PENGEMBANGAN BAHAN AJAR MATA PELAJARAN : IPA TEMA : CUACA KELAS : VII (Tujuh) A. KOMPETENSI INTI KI. 1 Menghargai dan menghayati ajaran agama yang dianutnya KI. 2. Menghargai dan menghayati perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (toleransi, gotong royong), santun, percaya diri, dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam dalam jangkauan pergaulan dan keberadaannya KI. 3. Memahami dan menerapkan pengetahuan (faktual, konseptual, danprosedural) berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmupengetahuan, teknologi, seni, budaya terkait fenomena dan kejadian tampak mata KI. 4. Mengolah, menyaji, dan menalar dalam ranah konkret (menggunakan, mengurai, merangkai, memodifikasi, dan membuat) dan ranah abstrak (menulis, membaca, menghitung, menggambar, dan mengarang) sesuai dengan yang dipelajari di sekolah dan sumber lain yang sama dalam sudut pandang/teori NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588 Page 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PENGEMBANGAN BAHAN AJAR
MATA PELAJARAN : IPA
TEMA : CUACA
KELAS : VII (Tujuh)
A. KOMPETENSI INTI
KI. 1 Menghargai dan menghayati ajaran agama yang dianutnya
KI. 2. Menghargai dan menghayati perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli
(toleransi, gotong royong), santun, percaya diri, dalam berinteraksi secara
efektif dengan lingkungan sosial dan alam dalam jangkauan pergaulan dan
keberadaannya
KI. 3. Memahami dan menerapkan pengetahuan (faktual, konseptual, danprosedural)
berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmupengetahuan, teknologi, seni,
budaya terkait fenomena dan kejadian tampak mata
KI. 4. Mengolah, menyaji, dan menalar dalam ranah konkret (menggunakan,
mengurai, merangkai, memodifikasi, dan membuat) dan ranah abstrak
(menulis, membaca, menghitung, menggambar, dan mengarang) sesuai
dengan yang dipelajari di sekolah dan sumber lain yang sama dalam sudut
pandang/teori
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 1
B. KOMPETENSI DASAR
3.5 Memahami karakteristik zat, serta perubahan fisika dan kimia pada zat yang
dapat dimanfaatkan untuk kehidupan sehari-hari
Indikator Konsep
1. Membedakan antara perubahan
fisika dan perubahan kimia
2. Menjelaskan proses terjadinya
siklus air dalam proses terjadinya
hujan sebagai salah satu unsur
cuaca
1. Perubahan Zat
1.1 Pengertian perubahan fisika
dan kimia
1.2 Perbedaan perubahan fisika
dan kimia
2. Curah hujan sebagai salah satu
unsur cuaca
1.1 Siklus hidrologi
Materi:
A. Perubahan Zat
Zat diidentifikasi dari sifat-sifatnya dan dari susunannya. Warna, titik leleh, titik
didih dan kerapatan merupakan sifat-sifat fisika. Sifat fisika (physical property) dapat
diukur dan diamati tanpa mengubah susunan atau identitas suatu zat. Sebagai contoh,
kita dapat mengukur titik leleh es dengan memanaskan es balok dan mencatat suhunya
ketika es berubah menjadi air. Air berbeda dengan es hanya dari penampilan dan tidak
dari susunannya, sehingga perubahan itu merupakan perubahan fisika; kita dapat
membekukan air untuk memperoleh esnya kembali. Jadi titik leleh suatu zat adalah sifat
fisika. Demikian pula, ketika kita mengatakan bahwa gas helium lebih ringan
dibandingkan udara, kita sedang berbicara tentang sifat fisika.
Di sisi lain, pernyataan “Gas hidrogen terbakar dalam gas oksigen menghasilkan
air” menggambarkan salah satu sifat kimia (chemical property) hydrogen karena untuk
mengamati sifat ini, kita harus melakukan perubahan kimia, yang dalam kasus ini
adalah pembakaran. Sesudah perubahan, zat-zat awalnya, yaitu gas hidrogen dan gas
oksigen, akan menghilang dan senyawa yang secara kimia berbeda –yaitu air –akan
menggantikannya. Kita tidak memperoleh kembali hidrogen dan oksigen dari air dengan
perubahan fisika seperti pendidihan atau pembekuan.
(Raymond Chang, 2003, hlm 9)
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 2
1. Perubahan Fisis
Perubahan fisis adalah perubahan suatu zat yang tidak menghasilkan zat jenis baru. Ciri-
ciri perubahan fisis adalah:
a. Tidak terbentuk zat jenis baru.
b. Zat yang mengalami perubahan dapat kembali ke bentuk semula.
c. Perubahan yang terjadi hanya diikuti perubahan sifat fisis.
