Friday, January 18, 2019

Struktur dan Komposisi Bumi

Berdasarkan gelombang seismik struktur internal bumi dapat dibedakan menjadi tiga komponen utama yaitu inti (core), mantel (mantle) dan kerak (crust).
1.       Inti Bumi (Core)
Inti bumi adalah lapisan bumi yang terletak paling dalam dibawah lapisan mantel bumi yang merupakan lapisan pusat bumi. Dipusat bumi terdapat inti yang berkedalaman 2900-6371 km. Lapisan ini sangat padat dan menjadi pusat massa dari bumi. Di lapisan ini pula gravitasi dan aktivitas magnetik bumi dibangkitkan. Tekanan dalam inti bumi sangat besar dan suhunya mencapai 6000 °C. Terbagi menjadi dua macam yaitu inti luar dan inti dalam. Inti luar berupa zat cair yang memiliki kedalaman 2900-5100 km, terdiri dari besi dan nikel cair dengan suhu 3.900 °C dan inti dalam berupa zat padat yang berkedalaman 5100-6371 km, bahannya terdiri besi dan nikel cair dengan suhu 4.800 °C. Inti luar dan inti dalam dipisahkan oleh Lehman Discontinuity. (Condie, 1982).

 Gambar 1. Bola bumi dipotong dari permukaan hingga ke bagian inti (Condie, 1982).

Dari data Geofisika material inti bumi memiliki berat jenis yang sama dengan berat jenis meteorit logam yang terdiri dari besi dan nikel. Atas dasar ini para ahli percaya bahwa inti bumi tersusun oleh senyawa besi dan nikel.

2.       Mantel Bumi (Mantle)
Mantel bumi terletak di antara kerak dan inti luar bumi. Mantel bumi merupakan batuan yang mengandung magnesium dan silikon. Suhu pada mantel bagian atas ±1300°C-1500°C dan suhu pada mantel bagian dalam ±1500°C-3000°C. Inti bumi dibungkus oleh mantel yang berkomposisi kaya magnesium. Inti dan mantel dibatasi oleh Gutenberg Discontinuity. Meskipun senyawa kimia seluruh mantel sama, namun suhu dan tekanan meningkat dengan bertambahnya kedalaman. Perubahan suhu dan tekanan ini menyebabkan kekuatan batuan mantel berubah-ubah terhadap kedalaman sehingga membuat layering di dalam mantel. (Condie, 1982).


Gambar 2. Mantel bumi (Condie, 1982).

Mantel bumi terbagi menjadi dua yaitu mantel atas yang bersifat plastis sampai semiplastis memiliki kedalaman sampai 400 km. Mantel bawah bersifat padat dan memiliki kedalaman sampai 2900 km. Mantel atas bagian atas yang mengalasi kerak bersifat padat dan bersama dengan kerak membentuk satu kesatuan yang dinamakan litosfer. Mantel atas bagian bawah yang bersifat plastis atau semiplastis disebut sebagai asthenosfer.
Selimut bumi dibagi menjadi 3 bagian, yaitu litosfer, astenosfer, dan mesosfer.
a. Litosfer merupakan lapisan terluar dari selimut bumi dan tersusun atas materi-materi padat terutama batuan. Lapisan litosfer tebalnya mencapai 50-100 km. Bersama-sama dengan kerak bumi, kedua lapisan ini disebut lempeng litosfer. Litosfer tersusun atas dua lapisan utama, yaitu lapisan sial (silisium dan aluminium) serta lapisan sima (silisium dan magnesium).
1) Lapisan sial adalah lapisan litosfer yang tersusun atas logam silisium dan alumunium. Senyawa dari kedua logam tersebut adalah SiO2 dan Al2O3. Batuan yang terdapat dalam lapisan sial antara lain batuan sedimen, granit, andesit, dan metamorf.
2) Lapisan sima adalah lapisan litosfer yang tersusun atas logam silisium dan magnesium. Senyawa dari kedua logam tersrsebut adalah SiO2 dan MgO. Berat jenis lapisan sima lebih besar jika dibandingkan dengan berat jenis lapisan sial. Hal itu karena lapisan sima mengandung besi dan magnesium.
b. Astenosfer merupakan lapisan yang terletak di bawah lapisan litosfer. Lapisan yang tebalnya 100-400 km ini diduga sebagai tempat formasi magma (magma induk).
c. Mesosfer merpakan lapisan yang terletak di bawah lapisan astenosfer. Lapisan ini tebalnya 2.400-2.700 km dan tersusun dari campuran batuan basa dan besi.

3.       Kerak Bumi (Crust)
Kerak bumi merupakan bagian terluar lapisan bumi dan memiliki ketebalan 5-80 km. kerak dengan mantel dibatasi oleh Mohorovivic Discontinuity. Kerak bumi dominan tersusun oleh feldsfar dan mineral silikat lainnya.

Gambar 3. Kerak bumi (Condie, 1982).
Kerak bumi dibedakan menjadi dua jenis yaitu :
a.       Kerak samudra, tersusun oleh mineral yang kaya akan Si, Fe, Mg yang disebut sima. Ketebalan kerak samudra berkisar antara 5-15 km (Condie, 1982) dengan berat jenis rata-rata 3 gm/cc. Kerak samudra biasanya disebut lapisan basaltis karena batuan penyusunnya terutama berkomposisi basalt.
b.      Kerak benua, tersusun oleh mineral yang kaya akan Si dan Al, oleh
karenanya di sebut sial. Ketebalan kerak benua berkisar antara 30-80 km. Rata-rata 35 km dengan berat jenis rata-rata sekitar 2,85 gm/cc. kerak benua biasanya disebut sebagai lapisan granitis karena batuan penyusunya terutama terdiri dari batuan yang berkomposisi granit.
Pada dasarnya kita tidak akan pernah mengerti bagaimana gempa bumi terjadi kalau kita tidak memahami bagaimana struktur bumi. Berdasarkan sifat-sifat gelombang seismik, mantel terbagi menjadi beberapa bagian. Lapisan teratas mantel bersama-sama kerak bumi membentuk litosfer yang bersifat kaku (keras). Di bawah litosfer adalah astenosfer yang bersifat kurang kaku (lemah) dibandingkan litosfer. Walaupun bukan berwujud cair, astenosfer bersifat plastis sehingga memungkinkan litosfer yang berada di atasnya dapat bergerak. Di bawah astenosfer adalah mesosfer. (Condie, 1982).

