Tugas Akhir Oseanografi

DENSITAS

Densitas merupakan fungsi langsung dari kedalaman laut, serta dipengaruhi juga oleh salinitas, temperatur, dan tekanan. Densitas air laut merupakan jumlah massa air laut per satu satuan volume. Pada umumnya nilai densitas (berkisar antara 1,02 – 1,07 gr/cm3) akan bertambah sesuai dengan bertambahnya salinitas dan tekanan serta berkurangnya temperatur.  Perubahan densitas dapat disebabkan oleh proses-proses :

  • Evaporasi di permukaan laut
  • Massa air pada kedalaman < 100 m sangat dipengaruhi oleh angin dan gelombang, sehingga besarnya densitas relatif homogen
  • Di bawah lapisan ini terjadi perubahan temperatur yang cukup besar (Thermocline) dan juga salinitas (Halocline),  sehingga menghasilkan pola perubahan densitas yang cukup besar (Pynocline)
  • Di bawah Pynocline hingga ke dasar laut mempunyai densitas yang le
    bih padat

Stabilitas air laut dipengaruhi oleh perbedaan densitasnya, yang disebut dengan Sirkulasi Densitas atau Thermohaline. Dalam kegiatan pemeruman (pengukuran kedalaman dengan alat Echosounder), salinitas dan temperatur yang diperoleh dari pengukuran pada interval kedalaman tertentu sangat berguna untuk menentukan :

  • Cepat rambat gelombang akustik
  • Menentukan pembelokan arah perambatan gelombang akustik (refraksi)

Jenis-jenis Densitas (Pencampuran Air di Laut)

1.Stratifikasi

Perbedaan kerapatan (berat jenis) air yang disebabkan perbedaan suhu dapat menghasilkan stratifikasi (lapisan massa air) yang terjadi karena suhu permukaan lebih tinggi dibanding dengan suhu air dibagian bawahnya. Hal ini akan mempengaruhi pola sirkulasi air.

Stratifikasi suhu pada kolom air dikelompokkan menjadi tiga yaitu:

·       lapisan epilimnion yaitu lapisan sebelah atas perairan yang hangat dengan penurunan suhu relatif kecil (dari 32° C menjadi 28° C).

·        Lapisan kedua disebut dengan lapisan termoklin yaitu lapisan tengah yang mempunyai penurunan suhu sangat tajam (dari 28° C menjadi 21° C).

·       Lapisan ketiga disebut lapisan hipolimnion yaitu lapisan paling bawah di mana pada lapisan ini perbedaan suhu sangat kecil relatif konstan.

Stratifikasi suhu ini terjadi karena masuknya panas dari cahaya matahari ke dalam kolom air yang mengakibatkan terjadinya gradien suhu yang vertikal. Stratifikasi dapat terbentuk secara vertikal maupun horizontal. Stratifikasi vertikal biasanya terjadi di daerah estuari (tempat bertemunya air laut dan muara sungai).

Pada umumnya di samudra besar di dunia, mulai kedalaman 1000m, suhu dan salinitas laut sudah seragam. Penurunan suhu mengakibatkan peningkatan berat jenis sehingga stratifikasi suhu akan menghasilkan stratifikasi berat jenis yang teratur. Penurunan salinitas menghasilkan penurunan berat jenis. Sehingga stratifikasi salinitas justru akan menimbulkan stratifikasi yang tidak stabil. Pada umumnya di lautan, efek dari penurunan suhu lebih kuat dari efek penurunan salinitas sehingga laut terstratifikasi lebih stabil.

Proses-proses skala kecil yang beroperasi membentuk dan mempertahankan stratifikasi adalah salt fingering yang dihasilkan oleh difusi ganda dari panas dan garam; dan pecahnya gelombang internal akibat kecepatan geser di sepanjang batas densitas.

2.Mikrostruktur

Alat yang dapat memberikan profil temperatur dan salinitas kontinu laut menggambarkan bentuk stratifikasi berskala yang dikenali sebagai mikrostruktur laut.

