geokimia sebagai cabang ilmu geologi baru menyebabkan munculnya metoda dan data observasi baru mengenai berbagai hal yang banyak menarik perhatian para ahli sedimentologi. Sebagian besar penelitian geokimia pada mulanya diarahkan pada penelitian kuantitatif untuk mengetahui penyebaran unsur-unsur kimia di alam, termasuk penyebarannya dalam batuan sedimen. Lambat laun data tersebut menuntun para ahli untuk memahami apa yang disebut sebagai siklus geokimia serta penemuan hukum-hukum yang mengontrol penyebaran unsur dan proses-proses yang menyebabkan timbulnya pola penyebaranunsur seperti itu.

Evolusi Awal Atmosfer

Atmosfer awal terutama helium (He) dan hydrogen (H). Panas dari kerak yg masih meleleh, matahari, dan mungkin solar wind yang menguat, menghilangkan atmosfer ini. Gravitas penting untuk menjaga atmosfer. H, He mempunyai berat molekuler yang rendah dan bisa mencapai kecepatan untuk meninggalkan (kecepatan yang perlu untuk lepas dari gravitas). Penjelasan lain: gas-gas akan dipindahkan oleh tumbukan antara Bumi yang tumbuh dan benda besar lainnya (planet yg gagal). Energi yg sangat dahsyat yang dilepaskan bisa melempar atmosfer awal. Teori ini menjelaskan asal Bulan dan kemiringan sumbu Bumi 23o. Sekitar 4.4 milyar tahun yang lalu, permukaan telah cukup mendingin untuk membentuk kerak. Banyak gunung api melepaskan uap, carbon dioxide, dan ammonia. Ini mengarah ke awal “atmosfer ke dua", yang mula-mula carbon dioxide dan uap air, dengan sebagian nitrogen tapi sebenarnya tidak ada oxygen. Tambahan air didatangkan oleh tumbukan, barangkali dengan asteroids yg terlempar dari sabuk asteroid karena pengaruh gravitas Jupiter. Ketika atmosfer mendingin, banyak carbon dioxide dilarutkan di laut dan dicurahkan sebagai carbonat. Simulasi yang dijalankan

di Universitas Waterloo dan Universitas Colorado menyarankan bahwa atmosfer bisa mempunyai hingga 40% hydrogen. Ini umumnya dipercaya bahwa green house effect, yang disebabkan oleh banyaknya carbon dioxide dan methane, menjaga Bumi dari pembekuan. Cyanobacteria kira-kira terjadi 3.3 miliar tahun yang lalu dan merupakan oksigen pertama yang berkembang menjadi organ yang menghasilkan energi dari fotosintesa. Mereka bertanggung jawab untuk mulainya konversi atmosfer bumi dari anoxic state ke oxic state (yaitu, dari keadaan tanpa oksigen ke keadaan dengan oksigen) selama periode 2.7 hingga 2.2 miliar tahun yang lalu. Mereka adalah yang pertama kali menghasilkan fotosintesa oksigenik, dan mampu menghasilkan oksigen, sambil mengasingkan carbon dioxide dalam molekul-molekul organik, memainkan peran utma dalam pengoksigenan atmosfer. Ini sering diacu sebagai Oxygen Catastrophe. Oxygen adalah racun bagi organ microscopic anaerobic yang dominan. Kenaikan konsentrasi oksigen di atmosfer memerlukan waktu karena bes, menghilangkannya dari atmosfer. Photosynthesizing plants later evolved dan terus menerus melepaskan oksigen dan menyingkirkan carbon dioksida. Ketika oxygen dilepaskan, dia bereaksi dengan ammonia untuk melepaskan nitrogen. Bakteri juga mengubah ammonia (NH3) menjadi nitrogen, tapi sebagian besar nitrogen saat ini di atmosfer dihasilkan dari fotolisis ammonia dengan kekuatan cahaya matahari. Karena lebih banyak lagi muncul tanaman, level oxygen bertambah dengan nyata, sedangkan carbon dioxida berkurang. Mula-mula oksigen bergabung dengan berbagai elemen, tapi akhirnya oksigen terakumulasi di atmosfer menyumbang pada meledaknya Cambrian dan evolusi lebih lanjut. Dengan keberadaan lapisan ozone, bentuk-bentuk kehidupan menjadi lebih terlindungi dari radiasi ultraviolet. Kehidupan di benua (450 juta tahun yang lalu). Antara 200 dan 250 juta tahun yang lalu, hingga 35% dari atmosfer adalah oxygen (seperti yg terdapat dalam gelembung atmosfer purbakala yang terpelihara dalam warna kekuningan). Atmosfer modern ini mempunyai komposisi yang dilakukan oleh ganggang hijau-biru maupun proses-proses geologi. O2 secara alami tidak tetap bebas di atmosfer tapi cenderung dikonsumsi oleh reaksi kimia anorganik, dan oleh binatang, bakteri, dan bahkan tanaman darat di malam hari. CO2 cenderung diproduksi oleh hasil pernapasan dan dekomposisi serta oksidasi materi organik. O2 akan hilang dalam beberapa juta tahun oleh reaksi kimia, dan CO2 larut dalam air dan akan hilang dalam millenia jika tidak diganti. Keduanya dijaga oleh produktivitas biologis dan gaya-gaya geologi yang bekerja bersama untuk mempertahankan pada tingkat yang benar-benar tetap selama lebih dari jutaan tahun.

