Perlu sahabat Geologinesia ketahui bahwa semakin tinggi atmosfer maka kerapatan dan suhunya semakin rendah. Hal ini dapat terlihat ketika kita pergi ke puncak gunung maka kita akan bernapas lebih berat daripada di lereng gunung.
Nah, pada tulisan ini kita akan lebih memfokuskan pembahasan urutan susunan lapisan atmosfer bumi berdasarkan perubahan sifat fisik berupa tekanan dan temperatur.
Apa itu Atmosfer Bumi ?
Sesungguhnya, atmosfer bumi tidak jauh berbeda dengan lautan yang membungkus permukaan bumi. Keduanya merupakan fluida yang membungkus permukaan bumi dan terikat secara gravitasi.Perbedaan yang mendasar antara atmosfer dan lautan adalah bahwa atmosfer merupakan campuran gas yang dapat dikompresi atau terekspansi, sedangkan lautan berisi cairan yang relatif tidak terkompresi.
Kemampuan kompresi dan ekspansi atmosfer secara substansial dipengaruhi oleh tekanan sehingga menyebabkan berbagai fenomena atmosfer seperti angin, mendung, hujan, iklim, cuaca, dan sebagainya (Petty, 2008).
Secara umum, atmosfer dipelajari dengan membaginya menjadi dua bagian regional yaitu : atmosfer regional rendah (lower) dan atmosfer regional atas (upper). Regional bawah adalah atmosfer dari permukaan bumi sampai ketinggian kira-kira 50 km. Ilmu untuk regional ini merupakan ilmu meteorologi. Sedangkan ilmu regional atmosfer atas (> 50 km), dikenal dengan ilmu aeronomi.
Oleh para ahli, pembagian lapisan atmosfer dilakukan dalam beberapa cara. Ada yang membaginya berdasarkan perubahan sifat fisik berupa tekanan dan temperatur, ada pula yang berdasarkan kehomogenan komposisi dan kerapatan gas penyusun atmosfer bumi pada setiap ketinggiannya (altitude).
Urutan Lapisan Atmosfer Bumi
Berdasarkan sifatnya, atmosfer bumi terbagi atas 5 lapisan. Susunan urutannya mulai dari bawah (permukaan bumi) sampai ke atas yaitu : Lapisan Troposfer, Lapisan Stratosfer, Lapisan Mesosfer, Lapisan Termosfer, dan Lapisan Eksosfer. |
| Gambar Lapisan-lapisan atmosfer, komposisi, profil, dan temperaturnya. |
Di bawah ini penjelasan urutan lapisan atmosfer dari yang paling dekat dengan bumi secara berurutan dan yang benar atau dengan kata lain lapisan atmosfer secara berurutan dari yang terendah hingga yang tertinggi adalah sebagai berikut:
Troposfer
Ciri khas lapisan troposfer yaitu lapisan ini merupakan lapisan yang paling dekat dan berinterakasi langsung dengan permukaan bumi sampai pada ketinggian rata-rata 11 km. Temperatur rata-ratanya 15 derajat celcius dipermukaan laut dan akan menurun seiring dengan bertambahnya ketinggian sampai kira-kira -56 derajat celcius pada bagian atas (tropopause). Tropopause merupakan lapisan transisi antara troposfer dan stratosfer.Lapisan troposfer utamanya disusun oleh gas-gas poliatomik yang mempunyai densitas relatif lebih besar. Gas-gas rumah kaca (GKR), oksigen dan nitrogen sangat dominan di lapisan ini. Uap air, awan, hujan (presipitasi), merupakan variable gas yang sangat berpengaruh pada fenomena troposfer.
Manfaat atau fungsi lapisan troposfer adalah menjaga suhu atmosfer agar tetap hangat untuk menopang reaksi kimia dan biokimia di permukaan bumi. Hal ini lebih banyak dilakukan oleh gas-gas rumah kaca (GKR) sebagai konstituen atmosfer.
Dalam termodinamika kimia, zat-zat poliatomik ini menyerap energi tinggi (UV panjang atau IR) dan setelah mengalami proses internal molekul (dilatasi, translasi, dan sebagainya) akan mengemisikan kembali dalam bentuk spektrum dengan energi labih rendah (gelombang lebih panjang dan panas).
Stratosfer
Stratosfer adalah lapisan yang berada pada ketinggian rata-rata 11 km sampai kira-kira 50 km, temperatur rata-rata naik dari -56 derajat celcius sampai -2 derajat celcius di bagian atas (stratopause). Stratopause merupakan lapisan transisi antara stratosfer dan mesosofer. Kenaikan temperatur yang terjadi utamanya karena penyerapan radiasi ultraviolet oleh lapisan ozon di atmosfer.Dibagian atas lapisan ini terjadi penyerapan spektrum ultra violet (UV) energi yang lebih tinggi karena makin banyaknya molekul-molekul poliatomik. Sedangkan di bagian yang lebih bawah, penyerapan spektrum UV lebih rendah, sebanding dengan penurunan jumlah molekul poliatomik dan meningkatnya molekul diatomik atau monoatomik.