Beberapa contoh perubahan fisis adalah sebagai berikut.
a. Perubahan Bentuk
Perubahan bentuk terjadi misalnya beras ditumbuk menjadi tepung, batu dipecah
dengan palu menjadi kerikil, dan kayu dipotong-potong kemudian dirakit menjadi
kursi. Pada perubahan tersebut hanya terjadi perubahan bentuk dan ukuran, tidak
terjadi perubahan sifat molekul zat.
b. Perubahan Wujud Zat
Setiap zat memiliki sifat yang berbeda. Suatu zat ketika dipanaskan kemungkinan
akan mengalami kenaikan suhu, perubahan wujud, atau pemuaian.
Dari keenam perubahan wujud zat tersebut, perubahan wujud yang memerlukan
kalor adalah mencair, menguap dan menyublim. Sedangkan membeku,
mengembun dan deposisi melepaskan kalor.
2. Perubahan Kimia
Perubahan kimia adalah perubahan suatu zat yang menghasilkan zat jenis baru.
Perubahan kimia adalah perubahan yang bersifat kekal. Ciri-ciri perubahan kimia
adalah:
a. Terbentuk zat jenis baru.
b. Zat yang berubah tidak dapat kembali ke bentuk semula.
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 3
Gambar 1 Diagram Perubahan Wujud Zat
c. Perubahan yang terjadi diikuti oleh perubahan sifat kimia melalui reaksi kimia.
d. Selama terjadi perubahan kimia, massa zat ssebelum reaksi sama dengan massa zat
sesudah reaksi.
(Tim Abdi Guru, 2014, hlm 109)
B. Siklus Hidrologi
Air memainkan peran penting dalam lapisan luar bumi. Air naik ke udara, jatuh ke
tanah sebagai hujan, bergerak melalui sistem kompleks sungai dan anak sungai, lalu
disimpan untuk waktu yang lama di bawah tanah, lautan, dan es. Air membentuk
permukaan planet kita, dan menyediakan media di mana kehidupan dimulai. Kombinasi
proses air yang bergerak dari repositori ke repositori atas, bawah, dan di permukaan
bumi disebut siklus hidrologi.
1. Penyimpanan Air
Jumlah total air di permukaan bumi kurang lebih sama dengan jumlai air sejak awal
mula. Air pertama kali mencapai permukaan saat volcano menutupi bumi. Ketika suhu
permukaan planet akhirnya jatuh di bawah 1000C, air ini berubah wujud ke dalam
bentuk cair dan mulai mengisi cekungan laut. Proses ringan yang masih menambah dan
mengurangi sejumlah air dari bumi secara relatif.
Jauh di atas atmosfer, sinar ultraviolet dari matahari memecah molekul air,
membebaskan atom hidrogen, yang dapat berpindah ke luar angkasa karena massa yang
rendah. Pada saat yang sama, pertemuan dan gerakan menjauh lempeng vulkanik,
menyebabkan sejumlah kecil air kembali dipancarkan dari dalam perut bumi. Proses
pengurangan dan penambahan air ini berada dalam kesetimbangan kasar. Dan menurut
perkiraan, proses tersebut kurang lebih menambah atau mengurangi jumlah air tidak
lebih dari ukuran satu atau dua ukuran luas kolam renang olimpiade per tahun. Jadi, kita
dapat menyimpulkan bahwa jumlah air di permukaan bumi seolah-seolah memiliki
jumlah yang sama selama miliaran tahun.
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 4
Tabel 1 Penyimpanan Air
Reservoir Percent of Earth’s Supply
LautanDanau dan SungaiEs dan GletserAir TanahAwanMakhluk Hidup
96.00.0093.01.00.0010.0001
Air di permukaan bumi memiliki gerakan konstan baik di dalam dan di antara
proses penyimpanan, proses yang mungkin terjadi dan secara bertahap mengubah
distribusi air pada permukaan bumi. Siklus hidrologi yang familiar dengan kita
melibatkan transfer jangka pendek molekul air antara lautan dan tanah. Air menguap
dari permukaan laut, terbentuk menjadi awan, jatuh sebagai hujan di darat, dan
kemudian kembali ke lautan melalui sungai dan anak sungai. Sebagian besar kehidupan
di darat tergantung pada siklus sederhana ini (lihat gambar).
(Trefil & Hazen, 2007, hlm 379).
Daur hidrologi sering juga dipakai istilah water cycle atau siklus air. Suatu
sirkulasi air yang meliputi gerakan mulai dari laut ke atmosfer, dari atmosfer ke tanah,
dan kembali ke laut lagi atau dengan arti lain siklus hidrologi merupakan rangkaian
proses berpindahnya air permukaan bumi dari suatu tempat ke tempat lainnya hingga
kembali ke tempat asalnya.
Air naik ke udara dari permukaan laut atau dari daratan melalui evaporasi. Air di
atmosfer dalam bentuk uap air atau awan bergerak dalam massa yang besar di atas
benua dan dipanaskan oleh radiasi tanah. Panas membuat uap air lebih naik lagi
sehingga cukup tinggi/dingin untuk terjadi kondensasi. Uap air berubah jadi embun dan
seterusnya jadi hujan atau salju.
