Makalah Oseanografi Fisis (Perambatan Suara Dan Bunyi Di Laut)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Cahaya dan suara merupakan dua hal yang tidak terlepas dari kehidupan

suatu organism dalam menjalankan kehidupan sehari-hari. Cahaya merupakan

salah satu hal terpenting dari kehidupan. Hal tersebut disebabkan karena cahaya

memiliki banyak manfaat. Sebagai salah satu contoh cahaya matahari yang dapat

digunakan sebagai sumber energi bagi tumbuhan untuk melakukan fotosintesis.

Selain itu, suara juga memiliki peranan penting dalam kehidupan sehari-hari.

Salah satu contoh kecil saja yang dapat kita lakukan sehari-hari adalah suara yang

dikeluarkan oleh pita suara yang dimiliki oleh manusia normal pada umumnya

dapat kita dengar di telinga manusia normal pada umumnya.

Cahaya dan Suara merupakan gelombang. Hal tersebut, bisa kita jelaskan

dengan contoh diatas. Cahaya matahari dapat digunakan sebagai media

berfotosintesis tumbuhan karena gelombang cahaya matahari tersebut merambat.

Begitu pula suara yang yang manusia normal dengar karena gelombang suara itu

sendiri merambat.

Tetapi, kedua perambatan gelombang tersebut terjadi pada daratan atau

dengan kata merambat melalui udara. Kedua gelombang tersebut juga merambat

di laut. Oleh karena itu, hal tersebut yang menjadi latar belakang penulisan

makalah ini yang berjudul “Perambatan Suara dan Cahaya di Laut”.

1

1.2. Tujuan

Tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.

Pembaca dapat mengetahui pembagian kolom air berdasarkan banyaknya

cahaya

Pembca dapat mengetahui atenuasi cahaya oleh proses penyerapan dan

penghamburan

Pembaca dapat mengetahui penyerapan cahaya dan warna air laut.

Pembaca mengetahui kecepatan suara sebagai fungsi dari temperature,

salinitas dan tekanan.

Pembaca mengetahui distribusi kecepatan suara secara vertical, refraksi

gelombang suara dan kanal suara.

1.3. Manfaat

Manfaat dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.

Dapat mengetahui pembagian kolom air berdasarkan banyaknya cahaya

Dapat mengetahui atenuasi cahaya oleh proses penyerapan dan

penghamburan

Dapat mengetahui penyerapan cahaya dan warna air laut.

Dapat mengetahui kecepatan suara sebagai fungsi dari temperatur, salinitas

dan tekanan.

Dapat mengetahui distribusi kecepatan suara secara vertikal, refraksi

gelombang suara dank anal suara.

2

BAB 2

PEMBAHASAN

Manusia umumnya biasa menganggap penglihatan lebih penting dari pada

pendengaran. Cahaya bergerak lebih cepat dan menembus atmosfer lebih jauh dari

bunyi sehingga kita dapat menggunakan penglihatan kita lebih baik dan umumnya

radiasi elektromagnetik dalam pengamatan ilmiah. Untuk hewan di laut,

pendengaran adalah indera terpenting. Bunyi melewati air dengan baik sehingga

memungkinkan pelacakan objek-objek (contoh, echo-sounding) dan transmisi

informasi (contoh, ‘nyanyian’ ikan paus). Cahaya menembus air relatif pendek

sehingga sebagian besar lautan gelap.

1.1. Pembagian Kolom Air Berdasarkan Banyaknya Cahaya

Menurut (Ikbal,2012) pembagian kolom air berdasarkan intensitas cahaya

terbagi atas dua, yakni zona fotik dan zona afotik. Dalam (Supangat, 2010)

dijelaskan bahwa Zona yang teriluminasi dimana intensitas cahaya cukup untuk

produksi fotosintesis menyebabkan sejumlah pertumbuhan fitoplankton disebut

zona fotik (atau zona eufotik). Semakin besar jernih air dan semakin tinggi

matahari di langit, dan semakin dalam cahaya menembus air maka semakin dalam

fotosintesis dapat terjadi. Zona fotik dapat mencapai kedalaman 200 m di air

jernih laut lepas dan berkurang hingga 40 m di paparan benua, dan minimum 15

m di beberapa perairan pantai. Hanya pada dasar laut cukup dangkal yang

termasuk dalam zona fotik yaitu bottom-dwelling atau tumbuhan bentik (contoh

rumput laut) dapat tumbuh atau semua tumbuhan hidup lautan yang terapung

disebut planktonik. Panjang gelombang cahaya juga penting dalam proses

fotositesis.

