Atmosfer Bumi: Lapisan Atmosfer dan Suhu Bumi

Pernahkah kamu berpikir mengapa warna langit berubah saat pagi hari dan sore hari? Langit berwarna merah pada sore dan pagi hari, sedangkan ketika siang hari berwarna biru cerah. Selain itu, juga terdapat fenomena hujan, awan, langit, dan gejala alam. Fenomena ini semua terjadi di lapisan atmosfer bumi.

Pengertian Atmosfer Bumi

Lapisan udara yang melindungi bumi disebut atmosfer. Atmosfer melindungi manusia dari radiasi sinar matahari yang berlebih dan dari meteor-meteor. Adanya lapisan atmosfer mempersempit perbedaan temperatur siang dan malam.

Atmosfer yang menutupi bumi akan menahan sebagian panas sehingga lebih lambat bergerak ke ruang angkasa dan mengurangi angin udara pada malam hari. Atmosfer bumi sangatlah penting bagi kehidupan manusia, selain sebagai pelindung bumi dari radiasi ultra violet dan panasnya matahari.

Atmosfer bumi terdiri atas berbagai jenis gas yang menyelimuti permukaan litosfer bumi. Lapisan atmosfer itu membentang secara vertikal ke atas sejauh ratusan kilometer. Sampai pada akhirnya bertemu dengan medium antar planet yang berkerapatan rendah dalam sistem tata surya.

Baca juga: Materi Tenaga Endogen

Komposisi Atmosfer Bumi

Atmosfer adalah bagian yang penting bagi kehidupan di bumi, karena tanpa adanya lapisan atmosfer maka manusia, hewan, dan tumbuhan tidak dapat hidup. Atmosfer berfungsi sebagai pelindung kehidupan di bumi dari radiasi sinar matahari yang kuat dan menahan hilangnya panas ke ruang angkasa saat malam hari.

Atmosfer berisi partikel-partikel halus, ringan, dan bermassa jenis kecil. Terdiri dari tiga kelompok yakni cairan (butir-butir air), gas (udara kering dan uap air), dan aerosol (asap dan debu). Ketiga kelompok pengisi atmosfer ini mempunyai massa yang berbeda satu sama lain dan tersebar dalam berbagai ketinggian pada lapisan atmosfer. Partikel yang ringan berada di atas, sedangkan partikel yang berat pengaruh pada kerapatan atmosfer bumi.

Atmosfer mengandung berbagai gas yang umumnya disebut dengan nama udara dan menutupi seluruh permukaan bumi. Atmosfer bumi tersusun dari nitrogen (78%), oksigen (20%), dengan sedikit argon (0,9%), karbondioksida (sekitar 0,0357%), sisanya uap air, dan gas lainnya.

Sifat Fisik Atmosfer Bumi

1. Sifat fisik gas seperti tidak memiliki warna, tidak memiliki wujud, dan tidak berbau.
2. Hanya bisa dirasakan dengan indra perasa manusia dalam bentuk angin.
3. Memiliki berat sehingga menyebabkan tekanan.
4. Memiliki sifat dinamis dan elastis yang mengembang dan mengkerut.

Lapisan-Lapisan Atmosfer Bumi

Troposfer

Troposfer merupakan lapisan paling bawah atmosfer bumi. Troposfer ini berada pada ketinggian 0-18 km di atas permukaan laut. Tebal lapisan troposfer rata-rata 10 km. Ketinggian lapisan troposfer mencapai 16 km dengan temperatur berkisar 80⁰ C pada daerah katulistiwa. Di daerah iklim sedang, ketinggian lapisan troposfer sekitar 11 km dengan suhu rata-rata 54⁰C. Sedangkan, di daerah kutub ketinggiannya sekitar 8 km dengan temperatur rata-rata 46⁰ C.

Lapisan troposfer memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap kehidupan. Lapisan ini selain terjadi peristiwa-peristiwa seperti perubahan cuaca, awan, hujan, angin, dan iklim, juga terdapat kira-kira delapan puluh persen dari seluruh gas yang terkandung dalam atmosfer berada pada lapisan troposfer.

Ciri-Ciri Lapisan Troposfer

1. Temperatur mengalami penurunan 0,6⁰C seiring kenaikan 100 meter dari permukaan laut.
2. Hampir sebagian besar fenomena atmosfer terjadi di lapisan troposfer, antara lain suhu, iklim, kelembaban udara, angin, awan, dan hujan.
3. Lapisan troposfer yang paling dekat dengan bumi adalah yang paling hangat. Karena dipengaruhi oleh radiasi matahari dan konveksi panas dari daratan.
4. Terdapat gas-gas rumah kaca yang menyebabkan green house effect.

