Anomali Air

Pernah minum teh botol, coca cola botol dll. ? Perhatikan botolnya. Bandingkan dengan botol bir bintang atau botol anggur orang tua. Mengapa botol coca cola atau botol teh lebih tebal daripada botol bir bintang atau botol anggur orang tua ? Biasanya botol minuman dingin lebih tebal dari botol minuman panas Mengapa demikian ? Agar lebih memahami hal ini, coba lakukan percobaan sederhana berikut ini. Siapkan sebuah botol bir bintang atau botol anggur orang tua. Jika tidak ada, gunakan saja botol lain asalkan botol tersebut tidak tebal. Anda punya freezer ? Masukkan air ke dalam botol lalu simpan botol di dalam freezer hingga air yang ada di dalam botol membeku. Setelah itu, segera pergi dari rumah agar tidak dimarahi ayah atau ibu. Botol bisa pecah ketika air membeku. Ketika hendak membuat es, biasanya air dibungkus dalam plastik. Plastik bersifat plastis sehingga ketika es batu mengembang, plastik juga mengembang. Plastik menjadi lebih gemuk setelah air berubah menjadi es. Aneh ya ? Seharusnya benda menyusut ketika suhunya berkurang. Mengapa air memuai ketika suhunya berkurang ?  Keanehan air ini dikenal dengan sebutan anomali air.

Setiap benda memuai (volume benda bertambah) ketika suhu benda bertambah dan benda menyusut (volume benda berkurang) ketika suhu benda berkurang. Air juga memuai ketika suhunya bertambah dan menyusut ketika suhunya berkurang, tetapi tidak pada suhu 0^oC – 4^oC. Antara suhu 0 ^oC sampai 4 ^oC, volume air berkurang (air menyusut) seiring bertambahnya suhu. Jika kita memanaskan air pada suhu 0 ^oC, semakin panas air, semakin berkurang volume air. Proses penyusutan terhenti ketika air mencapai suhu 4 ^oC. Di atas 4 ^oC, volume air bertambah (air memuai) seiring bertambahnya suhu. Sebaliknya, air memuai (volume air bertambah) ketika suhunya berkurang dari 4 ^oC sampai 0 ^oC.

Misalnya kita masukkan air bersuhu 30^oC ke dalam freezer. Ketika berada di dalam freezer, suhu air berkurang. Pada saat suhu air berkurang, volume air juga berkurang (air menyusut). Ketika mencapai suhu 4 ^oC, air mulai memuai (volume air bertambah). Pemuaian air terhenti ketika suhunya mencapai 0 ^oC. Berbeda dengan benda lain yang terus menyusut (volume benda berkurang)  ketika suhu benda tersebut berkurang hingga 0^oC.

Ketika benda menyusut (volume benda berkurang), massa jenis atau kerapatan benda bertambah. Sebaliknya, ketika benda memuai (volume benda bertambah), massa jenis atau kerapatan benda berkurang. Rumus massa jenis = massa / volume. Massa benda selalu tetap. Sedangkan volumenya bisa berubah-ubah, tergantung dari suhu. Air menyusut (volume air berkurang)  hanya sampai pada suhu 4 ^oC karenanya air memiliki massa jenis paling besar pada suhu 4 ^oC.

Perhatikan grafik di bawah. Grafik ini menyatakan hubungan antara volume dan suhu air.

Manfaat Anomali Air

Manfaat anomali air sangat dirasakan di daerah yang mempunyai musim dingin. Ketika musim dingin tiba, suhu udara berkurang. Permukaan air bersentuhan dengan udara karenanya suhu air yang berada di permukaan sungai atau permukaan danau juga berkurang. Karena suhu air menurun, maka volume air juga berkurang. Karena volume air berkurang, maka massa jenis air bertambah. Air yang berada di permukaan memiliki massa jenis yang lebih besar dibandingkan air yang berada di bawah. Karena mempunyai massa jenis lebih besar maka air yang berada di permukaan bergerak ke bawah (tenggelam). Air yang berada di bawah mempunyai massa jenis lebih besar sehingga bergerak ke atas (terapung). Proses ini terjadi sampai suhu air mencapai 4 ^oC. Ingat ya, air menyusut (volume air berkurang) hanya sampai 4 ^oC. Karenanya, air memiliki massa jenis paling tinggi pada suhu 4 ^oC.

