ATMOSFER BUMI
A. Pengertian Atmosfer Bumi
Bumi merupakan salah satu planet yang ada di tata surya yang memiliki selubung
yang berlapis-lapis. Selubung bumi tersebut berupa lapisan udara yang sering
disebut dengan atmosfer. Atmosfer terdiri atas bermacam-macam unsur gas dan di
dalamnya terjadi proses pembentukan dan perubahan cuaca dan iklim. Atmosfer
melindungi manusia dari sinar matahari yang berlebihan dan meteor-meteor yang
ada. Adanya atmosfer bumi memperkecil perbedaan temperatur siang dan malam.
Gejala yang terjadi di atmosfer sangat banyak dan beragam. Pada lapisan bawah
angin berhembus, angin terbentuk, hujan dan salju jatuh, dan terjadilah musim
panas dan musim dingin. Semua ini merupakan gejala yang lazim terjadi yang
sering disebut cuaca.
Atmosfer bumi merupakan selubung gas yang menyelimuti permukaan padat
dan cair pada bumi. Selubung ini membentang ke atas sejauh beratusratus kilometer,
dan akhirnya bertemu dengan medium antar planet yang berkerapatan rendah dalam
sistem tata surya. Atmosfer terdapat dari ketinggian 0 km di atas permukaan
tanah sampai dengan sekitar 560 km dari atas permukaan bumi.
B. Lapisan Atmosfer Bumi
1. Troposfer
Troposfer merupakan lapisan terbawah dari atmosfer, yaitu pada ketinggian
0 - 18 km di atas permukaan bumi. Tebal lapisan troposfer ratarata ± 10 km. Di
daerah khatulistiwa, ketinggian lapisan troposfer sekitar 16 km dengan temperatur
rata-rata 80°C. Daerah sedang ketinggian lapisan troposfer sekitar 11 km dengan
temperatur rata-rata 54°C, sedangkan di daerah kutub ketinggiannya sekitar 8 km
dengan temperatur rata-rata 46°C. Lapisan troposfer ini pengaruhnya sangat
besar sekali terhadap kehidupan mahkluk hidup di muka bumi. Lapisan ini selain terjadi
peristiwa-peristiwa seperti cuaca dan iklim, juga terdapat kira-kira 80% dari
seluruh massa gas yang terkandung dalam atmosfer terdapat pada lapisan ini.
Ciri khas yang terjadi pada lapisan troposfer adalah suhu (temperatur) udara
menurun sesuai dengan perubahan ketinggian, yaitu setiap naik 100 meter dari
permukaan bumi, suhu (temperatur) udara menurun sebesar ± 0,5°C. Lapisan
troposfer paling atas, yaitu tropopause yang menjadi batas antara troposfer dan
stratosfer. Suhu (temperatur) udara di lapisan ini relatif konstan atau tetap,
walaupan ada pertambahan ketinggian, yaitu berkisar antara -55°C sampai -60°C.
Ketebalan lapisan tropopause ± 2 km. Pada lapisan ini, hampir semua jenis
cuaca, perubahan suhu yang mendadak, angin, tekanan dan kelembaban udara yang
kita rasakan seharihari terjadi. Ketinggian yang paling rendah adalah bagian
yang paling hangat dari troposfer, karena permukaan bumi menyerap radiasi panas
dari matahari dan menyalurkan panasnya ke udara. Pada troposfer ini terdapat
gas-gas rumah kaca yang menyebabkan efek rumah kaca dan pemanasan global.
Troposfer terdiri atas:
a. Lapisan planetair : 0-1 km
b. Lapisan konveksi : 1-8 km
c. Lapisan tropopause : 8-12
km.
Tropopause merupakan lapisan pembatas antara lapisan troposfer dengan stratosfer
yang temperatunya relatif konstan. Pada lapisan tropopause kegiatan udara
secara vertikal terhenti.
2. Stratosfer
Lapisan kedua dari atmosfer adalah stratosfer. Stratosfer terletak pada ketinggian
antara 18 - 49 km dari permukaan bumi. Lapisan ini ditandai dengan adanya
proses inversi suhu, artinya suhu udara bertambah tinggi seiring dengan
kenaikan ketinggian dari permukaan bumi. Kenaikan suhuudara berdasarkan
ketinggian mulai terhenti, yaitu pada puncak lapisan stratosfer yang disebut
stratopause dengan suhu udara sekitar 0°C. Stratopause adalah lapisan batas
antara stratosfer dengan mesosfer. Lapisan ini terletak pada ketinggian sekitar
50 - 60 km dari permukaan bumi. Stratosfer terdiri atas tiga lapisan yaitu,
lapisan isotermis, lapisan panas dan lapisan campuran teratas. Umumnya suhu
(temperatur) udara pada lapisan stratosfer sampai ketinggian 20 km tetap.
