kimia oseanografi

KIMIA OSEANOGRAFI

TERMPERATUR AIR LAUT
Temperatur adalah salah satu sifat fisik yang paling penting dari air laut. Salinitas dan temperatur bersama-sama mengontrol densitas air laut. Temperatur air laut mengontrol distribusi dari organisme laut dan ikan. Karena temperatur dapat mempengaruhi proses kimia (metabolisme), temperatur air laut memiliki efek yang besar pada proses kehidupan ikan. Perubahan temperatur air laut dapat mengakibatkan perubahan aktivitas tubuh pada ikan. Temperatur permukaan laut mempengaruhi sifat udara permukaan di atas lautan. struktur Temperatur vertikal mempengaruhi propagasi suara di laut dan oleh karena itu penting untuk perang anti-kapal selam. Temperatur air laut merupakan indikasi perubahan lainnya dan kondisi di laut seperti intensitas upwelling, arus, dan batas massa air (Reddy, 2001).

Temperatur adalah ukuran panas-dinginnya dari suatu benda. Panas-dinginnya suatu benda berkaitan dengan energi termis yang terkandung dalam benda tersebut. Makin besar energi termisnya, makin besar temperaturnya. Ada beberapa yang dapat digunakan untuk menentukan Temperatur mutlak T. Satuan dari T adalah Kelvin, yang memiliki simbol K. Proses dasar yang digunakan untuk menentukan skala Temperatur mutlak atas kisaran Temperatur yang ditemukan di laut meliputi (Soulen dan Fogle, 1997): 1) hukum gas yang berhubungan tekanan untuk temperatur gas ideal dengan koreksi untuk kerapatan gas; dan 2) gangguan tegangan dari resistensi R (Stewart, 2008). Stewart (2008) juga menambahkan, temperatur merupakan ukuran energi gerakan molekul dan dinotasikan dengan T. Satuan internasional untuk temperatur adalah K (Kelvin) atau oC (Celcius), dimana :  t [oC] = T [K] - 273,15.

1.      Manfaat Temperatur

Salah satu faktor yang sangat penting dalam proses kehidupan dan penyebaran organisme di laut adalah Temperatur. Temperatur air laut merupakan parameter yang sering diukur mengingat kegunaannya dalam mempelajari proses fisika, kimia dan biologi laut. Selain itu juga Temperatur dimanfaatkan dalam mempelajari transportasi dan polutan yang masuk ke lingkungan laut. Temperatur juga merupakan faktor pembatas dalam penyebaran hewan dan tumbuhan laut, sebagai contoh binatang karang yang penyebarannya sangat dibatasi oleh perairan yang hangat di daerah tropik dan subtropik. Proses metabolisme pada organisme hanya berfungsi dengan baik pada kisaran Temperatur yang relatif sempit, yakni antara 0 hingga 40 derajat Celcius.  Namun terdapat juga organisme yang mampu mentolerir Temperatur sedikit di atas atau di bawah batas-batas tersebut. Ganggang hijau-biru dapat hidup pada Temperatur 85 derajat Celcius di sumber air panas. Proses metabolisme organisme akan meningkat dua kali lipat untuk kenaikan Temperatur sebesar 10 derajat Celcius.

Temperatur perairan juga berpengaruh besar terhadap fenomena-fenomena yang terjadi di laut. Akibat pengaruh Temperatur  perairan yang besar terhadap organisme dan terhadap fenomena-fenomena di laut, maka penelitian Temperatur permukaan laut (SPL) ini dilakukan, meskipun sudah banyak dilakukan di wilayah perairan yang berbeda. Disamping itu, fenomena perubahan iklim secara global telah menjadi perhatian di seluruh dunia akibat adanya pemanasan global yang menyebabkan perubahan Temperatur permukaan bumi.

Pemanasan global akibat perubahan iklim selain menaikkan permukaan air laut akibat pemuaian volume air dan pencairan salju, juga menaikkan suhu air laut. Hal itu akan berpengaruh terhadap interaksi laut dan atmosfer, yang selanjutnya akan mempengaruhi perubahan iklim. Perbedaan temperatur antara udara diatas daratan dan lautan menimbulkan angin sepanjang garis pantai yang kuat. Sedangkan perbedaan temperatur air laut dan di dasar laut akan menimbulkan arus keatas (upwelling). Bila hal ini terjadi dengan intensitas yang tinggi diduga akan menambah frekuensi peristiwa siklon tropis yang disertai perluasan wilayahnya. Suhu permukaan air laut yang tinggi kemungkinan meningkatkan terjadinya El-Nino yang mengakibatkan cuaca buruk dan mengganggu sirkulasi laut (Wibowo 1996).