Curahan (precipitation) turun ke bawah, ke daratan atau langsung ke laut. Air
yang tiba di daratan kemudian mengalir di atas permukaan sebagai sungai, terus
kembali ke laut. Air yang tiba di daratan kemudian mengalir di atas permukaan sebagai
sungai, terus kembali ke laut melengkapi siklus air.
Dalam perjalanannya dari atmosfer ke luar, air mengalami banyak interupsi.
Sebagian dari air hujan yang turun dari awan menguap sebelum tiba di permukaan
bumi, sebagian lagi jatuh di atas daun tumbuh-tumbuhan (intercception) dan menguap
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 5
dari permukaan daun-daun. Air yang tiba di tanah dapat mengalir terus ke laut, namun
ada juga yang meresap dulu ke dalam tanah (infiltration) dan sampai ke lapisan batuan
sebagai air tanah.
Sebagian dari air tanah dihisap oleh tumbuh-tumbuhan melalui daun-daunan lalu
menguapkan airnya ke udara (transpiration). Air yang mengalir di atas permukaan
menuju sungai kemungkinan tertahan di kolam, selokan, dan sebagainya (surface
detention), ada juga yang sementara tersimpan di danau, tetapi kemudian menguap atau
sebaliknya, sebagian air mengalir di atas permukaan tanah melalui parit, sungai, hingga
menuju ke laut ( surface run off ), sebagian lagi infiltrasi ke dasar danau-danau dan
bergabung di dalam tanah sebagai air tanah yang pada akhirnya ke luar sebagai mata air.
2. Siklus Hidrologi
Siklus hidrologi dibedakan ke dalam tiga jenis yaitu:
a. Siklus Pendek : Air laut menguap
kemudian melalui proses kondensasi
berubah menjadi butir-butir air yang
halus atau awan dan selanjutnya hujan
langsung jatuh ke laut dan akan
kembali berulang.
b. Siklus Sedang : Air laut
menguap lalu dibawa oleh
angin menuju daratan dan
melalui proses kondensasi
berubah menjadi awan lalu
jatuh sebagai hujan di
daratan dan selanjutnya
meresap ke dalam tanah lalu
kembali ke laut melalui sungai-sungai atau saluran-saluran air.
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 6
Penguapan air laut – konveksi – kondensasi – tebentuk awan di atas lautan
hujan yang terjadi di lautan
Gambar 2 Siklus Pendek
Gambar 3. Siklus Sedang
c. Siklus Panjang : Air laut menguap,
setelah menjadi awan melalui
proses kondensasi, lalu terbawa
oleh angin ke tempat yang lebih
tinggi di daratan dan terjadilah
hujan salju atau es di pegunungan-
pegunungan yang tinggi. Bongkah-
bongkah es mengendap di puncak
gunung dan karena gaya beratnya meluncur ke tempat yang lebih rendah, mencair
terbentuk gletser lalu mengalir melalui sungai-sungai kembali ke laut.
Unsur-unsur utama dalam siklus hidrologi :
1. Evaporasi: penguapan dari
badan air secara langsung
2. Transpirasi: penguapan air yang
terkandung dalam tumbuhan
3. Respirasi: penguapan air dari
tubuh hewan dan manusia
4. Evapotranspirasi: perpaduan
evaporasi dan transpirasi
5. Kondensasi: proses perubahan
wujud uap air menjadi titik-
titik air sebagai hasil
pendinginan
6. Presipitasi: segala bentuk curahan atau hujan dari atmosfer ke bumi yang
meliputi hujan air, hujan es, hujan salju
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 7
Penguapan air laut – konveksi - kondensasi – terbawa angin - kemudian air
hujan mengalir kembali ke laut
Penguapan air laut – konveksi – turun hujan – terjadi aliran permukaan dan
aliran aliran bawah tanah – kemudian aliran permukaan ataupun aliran
bawah tanah tersebut mengalir kembali ke laut
Gambar 4. Siklus Panjang
Gambar 5. Siklus Hidrologi
7. Infiltrasi: air yang jatuh ke permukaan tanah dan meresap ke dalam tanah
8. Perkolasi: air yang meresap terus sampai ke kedalaman tertentu hingga
mencapai air tanah atau groundwater
9. Run off: air yang mengalir di atas permukaan tanah melalui parit, sungai,
hingga menuju ke laut.
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 8
3.7 Memahami konsep suhu, pemuaian, kalor, perpindahan kalor,dan
penerapannya dalam mekanisme menjaga kestabilan suhu tubuh pada
manusia dan hewan serta dalam kehidupan sehari-hari
4.10 Melakukan percobaan untuk menyelidiki suhu dan perubahannya, serta
pengaruh kalor terhadap perubahan suhu dan perubahan wujud benda
4.11 Melakukan penyelidikan terhadap karakteristik perambatan kalor secara
konduksi, konveksi, dan radiasi
Indikator Konsep
1. Menjelaskan pengaruh kalor dan
perpindahan kalor pada
kehidupan sehari-hari
2. Menganalisis pengaruh kalor
dan perpindahan kalor terhadap
cuaca di permukaan bumi
1. Kalor
1.1 Pengertian kalor
1.2 Jenis-jenis perpindahan kalor
1.3 Pengaruh radiasi terhadap
peningkatan suhu bumi dan
perubahan cuaca
Materi:
A. Kalor
Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang berpindah dari benda yang suhunya
lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah, jika kedua benda bersentuhan.