Antara zona fotik dan lantai laut terdapat zona afotik dimana tumbuhan

tidak dapat hidup lama karena intensitas cahaya yang tidak cukup untuk produksi

fotosintesis dan memenuhi kebutuhan respirasi. Cahaya tidak dapat menembus

3

kedalaman di bawah 1000 m (Gambar 1). Ini berarti bahwa di seluruh lautan tidak

terdapat cahaya luar. Cahaya yang tersedia hanyalah dari ikan-ikan dan organisme

yang memiliki organ bioluminescent (menghasilkan cahaya) dan oleh

penjelajahan manusia yang menggunakan penyelaman dan peralatan lain. Istilah

zona afotik kadang-kadang terbatas untuk kedalaman di bawah 1000 m dimana

tidak terdapat cahaya dan daerah antara kedalaman tersebut dan zona fotik disebut

zona disfotik (atau dysfotik).

1.2. Atenuasi Cahaya oleh Proses Penyerapan dan Penghamburan

Cahaya adalah bentuk radiasi elektromagnetik yang bergerak dengan

kecepatan yang mendekati 3 X 108 ms-1 dalam ruang hampa (berkurang menjadi

2,2 X 108 ms-1 dalam air laut). Oseanografer tertarik pada cahaya bawah air

dalam konteks penglihatan dan fotosintesis. Ketika cahaya menjalar dalam air,

intensitasnya berkurang secara eksponensial terhadap jarak dari titik sumber;

4

Beradasarkan gambar 1.1 di atas, dapat dilihat bahwa intensitas cahaya berkurang

deiring dengan bertambahnya kedalaman lautan. Sehingga, pada kedalaman yang

tinggi, cahaya akan semakin berkurang.

Kehilanga intensitas secara eksponensial disebut atenuasi. Hal ini

disebabkan oleh dua hal:

a. Penyerapan

Penyerap dalam air laut adalah:

Alga (fitoplankton) menggunakan cahaya sebagai sumber energi untuk

fotosintesis.

Cahaya matahari merupakan energi penggerak utama bagi seluruh

ekosistem termasuk di dalamnya ekosistem perairan. Cahaya matahari

menghasilkan panas sebesar 10 26 Kalori/detik, namun hanya sebagian kecil

dari panas tersebut yang mampu diserap dan masuk ekosistem perairan. Dari

bagian kecil yang memasuki ekosistem perairan hanya sebagian kecil yang

mampu diserap oleh organisme autotrop seperti fitoplankton. Cahaya adalah

sumber energi dasar bagi pertumbuhan organisme autotrop terutama

fitoplankton yang pada gilirannya mensuplai makanan bagi seluruh kehidupan

di perairan. Proses produksi di laut dimulai dari oraganisme autotrop yang

mampu menyerap energi matahari. Tingkatan produksi di laut digambarkan

dengan bentuk piramida makanan yang menunjukan tingkatan tropic atau

rantai makanan antara produser dan consumer. Organisme autotrop menempati

dasar piramida yang menunjukkan bahwa organisme ini memiliki jumlah

5

Gambar 1. Hubungan antara iluminasi dan kedalaman lautan. (a) plot intensitascahaya pada skala linear, hingga kedalaman 300 m. (b) plot intensitas cahaya pada skala logaritma hingga kedalaman 1500 m. Kurva pada (a) korespon ke ujung kanan garis diagonal terbawah pada (b)

terbesar dan menjadi penopang seluruh kehidupan pada tingkat tropic di

atasnya

Bahan organik dan inorganik dalam suspensi (selain alga)

Dalam (Supangat,2010) dijelaskan bahwa pada konsentrasi normal,

partikel inorganik dan organik selain alga menyerap dengan lemah tetapi

tersebar dengan baik. Penyerapan yang sedikit terutama dalam kisaran biru

sehingga pengaruhnya cenderung tertutup oleh senyawa organik terlarut.

Senyawa-senyawa organik terlarut.

