ILMU & TEKNOLOGI KELAUTAN (ITK 502)

Transkripsi

1 ILMU & TEKNOLOGI KELAUTAN (ITK 502) Kuliah-7 Fenomena Di Laut & Perannya Dalam Kehidupan 11/9/09 J. I. Pariwono 1

2 Dinamika Laut Dalam 1. Dinamika di lautan disebabkan oleh banyak gaya yang bekerja di dalamnya 2. Ada 3 gaya utama untuk mempelajari dinamika: Gradien tekanan (pressure gradient) Coriolis (gaya sekunder) Gesekan (friction) 11/9/09 J. I. Pariwono 2

3 Gradien Tekanan 1. Gradien Tekanan (selisih tekanan per satuan jarak): Menegak (vertikal) Mendatar (horisontal) 2. Gradien Tekanan mendatar yang berkaitan langsung dengan proses dinamik 3. Tekanan ditentukan oleh pers. Hidrostatik: p = ρ.g.h 4. Gradien Tekanan menjadi: Δp/Δx = ρ.g.δh 11/9/09 J. I. Pariwono 3

4 Gradien Tekanan (2) Gradien Tekanan ditentukan oleh perbedaan tinggi air laut terhadap bidang mendatar acuan Artinya, Gradien Tekanan ditentukan oleh perbedaan muka (paras) laut Perbedaan tinggi muka laut dapat disebabkan oleh perbedaan densitas air laut, ρ Densitas air laut merupakan fungsi dari S & t, atau ρ = f(s, t) Hubungan tersebut dikenal sebagai: International Equation of State of Sea Water (Millero & Poisson, 1981) 11/9/09 J. I. Pariwono 4

5 Gaya Coriolis 1. Gaya Coriolis merupakan gaya sekunder 2. Gaya Coriolis baru muncul, jika ada dinamika di laut. Jika tidak ada dinamika di laut, Gaya Coriolis istirahat. 3. Gaya Coriolis dinyatakan sebagai: f = 2 ω sin φ ( ω = kec. sudut bumi, φ = derajat lintang ) 4. Unitnya = s -1, shg disebut juga frekuensi Coriolis 11/9/09 J. I. Pariwono 5

6 Gaya Gesek (Frictional force) 1. Peran utama dari Gaya Gesek ini adalah proses alih momentum dari atmosfir ke permukaan laut 2. Tanpa adanya gesekan, proses alih momentum tidak terjadi. Akibatnya, gelombang dan arus tidak terbentuk 3. Gaya gesek juga ditemui di dasar perairan, terutama di perairan yang dangkal 11/9/09 J. I. Pariwono 6

7 Keseimbangan GEOSTROPIK 1. Konsep yang berbeda dengan yang diketahui umum 2. Konsep umum: massa bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah (= bergerak memotong garis gradien tekanan) 3. Konsep lain: massa bergerak searah (sejajar) garis gradien tekanan 4. Geostropik: keseimbangan antara GGT dgn GC 11/9/09 J. I. Pariwono 7

8 Persamaan GEOSTROPIK 1. Asumsi: ρ = konstan gesekan diabaikan garis-garis isobar merupakan garis lurus 2. Pers. Geostropik: f " u = # 1 $ " % p % y f "v = + 1 # " $ p $ x 11/9/09 J. I. Pariwono 8

9 Angin Geostropik 11/9/09 J. I. Pariwono 9

10 Geostropik Di Laut /9/09 J. I. Pariwono 10

11 Lapisan EKMAN 1. Timbulya arus oleh angin karena adanya alih momentum dari atmosfir ke muka laut, dengan adanya gesekan 2. Untuk mengetahui efeknya, akan lebih baik jika (saat ini) mengabaikan efek GGT 3. Dengan asumsi: Lautan homogen (ρ konstan) Muka laut laut horisontal 4. Sehingga keseimbangan terjadi GC dengan gesekan 11/9/09 J. I. Pariwono 11

