Atmosfer

Atmosfer merupakan lapisan udara yang menyelubungi planet Bumi, dengan ketebalan rata-rata diperkirakan mencapai 100 km dari permukaan Bumi. Selubung udara ini terdiri atas berbagai macam gas dengan persentase volume dan tingkat kepadatan (density) yang berbeda-beda di berbagai tempat. Berdasarkan hasil pengamatan para ahli meteorologi dan geofisika, hampir 50% dari total massa udara berada pada ketinggian 5.500 meter (5,5 km) dari permukaan Bumi, sedangkan para ahli lain mengemukakan bahwa sekitar 99% dari total massa udara berada pada ketinggian tidak lebih dari 30 kilometer dari muka Bumi.

Tingkat kepadatan massa udara ini terus mengalami penurunan seiring dengan perubahan elevasi (ketinggian) dari permukaan Bumi sampai pada ketinggian tertentu yang kita namakan daerah hampa udara.

Beberapa macam gas yang kandungannya paling banyak di atmosfer, antara lain Nitrogen, Oksigen, Argon, dan Karbon dioksida. Jenis gas lain yang walaupun kandungannya sangat sedikit di udara tetapi sangat bermanfaat bagi kelangsungan makhluk hidup di muka Bumi adalah Ozon. Gas ini banyak terakumulasi di lapisan stratosfer, pada ketinggian sekitar 12–50 kilometer di atas permukaan Bumi. Ozon yang terdapat di stratosfer berfungsi sebagai penyaring (filter) sinar ultraviolet yang dipancarkan sinar Matahari sebelum sampai di Bumi. Sinar ultraviolet yang jumlahnya sangat sedikit ini sangat bermanfaat bagi kehidupan di muka bumi seperti membantu fotosintesis bagi dunia tetumbuhan serta membantu mengubah provitamin D menjadi vitamin D bagi manusia. Namun sebaliknya, jika sinar ini tidak disaring terlebih dahulu oleh lapisan ozon, dapat menimbulkan bencana bagi kehidupan di muka Bumi.

1. Lapisan Atmosfer

Secara umum pembagian lapisan atmosfer secara vertikal dapat dibedakan atas dasar perbedaan karakter suhu. Berdasarkan parameter ini, atmosfer dibedakan menjadi empat lapisan utama, yaitu troposfer, stratosfer, mesosfer, dan thermosfer.

Tekanan atmosfer menurut para ahli fisika telah dihitung bahwa berat 1 m3 udara sama dengan 1300 g. Berat keseluruhan atmosfer sekitar 5.200.000.000.000.000 metrik ton. Hal ini berarti bahwa berat udara di permukaan Bumi menyebabkan tekanan sebesar 1 kg per 1 cm3. (Sumber: Ilmu Pengetahuan Populer , 2000)

a. Troposfer

Lapisan paling bawah dari atmosfer dinamakan troposfer, yaitu pada rata-rata ketinggian sekitar 0–12 km dari permukaan Bumi. Ketebalan troposfer ini berbeda-beda di berbagai tempat. Sebagai contoh, di kawasan kutub diperkirakan sekitar 8 km, sedangkan di sekitar khatulistiwa mencapai 16 km. Sekitar ¾ dari seluruh massa atmosfer terakumulasi pada lapisan ini. Troposfer merupakan lapisan yang langsung mempengaruhi kehidupan di muka Bumi, sebab selain merupakan lapisan terbawah, semua peristiwa cuaca seperti angin, pengawanan, hujan, dan badai terjadi di lapisan troposfer.

Dilihat dari parameter suhu, troposfer memiliki kekhasan yang dikenal dengan istilah gradien thermometrik. Gradien thermo metrik adalah penurunan suhu udara seiring dengan peningkatan ketinggian dari muka Bumi. Berdasarkan hasil pengamatan, penurunan suhu ini berkisar antara 0,5°C–0,6°C setiap kenaikan 100 meter dari permukaan Bumi. Puncak lapisan ini dinamakan Tropopause memiliki suhu udara sangat rendah, yaitu berkisar antara 50°C–60 °C.

b. Stratosfer

Lapisan kedua atmosfer dinamakan stratosfer, memiliki ketinggian 12–25 km dari permukaan Bumi. Seperti halnya troposfer, ketebalan lapisan ini berbeda-beda di berbagai wilayah. Kawasan stratosfer yang paling tebal terletak di atas kutub, sedangkan di atas khatulistiwa sangat tipis. Jenis gas yang banyak terkonsentrasi di stratosfer adalah partikel sulfat (terutama di wilayah terbawah sekitar batas dengan tropopause) dan Ozon (terutama di wilayah batas paling tinggi).