Siklus Nitrogen

Nitrogen adalah unsur yang paling berlimpah di atmosfer (78% gas di atmosfer adalah nitrogen). Meskipun demikian, penggunaan nitrogen pada bidang biologis sangatlah terbatas. Nitrogen merupakan unsur yang tidak reaktif (sulit bereaksi dengan unsur lain) sehingga dalam penggunaan nitrogen pada makhluk hidup diperlukan berbagai proses, yaitu: fiksasi nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi, denitrifikasi. Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Siklus nitrogen secara khusus sangat dibutuhkan dalam ekologi karena ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat proses ekosistem kunci, termasuk produksi primer dan dekomposisi. Aktivitas manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan pelepasan nitrogen dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus nitrogen global. Walaupun terdapat sangat banyak molekul nitrogen di dalam atmosfer, nitrogen dalam bentuk gas tidaklah reaktif. Hanya beberapa organisme yang mampu untuk mengkonversinya menjadi senyawa organik dengan proses yang disebut fiksasi nitrogen. Fiksasi nitrogen yang lain terjadi karena proses geofisika, seperti terjadinya kilat. Kilat memiliki peran yang sangat penting dalam kehidupan, tanpanya tidak akan ada bentuk kehidupan di bumi. Walaupun demikian, sedikit sekali makhluk hidup yang dapat menyerap senyawa nitrogen yang terbentuk dari alam tersebut. Hampir seluruh makhluk hidup mendapatkan senyawa nitrogen dari makhluk hidup yang lain. Oleh sebab itu, reaksi fiksasi nitrogen sering disebut proses topping-up atau fungsi penambahan pada tersedianya cadangan senyawa nitrogen. Vertebrata secara tidak langsung telah mengonsumsi nitrogen melalui asupan nutrisi dalam bentuk protein maupun asam nukleat. Di dalam tubuh, makromolekul ini dicerna menjadi bentuk yang lebih kecil yaitu asam amino dan komponen dari nukleotida, dan dipergunakan untuk sintesis protein dan asam nukleat yang baru, atau senyawa lainnya. Sekitar setengah dari 20 jenis asam amino yang ditemukan pada protein merupakan asam amino

esensial bagi vertebrata, artinya asam amino tersebut tidak dapat dihasilkan dari asupan nutrisi senyawa lain, sedang sisanya dapat disintesis dengan menggunakan beberapa bahan dasar nutrisi, termasuk senyawa intermediat dari siklus asam sitrat. Asam amino esensial disintesis oleh organisme invertebrata, biasanya organisme yang mempunyai lintasan metabolisme yang panjang dan membutuhkan energi aktivasi lebih tinggi, yang telah punah dalam perjalanan evolusi makhluk vertebrata. Nukleotida yang diperlukan dalam sintesis RNA maupun DNA dapat dihasilkan melalui lintasan metabolisme, sehingga istilah "nukleotida esensial" kurang tepat. Kandungan nitrogen pada purina dan pirimidina yang didapat dari asam amino glutamina, asam aspartat dan glisina, layaknya kandungan karbon dalam ribosa dan deoksiribosa yang didapat dari glukosa. Kelebihan asam amino yang tidak digunakan dalam proses metabolisme akan dioksidasi guna memperoleh energi. Biasanya kandungan atom karbon dan hidrogen lambat laun akan membentuk CO2 atau H2O, dan kandungan atom nitrogen akan mengalami berbagai proses hingga menjadi urea untuk kemudian diekskresi. Setiap asam amino memiliki lintasan metabolismenya masing-masing, lengkap dengan perangkat enzimatiknya.

