Atmosfer Bumi

Istilah atmosfer berasal dari bahasa Yunani atmos yang berarti uap dari sphaira berarti lapisan. Secara umum, pengertian atmosfer adalah lapisan gas yang menyelimuti bumi. Lapisan gas ini tetap berada di tempatnya karena pengaruh gaya gravitasi bumi.Secara fisik atmosfer dapat dirasakan dan dapat diperkirakan keberadaannya. Ketika kamu berdiri di pantai atau di lapangan terbuka, akan terasa sekali terpaan angin yang merupakan bagian dari atmosfer. Atmosfer mempunyai beberapa sifat, antara lain sebagai berikut.

• Tidak berwarna, tidak berbau, tidak dapat dirasakan kecuali dalam bentuk angin.
• Dinamis dan elastis sehingga dapat mengembang dan mengerut.
• Transparan terhadap beberapa bentuk radiasi.
• Mempunyai berat sehingga dapat menimbulkan tekanan.

Susunan Atmosfer

Gas-gas yang membentuk atmosfer sering kita sebut udara, terdiri atas unsur-unsur gas dan senyawa kimia. Gas yang membentuk udara di atmosfer dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu gas yang jumlahnya permanen (gas konstan) dan gas yang jumlahnya berubah (gas variabel).

a. Gas di atmosfer yang jumlahnya tetap atau permanen yaitu nitrogen, oksigen, hidrogen, helium, dan beberapa jenis gas yang keberadaannya di atmosfer sedikit seperti argon, neon, krypton, dan xenon. Gas-gas ini mempunyai proporsi relatif konstan permukaan bumi sampai ketinggian kira-kira 25 km. 

Di antara gas-gas tersebut, oksigen memegang peranan penting bagi kehidupan. Salah satunya mengubah makanan menjadi energi hidup. Oksigen dapat bersenyawa dengan unsur-unsur kimia lain, juga diperlukan untuk pembakaran. Nitrogen terdapat di udara dalam jumlah paling banyak yaitu meliputi 78 bagian. Nitrogen tidak langsung bersenyawa dengan elemen-elemen lain, tetapi pada hakikatnya nitrogen penting bagi kehidupan karena merupakan bagian dari senyawa organis.

Helium dan hidrogen sangat jarang di udara kecuali pada elevasi (ketinggian) yang tinggi. Gas-gas ini merupakan gas yang paling ringan dan sering dipakai untuk mengisi balon meteorologi.

Neon, argon, xenon, dan krypton disebut gas mulia (inert gases), karena tidak mudah bersenyawa dengan elemen lain. Manfaat gas antara lain neon digunakan untuk reklame atau lampu penerang dan argon dipakai dalam bola lampu listrik.

b. Gas yang jumlahnya berubah terdiri atas uap air, karbon dioksida, dan ozon. Ketiga gas ini penting dalam proses pertukaran panas oleh penyinaran antara atmosfer, matahari, bumi dan antara bagian-bagian di atmosfer sendiri. Meskipun nitrogen dan oksigen keduanya meliputi jumlah 99% volume udara, tetapi kedua gas ini sangat pasif terhadap proses-proses meteorologi. Gas-gas yang penting di dalam proses meteorologi antara lain sebagai berikut.

• Uap air (H2O), gas ini dapat berubah wujud dari fase gas menjadi fase cair dan padat.
• Karbon dioksida (CO2), gas ini dapat menjadi inti-inti kondensasi yang mempercepat proses pembentukannya.
• Ozon (O3), gas ini terdapat terutama pada ketinggian 20–30 km. Ozon penting karena menyerap sinar ultra violet yang mempunyai energi besar dan berbahaya bagi manusia.

Lapisan Atmosfer

Menurut perubahan suhu dan ketinggiannya, atmosfer dapat dikelompokkan menjadi empat lapisan, yakni troposfer, stratosfer, mesosfer, dan termosfer (ionosfer).

a. Troposfer

Beberapa ciri lapisan ini adalah sebagai berikut.

