Temperatur Lautan

*Diposting oleh Lila Meriskya [150302028]

Dua properti air laut yang terpenting adalah temperatur dan salinitas (konsentrasi garam terlarut), karena keduanya mempengaruhi densitas yang merupakan faktor utama yang membangkitkan pergerakan vertikal air laut. Densitas air laut normal akan bertambah terhadap kedalaman. Jika densitas permukaan air lebih tinggi daripada densitas air di bawahnya maka terjadi kondisi gravitasi tidak stabil dan air permukaan akan turun/tenggelam. Di daerah kutub, densitas permukaan air dapat bertambah dengan dua cara: pertama dengan pendinginan langsung baik jika es bersentuhan dengan air atau jika angin dingin melewati es; kedua dengan pembentukan es laut yang mengekstrak air dan melepaskan air laut dengan salinitas tinggi dan densitas yang bertambah. Arus dingin yang berat pada sirkulasi dalam terjadi akibat turunnya air yang berat di daerah kutub. Di lintang rendah, air asin yang berat dihasilkan oleh

penguapan yang berlebihan yang mendapat bantuan dari angin yang kuat seperti pada musim dingin di Mediterranean.

Radiasi Matahari

Radiasi matahari didominasi oleh ultraviolet, panjang gelombang visible dan panjang gelombang yang mendekati infra merah (Bagian 2.3). Rerata radiasi hanya sekitar 70% yang mencapai bumi yang menembus atmosfer. Sekitar 30% (rerata) dikembalikan ke angkasa oleh awan dan partikel debu. 70% tersebut adalah: 17% diserap atmosfer; 23% sampai ke permukaan sebagai difusi cahaya siang hari; 30% sampai ke permukaan sebagai sinar matahari langsung. Sebagian besar radiasi ultraviolet diserap dalam lapisan ozon (langit yang tidak berawan terlihat biru karena sebaran panjang gelombang pendek oleh molekul-molekul gas atmosfer.

Radiasi yang benar-benar sampai ke permukaan bumi, yang disebut insolasi, tidak semuanya diserap. Persentasi insolasi yang dikembalikan oleh permukaan disebut albedo permukaan tersebut. Gelombang dan ripple dapat meningkatkan albedo air, tetapi umumnya lebih sedikit dari pada permukaan daratan. Waktu dalam hari juga mempengaruhi albedo (terutama air, es atau salju) karena semakin pendek sudut datang radiasi maka semakin besar jumlah yang akan dikembalikan. Beberapa radiasi yang dikembalikan dari permukaan bumi diserap atmosfer dan kemudian memanaskannya. Permukaan juga dipanaskan oleh radiasi yang diserap dan sebaliknya membalikkan kembali radiasi infra merah dan gelombang panjang (mikrowave). Variasi diurnal (harian) temperatur di darat biasanya diukur dalam derajat tetapi di lautan jumlahnya tidak lebih dari beberapa derajat kecuali di perairan yang sangat dangkal

DISTRIBUSI TEMPERATUR PERMUKAAN

Intensitas insolasi tergantung terutama pada sudut dimana sinar matahari mengenai permukaan dan distribusi temperatur di permukaan bumi yang bervariasi terhadap lintang dan musim karena sumbu bumi mengikuti orbitnya mengitari Matahari. Insolasi tetap tinggi di daerah ekuator untuk bulanbulan yang lain pada tahun tersebut. Pada tengah hari matahari berada tepat di atas kepala di sepanjang Tropis Cancer dan Capricorn pada soltice Juni dan Desember, sehingga lintang menengah menerima insolasi maksimum pada musim panas dan insolasi minimum pada musim dingin. Di kutub terdapat insolasi hanya selama setengah tahun, dimana cerah seharian penuh pada musim panas dan gelap seharian penuh pada musim dingin.

Sebelum perkembangan teknologi satelit, sulit untuk mengamati perubahan temperatur permukaan laut suatu daerah yang luas secara musiman. Dengan adanya satelit dengan sensor infra merah, memungkinkan pengukuran perubahan temperatur permukaan laut musiman dan tahunan dalam skala global. Sensitivitas dan ketepatan pada sensor adalah dalam orde ±0,1 oC atau lebih baik dan ketepatannya bertambah tiap waktu dengan adanya koreksi untuk faktor-faktor seperti kondisi permukaan laut (halus atau kasar) dan jumlah air yang menguap ke atmosfer (uap air diserap radiasi infra merah). Informasi dapat diperoleh dengan berbagai cara dan untuk bermacam tujuan oseanografi yang penting seperti variasi temperatur permukaan laut dan bukannya harga absolutnya. Hal yang perlu diingat adalah bahwa informasi ini hanya untuk permukaan laut. Peralatan yang berbasis satelit tidak atau belum dapat menemukan hubungan struktur temperatur dengan kedalaman lautan.

Transfer Panas dan Air di Sepanjang Batas Udara-Laut

Temperatur permukaan laut tergantung pada insolasi, dan penentuan jumlah panas yang kembali diradiasikan ke atmosfer: Semakin panas permukaan maka semakin banyak radiasi baliknya. Panas juga ditransfer di sepanjang permukaan laut melalui konduksi dan konveksi serta pengaruh penguapan.

Konduksi dan konveksi.