12 Lapisan EKMAN (2) 1. Asumsi tersebut cukup baik untuk lapisan permukaan, karena angin yang berhembus selalu diikuti dengan proses percampuran turbulen 2. Lapisan homogen ini dikenal sebagai Lapisan Ekman (Vagn Walfrid Ekman) 3. Temuan utama dari Ekman adalah: Transpor massa air oleh angin di lapisan permukaan (lapisan Ekman) mengalir ke arah tegak lurus arah angin. Ke kiri di BBS, dan ke kanan di BBU 11/9/09 J. I. Pariwono 12

13 Transpor EKMAN (3) Angin Angin Muka laut Arus pmukaan Ekman Transpor 11/9/09 J. I. Pariwono 13

14 Transpor Ekman & Upwelling 1. Transpor massa air di lapisan permukaan mengalir tegak lurus arah angin 2. Transpor bergerak ke kiri dari arah angin di BBS, atau ke kanan dari arah angin di BBU 3. Akibatnya, massa air dari lapisan bawah permukaan akan naik ke lapisan permukaan untuk mengisi kekosongan yang terjadi (disebut UPWELLING) 4. Massa air dari lapisan bawah permukaan akan membawa zat hara ke lapisan permukaan yang miskin hara. 11/9/09 J. I. Pariwono 14

15 UPWELLING (Air-Naik/Taikan-Air) Upwelling: gerakan massa air dari lapisan bawah permukaan ke permukaan laut Salah satu proses terpenting dalam proses2 di perairan tepi samudera Proses utama dalam regenerasi nutrien (proses pemupukan) di lapisan permukaan laut Pada proses regenerasi nutrien: upwelling lebih utama dibandingkan dengan proses percampuran oleh pasut 11/9/09 J. I. Pariwono 15

16 TIPE UPWELLING Hembusan Angin (wind driven) Dongkrakan Dinamik (dynamic uplift) Pompaan Pasut (tidal pumping) 11/9/09 J. I. Pariwono 16

17 ZONASI PROSES UPWELLING Di bagian dalam perairan pantai (inner-zone) Di bagian tengah perairan pantai (middle-zone) Di bagian luar perairan pantai (outer-zone) Topographical controlled upwelling (Tomczak & Godfrey, 1994) 11/9/09 J. I. Pariwono 17

18 Skema Upwelling Skema proses upwelling di musim yang berbeda Contoh: Pantai di Brasil 11/9/09 J. I. Pariwono 18

19 Bagian luar perairan pantai 11/9/09 J. I. Pariwono 19

20 Topograpical Controlled Upwelling Topografi pantai kebanyakan terdapat di bagian dalam perairan pantai Menghasilkan modifikasi proses upwelling di pantai Contoh: keberadaan semenanjung, teluk kecil Effektif jika ukurannya sepadan dengan lebar bagian dalam pantai Contoh: Pantai Selatan Jawa 11/9/09 J. I. Pariwono 20

21 Daerah Upwelling Tetap di Dunia Perhatikan bahwa daerah upwelling di dunia terjadi di bagian timur dari samudera Lihat Samudera Pasifik Lihat Samudera Hindia 11/9/09 J. I. Pariwono 21

22 Keseimbangan Sverdrup 1. Sirkulasi di laut dalam dengan menggabungkan ketiga gaya (GGT, GC, GGs) dalam suatu keseimbangan dilakukan oleh Hans Ulrik Sverdrup 2. Karena itu dinamai Keseimbangan Sverdrup 3. Intinya: Gesekan (friksi) penting di Lap. Ekman Di bawah Lap. Ekman, aliran air tidak mengalami gesekan 11/9/09 J. I. Pariwono 22

23 Keseimbangan Sverdrup-2 1. Aliran di bawah Lap. Ekman disebabkan oleh alih massa air dari Lap. Ekman, sebagai akibat dari aliran konvergen/divergen di Lap. Ekman 2. Pada aliran konvergen, massa air dipompa ke bawah, dan dikenal sebagai Ekman pumping 3. Pada aliran divergen, massa air dipompa ke atas memasuki Lap. Ekman, dikenal sebagai Ekman suction 11/9/09 J. I. Pariwono 23