• Lapisan ini mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap kehidupan di bumi. Pada lapisan ini terjadi peristiwa-peristiwa cuaca seperti angin, hujan, awan, dan halilintar. Lapisan troposfer merupakan satu-satunya lapisan atmosfer yang mengandung uap air.
• Temperatur troposfer relatif tidak konstan, makin tinggi dari permukaan bumi, suhunya makin rendah.
• Ketebalan dan ketinggian lapisan ini berbeda-beda di setiap bagian bumi. Di daerah kutub ketinggiannya ±8 km dengan suhu ±-46° C, di daerah sedang ketebalannya ±11 km dengan suhu ± -50° C, dan di daerah khatulistiwa ketinggiannya ±16 km dengan suhu ± -30° C. Terjadinya perbedaan ketebalan atmosfer antara di bagian kutub dan khatulistiwa diakibatkan karena adanya pengaruh rotasi bumi. Efek yang ditimbulkan gerakan rotasi di bagian khatulistiwa lebih besar bila dibandingkan di bagian kutub. Hal itulah yang mengakibatkan ketebalan atmosfer di bagian khatulistiwa lebih besar.
• Troposfer terdiri atas beberapa lapisan, yaitu lapisan planetair dengan ketinggian 0 – 1 km, lapisan konveksi dengan ketinggian 1 – 8 km, dan lapisan tropopause dengan ketinggian 8 – 12 km.
• Tropopaus merupakan lapisan antara yang membatasi lapisan troposfer dengan lapisan di atasnya (stratosfer). Temperaturnya relatif konstan.
• Gerakan udara secara vertikal (konveksi) terhenti pada lapisan tropopause ini.

b. Stratosfer

Ciri-ciri lapisan ini adalah sebagai berikut.

• Lapisan stratosfer terbagi atas tiga lapisan sebagai berikut. a) Lapisan isotherm, terletak antara 16 – 20 km dengan temperatur yang tetap, yaitu -50° C. b) Lapisan panas, terletak antara 21 – 35 km dengan temperatur antara -50° C sampai + 50° C. c) Lapisan campuran teratas, terletak antara 36 – 50 km dengan temperatur antara -70° C sampai +80° C.
• Pada stratosfer terdapat lapisan ozon (O3) pada ketinggian 35 km sehingga disebut juga ozonosfer. Pada stratosfer, perbedaan ketinggian menyebabkan perbedaan suhu.
• Ozon merupakan lapisan yang memegang peranan penting bagi kehidupan karena menjadi pelindung pada permukaan bumi dari pancaran sinar ultraviolet matahari yang berlebihan sehingga tidak merusak kehidupan di bumi.
• Pada lapisan ini terdapat lapisan stratopause yang merupakan lapisan peralihan antara stratosfer dan mesosfer. Suhu di stratopause umumnya konstan.

c. Mesosfer

Terdapat lapisan mesosfer yang berada pada ketinggian antara 50–80 km. Lapisan ini mempunyai peranan penting karena dapat melindungi bumi dari kejatuhan meteor. Pada lapisan ini meteor hancur dan terbakar karena gesekandengan udara sehingga hanya kepingan-kepingan kecil yang sampai di permukaan bumi. Diperkirakan kecepatan meteor

sewaktu memasuki atmosfer bumi mencapai 25.000 km per jam. Karena kecepatan itulah meteor terbakar dan hancur sehingga menimbulkan cahaya terang yang bergerak cepat pada malam hari.

d. Termosfer atau Ionosfer

Ciri-ciri lapisan ini adalah sebagai berikut.

• Pada lapisan ini sebagian molekul dan atom-atom atmosfer mengalami proses ionisasi, maka sering disebut lapisan ionosfer.
• Pada lapisan ini terdapat lapisan inversi, yaitu lapisan atmosfer yang menunjukkan makin naik, suhunya makin tinggi. Karena itulah lapisan ini memiliki temperatur yang cukup tinggi hingga mencapai ratusan derajat Celcius, sehingga disebut lapisan termosfer.
• Pada lapisan terdapat partikel-partikel ion yang berfungsi sebagai pemantul gelombang radio. Lapisan ionosfer terbagi menjadi tiga lapisan sebagai berikut. a) Lapisan E atau lapisan Kennely Heavyside (100 – 200 km). b) Lapisan F atau lapisan Appleton (200 – 400 km). c) Lapisan atom (400 – 800 km). Pada lapisan E dan F, gelombang radio mengalami pemantulan, yakni gelombang panjang dan pendek.