Ketika suhu air di permukaan sungai atau permukaan danau menjadi lebih kecil dari 4 ^oC, maka air yang ada di permukaan memuai (volume air bertambah). Karena volume air bertambah maka massa jenis air berkurang. Massa jenis air yang ada di permukaan lebih kecil dari massa jenis air yang ada di sebelah bawah, sehingga air yang berada di permukaan tidak bisa bergerak ke bawah. Air yang ada di permukaan tetap berada di atas dan lebih dahulu membeku seiring berkurangnya suhu air menjadi 0^oC. Karena bersentuhan dengan air yang berada di permukaan, maka air yang berada di sebelah bawah dekat permukaan juga mulai membeku seiring berkurangnya suhu air tersebut menjadi 0^oC. Demikian seterusnya. Jadi proses pembekuan bermula dari air yang berada di permukaan. Air yang ada di dasar danau atau dasar sungai biasanya tidak membeku, karena suhu udara tidak sangat dingin. Karena air yang ada di dasar tidak mendapat jatah es batu, maka ikan-ikan dan makhluk hidup yang berada di dasar danau atau dasar sungai tetap hidup selama musim dingin.

Proses Terjadinya Petir

Pada saat terjadi petir, kita melihat ada kilatan cahaya. Kemudian disusul dengan suara gemuruhnya. Mengapa suara petir lebih lambat dibandingkan dengan kilatnya? Karena kecepatan cahaya lebih cepat daripada kecepatan rambat bunyi di udara. Oleh karena itu, saat kita melihat petir atau kilat setelahnya kita baru mendengar gemuruhnya petir.

Pada proses terjadinya petir, awan di angkasaada yang bermuatan negatif da nada yang bermuatan positif. Sedangkan pada permukaan bumi bermuatan netral. Karena ada perbedaan potensian antara bumi dan awan maka akan terjadi petir. Karena awan bergerak terus dengan bantuan angin, awan yang bermuatan positif akan mengumpul dengan awan muatan positif lainnya. Muatan positif di awan bisa berada di bagian atas atau bagian bawah awan. Begitu sebaliknya jika muatan positf posisinya berada si atas, maka muatan negative berada di bagain bawah awan.

Pada saat terjadi beda potensial yang tinggi antara awan dengan bumi, maka awan akan melepaskan muatan negatifnya agar terjadi kesetimbangan muatan. Electron atau muatan positif yang mengalir ke kumi itulah yang sebut dengan petir. Proses loncatan elekron tersebut melalui media udara. Suara petir berasal dari loncatan elekron yang menembus batas isolasi udara. Loncatan electron yang berupa bunga api tersebut sangat besar dan sangat panas. Pada saat bunga api itu melewati udara, udara tersebut akan memuai. Pemuaian yang secara tiba-tiba atau dalam waktu yang singkat itulah yang menyebabkan suara petir.

Penyebab proses terjadinya petir:

Pada saat ion bebas yang memiliki muatan negatif dan muatan positif berkumpul di awan. Awan yang bergerak oleh tiupan angin akan bergesakan dengan awan yang lainnya dan terjadinya ionisasi karena titik-titik air yang berubah menjadi gas karena mengalami penguapan atau bisa juga sebaliknya. Kita bisa lihat awan yang bergerak ada kumpulan awan yang besar dan kumpulan awan yang kecil.  Pada saat mereka bergerak dan bertemu akan terjadi beda potensial yang tinggi. Pada saat terjadi beda potensial yang sangat tinggi inilah electron akan terlepas ke permukaan bumi untuk menyeimbangkan muatan sehingga terjadilah petir. Kesetimbangan jumlah muatan jika muatan negetif di awan dan muatan positf di bumi sama.

Kesimpulan proses terjadinya petir adalah karena beda potensial yang tinggi pada awan yang memiliki kelebihan muatan negatif pada lapisan bawah permukaan awan akan di buang ke bumi untuk menyeimbangkan muatannya. Sedangkan di bumi terdapat muatan positif. Nah pada pembuangan elektron itulah terjadinya petir.