Perubahan suhu rata-rata diukur dengan:

Dimana:

T_s = temperatur rata-rata yang dicari (⁰C)

T₀ = suhu rata-rata di daerah panas (26,3⁰C)

H = tinggi tempat (mdpl)

Jenis Lapisan Troposfer

1. Lapisan planetair, terdapat pada ketinggian 0-1 km dari permukaan laut.
2. Lapisan konveksi, terdapat pada ketinggian 1-8 km dari permukaan laut.
3. Lapisan tropopause, yaitu lapisan pembatas stratosfer. Daerah ini memiliki suhu yang relatif tetap. Pada lapisan ini pula adanya kegiatan aliran udara ke atas (ke lapisan stratosfer) berhenti.

Stratosfer

Lapisan kedua dari atmosfer adalah stratosfer. Lapisan stratosfer terletak pada ketinggian 18-49 km dari atas permukaan laut. Lapisan stratosfer ditandai dengan adanya proses inversi suhu, yaitu setiap naiknya ketinggian dari permukaan bumi sehingga terjadinya kenaikan suhu.

Kenaikan suhu udara pada lapisan stratosfer berdasarkan ketinggian mulai terhenti saat mencapai puncak lapisan stratosfer. Lapisan ini disebut dengan lapisan stratopause yang memiliki suhu udara sekitar 0⁰C. Lapisan stratosfer ini tidak ada lagi hujan, angin, uap air, awan maupun debu atmosfer.

Pembagian Lapisan Stratosfer:

1. Lapisan isometris, yaitu lapisan paling bawah dari stratosfer. Lapisan ini memiliki ketinggian 20 km dengan suhu tetap.
2. Lapisan ozon, yaitu lapisan yang berada di atas lapisan isometris. Terjadi peningkatan suhu seiring bertambahnya ketinggian. Hal ini disebabkan oleh adanya gas ozon yang berfungsi menyerap radiasi ultraviolet dari sinar matahari. Berada pada ketinggian hingga 45 km dari atas permukaan laut.
3. Lapisan stratopause, lapisan antara stratosfer dengan mesosfer. Pada lapisan ini ditandai dengan kenaikan suhu udara mulai berhenti seiring menambahnya ketinggian.

Mesosfer

Lapisan mesosfer memiliki karakteristik sebagai berikut:

1. Mesosfer adalah lapisan udara ketiga atmosfer bumi. Suhu atmosfer akan mengalami penurunan dengan bertambahnya ketinggian hingga ke lapisan keempat.
2. Mesosfer terletak pada ketinggian 49-82 km dari atas permukaan laut.
3. Lapisan ini merupakan selubung pelindung bumi dari meteor-meteor dan benda luar angkasa lainnya. Udara yang terdapat pada lapisan mesosfer akan mengakibatkan pergeseran berlaku dengan objek yang datang dari luar angkasa dan menghasilkan suhu yang tinggi.
4. Sebagian besar meteor luar angkasa yang menuju ke bumi akan terbakar pada lapisan ini.
5. Lapisan mesosfer ditanda dengan penurunan suhu rata-rata 0,4⁰C per seratus meter.
6. Temperatur terendah di mesosfer kurang dari -100⁰

Termosfer

Lapisan termosfer memiliki karakteristik sebagai berikut:

1. Termosfer adalah lapisan udara antara mesosfer dengan eksosfer dimulai dari ketinggian sekitar 82-300 km dari permukaan bumi.
2. Lapisan termosfer juga dapat disebut dengan lapisan ionosfer. Juga sebagai tempat terjadinya ionisasi partikel-partikel yang memberikan efek pada perambatan gelombang radio, baik gelombang panjang maupun pendek.
3. Lapisan ini terjadi kenaikan temperatur yang cukup tinggi yaitu sekitar 1982⁰ C. Perubahan terjadi karena lapisan ini menyerap radiasi sinar ultraviolet.

Eksosfer

Berikut merupakan karakteristik lapisan eksosfer:

1. Eksosfer terletak pada ketinggian antara 300-1000 km dari permukaan bumi.
2. Lapisan eksosfer adalah tempat pergerakan atom dan ion yang acak. Tidak beraturan karena pengaruh dari gaya gravitasi bumi yang kecil.
3. Lapisan ini adalah lapisan yang sangat panas karena terpapar radiasi langsung dari matahari.
4. Molekul dan ion yang berada pada ketinggian 3.150 km dari permukaan bumi bisa meninggalkan lapisan eksosfer.
5. Biasanya disebut dengan ruang antar planet dan geostationer, karena molekul udaranya bisa mudah meninggalkan lapisan eksosfer. Lapisan ini sangat berbahaya karena berhadapan langsung dengan ruang antar planet yang penuh dengan hancuran meteor atau asteroid.
6. Terdapat refleksi cahaya matahari yang dilakukan oleh partikel meteorit. Pantulan ini disebut dengan cahaya zodiakal.