Manfaat Atmosfer

Berikut beberapa manfaat atmosfer bagi kehidupan di muka bumi.

• Memantulkan kembali sinar ultraviolet yang dipancarkan matahari. Radiasi ultraviolet sangat berbahaya bagi makhluk hidup di bumi.
• Melindungi bumi dari benturan benda-benda langit atau meteor yang hancur lebih dahulu di lapisan mesosfer.
• Sebagai pemantul gelombang radio yang digunakan dalamproses telekomunikasi.
• Menjaga kestabilan suhu udara, sehingga tidak terlalu panas di siang hari dan terlalu dingin di malam hari.
• Membantu makhluk hidup dalam pemenuhan kebutuhan oksigen untuk bernapas.
• Menjaga temperatur bumi. Tanpa atmosfer, temperatur bumi pada siang dan malam dapat berbeda drastis. Temperatur siang akan tinggi sekali dan temperatur malam akan rendah sekali. Atmosfer menjaga agar temperatur antara siang dan malam hari tidak terlalu jauh berbeda.
• Sebagai sumber gas dan uap pembuat hujan.

Cuaca dan Iklim

Cuaca adalah keadaan udara pada suatu saat di daerah yang relatif sempit. Iklim adalah keadaan rata-rata cuaca pada suatu wilayah yang relatif luas dan waktu yang relatif lama (puluhan tahun). Ilmu yang mempelajari cuaca disebut meteorologi dan ilmu yang mempelajari iklim adalah klimatologi. Cuaca dan iklim dapat terbentuk karena unsur-unsur sinar matahari, suhu/temperatur, kelembapan udara, tekanan udara, curah hujan, angin, dan awan.

a. Sinar Matahari

Bumi beredar mengelilingi matahari pada lintasan elips yang disebut garis edar (orbit). 

Matahari yang berpijar memancarkan sinarnya ke segala arah, dan bumi yang mengelilinginya pun menerima sinar matahari tersebut. Karena bumi berbentuk bulat dan selalu berputar pada porosnya, tidak mungkin semua permukaan bumi menerima penyinaran matahari pada saat yang bersamaan. Waktu penerimaan sinar matahari di suatu kawasan tertentu sangat dipengaruhi oleh letak lintang kawasan tersebut. 

b. Suhu (Temperatur)

Adanya perbedaan tingkat pemanasan matahari di permukaan bumi menyebabkan suatu kawasan akan memiliki perbedaan suhu dengan kawasan lainnya. Sebagian panas yang sampai ke permukaan bumi diserap dan sebagian lagi dipantulkan. Pantulan sinar matahari tersebut akan sangat memengaruhi suhu di kawasan tersebut. 

• Kawasan permukaan bumi yang berada pada posisi garis lintang 0 – 23° (sekitar garis khatulistiwa) akan mengalami pemanasan yang lebih banyak dibanding kawasan yang dekat kutub. 
• Daerah atau dataran yang tinggi akan memiliki suhu yang lebih sejuk dibanding daerah atau dataran yang rendah. Hal ini terjadi karena pemanasan berlangsung melalui gelombang pantulan pemanasan dari permukaan. Dataran tinggi semacam pegunungan biasanya tidak membentang seperti dataran rendah, sehingga pemantulan pun tidak dapat berlangsung maksimal. Selain itu, kerapatan udara di dataran tinggi lebih renggang daripada di dataran rendah, sehingga udara di dataran tinggi kurang mampu menyerap panas.
• Pemanasan di darat akan lebih cepat dibandingkan perairan karena keadaan daratan yang padat dan sulit ditembus sinar matahari. Pemanasan pada kawasan perairan berlangsung lambat karena air selalu bergerak dan dapat tertembus sinar matahari.

c. Kelembaban Udara

Pemanasan yang terjadi pada permukaan bumi menyebabkan air-air yang ada pada permukaan bumi, baik di daratan maupun lautan, menguap dan termuat dalam udara. Kandungan uap yang ada dalam udara ini dinamakan kelembaban udara. Kelembaban udara dapat beruba-hubah, tergantung pada pemanasan yang terjadi. Kandungan uap air yang termuat dalam jumlah udara tertentu pada temperatur tertentu dibandingkan dengan kandungan uap yang dapat termuat dalam udara tersebut disebut kelembaban relatif atau kelembaban nisbi. Besarnya kelembaban relatif dinyatakan dalam persen. Untuk menentukan kelembaban relatif, digunakan persamaan sebagai berikut.

