Pengertian dan Macam-macam Lapisan Atmosfer Bumi

A.      Pengertian Lapisan Atmosfer Bumi

Definisi atmosfer secara harfiah berasal dari kata Atmos yang artinya uap air (butiran-butiran air) dan Sphaira yang artinya selimut. Jadi, jika digabungkan atmosfer adalah lapisan gas atau uap air yang menyelimuti sebuah planet. menurut para ahli bumi atau geografi ialah lapisan udara atau selimut gas yang menyelubungi planet termasuk planet bumi, dimana lapisan udara tersebut mengandung 4 unsur gas diantaranya; nitrogen (78.17%) dan oksigen (20.97%), dengan sedikit argon (0.9%), karbondioksida (variabel, tetapi sekitar 0.0357%), uap air, dan gas lainnya.

            Di Bumi, atmosfer terdapat dari ketinggian 0 km di atas permukaan tanah, sampai dengan sekitar 560 km dari atas permukaan Bumi. Pengukuran lapisan atmosfer antara permukaan bumi di ketinggian 30 km menggunakan radiosonde. Untuk lapisan atmosfer antara ketinggian 30 km dan 90 km pengukuran dilakukan dengan menggunakan roket, sedangkan di atas ketinggian 90 km menggunakan satelit. Meteorologi adalah ilmu yang mempelajari atmosfer yang menekankan pada lapisan udara yang menyelubungi bumi. Beberapa hal pokok yang dipelajari dalam meteorologi di antaranya adalah angin, awan, cuaca, guntur, gejala cahaya, endapan air di udara, serta suhu dan tekanan udara.

Atmosfer tersusun atas beberapa lapisan, yang dijuluki atau dinamai menurut fenomena yang terjadi di lapisan tersebut. Transisi antara lapisan yang satu dengan yang lain berlangsung bertahap. Studi tentang atmosfer mula-mula dilakukan untuk memecahkan masalah cuaca, fenomena pembiasan sinar matahari saat terbit dan tenggelam, serta kelap-kelipnya bintang. Dengan peralatan yang sensitif yang dipasang diluar angkasa, kita dapat memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang atmosfer berikut fenomena-fenomena yang terjadi di dalamnya.

            Jadi, dari penjelasan diatas bahwa lapisan atmosfer bumi adalah lapisan udara atau gas yang mengandung nitrogen, oksigen, argon, dan karbondioksida yang menyelimuti bumi.

B.       Fungsi Lapisan Atmosfer Bumi

            Fungsi dari atmosfer adalah untuk melindungi keempat unsur atmosfer oleh gravitasi bumi dan mempertahankan serta melindungi serangan dari luar. Selain fungsi tersebut, terdapat fungsi yang perlu diketahui, yaitu :

1.      Sebagai penyangga (buffer) suhu dipermukaan bumi. Gas dan uap air pada atmosfer menyerap dan meneruskan atau memantulkan radiasi yang diterimanya. Proses buffering ini membantu menjaga stabilitas suhu di bumi agar tidak terlalu panas atau terlalu dingin. Suhu pada siang hari   90° C dan pada malam hari dapat mencapai -184º C.

2.      Sebagai penyaring (filter) terhadap radiasi sinar matahari yang berbahaya bagi kehidupan. Lapisan ozon (O3) membantu menahan radiasi sinar ultraviolet (UV) yang dapat menyebabkan kanker kulit pada manusia bahkan dapat mematikan bagi kehidupan dipermukaan bumi.

3.      Sebagai sumber gas-gas penting yang digunakan dalam proses kehidupan. Contohnya oksigen (O₂) yang digunakan dalam respirasi manusia dan makhluk hidup lain dipermukaan bumi. Juga gas karbondioksida (CO₂) dan nitrogen (N₂) yang sangat diperlukan tumbuhan dalam proses fotosintesis.

4.      Pengatur kelestarian proses cuaca dan iklim di bumi. Sebagian daur hidrologi yang sangat berpengaruh bagi cuaca dan iklim dibumi berlangsung di atmosfer.