Pengetian kalor berbeda dengan suhu. Suhu adalah ukuran derajat panas atau
dinginnya suatu benda sedangkan kalor adalah ukuran banyaknya panas.
(Tim Abdi Guru, 2013, hlm 209)
B. Jenis-jenis Perpindahan Kalor (Transfer Energi Termis)
Energi termis ditransfer dari satu tempat ke tempat lain lewat tiga proses:
konduksi, konveksi dan radiasi. Pada konduksi, energi termis ditransfer lewat interaksi
antara atom-atom atau molekul, walaupun atom-atom dan molekulnya sendiri tidak
berpindah. Sebagai contoh, jika salah satu ujung batang padat dipanaskan, maka atom-
atom di ujung yang dipanaskan bergetar dengan energii yang lebih besar dibandingkan
atom-atom di ujung yang lebih dingin. Karena interaksi atom-atom yang lebih energetik
dengan sekitarnya, energi dipindahkan sepanjang batang. Jika padatan adalah logam,
maka perpindahan energi termis dibantu oleh elektron-elektron bebas, yang bergerak di
seluruh logam, sambil menerima dan memberi energi termis ketika bertumbukan
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 9
dengan atom-atom logam. Dalam gas, panas dikonduksi oleh tumbukan langsung
molekul-molekul gas. Molekul di bagian yang lebih panas dari gas mempunyai energi
rata-rata yang lebih tinggi daripada moleku-molekul di bagian yang lebih dingin dari
gas. Bila molekul berenergi tinggi bertumbukan dengan molekul berenergi rendah,
maka sebagian energi molekul berenergi tinggi ditransfer ke molekul berenergi rendah.
Pada konveksi, panas dipindahkan langsung lewat perpindahan massa. Sebagai
contoh bila udara dekat lantai dipanaskan, udara memuai dan naik karena kerapatannya
yang lebih rendah. Jadi energi termis di udara panas ini dipindahkan dari lantai ke
langit-langit bersama dengan massa udara panas.
Pada radiasi, energi dipancarkan dan diserap oleh benda-benda dalam bentuk
radiasi elektromagnetik. Radiasi ini bergerak lewat ruang dengan kelajuan
cahaya.Radiasi termis, gelombang cahaya, gelombang radio, gelombang televisi dan
Sinar-X semuanya adalah bentuk radiasi elektromagnetik yang saling berbeda hanya
dalam panjang gelombang dan frekuensinya. Semua benda memancarkan dan
menyerap radiasi elektromagnetik. Bila benda ada dalam kesetimbangan termis dengan
sekitarnya, benda memancarkan dan menyerap energi pada laju yang sama. Namun,
jika benda dipanaskan sampai tempertur yang lebih tinggi dari pada sekitarnya, maka
benda meradiasi keluar keluar lebih banyak energi daripada yang diserapnya, dengan
demikian, benda menjadi lebih dingin sementara sekitarnya menjadi lebih panas.
1. Konduksi dan Konveksi
Sebuah batang padat dengan penampang yang luasnya A, jika salah satu ujung batang
dipanaskan pada suatu tempertur tinggi (misalnya, dalam tabung uap) dan ujung lainnya
pada tempertaur rendah (misalnya, dalam tabung es), maka energi termis terus menerus
diikonduksikan lewat batang dari ujung yang panas ke ujung yang dingin. Dalam
keadaan mantap, tempertur berubah secara uniform (jika batang uniform) dari ujung
yang panas ke ujung yang dingin. Laju perubahan tempertur sepanjang batang ∆T/∆x
dinamakan gradien tempertur.
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 10
Perhatikan bagian yang terkecil dari batang, suatu potongan yang tebalnya ∆x,
dan misalkan ∆T adalah beda tempertur pada potongan (gambar 1b). Jika ∆Q adalah
jumlah energi termis yang dikonduksikan lewat potongan itu dalam suatu waktu ∆t
makalaju konduksi energi termis ∆Q/∆t dinamakan arus termis I. Secara eksperimen,
ditemukan bahwa arus termis sebanding dengan gradient temperatur dan dengan luas
penampang A:
Konstanta kesebandingan k, dinamakan koefisien konduktivitas termis atau
konduktivitas termis saja, tergantung pada komposisi batang.
2. Radiasi
Mekanisme ketiga untuk transfer energi termis adalah radiasi dalam bentuk gelombang
elektromagnetik. Laju radiasi energi termis suatu benda sebanding dengan luas benda
dan pangkat empat temperatur absolutnya. Hasil ini ditemukan secara empiris oleh Josef
Stefan pada 1879 dan diturunkan secara teoritis oleh Ludwig Boltzmann kira-kira lima
tahun kemudian, sehingga dinamakan Hukum Srefan-Boltzmann.
