CAHAYA DAN SUARA DALAM LAUT

–          CAHAYA BAWAH LAUT

Cahaya adalah bentuk radiasi elektromagnetik yang bergerak dengan kecepatan yang mendekati 3 X 108 ms-1 dalam ruang hampa (berkurang menjadi 2,2 X 108 ms-1 dalam air laut). Oseanografer tertarik pada cahaya bawah air dalam konteks penglihatan dan fotosintesis.

Ketika cahaya menjalar dalam air, intensitasnya berkurang secara eksponensial terhadap jarak dari titik sumber, Kehilangan intensitas secara eksponensial disebut atenuasi.Hal ini disebabkan oleh dua hal:(The Open University, 1995).

1. Penyerapan: Melibatkan konversi energi elektromagnetik ke bentuk lain yang biasanya energi panas atau kimia (contoh, fotosintesis). Penyerap dalam air laut adalah:

(a) Alga (fitoplankton) menggunakan cahaya sebagai sumber energi untuk fotosintesis.

(b) Bahan organik dan inorganik dalam suspensi (selain alga)

(c) Senyawa-senyawa organik terlarut .

(d) Air

2. Penyebaran: merubah arah energi elektromagnetik hasil multi refleksi dari partikel-partikel tersuspensi. Penyebaran biasanya kedepan pada sudut yang kecil kecuali oleh partikel yang sangat kecil, yaitu jalur penyebaran cahaya hingga sedikit terdefleksi dari arah awal penyebaran. Jadi, semakin banyak yang tersuspensi (air semakin keruh) akan semakin besar tingkat penyerapan dan penyebaran.

 

ZONA CAHAYA DALAM LAUT

Pembagian zona kedalaman laut berdasarkan intensitas cahaya matahari yang bisa masuk dibagi menjadi tiga, yaitu daerah fotik, twilight dan afotik (nyamanku indah, 2010).

–          Daerah fotik yaitu daerah laut yang masih dapat ditembus cahaya matahari, kedalamannya maksimum 200 m.

–          Daerah twilight yaitu daerah yang sedikit mendapatkan cahaya (remang-remang),kedalamannya antara 200 – 1000 m.

–          Daerah afotik yaitu daerah yang tak ditembus cahaya sama sekali (delap) kedalaman lebih dari 1000 m.

Cahaya matahari memiliki tujuh spektrum cahaya yaitu merah, oranye, kuning, hijau, biru, nila dan ultraviolet. Setiap warna memiliki panjang gelombang yang berbeda-beda. Panjang gelombang tersebutlah yang menentukan kemampuan cahaya untuk menembus air. Semakin pendek gelombang cahaya, maka semakin besar kekuatannya untuk menembusi air ( indah, 2010).

lightrelect

 (Sumber: https://indahnyaimanku.wordpress.com)

Cahaya warna merah akan diserap di kedalaman kurang lebih 20 m, lebih dari itu warna merah tidak akan tampak, cahaya warna oranye terserap pada sekitar kedalaman 30 meter, cahaya warna kuning terserap pada kedalaman 50 meter, cahaya warna hijau terserap pada sekitar kedalaman 100 meter, pada kedalaman 200 meter cahaya warna biru terserap dan begitu seterusnya (indah, 2010).

Kegelapan di laut dalam semakin bertambah seiring kedalaman laut, hingga didominasi kegelapan pekat yang dimulai dari kedalaman lebih dari 200 meter. Pada kedalaman ini dimulai penurunan suhu yang memisahkan antara air permukaan yang hangat dan air kedalaman yang dingin. Selain itu, pada kedalaman ini terdapat gelombang dalam yang menutupi air dingin di kedalaman laur. Lalu cahaya tidak ada sama sekali pada kedalaman lebih dari 1000 meter (indah, 2010).

