1

” AIR, OZON, ANGIN, TANAH DAN FISIKA NUKLIR”

Diajukan guna memenuhi tugas “Pembelajaran Fisika Lingkungan” untuk Mahasiswa Fisika

Semester VI

Oleh

Siti Diah Ayu Febriani

NIM 081810201008

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS JEMBER

2011

2

A. Air

Air (H20) merupakan komponen utama 2 yang paling banyak terdapat di

dalam tubuh manusia. Sekitar 60% dari total berat badan orang dewasa terdiri dari air.

Namun bergantung kepada kandungan lemak & otot yang terdapat di dalam tubuh,

nilai persentase ini dapat bervariasi antara 50-70% dari total berat badan orang

dewasa. Oleh karena itu maka tubuh yang terlatih & terbiasa berolahraga seperti

tubuh seorang atlet biasanya akan mengandung lebih banyak air jika dibandingkan

tubuh non atlet. Di dalam tubuh, sel-sel yang mempunyai konsentrasi air paling tinggi

antara lain adalah sel-sel otot dan organ-organ pada rongga badan, seperti paru-paru

atau jantung, sedangkan sel-sel yang mempunyai konsentrasi air paling rendah adalah

sel-sel jaringan seperti tulang atau gigi. Kepadatan air adalah maksimum di 40C. Ice I

(ada di fase sedikitnya sepuluh es) adalah struktur terbuka, yang diselenggarakan

bersama oleh ikatan hidrogen, dan kurang padat daripada air cair. Hal ini berguna

karena membekukan lautan dari atas ke bawah, bukan bottom up. Panas laten fusi

(yaitu panas yang dibutuhkan untuk mengkonversi 1 kg es untuk air tanpa perubahan

suhu) adalah 0,334 kJ / kg. Panas laten penguapan (yaitu panas yang dibutuhkan

untuk mengubah air menjadi uap tanpa perubahan suhu) adalah 2300 kJ / kg.

Konsumsi cairan yang ideal untuk memenuhi kebutuhan harian bagi tubuh

manusia adalah mengkonsumsi 1 ml air untuk setiap 1 kkal konsumsi energy tubuh

atau dapat juga diketahui berdasarkan estimasi total jumlah air yang keluar dari dalam

tubuh. Secara ratarata tubuh orang dewasa akan kehilangan 2.5 L cairan per harinya.

Sekitar 1.5 L cairan tubuh keluar melalui urin, 500 ml melalui keluarnya keringat,

400 ml keluar dalam bentuk uap air melalui proses respirasi (pernafasan) dan 100 ml

keluar bersama dengan feces (tinja). Sehingga berdasarkan estimasi ini, konsumsi

antara 8-10 gelas (1 gelas 240 ml) biasanya dijadikan sebagai pedoman dalam

pemenuhan kebutuhan cairan per- harinya. Dala m p r o s e s metabolisme yang

terjadi di dalam tubuh, air mempunyai 2 fungsi utama yaitu sebagai pembawa zat-zat

nutrisi seperti karbohidrat, vitamin dan mineral serta juga akan berfungsi sebagai

pembawa oksigen (O ) ke dalam 2 sel-sel tubuh. Selain itu, air di dalam tubuh juga

3

akan berfungsi untuk mengeluarkan produk samping hasil metabolisme seperti

karbon dioksida (CO ) dan juga senyawa nitrat.

Selain berperan dalam proses metabolisme, air yang terdapat di dalam tubuh

juga akan memiliki berbagai fungsi penting antara lain sebagai pelembab jaringan-

jaringan tubuh seperti mata, mulut & hidung, pelumas dalam cairan sendi tubuh,

katalisator reaksi biologik sel, pelindung organ dan jaringan tubuh serta juga akan

membantu dalam menjaga tekanan darah & konsentrasi zat terlarut. Selain itu agar

fungsi-fungsi tubuh dapat berjalan dengan

normal, air di dalam tubuh juga akan berfungsi sebagai pengatur panas untuk menjaga

agar suhu tubuh tetap o berada pada kondisi ideal yaitu ± 37 C.

Distribusi Cairan Tubuh

Di dalam tubuh manusia, cairan akan terdistridusi ke dalam 2 kompartemen

utama yaitu cairan intraselular (ICF) dan cairan ekstrasellular (ECF). Cairan

intraselular adalah cairan yang terdapat di dalam sel sedangkan cairan ekstraselular

adalah cairan yang terdapat di luar sel. Kedua kompartemen ini dipisahkan oleh sel

membran yang memiliki permeabilitas tertentu. Hampir 67% dari total badan air

(Body’s Water) tubuh manusia terdapat di dalam cairan intrasellular dan 33% sisanya

akan berada pada cairan ekstrasellular. Air yang berada di dalam cairan ekstrasellular

ini kemudian akan terdistribusi kembali kedalam 2 Sub-Kompartemen yaitu pada

cairan interstisial (ISF) dan cairan intravaskular (plasma darah). 75% dari air pada

kompartemen cairan ekstraselular ini akan terdapat pada sela-sela sel (cairan

interstisial) dan 25%-nya akan berada pada plasma darah (cairan intravaskular).

Pendistribusian air di dalam 2 kompartemen utama (Cairan Intrasellular dan Cairan

Ekstrasellular) ini sangat bergantung pada jumlah elektrolit dan makromolekul yang

terdapat dalam kedua kompartemen tersebut. Karena sel membran yang memisahkan

kedua kompartemen ini memiliki permeabilitas yang berbeda untuk tiap zat, maka

konsentrasi larutan (osmolality) pada kedua kompartemen juga akan berbeda.

http://sains.kompas.com/read/2011/05/11/20102770/Air.

4

Mineral Makro & Mikro

Fungsi antara lain dalam menjaga tekanan osmotik tubuh, mengatur

pendistribusian cairan ke dalam kompartemen badan air (body’s fluid compartement),

menjaga pH tubuh dan juga akan terlibat dalam setiap reaksi oksidasi dan reduksi

serta ikut berperan dalam setiap proses metabolisme. Berdasarkan kebutuhannya di

dalam tubuh, mineral dapat digolongkan menjadi 2 kelompok utama yaitu mineral

makro dan mineral mikro. Mineral makro adalah mineral yang menyusun hampir 1%

dari total berat badan manusia dan dibutuhkan dengan jumlah lebih dari 1000

mg/hari, sedangkan mineral mikro (Trace ) merupakan mineral yang dibutuhkan

dengan jumlah kurang dari 100 mg /hari dan menyusun lebih kurang dari 0.01% dari

total berat badan. Mineral yang termasuk di dalam kategori mineral makro utama

adalah kalsium (Ca), fosfor (P), magnesium (Mg), sulfur (S), kalium (K), klorida

(Cl), dan natrium (Na). Sedangkan mineral mikro terdiri dari kromium (Cr), tembaga

(Cu), fluoride (F), yodium (I) , besi (Fe), mangan (Mn), silisium (Si) and seng (Zn).

Dalam komposisi air keringat, tiga mineral utama yaitu natrium, kalium &

klorida merupakan mineral dengan konsentrasi terbesar yang terdapat di dalamnya.

Sehingga dengan semakin besar laju pengeluaran keringat, maka laju kehilangan

natrium , kalium dan klorida dari dalam tubuh juga akan semakin besar. Diantara

ketiganya, natrium dan klorida merupakan mineral dengan konsentrasi tertinggi yang

terbawa keluar tubuh melalui kelenjar keringat (sweat glands). Oleh karena itu maka

pembahasan mengenai mineral dalam penulisan ini hanya akan berfokus pada 3

mineral utama yaitu natrium, kalium dan klorida. Di dalam produk pangan atau di

dalam tubuh, natrium biasanya berada dalam bentuk garam seperti + natrium klorida

(NaCl). Di dalam molekul ini, natrium berada dalam bentuk ion sebagai Na .

Diperkirakan + hampir 100 gram dari ion natrium (Na ) atau ekivalen dengan 250 gr

NaCl terkandung di dalam tubuh manusia. Garam natrium merupakan garam yang

dapat secara cepat diserap oleh tubuh dengan minimum kebutuhan untuk orang

dewasa berkisar antara 1.3-1.6 gr/hari (ekivalen dengan 3.3-4.0 gr NaCl/hari). Setiap

kelebihan natrium yang terjadi di dalam tubuh dapat dikeluarkan melalui urin &

5

keringat. Hampir semua natrium yang terdapat di dalam tubuh akan + tersimpan di

dalam soft body tissue dan cairan tubuh. Ion natrium (Na ) merupakan kation utama di

dalam cairan ekstrasellular (ECF) dengan konsentrasi berkisar antara 135-145

mmol/L. Ion natrium juga akan berada pada cairan intrasellular (ICF) namun dengan

konsentrasi yang lebih kecil yaitu ± 3 mmol/L.

Elektrolit

Secara umum elektrolit dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis yaitu kation dan

anion. Jika elektrolit mempunyai muatan positif (+) maka elektrolit tersebut disebut

sebagai kation sedangkan jika elektrolit tersebut mempunyai muatan negatif (-) maka

elektrolit tersebut disebut sebagai anion. Contoh dari kation adalah + + - - natrium

(Na ) dan nalium (K ) & contoh dari anion adalah klorida (Cl ) dan bikarbonat (HCO

). Elektrolit- 3 + + elektrolit yang terdapat dalam jumlah besar di dalam tubuh antara

lain adalah natrium (Na ), kalium(K), + + - - 2- 2- kalsium (Ca ), magnesium (Mg ),

klorida (Cl ), bikarbonat (HCO ), fosfat (HPO ) dan sulfat (SO ) 2 3 4 4 Di dalam

tubuh manusia, kesetimbangan antara air (H O)-elektrolit diatur secara ketat agar sel-

sel dan organ tubuh dapat berfungsi dengan baik.

-Natrium (Na) Brief

Sebagai kation utama dalam cairan ekstrasellular, natrium akan berfungsi untuk

menjaga keseimbangan cairan di dalam tubuh, menjaga aktivitas saraf , kontraksi otot

dan juga akan berperan dalam proses absorpsi + - glukosa. Pada keadaan normal,

natrium (Na ) bersama dengan pasangan (terutama klorida, Cl ) akan memberikan

kontribusi lebih dari 90% terhadap efektif osmolalitas di dalam cairan ekstrasellular.

Kalium merupakan ion bermuatan positif (kation) utama yang terdapat di dalam

cairan intrasellular (ICF) dengan konsentrasi ±150 mmol/L. Sekitar 90% dari total

kalium tubuh akan berada di dalam kompartemen ini. Sekitar 0.4% dari total kalium

tubuh akan terdistribusi ke dalam ruangan vascular yang terdapat pada cairan

ekstraselular dengan konsentrasi antara 3.5-5.0 mmol /L. Konsentrasi total kalium di

dalam tubuh diperkirakan sebanyak 2g/kg berat badan. Namun jumlah ini dapat

6

bervariasi bergantung terhadap beberapa faktor seperti jenis kelamin, umur dan massa

otot (muscle mass). Kebutuhan minimum kalium diperkirakan sebesar 782 mg/hari.