FUNGSI DALAM EKOLOGI

Nitrogen sangatlah penting untuk berbagai proses kehidupan di Bumi. Nitrogen adalah komponen utama dalam semua asam amino, yang nantinya dimasukkan ke dalam protein, tahu kan kalau protein adalah zat yang sangat kita butuhkan dalam pertumbuhan. Nitrogen juga hadir di basis pembentuk asam nukleat, seperti DNA dan RNA yang nantinya membawa hereditas. Pada tumbuhan, banyak dari nitrogen digunakan dalam molekul klorofil, yang penting untuk fotosintesis dan pertumbuhan lebih lanjut. Meskipun atmosfer bumi merupakan sumber berlimpah nitrogen, sebagian besar relatif tidak dapat digunakan oleh tanaman. Pengolahan kimia atau fiksasi alami (melalui proses konversi seperti yang dilakukan bakteri rhizobium), diperlukan untuk mengkonversi gas nitrogen menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh organisme hidup, oleh karena itu nitrogen menjadi komponen penting dari produksi pangan. Kelimpahan atau kelangkaan dari bentuk "tetap" nitrogen, (juga dikenal sebagai nitrogen reaktif), menentukan berapa banyak makanan yang dapat tumbuh pada sebidang tanah.

PROSES-PROSES DALAM DAUR NITROGEN

Nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia termasuk nitrogen organik, amonium (NH4 +), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), dan gas nitrogen (N2). Nitrogen organik dapat berupa organisme hidup, atau humus, dan dalam produk antara dekomposisi bahan organik atau humus dibangun. Proses siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia lain. Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Diagram di atas menunjukkan bagaimana proses-proses cocok bersama untuk membentuk siklus nitrogen (lihat gambar).

1. Fiksasi Nitrogen

Fiksasi nitrogen adalah proses alam, biologis atau abiotik yang mengubah nitrogen di udara menjadi ammonia (NH3). Mikroorganisme yang mem-fiksasi nitrogen disebut diazotrof. Mikroorganisme ini memiliki enzim nitrogenaze yang dapat menggabungkan hidrogen dan nitrogen. Reaksi untuk fiksasi nitrogen biologis ini dapat ditulis sebagai berikut:

N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2

Mikro organisme yang melakukan fiksasi nitrogen antara lain: Cyanobacteria, Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan Frankia. Selain itu ganggang hijau biru juga dapat memfiksasi nitrogen. Beberapa tanaman yang lebih tinggi, dan beberapa hewan (rayap), telah membentuk asosiasi (simbiosis) dengan diazotrof. Selain dilakukan oleh mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi pada proses non-biologis, contohnya sambaran petir. Lebih jauh, ada empat Cara yang dapat mengkonversi unsur nitrogen di atmosfer menjadi bentuk yang lebih reaktif:

a. Fiksasi biologis: beberapa bakteri simbiotik (paling sering dikaitkan dengan tanaman polongan) dan beberapa bakteri yang hidup bebas dapat memperbaiki nitrogen sebagai nitrogen organik. Sebuah contoh dari bakteri pengikat nitrogen adalah

bakteri Rhizobium mutualistik, yang hidup dalam nodul akar kacang-kacangan. Spesies ini diazotrophs. Sebuah contoh dari hidup bebas bakteri Azotobacter.

b. Industri fiksasi nitrogen: Di bawah tekanan besar, pada suhu 600 C, dan dengan penggunaan katalis besi, nitrogen atmosfer dan hidrogen (biasanya berasal dari gas alam atau minyak bumi) dapat dikombinasikan untuk membentuk amonia (NH3). Dalam proses Haber-Bosch, N2 adalah diubah bersamaan dengan gas hidrogen (H2) menjadi amonia (NH3), yang digunakan untuk membuat pupuk dan bahan peledak.

c. Pembakaran bahan bakar fosil: mesin mobil dan pembangkit listrik termal, yang melepaskan berbagai nitrogen oksida (NOx).

d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2 dan O2 karena foton dan terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.