Lapisan ini disebut dengan lapisan isotermis. Lapisan isotermis merupakan lapisan
paling bawah dari stratosfer. Setelah lapisan isotermis, berikutnya terjadi
peningkatan suhu (temperatur) hingga ketinggian ± 45 km. Kenaikan temperatur
pada lapisan ini disebabkan oleh adanya lapisan ozon yang menyerap sinar ultra
violet yang dipancarkan sinar matahari. lapisan stratosfer ini tidak ada lagi
uap air, awan ataupun debu atmosfer, dan biasanya pesawat-pesawat yang
menggunakan mesin jet terbang pada lapisan ini. Hal ini dimaksudkan untuk
menghindari gangguan cuaca. Perubahan secara bertahap dari troposfer ke
stratosfer dimulai dari ketinggian sekitar 11 km. Suhu di lapisan stratosfer
yang paling bawah relatif stabil dan sangat dingin yaitu - 70°F atau sekitar -
57°C. Pada lapisan ini angin yang sangat kencang terjadi dengan pola aliran
yang tertentu. Awan tinggi jenis cirrus kadang-kadang terjadi di lapisan paling
bawah, namun tidak ada pola cuaca yang cukup signifikan. Dari bagian tengah
stratosfer keatas, pola suhunya berubah menjadi semakin bertambah semakin naik,
karena bertambahnya lapisan dengan konsentrasi ozon yang bertambah. Lapisan
ozon ini menyerap radiasi sinar ultra ungu. Suhu pada lapisan ini bisa mencapai
sekitar 18°C pada ketinggian sekitar 40 km. Lapisan stratopause memisahkan
stratosfer dengan lapisan berikutnya.
Ozon adalah hasil reaksi antara oksigen dengan sinar ultraviolet dari matahari.
Ozon di udara berfungsi menahan radiasi sinar ultraviolet dari matahari pada
tingkat yang aman untuk kesehatan. Ozon berwarna biru pucat yang terbentuk dari
tiga atom oksigen (O3). Ozon adalah gas yang tidak berwarna dan dapat ditemukan
di lapisan stratosfer yaitu lapisan awan yang terletak antara 15 hingga 35 km
dari permukaan bumi. Lapisan ozon sangat penting karena ozon menyerap radiasi
ultra violet (UV) dari matahari untuk melindungi radiasi yang tinggi sampai ke permukaan
bumi. Radiasi dalam bentuk UV spektrum mempunyai jarak gelombang yang lebih
pendek daripada cahaya. Radiasi UV dengan jarak gelombang adalah di antara 280
hingga 315 nanometer yang dikenali UVB dan ia merusak hampir semua kehidupan.
Adanya penyerapan radiasi UV-B sebelum sinar UV sampai ke permukaan bumi,
lapisan ozon melindungi bumi dari efek radiasi yang merusak kehidupan.
3. Mesosfer
Mesosfer adalah lapisan udara ketiga, di mana suhu atmosfer akan berkurang
dengan pertambahan ketinggian hingga ke lapisan keempat. Mesosfer terletak pada
ketinggian antara 49 - 82 km dari permukaan bumi. Lapisan ini merupakan lapisan
pelindung bumi dari jatuhan meteor atau benda-benda angkasa luar lainnya. Udara
yang terdapat di sini akan mengakibatkan pergeseran berlaku dengan objek yang
datang dari angkasa dan menghasilkan suhu yang tinggi. Kebanyakan meteor yang
sampai ke bumi biasanya terbakar di lapisan ini. Lapisan mesosfer ini ditandai
dengan penurunan suhu (temperatur) udara, rata-rata 0,4°C per seratus meter.
Penurunan suhu (temperatur) udara ini disebabkan karena mesosfer memiliki
kesetimbangan radioaktif yang negatif. Temperatur terendah di mesosfer kurang
dari -81°C. Bahkan di puncak mesosfer yang disebut mesopause, yaitu lapisan
batas antara mesosfer dengan lapisan termosfer temperaturnya diperkirakan
mencapai sekitar -100°C.