Di dalam tubuh kalium akan mempunyai fungsi dalam menjaga keseimbangan

cairan-elektrolit dan + + keseimbangan asam basa. Selain itu, bersama dengan

kalsium (Ca ) dan natrium (Na ), kalium akan berperan dalam transmisi saraf,

pengaturan enzim dan kontraksi otot. Hampir sama dengan natrium, kalium juga

merupakan garam yang dapat secara cepat diserap oleh tubuh. Setiap kelebihan

kalium yang terdapat di dalam tubuh akan dikeluarkan melalui urin serta keringat

Elektrolit utama yang berada di dalam cairan ekstraselular (ECF) adalah elektrolit

bermuatan negative - - yaitu klorida (Cl ). Jumlah ion klorida (Cl ) yang terdapat di

dalam jaringan tubuh diperkirakan sebanyak 1.1 g/ Kg berat badan dengan

konsentrasi antara 98-106 mmol / L. Konsentrasi ion klorida tertinggi terdapat pada

cairan serebrospinal seperti otak atau sumsum tulang belakang, lambung dan juga

pankreas. Sebagai anion utama dalam cairan ekstraselullar, ion klorida juga akan

berperan dalam menjaga keseimbangan cairan-elektrolit. Selain itu, ion klorida juga

mempunyai fungsi fisiologis penting yaitu sebagai pengatur derajat keasaman

lambung dan ikut berperan dalam menjaga keseimbangan asam-basa tubuh. +

Bersama dengan ion natrium (Na ), ion klorida juga merupakan ion dengan

konsentrasi terbesar yang keluar melalui keringat. Air memiliki sifat-sifat yang

penting untuk adanya kehidupan. Air dapat memunculkan reaksi yang dapat membuat

senyawa organic untuk melakukan replikasi. Semua makhluk hidup yang diketahui

memiliki ketergantungan terhadap air. Air merupakan zat pelarut yang penting untuk

makhluk hidup dan adalah bagian penting dalam proses metabolisme. Air juga

dibutuhkan dalam fotosintesis dan respirasi. Fotosintesis menggunakan cahaya

matahari untuk memisahkan atom hidroden dengan oksigen. Hidrogen akan

digunakan untuk membentuk glukosa dan oksigen akan dilepas ke udara.

http://graycilopi.blogspot.com/2011/05/air.html

7

Air dan Manusia

Peradaban manusia berjaya mengikuti sumber air. Mesopotamia yang disebut

sebagai awal peradaban berada di antara sungai Tigris dan Euphrates. Peradaban

Mesir Kuno bergantung pada sungai Nil. Pusat-pusat manusia yang besar seperti

Rotterdam, London, Montreal, Paris, New York City, Shanghai, Tokyo, Chicago, dan

Hong Kong mendapatkan kejayaannya sebagian dikarenakan adanya kemudahan

akses melalui perairan.

Sains Semu Air

Ikatan hidrogen antar molekul air yang membuatnya dapat membentuk kelompok

atau klaster. Profesor Masaru Emoto, seorang peneliti dari Hado Institute di Tokyo,

Jepang pada tahun 2003 melalui penelitiannya mengungkapkan suatu keanehan pada

sifat air. Melalui pengamatannya terhadap lebih dari dua ribu contoh foto kristal air

yang dikumpulkannya dari berbagai penjuru dunia, Emoto menemukan bahwa

partikel molekul air ternyata bisa berubah-ubah tergantung perasaan manusia

disekelilingnya, yang secara tidak langsung mengisyaratkan pengaruh perasaan

terhadap klasterisasi molekul air yang terbentuk oleh adanya ikatan hidrogen, Emoto

juga menemukan bahwa partikel kristal air terlihat menjadi "indah" dan

"mengagumkan" apabila mendapat reaksi positif disekitarnya, misalnya dengan

kegembiraan dan kebahagiaan. Namun partikel kristal air terlihat menjadi "buruk"

dan "tidak sedap dipandang mata" apabila mendapat efek negatif disekitarnya, seperti

kesedihan dan bencana. Lebih dari dua ribu buah foto kristal air terdapat didalam

8

buku Message from Water (Pesan dari Air) yang dikarangnya sebagai pembuktian

kesimpulan nya sehingga hal ini berpeluang menjadi suatu terobosan dalam meyakini

keajaiban alam. Emoto menyimpulkan bahwa partikel air dapat dipengaruhi oleh

suara musik, doa-doa dan kata-kata yang ditulis dan dicelupkan ke dalam air tersebut.

Air minum

Tubuh manusia terdiri dari 55% sampai 78% air, tergantung dari ukuran badan.

Agar dapat berfungsi dengan baik, tubuh manusia membutuhkan antara satu sampai

tujuh liter air setiap hari untuk menghindari dehidrasi; jumlah pastinya bergantung

pada tingkat aktivitas, suhu, kelembaban, dan beberapa faktor lainnya. Selain dari air

minum, manusia mendapatkan cairan dari makanan dan minuman lain selain air.

Sebagian besar orang percaya bahwa manusia membutuhkan 8–10 gelas (sekitar dua

liter) per hari, namun hasil penelitian yang diterbitkan Universitas Pennsylvania pada

tahun 2008 menunjukkan bahwa konsumsi sejumlah 8 gelas tersebut tidak terbukti

banyak membantu dalam menyehatkan tubuh. Malah terkadang untuk beberapa

orang, jika meminum air lebih banyak atau berlebihan dari yang dianjurkan dapat

menyebabkan ketergantungan. Literatur medis lainnya menyarankan konsumsi satu

liter air per hari, dengan tambahan bila berolahraga atau pada cuaca yang panas.

Pelarut

Pelarut digunakan sehari-hari untuk mencuci, contohnya mencuci tubuh manusia,

pakaian, lantai, mobil, makanan, dan hewan. Selain itu, limbah rumah tangga juga

dibawa oleh air melalui saluran pembuangan. Pada negara-negara industri, sebagian

besar air terpakai sebagai pelarut. Air dapat memfasilitasi proses biologi yang

melarutkan limbah. Mikroorganisme yang ada di dalam air dapat membantu

memecah limbah menjadi zat-zat dengan tingkat polusi yang lebih rendah. Keadaan

air yang berbentuk cair merupakan suatu keadaan yang tidak umum dalam kondisi

normal, terlebih lagi dengan memperhatikan hubungan antara hidrida-hidrida lain

yang mirip dalam kolom oksigen pada tabel periodik, yang mengisyaratkan bahwa air

9

seharusnya berbentuk gas, sebagaimana hidrogen sulfida. Dengan memperhatikan

tabel periodik, terlihat bahwa unsur-unsur yang mengelilingi oksigen adalah nitrogen,

flor, dan fosfor, sulfur dan klor. Semua elemen-elemen ini apabila berikatan dengan

hidrogen akan menghasilkan gas pada temperatur dan tekanan normal. Tarikan atom

oksigen pada elektron-elektron ikatan jauh lebih kuat dari pada yang dilakukan oleh

atom hidrogen, meninggalkan jumlah muatan positif pada kedua atom hidrogen, dan

jumlah muatan negatif pada atom oksigen. Adanya muatan pada tiap-tiap atom

tersebut membuat molekul air memiliki sejumlah momen dipol. Gaya tarik-menarik

listrik antar molekul-molekul air akibat adanya dipol ini membuat masing-masing

molekul saling berdekatan, membuatnya sulit untuk dipisahkan dan yang pada

akhirnya menaikkan titik didih air. Gaya tarik-menarik ini disebut sebagai ikatan

hidrogen. Air sering disebut sebagai pelarut universal karena air melarutkan banyak

zat kimia. Dalam bentuk ion, air dapat dideskripsikan sebagai sebuah ion hidrogen

(H+) yang berasosiasi (berikatan) dengan sebuah ion hidroksida (OH

-).

Elektrolisis Air

Molekul air dapat diuraikan menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengalirinya

arus listrik. Proses ini disebut elektrolisis air. Pada katoda, dua molekul air bereaksi

dengan menangkap dua elektron, tereduksi menjadi gas H2 dan ion hidrokida (OH-).

Sementara itu pada anoda, dua molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O2),

melepaskan 4 ion H+ serta mengalirkan elektron ke katoda. Ion H

+ dan OH

-

mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. Reaksi

keseluruhan yang setara dari elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut:

Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk gelembung

pada elektroda dan dapat Dikumpulkan. Prinsip ini kemudian dimanfaatkan untuk

menghasilkan hidrogen dan hidrogen peroksida (H2O2) yang dapat digunakan sebagai

bahan bakar kendaraan hidrogen.

10

Kohesi dan adesi

Air menempel pada sesamanya (kohesi) karena air bersifat polar. Air memiliki

sejumlah muatan parsial negatif (σ-) dekat atom oksigen akibat pasangan elektron

yang (hampir) tidak digunakan bersama, dan sejumlah muatan parsial positif (σ+)

dekat atom oksigen. Dalam air hal ini terjadi karena atom oksigen bersifat lebih

elektronegatif dibandingkan atom hydrogen yang berarti, atom oksigen memiliki

lebih "kekuatan tarik" pada elektron-elektron yang dimiliki bersama dalam molekul,

menarik elektron-elektron lebih dekat ke arahnya (juga berarti menarik muatan

negatif elektron-elektron tersebut) dan membuat daerah di sekitar atom oksigen

bermuatan lebih negatif ketimbang daerah-daerah di sekitar kedua atom hidrogen. Air

memiliki pula sifat adesi yang tinggi disebabkan oleh sifat alami ke-polar-annya.

Kelarutan (solvasi)

Air adalah pelarut yang kuat, melarutkan banyak jenis zat kimia. Zat-zat yang

bercampur dan larut dengan baik dalam air (misalnya garam-garam) disebut sebagai

zat-zat "hidrofilik" (pencinta air), dan zat-zat yang tidak mudah tercampur dengan air

(misalnya lemak dan minyak), disebut sebagai zat-zat "hidrofobik" (takut-air).

Kelarutan suatu zat dalam air ditentukan oleh dapat tidaknya zat tersebut menandingi

kekuatan gaya tarik-menarik listrik (gaya intermolekul dipol-dipol) antara molekul-

molekul air. Jika suatu zat tidak mampu menandingi gaya tarik-menarik antar

molekul air, molekul-molekul zat tersebut tidak larut dan akan mengendap dalam air.

http://id.wikipedia.org/wiki/Air

11

Tegangan permukaan

Bunga daisy ini berada di bawah permukaan air, akan tetapi dapat mekar dengan

tanpa terganggu. Tegangan permukaan mencegah air untuk menenggelamkan bunga

tersebut. Air memiliki tegangan permukaan yang besar yang disebabkan oleh kuatnya

sifat kohesi antar molekul-molekul air. Hal ini dapat diamati saat sejumlah kecil air

ditempatkan dalam sebuah permukaan yang tak dapat terbasahi atau terlarutkan (non-

soluble); air tersebut akan berkumpul sebagai sebuah tetesan. Di atas sebuah

permukaan gelas yang amat bersih atau bepermukaan amat halus air dapat

membentuk suatu lapisan tipis (thin film) karena gaya tarik molekular antara gelas

dan molekul air (gaya adhesi) lebih kuat ketimbang gaya kohesi antar molekul air.

Dalam sel-sel biologi dan organel-organel, air bersentuhan dengan membran dan

permukaan protein yang bersifat hidrofilik; yaitu, permukaan-permukaan yang

memiliki ketertarikan kuat terhadap air. Irvin Langmuir mengamati suatu gaya tolak

yang kuat antar permukaan-permukaan hidrofilik. Untuk melakukan dehidrasi suatu

permukaan hidrofilik dalam arti melepaskan lapisan yang terikat dengan kuat dari

hidrasi air perlu dilakukan kerja sungguh-sungguh melawan gaya-gaya ini, yang

disebut gaya-gaya hidrasi. Gaya-gaya tersebut amat besar nilainya akan tetapi

meluruh dengan cepat dalam rentang nanometer atau lebih kecil. Pentingnya gaya-

gaya ini dalam biologi telah dipelajari secara ekstensif oleh V. Adrian Parsegian dari

National Institute of Health. Gaya-gaya ini penting terutama saat sel-sel terdehidrasi

saat bersentuhan langsung dengan ruang luar yang kering atau pendinginan di luar sel

(extracellular freezing).