Terjadinya Pasang Surut LAut

Pasang surut laut merupakan suatu fenomena pergerakan naik turunnya permukaan air laut secara berkala yang diakibatkan oleh kombinasi gaya gravitasi dan gaya tarik menarik dari benda-benda astronomi terutama oleh matahari, bumi dan bulan. Pengaruh benda angkasa lainnya dapat diabaikan karena jaraknya lebih jauh atau ukurannya lebih kecil.

Faktor non astronomi yang mempengaruhi pasut terutama di perairan semi tertutup seperti teluk adalah bentuk garis pantai dan topografi dasar perairan.

Puncak gelombang disebut pasang tinggi dan lembah gelombang disebut pasang rendah.

Perbedaan vertikal antara pasang tinggi dan pasang rendah disebut rentang pasang surut (tidal range).

Periode pasang surut adalah waktu antara puncak atau lembah gelombang ke puncak atau lembah gelombang berikutnya. Harga periode pasang surut bervariasi antara 12 jam 25 menit hingga 24 jam 50 menit.

Pasang purnama (spring tide) terjadi ketika bumi, bulan dan matahari berada dalam suatu garis lurus. Pada saat itu akan dihasilkan pasang tinggi yang sangat tinggi dan pasang rendah yang sangat rendah. Pasang surut purnama ini terjadi pada saat bulan baru dan bulan purnama.

Pasang perbani (neap tide) terjadi ketika bumi, bulan dan matahari membentuk sudut tegak lurus. Pada saat itu akan dihasilkan pasang tinggi yang rendah dan pasang rendah yang tinggi. Pasang surut perbani ini terjadi pasa saat bulan 1/4 dan 3/4.

Gambar. Spring Tide dan Neap Tide

Tipe pasut ditentukan oleh frekuensi air pasang dengan surut setiap harinya. Hal ini disebabkan karena perbedaan respon setiap lokasi terhadap gaya pembangkit pasang surut. Jika suatu perairan mengalami satu kali pasang dan satu kali surut dalam satu hari, maka kawasan tersebut dikatakan bertipe pasut harian tunggal (diurnal tides), namun jika terjadi dua kali pasang dan dua kali surut dalam sehari, maka tipe pasutnya disebut tipe harian ganda (semidiurnal tides). Tipe pasut lainnya merupakan peralihan antara tipe tunggal dan ganda disebut dengan tipe campuran (mixed tides) dan tipe pasut ini digolongkan menjadi dua bagian yaitu tipe campuran dominasi ganda dan tipe campuran dominasi tunggal.

Selain dengan melihat data pasang surut yang diplot dalam bentuk grafik (tentunya susah jika datanya banyak ya…), tipe pasang surut juga dapat ditentukkan berdasarkan bilangan Formzal (F) yang dinyatakan dalam bentuk:

F = [A(O1) + A(K1)]/[A(M2) + A(S2)]

dengan ketentuan :

• F ≤ 0.25      : Pasang surut tipe ganda (semidiurnal tides)
• 0,25<F≤1.5 : Pasang surut tipe campuran condong harian ganda (mixed mainly semidiurnal tides)
• 1.50<F≤3.0 : Pasang surut tipe campuran condong harian tunggal (mixed mainly diurnal tides)
• F > 3.0        : Pasang surut tipe tunggal (diurnal tides)

Dimana:

• F : bilangan Formzal
• AK_{1 :} amplitudo komponen pasang surut tunggal utama yang disebabkan oleh gaya tarik bulan & matahari
• AO_{1 :} amplitudo komponen pasang surut tunggal utama yang disebabkan oleh gaya tarik bulan
• AM_{2 :} amplitudo komponen pasang surut ganda utama yang disebabkan oleh gaya tarik bulan
• AS_{2 :} amplitudo komponen pasang surut ganda utama yang disebabkan oleh gaya tarik matahari

Karena sifat pasang surut yang periodik, maka ia dapat diramalkan. Untuk meramalkan pasang surut, diperlukan data amplitudo dan beda fasa dari masing-masing komponen pembangkit pasang surut. Komponen-komponen utama pasang surut terdiri dari komponen tengah harian dan harian. Namun demikian, karena interaksinya dengan bentuk (morfologi) pantai dan superposisi antar gelombang pasang surut komponen utama, akan terbentuklah komponen-komponen pasang surut yang baru.