Temperatur dapat berkurang atau bertambah terhadap kedalaman dalam profil bertahap tetapi bila temperatur bertambah terhadap kedalaman (inversi temperatur) maka salinitas juga akan bertambah terhadap kedalaman, jika tidak batas antara lapisan menjadi tidak stabil. Tetapi bila temperatur berkurang terhadap kedalaman, salinitas dapat bertambah atau  berkurang terhadap kedalaman.

Oleh karena densitas bertambah untuk tiap tahap, mikrostruktur secara vertikal stabil dan cenderung menghambat pencampuran vertikal. Difusi molekul akan menghilangkan perbedaan antara lapisan air, dalam waktu tertentu. Walaupun demikian, batas yang tahan antara lapisan dalam mikorstruktur laut menunjukkan bahwa terdapat proses-proses yang bertindak mempertahankan perbedaan yang ada, dan mengatasi pengaruh difusi molekul. Bermacam hipotesa disarankan untuk menghitung mikrostruktur laut dan untuk proses-proses yang bertindak mempertahankan hal tersebut. Proses-proses yang berbeda mendominasi dalam skala yang berbeda di bagian laut yang berbeda. Di sini dijelaskan dua mekanisme yang mungkin mempertahankan mikrostruktur laut.

Di banyak bagian laut terdapat mikrostruktur yang jelas dan secara gravitasi stabil dan terdiri dari lapisan air dengan T dan S yang seragam, dipisahkan oleh gradien temperatur dan salinitas yang tajam.

3. Olakan

Olakan berkaitan dengan front dan arus. Olakan terbentuk bila terdapat kecepatan geser dan berkaitan dengan front dan arus. Terjadi untuk sebarang skala dan dihasilkan dari arus geser pada aliran. Pembentukan olakan kecil dapat diamati pada aliran arus sungai yang cepat atau arus pantai (pasut).

Olakan skala meso terbentuk bersama sistem arus utama seperti Arus Teluk, dan mempunyai hubungan yang sama dengan massa-massa air laut yaitu hubungan seperti depresi atmosfer dan antisiklon terhadap massa udara, tetapi sepuluh kali lebih kecil. Mempunyai skala panjang 100 km dan kedalaman ratusan hingga ribuan meter, sementara skala waktu (‘waktu hidup’) mencapai dua tahun. Keberadaannya tidak diketahui hingga tahun 1960-an dan tidak dipastikan hingga tahun 1970-an karena sulit dikenali dan dilacak dengan tehnik kapal konvensional. Pada saat ini pengamatan dilakukan dengan satelit.

Olakan skala meso memainkan peran penting dalam proses pencampuran laut berskala besar karena adanya transfer volume air dengan nilai T dan S yang jelas dan juga properti lain dari satu bagian sistem arus ke yang lain.

ARUS DENSITAS

Arus densitas merupakan arus yang timbul akibat adanya gradien densitas dalam arah horizontal. Gradien densitas horizontal terbentuk oleh variasi salinitas, suhu atau kandungan sedimen. Arus densitas ini umumnya terjadi didaerah pantai dan estuari dimana terdapat fluks air tawar ke arah laut. Fluks air tawar ini akan mengakibatkan adanya variasi atau gradien densitas dalam arah horizontal yang bertambah besar ke arah laut. Gradien densitas horizontal ini mengakibatkan gradien tekanan horizonal yang akhirnya menimbulkan arus densitas. Didalam arus densitas di estuari terjadi keseimbangan antara gradien tekanan dan gesekan internal (gesekan viskos), sementara didalam arus densitas di daerah pantai terjadi keseimbangan antara gradien tekanan, gesekan internal, dan gaya coriolis atau hanya keseimbangan antara gradien tekanan dan coriolis (gesekan internal diabaikan).