12

Hidrosfer

Total volume air di bumi adalah sekitar 1284 M km3, 97% dari ini adalah lautan. Jika

tersebar merata di bumi, planet ini akan ditutup untuk kedalaman 2,8 km, 2,25%

terkunci dalam es di kutub-dan dalam gletser, sekitar 0,75% dalam tanah, danau dan

sungai; 0.035% adalah di atmosfer. Untuk memberikan beberapa ide tentang apa

jumlah ini adalah: jika semua uap air di atmosfer yang langsung dikonversi ke hujan,

curah hujan total (rata-rata di atas permukaan bumi) akan sekitar 3 cm. Namun curah

hujan rata-rata tahunan di sini adalah 90-100 cm. Sebagian besar uap air di atmosfer

(84%) berasal dari lautan. Transpirasi dari tanaman daun rekening untuk sebagian

besar sisanya. Matahari memanaskan air di lautan (dan pada permukaan tanah),

memberi penguapan. The, hangat udara lembab naik, mengembang (di bawah tekanan

berkurang lebih tinggi di atmosfer) dan mendinginkan. Air uap mengembun

membentuk awan. Angin kemudian membawa awan di permukaan bumi sampai air

dilepaskan sebagai hujan (hujan, hujan es atau salju) turun di bumi untuk daur ulang

lebih lanjut. Sebagian besar hujan jatuh ke dalam lautan (75% dari permukaan laut

yang planet). Tingkat sirkulasi air dalam siklus hidrologi sangat cepat. Karena massa

total air di atmosfer adalah konstan, curah hujan yang diimbangi dengan penguapan.

Dengandemikian, membandingkan throughputs menunjukkan bahwa waktu tinggal

rata-rata molekul air di atmosfer adalah sekitar 10 hari.

Air di Atmosfer

Air sangat mempengaruhi perilaku atmosfer. Area utama yaitu sebagai berikut:

Termodinamika (melalui kondensasi dan penguapan)

Pembentukan awan (dan dengan demikian Albedo planet serta efek curah

hujan),

Pembersihan atmosfer oleh rainout (misalnya penghapusan zat-zat dalam

awan seperti higroskopis (menyerap air) aerosol), washout (pengangkatan

aerosol dan pembubaran gas atmosfer larut melalui penangkapan oleh air

hujan jatuh),

13

Kimia atmosfer (sebagai pelarut atau peserta dalam reaksi), dan

Penyerapan radiasi. Air adalah gas rumah kaca utama.

Jumlah uap air di atmosfer dibatasi oleh tekanan uap jenuh. Ini adalah tekanan

parsial uap air dalam kesetimbangan dengan fasa terkondensasi (yaitu usaha untuk

menambahkan lagi akan menyebabkan uap kondensasi). Catatan bahwa ini adalah

tekanan parsial dari air. Tekanan atmosfer total tidak relevan. Jumlah ini dapat

diperoleh dari persamaan Clausius-Clapeyron, hasil standar termodinamika

ekuilibrium. Ini menyatakan bahwa, untuk uap dalam keseimbangan dengan fasa

terkondensasi nya, tekanan parsial, p, diberikan oleh;

……………………………………………(2)

Dimana L adalah panas laten penguapan (dalam kJ / mol). Hal ini sering diberikan

dalam J / kg, yaitu LS = L / Mv, dimana LS adalah panas laten dan Mv adalah berat

molekul.

……………..(3)

Dimana es 0 adalah konstan (biasanya tekanan uap jenuh pada STP, 298,15 K dan

satu tekanan atmosfer) dan T adalah temperatur. Perhatikan bahwa persamaan ini

menunjukkan bahwa es sangat tergantung pada suhu. udara hangat dapat berisi uap

air lebih banyak daripada udara dingin. Sebagai contoh, di daerah tropis (suhu udara

250C) tekanan parsial uap air adalah 32 mb. Dalam pusaran kutub (suhu-200C)

tekanan parsial adalah 1,2 mb. Ukuran lain adalah kelembaban relatif, RH. Ini adalah

rasio dari tekanan parsial air di atmosfer dengan tekanan uap jenuh pada suhu

tersebut, dinyatakan sebagai persentase, yaitu

RH = 100·e(T)/es(T). (4)

14

Fungsi Air bagi tanaman

a. Penyusun tubuh tanaman (70%-90%)

b. Pelarut dan medium reaksi biokimia

c. Medium transpor senyawa

d. Memberikan turgor bagi sel (penting untuk pembelahan sel dan pembesaran sel)

e. Bahan baku fotosintesis

f. Menjaga suhu tanaman supaya konstan

Bentuk Air Tersedia

Air kapiler,

Terletak antara titik layu tetap (batas bawah) dan kapasitas lapangan (batas

atas)

Air tidak tersedia,

Air higroskopis (kurang dari titik layu tetap) dan air gravitasi (di atas

kapasitas lapangan)

Fungsi Air yang utama bagi mahluk hidup yaitu sebagai berikut :

a. Membentuk sel-sel baru, memelihara dan mengganti sel-sel yang rusak

b. Melarutkan dan membawa nutrisi-nutrisi, oksigen dan hormon ke seluruh sel

tubuh yang membutuhkan

c. Melarutkan dan mengeluarkan sampah-sampah dan racun dari dalam tubuh

kita

d. Katalisator dalam metabolisme tubuh

e. Pelumas bagi sendi-sendi

f. Menstabilkan suhu tubuh

g. Meredam benturan bagi organ vital

15

Manfaat dan Fungsi Air Dalam Tubuh

Air sangat penting bagi tubuh kita, bila kekurangan air akan terjadi dehidrasi

dan menggangu kerja tubuh. Berikut ini adalah fungsi air dalam tubuh kita :

a. AIR SEBAGAI PELARUT DAN ALAT ANGKUT

Sebagai pelarut zat-zat gizi berupa monosakarida, asam amino, lemak,

vitamin dan mineral serta bahan-bahan lain yang diperlukan seperti oksigen

dan hormon. Zat-zat gizi dan hormon ini di bawa ke seluruh bagian tubuh

yang membutuhkan. Di samping itu, air juga berperan sebagai alat angkut

berbagai komponen sisa metabolisme termasuk kabondioksida dan urea untuk

dikeluarkan dari tubuh melalui paru-paru, ginjal, dan kulit.

b. AIR SEBAGAI KATALISATOR

Komponen yang mempermudah dan mempercepat berbagai reaksi biologik di

dalam tubuh, termasuk di dalam saluran pencernaan. Air juga diperlukan

untuk memecah dan menghidrolisis zat gizi kompleks menjadi bentuk yang

lebih sederhana.

http://fujiro.com/manfaat-dan-fungsi-air-dalam-tubuh/

16

B. OZON

Definisi

Christian Friedrich Schonbein menemukan OZON pada tahun 1840.

Penamaan ozon ini diambil dari bahasa yunani yakni OZEIN yang berarti bau. Ozon

dikenal sebagai gas yang tidak memiliki warna. Soret pada tahun 1867

mengumumkan bahwa ozon adalah sebuah molekul gas yang terdiri tiga buah atom

oksigen (O3). Ozon merupakan gas beracun sehingga bila berada dekat permukaan

tanah akan berbahaya bila terhisap dan dapat merusak paru-paru. Sebaliknya, lapisan

ozon di atmosfer melindungi kehidupan di Bumi karena ia melindunginya dari radiasi

sinar ultraviolet yang dapat menyebabkan kanker. Oleh karena itu, para ilmuan sangat

khawatir ketika mereka menemukan bahwa bahan kimia kloro fluoro karbon (CFC)

yang biasa digunakan sebagai media pendingin dan gas pendorong spray aerosol,

memberikan ancaman terhadap lapisan ini. Bila dilepas ke atmosfer, zat yang

mengandung klorin ini akan dipecah oleh sinar Matahari yang menyebabkan klorin

dapat bereaksi dan menghancurkan molekul-molekul ozon. Setiap satu molekul CFC

mampu menghancurkan hingga 100.000 molekul ozon. Bahan-bahan kimia lain

seperti bromin halokarbon, dan juga nitrogen oksida dari pupuk, juga dapat

menyerang lapisan ozon. Molekul oksigen tadi terurai menjadi dua buah atom

oksigen, proses ini kemudian dikenal dengan nama photolysis. Lalu atom oksigen

tadi secara alamiah bertumbukan dengan molekul gas oksigen yang ada disekitarnya,

lalu terbentuklah ozon. Ozon yang terdapat pada lapisan stratosphere yang kita kenal

dengan nama ozone layer (LAPISAN OZON) adalah ozon yang terjadi dari hasil

proses alamiah photolysis ini.

Ozon terdiri dari tiga molekul oksigen dan amat berbahaya pada kesehatan

manusia. Secara alamiah, ozon dihasilkan melalui percampuran cahaya ultraviolet

dengan atmosfer bumi dan membentuk suatu lapisan ozon pada ketinggian 50

kilometer. Ozon tertumpu di bawah stratosfer di antara 15 dan 30 km di atas

permukaan bumi yang dikenal sebagai 'lapisan ozon'. Ozon dihasilkan dengan

pelbagai persenyawaan kimia, tetapi mekanisme utama penghasilan dan perpindahan

17

dalam atmosfer adalah penyerapan tenaga sinar ultraviolet (UV) dari matahari. Ozon

(O3) dihasilkan apabila O2 menyerap sinar ultraviolet pada jarak gelombang 242

nanometer dan disingkirkan dengan fotosintesis dari sinar bagi jarak gelombang yang

besar dari 290 nm. O3 juga merupakan penyerap utama sinar UV antara 200 dan 330

nm. Penggabungan proses-proses ini efektif dalam meneruskan kekonstanan bilangan

ozon dalam lapisan dan penyerapan 90% sinar UV. Ozon mempunyai bau yang

tajam, menusuk hidung. Ozon juga terbentuk pada kadar rendah dalam udara akibat

arus listrik seperti kilat, dan oleh tenaga tinggi seperti radiasi eletromagnetik. UV

dikaitkan dengan pembentukan kanker kulit dan kerusakan genetik. Peningkatan

tingkat uv juga mempunyai dampak kurang baik terhadap sistem imunisasi hewan,

organisme akuatik dalam rantai makanan, tumbuhan dan tanaman

Jumlah ozon dalam atmosfer berubah menurut lokasi geografi dan musim.

Ozon ditentukan dalam satuan Dobson (Du) di mana, sebagai contoh, 300 Du setara

dengan 3 mm tebal lapisan ozon yang tulen jika dimampatkan ke tekanan permukaan

laut.Sebagian besar ozon stratosfer dihasilkan di kawasan tropis dan diangkut ke

ketinggian yang tinggi dengan skala-besar putaran atmosfer semasa musim salju

hingga musim semi. Umumnya kawasan tropis memiliki ozon yang rendah. Ozon

digunakan dalam bidang pengobatan untuk mengobati pasien dengan cara terawasi

dan mempunyai penggunaan yang meluas seperti di Jerman. Di antaranya ialah untuk

perawatan kulit terbakar.

Dalam perindustrian, ozon digunakan untuk:

Membantu proses flokulasi (proses pengabungan molekul untuk membantu

penapis menghilangkan besi dan arsenik),

Mencuci, dan memutihkan kain (dipaten),

Membantu mewarnakan plastik,

Menentukan ketahanan getah.