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 11
Gambar 6b. Potongan batang yang panjangnya ∆x. Laju konduksi energi termis
lewat otongan sebanding dengan luas penampang dan beda temperature dan
berbanding terbalik dengan teba potongan
Gambar 6a Sebuah batang konduktor dengan ujung-ujungnya pada dua teperature yang
berbeda
Batang konduktor
Q Tabung Es
Tabung
Uap∆x ∆T
A
I=∆ Q∆ t
=kA ∆T∆ x
P=eσA T 4
Dengan P adalah daya yang diradiasikan dalam watt, A adalah luas, e adalah
emisivitas benda dan σ adalah konstanta universal yang dinamakan konstanta Stefan,
yang nilainya:
σ=5,6703 ×108 W /m2 . K 4
Emisivitas e adalah pecahan yang berkisar dari 0 sampai 1 dan tergantung pada
komposisi permukaan benda.
(Tipler, 1998, hlm 606).
C. Pengaruh Radiasi (Penyinaran Matahari)
Tanpa matahari, tidak akan cuaca. Cahaya matahari adalah energi yang menjadi
bahan bakar cuaca di dunia. Cahaya matahari, angin, hujan, kabut, salju, hujan es,
badai-setiap jenis cuaca terjadi karena panas matahari menjaga atmosfer tetap
bergerak. Namun, kekuatan cahaya matahari untuk memanaskan udara bervariasi- di
belahan dunia sepanjang hari atau tahun. Variasi tersebut tergantung tinggi matahari.
Ketika posisi matahari sudah tinggi, cahayanya mengenai bumi secara langsung dan
panasnya maksimum. Ketika posisi matahari rendah, cahaya matahari mengenai bumi
dengan sudut tertentu dan panasnya menyebar ke area yang lebih luas. Karena variasi
itu kita memiliki cuaca panas dan dingin serta tempat yang panas dan dingin.
Karena permukaan bumi melengkung, cahaya matahari mengenai tempat yang
berbeda dengan sudut yang berbeda, membagi bumi dengan zona iklim yang berbeda-
beda dengan cuaca yang khas. Tempat terpanas di bumi adalah daerah tropis,
membentang sepanjang ekuator karena matahari tepat di atas kepala saat tengah hari.
Tempat terdingin adalah kutub, bahkan pada siang hari matahari sangat rendah
sehingga panasnya menyebar luas. Di antara kedua tempat ekstrem itu, terbentang zona
pertengahan. Dalam zona-zona iklim tersebut, iklim tergantung beberapa faktor, seperti
jarak lautan dan pegunungan serta ketinggian di atas permukaan laut.
(Brian Cosgrove, 2010, hlm 18)
1. Energi Matahari
Energi diciptakan pada bagian dalam matahari, kemudian dijalarkan ke permukaan dan
diradiasikan ke dalam ruang angkasa. Sekitar 99% radiasi elektromagnetik yang
diemisikan oleh matahari terletak pada daerah 0,15 dan 4,0 μn. Distribusi spektral
energi ini adalah 9% ultraviolet, 45% radiasi tampak dan 46% inframerah, energi ini
dijalarkan ke permukaan bumi dalam bentuk radiasi elektromagnetik.
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 12
Transformasi (pengubahan) hidrogen menjadi helium, menghasilkan energi matahari
dari reaksi inti berikut:
41H1 → 2He4 + 2e+ + Energi ………………….(1)
Keterangan:1H1 : inti hidrogen atau protone+ : positron yaitu electron yang membawa muatan positif2He4 : inti helium
Dari reaksi inti (1), massa 2He4
ternyata lebih kecil dari massa 41H1 jadi
ada massa yang hilang berubah menjadi
energi menurut teori relativitas Einstein.
E = mc2 ……………….(2)
Keterangan:E : energi yang dilepas dalam joulem : massa yang hilang dalam kilogramc : kecepatan cahaya ( 3.108 m/s)
Sebagian energi tersebut ditransmisikan ke bumi dengan cara radiasi gelombang
elektromagnetik. Peristiwa ini akan berhenti jika hidrogen dalam reaksi inti (nuklir)
menjadi habis. Proses pengubahan hydrogen menjadi helium dalam reaksi inti
disebutreaksi rantai proton-proton (rantai PP). Diperkirakan radiasi matahari dapat
berlangsung sampai sekitar 10 milyar tahun.
Setiap menit matahari meradiasikan energi sebesar 56 x 1026 kalori. Sumber
radiasi atau energi utama di bumi adalah matahari. Energi yang dipancarkan ke bumi
berbentuk radiasi elektromagnetik. Radiasi menjalar dengan kecepatan cahaya dalam
bentuk gelombang yang mempunyai panjang gelombang berbeda-beda. Radiasi dari
matahari dinyatakan sebagai radiasi gelombang pendek dengan panjang gelombang
antara 0,15 dan 3,0 μm. Radiasi dengan panjang gelombang antara 3,0 sampai 100 μm
dinyatakan sebagai radiasi gelombang panjang atau inframerah. Dalam atmosfer bumi
atau pada permukaan bumi, radiasi dapat diabsorpsi, direfleksi, ditransmisi atau
diemisikan kembali.