Lapisan-Lapisan Matahari

Matahari adalah suatu bola gas pijar dan ternyata tidak bulat betul. Matahari mempunyai khatulistiwa dan kutub karena gerak rotasinya .Garis tengah ekuatorialnya 864.000 mil, sedangkan garis tengah antar kutubnya 43 mil lebih pendek. Matahari berdiameter 1.390.000 km dengan massa 1,989 x 1038 kg.
 Matahari merupakan anggota tata surya yang paling besar . Karena 98% massa tata surya terkumpul pada matahari .Disamping sebagi pusat peredaran, matahari juga merupakan sumber tenaga di tata surya . Matahari terdiri dari inti dan tiga lapisan kulit, masing-masing fotosfer, kromosfer dan korona . Untuk terus bersinar terdiri gas panas menukar zat hidrogen dengan zat helium melalui reaksi fusi nuklir pada kadar 600 juta ton dengan itu kehilangan 4 juta ton massa setiap hari.

Bobotnya yang superberat membuat gravitasi  Matahari superkuat. Matahari mampu menarik benda dipermukaannya 28 kali lebih kuat daripada Bumi. Jika manusia di bumi beratnya 50 kg , dipermukaan matahari beratnya menjadi 1.400 kg.
1.    Lapisan-lapisan pada matahari
a.    Lapisan inti matahari
Inti matahari adalah tempat berlangsungnya reaksi fusi hidrogen menjadi inti helium menghasilkan reaksi yang sangat besar . Suhu inti matahari adalah 15 juta Kelvin.
Inti matahari terus-menerus melakukan reaksi fusi nuklir, yaitu menggabungkan empat atom hidrogen menjadi satu atom   helium.Setiap detik ada 700 juta ton hidrogen diolah menjadi 695 ton  helium. Energi yang dihasilkan sekitar 3,86 x 1033 erg/detik atau 3,86 x 1026 erg/ detik.
Bagian terdalam matahari adalah inti yang radiusnya 268.500 km. Dari inti inilah tenaga matahari diproduksi. Energi dipancarkan  dalam bentuk sinar gamma  yang menerobos lapisan matahari setebal 445.000 km.Bagian inti memiliki kerapatan 160 gr/cm3 atau 160 kali kerapatan air.
Diatas inti lapisan yang terus bergolak karena dibombardir oleh sinar gamma . Daerah in disebut zona radiatif. Kerapatannya turun  dari 20 gr/cm3 ( didekat inti ) menjadi 0,2 g/cm3. Temperaturnya pun turun hanya 2 juta 0C . sinar gamma juga mengalami pelemahan menjadi sinar X dan Ultraviolet.
Bagian berikutnya adalah lapisan antar muka ( interface layer )  yang disebut tachloline .Lapisan tacholine merupakan sekat tipis yang membatasi zona radiatif dengan zona konveksi. Berbentuk cairan yang bergerak diatas  zona konveksi dan radiasi. Hingga sekarang dipercaya medan magnet matahari dihasilkan oleh perubahan kecepatan cairan itu disepanjang permukaan. Perubahan kecepatan memberikan alternative nama menjadi tacholine.
Diatas tacholine terdapat zona konveksi. Tebalnya dari permukaan hingga kedalaman adalah 200 ribu km. dengan  temperature 2 juta 0C. Diwilayah tersebut aliran energi terjadi secara konveksi ( sehingga disebut zona konveksi).

b.     Lapisan fotosfera matahari
Lapisan fotosfera adalah bagian permukaan matahari yang dapat kita lihat sehari-hari atau yang biasa disebut lapisan cahaya. Suhu di bagian dalam fotosfera kira-kira 6000 kelvin.
Lapisan inilah yang tampak dari bumi. Fotosfera memilki ketebalan 100 km, cukup tipis bila dibandingkan dengan jejari matahari yang hampir 700.000 km. disini panasnya mencapai 6.000 0C. Sinar gamma telah diubah menjadi cahaya tampak .
 Di fotosfer bintik matahari yang dari bumi terlihat hitam karena bertemperatur lebih rendah dari area sekitarnya. Setelah Galileo, orang yang melihat bintik matahari adalah Christoph Scheiner ( 1575 – 1650) dan David Fabricius ( 1564 – 1617 ) astronom Belanda. Meski terlihat seperti noktah, sesungguhnya diameter bintik matahari bisa mencapai 300.000 km dengan kedalaman 800 km.
Aktivitas bintik matahari demikian pesat sehingga dalam hitungan matahari sudah banyak berubah ukuran maupun tempatnya. Hal itu mempengaruhi iklim di Bumi. Kegiatan bintik matahari yang sangat lamban terjadi pada kurun 1645 – 1715 yang disebut sebagai maunder minimum. Bersamaan dengan itu, terjadi musim dingin yang tidak normal di Eropa utara yang kemudian di kenal dengan zaman es kecil.

c.    Lapisan kromosfera matahari                             
Lapisan kromosfera dapat terlihat saat terjadi gerhana matahari . Kromosfera tersusun atas hidrogen . Suhu lapisan kromosfera didekat korona mencapai 10.000 kelvin . Sedangkan lapisan luarnya bersuhu kurang lebih 4.000 kelvin.
Bagian kromosfer sangat bergolak, sering terjadi ledakan-ledakan yang menyemburkan gas panas dan partikel menjulang keangkasa . pancaran gas matahari membubung hingga jutaan kilometer itu dikenal dengan sebutan prominesa. Rata-rata ketinggian semburannya mencapai 30.000 km. Namun, ada juga semburan luar biasa yang mencapai ketinggian 400.000 km. Bahkan pada bulan Juni 1946 terjadi semburan maha dahsyat yang mencapai ketinggian 1.600.000 km selama dua jam. Prominensa seperti permainan api di permukaan matahari.
Berdasarkan sifat semburannya prominensa dapat digolongkan menjadi kedalam dua kelompok  utama yaitu prominensa aktif dan prominensa tenang. Prominensa aktif, cirinya cepat menyembur, namun cepat hilang. Prominensa aktif muncul dalam beberapa bentuk seperti prominensa eruptif, spot atau lup dan surge. Prominensa eruptif ( ledakan ) menyemburkan gas panas berkecepatan 700 km/ detik dengan dahsyat.Setelah mencapai ketinggian tertinggi semburan gas tadi jatuh membentuk busur parabola .