18

Mengenyahkan kuman sebelum dibotolkan (antiseptik),

Menghapuskan pencemaran dalam air (besi, arsen, hidrogen sulfida, nitrit, dan

bahan organik kompleks yang dikenal sebagai warna),

Ancaman yang diketahui terhadap keseimbangan ozon adalah kloroflorokarbon

(CFC) buatan manusia yang meningkatkan kadar penipisan ozon menyebabkan

kemerosotan berangsur-angsur dalam tingkat ozon global. CFC digunakan oleh

masyarakat modern dengan cara yang tidak terkira banyaknya, dalam kulkas, bahan

dorong dalam penyembur, pembuatan busa dan bahan pelarut terutama bagi kilang-

kilang elektronik. Tiada statistik aliran signifikan dapat ditentukan bagi kawasan

tropika semasa tahun 1980. Dengan kemajuan komputer model bagi pemusnahan

stratosfer ozon dapat menjelaskan pemerhatian aliran jumlah ozon di ketinggian

pertengahan pada musim panas, tetapi hanya sebagian darinya pada musin sejuk. Ini

bermakna pada masa depan perubahan global ozon belum bisa diramalkan lagi. Masa

hidup CFC berarti 1 molekul yang dibebaskan hari ini bisa ada 50 hingga 100 tahun

dalam atmosfer sebelum dihapuskan. Dalam waktu kira-kira 5 tahun, CFC bergerak

naik dengan perlahan ke dalam stratosfer (10 – 50 km). Di atas lapisan ozon utama,

pertengahan julat ketinggian 20 – 25 km, kurang sinar UV diserap oleh ozon.

Molekul CFC terurai setelah bercampur dengan UV, dan membebaskan atom klorin.

Atom klorin ini juga berupaya untuk memusnahkan ozon dan menghasilkan lubang

ozon. Pengukuran latar dan satelit menunjukkan pengurangan signifikan terhadap

jumlah kolom ozon pada musim dingin dan panas bagi kedua hemisfer utara dan

selatan pada garis lintang tengah dan tinggi. Didapati aliran ke bawah ini pada tahun

1980 agak besar bila dibandingkan dengan tahun 1970. Ketepatan sensor satelit

menggunakan prinsip yang sama dengan spektrofotometer Dobson.

19

Spektrofotometer pertama diciptakan pada tahun 1920 oleh Gordon Dobson untuk

mengukur jumlah ozon. Kini terdapat kurang lebih 80 jenis alat ini untuk digunakan

di seluruh dunia dalam mengukur jumlah ozon. Spektrofotometer Dobson mengukur

ozon dengan membandingkan jumlah penyinaran pada jarak dua UV. Satu jarak

gelombang terlacak kuat dengan ozon manakala yang satu lagi tidak. Perbedaan

antara jumlah dua sinar secara langsung berhubungan dengan jumlah ozon. Ozon

sonde adalah sel elektrokimia dan penghantar radio yang dilekatkan kepada balon

yang berisi gas hidrogen yang dapat mencapai ketinggian kira-kira 35 km. Udara

dimasukkan ke dalam sel kecil dengan pompa. Pelarut dalam sel bercampur dengan

ozon, menghasilkan arus eletrik yang berkadar sama dengan jumlah ozon. Isyarat dari

sel diubah atas kode dan diantarkan melalui radio kepada penerima stasiun. Dari

pelepasan balon hingga kegagalan, lazimnya kira-kira 35 km, sonde ini menyediakan

taburan menegak ozon. Ozon yang berada di atmosfer yang melindungi permukaan

bumi dari radiasi UV yang berbahaya matahari melalui kemampuannya untuk

menyerap semua radiasi matahari dengan panjang gelombang <293 nm. Uniknya di

antara molekul-molekul dalam ozon atmosfer bumi memiliki pita absorpsi yang kuat

antara 210 dan 300 nm. Oleh karena itu, ozon menyaring radiasi ultraviolet Matahari

di bawah 300 nm mencegah dari panjang gelombang ini mencapai permukaan bumi.

Ozon sendiri sangat terbatas pada lapisan tipis di atmosfer bumi, ozonosphere,

dengan konsentrasi maksimum antara 20 dan 26 km di atas permukaan bumi. Hal ini

dibentuk melalui kombinasi atom oksigen O,dan oksigen molekul O2. Atom oksigen

dibentuk oleh disosiasi-foto O2 sekitar 100 km oleh radiasi matahari dengan nm λ

<175, proses tersebut dapat diringkas sebagai:

hν (λ < 175 nm) + O2 → O + O. ………(1)

Atom oksigen bebas maka dapat menggabungkan dengan molekul oksigen dalam

tabrakan tiga-tubuh (untuk menghemat energi) untuk membentuk ozon:

O + O2 + M → O3 + M ……………..(2)

Dimana M adalah setiap atom atau molekul (misalnya O2, N2) yang mampu

menyerap kelebihan energy bebas dalam reaksi kimia eksotermik. Sebagian besar

20

ozon diproduksi di daerah khatulistiwa dimana jumlah cahaya UV matahari

dimaksimalkan. Ozon dibentuk atas garis lintang ini kemudian diangkut menuju

Polandia mana terakumulasi. Oleh karena itu, konsentrasi ozon menunjukkan

fluktuasi musiman yang signifikan dan cenderung berada di tertinggi mereka di akhir

musim dingin dan awal musim semi. Setelah terbentuk, ada dua mekanisme

kerusakan alami untuk ozon:

Foto-Disosiasi:

hν + O3 → O2 + O ………(3)

Tumbukan disosiasi:

O + O3 → 2O2. ……..(4)

Persamaan 4 menjadi hasil bersih katalitik reaksi kimia yang kompleks baik

alam atau lebih baru buatan manusia. kehancuran Alam katalitik terjadi melalui

kehadiran OH radikal yang dibentuk oleh foto-pemisahan uap air di atmosfer.

OH + O3 → HO2 + O2

HO2 + O → OH + O2

Net: O + O3 → 2O2 ……………………….(5)

Proses di atas menjelaskan mengapa ada sedikit ozon terbentuk secara natural

di troposfer di mana air melimpah dan fluks radiasi matahari (<175 nm) yang rendah,

sedangkan kurangnya O2 mencegah pembentukan ozon di atmosfer di atas stratosfer.

Akibatnya, pembentukan ozon dibatasi untuk ketinggian antara 10 dan 50 km.

dimana proses di atas telah membentuk keseimbangan stabil menghasilkan

konsentrasi ozon sekitar 10 ppm. Namun, sistem rapuh dan pengenalan bahan kimia

baru (misalnya polutan buatan diangkut dari troposfer) di stratosfir dapat

mengganggu keseimbangan ini dan mengakibatkan penurunan cepat dalam

konsentrasi ozon.

21

Lubang Ozon

Pada tahun 1985 ditemukan pengurangan tajam dalam konsentrasi ozon di atas

Antartica, ini segera disebut lubang ozon.

Gambar 1. Lubang Ozon

http://sains.kompas.com/read/2011/05/11/20102770/Ozon.

22

Pemantauan satelit dari lubang ozon telah menunjukkan bahwa itu adalah

memperluas dan kedalaman yang semakin meningkat. Sebuah penjelasan untuk

penipisan ozon seperti dramatis pertama kali diusulkan oleh Molina dan Rowland

pada tahun 1994. Mereka menyarankan bahwa rilis tidak terkendali dari

chlorofluorocarbons (CFC, CFnCl4-n, biasanya n = 2) digunakan untuk kulkas dan

kaleng aerosol ke atmosfer bumi akan mengakibatkan kehancuran katalitik dari ozon.

Meskipun secara kimia stabil dalam troposfer, di stratosfer yang CFC bisa dipecah

oleh radiasi matahari dan atom klorin rilis yang berbentuk gilirannya CLO spesies

katalitik tersebut bahwa:

ClO + O3 → ClO2 + O2

ClO2 + O → ClO + O2

Net: O + O3 → 202………………….. (6)

CLO molekul yang kekal. Mekanisme ini jauh lebih merusak daripada mekanisme

alami yang melibatkan OH radikal sebagai salah satu CLO radikal dapat merusak

beberapa molekul ozon ratusan sebelum dirinya akan dihapus dari kode kimia ozon.

Kita perlu menjelaskan mengapa lubang muncul di Daerah Polar dan khususnya di

atas Antartika. Hal ini disebabkan sistem angin di wilayah ini. Pusaran musim dingin

kutub sangat stabil karena massa tanah besar Antartika. Dingin intens (183 K pada

ketinggian 15 km) menghasilkan awan dari kristal es di mana reaksi terjadi. Reaksi-

reaksi heterogen jauh lebih efisien daripada reaksi fasa-gas dibahas di atas (untuk

memulai anda tidak perlu tabrakan tiga-badan; kristal es dapat membawa pergi

kelebihan energi). CFC adalah terjebak dalam pusaran kutub dan terkonsentrasi

sebelum dibebaskan pada musim semi kutub sebagai radiasi matahari menerangi

lintang ini sekali lagi. Seperti udara menghangat, pusaran rusak. Ozon rugi kini telah

diamati di lintang utara tinggi. Pusaran Arktik jauh lebih kecil dibandingkan dengan

Antartika satu dan mekanisme kerusakan ozon mungkin berbeda. The aerosol

stratosfir diharapkan dapat memainkan peran yang lebih besar dan senyawa bromin

lebih penting.

23

Sifat dan karakteristik ozon yaitu sebagai berikut:

Ozon sangat penting untuk mempertahankan kehidupan tanaman dan

mamalia.

Melindungi permukaan bumi dari radiasi UV yang berbahaya.

Molekul ozon di atmosfer bumi mempunyai pita absorpsi yang kuat antara

210 dan 300 nm.

Ozon menyaring radiasi UV di bawah 300 nm.

Ozon terbatas pada lapisan tipis di atmosfer bumi, ozonosphere dengan

konsentrasi maksimum antara 20 dan 26 km di atas permukaan bumi.

Manfaat Ozon

Ozon pertama kali di pergunakan oleh Nies dari Prancis pada tahun 1906

untuk membersihkan air minum. Berawal dari kesuksesan Nies ini di berbagai negara

Eropa penggunaan ozon untuk mengolah air minum berkembang pesat. Selain itu

ozon dapat dimanfaatkan antara lain;

Untuk membunuh berbagai macam microorganisma seperti bakteri

Escherichia coli, Salmonella enteriditis, serta berbagai bakteri

pathogen.

Untuk mengawetkan bahan mentah makanan seperti daging dan ikan

dengan menghambat perkembangan jamur

Untuk menghambat perkembangan jamur (Botrytis cinerea) pada

sayur-mayur dan buah-buahan.

Untuk mengolah air minum

Untuk menghilangkan bau pada proses pengolahan air minum

Untuk sterilisasi bahan makanan mentah

Untuk sterilisasi peralatan.

Dalam penggunaan ozon bidang kedokteran antara lain adalah untuk

mencuci peralatan kedokteran.

24

C. ANGIN

Definisi

Angin merupakan udara yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasibumi

dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin bergerak dari

tempat bertekanan udara tinggi ke bertekanan udara rendah. Sementara kita memiliki

apresiasi kasar yang dianggap sebagai angin kuat atau lembut, ini tidak memberikan

perkiraan kuantitatif. Sekitar tahun 1800, sudah jelas bahwa itu akan berguna untuk

mengkategorikan angin dalam hal pengaruhnya terhadap kapal berlayar. Hal ini

dilakukan oleh Francis Beaufort, skala yang tetap standar sampai 1946 dan masih

digunakan untuk perkiraan pengiriman. Angin terjadi karena adanya perbedaan

tekanan udara atau perbedaan suhu udara pada suatu daerah atau wilayah. Hal ini

berkaitan dengan besarnya energi panas matahari yang di terima oleh permukaan

bumi.