Ada beberapa hukum yang
memberikan karakteristik radiasi yang
diemisikan berdasarkan konsep benda
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 13
Gambar 7. Reaksi inti
hitam. Benda hitam (black body) adalah benda hipotetis atau sebuah massa material
yang bertalian (coherent) dengan komposisi dan temperature uniform, yang dapat
berbentuk lapisan atmosfer atau lapisan permukaan sebuah massa material (bahan)
padat seperti permukaan bumi. Karakteristik lain dari benda hitam adalah bahwa semua
radiasi yang jatuh padanya akan diserap dan bahwa emisi maksimum mungkin terjadi
dalam semua panjang gelombang dan semua arah.
Makin rendah atau tinggi temperatur mutlak, makin panjang atau pendek panjang
gelombang emisi puncak. Keadaan ini dapat dilihta pada gambar di atas untuk kasus
6000 K dan 300 K yang menyatakan temperatur mutlak matahari dan permukaan bumi.
2. Karakteristik Radiasi
Semua pertukaran energi antara bumi dan alam semesta terjadi dengan cara alih
radiative. Bumi dan atmosfer secara tetap menyerap radiasi matahari dan mengemisikan
radiasinya ke angkasa. Setelah selang waktu yang lama maka kecepatan absorpsi dan
emisi dapat dianggap sama, ini disebut sistem bumi-atmosfer dalam keseimbangan
radiatif dengan matahari. Alih radiatif memainkan peranan penting dalam sejumlah
reaksi kimia di atmosfer atas dan dalam formasi kabas (smog) fotokemis radiasi
inframerah yang diemisikan oleh atmosfer bumi dan diterima oleh satelit cuaca adalah
dasar penginderaan jauh struktur temperatur atmosfer.
Radiasi adalah sebuah bentuk energi yang dihasilkan oleh osilasi cepat medan
elektromagnetik. Radiasi dialihkan oleh foton-foton atau buntell energi yang
mempunyai sifat mirip dengan partikel-partikel dan gelombang. Energi foton
sebanding dengan frekuensi radiasi atau berbanding terbalik dengan panjang gelombang
radiasi. Radiasi matahari yang melalui atmosfer mengalami atenuasi, yaitu hamburan,
serapan dan pantulan. Proses hamburan dan pemantulan bergantung pada diameter
partikel atmosfer. Jika diameter partikel atmosfer jauh lebih kecil dari pada panjang
gelombang radiasi, disebut hamburan Rayleigh yang sifatnya selektif, warna biru lebih
kuat dihamburkan sehingga langit tampak biru. Jika diameter partikel atmosfer jauh
lebih besar dari pada panjang gelombang radiasi, disebut pemantulan difuse, disebut
pemantulan difuse yang tidak tergantung pada panjang gelombang radiasi tampak,
sehingga matahari tampak putih jika dilihat melalui awan stratiform.
(Bayong, T.H.K, 2013, hlm 70)
Setiap cm2 dari permukaan matahari mengemisikan energi rata-rata sebesar 6,2
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 14
kilowatt atau 9,0x104 kalori per menit. Energi maahari diemisikan serbasama ke segala
arah dimana sebagian besarnya hilang ke alam semesta dan hanya sebagian kecil yang
dapat diterima oleh Bumi. Energi yang diradiasikan ini berbentuk gelombang
elektromagnetik, yang penting dalam proses pertukaran energi di atmosfer Bumi.
Radiasi ini menjalar dengan kecepatan sekitar 3 x 108 m/s.
Bumi berevolusi
mengelilingi Matahari
pada jarak rata-rata
149,6 x 106 km (93 juta
mil). Orbit Bumi
berbentuk elips dengan
eksentrisitas sangat kecil
(0,017), ini berarti
hampir berbentuk lingkaran.
Sebenarnya sepanjang tahun terjadi perubahan jarak Bumi-Matahari sekitar 5
juta km. Akibatnya terjadi fluktuasi tahunan radiasi matahari yang diterima Bumi
sekitar 3,5 %.
3. Konstanta Matahari
Meskipun atmosfer didominasi oleh nitrogen dan oksigen tetapi kedua gas ini tidak
penting dalam hubungannya dengan penyerapan radiasi matahari di dalam atmosfer.
Penyerapan radiasi Matahari di atmosfer dilakukan terutama oleh komponen atmosfer
yang jumlahnya sangat kecil dan berubah-ubah, seperti uap air, karbondioksida, ozon
dll.
Radiasi Matahari yang mencapai batas atas atmosfer tidak diatenuasi, tetapi
dalam dalam penjalarannya melalui atmosfer Bumi radiasi Matahari akan mengalami
hamburan dan penyerapan oleh molekul debu dan partikel awan. Fluks radiasi sebelum
diatenuasi oleh atmosfer pada jarak rata-rata matahari-bumi (150 jt km) disebut
konstanta Matahari.