2. Asimilasi

Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik dalam bentuk ion nitrat atau ion amonium. Sedangkan hewan memperoleh nitrogen dari tanaman yang mereka makan.Tanaman dapat menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui rambut akarnya. Jika nitrat diserap, pertama-tama direduksi menjadi ion nitrit dan kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan klorofil. Pada tanaman yang memiliki hubungan mutualistik dengan rhizobia, nitrogen dapat berasimilasi dalam bentuk ion amonium langsung dari nodul. Hewan, jamur, dan organisme heterotrof lain mendapatkan nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil.

3. Amonifikasi

Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur.

4. Nitrifikasi

Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri yang hidup di dalam tanah dan bakteri nitrifikasi lainnya. Tahap utama nitrifikasi, bakteri nitrifikasi seperti spesies Nitrosomonas mengoksidasi amonium (NH4 +) dan mengubah amonia menjadi nitrit (NO2-). Spesies bakteri lain, seperti Nitrobacter, bertanggung jawab untuk oksidasi nitrit menjadi dari nitrat (NO3-). Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman.

Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut ini:

1.     NH3 + CO2 + 1.5 O2 + Nitrosomonas → NO2- + H2O + H+

2.     NO2- + CO2 + 0.5 O2 + Nitrobacter → NO3

-

3.     NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e−

4.     NO2− + H2O → NO3

− + 2H+ + 2e

Karena kelarutannya yang sangat tinggi, nitrat dapat memasukkan air tanah. Peningkatan nitrat dalam air tanah merupakan masalah bagi air minum, karena nitrat dapat mengganggu tingkat oksigen darah pada bayi dan menyebabkan sindrom methemoglobinemia atau bayi biru. Ketika air tanah mengisi aliran sungai, nitrat yang memperkaya air tanah dapat berkontribusi untuk eutrofikasi, sebuah proses dimana populasi alga meledak, terutama populasi alga biru-hijau. Hal ini juga dapat menyebabkan kematian kehidupan akuatik karena permintaan yang berlebihan untuk oksigen. Meskipun tidak secara langsung beracun untuk ikan hidup (seperti amonia), nitrat dapat memiliki efek tidak langsung pada ikan jika berkontribusi untuk eutrofikasi ini.

5. Denitrifikasi

Denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat untuk kembali menjadi gas nitrogen (N2), untuk menyelesaikan siklus nitrogen. Proses ini dilakukan oleh spesies bakteri seperti Pseudomonas dan Clostridium dalam kondisi anaerobik. Mereka menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron di tempat oksigen selama respirasi. Fakultatif anaerob bakteri ini juga dapat hidup dalam kondisi aerobik.

Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui beberapa kombinasi dari bentuk peralihan sebagai berikut:NO3

− → NO2− → NO + N2O → N2 (g)

Proses denitrifikasi lengkap dapat dinyatakan sebagai reaksi redoks:2 NO3

− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O

6. Oksidasi Amonia Anaerobik

Dalam proses biologis, nitrit dan amonium dikonversi langsung ke elemen (N2) gas nitrogen. Proses ini membentuk sebagian besar dari konversi nitrogen unsur di lautan. Reduksi dalam kondisi anoxic juga dapat terjadi melalui proses yang disebut oksidasi amonia anaerobikNH4