Pada suatu wilayah, daerah yang menerima energi panas matahari lebih

besar akan mempunyai suhu udara yang lebih panas dan tekanan udara yang

cenderung lebih rendah. Perbedaan suhu dan tekanan udara akan terjadi antara daerah

yang menerima energi panas lebih besar dengan daerah lain yang lebih sedikit

menerima energi panas, yang berakibat akan terjadi aliran udara pada wilayah

tersebut. Apabila dipanaskan, udara memuai. Udara yang telah memuai menjadi lebih

ringan sehingga naik. Apabila hal ini terjadi, tekanan udara turun kerena udaranya

berkurang. Udara dingin disekitarnya mengalir ke tempat yang bertekanan rendah

tadi. Udara menyusut menjadi lebih berat dan turun ke tanah. Diatas tanah udara

menjadi penas lagi dan naik kembali. Aliran naiknya udara panas dan turunnya udara

dingin ini dinamanakan konveksi. Tabel di bawah ini memberikan penjelasan modern

sederhana untuk digunakan di darat.

25

26

Gaya Yang Bekerja Pada Massa Udara

Apabila ingin memahami mengapa angin terjadi, perlu untuk

mempertimbangkan gaya yang bekerja pada massa udara di atmosfer. Untuk setiap

pengamat stasioner sehubungan dengan permukaan bumi, ada empat gaya yang

bekerja pada sebidang udara di atmosfer yaitu sebagai berikut:

a. Gaya Gravitasi,

Besar massa dari Bumi disebut dengan istilah gaya gravitasi yakni salah satu

kekuatan terkuat yang bekerja pada paket udara dan diarahkan terhadap pusat Bumi

Fg = gρΔV, (1)

Keterangan :

g adalah percepatan gravitasi konstan (lebih atau kurang konstan melalui troposfer),

ρ adalah densitas udara, dan ΔV adalah volume paket.

b. Tekanan Gradien

Tekanan pada permukaan paket udara adalah komponen normal dari gaya

yang diberikan oleh sekitarnya pada satuan luas permukaan. Gaya ini selalu

diarahkan ke paket. bingkisan ini akan mengalami gaya total jika ada perbedaan

antara tekanan pada permukaan di sisi yang berbeda.

Perhatikan diagram di atas lintas-bagian daerah dA. Gaya total pada paket karena

perbedaan tekana

FP = pdA – (p + dp)dA = - dpdA. (2)

27

Jika ρ adalah densitas udara, maka gaya per satuan massa (yaitu percepatan)

diberikan oleh;

(3)

Mengambil batasan dengan cara biasa dan generalisasi untuk tiga dimensi, kita

mendapatkan

(4)

c. Coriolis gaya inersia

Hanya gaya gradien gravitasi dan tekanan dapat memulai gerakan udara tapi

ada ketiga 'kekuatan fiktif' akibat rotasi bumi - ini adalah gaya Coriolis inersia.

Perhatikan diagram di atas yang merupakan daerah di sekitar Kutub Utara (O)

seperti yang kita dapat pertimbangkan untuk menjadi disk berputar. Sebuah paket

udara mulai bergerak horizontal dari tiang menuju titik A. Jika tidak ada gaya bekerja

pada paket ini, dengan hukum Newton akan mengikuti OA jalur langsung. Namun,

disk juga berputar dengan kecepatan sudut Ω, dan karena itu akan mengikuti OA

garis melengkung. Disk telah pindah sehingga titik A berada pada B pada saat

sebidang udara mencapai tepi. Untuk seorang pengamat berputar dengan Bumi,

28

tampak seolah-olah bingkisan yang dibelokkan oleh gaya jauhnya dari A ke A. Gaya

fiktif disebut gaya Coriolis. Bumi adalah bola dan bukan disc, yang berarti bahwa

kita harus menggunakan notasi vektor penuh, tetapi prinsip yang sama. Kita harus

menghitung produk vektor antara rotasi vektor r Ω dan vektor kecepatan, g vr.

Menerapkan ini ke bumi, jika kita mempertimbangkan paket udara dengan vg

kecepatan, dan vektor kecepatan sudut bumi adalah r Ω, maka gaya Coriolis per

satuan massa diberikan oleh

(5)

Kami menetapkan ini oleh vektor unit. Jika lintang adalah φ, maka dua komponen

yang diberikan oleh: Ωsinφ Zr) dan (Ωcosφ), di mana Zr adalah vektor satuan

sepanjang vertikal lokal, y adalah pada bidang horisontal lokal. Jika kita berasumsi

bahwa angin bergerak ke arah thn, maka gaya Coriolis diberikan oleh:

(6)

yaitu ada kekuatan dalam arah xr. Gerakan awal akan turun gradien tekanan (yang

memberikan kekuatan yang menciptakan angin), tetapi defleksi berlanjut sampai

angin bertiup tegak lurus terhadap gerakan aslinya (dan begitu di sebelah kanan-sudut

untuk gradien tekanan menghasilkannya). Hal ini tidak bisa dibelokkan lebih lanjut.

Gaya Coriolis tekanan gradien. Diberikan

(7)

dimana fc adalah konstan Coriolis (sekitar 10-4 s-1), vg adalah kecepatan udara pada

keseimbangan. Ini memberikan

29

(8)

dengan asumsi bahwa peningkatan tekanan gradien sepanjang sumbu xr.

Titik di mana efek Coriolis tekanan gradien ini disebut keseimbangan

geostropik dan angin yang dihasilkan disebut angin geostropik. Poin penting untuk

diperhatikan adalah bahwa arah angin sejajar dengan isobars dan (di belahan bumi

utara) arah angin sehingga tekanan rendah berada di sisi kiri saat melawan arah angin.

Jadi daerah tekanan rendah di belahan bumi utara memiliki angin berputar di dalam

arah berlawanan arah jarum jam (tapi searah jarum jam di belahan bumi selatan).

Jenis gerak ini disebut siklon. Jadi tekanan sistem cuaca rendah disebut angin topan.

Lebih dari area tekanan tinggi di belahan bumi utara, angin geostropik beredar dalam

arah jarum jam. Hal ini disebut gerak anticyclonic dan karena itu sistem cuaca

bertekanan tinggi dikenal sebagai sebuah anticyclone. Dari nilai fc di atas, jelas

bahwa gaya Coriolis yang terbesar di kutub, dan penurunan sebagai salah satu

pendekatan khatulistiwa, di mana ia adalah nol.

d. Gaya gesekan

Tidak ada gaya gesekan yang cukup antara atmosfer dan permukaan bumi.

Mekanisme dasarnya adalah bentuk viskositas (di ketinggian rendah) dan skala kecil

proses pencampuran eddy pada ketinggian yang lebih tinggi. Lapisan dimana gaya

gesek penting adalah dikenal sebagai lapisan batas planet. Ketebalan lapisan sangat

bervariasi, dari beberapa ratus meter dalam udara di malam hari untuk 4-5 km di atas

permukaan panas dengan konveksi yang kuat. Perbedaan tekanan bisa disebabkan

oleh pemanasan yang tidak merata atau pendinginan. Pertimbangkan sebuah wilayah

atmosfer dengan distribusi bahkan suhu (kanan atas dengan p1> p2> p3). Udara

sekarang dipanaskan pada salah satu ujung (menambahkan energi) dan didinginkan

30

pada yang lain (ekstraksi energi). Udara panas mengembang dan kontrak udara

dingin.

Penciptaan Fisika angin

Radiasi dari matahari menyebabkan konveksi baik pada skala lokal dan dalam

skala global. Perbedaan dalam energi yang disampaikan pada khatulistiwa dan kutub

menciptakan perbedaan tekanan yang mendorong sistem angin besar di atmosfer

bumi. Angin adalah massa udara bergerak. Massa udara memiliki arti yang cukup

tepat dalam meteorologi. Ini adalah volume besar dari udara (mencakup jutaan

kilometer persegi) yang memiliki tekanan cukup konstan dan kelembaban. Dengan

demikian, massa udara akan menentukan keseluruhan cuaca suatu daerah (walaupun

bukan iklim mikro lokal). Dua contoh yang relevan dengan Eropa yaitu sebagai

berikut :

Azores anticyclone.

Bagian selatan baratan pukulan terhadap Kutub Utara dan

Perdagangan Utara-Timur menuju khatulistiwa. Ini udara hangat dan

lembab diklasifikasikan 'maritim tropis' seperti dalam pertengahan

garis lintang.

Kutub benua.

Udara kering dingin, di musim dingin berasal dari Eurasia. Batas-batas

yang memisahkan massa udara disebut front

Siklon dan Anticyclones

Siklon tropis adalah badai (atau topan). Ini adalah sistem tekanan rendah

intensitas besar. kecepatan angin 100 m / s dapat diproduksi dan hujan deras selalu

terjadi. Sifat siklon sirkulasi udara di atmosfer yang lebih rendah dalam badai atau

topan mudah dilihat oleh sifat dan pergerakan awan seperti yang terlihat dari satelit.

Rising udara dari ekuator adalah lembab dan dingin pada naik memberikan korset

awan di sekitar Bumi. Ini memberikan hujan lebat di daerah khatulistiwa. Udara

dingin dan hangat bertemu di zona konvergensi antar tropis (ITCZ) dan depresi

31

ringan sepanjang tepi. Beberapa (dan hanya beberapa) berkembang menjadi badai

besar.

Pengamatan pertama pada sistem siklon adalah bahwa Benjamin Franklin (21

Oktober 1743). Dia mencatat bahwa ia dicegah melihat gerhana bulan di Philadelphia

oleh badai NE tapi gerhana terlihat di Boston (300 km NE) Jadi badai itu sendiri

harus bergerak melawan arah angin penyusunnya. Perkembangan telegraf listrik

diperbolehkan badai yang akan dilacak. Laksamana Fitzroy mendirikan Kantor

Meteorologi Inggris. Dia mencatat bahwa massa udara dingin dan panas berdua

terlibat dalam perilaku siklon (1840). Dari 1910-1930, Badan Meteorologi Norwegia

Kantor diplot front hangat dan dingin - penggunaan pertama pesawat ilmiah. Setelah

tahun 1960, penggunaan satelit meteorologi tumbuh pesat, memungkinkan

merencanakan gerak siklon dan 'front'. Siklon sistem dapat ditemukan di garis lintang

rendah dan menengah. siklon lintang Tengah sistem bertanggung jawab atas 'cuaca

buruk' pada garis lintang tengah. Mereka biasanya disebut depresi (bukan karena ini

tetapi karena sistem tekanan rendah).

Siklon yang tiba di sini terbentuk pada sisi lain Atlantik (di mana udara dingin

kutub di atas benua Amerika Utara memenuhi udara tropis yang hangat dari Atlantik

Barat - dipanaskan oleh Gulf Stream). efek serupa terjadi di Pasifik Utara dan

Mediterania Utara (udara udara pertemuan alpine dari Afrika Utara). depresi

terbentuk ketika gelombang berkembang pada perbatasan antara dua massa udara.

Udara kemudian mulai mengalir di isobars dan daerah tekanan rendah berkembang

dengan gerakan siklon. Hal ini kemudian bergerak sesuai dengan angin di sektor

hangat. Karena udara dingin cenderung bergerak lebih cepat daripada udara hangat,

dingin depan cenderung untuk mengejar ketinggalan dengan bagian depan meningkat

hangat dan udara hangat di atas udara dingin. Sedangkan Anticyclones bentuk lebih

dari Siberia, Kanada dan Rusia Utara. Ini mendominasi iklim Asia dan Amerika

Utara pada musim dingin. Mereka menimbulkan (terutama) cuaca kering tetapi dapat

perangkap awan yang luas dataran rendah. Karena angin biasanya ringan, tingkat

polusi sering meningkat.