Pada gambar tersebut jelas yang mampu menembus air paling dalam yaitu spektrum warna biru. Maka jika kita melihat laut, warnanya dominan biru.

 electrospectruminwater

(Sumber: http://bambies.wordpress.com)

 

–          SUARA BAWAH LAUT

Bunyi adalah bentuk tekanan gelombang dan terbentuk oleh vibrasi yang menghasilkan zona-zona alternatif kompresi (molekulmolekul saling merapat) dan rarefaksi (molekul-molekul saling menjauh). Semua bunyi hasil vibrasi (contohnya : vibrasi membrane pembesar suara atau vibrasi bunyi hewan laut-dalam).

Gelombang-gelombang bunyi tidak sinusoidal seperti yang kita ketahui sebagai gelombang normal, tetapi tekanan akustik naik dan turun secara sinusoidal. Jadi, gelombang bunyi dapat dikarateristik berdasarkan amplitudonya (pengukuran intensitas atau besarnya bunyi) dan frekuensi (f) atau panjang gelombang (λ, lambda), yang berhubungan dengan laju (c) seperti yang terlihat dari persamaan dibawah ini: (The Open University, 1995).

                                                   c = f

 

KARATERISTIK UTAMA GELOMBANG SUARA DI LAUTAN

Panjang gelombang energi akustik di laut berkisar antara 50 m dan 1 mm. Ambil kecepatan bunyi dalam air laut sebesar 1500 ms-1, ini berhubungan terhadap frekuensi dari 30 Hz hingga 1,5 MHz. (sebagai perbandingan, frekuensi bunyi di atas 20kHz tidak dapat didengar oleh telinga manusia normal.)

Bila energi akustik diemisikan seragam ke segala arah oleh satu titik sumber di pertengahan suatu massa air laut yang homogen, maka akan tersebar ke luar menghasilkan suatu permukaan bulat dengan tekanan tetap, terpusat pada titik sumber. Intensitas akustik akan berkurang dengan bertambahnya jarak dari titik sumber, hal ini sebagai hasil dari: (The Open University, 1995).

1. Spreading loss akibat penyebaran pada daerah permukaan yang luas. Permukaan yang bulat proporsional dengan radius bulatan sehingga spreading loss proporsional dengan jarak yang ditempuh.

2. Atenuasi akibat penyerapan, yaitu konversi energi akustik menjadi energi panas dan energi kimia; dan penyebaran akibat refleksi oleh partikel tersuspensi dan gelembung udara. Penyebaran tidak tergantung frekuensi; tetapi tidak untuk penyerapan.

 

PERAMBATAN SUARA

Proses merambatnya bunyi pada saat benda yg bergetar akan menggetarkan molekul zat perantara/medium di sekitarnya lalu molekul yg bergetar akan merambatkan ke molekul-molekul yg lainnya, dan begitu seterusnya sampai getaran itu terdengar di telinga kita. Molekul udara membentuk rapatan (R) dan renggangan (r) (andry, 2010).

Pada laut, suara dirambatkan melalui medium air. Kecepatan rambat suara laut berbeda dengan kecepatan rambat udara ataupun darat. Bunyi merambat di udara dengan kecepatan 1.224 km/jam. Pada suhu udara 15 derajat celsius bunyi dapat merambat di udara bebas pada kecepatan 340 m/s. Bunyi merambat lebih lambat jika suhu dan tekanan udara lebih rendah. Di udara tipis dan dingin pada ketinggian lebih dari 11 km, kecepatan bunyi 1.000 km/jam. Di air, kecepatannya 5.400 km/jam, jauh lebih cepat daripada di udara. Dengan s panjang Gelombang bunyi dan t waktu   (andry, 2010).

Jika dibandingkan dengan cepat rambat udara, di laut kecepatan rambatnya lebih cepat 4x lipat dibangingkan dengan cepat rambat di udara. Hal tersebut diakibatkan partikel air laut lebih rapat dibandingkan dengan di udara yang lebih renggang. Sedangkan di darat (zat padat) lebih cepat lagi cepat rambat di laut karena benda padat kerapatannya paling tinggi diantara medium yang lain (andry, 2010).