+ + NO2− → N2 + 2 H2O

Siklus Oksigen

Tumbuhan dan binatang menghirup oksigen dari udara, yang lalu dimanfaatkan dalam proses kehidupannya. Tentu saja oksigen itu perlu diganti dengan yang baru, kalau tidak, kehidupan di bumi akan berhenti. Binatang menghirupoksigen (O2) dan menghembuskan karbondioksida (CO2).Di siang hari, pepohonan mengubah CO2 menjadi oksigen (O2) selama proses fotosintesis berlangsung, tumbuhanmelepaskan oksigen ke atmosfir melalui daun mereka.Oksigen atau zat asam adalah unsur kimia dalam sistemtabel periodik yang mempunyai lambang O dan nomor atom 8. Ia merupakan unsur golongan kalkogen dan dapat dengan mudah bereaksi dengan hampir semua unsur lainnya (utamanya menjadi oksida). Pada Temperatur dan tekanan standar, duaatom unsur ini berikatan menjadi dioksigen, yaitu senyawa gas diatomik dengan rumus O2 yang tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau. Oksigen merupakan unsur palingmelimpah ketiga di alam semesta berdasarkan massa dan unsur paling melimpah di kerak Bumi.Gas oksigen diatomik mengisi 20,9% volume atmosfer bumi.

Siklus Karbon

Karbon di atmosfer

Diagram dari siklus karbon. Angka dengan warna hitam menyatakan berapa banyak karbon tersimpan dalam berbagai reservoir, dalam milyar ton ("GtC" berarti Giga Ton Karbon). Angka dengan warna biru menyatakan berapa banyak karbon berpindah antar reservoir setiap tahun. Sedimen, sebagaimana yang diberikan dalam diagram, tidak termasuk ~70 juta GtC batuan karbonat dan kerogen. Bagian terbesar dari karbon yang berada di atmosfer Bumi adalah gas karbon dioksida (CO2). Meskipun jumlah gas ini merupakan bagian yang sangat kecil dari seluruh gas yang ada di atmosfer (hanya sekitar 0,04% dalam basis molar, meskipun sedang mengalami kenaikan), namun ia memiliki peran yang penting dalam menyokong kehidupan. Gas-gas lain yang mengandung karbon di atmosfer adalah metan dan kloroflorokarbon atau CFC (CFC ini merupakan gas artifisial atau buatan). Gas-gas tersebut adalah gas rumah kaca yang konsentrasinya di atmosfer telah bertambah dalam dekade terakhir ini, dan berperan dalam pemanasan global. Karbon diambil dari atmosfer dengan berbagai cara:

Ketika matahari bersinar, tumbuhan melakukan fotosintesa untuk mengubah karbon dioksida menjadi karbohidrat, dan melepaskan oksigen ke atmosfer. Proses ini akan lebih banyak menyerap karbon pada hutan dengan tumbuhan yang baru saja tumbuh atau hutan yang sedang mengalami pertumbuhan yang cepat.

Pada permukaan laut ke arah kutub, air laut menjadi lebih dingin dan CO2 akan lebih mudah larut. Selanjutnya CO2 yang larut tersebut akan terbawa oleh sirkulasi termohalin yang membawa massa air di permukaan yang lebih berat ke kedalaman laut atau interior laut (lihat bagian solubility pump).

Di laut bagian atas (upper ocean), pada daerah dengan produktivitas yang tinggi, organisme membentuk jaringan yang mengandung karbon, beberapa organisme juga membentuk cangkang karbonat dan bagian-bagian tubuh lainnya yang keras. Proses ini akan menyebabkan aliran karbon ke bawah (lihat bagian biological pump).

Pelapukan batuan silikat. Tidak seperti dua proses sebelumnya, proses ini tidak memindahkan karbon ke dalam reservoir yang siap untuk kembali ke atmosfer. Pelapukan batuan karbonat tidak memiliki efek netto terhadap CO2 atmosferik karena ion bikarbonat yang terbentuk terbawa ke laut dimana selanjutnya dipakai untuk membuat karbonat laut dengan reaksi yang sebaliknya (reverse reaction).

Karbon dapat kembali ke atmosfer dengan berbagai cara pula, yaitu:

Melalui pernapasan (respirasi) oleh tumbuhan dan binatang. Hal ini merupakan reaksi eksotermik dan termasuk juga di dalamnya penguraian glukosa (atau molekul organik lainnya) menjadi karbon dioksida dan air.

Melalui pembusukan binatang dan tumbuhan. Fungi atau jamur dan bakteri mengurai senyawa karbon pada binatang dan tumbuhan yang mati dan mengubah karbon menjadi karbon dioksida jika tersedia oksigen, atau menjadi metana jika tidak tersedia oksigen.

