Susunan dan Lapisan Atmosfer Bumi Kita

Climate4life.info - Susunan dan lapisan atmosfer pada bumi kita, berdasarkan komposisi gas, distribusi vertikal suhu serta tekanan udara dan kerapatannya.

Pengertian Atmosfer dan Fungsinya

Apa itu atmosfer? Atmosfer adalah lapisan gas yang menyelubungi bumi kita.

Atmosfer berfungsi menjadi selimut bagi kehidupan yang ada di bumi karena merupakan lapisan pelindung terhadap radiasi matahari yang sangat kuat pada siang hari. 

Adapun  pada malam hari, lapisan atmosfer di atas permukaan bumi akan berfungsi menahan energi panas yang hilang dari bumi. 

Karenanya, tanpa lapisan atmosfer bumi akan menjadi sangat panas pada siang hari dan menjadi sangat dingin pada malam hari. Lapisan atmosfer ini terikat dengan bumi karena adanya gravitasi bumi.

Ketebalan lapisan atmosfer diperkirakan mencapai 1000 km dari permukaan bumi hingga batas terluarnya. Meski sebenarnya batas antara susunan atmosfer bumi dengan angkasa luar sulit ditentukan.

Kenampakan lapisan atmosfer dari angkasa luar
Gambar: https://www.worldatlas.com

Lapisan atmosfer memiliki sifat fisis tertentu berdasarkan susunan atmosfer itu sendiri. Sifat  fisis atmosfer antara lain transparan, tidak berbau dan tidak berwarna. 

Selain itu atmosfer bumi memiliki berat yang berkaitan dengan timbulnya tekanan udara.

Atmosfer juga dapat mengembang dan menyusut karena dinamika panas yang diterimanya. Di atmosfer ini pula segala proses cuaca dan iklim terbentuk.

   

• Gerak Atmosfer Dalam Arah Horizontal    
• Proses Fisis Pembentukan Awan dan Hujan di Kawasan Tropis 

Susunan atmosfer dapat ditinjau berdasarkan komposisi atmosfer dan berdasarkan struktur vertikalnya. Komposisi atmosfer berkaitan dengan keberadaan gas dalam atmosfer.

Adapun struktur vertikal lapisan atmosfer berkaitan dengan lapisan-lapisan atmosfer secara vertikal serta distribusi suhu dan tekanannya.

Susunan Atmofer Bumi Berdasarkan Komposisi Gas Penyusunnya

Pada dasarnya atmosfer merupakan campuran dari berbagai macam gas. Susunan atmosfer berdasarkan keberadaan gas ini disebut komposisi atmosfer.

Di antara campuran gas pada susunan atmosfer tersebut terdapat uap air. Adapun komposisi atmosfer dengan campuran gas tanpa uap air dinamakan udara kering.

Meski susunan atmosfer merupakan campuran berbagai gas, namun guna mempelajari sifat fisis atmosfer  dianggap seolah-olah merupakan gas tunggal.

Karenanya susunan atmosfer atmosfer dapat didekati dengan persamaan gas ideal (Pawitan, 1989) yaitu:

        pV = nR*T

Di mana p adalah tekanan, V adalah volume, n adalah jumlah mol, R* adalah tetapan gas universal dan T adalah suhu mutlak.

• Sifat Fisis Atmosfer, Uap Air dan Laju Penurunan Suhu Udara di Atmosfer

Susunan gas penyusun atmosfer atau disebut komposisi atmosfer tersebut dibedakan menjadi gas permanan dan gas variabel.

1. Gas Permanen

Gas permanen artinya jumlahnya hampir selalu tetap dalam komposisi atmosfer. Komposisi gas permanen dalam susunan atmosfer di bumi kita terdiri dari:

• Nitrogen (N2) sebanyak 78,08 %, 
• Oksigen (O2) sebanyak 20,95 %, 
• Argon (Ar) sebanyak 0,93%, 
• Neon (Ne) sebanyak 0.0018 %,
• Helium (He) sebanyak 0.0005 %,
• Hidrogen (H2) sebanyak 0.00006 %,
• Xenon  (Xe) sebanyak 0.000009%

2. Gas Variabel

Adapun gas variabel adalah gas yang jumlahnya selalu berubah-ubah. Komposisi gas variabel dalam susunan atmosfer antara lain:

• Uap air (H2O) sebanyak 0 - 4 %,
• Karbondioksida (CO2) sebanyak 0.039 %
• Metan (CH4) sebanyak 0.00017 %,
• Nitrogen Oksida (N2O) sebanyak 0.00003 %,
• Ozone (O3) sebanyak 0.000004 %,
• Partikel padat sebanyak 0.000001 %,
• Kloroflurokarbon (CFCs) sebanyak 0.00000002 %.