Senyawa organic yang larut dalam air merupakan salah satu factor yang

dapat menyerap cahaya. Senyawa organic yang berupa hasil metabolic

menyebabkan air pada daratan berwarna kuning-coklat yang kemudian, air

tersebut dibawa ke laut oleh sungai. Pada gambar 2, dapat dilihat bahwa warna

kuning banyak menyerap panjang gelombang pendek.

Air

Air merupakan salah satu penyerap dalam penyerapan cahaya. Air akan

menyerap cahaya dengan berbagai panjang gelombang. Hal ini akan lebih

dijelaskan pada Subbab berikutnya.

b. Penyebaran

Dalam (Supangat, 2010) menyatakan bahwa penyebaran adalah merubah

arah energi elektromagnetik hasil multi refleksi dari partikel-partikel

tersuspensi. Penyebaran biasanya kedepan pada sudut yang kecil kecuali oleh

partikel yang sangat kecil, yaitu jalur penyebaran cahaya hingga sedikit

terdefleksi dari arah awal penyebaran. Jadi, semakin banyak yang tersuspensi

(air semakin keruh) akan semakin besar tingkat penyerapan dan penyebaran.

6

Berdasarakan penjelasan di atas, dapat dinyatakan bahwa suatu cahaya

akan mengalami penyebaran jika air mengalami suspensi atau dengan

bahasan yang lebih sederhana air tersebut mengalami pengeruhan. Sehingga

dinyatakan diatas bahwa tingkat kekeruhan suatu air akan meningkatkan

penyebaran suatu cahaya. Selain itu, dapat dinyatakan juga bahwa factor

penyebaran cahaya adalah suspensi.

1.3. Penyerapan Cahaya dan Warna Air Laut

Cahaya yang di hasilkan dari sumber akan diserap oleh benda yang ada si

sekitarnya. Sebagai salah satu contohnya yaitu matahari yang mengeluarkan sinar

akan diserap oleh makhluk hidup berupa tumbuhan autotrof yang memakainya

dalam melakukan fotosintesis.

Seperti yang telah diketahui bahwa atenuasi sinar bawah air disebabkan

oleh penyerapan dan penyebaran. Dalam (Supangat,2010) dijelaskan bahwa

prinsip penyerap dalam laut seperti yang di tuliskan diatas, menyerap gelombang

sinar yang berbeda dan jumlah yang berbeda. Penyerapan cahaya di laut ini akan

menyebabkan perbedaan warna air laut. Karena cahaya (Matahari) akan diserap

oleh air laut dalam jumlah dan panjang gelombang yang berbeda.

7

Dari Grafik diatas dapat diketahui perbedaan warna air laut. Dalam (Supangat,

2010) menjelaskan bahwa penyebab air berwarna biru, karena penyerapan

panjang gelombang pendek (biru) di ujung spectrum relative rendah sementara

pada panjang gelombang yang panjang (merah) adalah tinggi. Walaupun air

terlihat tanpa warna dalam jumlah sedikit,namun warna biru terlihat jelas dalam

air tropis yang jernih atau pada kolam renang yang bersih.

Sehingga, dapat dinyatakan bahwa penyebab warna biru pada laut

merupakan hasil dari penyerapan gelombang warna biru dari matahari yang

relative pendek. Selain itu, air laut yang tidak produktif akan membawa subtan

kuning realtif sedikit yang dimana subtan kuning akan menyebabkan air menjadi

kuning atau keruh.

8

Gambar 2 .Spektra energi pada kedalaman 10 m untuk: air murni (0),

air laut yang bening(1), rata-rata air lautan(2), rata-rataair pantai(3),

air pantai yang keruh(4). Gambar kecil: spektrum energi pada

kedalaman 100 m di air laut yang bening(0), dibandingkan dengan

yang 10 m dalam air pantai yang keruh(4).

Biasanya kita juga melihat air laut yang berwarna hijau. Hal tersebut

disebabkan karena banyak fitoplankton yang menyerap gelombang yang

menghasilkan warna hijau.