Melalui pembakaran material organik yang mengoksidasi karbon yang terkandung menghasilkan karbon dioksida (juga yang lainnya seperti asap). Pembakaran bahan bakar fosil seperti batu bara, produk dari industri perminyakan (petroleum), dan gas alam akan melepaskan karbon yang sudah tersimpan selama jutaan tahun di dalam geosfer. Hal inilah yang merupakan penyebab utama naiknya jumlah karbon dioksida di atmosfer.

Produksi semen. Salah satu komponennya, yaitu kapur atau gamping atau kalsium oksida, dihasilkan dengan cara memanaskan batu kapur atau batu gamping yang akan menghasilkan juga karbon dioksida dalam jumlah yang banyak.

Di permukaan laut dimana air menjadi lebih hangat, karbon dioksida terlarut dilepas kembali ke atmosfer.

Erupsi vulkanik atau ledakan gunung berapi akan melepaskan gas ke atmosfer. Gas-gas tersebut termasuk uap air, karbon dioksida, dan belerang. Jumlah karbon dioksida yang dilepas ke atmosfer secara kasar hampir sama dengan jumlah karbon dioksida yang hilang dari atmosfer akibat pelapukan silikat; Kedua proses kimia ini yang saling berkebalikan ini akan memberikan hasil penjumlahan yang sama dengan nol dan tidak berpengaruh terhadap jumlah karbon dioksida di atmosfer dalam skala waktu yang kurang dari 100.000 tahun.

Efek Rumah Kaca

Pengantar

Secara alamiah sinar matahari yang masuk ke

bumi, sebagian akan dipantulkan kembali oleh

permukaan bumi ke angkasa. Sebagian sinar

matahari yang dipantulkan itu akan diserap oleh

gas-gas di atmosfer yang menyelimuti bumi –

disebut gas rumah kaca, sehingga sinar tersebut

terperangkap dalam bumi. Peristiwa ini dikenal

dengan efek rumah kaca (ERK) karena peristiwanya

sama dengan rumah kaca, dimana panas yang

masuk akan terperangkap di dalamnya, tidak dapat

menembus ke luar kaca, sehingga dapat

menghangatkan seisi rumah kaca tersebut.

Efek Rumah Kaca

Peristiwa alam ini menyebabkan bumi menjadi hangat dan layak ditempati manusia, karena jika tidak ada ERK maka suhu permukaan bumi akan 33 derajat Celcius lebih dingin. Gas Rumah Kaca (GRK) seperti CO2 (Karbon dioksida), CH4 (Metan) dan N2O (Nitrous Oksida), HFCs (Hydrofluorocarbons), PFCs (Perfluorocarbons) and SF6 (Sulphur hexafluoride) yang berada di atmosfer dihasilkan dari berbagai kegiatan manusia terutama yang berhubungan dengan pembakaran bahan bakar fosil (minyak, gas, dan batubara) seperti pada pembangkitan tenaga listrik, kendaraan bermotor, AC, komputer, memasak. Selain itu GRK juga dihasilkan dari pembakaran dan penggundulan hutan serta aktivitas pertanian dan peternakan. GRK yang dihasilkan dari kegiatan tersebut, seperti karbondioksida, metana, dan nitroksida, menyebabkan meningkatnya konsentrasi GRK di atmosfer. Berubahnya komposisi GRK di atmosfer, yaitu meningkatnya konsentrasi GRK secara global akibat kegiatan manusia menyebabkan sinar matahari yang dipantulkan kembali oleh permukaan bumi ke angkasa, sebagian besar terperangkap di dalam bumi akibat terhambat oleh GRK tadi. Meningkatnya jumlah emisi GRK di atmosfer pada akhirnya menyebabkan meningkatnya suhu rata-rata permukaan bumi, yang kemudian dikenal dengan Pemanasan Global.