Temperatur adalah sifat termodinamis cairan karena aktivitas molekul dan atom di dalam cairan tersebut. Semakin besar aktivitas (energi), semakin tinggi pula temperaturnya. Temperatur menunjukkan kandungan energi panas. Energi panas dan temperatur dihubungkan oleh energi panas spesifik. Energi panas spesifik sendiri secara sederhana dapat diartikan sebagai jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur dari satu satuan massa fluida sebesar 1^o. Jika kandungan energi panas nol (tidak ada aktivitas atom dan molekul dalam fluida) maka temperaturnya secara absolut juga nol (dalam skala Kelvin). Jadi nol dalam skala Kelvin adalah suatu kondisi dimana sama sekali tidak ada aktivitas atom dan molekul dalam suatu fluida. Temperatur air laut di permukaan ditentukan oleh adanya pemanasan (heating) di daerah tropis dan pendinginan (cooling) di daerah lintang tinggi. Kisaran harga temperatur di laut adalah -2^o s.d. 35^o C.

2.      Jenis-jenis Temperatur

Dalam oseanografi dikenal dua istilah untuk menentukan temperatur air laut yaitu temperatur insitu (selanjutnya disebut sebagai temperatur saja) dan temperatur potensial.

a.       Temperatur insitu/ Temperatur.

Temperatur adalah sifat termodinamis cairan karena aktivitas molekul dan atom di dalam cairan tersebut. Semakin besar aktivitas (energi), semakin tinggi pula temperaturnya. Temperatur menunjukkan kandungan energi panas. Energi panas dan temperatur dihubungkan oleh energi panas spesifik. Energi panas spesifik sendiri secara sederhana dapat diartikan sebagai jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur dari satu satuan massa fluida sebesar 1^o. Jika kandungan energi panas nol (tidak ada aktivitas atom dan molekul dalam fluida) maka temperaturnya secara absolut juga nol (dalam skala Kelvin). Jadi nol dalam skala Kelvin adalah suatu kondisi dimana sama sekali tidak ada aktivitas atom dan molekul dalam suatu fluida. Temperatur air laut di permukaan ditentukan oleh adanya pemanasan (heating) di daerah tropis dan pendinginan (cooling) di daerah lintang tinggi. Kisaran harga temperatur di laut adalah -2^o s.d. 35^oC.

Tekanan di dalam laut akan bertambah dengan bertambahnya kedalaman. Sebuah parsel air yang bergerak dari satu level tekanan ke level tekanan yang lain akan mengalami penekanan (kompresi) atau pengembangan (ekspansi). Jika parsel air mengalamai penekanan secara adiabatis (tanpa terjadi pertukaran energi panas), maka temperaturnya akan bertambah. Sebaliknya, jika parsel air mengalami pengembangan (juga secara adiabatis), maka temperaturnya akan berkurang.

Perubahan temperatur yang terjadi akibat penekanan dan pengembangan ini bukanlah nilai yang ingin kita cari, karena di dalamnya tidak terjadi perubahan kandungan energi panas. Untuk itu, jika kita ingin membandingkan temperatur air pada suatu level tekanan dengan level tekanan lainnya, efek penekanan dan pengembangan adiabatik harus dihilangkan. Maka dari itu didefinisikanlah temperatur potensial

b.      Temperatur potensial 

Temperatur potensial  yaitu temperatur dimana parsel air telah dipindahkan secara adiabatis ke level tekanan yang lain. Di laut, biasanya digunakan permukaan laut sebagai tekanan referensi untuk temperatur potensial. Jadi kita membandingkan harga temperatur pada level tekanan yang berbeda jika parsel air telah dibawa, tanpa percampuran dan difusi, ke permukaan laut. Karena tekanan di atas permukaan laut adalah yang terendah (jika dibandingkan dengan tekanan di kedalaman laut yang lebih dalam), maka temperatur potensial (yang dihitung pada tekanan permukaan) akan selalu lebih rendah daripada temperatur sebenarnya.

Satuan untuk temperatur dan temperatur potensial adalah derajat Celcius. Sementara itu, jika temperatur akan digunakan untuk menghitung kandungan energi panas dan transpor energi panas, harus digunakan satuan Kelvin. 0^oC = 273,16K. Perubahan 1^oC sama dengan perubahan 1K.

Seperti telah disebutkan di atas, temperatur menunjukkan kandungan energi panas, dimana energi panas dan temperatur dihubungkan melalui energi panas spesifik. Energi panas persatuan volume dihitung dari harga temperatur menggunakan rumus Q = densitas*energi panas specifik*temperatur (temperatur dalam satuan Kelvin). Jika tekanan tidak sama dengan nol, perhitungan energi panas di lautan harus menggunakan temperatur potensial. Satuan untuk energi panas (dalam mks) adalah Joule. Sementara itu, perubahan energi panas dinyatakan dalam Watt (Joule/detik). Aliran (fluks) energi panas dinyatakan dalam Watt/meter² (energi per detik per satuan luas).

3.      Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Temperatur

Temperatur air laut berkisar -2 hingga 40 derajat Celcius mulai dari Temperatur air laut di daerah kutub sampai air laut di daerah tropis (perairan dangkal). Temperatur air permukaan memperlihatkan kisaran yang amat luas sedangkan air laut dalam lebih stabil. Temperatur perairan dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain : radiasi matahari, posisi matahari, letak geografis, musim, kondisi awan, proses interaksi air dan udara, penguapan dan hembusan angin.

a.       Matahari

Secara alamiah atau terbesar faktor yang mepengaruhi besarnya Temperatur adalah matahari. Setiap detik matahari memancarkan bahang sebesar 1026 kalori dan setiap tempat di bumi yang tegak lurus ke matahari akan menerima bahang sebanyak 0,033 kalori/detik. Pancaran energi matahari ini akan sampai ke batas atas atmosfer bumi rata-rata 2 kalori/cm2/menit. Pancaran energi ini juga sampai ke permukaan laut dan diserap oleh massa air.