d.   Lapisan Korona Matahari
Daerah diatas kromosfer diisi lapisan disebut korona , dari kata crown atau mahkota. Korona membentang sejauh jutaan kilometer di langit , tetapi akibat kilau kromosfer mahkota matahari ini tidak terdeteksi.Ia hanya bisa terlihat pada saat gerhana matahari .Sehingga para astronom akan memburu tempat terjadinya gerhana matahari untuk mengamati korona.
Lapisan korona ini dapat terlihat pada saat terjadi gerhana matahari berupa lingkaran putih yang mengelilingi matahari. Lapisan korona mengandung lapisan yang sangat tipis bersuhu 1 juta Kelvin. Korona berwarna abu-abu akibat tumbukan ion-ion pada suhu yang tinggi.
Pada awalnya orang menduga korona adalah hasil pancaran unsur yang tidak ada di bumi yang disebut koronium. Hal yang sama juga terjadi di abad ke-19, disaat muncul dugaan bahwa cahaya matahari dihasilkan oleh unsur yang tidak di Bumi yaitu helium. 

Mata Air

       Mata air (spring) adalah aliran air tanah secara alamiah di permukaan bumi melalui retakan dan celah di dalam tanah yang dapat berupa celah kecil sampai gua bawah tanah. Mata air merupakan bagian dari hisrosfer. Jenis yang paling sederhana adalah tempat dimana muka air tanah bertemu dengan permukaan bumi, seperti yang terlihat pada gambar 7.2. mata air yang kecil-kecil dapat terjadi pada semua batuan, tetapi yang besar umumnya dijumpai pada lava, batu gamping atau kerakal (gravel).
       Umumnya mata air terjadi karena perubahan permeabilitas batuan secara vertikal atau horizontal. Jika lapisan pasir berada di atas lempung yang relatif impermeabel, air yang merembes ke bawah akan mengalir secara lateral setelah sampai di permukaan lempungnya. Selanjutnya akan mengalir ke luar apabila kontak statigrafi kedua satuan ml bertemu dengan permukaan tanah.
       Selain kontak stratigrafi mata air biasanya dijumpai juga pada jalur sesar, di mana banyak rekahan-rekahan. Juga akibat gesekan, sesar menghasilkan hancuran berukuran lempung (mylonite) yang sifatnya impermeabel.
       Rembesan merupakan mata air yang ke luar secara perlahan-lahan dan menyebar pada permukaan tanah. Keadaan mataaair sangat bervariasi. Menurut Tolman (1937), faktor-faktor yanng mempengaruhi mata air diantaranya : 1) curah hujan, 2) karakteristik hidrologi permukaan tanah terutama kelulusannya, 3) topografi, 4) karakteristik hidrologi formasi akuiver, dan 5) struktur geologi.
       Jenis-jenis Mata Air  dapat dikalsifikasikan menjadi beberapa bagian, yakni:
1.    Mata air depresi (depresion springs) terbentuk karena permukaan tanah memotong muka air tanah (water table).
Gambar 1.  Mata air depresi (Dwi Afrianti, dkk: 2015)

2.   Mata air kontak (contact springs), mata air akibat kontak antara lapisan akiver dengan lapisan impermeable pada bagian bawahnya.
Gambar 2. Mata air kontak (Dwi Afrianti, dkk: 2015)

3.    Mata air rekahan (Fracture Spring) : Mata air yang dihasilkan oleh akifer tertekan yang terpotong oleh struktur impermeabel.
Gambar 3. Mata air rekahan (Dwi Afrianti, dkk: 2015)

4.         Mata air pelarutan (Solution Tubular Spring) : Mataair yang terjadi akibat Spring) : Mata air yang terjadi akibat pelarutan batuan oleh air tanah.
Gambar 4. Mata air pelarut (Dwi Afrianti, dkk: 2015)
       Mata air Ini juga terjadi pada sistem air tanah sepanjang pantai, sehingga batas antara air laut (asin) dengan air tawar berada dalam keseimbangan yang statis (hukum Herzzberg)
Dengan harga ini dapat diketahui perbandingan
H= 42 h.
Pencampuran air laut dengan air tawar dimungkinkan karena:
1.    Dasar sumur terletak dibawah perbatasan antara air asin dengan air tawar akan terbentuk akuiver yang besar dengan mata air yang banyak .
2.    Karena lembah (bagian dasar aliran lava) memiliki banyak retakan-retakan, maka air tawar dengan mudah dapat melalui dasar sepanjang lembah tersebut. Sehingga air tanah disini bersifat air celah yang umumnya jernih.    
       Taryana, Didik (2015) melakukan penelitian “Pengaruh Formasi Geologi Terhadap Potensi Mata Air di kota Batu” menunjukkan adanya hubungan antara formasi geologi terhadap potensi mata air yang ada. Dimana materi  batuan  akifer  yang berasal  dari material  lolos  air  yang  tebal  dan  belum mengalami  pengerasan  hasil  lemparan abu  vulkanik  yang  berupa  tuff  dan  hasil erosi disebut  intermountain  Valley  spring  atau mata  air  lembah  antar  pegunungan memiliki debit yang lebih kecil dari mata air yang keluar dari formasi geologi batuan beku intrusi dimana mata air ke luar dari celah-celah batuan yang kedap air (inpermeabel) termasuk dalam fracture spring. Bentuk rekahan-rekahan antar batuan ini  mempunyai simpanan air (storage) relatif besar sehingga debit mata air mengalir  sepanjang tahun dan relatif besar.