Intinya fungsi atmosfer adalah untuk mengatur proses penerimaan panas yang berasal dari matahari. Yaitu dengan cara menyerap sinar matahari kemudian memantulkan panas yang dipancarkan matahari. Sekitar 34% dari 100% panas matahari yang dipantulkan akan dikembalikan ke angkasa oleh bantuan dari atmosfer, kumpulan awan dan permukaan bumi. Kemudian sekitar 19% akan diserap oleh atmosfer dan awan serta sisanya sekitar 47% mencapai permukan bumi. Jadi panas yang sampai ke kulit kita sudah mengalami penyerapan atau difilterisasi.

            Selain dari keempat unsur gas tersebut, ada unsur lain yamg menyelimuti atmosfer bumi diantaranya uap air, krypton, neon, xinon, hydrogen dan ozon. Perlu diketahui bahwa lapisan atmosfer dikelilingi oleh lapisan yang sangat tebal yang jarak lapisan tersebut bisa mencapai ribuan bahkan sampai puluhan ribu kilometer dari planet ke luar angkasa.

C.      Macam-macam Lapisan Atmosfer Bumi

            Ada 5 lapisan yang menyelimuti atmosfer bumi, yaitu troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, ionosfer, dan eksosfer. Dari kelima lapisan atmosfer ini  memiliki ciri-ciri, fungsi serta jarak yang berbeda antara yang sau dengan yang lain. Beriku penjelasannya.

1.        Lapisan Troposfer

Lapisan ini berada pada level terendah, campuran gasnya paling ideal untuk menopang kehidupan dibumi. Dalam kehidupan terlindungi dari sengatan radiasi yang dipancarkan oleh benda-benda langit. Lapisan ini merupakan lapisan paling  tipis dari permukaan tanah, yaitu ±8 km di daerah kutub dan ±18 km didaerah khatulistiwa. Dalam lapisan ini, hamper semua jenis cuaca, perubahan suhu yang mendadak, angin, tekanan dan kelembaban yang kita rasakan sehari-hari berlangsung. Semakin naik ke atas maka suhu semakin turun. Setiap kenaikan 100 m suhu berkurang 0,61º C (Teori Braak). Pada lapisan ini terjadi peristiwa hujan, angin, salju, kemarau, dan sebagainya. Beberapa kegunaan dari lapisan ini adalah :

a.        Munculnya berbagai fenomena alam

Ada beberapa fenomena alam yang dapat terjadi pada lapisan troposfer  diantaranya adalah terjadinya angin yang sangat kencang, disusul dengan hujan deras dan petir yang silih berganti yang dimana awalnya ditandai dengan awan yang tebal. Manusia pada dasarnya hidup pada lapisan ini.

b.         Lapisan Pembatas (Tropopause)

Setelah lapisan troposfer, terdapat lapisan penyeimbang yang menyambungkan dengan lapisan atmosfer dalam tingkat lebih tinggi. Lapisan pembatas atau tropopause ini termasuk lapisan atmosfer yang dinilai konstan. Artinya pada lapisan pembatas ini segala unsur oksigen maupun karbondioksida sudah tidak ada. Sehingga dengan begitu makhluk hidup termasuk manusia     tidak akan hidup maupun mampu untuk tinggal lama.

c.         Suhu Pada Lapisan yang Berbeda-beda

Bentuk bumi yang bulat, namun letaknya yang mirip dengan orang ruku’ juga menyebabkan tingkat tingginya lapisan juga berbeda-beda. Misalnya seperti jarak permukaan bumi dengan daerah kutub, yakni hanya setinggi kurang lebih 8 km dengan suhu kelembaban udara kurang lebih -46⁰ C. Lain lagi didaerah yang beriklim sedang memiliki jarak dengan troposfer sebesar 11 km dengan suhu -50⁰ C. Lain lagi dengan daerah yang berada di kawasan garis khatulistiwa memiliki ketinggian sekitar 16 km dengan suhu kurang lebih -50⁰ C.

d.        Keadaan Suhu Lapisan Troposfer

Sebagaimana manfaat dari troposfer adalah menyeimbangkan suhu dan udara, namun pada lapisan troposfer tidak bisa menyeimbangkan suhu atau temperatur. Maka dari itu, kita saksikan bahwa adanya perbedaan suhu antara tempat satu dengan lainnya.