Tabel 1. Cepat rambat bunyi pada medium tertentu Medium

Cepat Rambat Suara (m/s)

Udara (0°C)

331

Udara (15°C)

340

Air (25°C)

1490

Air Laut (25°C)

1530

Tembaga (20°C)

3560

Besi (20°C)

5130

Aluminium (20°C)

5100

 

(Sumber: http://andrynugrohoatmarinescience.wordpress.com)

Secara sederhana, pola perambatan gelombang suara di dalam laut yang dibagi secara vertikal adalah sebagai berikut: (andry, 2010).

a)  Zona 1 (mix layer) : Kecepatan suara cenderung meningkat akibat faktor perubahan tekanan mendominasi faktor perubahan suhu.

b)   Zona 2 (termoklin) : Kecepatan suara menurun dan menjadi zona minimum kecepatan suara akibat terjadinya perubahan suhu yang sangat drastis dan mendominasi faktor perubahan tekanan.

c)     Zona 3 (deep layer) : Kecepatan suara meningkat kembali akibat faktor perubahan tekanan mendominasi kembali faktor perubahan suhu.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan suara di kolom perairan : (Iskandarsyah, 2011)

1.    Suhu

Suhu merupakan salah satu karakter fisik dari air laut yang penting.  Di wilayah lintang sedang dan rendah (dekat dengan wilayah tropis), suhu merupakan faktor penting yang mempengaruhi densitas dan kecepatan suara di dalam air.  Suhu di daerah tropis pada wilayah permukaan laut berkisar 26-29oC yang dipengaruhi oleh musim.

Pada kondisi perairan laut yang mempunyai suhu berbeda-beda  menimbulkan variasi kecepatan suara yang menyebabkan refraksi atau pembelokan perambatan gelombang suara.  Perubahan suhu yang sangat cepat pada lapisan termoklin menyebabkan pembelokan gelombang suara yang tajam dan pada lapisan ini bertindak sebagai bidang pantul.

2.    Salinitas

Salinitas adalah jumlah zat-zat terlarut dalam 1 kg air laut, dimana semua karbonat telah diubah menjadi oksida, bromide dan iodide diganti oleh klorida dan semua bahan organik telah dioksidasi sempurna.  Pada umumnya perairan laut lepas memiliki kadar salinitas 35 psu, yang berarti dalam 1 kg air laut mengandung elemen-elemen kimia terlarut seberat 35 gram.  Dimana komposisi air laut tersebut terdiri atas 3,5% elemen-elemen kimia terlarut dan 96,5% kandungan airnya.

3.    Lapisan Termoklin

Lapisan termoklin merupakan lapisan yang berada dalam kolom perairan di laut yang dimana pada lapisan ini mengalami perubahan suhu yang  drastis dengan lapisan yang berada dan di bawah  lapisan termoklin.  Di laut, termoklin seperti lapisan yang membagi antara lapisan pencampuran (mixing layer) dan lapisan dalam (deep layer).  Tergantung musim, garis lintang dan pengadukan oleh angin, lapisan ini bersifat semi permanen.  Faktor yang menentukan ketebalan lapisan ini di dalam suatu perairan seperti variasi cuaca musiman, lintang, kondisi lingkungan suatu tempat (pasang surut dan arus).

4.    Kedalaman Perairan

Kedalaman mempengaruhi cepat rambat suara di dalam air laut. Bertambahnya kedalaman, maka kecepatan suara akan bertambah karena adanya tekanan hidrostatis yang semakin besar dengan bertambahnya kedalaman. Rata-rata terjadi peningkatan kecepatan suara sebesar 0, 017 m/detik setiap kedalaman bertambah 1 meter.