Struktur Lapisan Atmosfer

Atmosfer dapat dibagi menjadi beberapa lapisan seperti pada gambar 1 dibawah ini
Gambar 1. Lapisan-Lapisan Atmosfer
  1. Troposfer
Troposfer merupakan lapisan terbawah dari atmosfer, yaitu pada ketinggian 0 - 18 km di atas permukaan bumi. Tebal lapisan troposfer ratarata ± 10 km. Di daerah khatulistiwa, ketinggian lapisan troposfer sekitar 16 km dengan temperatur rata-rata 80°C. Daerah sedang ketinggian lapisan troposfer sekitar 11 km dengan temperatur rata-rata 54°C, sedangkan di daerah kutub ketinggiannya sekitar 8 km dengan temperatur rata-rata 46°C. Lapisan troposfer ini pengaruhnya sangat besar sekali terhadap kehidupan mahkluk hidup di muka bumi. Lapisan ini selain terjadi peristiwa-peristiwa seperti cuaca dan iklim, juga terdapat kira-kira 80% dari seluruh massa gas yang terkandung dalam atmosfer terdapat pada lapisan ini. Ciri khas yang terjadi pada lapisan troposfer adalah suhu (temperatur) udara menurun sesuai dengan perubahan ketinggian, yaitu setiap naik 100 meter dari permukaan bumi, suhu (temperatur) udara menurun sebesar ± 0,5°C. Lapisan troposfer paling atas, yaitu tropopause yang menjadi batas antara troposfer dan stratosfer. Suhu (temperatur) udara di lapisan ini relatif konstan atau tetap, walaupan ada pertambahan ketinggian, yaitu berkisar antara -55°C sampai -60°C. Ketebalan lapisan tropopause ± 2 km. Pada lapisan ini, hampir semua jenis cuaca, perubahan suhu yang mendadak, angin, tekanan dan kelembaban udara yang kita rasakan seharihari terjadi.

Ketinggian yang paling rendah adalah bagian yang paling hangat dari troposfer, karena permukaan bumi menyerap radiasi panas dari matahari dan menyalurkan panasnya ke udara. Pada troposfer ini terdapat gas-gas rumah kaca yang menyebabkan efek rumah kaca dan pemanasan global. Troposfer terdiri atas:
a. Lapisan planetair : 0-1 km
b. Lapisan konveksi : 1-8 km
c. Lapisan tropopause : 8-12 km.
Tropopause merupakan lapisan pembatas antara lapisan troposfer dengan stratosfer yang temperatunya relatif konstan. Pada lapisan tropopause kegiatan udara secara vertikal terhenti.

B. Stratosfer
Lapisan kedua dari atmosfer adalah stratosfer. Stratosfer terletak pada ketinggian antara 18 - 49 km dari permukaan bumi. Lapisan ini ditandai dengan adanya proses inversi suhu, artinya suhu udara bertambah tinggi seiring dengan kenaikan ketinggian dari permukaan bumi. Kenaikan suhu udara berdasarkan ketinggian mulai terhenti, yaitu pada puncak lapisan stratosfer yang disebut stratopause dengan suhu udara sekitar 0°C. Stratopause adalah lapisan batas antara stratosfer dengan mesosfer. Lapisan ini terletak pada ketinggian sekitar 50 - 60 km dari permukaan bumi. Stratosfer terdiri atas tiga lapisan yaitu, lapisan isotermis, lapisan panas dan lapisan campuran teratas. Umumnya suhu (temperatur) udara pada lapisan stratosfer sampai ketinggian 20 km tetap. Lapisan ini disebut dengan lapisan isotermis. Lapisan isotermis merupakan lapisan paling bawah dari stratosfer. Setelah lapisan isotermis, berikutnya terjadi peningkatan suhu (temperatur) hingga ketinggian ± 45 km. Kenaikan temperatur pada lapisan ini disebabkan oleh adanya lapisan ozon yang menyerap sinar ultra violet yang dipancarkan sinar matahari. lapisan stratosfer ini tidak ada lagi uap air, awan ataupun debu atmosfer, dan biasanya pesawat-pesawat yang menggunakan mesin jet terbang pada lapisan ini. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari gangguan cuaca.

Perubahan secara bertahap dari troposfer ke stratosfer dimulai dari ketinggian sekitar 11 km. Suhu di lapisan stratosfer yang paling bawah relatif stabil dan sangat dingin yaitu - 70°F atau sekitar - 57°C. Pada lapisan ini angin yang sangat kencang terjadi dengan pola aliran yang tertentu. Awan tinggi jenis cirrus kadang-kadang terjadi di lapisan paling bawah, namun tidak ada pola cuaca yang cukup signifikan. Dari bagian tengah stratosfer keatas, pola suhunya berubah menjadi semakin bertambah semakin naik, karena bertambahnya lapisan dengan konsentrasi ozon yang bertambah. Lapisan ozon ini menyerap radiasi sinar ultra ungu. Suhu pada lapisan ini bisa mencapai sekitar 18°C pada ketinggian sekitar 40 km. Lapisan stratopause memisahkan stratosfer dengan lapisan berikutnya. Ozon adalah hasil reaksi antara oksigen dengan sinar ultraviolet dari matahari. Ozon di udara berfungsi menahan radiasi sinar ultraviolet dari matahari pada tingkat yang aman untuk kesehatan. Ozon berwarna biru pucat yang terbentuk dari tiga atom oksigen (O3). Ozon adalah gas yang tidak berwarna dan dapat ditemukan di lapisan stratosfer yaitu lapisan awan yang terletak antara 15 hingga 35 km dari permukaan bumi. Lapisan ozon sangat penting karena ozon menyerap radiasi ultra violet (UV) dari matahari untuk melindungi radiasi yang tinggi sampai ke permukaan bumi. Radiasi dalam bentuk UV spektrum mempunyai jarak gelombang yang lebih pendek daripada cahaya. Radiasi UV dengan jarak gelombang adalah di antara 280 hingga 315 nanometer yang dikenali UVB dan ia merusak hampir semua kehidupan. Adanya penyerapan radiasi UV-B sebelum sinar UV sampai ke permukaan bumi, lapisan ozon melindungi bumi dari efek radiasi yang merusak kehidupan.