Jika permukaan laut lebih panas dari udara di atasnya maka panas dapat ditransfer dari laut ke udara. Biasanya permukaan laut lebih panas dari udara diatasnya sehingga terdapat sejumlah panas yang hilang dari laut melalui konduksi. Kehilangan tersebut relatif tidak penting untuk total panas lautan dan pengaruhnya dapat diabaikan kecuali untuk pencampuran konvektif oleh angin yang memindahkan udara hangat dari permukaan laut.

Penguapan
            Penguapan (transfer air ke atmosfer sebagai uap air) adalah mekanisme utama dimana laut kehilangan panasnya yaitu sekitar beberapa magnitud dibandingkan yang hilang melalui konduksi dan pencampuran konvektif. Persamaan pengaturnya adalah: (laju kehilangan panas) = (panas laten penguapan) x (laju penguapan)

Penguapan, kondensasi dan presipitasi bukanlah satu-satunya mekanisme transfer air di sepanjang lapisan udara-laut. Seperti cairan, permukaan luar laut dicirikan oleh kekuatan intermolekul yang menyebabkan tegangan permukaan. Tegangan permukaan air laut lebih lemah dibanding tegangan permukaan air tawar sehingga air laut lebih mudah pecah menjadi busa bila diganggu oleh gelombang permukaan. Angin yang kuat dapat menyebabkan busa dan merusak permukaan lapisan dan juga menyimpan gelembung-gelembung udara.

DISTRIBUSI TEMPERATUR TERHADAP KEDALAMAN

Pengukuran temperatur di permukaan laut dan di bawahnya tidak dapat dilakukan sebelum adanya termometer di awal abad ke-17. Pertama kali pengukuran temperatur, dilakukan pada sampel air yang diambil dalam wadah besi atau kanvas dari air permukaan. Diketahui bahwa temperatur berkurang terhadap kedalaman tetapi pengukuran yang tepat untuk temperatur bawah permukaan hanya dapat dilakukan bila termometer dilindungi dari tekanan permukaan dan mampu merekam temperatur in situ yang diciptakan pada pertengahan abad ke-19, tidak lama sebelum pelayaran HMS Challenger. Sekarang, temperatur air laut diukur dengan termistor dan rekaman yang kontinu secara vertikal dan lateral sudah menjadi prosedur rutin dalam oseanografi.

Panjang gelombang yang lebih pendek/rendah yang dekat warna biru dalamn spektrum visibel, menembus lebih dalam dibandingkan panjang gelombang yang lebih tinggi/jauh. Radiasi infra merah adalah yang pertama diserap diikuti merah dst. Energi total yang diterima pada kedalaman yang tertentu diwakili oleh daerah di bawah kurva pada perbandingan daerah di bawah kurva untuk 100 m dan air permukaan menunjukkan hanya 1/50 dari energi datang yang mencapai 100 m. Semua radiasi infra merah diserap dalam daerah satu meter dari permukaan dan hampir setengah total energi matahari tersebut diserap dalam 10 cm daerah permukaan. Penetrasi juga tergantung pada transparansi air yang tergantung pada jumlah materi yang tersuspensi.

Konduksi terjadi sangat lambat sehingga hanya sebagian kecil panas yang dipindahkan ke bawah melalui proses ini. Mekanisme utama adalah pencampuran olakan (turbulen) oleh angin dan gelombang yang menghasilkan lapisan permukaan tercampur (atau disebut juga lapisan campur) dengan ketebalan 200-300 m atau lebih di lintang tengah, di laut terbuka pada musim dingin dan minimum setebal 10 m atau kurang di daerah perairan pantai yang terlindung di musim panas.

Pada kedalamann antara 200-300 m dan 1000 m, temperatur akan turun dengan cepat. Daerah ini dikenal sebagai termoklin permanen, dibawah 1000 m menuju lantai (dasar) laut tidak mengalami variasi musiman dan temperatur turun perlahan antara 0oC dan 3oC. Kisaran yang kecil tersebut tidak berubah di laut dalam baik terhadap geografi dan musiman karena dipengaruhi oleh temperatur dingin, air berat yang tenggelam dari kutub dan mengalir ke Ekuator.

ENERGI DARI TERMOKLIN - SUATU DIGRESI SINGKAT

Termoklin permanen ditemukan hampir di semua lautan dan di lintang rendah terdapat perbedaan temperatur sebesar 20 oC dan kadangkadang lebih. Masalah tapping energi dari gradien temperatur di air laut adalah skala. Prinsip Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) sama dengan yang digunakan dalam alat pendingin, air conditioner dan pompa panas. Konsep awalnya adalah dengan memompa air permukaan yang hangat pada temperatur 25 oC ke dalam peubah panas untuk menguapkan cairan volatil (seperti amonia) yang akan mengembang dan menggerakkan turbin dan menghasilkan listrik. Dalam waktu yang sama air dingin dengan temperatur 4 oC dari bawah termoklin akan dipompa ke atas supaya uap terkondensasi dalam peubah panas yang terpisah dan memulai siklus lagi. Di beberapa pusat tenaga (Gambar 2.10(a)), air laut yang hangat akan menguap sendiri dalam kondisi hampa dan uapnya digunakan untuk menggerakkan turbin. Pusat tenaga paling baik dibangun di daerah lintang rendah dimana terdapat kontras termal antara permukaan dan air-dalam besar dan sedikit perubahan musiman. Orang Jepang dan Amerika telah memajukan teknologi ini dan membangun pusat tenaga kecil yang menggerakkan 50-100 kW. Dengan skala ini, daerah yang sesuai adalah pulau-pulau kecil di Pasifik Selatan.