Terdapat 5 tipe arus densitas yang dapat dijabarkan, sebagai berikut :
1. arus densitas akibat discharge / debit sungai.
2. arus densitas akibat suplai bouyancy dari laut lepas ( open ocean).
3. arus densitas akibat input bouyancy dari sungai dan laut lepas.
4. arus densitas akibat efek akumulasi panas karena kondisi topografi perairan.
5. arus densitas akibat distribusi horizontal dari difusivitas vertikal.

Penjelasan lebih lengkapnya, sebagai berikut:
1. Arus densitas akibat debit sungai terbentuk di daerah estuari (daerah muara sungai dimana terjadi pengenceran air laut oleh air sungai). Aliran air tawar dari hulu mengakibatkan terbentuknya gradien horizontal dari densitas yang bertambah besar ke arah laut. Gradien horizontal dari densitas ini mengakibatkan sirkulasi estuari di mana air tawar mengalir di lapisan permukaan kearah muara (laut) dan air asin mengalir dilapisan bawah (dalam) ke arah hulu.

Gambar 1.  Arus Densitas di Estuari

Arus kearah hulu di lapisan bawah timbul akibat muka air yang tinggi di lepas pantai dibandingkan di muara (saat pasang).
2.  Air di perairan pantai lebih berat dari pada air di lepas pantai karena suhu air di pantai lebih rendah daripada di lepas pantai. Muka air di pantai lebih rendah daripada di lepas pantai atau terbentuk slope muka air yang naik ke arah lepas pantai.Pada kondisi normal, akibat keseimbangan gaya gradien tekanan karena adanya slope dan coriolis akan terbentuk arus yang bergerak sejajar pantai.


Gambar 2. Arus Densitas Akibat Input Bouyancy Dari Sungai Dan Laut Lepas

Bila keseimbangan antara gradien tekanan dan coriolis ini terganggu maka timbul gerakan arus yang hangat dari arah lepas pantai ke arah pantai akibat slope muka laut yang tinggi di lepas pantai daripada di pantai. Gerakan massa air yang ringan dan hangat dari lepas pantai menuju pantai ini adalah arus densitas. Di Jepang, arus hangat yang bergerak dari lepas pantai ke arah pantai disebut “kyucho”; (kyu=kuat, cho=arus).

 

3. Terjadi pada musim dingin
Daerah pantai mendapat input air tawar dari sungai (input bouyancy dari sungai). Di lepas pantai, terdapat juga input bouyancy akibat pecampuran dengan massa air yang lebih hangat dari laut lepas. Pada musim dingin di mana terjadi pendinginan yang besar di permukaan, air yang berada di daerah pertengahan (central) yang kurang asin menjadi sangat berat dan turun ke lapisan dalam.

Gambar 3.  Arus Densitas Akibat Input Bouyancy Dari Sungai Dan Laut Lepas

Massa air di perairan pantai tidak dapat turun (sinking) akibat pendinginan karena mendapat suplai air tawar dari sungai. Jadi, ia tidak cukup berat untuk turun ke lapisan dalam. Air yang di lepas pantai juga tidak cukup dingin(berat) untuk tenggelam ke lapisan dalam karena adanya percampuran dengan air laut lepas yang hangat (input bouyancy dari laut lepas). Jadi, pada saat terjadinya pendinginan di permukaan waktu musim dingin air di daerah central menjadi cukup berat untuk turun ke lapisan dalam membentuk “front thermohaline” (Gambar 3). Di daerah central terbentuk daerah konvergensi (pertemuan massa air perairan pantai dan massa air lepas pantai) yang diikuti oleh sinking water ke lapisan dalam (Gambar 4)


Gambar 4. Terbentuknya Daerah Konvergensi Dibagian Tengah (Central)

Turunnya (sinking ) air di daerah konvergensi diperkuat oleh efek cabeling. Proses cabeling adalah percampuran 2 massa air dengan densitas yang sama tetapi temperatur dan salinitasnya berbeda membentuk massa air yang baru dengan densitas yang lebih berat dan kemudian turun ke lapisan dalam. Dalam kasus ini dua massa air (pantai dan lepas pantai) dengan densitas yang sama tetapi temperatur dan salinitasnya berbeda, bercampur di front thermohaline membentuk massa air baru yang densitasnya lebih besar dan turun ke lapisan dalam.