C. Mesosfer                                                                                                               
Mesosfer adalah lapisan udara ketiga, di mana suhu atmosfer akan berkurang dengan pertambahan ketinggian hingga ke lapisan keempat. Mesosfer terletak pada ketinggian antara 49 - 82 km dari permukaan bumi. Lapisan ini merupakan lapisan pelindung bumi dari jatuhan meteor atau benda-benda angkasa luar lainnya. Udara yang terdapat di sini akan mengakibatkan pergeseran berlaku dengan objek yang datang dari angkasa dan menghasilkan suhu yang tinggi. Kebanyakan meteor yang sampai ke bumi biasanya terbakar di lapisan ini. Lapisan mesosfer ini ditandai dengan penurunan suhu (temperatur) udara, rata-rata 0,4°C per seratus meter. Penurunan suhu (temperatur) udara ini disebabkan karena mesosfer memiliki kesetimbangan radioaktif yang negatif. Temperatur terendah di mesosfer kurang dari -81°C. Bahkan di puncak mesosfer yang disebut mesopause, yaitu lapisan batas antara mesosfer dengan lapisan termosfer temperaturnya diperkirakan mencapai sekitar -100°C.

d. Termosfer
Termosfer adalah lapisan udara keempat, peralihan dari mesosfer ke termosfer dimulai pada ketinggian sekitar 82 km. Termosfer terletak pada ketinggian antara 82 - 800 km dari permukaan bumi. Lapisan termosfer ini disebut juga lapisan ionosfer. Lapisan ini merupakan tempat terjadinya ionisasi partikel-partikel yang dapat memberikan efek pada perambatan/refleksi gelombang radio, baik gelombang panjang maupun pendek. Disebut dengan termosfer karena terjadi kenaikan temperatur yang cukup tinggi pada lapisan ini yaitu sekitar 19820°C. Perubahan ini terjadi karena serapan radiasi sinar ultra ungu. Radiasi ini menyebabkan reaksi kimia sehingga membentuk lapisan bermuatan listrik yang dikenal dengan nama ionosfer, yang dapat memantulkan gelombang radio. Sebelum munculnya era satelit, lapisan ini berguna untuk membantu memancarkan gelombang radio jarak jauh.

E. Eksosfer
Eksosfer adalah lapisan udara kelima, eksosfer terletak pada ketinggian antara 800 - 1000 km dari permukaan bumi. Pada lapisan ini merupakan tempat terjadinya gerakan atom-atom secara tidak beraturan. Lapisan ini merupakan lapisan paling panas dan molekul udara dapat meninggalkan atmosfer sampai ketinggian 3.150 km dari permukaan bumi. Lapisan ini sering disebut pula dengan ruang antar planet dan geostasioner. Lapisan ini sangat berbahaya, karena merupakan tempat terjadi kehancuran meteor dari angkasa luar.

F. Ionosfer
Lapisan ionosfer adalah lapisan yang banyak mengandung ion. Lapisan ionosfer terdapat di lapisan termosfer. Molekul-molekul nitrogen dan oksigen berubah menjadi ion setelah melepaskan elektron karena menyerap sinar matahari. Peristiwa ini disebut ionisasi. Ion positif setelah ditumbuk elektron bebas akan berubah menjadi atom netral lagi. Lapisan ionosfer dapat memantulkan gelombang radio, gelombang radio yang mudah dipantulkan ionosfer adalah yang berfrekuensi rendah yang sering dipakai untuk radio broad cast AM . Akibat pemantulan ini gelombang radio dapat mencapai jarak yang jauh di permukaan bumi.

Friday, December 28, 2018

Pengertian dan Proses terbentuknya Aurora

Aurora (atau "aurora polaris") adalah sebuah fenomena alam yang bebentuk cahaya yang memiliki kecerahan atau pencahayaan yang muncul di langit malam, aurora sering terjadi di daerah kutub, tetapi dapat muncul di tempat lain atau di belahan dunia lain dalam jangka waktu yang singkat. Fenomena aurora ini tidak terbatas pada Bumi. Planet lain di tata surya menunjukkan fenomena yang mirip, seperti Jupiter dan Saturnus memiliki medan magnet kuat dari Bumi (Uranus, Neptunus dan Mercury juga memiliki medan magnet), dan keduanya memiliki sabuk radiasi yang besar. Aurora telah diamati di kedua planet menggunakan teleskop Hubble. Aurora tersebut disebabkan oleh angin matahari.
Ketika angin matahari menerpa magnetosfer, partikel-partikel angin matahari dibelokkan dan tertarik menuju kutub medan magnet bumi. Semakin tinggi energi partikel, maka semakin dalam lapisan magnetosfer yang berhasil ditembus olehnya. Aliran partikel yang tertarik ke kutub medan magnet bumi akan bertumbukan dengan atom-atom yang ada di atmosfer. Energi yang dilepaskan akibat reaksi dari proton dan elektron yang bersinggungan dengan atom-atom di atmosfer, dapat dilihat secara visual melalui pendar cahaya yang berwarna-warni di langit, atau yang kita kenal sebagai Aurora. Di kutub utara bumi, aurora ini disebut sebagai aurora borealis, dan di kutub selatan, disebut sebagai aurora australis.

Gambar 1. Interaksi antara angin matahari dengan medan magnetik bumi. Sebagian partikel-partikel matahari tertarik menuju kutub

Reaksi antara partikel angin matahari dengan atmosfer bumi, menghasilkan berbagai macam warna pada aurora. Perbedaan warna ini dipengaruhi oleh jenis atom yang berinteraksi dengan proton dan elektron, mengingat pada ketinggian-ketinggian tertentu, jenis atom penyusun atmosfer tidaklah sama. Pada ketinggian di atas 300 km, partikel angin matahari akan bertumbukan dengan atom-atom hidrogen sehingga terbentuk warna aurora kemerah-merahan. Semakin turun, yakni pada ketinggian 140 km, partikel angin matahari bereaksi dengan atom oksigen yang membentuk cahaya aurora berwarna biru atau ungu. Sementara itu, pada ketinggian 100 km proton dan elektron bersinggungan dengan atom oksigen dan nitrogen sehingga aurora tervisualisasikan dengan warna hijau dan merah muda