Dinamika perubahan suhu udara di stratosfer kecil sekali bahkan cenderung konstan. Hanya di beberapa wilayah saja terjadi kenaikan suhu yang sangat kecil seiring dengan peningkatan ketinggian. Gejala-gejala cuaca, seperti angin, pengawanan, dan curah hujan tidak terjadi lagi di lapisan stratosfer. Oleh karena itu, untuk menghindari gangguan cuaca, stratosfer dimanfaatkan manusia sebagai jalur penerbangan pesawat-pesawat yang menggunakan mesin jet.

c. Mesosfer

Mesosfer terletak pada ketinggian antara 25–80 km di atas permukaan Bumi. Pada bagian bawah sampai sekitar wilayah pertengahan mesosfer (ketinggian 25–50 km) terjadi gejala inversi temperatur di mana suhu udara mengalami kenaikan sesuai dengan ketinggian. Kondisi suhu udara ini kembali mengalami penurunan mulai dari ketinggian 50 km sampai pada puncak mesosfer (mesopause). Di wilayah mesopause ini, suhu udara diperkirakan mencapai –83 °C. Sebagian besar batu meteor yang jatuh dari angkasa dan masuk ke atmosfer akan terbakar dan hancur pada lapisan mesosfer ini.

d. Thermosfer

Mulai ketinggian sekitar 80–1.000 km dari permukaan Bumi merupakan kawasan terakhir atmosfer Bumi yang dikenal dengan thermosfer atau lapisan panas. Pada lapisan ini, dinamika suhu kembali ditandai dengan gejala inversi suhu yang tinggi, di mana suhu udara terus mengalami peningkatan. Pada bagian puncak thermosfer, suhu udara diperkirakan mencapai 1.700 °C. Gejala peningkatan suhu yang tinggi ini terjadi akibat penyerapan radiasi sinar X dan ultraviolet yang dipancarkan Matahari.

Pada lapisan thermosfer bagian bawah (ketinggian sekitar 100–400 km) banyak terjadi proses ionisasi partikel-partikel atmosfer yang berpengaruh terhadap pemantulan gelombang radio. Oleh karena itu, wilayah thermosfer bagian bawah ini dinamakan ionosfer. Fenomena lain yang dijumpai di thermosfer adalah cahaya kutub (aurora).

2. Gejala Optik di Atmosfer

Ada beberapa gejala optik yang terjadi di atmosfer, antara lain pelangi, halo, dan aurora. Ketiga gejala tersebut sebenarnya bukan merupakan dinamika cuaca, melainkan sebagai akibat proses-proses alam yang terjadi di atmosfer.

a. Pelangi

Gejala optik pelangi terjadi akibat proses pembiasan sinar Matahari oleh titik-titik air hujan sehingga terurai menjadi berkas warna (spektrum warna). 

b. Halo

Halo merupakan lingkaran sinar putih yang terletak di sekeliling Matahari atau bulan, tetapi yang paling sering kita lihat adalah halo yang melingkari bulan karena pada malam hari keadaannya gelap. Ketampakan alam ini terjadi akibat proses pembiasan sinar bulan oleh kristal-kristal es yang terkonsentrasi dalam jenis awan-awan tinggi seperti Cirrus atau Cirrocumulus. Halo pada umumnya terlihat dengan jelas ketika bulan bersinar terang, setelah sore harinya terjadi hujan.

c. Aurora

Gejala optik ketiga yang terjadi di atmosfer adalah aurora atau cahaya kutub, yaitu berkas cahaya yang bersinar pada malam hari dan sangat jelas terlihat di wilayah-wilayah sekitar lingkaran kutub (antara lintang 66½ °- 90 °, baik lintang utara maupun lintang selatan). Aurora yang bersinar di wilayah Kutub Utara dinamakan Aurora Borealis, sedangkan di Kutub Selatan dinamakan Aurora Australis.

Aurora terjadi akibat pemancaran atom dari sinar Matahari yang dipusatkan ke arah kutub karena berada di daerah medan magnet Bumi. Atom-atom dalam sinar Matahari ini akhirnya terurai menjadi molekul-molekul atau atom-atom gas yang bercahaya karena proses ioniasi berenergi tinggi. Pengobaran atau pemijaran partikel-partikel sinar Matahari ini terlihat dari Bumi sebagai cahaya kutub.