Keberadaan uap air di atmosfer memegang peranan utama dalam pembentukan cuaca karena uap air di atmosfer merupakan sumber dari semua bentuk kondensasi (proses pengembunan) dan presipitasi (hujan dan salju).

Uap air bersumber dari dari proses evaporasi (penguapan) dan evapotranspirasi.

Uap air yang ada dalam susunan atmosfer akan mempengaruhi kestabilan atmosfer melalui pemanasan dan pendinginan adiabatik.

Susunan Atmofer Bumi Berdasarkan Lapisan Vertikal

Lapisan atmosfer yang tersusun secara vertikal terdiri dari lapisan troposfer, stratosfer, mesosfer dan termosfer.

Setiap lapisan atmosfer tersebut memiliki ketebalan dan karakteristik tertentu.

Susunan atmosfer ini diidentifikasi berdasarkan distribusi suhu terhadap ketinggian dari permukaan bumi,  sebagaimana terlihat pada gambar berikut.

Gambar 1. Susunan atmosfer berdasarkan lapisan penyusunnya dan distribusi suhu vertikal.
Sumber Ahrens - "Essential of Meteorology" 

Berikut lapisan-lapisan atmosfer dari permukaan hingga bagian puncak dalam susunan atmosfer bumi kita, yaitu lapisan troposfer, stratosfer, mesosfer dan termosfer.

1. Lapisan Troposfer

Troposfer merupakan lapisan atmosfer paling bawah yang tepat di atas permukaan bumi. Troposfer berada pada ketinggian antara 0 – 16 km.

Pada lapisan troposfer ini terjadi aktivitas cuaca seperti angin, hujan, awan, dan halilintar. Lapisan troposfer merupakan satu-satunya lapisan dalam susunan atmosfer bumi yang mengandung uap air.

Sebagaimana terlihat pada Gambar 1 di atas, temperatur troposfer menurun perlahan terhadap ketinggian.

Semakin tinggi dari permukaan bumi, suhunya makin rendah. Ketebalan dan ketinggian lapisan troposfer tidak sama.

• Mengapa setiap naik 100 m suhu udara turun 1 derajat Celcius
• Kaitan Musim terhadap Variasi Suhu, Titik Embun, Kelembapan
• Stabilitas atmosfer, penentu ketebalan awan

Di atas khatulistiwa ketinggian troposfer mencapai 16 km dengan suhu sekitar -30 °C. Adapun di daerah kutub ketinggiannya hanya berkisar 8 km dengan suhu kurang lebih -46 °C.

Perbedaan ketebalan atmosfer antara di bagian kutub dan khatulistiwa disebabkan oleh pengaruh rotasi bumi.

Batas antara troposfer dengan lapisan di atasnya disebut tropopause. Pada lapisan ini proses konvektif dalam sistem cuaca sudah terhenti karena ketiadaan uap air.

2. Lapisan Stratosfer

Stratosfer dalam susunan atmosfer terletak di atas troposfer pada ketinggian antara 16 – 50 km. Pada stratosfer terdapat lapisan ozon (O3) dengan ketinggian sekitar 35 km.

Karenanya starosfer disebut juga ozonosfer. Ozon merupakan lapisan pelindung bagi kehidupan manusia karena menjadi filter atau penyaring pancaran sinar ultraviolet matahari yang berlebihan.

Berdasarkan Gambar 1 di atas terlihat pada lapisan statosfer, suhu udara mulai naik terhadap ketinggian. 

Lapisan ini disebut lapisan inversi atau lapisan di mana suhu naik terhadap ketinggian.

Hal ini terjadi karena adanya ozon yang menyerap sinar ultraviolet (UV) dari cahaya matahari. Sinar UV yang terperangkap ozon inilah yang memanaskan suhu udara pada ketinggian ini. 