2.        Lapisan Stratosfer

            Lapisan ini berada pada ketinggian sekitar 11 km sampai 50 km diatas lapisan troposfer. Suhu di lapisan stratosfer ini yang paling bawah relative stabil dan sangat dingin yaitu -70º F atau sekitar -57º C. pada lapisan ini, angin yang sangat kencang terjadi dengan pola aliran yang tertentu. Di lapisan ini tidak berlaku hukum gradient geothermis, karena semakin tinggi posisi ditempat ini, suhu akan semakin naik. Hal ini disebabkan kandungan uap air hampir tidak ada dan adanya lapisan ozon. Awan tinggi jenis cirrus kadang-kadang terjadi dilapisan paling bawah, namun tidak ada pola cuaca yang signifikan yang terjadi pada lapisan ini.

            Dari bagian tengah stratosfer keatas, pola suhunya berubah menjadi semakin bertambah seiring kenaikan ketinggian. Hal ini dikarenakan bertambahnya lapisan dengan konsentrasi ozon. Lapisan ozon ini menyerap radiasi sinar ultraviolet. Suhu pada lapisan ini bisa mencapai sekitar 18ºC pada ketinggian 40 km. Pada lapisan stratosfer ini, temperatur akhir bisa naik mencapai 55ºC. Batas yang menandai berakhirnya lapisan ini disebut Stratopause.

            Lapisan stratosfer dibagi menjadi 3 lapisan :

a.         Lapisan isotherm, terletak anatara 16 – 20 km dengan temperatur yang tetap, yaitu -50ºC.

b.        Lapisan panas, terletak antara 21 – 35 km dengan temperatur antara -50º C sampai +50 º C.

c.         Lapisan campuran teratas, terletak antara 36 – 50 km dengan temperatur antara    -70º C sampai +80º C.

3.        Lapisan Mesosfer

Lapisan mesosfer adalah lapisan pada ketinggin 50 km sampai dengan 75 km diatas permukaan bumi. Lapisan ketiga dari atmosfer ini terjadi penurun suhu yang cukup signifikan setiap bertambahnya ketinggian. Suhu pada lapisan mesosfer bisa mencapai 0,4°C setiap pada ketinggian 100 meter. Jika anda bertanya kenapa meteor yang sangat besar dapat hancur sebelum masuk ke bumi? Alasannya adalah pada lapisan mesosfer setiap benda luar angkasa yang masuk akan dibakar dan diurai menjadi debu. Karena pada lapisan ini pada ketinggian terendah mesosfer suhu berkisar 10°C dan jarak tertinggi bersuhu -120°C.

Mesosfer memiliki ciri-ciri ketinggian lapisan antara 50 km sampai 75 km. Dan pada lapisan ini suhu tidak stabil, setiap jarak 100 meter maka suhu akan berkurang  0,4°C. Berikut ciri-ciri lain dari lapisan mesosfer :

a.        Pelindung Bumi dari Benda Luar Angkasa

Bagaimana cara lapisan mesosfer melindungi bumi dari luar angkasa? Caranya adalah dengan memanfaatkan ketidakstabilan suhu pada tiap 100 meter. Sehingga bagi benda luar angkasa yang hendak masuk akan menjadi hangus dan bahkan menjadi debu sebelum sampai ke bumi.

b.        Perubahan Cuaca dan Suhu

Di nilai cukup ekstrim keadaan suhu dan cuacanya, yakni berkisar antara 10° C dan jarak tertinggi bersuhu -120° C.

c.         Lapisan Pembatas Mesopause

Sama seperti 2 lapisan sebelumnya lapisan mesosfer berbatasan langsung dengan termosfer. Artinya pada lapisan ini sama sekali tidak ada udara. Bagian mesosfer yang berbatasan langsung dengan termosfer adalah lapisan mesopause atau bisa juga disebut lapisan peralihan.