Gambar 2. Cahaya Aurora yang berwarna warni mengandung arti ketinggian

Berdasarkan pengetahuan kita saat ini, badai matahari hanya akan memberikan ancaman bahaya yang rendah. Solar flare dan CME yang terjadi di Matahari, tidak akan cukup untuk menyebabkan peristiwa seperti yang digambarkan dalam beberapa film yang beredar belakangan ini. Beberapa bintang yang diamati memang menunjukkan adanya peristiwa yang dikenal dengan istilah superflare, yaitu flare seperti yang kita amati di Matahari tapi dengan intensitas yang jauh lebih besar. Tapi peristiwa serupa diduga bukan peristiwa yang umum dan diragukan bakal terjadi pada Matahari kita, setidaknya saat ini. Memang peristiwa solar flare dan CME belum bisa diprediksi dengan baik untuk saat ini. Tapi pengetahuan kita yang didapat dari pengamatan Matahari lewat berbagai observatorium landas-bumi dan wahana antariksa yang terus menerus mengamati Matahari, kita semakin mengerti berbagai peristiwa yang terjadi di Matahari. Setidaknya untuk saat ini, kita bisa mengatakan dengan cukup yakin bahwa yang digambarkan dalam film-film fiksi ilmiah tentang badai raksasa matahari, tidak akan terjadi dalam waktu dekat. 
Meskipun terdengar begitu chaos, sesungguhnya manusia dan makhluk hidup lainnya dilindungi dengan aman di bumi. Pada saat terjadinya badai-badai matahari sebelumnya, makhluk hidup di bumi sama sekali tidak terpengaruh. Namun, teknologi yang kita miliki memang rentan terhadap fenomena ini  seperti yang terjadi pada tahun 1859, atau tahun ketika Quebec, Swedia dan Afrika Selatan dibuat blackout (gelap total).
Mengingat sangat tergantungnya infrastruktur kita terhadap jaringan telekomunikasi, maka peristiwa lumpuhnya telekomunikasi mungkin akan membawa kelumpuhan pada sistem lainnya, seperti keuangan dan transportasi. Sebuah semburan badai matahari yang kuat bisa membawa kerusakan dengan mengintervensi sumber listrik dan jalur komunikasi kita. Ini akan menyebabkan sistem menjadi overload dan akhirnya mengalami kerusakan.
Menurut salah satu laporan yang dikeluarkan oleh National Academy of Science Amerika Serikat, saat badai itu terjadi, sekitar 300 pembangkit listrik di Amerika bisa lumpuh hanya dalam tempo 90 menit dan memutuskan persediaan listrik untuk 130 juta penduduk. Setelah jaringan listrik terputus, persediaan air pun akan ikut terputus. Tanpa adanya listrik dan persediaan air, maka perekonomian akan menjadi lumpuh. Tidak ada aktifitas perkantoran dan transportasi seperti pesawat terbang atau kereta. Bahkan fasilitas vital seperti markas militer atau rumah sakit juga akan ikut lumpuh.

Badai Matahari dan Proses Terjadinya

            Matahari adalah sebuah bintang, yaitu bola plasma panas yang ditopang oleh gaya gravitasi. Di pusat matahari, terjadi reaksi nuklir (fusi) yang mengubah 4 atom hidrogen menjadi 1 atom helium. Reaksi fusi tersebut, selain menghasilkan helium, juga menghasilkan energi dalam jumlah melimpah (ingat persamaan terkenal oleh Einstein: E=mc2). Energi yang dihasilkan, di pancarkan keluar melewati bagian-bagian matahari, yaitu: zona radiatif, zona konventif, dan bagian atmosfer matahari, yang terdiri dari fotosfer, kromosfer, dan korona. Dan badai matahari adalah peristiwa yang berkaitan dengan bagian atmosfer matahari tersebut.
Gambar 1. Matahari

          Bagian terluar dari matahari, yaitu korona, memiliki temperatur yang mencapai jutaan kelvin. Dengan temparatur yang tinggi tersebut, materi yang berada di korona matahari memiliki energi kinetik yang besar. Tarikan gravitasi matahari tidak cukup kuat untuk mempertahankan materi korona yang memiliki energi kinetik yang besar itu. Dan secara terus menerus, partikel bermuatan yang berasal dari korona, akan lepas keluar angkasa. Aliran partikel ini dikenal dengan nama angin matahari, yang terutama terdiri dari elektron dan proton dengan energi sekitar 1 keV. Setiap tahunnya, sebanyak 1012 ton materi korona lepas menjadi angin matahari, yang bergerak dengan kecepatan antara 200-700 km/s.

1.      Pengertian Badai Matahari
            Berbeda dengan pusat Matahari yang relatif sederhana, bagian atmosfer Matahari relatif lebih rumit. Karena di atmosfer Matahari ini, medan magnetik Matahari berperan besar terhadap berbagai peristiwa yang terjadi di dalamnya. Ada berbagai fenomena menarik diamati di atmosfer matahari berkaitan dengan medan magnetik Matahari, seperti bintik matahari (sun spot), ledakan Matahari (solar flare), prominensa, dan pelontaran material korona (CME – Coronal Mass Ejection). Hal-hal inilah yang berkaitan dengan badai matahari.
Singkatnya, badai matahari adalah kejadian / event dimana aktivitas Matahari berinteraksi dengan medan magnetik Bumi. Badai matahari ini berkaitan langsung dengan peristiwa solar flare dan CME. Kedua hal itulah yang menyebabkan terjadinya badai matahari.
Solar flare adalah ledakan di Matahari akibat terbukanya salah satu kumparan medan magnet permukaan Matahari. Ledakan ini melepaskan partikel berenergi tinggi dan radiasi elektromagnetik pada panjang gelombang sinar-x dan sinar gamma. Partikel berenergi tinggi yang dilepaskan oleh peristiwa solar flare, jika mengarah ke Bumi, akan mencapai Bumi dalam waktu 1-2 hari. Sedangkan radiasi elektromagnetik energi tingginya, akan mencapai Bumi dalam waktu hanya sekitar 8 menit.
CME adalah pelepasan material dari korona yang teramati sebagai letupan yang menyembur dari permukaan Matahari. Dalam semburan material korona ini, sekitar 2×1011 sampai dengan 4×1013 kg material dilontarkan dengan energi sebesar 1022 sampai dengan 6×1024 joule. Material ini dilontarkan dengan kecepatan mulai dari 20 km/s sampai 2000 km/s, dengan rata-rata kecepatan 350 km/s. Untuk mencapai Bumi, dibutuhkan waktu 1-3 hari. Partikel-partikel bermuatan yang dipancarkan dari peristiwa solar flare dan CME, saat mencapai Bumi, akan berinteraksi dengan medan magnetik Bumi. Interaksi ini akan menyebabkan gangguan pada medan magnetik Bumi untuk sementara.