1.4. Kecepatan Suara Sebagai Fungsi dari Temperatur, Salinitas, dan

Tekanan

Kecepatan suara berpengaruh terhadap temperatur (T), Salinitas (S) dan

Tekanan (p). Kecepatan suara pada permukaan laut sampai dasar laut sangat

bervariasi. Untuk bisa dapat mengukur kecepatan suara pada air laut, dibutuhkan

terlebih dahulu hasil observasi dari salinitas, temperatur dan tekanan pada suatu

daerah yang dimana daerah tersebut di sebut dengan Sound Velocity Profile

(VLP).

Menurut (Supangat,2010) kecepatan suara (c) di laut adalah fungsi dari

salinitas, suhu, dan tekanan.

c=c (S ,T , p)

Berdasarkan fungsi tersebut dapat dinyatakan bahwa pertambahan S,T, dan p akan

memperbesar kecepatan suara.

9

Pertambahan salinitas dapat mempengaruhi nilai kecepatan suara.

Menurut (Safwan,2010), Bila salinitas (S) bertambah maka ρ bertambah dan K

(kompresibiltas) berkurang. Pengurangan kompresibilitas akibat pertambahan

salinitas efeknya jauh lebih besar terhadap kecepatan suara daripada penambahan

densitas akibat penambahan salinitas jadi meningkatkan kecepatan rambat suara.

Semestinya, dengan adanya penambahan densitas atau kerapatan

kecepatan suara akan berkurang. Akan tetapi, di laut penambahan densitas akibat

meningkatnya salinitas memiliki efeknya yang lebih kecil daripada berkurangnya

kompresibilitas terhadap kecepatan suara.

Tabel 1.1. (Supangat,2010) membuktikan bahwa adanya perbedaan kecepatan

suara dengan adanya perbedaan salinitas. Dari lingkan merah dalam tabel di atas

dapat diketahui air laut yang memiliki salinitas 35 %0 memiliki kecepatan partikel

yang lebih cepat daripada air tawar.

10

11

Tabel 1.1. Bukti adanya perbedaan kecepatan suara pada salinitas

yang berbeda.

Safwan (2010) menjelaskan bila suhu bertambah maka ρ berkurang dan

akibatnya C bertambah. Makin tinggi suhu makin cepat perambatan suara. Dari

gambar 4 (Supangat,2010) dilihat bahwa kedalaman seiring bertambah dengan

temperatur.

12

Gambar 3. Bagian vertikal menunjukkan distribusi rata-rata temperatur di barat

Samudra Atlantik untuk menggambarkan bahwa kisaran temperatur di lapisan

permukaan lebih besar dari di badan utama air lautan di bawah 1000 m.

Gambar 4. Profil temperatur di sepanjang A dan B pada gambar 2

Sehingga, dari korelasi antara meningkatnya suhu dengan kedalaman serta

adanya peningkatan kecepatan suara akan meningkat dengan bertambahnya suhu

yang disebabkan kerapatan atau densitas akan berkurang seiring bertambahnya

suhu, dapat dinyatakan kecepatan suara meningkat terhadap peningkatan suhu.

Pada saat laju gelombang bunyi (seismik) meningkat terhadap kedalaman

Bumi, begitu juga laju gelombang akustik meningkat terhadap kedalaman lautan

(kecuali pada jalur bunyi). Kenaikan pada axial modulus terhadap tekanan lebih

besar dibandingkan peningkatan densitas dan c menjadi lebih besar

(Supangat,2010).

Berdasarkan gambar di atas, dapat dilihat bahwa mengalami fluktuasi pada

suatu kedalaman tertentu. Dapat dikatakan demikian, karena dalam penjelasan di

atas disebutkan bahwa variasi kecepatan bunyi akan semakin meningkat seiring

dengan bertambahnya kedalaman yang dimana kedalaman akan sebanding dengan

tekanan. Tetapi, dikatakan fluktuasi karena dalam penjalarannya gelombang suara

13

Gambar 5 : Variasi laju bunyi terhadap kedalaman pada dua

musim

akan mengalami penurunan pada saat melewati jalur bunyi. Dari gambar diatas,

dapat dilihat bahwa jalur bunyi dapat dilihat karena adanya penurunan kecepatan

gelombang suara pada kedalaman sekitar 300 m.