Gambar 5 Proses Cabeling

Penjelasan proses cabeling (Gambar 5) :
Titik A dan titk B mewakili massa air A dan B. Kedua massa air ini memiliki densitas yang sama karena terletak pada kurva σt yang sama, tetapi temperatur dan salinitasnya berbeda. Percampuran massa air A dan B membentuk massa air C yang densitasnya lebih besar daripada densitas A dan B dan turun kelapisan dalam.
Perhatikan distribusi densitas di daerah pantai dan lepas pantai (Gambar 4). Dari grafik densitas terlihat perairan pantai dan lepas pantai mempunyai densitas yang sama. Di daerah pertengahan (central) densitas menjadi tinggi karena percampuran massa air pantai dan lepas pantai dan akibat pendinginan. Perlu ditekankan kembali disini ada dua proses yang menyebabkan bertambahnya densitas di daerah central yaitu proses pendinginan dan efek cabeling.

4.  Perbedaan kapasitas panas akibat slope dasar perairan dapat menimbulkan gradien temperatur dalam arah horizontal yang kemudian memicu timbulnya arus densitas karena adanya gradien horizontal dari densitas.
Pada skala kecil diperairan pantai yang dangkal dimana efek coriolis dapat diabaikan, proses pemanasan pada musim panas dan pendinginan pada musim dingin dapat menimbulkan arus densitas yang arahya berlawanan (Gambar 6).


Gambar 7. Arus Densitas Akibat Efek Kumulasi Panas Karena Kondisi

Upwelling di California

California adalah sebuah negara bagian yang terletak di pesisir barat Amerika Serikat

Geografi

California berbatasan dengan Samudra Pasifik, Oregon, Nevada, Arizona, dan negara bagian Meksiko Baja California. California memiliki alam yang indah menonjolkan lembah tengah yang luas, gunung tinggi, padang pasir yang panas, dan ratusan mil pesisir yang indah. Dengan luas wilayah 410.000 km² dia merupakan negara bagian terbesar ke-3 di AS. Kebanyakan kota besar menempel di pesisir Pasifik yang sejuk, yang paling terkenal Los Angeles, San Francisco, San Jose, Long Beach, dan San Diego. Namun, ibu kota negara bagian ini, Sacramento terletak di Central Valley. Sedangkan kota keenam terbesar di California, yaitu Fresno terletak di San Joaquin Valley

Wilayah California terletak pada:

- Lintang: 32° 32′ N to 42° N

- Bujur : 114° 8′ W to 124° 26′ W

Pengamatan menunjukkan bahwa angin penyebab upwelling di sepanjang pantai California telah meningkat selama 30 tahun terakhir. Beberapa telah menyatakan bahwa peningkatan angin penyebab upwelling adalah karena sebagian besar gas rumah kaca meningkat , tapi seperti yang telah asosiasi spekulasi, karena dunia dan simulasi regional masa depan angin penyebab upwelling  tidak ada di pantai California, kami menggunakan iklim regional Model (RCM) untuk memperkirakan perubahan dalam angin berbasis upwelling di bawah konsentrasi CO2 meningkat. Di sini kita menunjukkan di kedua keseimbangan dan sementara iklim eksperimen yang ada diintensifkan musim upwelling, dengan beberapa perubahan musiman upwelling. Intensifikasi ini dapat menyebabkan ditingkatkan produktivitas di sepanjang pantai California dan mungkin memperbaiki peningkatan suhu permukaan laut akibat gas rumah kaca.