4. Termosfer
Termosfer adalah lapisan udara keempat, peralihan dari mesosfer ke termosfer
dimulai pada ketinggian sekitar 82 km. Termosfer terletak pada ketinggian
antara 82 - 800 km dari permukaan bumi. Lapisan termosfer ini disebut juga
lapisan ionosfer. Lapisan ini merupakan tempat terjadinya ionisasi
partikel-partikel yang dapat memberikan efek pada perambatan/refleksi gelombang
radio, baik gelombang panjang maupun pendek. Disebut dengan termosfer karena
terjadi kenaikan temperatur yang cukup tinggi pada lapisan ini yaitu sekitar
19820°C. Perubahan ini terjadi karena serapan radiasi sinar ultra ungu.
Radiasi ini menyebabkan reaksi kimia sehingga membentuk lapisan bermuatan
listrik yang dikenal dengan nama ionosfer, yang dapat memantulkan gelombang
radio. Sebelum munculnya era satelit, lapisan ini berguna untuk membantu
memancarkan gelombang radio jarak jauh.
5. Eksosfer
Eksosfer adalah lapisan udara kelima, eksosfer terletak pada ketinggian antara
800 - 1000 km dari permukaan bumi. Pada lapisan ini merupakan tempat terjadinya
gerakan atom-atom secara tidak beraturan. Lapisan ini merupakan lapisan paling
panas dan molekul udara dapat meninggalkan atmosfer sampai ketinggian 3.150 km
dari permukaan bumi. Lapisan ini sering disebut pula dengan ruang antar planet
dan geostasioner. Lapisan ini sangat berbahaya, karena merupakan tempat terjadi
kehancuran meteor dari angkasa luar.
C. Komposisi Udara pada
Atmosfer Bumi
Atmosfer mengandung campuran gas-gas yang lebih terkenal dengan nama
udara dan menutupi seluruh permukaan bumi. Campuran gas-gas ini menyatakan
komposisi dari atmosfer bumi. Bagian bawah dari atmosfer bumi dibatasi oleh
daratan, samudera, sungai, danau, es, dan permukaan salju. Gas pembentuk
atmosfer disebut udara. Udara adalah campuran berbagai unsur dan senyawa kimia
sehingga udara menjadi beragam. Keberagaman terjadi biasanya karena kandungan
uap air dan susunan masing-masing bagian dari sisa udara (disebut udara
kering). Atmosfer Bumi terdiri atas nitrogen (78.17%) dan oksigen (20.97%),
dengan sedikit argon (0.9%), karbondioksida (variabel, tetapi sekitar 0.0357%),
uap air, dan gas lainnya.
Nitrogen bereaksi lambat, tetapi merupakan bagian penting dari kehidupan
sehingga keseimbangan nitrogen di udara, di laut dan di dalam bumi sangat dipengaruhi
oleh makhluk hidup. Karbondioksida yang berlimpah dari sinar matahari membuat
karbohidrat dengan hasil sampingan oksigen (fotosintesis). Oksigen terakumulasi
di udara kemudian berkembang makhluk yang membutuhkan oksigen. Gas nitrogen
merupakan gas yang paling banyak terdapat dalam lapisan udara atau atmosfer
bumi. Salah satu sumbernya yaitu berasal dari pembakaran sisa-sisa pertanian
dan akibat letusan gunung api. Gas lain yang cukup banyak dalam lapisan udara
atau atmosfer adalah oksigen. Oksigen antara lain berasal dari hasil proses
fotosintesis pada tumbuhan yang berdaun hijau. Dalam proses fotosintesis,
tumbuhan menyerap gas karbondioksida dari udara dan mengeluarkan oksigen. Gas
karbondioksida secara alami besaral dari pernapasan mahkluk hidup, yaitu hewan
dan manusia. Serta secara buatan gas karbondioksida berasal dari asap
pembakaran industri, asap kendaraan bermotor, kebakaran hutan, dan lain-lain. Selain
keempat gas tersebut di atas ada beberapa gas lain yang terdapat di dalam
atmosfer, yaitu di antaranya ozon. Walaupun ozon ini jumlahnya sangat sedikit
namun sangat berguna bagi kehidupan di bumi, karena ozon yang dapat menyerap
sinar ultra violet yang dipancarkan sinar matahari sehingga jumlahnya sudah
sangat berkurang ketika sampai di permukaan bumi. Apabila radiasi ultra violet
ini tidak terserap oleh ozon, maka akan menimbulkan malapetaka bagi kehidupan
mahkluk hidup yang ada di bumi. Radiasi ini di antaranya dapat membakar kulit
mahkluk hidup, memecahkan kulit pembuluh darah, dan menimbulkan penyakit kanker
kulit. Selain unsur pembentuk yang berupa gas, udara juga mengandung partikel padat