1.5. Distribusi Kecepatan Suara Secara Vertikal, Refraksi

Gelombang Suara dan Kanal Suara

Distribusi kecepatan suara secara vertical, artinya bahwa distribusi

kecepatan suara kedalam lautan. Seperti yang sudah dijelaskan di atas, bahwa

kecepatan suara berbeda pada setiap kedalaman tertentu yang di pengaruhi oleh

tekanan. Jadi, dapat di ilustrasikan bahwa pendistribusian kecepatan suara yang

masuk kedalam lautan akan memiliki kecepatan yang berbeda pada setiap

kedalaman tertentu. Akan tetapi, arah dari kecepatan suara tersebut tidak lurus

seperti yang kita bayangkan. Kecepatan suara yang masuk ke lautan akan

mengalami pembelokan atau yang disebut sebagai refraksi.

Arah penjalaran gelombang suara yang merambat di laut akan mengalami

pembelokan atau refraksi yang di akibatkan adanya perbedaan kecepatan suara

secara vertical. Refraksi gelombang tersebut akan mengikuti Hukum Snell : Arah

dari sinar gelombang yang datang dari medium 1 ke 2 ke 3 dan seterusnya, di

dalam media yang berlapis akan memenuhi :

sin θ1

c1=

sin θ2

c2=

sin θ3

c3=…=

sinθn

cnatau

sin θ1

c1=

sinθn

cn

dimana:

θ adalah sudut antara sinar dan garis vertical.

14

Kanal suara atau sound channel yakni terdapat pada daerah dimana

kecepatan suara minimum yang merupakan media efektif untuk penjalaran

gelombang suara dalam jarak yang cukup besar. Misalnya sinyal tanda bahaya

dapat ditransmisikan dengan jarak ribuan kilometer yang disebut kanal SOFAR

(Sound Fixing and Ranging).

15

Gambar 5. sketsa ideal ilustrasi refraksi di bidang batas dimana laju bunyi

berubah.

BAB 3

PENUTUP

3.1. Kesimpulan

Berdasarkan pembahasan diatas, dapat di tuliskan beberapa kesimpulan bahwa :

Pembagian kolom air berdasarkan banyaknya cahaya terbagi atas dua,

yakni zona fotik dan zona afotik.

Atenuasi merupakan hilangnya intensitas cahya secara eksponensial yang

disebabkan oleh penyerapan dan penghamburan cahaya.

Penyerapan dapat terjadi di lautan dan penyerapan tersebut dapat menjadi

factor warna dari air laut tersebut.

Kecepatan suara (c) merupakan fungsi dari temperatur (T), Salinitas (S)

dan tekanan (p) yang dimana kecepatan suara akan bertambah seiring

dengan bertambahnya ketiga factor tersebut.

Kecepatan suara akan terdistribusi secara langsung ke dalam lautan. Akan

tetapi, arah perambatan akan mengalami pembelokan atau refaraksi.

Distribusi refraksi gelombang suara ini akan mengikuti Hukum Snell.

Sedangkan distribusi kanal suara yakni penjalaran gelombang yang

terdapat pada kecepatan suara yang minimum pada area yang luas.

16

3.2. Saran

Saran yang dapat diberikan kepada seluruh pihak terkait sehingga pada

penulisan makalah berikutnya dapat meminimalisir kesalahan dan menjadi

perbaikan pada penulisan selanjutnya yaitu :

Sebaiknya pada penulisan makalah yang bertemakan tentang Oseanografi,

harus memiliki pengetahuan dan pendalaman materi yang baik serta studi

literatur yang maksimal.

Sebaiknya fasilitas penunjang atau media yang dapat membantu

keberhasilan penulisan makalah perlu di perhatikan.

DAFTAR PUSTAKA

17

Anonim. Buku Ajar Mata Kuliah Oseanografi Fisika. Semarang : Universitas Diponegoro.

Hadi, Safwan.2010. Pegantar Oseanografi Fisis.Bandung: Universitas Teknologi Bandung

Ikbal,Muhammad.2012.Oseanografi:https://agengsimuk.wordpress.com/2012/10/09/oseanografi/. Didownload pada tanggal 23 September 2015.

Sunarto.2008.Peranan Cahaya Dalam Proses Produksi di Laut. Padjajaran : Universitas Padjajaran.

Supangat, Agus dan Susanna.2010.Pengantar Oseanografi :Departemen Kelautan dan Perikanan.

18