Arus  California kini terdiri dari sebuah angin yang membuat  permukaan arus  mengalir ke selatan di sepanjang pantai. Saat ini membawa air dingin dari Teluk Alaska, yang bercampur dengan perairan tropis hangat di lepas pantai California selatan. Salah satu akibat dari sistem ini adalah terjadinya angin berbasis upwelling selama musim semi melalui musim gugur utara dari Conception Point (wilayah utara) dan ke selatan (wilayah Tengah) di semua musim. Pemanasan permukaan tanah selama musim panas menciptakan tekanan termal rendah, sementara tekanan relatif tinggi tetap di tempat di atas permukaan laut dingin.  Tekanan ini mendorong angin utara ke sepanjang pantai, yang pada gilirannya membawa upwelling ke pesisir

Wilayah Utara ditandai dengan upwelling selama bulan April sampai September . Terjadinya upwelling adalah secara bertahap, mulai bulan Maret / April dan menuju puncak di Juni / Juli. Pemutusan musim upwelling yang cepat dan biasanya terjadi pada bulan Oktober. Di wilayah Tengah, upwelling terjadi di semua musim. Upwelling dengan intensitas terbesar terjadi dalam musim semi dan musim panas dan berkurang pada musim gugur dan musim dingin

Proses upwelling membawa suhu dingin, air yang kaya nutrien ke permukaan di wilayah pesisir. Perairan ini dalam mendukung gilirannya fauna laut yang beraneka ragam. Perubahan upwelling dapat memiliki mendalam efek pada berbagai ekosistem, dan variasi dalam upwelling dapat mengakibatkan perubahan besar dan signifikan dalam produktivitas. Perubahan suhu laut sudah dikaitkan dengan perubahan ekosistem laut.

Pembuktian Upwelling di California

Data dari gambar diatas diambil dari data WOD nomor  7311 yang berada di wilayah California. Data tersebut dambil dari situs http://www.nodc.noaa.gov/.

Dari data yang telah di download, dipilih stasiun stasiun yang berdekatan lalu dibuat drafi 1 section nya dan hasilnya adalah gambar diatas. Dari gambar diatas terlihat bahwa suhu pada lapisan-lapisannya tidak merata. Di permukaan terlihat jelas ada ketidakmerataan suhu yaitu pada lapisan suhu 12,5°. Disana terdapat suhu 12,5° yang  berada mendekati permukaan juga suhu 12,5° yang menurun ke bawah hingga kedalaman 50 meter.

Upwelling sendiri merupakan naiknya massa air dari bawah ke atas yang berarti suhu pada daerah upwelling itu lebih rendah dari pada suhu di sekitarnya dari gambar terlihat bahwa suhu di permukaannya tidak merata dan pada daerah sebelah kiri suhunya lebih rendah dari pada daerah yang berada di sebelah kanan. Kemungkinan besar yang terjadi adalah naiknya daerah lapisan suhu 12,5° ke permukaan dan itu merupakan ciri-ciri terjadinya upwelling.

THERMALFRONT

Dari keseluruhan gambar  Thermalfront diatas kita bisa melihat bagaimana sebaran suhu mulai dari permukaan sampai dengan kedalaman yang kita inginkan. Pada pembuktian upwelling di California ini Thermalfront dibuat sampai dengan kedalaman 250 meter. Pada gambar pertama yaitu sebaran temperatur pada kedalaman nol atau di permukaan laut terlihat perbedaan-perbedaan yang menunjukkan adanya upwelling seperti adanya suhu 17° yang terpisah dari lainya dan juga perbedaan lapisan air lain yang berbeda 0.5°C dan mengindikasikan terjadinya upwelling. Pada gambar kedua dan seterusnya tidak terlalu terlihat adanya bagian-bagian daerah yang temperaturnya berbeda.  Tetapi tetap terdapat thermalfront atau pertemuan massa air yang suhunya berbeda. Dan hal tersebut mengindikasikan terjadinya upwelling di daerah tersebut. Kemungkinan besar upwelling yang terjadi ada di daerah permukaan.