Konstanta Matahari dapat didefinisikan sebagai energi radiasi yang jatuh pada satu
satuan luas dari permukaan normal terhadap garis matahari-bumi. Tiap menit Matahari
meradiasikan energi sekitar 56 x 1026 kal. Energi persatuan luas yang datang pada
sebuah kulit Bola dengan jari-jari 150 x 106 km dan konsentris dengan matahari adalah
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 15
Gambar 9
(S= konstanta matahari) :
Energi Matahari yang mencapai Bumi besarnya dapat berubah-ubah. Perubahan
ini disebabkan oleh dua faktor yaitu ketinggian Matahari dan atenuasi energi matahari
dalam penjalaran melalui atmosfer.
Jika Matahari tinggi maka
radiasi yang jatuh hampir tegak
lurus pada permukaan Bumi,
sedangkan jika Matahari rendah
maka radiasi akan disebarkan
dalam area yang luas.
Pada waktu Matahari rendah, sinar Matahari akan melalui lapisan atmosfer
yang lebih tebal sehingga banyak terjadi hamburan dan penyerapan.
Hal ini sesuai dengan pengamatan bahwa radiasi Matahari pada waktu tengah hari
lebih besar dibanding pada pagi hari atau sore hari. Radiasi Matahari yang diterima
permukaan Bumi per satuan luas dan satuan waktu disebut insolasi atau kadang-kadang
disebut juga “Radiasi Global”.
Absorpsi Pada Langit Tak Berawan
Uap air dan karbondioksida dapat menyerap gelombang inframerah pada rentang
panjang gelombang tertentu
Lapisan Ozon dapat menyerap gelombang Utraviolet
Partikel debu dan inti kondensasi dapat menyerap radiasi jika konstrasinya di
atmosfer besar, misal pada saat terjadi gunung meletus
(Bayong, T.H.K, 2004, hlm 53)
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 16
Gambar 10
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 17
Gambar 11 Keseimbangan Panas Bumi
3.8 Mendeskripsikan interaksi antar makhluk hidup dan lingkungannya
Indikator Konsep
1. Menjelaskan pengertian
ekosistem.
2. Menjelaskan komponen-
komponen ekosistem.
3. Pengaruh komponen –komponen
cuaca dan iklim terhadap
aktivitas makhluk hidup
4. Menjelaskan aktivitas manusia
yang dapat menyebabkan
perubahan cuaca dan iklim
1. Ekosistem
1.1 Pengertian Ekosistem
1.2 Komponen penyusun
ekosistem
2. Hubungan antara iklim dengan
tumbuhan dan aktivitas manusia
2.1 Pengaruh komponen-
komponen cuaca dan iklim
terhadap aktivitas makhluk
hidup
2.2 Aktivitas manusia yang dapat
menyebabkan perubahan
cuaca dan iklim
Materi:
A. Ekosistem
Ekologi adalah kajian ilmiah mengenai interaksi antara organisme dengan
lingkungannya. Lingkungan meliputi komponen abiotik (faktor-faktor kimiawi dan
fisika tak hidup) seperti suhu, cahaya, air dan nutrient. Yang juga penting pengaruhnya
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 18
bagi organisme komponen biotik (hidup) – semua organisme lain yang merupakan
bagian dari lingkungan suatu individu.
Tingkat organisasi berikutnya dalam ekologi adalah populasi, yaitu sekelompok
individu dari spesies yang sama yang hidup dalam daerah geografis tertentu. Suatu
komunitas terdiri dari semua organisme yang menempati suatu daerah tertentu;
komunitas adalah kumpulan populasi dari spesies yang berlainan. Kajian ekologi pada
ekosistem meliputi semua faktor-faktor abiotik selain komunitas spesies yang dalam
suatu daerah tertentu.
1. Iklim dan Faktor Abiotik Lainnya adalah Penentu Penting persebaran
Organisme dalam Biosfer
Para ahli ekologi telah lama menyadari pola global dan regional yang mengagumkan
dalam persebaran organisme dalam biosfer. Pola ini sebagian besar mencerminkan
perbedaan iklim secara regional dan faktor-faktor abiotik lainnya dalam dalam suatu
lingkungan. Sebagian besar organisme pada dasarnya memperoleh energi dari cahaya
matahari, dan organisme tersebut harus tahan terhadap kisaran suhu, kelembapan, kadar
garam dan cahaya dalam lingkungannya.