2.      Proses Terjadinya Angin Matahari
              Dimulai dengan terbentuk nya sunspot yang menciptakan medan magnet. Karena kekuatan sudah tak sanggup lagi menahan tekanan arus, maka ia akan lepas. Terlepasnya sunspot ini akan memuntahkan kandungan energi yang disalurkan sebagai arus proton atau elektron.
Gambar 2. Proses terjadinya Badai Matahari

            Perjalanan angin matahari menuju bumi, dapat ditempuh selama 18 jam hingga 2 hari perjalanan antariksa. Ketika melewati Merkurius dan Venus, angin matahari akan langsung begitu saja menerpa atmosfernya, sehingga planet tersebut mengalami peningkatan suhu yang luar biasa akibat dari terpaan aliran proton dan elektron yang dibawanya. Namun demikian, lain halnya ketika angin matahari itu menghantam bumi.
            Bumi ini bagaikan magnet yang berukuran sangat besar, dengan kutub-kutub magnetnya hampir berdekatan dengan kutub geografis bumi. Sehingga bumi ini dilapisi oleh medan magnet (magnetosfer) yang berbentuk sebuah perisai yang mirip dengan buah apel, dimana bumi berada pada inti buahnya dan magnetosfer berada pada kulit buah apel. Magnetosfer ini terdiri dari beberapa lapisan, dengan lapisan terbawahnya, sabuk radiasi van allen yang berada di sekitar ekuator (khatulistuwa). Layaknya sebuah perisai, magnetosfer dan sabuk van allen melindungi bumi dari terpaan partikel angin matahari.

 Gambar 3. Angin matahari ditunjukkan pada garis kuning sedangkan medan magnet bumi ditunjukkan pada garis biru




Satelit : Pengertian, Sejarah Perkembangan serta Jenis-Jenis Satelit

A.    Pengertian Satelit
Satelit adalah benda yang mengorbit benda lain dengan periode revolusi dan rotasi tertentu. Ada dua jenis satelit yakni satelit alam dan satelit buatan.
1. Satelit alami adalah benda-benda luar angkasa bukan buatan manusia yang mengorbit sebuah planet atau benda lain yang lebih besar daripada dirinya,, seperti misalnya Bulan adalah satelit alami Bumi. Sebenarnya terminologi ini berlaku juga bagi planet yang mengelilingi sebuah bintang, atau bahkan sebuah bintang yang mengelilingi pusat galaksi, tetapi jarang digunakan. Bumi sendiri sebenarnya merupakan satelit alami Matahari.
2. Satelit buatan adalah benda buatan manusia yang beredar mengelilingi benda lain misalnya satelit Palapa yang mengelilingi Bumi.
3. Satelit komunikasi adalah sebuah satelit buatan yang ditempatkan di angkasa dengan tujuan telekomunikasi. Satelit komunikasi modern menggunakan orbit geosynchronous,orbit Molniya atau orbit Bumi rendah.
4. Untuk pelayanan tetap, satelit komunikasi menyediakan sebuah teknologi tambahan bagikabel komunikasi kapal selam optik fiber. Untuk aplikasi bergerak, seperti komunikasi kekapal laut dan pesawat terbang di mana aplikasi teknologi lain seperti kabel, tidak praktisatau tidak mungkin.


Gambar 1. Satelit


B.     Sejarah Perkembangan Satelit
Satelit buatan manusia pertama adalah Sputnik 1, diluncurkan oleh Soviet pada tanggal 4 Oktober 1957, dan memulai Program Sputnik Rusia, dengan Sergei Korolev sebagai kepala disain dan Kerim Kerimov sebagai asistentnya. Peluncuran ini memicu lomba ruang angkasa (space race) antara Soviet dan Amerika.
Sputnik 1 membantuk mengidentifikasi kepadatan lapisan atas atmosfer dengan jalan mengukur perubahan orbitnya dan memberikan data dari distribusi signal radio pada lapisan ionosphere. Karena badan satelit ini diisi dengan nitrogen bertekanan tinggi, Sputnik 1 juga memberi kesempatan pertama dalam pendeteksian meteorit, karena hilangnya tekanan dalam disebabkan oleh penetrasi meteroid bisa dilihat melalui data suhu yang dikirimkannya ke bumi.
Sputnik 2 diluncurkan pada tanggal 3 November 1957 dan membawa awak mahluk hidup pertama ke dalam orbit, seekor anjing bernama Laika.
Pada bulan Mei, 1946, Project Rand mengeluarkan desain preliminari untuk experimen wahana angkasa untuk mengedari dunia, yang menyatakan bahwa, "sebuah kendaraan satelit yang berisi instrumentasi yang tepat bisa diharapkan menjadi alat ilmu yang canggih untuk abad ke duapuluh". Amerika sudah memikirkan untuk meluncurkan satelit pengorbit sejak 1946 dibawah Kantor Aeronotis angkatan Laut Amerika (Bureau of Aeronautics of the United States Navy). Project RAND milik Angkatan Udara Amerika akhirnya mengeluarkan laporan diatas, tetapi tidak mengutarakan bahwa satelit memiliki potensi sebagai senjata militer; tetapi, mereka menganggapnya sebagai alat ilmu, politik, dan propaganda. Pada tahun 1954, Sekertari Pertahanan Amerika menyatakan, "Saya tidak mengetahui adanya satupun program satelit Amerika."
Pada tanggal 29 Juli 1955, Gedung Putih mencanangkan bahwa Amerika Serikat akan mau meluncurkan satelit pada musim semi 1958. Hal ini kemudian diketahui sebagai Project Vanguard. Pada tanggal 31 July, Soviets mengumumkan bahwa mereka akan meluncurkan satelit pada musim gugur 1957.
Mengikuti tekanan dari American Rocket Society (Masyarakat Roket America), the National Science Foundation (Yayasan Sains national), and the International Geophysical Year, interest angkatan bersenjata meningkat dan pada awal 1955 Angkatan Udara Amerika dan Angkatan Laut mengerjai Project Orbiter, yang menggunakan wahana Jupiter C untuk meluncurkan satelit. Proyek ini berlangsung sukses, dan Explorer 1 menjadi satelit Amerika pertama pada tanggal 31 januari 1958.
Pada bulan Juni 1961, tiga setengah tahun setelah meluncurnya Sputnik 1, Angkatan Udara Amerika menggunakan berbagai fasilitas dari Jaringan Mata Angkasa Amerika (the United States Space Surveillance Network) untuk mengkatalogkan sejumlah 115 satelit yang mengorbit bumi.
Satelit buatan manusia terbesar pada saat ini yang mengorbit bumi adalah Station Angkasa Interasional (International Space Station).