32

Alasan untuk tahap awal tidak jelas, tapi begitu dimulai, mekanisme yang

memberikan badai besar (atau topan) dipahami dengan baik yakni sebagai berikut:

Badai tumbuh untuk radius 300 km atau lebih besar dan kemudian

mulai membusuk. Busuk bergegas dengan melewati air dingin atau

lahan.

Badai didorong oleh baratan pertengahan lintang di lintang yang lebih

tinggi karena membusuk.

Tekanan mulai jatuh dengan cepat di pusat gangguan.

Angin kenaikan sebuah band yang ketat, 30-60 km dalam radius (mata

pusat).

Seperti badai tumbuh bergerak ke barat di angin perdagangan (8-150

lintang) dan berpindah ke lintang yang lebih tinggi.

Badai jatuh tempo memperluas sedangkan tekanan pusat berhenti

jatuh.

Global Konveksi

George Hadley pada tahun 1735 mencatat bahwa udara di lintang bawah lebih

hangat daripada yang di lebih tinggi (polar) lintang karena fluks matahari lebih besar

mencapai khatulistiwa. udara tropis harus bergerak (naik) vertikal dan bergerak ke

utara sedangkan kutub udara dingin harus bergerak ke arah selatan. Seperti udara

tropis bergerak ke utara, ia kehilangan energi melalui radiasi sebelum turun ke tanah,

sehingga menggantikan udara dingin yang bergerak ke selatan. Demikian pula, udara

dingin akan mendapatkan panas dari tanah (yang itu sendiri dipanaskan oleh radiasi

seperti yang dibahas sebelumnya) dan karena itu akan meningkat di daerah

khatulistiwa. Jadi sistem sirkulasi terbentuk mengangkut energi panas dari

khatulistiwa ke kutub. Ini adalah sel Hadley. Namun demikian, perbedaan yang

signifikan antara model Hadley dan pola sirkulasi udara yang nyata. Memang benar

bahwa ada sabuk tekanan rendah di atas khatulistiwa dan wilayah tekanan tinggi di

atas tiang model Hadley akan memprediksi. Namun, ada satu sel sirkulasi udara

33

antara 300N dan 600N (dan juga di belahan bumi selatan) di mana udara naik di

daerah dingin (yaitu pada 600N) dan turun di daerah lebih hangat (yaitu dalam arah

yang berlawanan dengan mekanisme Hadley ). Ini adalah sel Ferrel. Akhirnya, ada sel

ketiga antara 600N (dan S) dan tiang. Hal ini beredar di arah yang sama dengan sel

Hadley tetapi jauh lebih lemah. Hal ini dikenal sebagai sel Polar.

Pada bulan April-Oktober, matahari berada di belahan langit utara, sehingga

benua asi lebih panas daripada benua australia. Akibatnya, di asia terdapat pusat-

pusat tekanan udara rendah, sedangkan di australia terdapat pusat-pusat tekanan udara

tinggi yang menyebabkan terjadinya angin dari australia menuju asi. Di indonesia

terjadi angin musim timur di belahan bumi selatan dan angin musim barat daya di

belahan bumi utara. Oleh kerena tidak melewati lautan yang luas maka angin tidak

banyak mengandung uap air oleh karena itu pada umumnya di indonesia terjadi

musim kemarau, kecuali pantai barat sumatera, sulawesi tenggara, dan pantai selatan

irian jaya. Antara kedua musim tersebut ada musim yang disebut musim pancaroba

(peralihan), yaitu : Musim kemareng yang merupakan peralihan dari musim

penghujan ke musim kemarau, dan musim labuh yang merupakan peralihan musim

kemarau ke musim penghujan. Adapun ciri-ciri musim pancaroba yaitu: Udara terasa

panas, arah angin tidak teratur dan terjadi hujan secara tiba-tiba dalam waktu singkat

dan lebat

Pola Angin Global

Sebelum kita dapat menggambarkan ini, kita harus membahas bagaimana

tekanan atmosfer bervariasi di atas planet ini. Hal ini tergantung pada musim yaitu

dibawah ini:

Utara musim dingin / musim panas selatan.

Ada tekanan tinggi lemah di Samudra Arktik dan pusat tekanan rendah

SE Greenland dan di Pasifik Utara. Antara 450N dan 150N ada daerah yang

luas tekanan tinggi, membentang dari Pasifik Timur ke arah timur subtropis

putaran planet sejauh India (pengecualian adalah daerah tekanan rendah di

34

Mediterania). Sebuah sabuk luas gradien tekanan lemah mengelilingi planet

di lintang rendah. Ada pusat tekanan lemah rendah di atas benua selatan dan

anticyclones subtropis atas lautan selatan utama. Pada 400-an ada sabuk cepat

berubah gradien tekanan (dan karena itu angin kencang), dan akhirnya daerah

tekanan tinggi di atas Antartika.

Northern musim panas / dingin selatan.

Pertengahan-pusat lintang rendah di samudera Atlantik Utara dan

Pasifik Utara melemahkan dan pergeseran anticyclones subtropis ke arah

Kutub. Ekstensif tekanan rendah (bukan tekanan tinggi) yang diamati di Asia

tengah dan selatan (yang terkait dengan musim hujan). Ada juga daerah

tekanan rendah di atas daerah subtropis Afrika dan Amerika Utara.

Sebaliknya (dari musim panas rendah ke tinggi musim dingin) terjadi di

daerah sama di belahan bumi selatan. Ada sabuk tekanan rendah di sekitar

Antartika yang mendalam. Pola angin terkuat yang dihasilkan, sebagai salah

satu harapkan dari tekanan variasi musiman dibahas di atas, sendiri musiman:

yang baratan lintang pertengahan (yaitu bertiup dari barat). Di belahan bumi

Utara ini dibatasi oleh cekungan laut.

Angin siklon

Gerakan udara yang berputar memusat mengelilingi suatu daerah

minimum. Angin ini terjadi karena daerah barometris minimum dikelilingi

oleh barometris maksimum. Akibatnya mengalirlah udara dari daerah

barometris maksimum ke minimum. Akan tetapi, karena adanya Hukum

Boys-Ballot, arah udara dibelokkan menjadi angin siklon.

Angin antisiklon

Gerakan udara yang berputar ke luar mengelilingi suatu daerah maksimum.

Angin terjadi karena perbedaan tekanan udara. Perbedaan tekanan udara

global menimbulkan angin global.

35

Jenis-jenis Angin

Jenis angin ada 2, yaitu sebagai berikut :

1. Angin lokal terbagi menjadi 3 bagian, yaitu:

a. Angin darat dan angin laut

Angin ini terjadi di daerah pantai. Angin laut terjadi pada siang hari daratan

lebih cepat menerima panas dibandingkan dengan lautan. Angin bertiup dari laut ke

darat. Sebaliknya, angin darat terjadu pada malam hari daratan lebih cepat

melepaskan panas dibandingkan dengan lautan. Daratan bertekanan maksimum dan

lautan bertekanan minimum. Angin bertiup dari darat ke laut.

b. Angin lembah dan angin gunung

Pada siang hari udara yang seolah-olah terkurung pada dasar lembah lebih

cepat panas dibandingkan dengan udara di puncak gunung yang lebih terbuka

(bebas), maka udara mengalir dari lembah ke puncak gunung menjadi angin lembah.

Sebaliknya pada malam hari udara mengalir dari gunung ke lembah menjadi angin

gunung.

c. Angin Jatuh yang sifatnya kering dan panas

Angin Fohn atau Angin jatuh ialah angin jatuh bersifatnya kering dan panas

terdapat di lereng pegunungan Alpine. Sejenis angin ini banyak terdapat di Indonesia

dengan nama angin Bahorok (Deli), angin Kumbang (Cirebon), angin Gending di

Pasuruan (Jawa Timur), dan Angin Brubu di Sulawesi Selatan).

2. Angin musim

a. Angin Passat.

Angin passat adalah angin bertiup tetap sepanjang tahun dari daerah subtropik

menuju ke daerah ekuator (khatulistiwa). Terdiri dari Angin Passat Timur Laut

bertiup di belahan bumi Utara dan Angin Passat Tenggara bertiup di belahan bumi

Selatan. Di sekitar khatulistiwa, kedua angin passat ini bertemu. Karena temperatur di

36

daerah tropis selalu tinggi, maka massa udara tersebut dipaksa naik secara vertikal

(konveksi). Daerah pertemuan kedua angin passat tersebut dinamakan Daerah

Konvergensi Antar Tropik (DKAT). DKAT ditandai dengan temperatur yang selalu

tinggi. Akibat kenaikan massa udara ini, wilayah DKAT terbebas dari adanya angin

topan. Akibatnya daerah ini dinamakan daerah doldrum (wilayah tenang).

b. Angin Anti Passat

Angin kering ini menyerap uap air di udara dan permukaan daratan.

Akibatnya, terbentuk gurun di muka bumi, misalnya gurun di Saudi Arabia, Gurun

Sahara (Afrika), dan gurun di Australia. Di daerah Subtropik (30o – 40o LU/LS)

terdapat daerah “teduh subtropik” yang udaranya tenang, turun dari atas, dan tidak

ada angin. Sedangkan di daerah ekuator antara 10o LU – 10o LS terdapat juga daerah

tenang yang disebut daerah “teduh ekuator” atau “daerah doldrum” Udara di atas

daerah ekuator yang mengalir ke daerah kutub dan turun di daerah maksimum

subtropik merupakan angin Anti Passat. Di belahan bumi Utara disebut Angin Anti

Passat Barat Daya dan di belahan bumi Selatan disebut Angin Anti Passat Barat Laut.

Pada daerah sekitar lintang 20o - 30o LU dan LS, angin anti passat kembali turun

secara vertikal sebagai angin yang kering.

c. Angin Barat.

Di belahan bumi Selatan pengaruh angin Barat ini sangat besar, tertama pada

daerah lintang 60o LS. Di sini bertiup angin Barat yang sangat kencang yang oleh

pelaut-pelaut disebut roaring forties.Sebagian udara yang berasal dari daerah

maksimum subtropis Utara dan Selatan mengalir ke daerah sedang Utara dan daerah

sedang Selatan sebagai angin Barat. Pengaruh angin Barat di belahan bumi Utara

tidak begitu terasa karena hambatan dari benua.

37

d. Angin Timur.

Angin timur ini bersifat dingin karena berasal dari daerah kutub.Di daerah

Kutub Utara dan Kutub Selatan bumi terdapat daerah dengan tekanan udara

maksimum. Dari daerah ini mengalirlah angin ke daerah minimum subpolar (60o

LU/LS). Angin ini disebut angin Timur.

e. Angin Muson (Monsun).

Angin muson merupakan angin yang berhembus secara periodik (minimal 3

bulan) dan antara periode yang satu dengan yang lain polanya akan berlawanan yang

berganti arah secara berlawanan setiap setengah tahun.

Alat-alat untuk mengukur angin antara lain:

a. Anemometer

Alat yang mengukur kecepatan angin.

b. Wind vane

Alat untuk mengetahui arah angin.

c. Windsock

Alat untuk mengetahui arah angin dan memperkirakan besar kecepatan

angin. Yang biasanya banyak ditemukan di bandara – bandara.

38

D. Tanah

Bentuk dari partikel tanah

Bentuk partikel tanah bergantung pada sifat kimia dari partikelnya dan

bagaimana pengaruh cuaca atau perpindahan/tranformasi partikel tersebut dari

asalnya. Bentuk dari partikel-partikel tanah dipengaruhi oleh molekul-molekulnya,

misalnya lempung, berbentuk seperti lempeng dengan ujung-ujungnya atau sudut

yang tidak teratur yang merupakan kombinasi (kristal) tetrahedra dan oktahedra.