Kelembapan Relatif =	e	x 100%
	E

Keterangan:

e = jumlah uap air yang dikandung udara (lembab absolut)

E = jumlah uap air maksimum yang dapat dikandung dalam udara tersebut

Contoh:

Suhu di suatu kawasan adalah 25° C, sedangkan setiap 1 m³ udara memuat kandungan uap sebesar 45 gr. Apabila udara pada temperatur tersebut mampu memuat 67,5 gr uap air, tentukan kelembaban relatifnya!

Jawab:

Kelembapan Relatif =	e	x 100%
	E

Kelembapan Relatif =	45	x 100% =66%
	67,5

Jadi, kelembaban relatif di kawasan tersebut adalah 66,6%.

d. Tekanan Udara

Tekanan udara adalah suatu gaya yang timbul oleh adanya berat dari lapisan udara. Udara merupakan kumpulan gas yang masing-masing memiliki massa dan menempati ruang. Karena massa yang dimilikinya, udara pun memiliki tekanan. Suhu di suatu kawasan sangat berpengaruh terhadap tekanan udara di kawasan tersebut. Bila suhu makin tinggi, maka tekanan udara akan makin rendah. Ini disebabkan udara yang hangat bersifat renggang. Sebaliknya, bila suhu makin rendah, maka tekanan udara akan makin tinggi karena udara yang dingin lebih padat daripada udara yang panas. Berdasarkan hal tersebut, suhu sangat menentukan perbedaan tekanan udara di setiap kawasan di muka bumi ini.

e. Angin

Tekanan udara di setiap kawasan di bumi ini tidak sama. Karena adanya perbedaan tekanan

udara di dua kawasan yang berbeda, maka udara yang berada di salah satu kawasan tersebut akan bergerak di kawasan lain. Udara akan bergerak dari daerah dengan tekanan udara tinggi ke daerah dengan tekanan yang lebih rendah untuk mengisi ruang. Maka udara bergerak dari daerah yang dingin ke daerah yang lebih panas. Udara yang bergerak ini disebut angin.

f. Curah Hujan

Hujan ialah suatu proses jatuhnya air (H2O) dari udara ke permukaan bumi. Air yang jatuh dapat berbentuk cair maupun padat (es dan salju). Hujan terjadi karena menguapnya air sebagai akibat dari pemanasan sinar matahari. Uap-uap air tersebut kemudian naik ke atmosferdan mengalami kondensasi sehingga membentuk awan. Lama-kelamaan awan akan makin berat, karena kandungan airnya makin banyak. Bila uap air di awan telah mencapai jumlah tertentu, maka titik-titik air pada awan tersebut akan jatuh sebagai hujan.

Awan

Awan adalah kumpulan besar dari titik-titik air atau kristalkristal es yang halus di atmosfer. Pada waktu musim kemarau sedikit sekali kita jumpai awan di udara karena penguapan yang terjadi sedikit, tetapi di musim hujan kita dapat menjumpai banyak sekali awan dengan berbagai bentuk dan variasinya, hal ini karena kandungan uap air di udara cukup banyak. Berdasarkan bentuknya, awan dibedakan sebagai berikut.

• Awan cumulus, yaitu awan putih yang bergerombol yang sering kita lihat di siang dan sore hari.
• Awan stratus, yaitu awan yang berbentuk seperti selimut yang berlapis-lapis dan relatif luas.
• Awan cirrus, yaitu awan yang letaknya tinggi sekali dan tipis seperti tabir.
• Awan nimbus, yaitu awan gelap dengan bentuk yang tidak menentu, awan ini menandakan akan terjadinya hujan.

Kadang-kadang dijumpai bentuk-bentuk awan yang bervariasi atau gabungan. Contohnya awan cumulonimbus, yaitu awan yang bergumpal-gumpal gelap yang biasanya disertai dengan petir dan hujan yang lebat. Jenis awan ini sangat berbahaya bagi penerbangan.