dan cair, yang kebanyakan begitu kecilnya sehingga gerakan udara dapat mengimbangi
kecenderungan partikel tersebut jatuh ke tanah. Partikel itu dapat berasal dari
debu yang terangkat oleh angin, partikel garam laut, ataupun hasil pembakaran
dan pengolahan dalam industri. Berdasarkan pengalaman sehari-hari kita
mengetahui bahwa suhu udara berubah-ubah dari waktu ke waktu; pagi yang sejuk
diikuti oleh sore hari yang panas, dan musim dingin yang dingin diikuti musim
panas yang pana dalam suatu daur yang tetap. Suhu menjadi beragam dari tempat
ke tempat pada waktu yang sama. Pada wilayah yang lintang rendah lebih panas
daripada wilayah pada lintang yang lebih tinggi dan daerah yang rendah lebih
panas daripada pegunungan tinggi. Bumi secara keseluruhan selama setahun penuh,
suhu rata-rata di dekat tanah pada muka laut (suhu permukaan) adalah 15°C (288°K,
59°F). Rata-rata keseluruhan sepanjang tahun turun menurut ketinggian. Namun,
kira-kira di atas 12 km (40.000 kaki) penurunan suhu berhenti.
Lapisan atmosfer dengan suhu yang rata-rata berkurang menurut kentinggian,
disebut troposfer, lapisan diatasnya denagn suhu tetap atau meningkat disebut
stratosfer. Pada permukaan diantara troposfer dan stratosfer (kadang-kadang
berupa lapisan peralihan) disebut tropopause. Daerah dimana cuaca terjadi
adalah bagian terbawah atmosfer, yang disebut troposfer (daerah inilah yang
menjadi perhatian bagi para ahli meteorologi). Troposfer memiliki sifat
penting, yaitu bahwa secara umum temperatur berkurang terhadap ketinggian.
Diatas troposfer adalah stratosfer yang dicirikan oleh bertambahnya temperatur
terhadap ketinggian. Diskontinuitas yang membedakan troposfer dengan stratosfer
adalah lapisan tropopause. Pada troposfer campuran gas-gas terdiri dari 78%
nitrogen dan 21% oksigen (prosen dalam volume). Sisanya sebesar 1% adalah
campuran gas yang terdiri dari argon, karbondioksida, dan gas-gas lainnya.
Campuran gas-gas tanpa uap-air disebut sebagai udara kering, dan campuran
gas-gas tanpa terkecuali disebut sebagai udara lembab.
D. Fungsi Atmosfer Bumi
Setiap kali menghirup udara, manusia diingatkan bahwa tidak dapat hidup tanpa
udara. Udara bersih adalah kebutuhan fisik manusia yang merupakan hubungan
timbal balik antara manusia dan lingkungan. Atmosfer membuat suhu bumi sesuai
untuk kehidupan manusia. Adanya efek rumah kaca di atmosfer, sinar matahari
yang masuk ke bumi dapat diserap dan menghangatkan udara. Suhu rata-rata di
permukaan bumi naik 33°C lebih tinggi menjadi 15°C dari seandainya tidak ada
efek rumah kaca (-18°C), suhu yang terlalu dingin bagi kehidupan mnusia. Efek
rumah kaca disebabkan oleh gas-gas rumah kaca. Atmosfer berguna untuk
melindungi makhluk hidup yang yang ada di muka bumi karena membantu menjaga
stabilitas suhu udara siang dan malam, menyerap radiasi dan sinar ultraviolet
yang sangat berbahaya bagi manusia dan makhluk bumi lainnya. Atmosfir juga
melindungi bumi dari suhu dingin membeku ruang angkasa, yang mencapai sekitar
270°C di bawah nol. Selain atmosfer, sabuk Van Allen, suatu lapisan yang
tercipta akibat keberadaan medan magnet bumi, juga berperan sebagai perisai
melawan radiasi berbahaya yang mengancam planet ini. Radiasi yang terus-menerus
dipancarkan oleh matahari dan bintang-bintang lainnya, sangat mematikan bagi
makhuk hidup. Apabila sabuk Van Allen tidak ada, semburan energi raksasa yang
disebut jilatan api matahari yang terjadi berkali-berkali pada matahari akan menghancurkan
seluruh kehidupan di muka bumi. Bumi memiliki kerapatan terbesar di antara
planet-planet lain di tata surya kita. Inti bumi yang terdiri atas unsur nikel
dan besi inilah yang menyebabkan keberadaan medan magnetnya yang besar. Medan
magnet ini membentuk lapisan pelindung berupa radiasi Van-Allen, yang
melindungi Bumi dari pancaran radiasi dari luar angkasa. Jika lapisan pelindung
ini tidak ada, maka kehidupan takkan mungkin dapat berlangsung di Bumi.