4.        Lapisan Termosfer (ionosfer)

Termosfer adalah lapisan dimana terjadinya ionisasi partikel-partikel sehingga akan memberikan efek pada perambatan atau pemantulan gelombang radio, baik itu gelombang radio dengan frekuensi rendah maupun tinggi. Lapisan termosfer terletak pada ketinggian 80 km sampai 100 km. Setelah adanya lapisan mesosfer, terdapat lapisan yang lebih jauh dari mesosfer. Pada lapisan termosfer aurora dapat terbentuk. Berikut penjelasannya:

a.        Muncul Aurora

Lapisan termosfer juga disebut dengan ionosfer. Ini disebabkaan adanya              proses ionisasi pada partikel ataupun molekul. Adanya proses ionisasi sehingga mengakibatkan terjadinya berbagai reaksi penambahan dan pengurangan elektron yang nantinya akan menghasilkan cahaya berwarna-warni yang indah. Cahaya ini disebut dengan sebutan aurora.

b.        Perubahan Suhu

Perubahan suhu pada lapisan termosfer adalah berkisar antara 40°C  sampai dengan 1232°C.

c.         Bermuatan Listrik

Lapisan ionosfer terjadi banyak sekali proses ionisasi. Hal ini menyebabkan lapisan ini bermuatan listrik akibat adanya proses dan kegiatan ionisasi.

d.        Tempat Pemantulan Gelombang Radio

Banyak perusahan media televisi maupun radio memanfaat lapisan ini untuk pemantulan gelombang radio. Pada lapisan ini terpantul gelombang radio panjang maupun pendek yang mana berada pada sub lapisan Kennelly dan Appleton.

e.         Sub/Bagian Lapisan Ionosfer:

Ø  Lapisan Kennelly Heavyside atau di kenal dengan lapisan E yang berada pada ketinggian 100 kilo meter sampai dengan 200 kilo meter dari permukaan bumi

Ø  Lapisan Appleton atau biasa di kenal dengan lapisan F yang berada pada jarak 200 kilo meter sampai dengan 400 kilo meter dari permukaan bumi

Ø  Lapisan Atom yang berada pada jarak 400 kilo meter sampai dengan 800 kilo meter.

5.        Lapisan Eksosfer

Eksosfer adalah lapisan terakhir  yang menyelimuti bumi dengan jarak diatas 800 km sampai dengan 3260 km. Pada lapisan ini terjadi berbagai interaksi antara gas  yang ada di luar angkasa. Kekuatan atau gaya tarik bumi pada lapisan eksosfer rendah karena jaraknya yang cukup jauh dari permukaan bumi. Inilah sebabnya kenapa pengaruh gaya berat pada lapisan ini sangat kecil. Karena pada lapisan eksosfer mulai terjadinya interaksi yang sangat keras dengan susunan gas-gas yang ada di luar angkasa.

Sangat sedikit ditemukan gas pada lapisan eksosfer. Sehingga munculnya cahaya redup pada lapisan ini disebabkan karena unsur hidrogen sangat sedikit. Cahaya redup ini dikenal dengan cahaya zodiakal dan gegenscherin. Cahaya redup yang muncul ini pada dasarnya adalah hasil refleksi dari cahaya matahari yang mana kemudian dipantulkan oleh partikel debu meteoritik dan tidak terhitung  jumlahnya. Perlu diketahui lapisan eksosfer merupakan lapisan paling panas daripada 4 lapisan lainnya. Lapisan ini sering disebut pula dengan ruang antar planet dan geostasioner. Lapisan ini sangat berbahaya, karena merupakan tempat terjadi kehancuran meteor dari angkasa luar.