Baca juga: Klasifikasi Iklim

Suhu Udara di Atmosfer Bumi

Suhu udara merupakan derajat yang menunjukkan tingkat panas atau dinginnya sebuah lapisan atmosfer. Suhu udara merupakan faktor yang sangat penting untuk mengetahui cuaca dan iklim suatu daerah.

Setiap lokasi yang ada di permukaan bumi memiliki suhu udara yang berbeda-beda, bersifat temporer dan menyebar. Dalam satu hari, suhu suatu lokasi tidaklah sama, namun berada pada fluktuasi range tertentu.

Suhu permukaan bumi menyebar secara vertikal ataupun horizontal. Persebaran secara horizontal menunjukkan suhu udara paling tinggi terdapat di daerah tropis (daerah ekuator), dan semakin menuju ke arah kutub suhu akan menurun. Sedangkan penyebaran secara vertikal, semakin ke atas suhu semakin menurun. Namun, ini hanya berlaku pada lapisan troposfer saja.

Faktor Perbedaan Suhu di Atmosfer

Perbedaan suhu suatu tempat banyak dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut, 1) jenis permukaan, 2) kelembapan udara, 3) letak lintang, 4) ketinggian tempat, 5) arus samudra, 6) jarak dari laut, dan 7) tutupan awan di atmosfer.

1. Lamanya penyinaran matahari

Semakin lama matahari menyinari permukaan bumi, bumi akan semakin panas.

2. Sudut datang sinar matahari

Jika sinar matahari jatuh tegak lurus di permukaan bumi maka suhu udara akan lebih panas dibandingkan suhu saat pagi hari atau sore hari. Peristiwa tersebut dipengaruhi oleh sudut datang sinar matahari. Daerah di permukaan bumi yang selalu menerima cahaya matahari dengan keadaan condong terletak pada lintang tinggi (30^o – 60^o LU/LS). Daerah ini suhunya lebih dingin dibandingkan daerah ekuator.

3. Keadaan awan yang menutupi

Semakin banyak awan di langit suhu udara permukaan bumi akan lebih dingin karena sinar matahari terhalang oleh awan.

4. Keadaan di permukaan bumi

Keadaan di permukaan bumi juga berpengaruh terhadap suhu suatu wilayah. Suhu udara akan tinggi pada siang hari dan malam hari akan sangat dingin terjadi di daerah gurun, karena tidak ada penghalang di permukaan bumi.

Pengukuran Suhu Udara

Suhu udara diukur dengan termometer udara. Pada umumnya, termometer digunakan adalah termometer yang memiliki skala maksimum dan minimum. Termometer ini berisi alkohol atau air raksa, bisa juga keduanya. Suhu udara dapat diukur berdasarkan waktu seperti suhu harian, bulanan, dan tahunan.

Suhu Harian

Suhu udara harian dibedakan atas:

1. Rentang Suhu Harian (Diurnal)

Rentang suhu harian adalah selisih suhu maksimum dan suhu minimum pada hari tertentu. Contoh, pada skala termometer suhu maksimum menunjuk angka 33⁰C dan suhu minimum 20⁰C. Artinya, rentang suhu harian = (33 – 20)⁰C = 13⁰C.

2. Suhu Harian Rata-rata (SHR)

Suhu harian rata-rata dihitung dengan dua cara, yaitu:

a) Rata-rata suhu maksimum dan minimum selama 24 jam:

Contoh:

Jika diketahui suhu maksimum suatu kota A adalah 32⁰C dan suhu minimumnya 21⁰C, maka suhu rata-rata harian sebesar….

Jawab:

SHR = (33+21)/2 = 27⁰C

b) Suhu per jam rata-rata selama satu hari (24 jam)

Suhu Bulanan Rata-Rata (SBR)

Menunjukkan suhu udara harian rata-rata selama satu bulan.

Suhu Tahunan

Suhu udara tahunan dihitung dengan dua cara, yaitu:

1. Suhu Tahunan Rata-Rata (STR)

Menunjukkan jumlah suhu rata-rata dalam satu tahun. Dihitung dengan rumus berikut.

2. Rentang Suhu Tahunan Rata-Rata (RST)

Menunjukkan selisih antara rata-rata tertinggi dengan rata-rata terendah dalam satu tahun. Dihitung dengan rumus:

RST = Suhu rata-rata tertinggi – Suhu rata-rata terendah.

Suhu Udara pada Ketinggian Tertentu

Ketinggian tempat mempengaruhi besar suhu udara di lokasi tersebut. Penentuan suhu udara suatu tempat dapat dilakukan dengan formula sebagai berikut.