Sinar matahari yang tidak terserap permukaan bumi akan dipantulkan kembali dari permukaan bumi ke angkasa. Setelah dipantulkan kembali berubah menjadi gelombang

panjang yang berupa energi panas. Namun sebagian dari energi panas tersebut tidak dapat menembus kembali atau lolos keluar ke angkasa, karena lapisan gas-gas atmosfer sudah terganggu komposisinya. Akibatnya energi panas yang seharusnya lepas keangkasa (stratosfer) menjadi terpancar kembali ke permukaan bumi (troposfer) atau adanya energi panas tambahan kembali lagi ke bumi dalam kurun waktu yang cukup lama, sehingga lebih dari dari kondisi normal, inilah efek rumah kaca berlebihan karena komposisi lapisan gas rumah kaca di atmosfer terganggu, akibatnya memicu naiknya suhu rata-rata dipermukaan bumi maka terjadilah pemanasan global. Karena suhu adalah salah satu parameter dari iklim dengan begitu berpengaruh pada iklim bumi, terjadilah perubahan iklim secara global.

Pemanasan global dan perubahan iklim menyebabkan terjadinya kenaikan suhu,

mencairnya es di kutub, meningkatnya permukaan laut, bergesernya garis pantai,

musim kemarau yang berkepanjangan, periode musim hujan yang semakin singkat,

namun semakin tinggi intensitasnya, dan anomaly-anomali iklim seperti El Nino – La

Nina dan Indian Ocean Dipole (IOD). Hal-hal ini kemudian akan menyebabkan

tenggelamnya beberapa pulau dan berkurangnya luas daratan, pengungsian besar-

besaran, gagal panen, krisis pangan, banjir, wabah penyakit, dan lain-lainnya.

Radiasi

Radiasi merupakan penjalaran energi melalui gelombang elektromagnetik (GEM)

Satu-satunya bentuk energi yang dapat merambat tanpa media transfer. Dengan kata lain, transfer energi oleh radiasi dapat terjadi melalui ruang hampa. Radiasi yang dipancarkan sebagai gelombang eletromagnectic oleh semua hal dengan suhu di atas 0 K. Radiasi yang dipancarkan tergantung pada temperatur.

Radiasi Electromagnetik adalah gelombang

Disusun oleh: Listrik gelombang (E) Magnetic Wave (M) Mereka saling tegak lurus

SIFAT GELOMBANG

Amplitudo: tinggi gelombang (dari diam ke puncak)

Panjang gelombang: panjang satu siklus gelombang lengkap, atau jarak antara puncak ke puncak

atau palung ke palung

Jumlah energi yang dibawa oleh gelombang berhubungan dengan amplitudo

gelombang Frekuensi: jumlah siklus per detik (siklus per

detik - Hertz - Hz-sistem internasional) Periode: waktu yang dibutuhkan untuk

menyelesaikan satu siklus (detik)

Radiasi Benda Hitam

Sebuah benda hitam adalah badan murni hipotetis yang

menyerap dan memancarkan radiasi maksimum yang mungkin

pada panjang gelombang setiap. Ini adalah emitor sempurna

dan penyerap sempurna radiasi. Sebuah benda hitam tidak

harus muncul sebagai benda yang berwarna hitam "hitam".

Matahari dan permukaan bumi berperilaku kira-kira sebagai

benda hitam-meskipun hal ini tidak berlaku untuk atmosfer.

Perbandingan Intensitas radiasi hitam

Stefan-Boltzmann Law:

E=σ T4

E= intensity of radiation

(Joules.sec-1. m-2 = Watts.m-2)

σ= Stefan-Boltzmann constant

=5.67 x 10-8 watts per meter square per K4)

(K=Kelvin)

Implications:

If T doubles,

E2= σ (2T)4 =σ (2T)4 =16 E

Benda hitam sejati tidak ada di alam, Kebanyakan cairan dan padatan dapat diperlakukan sebagai graybodies, yang berarti bahwa mereka memancarkan beberapa persentase dari jumlah maksimum radiasi mungkin pada suhu tertentu. Persentase energi dipancarkan oleh zat relatif terhadap suatu hitam disebut sebagai ε emisivitas.

E = ε σ T4

Hukum Wien

λmax = constant/T

λmax = 2897 μm K /T (in K)

Radiasi matahari yang disebut "gelombang pendek" radiasi Terrestrial radiasi disebut "radiasi gelombang panjang" Panjang gelombang emisi maksimum untuk matahari = 0,50 m (sebagian besar emisi terjadi pada panjang gelombang terlihat). Panjang gelombang emisi maksimum untuk Bumi = 10 m (sebagian besar emisi terjadi pada panjang gelombang infra merah jauh)