• Mengenal Sinar Ultraviolet (UV): indeks UV, manfaat dan bahayanya

Batas lapisan stratosfer dengan lapisan di atasnya yaitu lapisan stratopause. Pada lapisan ini ditandai dengan suhu yang umumnya konstan terhadap ketinggian.

3. Lapisan Mesosfer

Lapisan atmosfer dalam susunan atmosfer terletak pada ketinggian 50 - 85 km. Kerapatan udara pada lapisan ini sangat rendah dan suhu menurun terhadap ketinggian hingga mencapai 90 °C. 

Pada lapisan puncak mesosfer merupakan tempat dengan suhu terendah.

Pada lapisan mesosfer, tanpa alat bantu maka manusia tidak dapat bernafas dengan normal. Hal ini terjadi karena tipisnya oksigen karena rendahnya kerapatan atmosfer yang mengandung oksigen.

Batas antara mesosfer dengan lapisan di atasnya disebut mesopause. Pada lapisan ini suhu udara cenderung tetap terhadap ketinggian, berkisar 90 °C.

4. Lapisan Termosfer

Lapisan termosfer merupakan lapisan yang hangat dalam susunan atmosfer. Terletak pada ketinggian di atas 85 km dari permukaan bumi.

Pada lapisan ini suhu kembali naik terhadap ketinggian.

Hal ini terjadi karena molekul-molekul udara yang menyerap panas kemudian memanaskan lingkungannya.

Pada lapisan termosfer kerapatan sangat rendah karena jumlah atom dan molekul sangat sedikit. 

Keberadaan sedikit partikel ini justru berpengaruh signifikan karena penyerapan sedikit saja energi matahari dapat menaikkan suhu udara dengan tinggi.

Pada lapisan termosfer, fenomena Aurora terjadi, yang terbentuk karena interaksi partikel bermuatan dari matahari dengan lapisan udara tipis di termosfer.

Susunan Atmofer Bumi Berdasarkan Tekanan Udara dan Kerapatannya

Secara umum tekanan udara dalam susunan atmosfer bumi akan menurun terhadap ketinggian.

Hal ini berkaitan dengan kerapatan molekul udara dalam atmosfer, sebagaimana terlihat pada gambar berikut.

Gambar 2. Laju perubahan tekanan dan kerapatan udara dalam susunan atmosfer secara vertikal.

Gambar: Ahrens - Essential of Meteorology

Berdasarkan persamaan gas ideal di atas (pV = nR*T) bahwa tekanan udara akan sebanding dengan jumlah molekul dalam 1 kolom udara. 

Semakin banyak molekul maka 1 kolom udara akan semakin rapat dan semakin berat. Maka tekanan udara akan semakin besar.

Secara vertikal molekul-molekul udara kan menumpuk dekat permukaan bumi karena gaya gravitasi bumi. Maka didekat permukaan bumi kerapatan udara lebih besar dan kemudian akan menurun terhadap ketinggian. 

Laju penurunan kerapatan udara akan diikuti laju penurunan beratnya karena berkurangnya gaya gravitasi bumi. Hal ini akan diikuti oleh laju penurunan tekanan udara. 

Pada akhirnya susunan atmosfer berdasarkan tekanan udaranya akan tinggi di bagian permukaan bumi dan semakin rendah mengikuti ketinggian dari permukaan bumi.

Laju perubahan tekanan udara terhadap ketinggian dapat dirumuskan sebagai berikut:

        dP = -g⍴ dz

di mana:

• dP = laju perubahan tekanan
• g = gaya gravitasi
• ⍴  = kerapatan udara
• dz = perubahan ketinggian

Demikian ulasan tentang susunan atmosfer bumi kita, mencakup komposisi gas di atmosfer dan penampang atmosfer bumi berdasarkan suhu, tekanan udara dan kerapatannya.

Referensi:

Referensi mengenai susunan atmosfer ini bersumber dari:

[1] Ahrens - Essential of Meteorology

[2] Hidayat Pawitan - Termodinamika Atmosfer

[3] Susilo Prawirowardoyo - Meteorologi

Climate4life.info mendapat sedikit keuntungan dari penayangan iklan dan digunakan untuk operasional blog ini.

Jika menurut anda artikel ini bermanfaat, maukah mentraktir kami secangkir kopi melalu "trakteer id"?