Lapisan stratosfer bagian atas didominasi oleh proses pembentukan ozon dengan menyerap energi UV tinggi, dan meradiasikan IR tinggi. Sedangkan bagian bawah, didominasi oleh proses pemecahan ozon dengan menyerap UV lebih rendah, dan meradiasikan IR lebih rendah dibanding bagian atas.
Fungsi stratosfer yang paling utama adalah untuk melindungi permukaan bumi dari radiasi Ultra Violet (UV) yang berlebihan. Kita ketahui bersama bahwa spektrum yang diradiasikan matahari sangat kompleks, dari paket energi sangat tinggi sampai paket energi sangat rendah. Sehingga ada yang sangat diperlukan sebagai sumber energi di kehidupan bumi, tetapi adapula yang tidak mampu diterima oleh sistem kehidupan di bumi.
Mesosfer
Sedangkan untuk lapisan mesosfer letaknya berada pada ketinggian rata-rata 50 km sampai dengan 85 km dari permukaan bumi. Profil temperaturnya sama dengan troposfer, menurun dengan bertambahnya ketinggian, dari -2 derajat celcius sampai sekitar -92 derajat celcius pada bagian lapisan paling atas (mesopause). Mesopause merupakan lapisan transisi antara mesosfer dan termosfer.Di daerah mesosfer kadang teramati fenomena aurora, karena terjadi proses ionisasi gas-gas penyusunnya. Gas-gas menerima radiasi spektrum energi lengkap dari matahari. Spektrum energi tinggi ini yang sangat berpengaruh pada orbital elektron setiap atom, sehingga terjadi proses-proses yang berkaitan dengan ionisasi.
Pada lapisan mesosfer konsentrasi gas ozon makin berkurang tajam ketika altitude makin tinggi, sehingga UV terserap juga makin sedikit. Sebagai akibatnya suhu makin ke atas akan makin turun. Laju penurunan temperatur tersebut dilaporkan rata-rata 0,4 derajat celcius per seratus meter. Penurunan suhu (temperatur) yang demikian menandakan mesosfer memiliki kesetimbangan termal negatif.
Termosfer
Untuk lapisan termosfer mempunyai ciri khas berada pada ketinggian 85 km sampai dengan 500 km. Termosfer berisi lapisan gas dengan kerapatan rendah dan profil temperatur dapat naik sampai 1200 derajat celcius.Kenaikan terjadi karena penyerapan radiasi dengan panjang gelombang <200 nm oleh jenis gas-gas penyusun termosfer. Temperatur pada lapisan termosfer ini sangat tergantung pada aktifitas matahari (sunspots atau flares)
Fungsi termosfer yaitu merupakan tempat terjadinya ionisasi partikel-partikel yang dapat memberikan efek pada perambatan/refleksi gelombang radio, baik gelombang panjang maupun pendek. Pada lapisan ini juga, molekul-molekul gas seperti oksigen (O2) akan bertindak sebagai emitter IR dan mengalami reaksi dissosiasi (fotolisis) dengan energi tinggi UV gelombang pendek, sehingga terjadi kelangkaan molekul poliatomik. Kelangkaan molekul poliatomik ini menyebabkan emisi IR rendah, dan energi tetap tersimpan pada molekul gas di daerah ini.
Lapisan Eksosfer
Eksosfer adalah lapisan udara kelima, eksosfer terletak diatas termosfer sampai pada ketinggian sekitar 1000 km dari permukaan bumi. Pada lapisan ini merupakan tempat terjadinya gerakan atom-atom secara tidak beraturan.Lapisan eksosfer merupakan lapisan paling panas dan molekul udara dapat meninggalkan atmosfer sampai ketinggian 3.150 km dari permukaan bumi. Lapisan ini sering disebut pula dengan ruang antar planet dan geostasioner. Lapisan ini sangat berbahaya, karena merupakan tempat terjadi kehancuran meteor dari angkasa luar.
Demikian penjelasan singkat mengenai urutan lapisan atmosfer bumi, semoga sobat Geologinesia bisa mengembangkan materi ini sesuai dengan disiplin ilmu masing-masing.
Pertanyaan yang terjawab dengan materi ini adalah: urutan lapisan atmosfer dari yang paling dekat dengan bumi, lapisan atmosfer secara berurutan dari yang terendah hingga yang tertinggi adalah, lapisan atmosfer secara berurutan, susunan lapisan-lapisan atmosfer yang benar, urutan lapisan atmosfer, urutan lapisan atmosfer yang tepat.
Referensi: Petty, Grant W. A First Course in Atmospheric Thermodynamics. 1st. Madison, Wisconsin: Sundog Publisher, 2008. Holton, J.R, P.H. Haynes, M.E. McIntyre, A.R. Douglass, R.B. Rood, and L. Pfister. "Strattosphere-troposphere exchange."Rev. Geophysics. vol 33, 1995: 403-439. Manahan, Stanley E. The Atmosphere and Atmospheric Chemistry-Environmental Chemistry. Boca Raton: CRC Press LLC, 2000.
Update: Agustus 2021.