Secara keseluruhan sebagian besar air samudera itu dingin. Kurang dari 10% volume air laut di muka bumi yang Temperaturnya lebih dari 10 derajat Celcius dan 75% Temperaturnya di bawah 4 derajat Celcius. Hal ini disebabkan sinar matahari hanya mampu menembus laut sampai beberapa ratus meter saja. Sedangkan pengaruh penyinaran matahari musiman hanya mencapai kedalaman kira-kira 100 meter. Akibatnya di samudera terdapat lapisan atas yang relatif hangat dihubungkan dengan lapisan transisi mendadak ke air dingin yang merupakan kolom air samudera sisanya. Daerah atau lapisan dengan penurunan Temperatur cepat ke bawah disebut thermocline. Lapisan di atasnya sering dinamakan lapisan campuran (mixed layer) karena pada lapisan inilah Temperatur berubah-ubah menurut waktu dan ruang. Di bawah lapisan termoklin Temperatur air kembali relatif konstan karena terjadi pencampuran atau konveksi

b.      Lingkungan

Walaupun di daerah tropis lebih panas dari kutub, daerah tropis memiliki suhu air lebih rendah dibandingkan suhu air laut di daerah subtropis. Hal ini karena faktor keawanan yang menutupi di daerah tropis, banyak awan yang menutupi dibandingkan dengan di daerah subtropik. Awan banyak menyerap sinar datang dan menimbulkan nilai kelembaban udara yang tinggi. Adapun di daerah subtropik, insolation yang tinggi tidak diikuti oleh kelembaban dan keawanan sehingga di daerah ini lebih panas

c.       Musim dan Arus

Distribusi Temperatur permukaan laut secara horisontal pada umumnya sangat dipengaruhi gejala musiman (Sadhotomo, 2006). Sepanjang angin musim barat (Februari), Temperatur yang paling tinggi cenderung ditemukan  pada bagian timur, sebaliknya, sepanjang angin musim Timur (Oktober) Temperatur tertinggi terdapat pada bagian barat (Sadhotomo, 2006).

Pergerakan arus yang terjadi menyebabkan variasi suhu permukaan laut di Laut  Jawa.  Variasi  ini  disebabkan  oleh  massa  air  yang  bergerak  dari  wilayah sekitar  Laut  Jawa  akibat  adanya  arus.  Pada  saat  musim  timur,  arus  bergerak  dari wilayah  timur  menuju  barat  membawa  massa  air  yang  lebih  dingin  dari  wilayah timur, sedangkan pada musim barat arus membawa masuk massa air dari laut cina selatan yang memiliki suhu yang lebih rendah (Wyrtki, 1961). Variabilitas SPL di Luat Jawa juga di pengaruhi oleh Arus Lintas Indonesia (ARLINDO). ARLINDO membawa air hangat dari selat Makassar (Waworuntu et al, 2000).

d.      Angin

Angin juga mempengaruhi persebaran Temperatur permukaan di Laut Jawa. Berdasarkan penelitian sadhotomo (2006), angin musim mempengaruhi suatu area yang luas mulai dari timur Afrika hingga bagian selatan Jepang. Laut Jawa merupakan bagian dari area yang terpengaruh angin musim. Angin musim bisa digambarkan sebagai suatu pembalikan setengah tahunan  tentang angin dan arus (Sadhotomo, 2006). Area yang dipengaruhi oleh angin musim bisa dinyatakan berdasarkan parameter yang berhubungan dengan laut dan atmosfer (Pedelabord,  1970). Berdasarkan definisi ini, angin musim dan arus di area Laut Jawa bisa berlaku secara musiman, dimana perubahan arah angin dan  arus lebih dari 90⁰, yaitu barat laut ke arah bagian tenggara selama  angin musim barat dan arah kebalikan selama angin musim timur (Gambar 10). Sebagai akibat perubahan musiman ini, angin musim berdampak pada perubahan parameter Atmosfer di Laut Jawa secara berkala. Selama angin musim barat ( November - Februari) angin badai umum datang dari barat laut menuju bagian tenggara dengan udara yang lembab dari Lautan India.

e.       Upwelling

Upwelling  merupakan  proses  pergerakan  massa  air  dari  lapisan  yang  lebih dalam dimana massa air tersebut memiliki suhu yang lebih rendah serta membawa unsur hara ke permukaan (Nontji, 1993). Menurut Ilahude (1997), massa air yang  naik  ke  permukaan  ini  berasal  dari  lapisan  pada  kedalaman  100-200  m.Proses upwelling menyebabkan terjadinya penurunan suhu permukaan laut.