24 Keseimbangan Sverdrup /9/09 J. I. Pariwono 24

25 Sirkulasi Massa Air Buana 11/9/09 J. I. Pariwono 25

26 Apa Penyebab Sirkulasi Buana?? Penggerak Utama: Penggerak Sekunder: Angin Gradien tekanan Perbedaan Densitas Gaya Coriolis Gaya Gesekan (Frictional Force) (Sirkulasi Termohalin) 11/9/09 J. I. Pariwono 26

27 Sirkulasi Termohalin 11/9/09 J. I. Pariwono 27

28 Sirkulasi Termohalin-2 Dikenal sebagai the Ocean Conveyor Belt, atau the Global Conveyor Belt, atau Meridional Overturning Circulation, atau Edaran Termohalin Buana, merupakan sirkulasi (edaran) buana di lautan yang digerakkan oleh densitas Massa air dari daerah tropis pada akhirnya akan mengalir ke daerah kutub (lintang tinggi) Disana massa air tersebut mendingin dan akan tenggelam ke bagian laut yang dalam di utara dan selatan S. Atlantik (membentuk NADW=North Atlantic Deep Water, dan AABW=Antartic Bottom Water ) NADW ini mengalir ke cekungan2 samudera 11/9/09 J. I. Pariwono 28

29 Proses Pembentukan NADW Proses Pembentukan NADW, menurut Tomczak & Godfrey (1994) 11/9/09 J. I. Pariwono 29

30 Arus Agulhas di Selatan Afrika Perhatikan Arus Agulhas yg hangat mengalir mengelilingi pantai selatan Afrika dari L. Hindia ke Atlantik 11/9/09 J. I. Pariwono 30

31 Sirkulasi Termohalin-3 Sebagian besar massa air tersebut akan naik ke arah permukaan di Samudera Selatan, dan sebagian lagi naik di S. Pasifik utara Massa air yang naik di Pasifik utara merupakan massa air yang paling sepuh Waktu transit yang diperlukan sekitar 1600 tahun (Primeau, 2005) Dalam edaran tersebut, massa air membawa energi (bahang), materi (padat, terlarut, gas) mengelilingi dunia. Oleh karenanya: edaran ini berdampak besar terhadap iklim dunia 11/9/09 J. I. Pariwono 31

32 Dampak terhadap Iklim Buana Edaran Termohalin Buana sebagai pemasok bahang ke wilayah kutub, dengan lain kata Mengatur luasnya laut es di daerah tersebut Menentukan laju massa air laut dalam muncul ke permukaan Berperan dalam konsentrasi CO2 di atmosfir Diduga, mencairnya lap. es dari Tanah Hijau yg tawar akan mengganggu pembentukan massa air laut dalam. Ini menyebabkan perubahan iklim di Eropa, yg dikenal sebagai periode Younger Dryas. Waktu transit yang diperlukan sekitar 1600 tahun (Primeau, 2005) Dalam edaran tersebut, massa air membawa energi (bahang), materi (padat, terlarut, gas) mengelilingi dunia. Oleh karenanya: edaran ini berdampak besar terhadap iklim dunia 11/9/09 J. I. Pariwono 32

33 Hidrotermal 11/9/09 J. I. Pariwono 33

34 El-Nino dan La-Nina El Nino & La Nina adalah anomali suhu permukaan laut dengan besar > 0.5 o C sepanjang S. Pasifik tropis Jika anomali tsb bertahan < 5 bln, maka disebut sebagai KONDISI El-Nino atau La-Nina Jika anomali tsb bertahan > 5 bln, maka disebut sebagai EPISODE El-Nino atau La-Nina 11/9/09 J. I. Pariwono 34

35 CIRI-ciri El-Nino Tek. Udara naik di S. Hindia, Indonesia, dan Australia Tek. Udara turun di Tahiti dan di seantero S. Pasifik tengah dan timur Jika anomali tsb bertahan > 5 bln, maka disebut sebagai EPISODE El-Nino atau La-Nina Angin pasat di Pasifik selatan melemah, atau mengarah ke timur Konveksi udara hangat dekat Peru, mengakibatkan hujan di daerah2 padang pasir Massa air hangat menyebar dari barat Pasifik dan S. Hindia menuju Pasifik timur, membawa hujan, menyebabkan hujan tinggi di daerah yang biasanya kering, dan kekeringan di daerah yang ditinggalkan. 11/9/09 J. I. Pariwono 35