Ruang kosong di antara partikel-partikel tersebut ditempati oleh sesuatu, misalnya

akar tanaman, bakteri, air, bahan-bahan kimia, ataupun partikel-partikel yang lebih

kecil lainnya. Di dalam ruang kosong inilah terjadi aliran air.

Gambar 1. Partikel Tanah

Definisi

Indonesia merupakan negara kepulauan dengan daratan yang luas dengan

jenis tanah yang berbeda-beda. Profil tanah merupakan suatu irisan melintang pada

tubuh tanah dan dibuat dengan cara menggali lubang dengan ukuran (panjang dan

lebar) tertentu dan kedalaman tertentu pula sesuai dengan keadaan tanah dan

keperluan penelitiannya. Lapisan-lapisan tersebut dikenal sebagai horison genesa

tanah (lapisan yang terbentuk di tempat itu sehubungan dengan berlangsungnya

proses perombakan bahan induk tanah). Horison-horison tubuh tanah ini membentuk

profil tubuh tanah, yang umumnya terdiri dari dua horison atau lebih. Tubuh tanah

berkembang secara bertahap dari bawah ke atas. Tahapannya merupakan lapisan-

lapisan subhorisontal, yang merupakan derajat pelapukan. Setiap lapisan atau horison

memiliki sifat fisika, kimia dan biologi yang berbeda. Meskipun berlapis, tetapi

bukan lapisan atau strata seperti dalam batuan sedimen, karena tanah terdapat di

39

tempat atau tidak jauh dari tempat terjadinya. Sedangkan sedimen sudah mengalami

transportasi oleh media angin, air atau gletsyer dan diendapkan kembali.

Tanah tersusun atas 5 komponen, yaitu sebagai berikut:

a. Air

b. Partikel mineral

Berupa fraksi anorganik, hasil perombakan bahan-bahan batuan dan anorganik

yang terdapat di permukaan bumi.

c. Udara Tanah

d. Bahan organik

Berasal dari sisa-sisa tanaman dan binatang dan berbagai hasil kotoran

binatang.

e. Udara tanah

f. Kehidupan jasad renik

Satu set ukuran khas untuk berbagai tanah diberikan di bawah ini:

Sebagian besar tanah terdiri dari udara dan air, antara 30% dan 70% dari ruang pori

tanah. Fraksi volume tanah yang ditempati oleh padat dirumuskan:

(1)

40

Gambar 2. Horison Tanah

Tingkat-tingkat horison:

Horison A

Horison A ini merupakan tanah sebenarnya, yang dapat dimanfaatkan bagi

tanaman pangan (penghasil zat karbohidrat, lemak dan protein). Kadang-kadang di

bawah horison A dijumpai horison E yang berwarna abu-abu terang atau keputih-

putihan, karena tidak adanya oksida berwarna gelap yang melapisi butiran mineral

yang berwarna terang. Biasanya terdapat di daerah bertubuh tanah bersifat asam, di

bawah hutan dengan pepohonan yang selalu hijau.Bagian atas dari regolith yang

berpenghuni mikro dan makroflora. Mikro dan makrofauna banyak mengandung sisa-

sisa tubuhnya serta sisa-sisa tanaman, mengandung humus, berwarna kelam muda

sampai tua (kehitam-hitaman atau abu-abu gelap).

Horison O

Lapisan akumulasi bahan organik dari permukaan, menutupi tanah mineral.

Horison C

Horison terdalam dan terdiri atas batuan induk yang terletak di bagian bawah

dari horison A dan B. Antara horison B dan batu induk terdapat suatu lapisan yang

terbentuk karena pelapukan-pelapukan batu induk. Lapisan ini selain banyak

41

mengandung batu-batuan (ukuran besar dan kecil) yang permukaannya tengah

melapuk, juga zat-zat mineral. Lapisan ini tidak mengandung bahan organik.

Horison B

Horizon yang memiliki lapisan tebal sekitar 1-2 m, berwarna kecoklat-

coklatan atau kemerah-merahan, umumnya banyak menyerap air, tidak mengandung

bahan organik tetapi hanya mengandung zat mineral karena terendapkan air ke

bawah.

Tekstur Tanah

Berdasarkan pasir, debu dan liat dibagi dalam 3 golongan atau kelas dasar,

yaitu: tanah berpasir (sandy soil) yaitu tanah dimana kandungan pasirnya > 70% yang

dalam keadaan lembab tanah berpasir terasa kasar dan tidak lekat, termasuk dalam

katagori ini tanah pasir dan tanah lempung berpasir (sandy and loamy sand soils).

a. Tanah berlempung (loamy soil)

yaitu tanah dimana kandungan debu-liat relatif sama, tanah demikian tidak

terlalu lepas dan juga tidak terlalu lekat.

b. Tanah liat,

yaitu tanah dimana kandungan liatnya > 35%, memang biasanya < 40%.

Tanah liat sangat lekat dan apabila kering menjadi sangat keras.

Tanah terdiri dari bahan padat, cair, gas dan jasad hidup. Bahan padat itu

terdiri atas organik dan anorganik, yang anorganik terdapat dalam bermacam-macam

bentuk dan ukuran berdasarkan berat ukurannya dibagi dalam beberapa fraksi atau

golongan. Fraksi batu > 10 mm, kerikil 2-10 mm, pasir 0,05-2 mm, debu 0,02-0,05

mm, liat < 0,02 mm. pasir, debu dan liat merupakan fraksi utama. Fraksi-fraksi tanah

itu biasanya dinyatakan dalam jumlah % untuk menentukan golongan tekstur tanah

berdasarkan kandungan pasir, debu dan liat.

42

FASA-FASA TANAH

Tanah menutupi sebagian besar bagian di muka bumi dan tersusun atas

pecahan-pecahan/fragmen-fragmen partikel padat (batuan) dengan komposisi yang

bergradasi, mineral-mineral (silikon, alumunium, karbon, kalsium, magnesium, dan

lain-lain) dan jugabeberapa bahan kimia, pasir, lempung (clay), lanau (silt), udara, air

dan bahan-bahan organik (baik tumbuhan maupun hewan).Partikel-partikel tanah

menyusun tubuh tanah seperti halnya kerikil ada ruang di antaranya ruang kosong ini

bisa terisi oleh air atau udara atau keduanya.

Gambar 3. Diagram Fase Tanah

Dari ilustrasi di atas, bisa ditarik beberapa hubungan-hubungan di antaranya, Massa

total tanah:

MT = Mg + Mw + Ms (dalam kg) (2)

Yaitu merupakan penjumlahan dari massa tanah (padat) dan pori tanah yang terdiri

dari massa air (Mw) dan massa udara (Mg).

Sedangkan volume total juga dapat dituliskan sebagai berikut:

VT = Vg + Vw + Vs (dalam m3) (3)

Sedangkan berat jenis dari perbagian berat persatuan volume dinyatakan sebagai

massa dibagi volume (dalam kg/m3).

43

STRUKTUR TANAH

Struktur tanah dapat dibagi dalam struktur makro dan mikro. Yang dimaksud

dengan struktur dengan struktur makro atau struktur lapisan bawah tanah yaitu

penyusunan agregrat-agregat tanah satu dengan yang lainnya. Menurut tipe dan

kandungannya dapat dibedakan tiga jenis struktur mikro, yaitu:

a. Kondisi remah-lepas,

Dapat dilihat dengan jelas (tanpa alat pembantu) keadannya tampak cerai

berai, mudah digusur atau disorong ke tempat-tempat yang dikehendaki.

b. Kondisi remah-sedang,

Tanah yang demikian kondisinya cenderung tampak agak bergumpalan,

keadaan ini akan tampak jelas apabila kita mengambil dan memperhatikan

profil tanahnya, susunan lapisan-lapisan tanah tampak ada yang dalam

keadaan agragasi atau bergumpalan dan terdapat pula yang porus berlubang-

lubang, memudahkan aliran air menerobos menyerap ke dalam lapisan-lapisan

tanah sebelah bawah.

c. Kondisi lengkat-lengket,

Tanah yang memiliki kondisi ini umumnya sangat kompak bila dalam bentuk

gumpalan dan amat berat apabila digali serta keras apabila diolah, lebih-lebih

dalam keadaan kering gumpalan-gumpalannya sangat keras dan terdapat

retakan-retakan, sedangkan dalam keadaan basa keadaanya sangat lengket.

Akuiver

Akuiver atau aquiver berasal dari bahasa latin yang berarti pembawa air.

Sebagai pembawa air maka materialnya haruslah mempunyai porositas dan

permeabilitas yang tinggi. Lapisan batuan yang mampu menampung banyak air tetapi

tidak atau kurang apat meloloskannya disebut aquiclude, misalnya lempung. Air yang

terperangkap dalam lempung di sekitar butiran lempung sehingga tidak dapat

mengalir. Akuiver yang permukaan atasnya berimpit dengan permukaan air dan

berhubungan langsung dengan atmosfer dinamakan unconfined aquiver, atau akuiver

44

yang tidak mempunyai batas. Porositas adalah perbandingan ruang dan seluruh

volume pada batuan atau sedimen, yang dinyatakan dalam persen. Dan permeabilitas

adalah daya suatu material untuk meloloskan cairan, disini berlaku pula hukum

Darcy. Batuan yang mempunyai porositas tinggi tetapi permeabilitasnya rendah,

kurang baik sebagai akuiver, karena kurang dapat mengalirkan air. Dan akuiver yang

dibatasi oleh aquicludes disebut confined aquiver, seperti terlihat pada gambar 4 di

bawah ini:

Gambar 4. Diagram penampang memperlihatkan akuiver-akuiver confine dan

unconfine, sistem artesis dan permukaan piezometrik

(Allan Ludman dan Nicholas K.Coach. 1982)

45

JENIS-JENIS TANAH

Jenis-jenis tanah sangat beragam, tapi tanah memiliki pembeda, dan masing-

masing memiliki karakteristik yang unik (khas), seperti halnya warna, tekstur,

struktur dan kandungan mineral. Berikut ini adalah beberapa jenis tanah dan

pengertiannya:

1. Tanah Vulkanik / Tanah Gunung Berapi

Tanah vulkanis merupakan tanah yang terbentuk dari lapukan materi

letusan gunung berapi yang subur mengandung zat hara yang tinggi.

Jenis tanah vulkanik dapat dijumpai di sekitar lereng gunung berapi.

2. Tanah Laterit

Tanah laterit merupakan tanah tidak subur yang tadinya subur dan

kaya akan unsur hara, namun unsur hara tersebut hilang karena larut

dibawa oleh air hujan yang tinggi. Contoh : Kalimantan Barat dan

Lampung.

3. Tanah Humus

Tanah humus merupakan tanah yang sangat subur terbentuk dari

lapukan daun dan batang pohon di hutan hujan tropis yang lebat.

4. Tanah Gambut / Tanah Organosol

Tanah organosol merupakan jenis tanah yang kurang subur untuk

bercocok tanam yang merupakan hasil bentukan pelapukan tumbuhan

rawa. Contoh : rawa Kalimantan, Papua dan Sumatera.

5. Tanah Pasir

Tanah pasir merupakan tanah yang bersifat kurang baik bagi pertanian

yang terbentuk dari batuan beku serta batuan sedimen yang memiliki

butir kasar dan berkerikil.

46

6. Tanah Alluvial / Tanah Endapan

Tanah aluvial merupakan tanah yang dibentuk dari lumpur sungai

yang mengendap di dataran rendah yang memiliki sifat tanah yang

subur dan cocok untuk lahan pertanian.

7. Tanah Podzolit

Tanah podzolit merupakan tanah subur yang umumnya berada di

pegunungan dengan curah hujan yang tinggi dan bersuhu rendah /

dingin.