SCATTER

SURFACE

T-S diagram

Diagram TS adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara suhu dan salinitas seperti yang diamati bersama pada, misalnya, kedalaman yang ditentukan dalam kolom air. Isopleths densitas konstan sering juga digambarkan dalam diagram yang sama sebagai alat bantu interpretasi tambahan yang berguna. Di laut kombinasi TS tertentu lebih disukai yang mengarah pada prosedur identifikasi melalui definisi jenis air dan massa air dan distribusi mereka.

Diagram temperatur-salinitas (T-S ) perairan penting untuk difahami karena bermanfaat untuk mengetahui sumber massa air perairan setempat. Oleh karena itu perlu pemahaman yang baik mengenai dinamika diagram T-S di setiap perairanKarakteristik diagram T-S khususnya ditentukan olehperubahan pola horisontal dalam tiga lapisan, yaitu air hangat di lapisan atas, air pertengahan, dan air dingin di laut bagian dalam.

Suhu entropi diagram, atau T-s diagram, digunakan dalam termodinamika untuk memvisualisasikan perubahan suhu dan entropi selama proses termodinamika atau siklus. Ini adalah alat yang berguna dan umum, terutama karena hal ini membantu untuk memvisualisasikan perpindahan panas selama proses. Untuk proses (yang ideal) reversibel, area under curve T-s proses adalah panas yang ditransfer ke sistem selama proses.

Alat dasar untuk klasifikasi dan analisis massa air adalah T-S diagram (diagram temperatur dan salinitas) dimana dua alat konservativ diplotkan saling berlawanan. Massa air yang homogen adalah massa air dengan salinitas dan temperatur yang seragam, terlihat dalam TS diagram sebagai sebuah point. Di laut dalam di utara atlantik dan Perairan tengah Antartika adalah dua contoh dari jenis massa air. Massa air lainnya menampilkan variasi keanekaragamannya dari kedalaman dan ditampilkan di kurva TS-diagram. Contoh yang paling diketahui adalah jenis massa air termoklin yang permanent yaitu Perairan Tengah.

Gabungan temperatur dan salinitas diidentifikasi sebagai titik massa air atau kurva dikenal sebagai jenis sumber air. Pada teori massa air, sebuah jenis air adalah sebuah poin dalam TS-diagram. Air sebagai koresponden suhu dan salinitas bisa ada atau tidak ada. Jenis sumber air adalah poin TS yang menampilkan keberadaan massa air terbentuk di suatu wilayah. Karena mereka berasosiasi dengan massa air yang nyata dan dapat lebih sulit untuk melihat, dan tidak perlu untuk ditampilkan keberadaan volume air.

 

PUSTAKA

Abdullah, Dadan. Densitas Air Laut. 2011. http://ladensite.wordpress.com/

Diakses tanggal 20 oktober 2012, pukul 2.13 WIB

Anonim. Ocean Motion: Definition Wind Driven Surface Currents – Upwelling and Downwelling. http://oceanmotion.org/index.htm

Diakses tanggal 21 Oktober 2012, pukul 22.35 WIB

Anonim. TS diagram dan Massa Air. 2012. http://brilliant-stupidities.blogspot.com/

Diakses tanggal 22 Oktober 2012, pukul 9.06 WIB

Chastine, Belathea. T-S diagram. 2012. http://belatheamarine.blogspot.com/

Diakses tanggal 22 Oktober 2012, pukul 9.02 WIB

Fatkhur Rohman, David. Ocean Current. 2011. http://blog.ub.ac.id/davidfatkhurrohman/

Diakses tanggal 20 Oktober 2012, pukul 2.20 WIB

Ikhfa. DENSITAS (Pencampuran Air di Laut). 2011. http://ikhfa230210090086.blogspot.com/

Diakses tanggal  20 Oktober 2012, pukul 2.18 WIB

Mark A. Snyder, Lisa C. Sloan, Noah S. Diffenbaugh, and Jason L. Bell. Future climate change and upwelling in the California Current. 2003. California, USA.

Disusun oleh:

Nama                    : Annisa Hidayati

NPM                      : 230110110052

Angkatan             : 2011

Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Universitas Padjadjaran

Leave a Reply

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

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>