 

SHADOW ZONE

Shadow zone atau “zona bayangan” adalah daerah kedap terhadap transmisi gelombanga suara. Zona ini biasa terbentuk di lautan. Daerah ini sering dimanfaatkan kapal selam agar tidak terdeteksi oleh SONAR (Sound Navigation and Ranging). Hal ini terjadi karena suhu dan salinitas laut pada lapisan tersebut memantulkan rambatan suara yang datang.

Shadow zone yang terbentuk di laut karena sifat laut itu sendiri yaitu adanya 3 lapisan: mix layer, termocline layer, dan deep layer. Pada zona mix layer, kecepatan suara meningkat akibat peningkatan tekanan karena bertambahnya kedalaman. Zona kedua adalah zona termoklin, pada zona ini kecepatan suara menurun drastis secara cepat dibandingkan dengan pertambahan tekanan sehingga kecepatan suara di zoni ini berkurang terhadap kedalaman. Sedangkan zona ketiga yaitu zona laut dalam (deep layer), kecepatan suara meningkat terhadap kedalaman akibat tekanan yang bertambah.

download

(sumber: The Open University, 1995)

Di dalam air laut, kecepatan gelombang suara mendekati 1.500 m/s (umumnya berkisar 1.450 m/s sampai dengan 1.550 m/s, tergantung suhu, salinitas, tekanan, dan musim). Pada lapisan termoklin terjadi penurunan suhu yang drastis sehingga terbentuklah dua medium karena adanya perbedaan suhu. Karena adanya batas antara dua medium ini menyebabkan pembelokan gelombang suara (refraksi). Pengaruh yang paling nyata terlihat jika terjadi kenaikan suhu air laut sebesar 1 C° akan menyebabkan meningkatnya kecepatan suara sebesar 1m/s. Akibatnya jika suhu meningkat maka gelombang suara yang dipancarkan akan cenderung dibelokan ke arah permukaan air. Sebaliknya jika suhu menurun karena kedalaman maka gelombang suara akan cenderung dibelokan ke dasar perairan. Karena terjadi pembelokan gelombang suara ke permukaan dan ke dasar perairan, maka terdapat wilayah yang tidak terjadi perambatan gelombang suara yang disebut shadow zone.

 

 

–          RINGKASAN

Cahaya dan semua bentuk radiasi elektromagnetik bergerak pada laju 3X108 ms-1 dalam ruang hampa (2,2X108 ms-1 dalam air laut). Cahaya yang melalui air menjadi subjek penyerapan dan penyebaran, dan intensitasnya berkurang secara eksponensial terhadap jaraknya dari sumber. Cahaya matahari yang cukup untuk fotosintesis tidak dapat menembus lebih dari kedalaman 200 m dan memberikan batas untuk zona fotik (atau eufotik) dimana di dalamnya terbentuk hasil utama fotosintesis.

Laju bunyi dalam air laut, c, bertambah dengan bertambahnya axial modulus air laut dan berkurang bila densitas bertambah; sekitar 1500 ms-1. Temperatur naik sebesar 1 0C akan menyebabkan penambahan kecepatan sebesar 3 ms-1. Peningkatan salinitas sebesar 1 menyebabkan penambahan kecepatan sebesar 1,1 ms-1. Peningkatan tekanan sama dengan peningkatan kedalaman 100 m dan menyebabkan penambahan sekitar 1,8 ms-1. Laju bunyi mencapai minimum di permukaan dan dalam jalur bunyi.

 

 

DAFTAR ACUAN

–          Bearman. G. Editor. Sea Water : Its Composition, Proporties and Behaviour The Open University, England, 1995.

–          Iskandarsyah, Mochamad. 2011. Pemetaan Shadow Zone Akustik dengan         Metode Parabolic Equatio di Wilayah Perairan Selat Lombok. Skripsi. Departemen Ilmu     dan Teknologi Kelautan FPIK-IPB : Bogor.

–          Indah, 2010, https://indahnyaimanku.wordpress.com

–          Nugroho.Andy,2010,http://andrynugrohoatmarinescience.wordpress.com

This entry was posted in Uncategorized. Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *