Struktur vertikal atmosfer (2)

Apa yang sudah disampaikan pada bagian (1) adalah struktur vertikal atmosfer berdasarkan temperatur yang membagi lapisan ke dalam lapisan troposfer, stratosfer, mesosfer, dan termosfer. Berdasarkan komposisinya, atmosfer dapat dibagi menjadi tiga lapisan yakni lapisan homosfer, heterosfer, dan eksosfer. Lapisan homosfer berada pada ketinggian di bawah 80 km ( ada sebagian buku yang menyebut 100 km). Lapisan ini teraduk dengan baik oleh peristiwa turbulensi sehingga relatif komposisinya homogen. Komposisi atmosfer lapisan homosfer modern antara lain terdiri dari nitrogen (78,084% by volume), oksigen (20,946%), argon (0,934%), karbondioksida (0,037%), metana (0,00014%), ozon (bervariasi). Lapisan ini banyak mengandung atom dan molekul yang berat. Berbeda dengan lapisan di atasnya yakni heterosfer yang berada pada ketinggian 80 - 480 km. Pada lapisan heterosfer, terjadi pemisahan molekul dan atom dimana atom dan molekul yang berat berada pada sisi dalam sedangkan atom dan molekul yang ringan berada pada sisi luar atmosfer bumi. Sebagai contohnya oksigen dan nitrogen berada pada sisi dalam, sedangkan hidrogen dan helium pada sisi luar. Pemisahan molekul dan atom ini terjadi karena tidak ada proses turbulensi seperti halnya di lapisan homosfer. Lapisan ini hanya mempunyai massa kurang dari 0,001% massa atmosfer. Lapisan di atas lapisan heterosfer adalah eksosfer. Di lapisan ini atom helium dan hidrogen kehilangan ikatan dengan gravitasi bumi.
Terakhir adalah pembagian lapisan atmosfer berdasarkan pada fungsinya yakni lapisan ozonosfer dan ionosfer. Sesuai dengan namanya, lapisan ozonosfer mengandung banyak ozon khususnya pada ketinggian antara 20 dan 30 km di atas permukaan bumi. Lapisan ini banyak manfaatnya khususnya karena fungsinya yang menyerap radiasi gelombang pendek ultraviolet yang sangat berbahaya bagi makhluk hidup di bumi. Oleh karena itulah maka ketika lapisan ini bolong atau berlubang (yang dikenal dengan istilah lubang ozon) dan lubangnya makin membesar maka banyak diributkan orang. Pembahasan lubang ozon ini akan disampaikan pada waktu mendatang. Di atas lapisan ini terdapat lapisan ionosfer yang dulu sangat berguna dalam bidang komunikasi radio. Lapisan ini terdiri dari lapisan D, E dan F. Lapisan D hanya ada pada siang hari dan tidak ada pada malam hari. Lapisan-lapisan tersebut memungkinkan gelombang radio bisa diterima pada tempat lain bahkan benua lain.

Struktur vertikal atmosfer (1)

Atmosfer bumi yang terdiri dari beberapa lapisan banyak manfaatnya bagi kehidupan di permukaan bumi. Lapisan-lapisan tersebut bila dimulai dari lapisan yang paling dekat dengan permukaan bumi adalah troposfer, stratosfer, mesosfer dan thermosfer. Setiap lapisan tersebut mempunyai karakteristik tersendiri. Pada lapisan troposfer inilah peristiwa cuaca terjadi. Lapisan ini mengandung paling banyak aerosol dan molekul massa udara. Lapisan ini mempunyai pola lapse rate dimana temperatur menurun terhadap ketinggian, hal yang sama juga terjadi di lapisan mesosfer. Pada lapisan stratosfer dan thermosfer, pola yang berlawanan dengan lapisan troposfer dan mesosfer terjadi. Pada dua lapisan ini, temperatur meningkat terhadap ketinggian atau yang sering disebut dengan istilah inversi.  Tekanan udara menurun terhadap ketinggian dimana polanya berupa eksponensial, sama seperti pola densitas udara terhadap ketinggian. Pola ini dapat dibaca dengan mudah pada diagram aerologi atau diagram thermodinamika. Salah satu jenis diagram aerologi yang paling sering digunakan adalah diagram skew T log p.
Pertanyaan awam mengapa temperatur menurun terhadap ketinggian sering membuat geli bagi saya. Mengapa kok justru menurun, bukan malah meningkat karena makin mendekati matahari. Jawaban yang juga mudah untuk disampaikan adalah bahwa sumber pemanasan di dekat permukaan bumi adalah permukaan bumi itu sendiri. Radiasi gelombang panjang bumi yang sebenarnya juga berasal dari radiasi matahari banyak memanaskan udara di dekat permukaan bumi. Sehingga dengan demikian maka terjadi lapse rate di lapisan troposfer. Ini dengan mudah bisa dipahami oleh mereka-mereka yang suka naik gunung/ hiking. Semakin tinggi gunung yang didaki maka semakin dingin udara yang mereka rasakan.
Mengapa tekanan juga menurun terhadap ketinggian? Hal ini bisa dijelaskan dengan hukum fisika yakni bahwa tekanan sama dengan perbandingan antara gaya berat dan luas permukaan. Pada kasus ini gaya berat merupakan hasil kali antara massa dan gravitasi. Mengingat bahwa gravitasi makin menurun terhadap ketinggian maka tekanan juga akan menurun terhadap ketinggian.
Seperti telah disebut di atas, makin meningkat ketinggiannya maka udara makin renggang. Hal ini bisa dibuktikan ketika mendaki gunung Everest misalnya, napas kita akan makin berat karena makin tipisnya udara. Hal yang sama juga terjadi pada orang yang melakukan jogging pada siang hari yang panas. Paru-paru dipacu sehingga membutuhkan udara dalam jumlah yang banyak. Namun karena udara renggang akibat radiasi matahari dan radiasi bumi maka napas kita akan tersengal-sengal karena kekurangan udara atau oksigen.
Untuk kelanjutan topik ini, nantikan tulisan selanjutnya ...