Satu-satunya planet berbatu lain yang berkemungkinan memiliki medan magnet
adalah Merkurius tetapi kekuatan medan magnet planet ini 100 kali lebih kecil
dari Bumi. Bahkan Venus, planet kembar Bumi, tidak memiliki medan magnet.
Lapisan pelindung Van-Allen ini merupakan sebuah rancangan istimewa yang hanya ada
pada Bumi.
E. Sifat Atmosfer Bumi
1. Merupakan selimut gas tebal yang secara menyeluruh menutupi bumi sampai
ketinggian 560 km dari permukaan bumi.
2. Atmosfer bumi tidak mempunyai batas mendadak, tetapi menipis lambat laun
dengan menambah ketinggian, tidak ada batas pasti antara atmosfer dan angkasa
luar.
3. Tidak berwarna, tidak berbau, tidak dapat dirasakan, tidak dapat
diraba (kecuali bergerak sebagai angin).
4. Mudah bergerak, dapat ditekan, dapat berkembang.
5. Mempunyai berat (56 x 1014 ton) dan dapat memberikan tekanan. 99% dari
beratnya berada sampai ketinggian 30 km, dan separuhnya berada di bawah 6000 m.
6. Memberikan tahanan jika suatu benda melewatinya berupa panas akibat pergesekan
(misalnya meteor hancur sebelum mencapai permukaan bumi).Sangat penting untuk
kehidupan dan sebagai media untuk proses cuaca. Sebagai selimut yang melindungi
bumi terhadap tenaga penuh dari matahari pada waktu siang, menghalangi
hilangnya panas pada waktu malam. Tanpa atmosfer suhu bumi pada siang hari
93,3°C dan pada malam hari -148,9°C.
F. Cuaca dan Iklim
Cuaca dan iklim merupakan gejala alamiah yang sangattpenting bagi kehidupan
manusia, dengan mengetahui pola cuaca dan iklim seperti periode musim hujan dan
kemarau, maka para petani dapat menentukan musim tanam yang tepat agar produksi
pertaniannya baik. Selain itu, kondisi cuaca dan iklim seperti arah dan
kecepatan angin sangat diperlukan bagi para nelayan untuk menentukan saat-saat
yang tepat pergi ke laut mencari ikan serta masih banyak sektor-sektor
kehidupan yang berkaitan dengan kondisi cuaca dan iklim. Cuaca dan iklim merupakan
akibat dari proses-proses yang terjadi di atmosfer yang menyelubungi bumi. Cuaca
adalah keadaan udara pada saat tertentu dan di wilayah tertentu yang relatif
sempit dan pada jangka waktu yang singkat. Cuaca terbentuk dari gabungan unsur
cuaca dan jangka waktu cuaca bisa hanya beberapa jam saja. Misalnya: pagi hari,
siang hari atau sore hari, dan keadaannya bisa berbedabeda untuk setiap tempat
serta setiap jam. Iklim adalah keadaan cuaca rata-rata dalam waktu satu tahun
yang penyelidikannya dilakukan dalam waktu yang lama dan meliputi wilayah yang
luas. Iklim dapat terbentuk karena adanya:
1. Rotasi dan revolusi bumi
sehingga terjadi pergeseran semu harian matahari dan tahunan.
2. Perbedaan lintang geografi dan lingkungan fisis. Ilmu yang
mempelajari tentang iklim disebut Klimatologi, sedangkan ilmu yang mempelajari
tentang keadaan cuaca disebut Meteorologi. Ada beberapa unsur yang mempengaruhi
keadaan cuaca dan iklim suatu daerah atau wilayah, yaitu: suhu atau temperatur
udara, tekanan udara, angin, kelembaban udara dan curah hujan.