Pada buku peramalan pasang surut yang dikeluarkan oleh DISHIDROS dan BOKOSURTANAL tertulis nilai komponen pasut tersebut baik amplitudo maupun fase pada beberapa lokasi di perairan Indonesia. Nah dengan mengetahui amplitudo komponen tersebut, maka dapat dihitung kan nilai bilangan Formzal nya..so tipe pasutnya dapat ditentukan.

Nah mungkin sedikit bingung tentang apa itu komponen M2, S2, O1, K1, P1 , M4, MS4 dan lain-lain.. (saya akan coba jelaskan pada tulisan berikutnya… so sabar dulu ya..)

Daftar Istilah pada pasang surut

Mean Sea Level (MSL) atau Duduk Tengah adalah muka laut rata-rata pada suatu periode pengamatan yang panjang, sebaiknya selama 18,6 tahun.

Mean Tide Level (MTL) adalah rata-rata antara air tinggi dan air rendah pada suatu periode waktu.

Mean High Water (MHW) adalah tinggi air rata-rata pada semua pasang tinggi.

Mean Low Water (MLW) adalah tinggi air rata-rata pada semua surut rendah.

Mean Higher High Water (MHHW) adalah tinggi rata-rata pasang tertinggi dari dua air tinggi harian pada suatu periode waktu yang panjang. Jika hanya satu air tinggi terjadi pada satu hari, maka air tinggi tersebut diambil sebagai air tinggi terttinggi.

Mean Lower High Water (MLHW) adalah tinggi rata-rata air terendah dari dua air tinggi harian pada suatu periode waktu yang panjang. Hal ini tidak akan terjadi untuk pasut harian (diurnal).

Mean Higher Low Water (MHLW) adalah tinggi rata-rata air tertinggi dari dua air rendah harian pada suatu periode waktu yang panjang. Hal ini tidak akan terdapat pada pasut diurnal.

Mean Lower Low Water (MLLW) adalah tinggi rata-rata air terendah dari dua air rendah harian pada suatu periode waktu yang panjang. Jika hanya satu air rendah terjadi pada satu hari, maka harga air rendah tersebut diambil sebagai air rendah terendah.

Mean High Water Springs (MHWS) adalah tinggi rata-rata dari dua air tinggi berturut-turut selama periode pasang purnama, yaitu jika tunggang (range) pasut itu tertinggi.

Mean Low Water Springs (MLWS) adalah tinggi rata-rata yang diperoleh dari dua air rendah berturut-turut selama periode pasang purnama.

Mean High Water Neaps (MHWN) adalah tinggi rata-rata dari dua air tinggi berturut-turut selama periode pasut perbani (neap tides), yaitu jika tunggang (range) pasut paling kecil.

Mean Low Water Neaps (MLWN) adalah tinggi rata-rata yang dihitung dari dua air berturut-turut selama periode pasut perbani.

Highest Astronomical Tide (HAT)/Lowest Astronomical Tide (LAT) adalah permukaan laut tertinggi/terendah yang dapat diramalkan terjadi di bawah pengaruh keadaan meteorologis rata-rata dan kombinasi keadaan astronomi. Permukaan ini tidak akan dicapai pada setiap tahun. HAT dan LAT bukan permukaan laut yang ekstrim yang dapat terjadi, storm surges mungkin saja dapat menyebabkan muka laut yang lebih tinggi dan lebih rendah. Secara umum permukaan (level) di atas dapat dihitung dari peramalan satu tahun. Harga HAT dan LAT dihitung dari data beberapa tahun.

Mean Range (Tunggang Rata-rata) adalah perbedaan tinggi rata-rata antara MHW dan MLW.

Mean Spring Range adalah perbedaan tinggi antara MHWS dan MLWS.

Mean Neap Range adalah perbedaan tinggi antara MHWN dan MLWN.