1. Jika hanya diketahui ketinggian suatu tempat.

Dimana:

Konstanta suhu rata-rata = 26,3

Ketinggian tempat = h (dalam ratusan meter)

Konstanta = 0,6

Contoh soal:

Sebuah tempat di Kota P memiliki ketinggian 2000 meter dari permukaan laut. Berapa suhu udara di kota P?

Jawab:

T = 26,3 – 0,6 (20) = 26,3 – 12 = 14,3⁰C

Jadi, suhu udara di Kota P adalah 14,3⁰C.

2. Jika diketahui ketinggian dua tempat

Dimana:

∆T = Selisih suhu udara antara dua tempat

X1 = ketinggian tempat satu yang diketahui suhunya (m)

X2 = ketinggian tempat yang tidak diketahui suhunya (m)

Contoh soal:

Kota C memiliki ketinggian 200 meter dari permukaan laut dengan suhu 30⁰C. Berapakah suhu udara di Kota E yang memiliki ketinggian 320 meter?

Jawab:

∆T = 0,006 (200 – 320) × 1⁰C = -0,72⁰C.

Jadi, suhu udara kota E = 30⁰C – 0,72⁰C = 29,28⁰C

Manfaat Atmosfer Bagi Bumi dan Kehidupan

Atmosfer memiliki fungsi esensial bagi suatu planet di jagat raya ini. Bumi sebagai salah satu planet di sistem tata surya juga mempunyai atmosfer yang berfungsi sebagai pelindung. Berikut akan dijabarkan lebih rinci lagi tentang manfaat atmosfer bumi:

1. Fungsi utama adalah sebagai pelindung bumi dari hantaman benda-benda langit yang bergerak tak beraturan di ruang antar planet. Benda-benda angkasa tersebut antara lain meteor, asteroid, debu kosmik, dan serpihan rongsokan satelit.
2. Melindungi dari radiasi sinar ultraviolet matahari yang berlebih. Radiasi ultraviolet bisa menyebabkan penyakit kanker kulit.
3. Menyediakan oksigen sebagai bahan utama makhluk hidup bernafas dan oksidasi biologi.
4. Menjaga temperatur bumi supaya tidak panas saat siang hari dan dingin saat malam hari.
5. Tempat terjadinya proses hidrologi air yaitu terjadinya awan dan hujan.
6. Memantulkan gelombang radio baik gelombang panjang maupun pendek.
7. Penyedia unsur nitrogen yang berguna untuk sintesis protein dan siklus nitrogen.

Baca juga: Materi Tenaga Eksogen

Pemahaman Akhir

Atmosfer bumi merupakan lapisan udara yang melindungi dan mendukung kehidupan di planet ini. Fenomena-fenomena seperti perubahan warna langit pada pagi dan sore hari, serta berbagai gejala alam seperti hujan, awan, dan lainnya, semuanya terjadi di atmosfer bumi.

Komposisi atmosfer terdiri dari berbagai gas, dengan oksigen dan nitrogen menjadi dua gas utama yang mendukung kehidupan. Selain itu, lapisan atmosfer terdiri dari beberapa bagian, seperti troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, dan eksosfer, masing-masing memiliki karakteristik dan peran yang berbeda.

Atmosfer bumi memiliki berbagai fungsi penting, antara lain sebagai pelindung dari radiasi sinar matahari yang berlebihan, menjaga suhu bumi agar tidak terlalu panas atau terlalu dingin, menyediakan oksigen untuk pernapasan makhluk hidup, serta menjadi tempat terjadinya proses hidrologi yang menghasilkan hujan dan awan.

Perubahan suhu udara di atmosfer bumi dipengaruhi oleh banyak faktor, termasuk lamanya penyinaran matahari, sudut datang sinar matahari, keadaan awan yang menutupi, dan kondisi di permukaan bumi seperti jenis permukaan dan ketinggian tempat.

Atmosfer bumi sangatlah penting bagi kelangsungan hidup dan keseimbangan ekosistem. Oleh karena itu, kita perlu menjaga dan melestarikan kesehatan atmosfer untuk keberlangsungan kehidupan di planet ini.

Demikian penjelasan tentang atmosfer dan manfaatnya bagi kehidupan makhluk hidup. Kita harus menjaga atmosfer bumi seperti menjaga kebersihan udara dan mengurangi polusi udara. Tetap sayangi bumi kita, terima kasih.

Sumber:

Bagja Waluya. (2009). Geografi. Jakarta. Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional

Gatot Harmanto. (2016). Geografi untuk SMA/MA Kelas X. Bandung: Penerbit Yrama Widya.