36 Mekanisme terjadinya El-Nino Berbagai teori yang berkembang: 1. Adanya lokasi hangat anomali di Pasifik timur akan melemahkan beda suhu antara timur dan barat, dan menyebabkan melemahnya Sirkulasi Walker dan angin pasat (Bjerknes, 1969) 2. Angin pasat yang menguat akan membangun kolom air hangat di bag. Barat, dan pelemahan mendadak dari angin pasat akan mengalirkan massa air hangat ke timur (Wyrtki, 1975). Tapi ini tidak terjadi utk El- Nino /9/09 J. I. Pariwono 36

37 Mekanisme terjadinya El-Nino-2 Berbagai teori yang berkembang: 3. Recharge Oscillator: beberapa mekanisme disampaikan ttg kolom air hangat di daerah ekuator, dan menyebar ke lintang lebih tinggi karena El-Nino. Daerah yang lebih dingin kemudian perlu di charge menjadi hangat lagi utk beberapa tahun sebelum kejadian itu berulang 4. Osilator di Barat Pasifik: Di barat pasifik, berbagai kondisi cuaca dapat menyebabkan anomali angin barat, seperti pasang siklon di utara dan selatan ekuator. Angin ini akan melemahkan angin pasat, sebagai pemicu akhir terjadinya El Nino 11/9/09 J. I. Pariwono 37

38 Mekanisme terjadinya El-Nino-3 Berbagai teori yang berkembang: 5. Wilayah katulistiwa Pasifik dalam kondisi hampir El-Nino, dengan berbagai variasi acak yang berdampak terjadinya El- Nino. Pola cuaca atau kegiatan vulkanik sebagai contohnya 6. MJO (Madden Julian Oscillation) merupakan sumber penting terjadinya variabilitas yang menghasilkan percepetan evolusi terjadinya El-Nino. Yaitu lewat fluktuasi angin permukaan dan hujan di bagian barat dan tengah ekuator Pasifik. MJO dapat menghasilkan gelombang Kelvin ekuator. El-Nino juga dapat mempengaruhi MJO 11/9/09 J. I. Pariwono 38

39 Mekanisme terjadinya El-Nino-4 Berbagai teori yang berkembang: 7. Kejadian vulkanik di daerah tropis dapat menimbulkan 3 tahun El-Nino, dan dilanjutkan dengan 3 tahun La-Nina (Adams, Mann, dan Ammann, 2003, menggunakan data iklim paleo) 8. MJO (Madden Julian Oscillation) merupakan sumber penting terjadinya variabilitas yang menghasilkan percepetan evolusi terjadinya El-Nino. Yaitu lewat fluktuasi angin permukaan dan hujan di bagian barat dan tengah ekuator Pasifik. MJO dapat menghasilkan gelombang Kelvin ekuator. El-Nino juga dapat mempengaruhi MJO 11/9/09 J. I. Pariwono 39

40 Fenomena El Nino Kondisi El-Nino Kondisi Normal 11/9/09 J. I. Pariwono 40

41 Indian Ocean Dipole Mode Fenomena mirip seperti El-Nino (di S. Pasifik) ternyata juga ditemui di S. Hindia, yang diberi nama IDM Baru tahun 1999, fenomena ini ditemukan oleh Yamagata dan Saji, yang disebut sebagai DME (Dipole Mode Event) Karena ingin mengkaji musim panas yang berlebih pada tahun 1994 di Jepang 11/9/09 J. I. Pariwono 41

42 Indian Ocean Dipole Mode-2 Hubungan antara IDM dengan El-Nino belum diketahui dengan pasti Hubungan antara keduanya tidak sederhana DME dipercaya menjadi kunci untuk menjelaskan mekanisme perubahan iklim regional yang terjadi di S. Hindia hingga S. Pasifik 11/9/09 J. I. Pariwono 42

43 DMI & Parameter Atmosfir 11/9/09 J. I. Pariwono 43

44 DMI & Parameter Atmosfir 11/9/09 J. I. Pariwono 44

45 11/9/09 J. I. Pariwono 45