Secara garis besar sejarah satelit dunia dari tahun ke tahun diantaranya;
·         1945 : Athur Clarke menerbitkan essay tentang “Extra Terrestial Relays”
·         1957 : Diluncurkan pertama kali satelit sputnik 1959 : Satelit cuaca pertama, Vaguard 2
·         1960 : Diluncurkan satelit komunikasi Refleksi ECHO
·         1963 : Diluncurkan satelit komunikasi Geostasioner SYNCOM1965 : Komunikasi satelit Geostasioner komersial pertama di dunia, INTELSAT I
·         1976 : Satelit marisat untuk komumnikasi maritim dan peluncuran PALAPA
·         1982 : Sistem telepon dengan satelit mobile , INMARSAT 4
·         1988 : Sistem satelit dengan komunikasi data dan telepon mobile, INMARSAT C
·         1993 : Sistem telepon denga digital satelit
·         1998 : Sistem satelit Global untuk Small Mobile Phones.
·         1999 : Peluncuran Telkom – 12.3 Arsitektur dan Prinsip Kerja Komunikasi Satelit. Arsitektur Komunikasi Satelit- Segmen Angkasa ;1. Struktur / bus2. Playload3. Power Supply4. Kontrol temperature 5. Kontrol attitude dan orbit6. sistem populasi7. telemetry, Tracking, & command ( TT& C )- Segmen Bumi ;1. User terminal,2. SB Master, dan3. JaringanPrinsip kerja dari satelit hampir sama dengan suatu rangkaian repeater yaitu jenis ” RFHeterodyne Repeater ” sinyal 6 ghz. sinyal 6 ghz – filter – swtch - penguat 6ghz – diturunkan menjadi 4 ghz – hybrid circulator – filter – penguatakhir – pancaran ke bumi.

C.    Jenis Satelit
Satelit astronomi adalah satelit yang digunakan untuk mengamati planet, galaksi, dan objek angkasa lainnya yang jauh.
Satelit pengamat Bumi adalah satelit yang dirancang khusus untuk mengamati Bumi dari orbit, seperti satelit reconnaissance tetapi ditujukan untuk penggunaan non-militer seperti pengamatan lingkungan, meteorologi, pembuatan peta, dll.
Satelit navigasi adalah satelit yang menggunakan sinyal radio yang disalurkan ke penerima di permukaan tanah untuk menentukan lokasi sebuah titik dipermukaan bumi. Salah satu satelit navigasi yang sangat populer adalah GPS milik Amerika Serikat selain itu ada juga Glonass milik Rusia. Bila pandangan antara satelit dan penerima di tanah tidak ada gangguan, maka dengan sebuah alat penerima sinyal satelit (penerima GPS), bisa diperoleh data posisi di suatu tempat dengan ketelitian beberapa meter dalam waktu nyata.
 Satelit komunikasi adalah sebuah satelit buatan yang ditempatkan di angkasa dengan tujuan telekomunikasi. Satelit komunikasi modern menggunakan orbit geosynchronous, orbit Molniya menggunakan radio pada frekuensi gelombang mikro. Kebanyakan satelit komunikasi menggunakan orbit geosinkron atau orbit geostasioner, meskipun beberapa tipe terbaru menggunakan satelit pengorbit Bumi rendah.

Untuk pelayanan tetap, satelit komunikasi menyediakan sebuah teknologi tambahan bagi kabel komunikasi kapal selam optik fiber. Untuk aplikasi bergerak, seperti komunikasi ke kapal laut dan pesawat terbang, di mana aplikasi teknologi lain, seperti kabel, tidak praktis atau tidak mungkin.
Satelit mata-mata adalah satelit pengamat Bumi atau satelit komunikasi yang digunakan untuk tujuan militer atau mata-mata.
Satelit tenaga surya adalah satelit yang diusulkan dibuat di orbit Bumi tinggi yang menggunakan transmisi tenaga gelombang mikro untuk menyorotkan tenaga surya kepada antena sangat besar di Bumi yang dpaat digunakan untuk menggantikan sumber tenaga konvensional.
Stasiun angkasa adalah struktur buatan manusia yang dirancang sebagai tempat tinggal manusia di luar angkasa. Stasiun luar angkasa dibedakan dengan pesawat angkasa lainnya oleh ketiadaan propulsi pesawat angkasa utama atau fasilitas pendaratan; Dan kendaraan lain digunakan sebagai transportasi dari dan ke stasiun. Stasiun angkasa dirancang untuk hidup jangka-menengah di orbit, untuk periode mingguan, bulanan, atau bahkan tahunan.
Satelit cuaca adalah satelit yang diguanakan untuk mengamati cuaca dan iklim Bumi. Satelit meteorologikal melihat lebih banyak dari awan dan sistem awan. Cahaya perkotaan, kebakaran, polusi, cahaya aurora, badai pasir dan debu, tumpukan salju, pemetaan es, gelombang samudra, pembuangan energi, dll juga merupakan informasi yang dikumpulkan oleh satelit cuaca.Gambar dari satelit cuaca membantu mengawasi debu vulkanik dari Gunung St. Helens dan aktivitas dari vulkano lainnya seperti Gunung Etna. Asap dari kebakaran hutan di barat Amerika Serikat seperti Colorado dan Utah juga telah dimonitor.El Niño dan akibatnya terhadap cuaca juga dimonitor per hari dari gambar satelit. Penumpahan minyak di pesisir barat laut Spanyol juga diawasi oleh satelit. Dan juga satelit cuaca menyediakan pengawasan cuaca global.Satelit cuaca pertama, Vanguard 2, diluncurkan pada 17 Februari 1959. Satelit ini dirancang untuk mengawasi tutupan awan, tetapi karena rotasi "axis" yang jelek mencegahnya untuk mengambil data yang berguna.Satelit cuaca pertama yang dianggap sukses adalah TIROS-1, diluncurkan oleh NASA pada 1 April 1960. TIROS dioperasikan selama 78 hari dan terbukti jauh lebih sukses dari Vanguard 2. TIROS membuat jalan bagi satelit cuaca lain yang lebih modern.Ada dua jenis tipe dasar satelit meteorologi: orbit geostationary dan orbit polar
Satelit miniatur adalah satelit yang ringan dan kecil. Klasifikasi baru dibuat untuk mengkategorikan satelit-satelit ini: satelit mini (500–200 kg), satelit mikro (di bawah 200 kg), satelit nano (di bawah 10 kg).