8. Tanah Mediteran / Tanah Kapur

Tanah mediteran merupakan tanah sifatnya tidak subur yang terbentuk

dari pelapukan batuan yang kapur. Contoh : Nusa Tenggara, Maluku,

Jawa Tengah dan Jawa Timur.

Proses gerak tanah

Disini kita pisahkan proses gerak tanah yang menyangkut:

1. Kegagalan lereng secara mendadak,

Yang mengakibatkan berpindahnya massa batuan atau debris batuan,

yang relief coherent, dengan slumping, jatuh (falling), atau meluncur (sliding).

Gaya gravitasi yang selalu menarik ke bawah membuat lereng bukit dan gawir

pegunungan rawan dan runtuh. Bila runtuh, hancuran batuan dipindahkan ke

bawah dan terbentuklah lereng baru yang stabil.

2. Aliran (flow) campuran sedimen, air, dan udara dengan memperhatikan

kecepatan dan konsentrasi sediment yang mengalir.

PELAPUKAN KIMIA PADA BATUAN

Hasil pelapukan kimia pada batuan, mineral dan ion yang terlarut tergantung

pada komposisi batuan asalnya. Granit mengandung kuarsa lebih banyak

dibandingkan basalt dan susunan mineral yang berbeda. Pada umumnya granit

mengandung kwarsa, mineral-mineral dengan kalium, seperti muskovit dan kalium

47

felspar dan mineral-mineral yang kaya akan besi dan magnesium. Bila mengalami

dekomposisi, oleh hidrolisa, felspar, mika dan mineral-mineral; Fe/ Mg lapuk

menjadi mineral lempung dan ion-ion Na+, K+, Mg2+ terlarut.

Sedangkan butiran-butiran kwarsa yang hamper tidak bereaksi kimia tetap

tidak terubah. Basalt yang kandungan kwarsa dan K felsparnya sangat sedikit,

lapukannya tidak mengandung kwarsa dan ion K+. Batuan karbonat, misalnya batuan

gamping, yang mineral utamanya kalsium karbonat, dengan adanya asam bikarbonat,

kalsium karbonatnya akan teruraidan tersisa hanya pengotornya (impuritis ), kwarsa

dan lempung yang hamper selalu terdapat dalam batu gamping.

Eksfoliasi dan Pelapukan batuan

Pelapukan batuan pada singkapan atau bongkah terlihat ada lapisan tipis

seperti kulit atau cangkang di permukaannya yang lepas dari tubuh batuan tersebut.

Proses ini dikenal sebagai eksfoliasi. Kadang-kadang terdapat satu lapisan kulit, tetapi

dapat terbentuk sampai lebih dari 10 lapisan, yang terlihat seperti bawang. Pada

mulanya blok tersebut berbentuk persegi, umumnya dibatasi oleh bidang-badang

rekahan, proses eksfoliasi membuatnya berbentuk membulat (gambar di bawah ini):

Eksfoliasi disebabkan oleh diferensial stress dalam batuan, terutama dalam pelapukan

kimia. Misalnya felspar yang lapuk menjadi mineral lempung. Volume batuan lapuk

mempunyai volume lebih besar dibandingkan dengan batuan asalnya. Stress yang

yang ditimbulkannya menyababkan kulit-kulit tipis batuan telepas dari induk

batuannya.

Faktor yang mempengaruhi pelapukan

a. Iklim

Kelembaban dan panas mempercepat reaksi kimia. Di daerah iklim tropis

mempunyai kelembaban dan panas yang tinggi. Pelapukan kimia dapat berlangsung

sangat intensif dan dapat dijumpai sampai kedalaman 100 meter atau lebih.

Sedangkan di daerah dingin dan kering, pelapukan sangat lambat dan hanya

berlangsung dipermukaan saja. Pada daerah yang lembab dan panas pelapukan

48

kimia lebih aktif sedangkan daerah dingin kering pelapukan mekanik, terutama frost

wedging. Sebagai contoh pengaruh iklim, batu-gamping yang tersingkap di kedua

daerah ini. Pelapukan batuan gamping daerah lembab dan panas menghasilkan

topografi rendah dan bergelombang. Dan daerah kering dan dingin, tampak sebagai

tebing-tebing terjal dan kokoh, karena kecil curah hujan dan vegetasi mengakibatkan

sedikitnya asam karbon dioksida yang dapat melarutkan gamping

b. Jenis dan struktur batuan

Pengaruh pelapukan terhadap setiap mineral tidak sama. Mineral terbentuk

pada saat awal pembekuan magma, suhu dan tekanan tinggi, olivin misalnya, akan

lebih mudah lapuk dari pada kwarsa yang terbentuk paling akhir, seperti yang terlihat

dalam Seri Reaksi Bowen, pada suhu dan tekanan hamper sama dengan tekanan

permukaan bumi.

c. Lereng

Butiran-butiran mineral yang terlepas akibat pelapukan pada lereng terjal akan

mudah lengser ke bawah terbawa hujan. Batuan segar muncul kembali untuk proses

berikutnya. Demikian terus berlanjut, sehingga pelapukan makin dalam.

Pada lereng landai, hasil pelapukan tidak terbawahujan, sehingga makin tebal, dapat

sampai lebih dari 50 meter.

e. Makhluk hidup

Tanpa kita sadari manusia dan binatang telah mempercepat proses pelapukan.

Manusia memotong bukit untuk meningkatkan kehidupannya yaitu untuk jalan raya,

penambangan dsb, yang pengaruhnya adalah memperluas kontak permukaan untuk

pelapukan. Binatang seperti semut, cacing dan rayap misalnya, membuat lubang-

lubang dan hasil galiannya ke atas permukaan. Meskipun tampak sangat kecil, dan

tidak langsung menghancurkan batuan dasarnya, namun dalam jangka waktu yang

panjang akan terlihat pengaruhnya.

49

E. NUKLIR

Definisi

Sudah berpuluh tahun manusia memanfaat potensi energi yang dihasilkan dari

reaksi fisi (pembelahan) inti uranium dan plutonium. Penemuan ini juga berasal dari

coba-cobanya para ilmuan menembakkan neutron ke inti untuk mendapatkan inti

baru, namun pada bebarapa inti berat hal itu menyebabkan inti menjadi pecah

(terbagi) sekaligus melepaskan neutron lain yang konsekuensinya menimbulkan

panas disekitarnya. panas ini kemudian di ambil dengan menempatkan reaksi tersebut

didalam air , air yang panas tadi dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin. untuk

bagian turbinnya hampir sama dengan pembangkit listrik tenaga uap. Namun selain

panasnya yang diambil, neutron yang lepas ini juga dimanfaatkan untuk banyak hal,

seperti untuk mengukur dimensi dari suatu zat, untuk memutasikan tumbuhan agar

didapatkan bibit unggul dan lain sebagainya.

Nuklir dari segi bahasa sebenarnya berarti inti, dan dalam hal ini inti itu

diartikan inti dari atom. Sejauh ini manusia baru mengetahui Nuklir terdiri dari

proton dan neutron, namun proton dan neutron ini juga tersusun dari beberapa

partikel yang jauh lebih kecil bernama kuark. Selain itu reaksi fisi juga menyisakan

unsur-unsur yang bersifat radioaktif atau meluruh (memancarkan partikel alfa, beta

dan sinar gamma) dalam jangka waktu sangat lama, bahkan jutaan tahun. Radiasi

yang dihasilkan sangat berbahaya bagi manusia, karena dapat memutasikan manusia

secara acak. Mutasi banyak menyebabkan tumbuhnya kanker atau disfungsi organ

manusia. Radiasi ini menyebabkan hal-hal mengerikan hanya dalam dosis tertentu.

Radiasi ini bukan tidak bisa di kontrol.

Energi nuklir merupakan satu-satunya sumber listrik yang tidak memancarkan

gas dari rumah kaca yang dapat secara efektif menggantikan bahan bakar fosil yang

berguna memenuhi permintaan energi yang semakin bertambah. Radioaktif adalah

sejenis zat yang berada di permukaan atau di dalam benda padat, cair atau gas yang

kehadirannya berbahaya bagi tubuh manusia. Radioaktif berasal dari radionuklida

(radioisotop) sebuah inti tak stabil akibat energi yang berlebihan.

50

Efek dari Radiasi Nuklir

Beberapa efek pada kesehatan yang dialami oleh korban radiasi nuklir salah

satunya penyakit kanker. Sedangkan terdapat pula penyakit sindrom akut radiasi

(ARS) yang penyebabnya pada waktu korban langsung terpapar radiasi dan juga

penyakit kangker thyroid yaitu penyebabnya setelah korban menghirup udara yang

terkena radioaktif. Selain itu korban yang terkena radiasi nuklir juga dapat mengidap

penyakit leukimia, gangguan metabolisme dan katarak.

Tiga metode memperoleh daya dari energi nuklir, yaitu:

a) Reaktor termal (memperoleh energi dari fisi isotop uranium/ thorium)

b) Peternak reaktor (merubah uranium alam isotop U238 ke isotop fisil plutonium

Pu239) dan reaktor fusi.

c) Menggunakan reaksi 2D1 + 3T1 → 4He2 + 1no + energi , titrium yang diperoleh

dari lithium dengan menambahkan neutron

Bahaya Radiasi Nuklir Terhadap Tubuh

Kontaminasi radioaktif dapat menimbulkan masalah bagi kesehatan manusia.

Terdapat tujuh (7) efek dari bahaya radiasi diantaranya yaitu efek bisa berbahaya bagi

rambut, organ tubuh seperti otak, jantung, saluran pencernaan, kelenjar gondok,

sistem peredaran darah, dan saluran reproduksi:

1. Jantung

Jika seseorang terkena radiasi berkekuatan 1000 sampai 5000 Rems

akan mengakibatkan kerusakan langsung pada pembuluh darah dan

dapat menyebabkan gagal jantung dan kematian mendadak. *Saluran

Pencernaan. Radiasi dengan kekuatan 200 Rems akan menyebabkan

kerusakan pada lapisan saluran usus dan dapat menyebabkan mual,

muntah dan diare berdarah.

51

2. Saluran Reproduksi

Radiasi akan merusak saluran reproduksi cukup dengan kekuatan di

bawah 200 Rems. Dalam jangka panjang, korban radiasi akan

mengalami kemandulan.

3. Saluran Pencernaan

Terjadi karena radiasi dengan kekuatan 200 Rems akan menyebabkan

kerusakan pada lapisan saluran usus dan dapat menyebabkan mual,

muntah dan diare berdarah.

4. Rambut

Efek paparan radioaktif yang membuat rambut akan menghilang

dengan cepat bila terkena radiasi di 200 Rems atau lebih. Rems

merupakan satuan dari kekuatan radioaktif.

5. Otak

Sel-sel otak tidak akan rusak secara langsung kecuali terkena radiasi

berkekuatan 5000 Rems atau lebih. Seperti halnya jantung, radiasi

membunuh sel-sel saraf dan pembuluh darah dan dapat menyebabkan

kejang dan kematian mendadak.

6. Kelenjar Gondo

Kelenjar tiroid akan sangat rentang terhadap yodium radioaktif. Dalam

jumlah tertentu, yodium radioaktif dapat menghancurkan sebagian

atau seluruh bagian tiroid.

7. Sistim Peredaran Darah

Ketika seseorang terkena radiasi sekitar 100 Rems, jumlah limfosit

darah akan berkurang, sehingga korban lebih rentan terhadap infeksi.

Gejala awal mirip seperti penyakit flu. Menurut data saat terjadi

ledakan Nagasaki dan Hiroshima, menunjukan gejala dapat bertahan

selama sepuluh tahun dan mungkin memiliki risiko jangka panjang

seperti leukimia dan limfoma.