2. Faktor-faktor Abiotik Utama
a. Suhu
Suhu Suhu lingkungan merupakan faktor penting dalam pesebaran organisme karena
pengaruhnya pada proses biologis dan ketidakmampuan sebagian besar organisme
untuk mengatur suhu tubuhnya secara tepat.Sel bisa pecah jika air yang terdapat di
dalamnya membeku pada suhu dibawah 00C,dan protein pada sebagian besar organisme
akan mengalami denaturasi pada suhu diatas 450C.selain itu,sejumlah organisme dapat
mempertahankan suatu metabolisme yang cukup aktif pada suhu yang sangat rendah
atau pada suhu yang sangat tinggi.adaptasi yang luar biasa memungkinkan beberapa
organisme hidup diluar kisaran suhu tersebut. Suhu internal suatu organisme
sesungguhnya di pengaruhi oleh pertukaran panas dengan lingkunganya,dan sebagian
besar organisme tidak dapat mempertahankan suhu tubuhnya lebih tinggi beberapa
derajat diatas atau dibawah suhu lingkungan sekitarnya.sebagai makhluk
endotermis,mamalia dan burung merupakan pengecualian utama,tetapi fungsi-fungsi
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 19
endotermis sekalipun akan bekerja paling baik didalam kisaran suhu lingkungan tertentu
yang bervariasi menurut spesies.
b. Air
.Air sangat penting bagi kehidupan,tetapi ketersediannya bervariasi secara dramatis di
berbagai habitat.Organisme air tawar dan air laut hidup terendam didalam suatu
lingkungan akuatik,tetapi organisme tersebut menghadapi permasalahan keseimbangan
air jika tekanan osmosis intraselulernya tidak sesuai dengan tekanan osmosis air di
sekitarnya.Organisme di lingkungan darat menghadapi ancaman kekeringan yang
hampir konstan,dan evolusinya dibentuk oleh kebutuhannya untuk mendapatkan dan
menyimpan air dalam jumlah yang mencukupi.
c. Cahaya Matahari
Matahari memberikan energi yang menggerakkan hampir semua ekosistem,
meskipun hanya tumbuhan dan organisme fotosintetik lain yang menggunakan sumber
energi ini secara langsung. Intensitas cahaya bukan merupakan faktor terpenting yang
membatasi pertumbuhan tumbuhan di lingkungan darat, tetapi penaungan oleh kanopi
hutan membuat persaingan untuk mendapatkan cahaya matahari di bawah kanopi
tersebut menjadi sangat ketat. Dalam lingkungan akuatik, intensitas dan kualitas cahaya
membatasi perbatasan organisme fotosintetik. Setiap meter kedalaman air secara selektif
menyerap sekitar 45% cahaya merah dan sekitar 2% cahaya biru yang melaluinya.
Sebagai hasilnya, sebagian besar fotosintesis dalam lingkungan akuatik terjadi relatif di
dekat permukaan air. Akan tetapi, organisme fotosintetik itu sendiri menyerap banyak
cahaya yang menembus air, yang selanjutnya akan mengurangi intensitas dan kualitas
cahaya pada air di bawahnya.
Cahaya juga penting bagi perkembangan dan perilaku banyak tumbuhan dan
hewan yang sensitif terhadap fotoperiode, yaitu panjang relatif siang dan malam hari.
Fotoperiode merupakan suatu indikator yang lebih dapat dipercaya dibandingkan
dengan suhu, dalam memberi petunjuk mengenai kejadian musiman, seperti
perbungaan atau perpindahan (migrasi).
d. Angin
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 20
Angin memperkuat pengaruh suhu lingkungan pada organisme dengan cara
meningkatkan hilangnya panas melalui penguapan (evaporasi) dan konveksi (factor
wind-chill atau pendinginan oleh angin). Angin juga menyebabkan hilangnya air di
organisme dengan cara meningkatkan laju penguapan pada hewan dan laju transpirasi
pada tumbuhan. Selain itu,angin dapat menyebabkan pengaruh yang sangat mendasar
pada bentuk pertumbuhan tumbuhan, yaitu dengan cara menghambat pertumbuhan
anggota tubuh pohon yang terdapat pada sisi arah tiupan angin; anggota tubuh pohon
yang berlawanan dengan arah tiupan angin akan tumbuh secara normal, yang
menghasikan suatu penampakan “lambaian bendera”.
2. Iklim dan Persebaran Organisme
Faktor abiotik di atas memiliki pengaruh langsung pada biologi organisme.
Empat faktor tersebut (suhu, air, cahaya dan angin) merupakan komponen utama iklim,
yaitu kondisi cuaca yang dominan pada suatu lokasi. Kita dapat melihat dampak besar
iklim pada persebaran organisme dengan cara membuat klimograf, yaitu suatu plot
suhu dan curah hujan dalam suatu daerah tertentu, yang sering kali diberikan dalam
bentuk rata-rata tahunan.
Istilah bioma mengacu pada jenis-jenis
utama ekosistem, yaitu ekosistem yang
menempati suatu daerah yang luas; hutan
konifer, gurun dan padang rumput adalah
beberapa contohnya. Rata-rata untuk suhu dan
curah hujan sangat berkorelasi dengan bioma
yang ditemukan di wilayah yang berbeda-beda.
Akan tetapi kita harus selalu berhati-hati untuk
membedakan antara korelasi antara variabel-
variabel dengan kausasi, yaitu hubungan sebab
akibat. Meskipun klimograf memberikan bukti-
bukti tidak langsung bahwa suhu dan curah
hujan sangat penting bagi penyebaran bioma,
tetapi tidak terbukti bahwa variabel-variabel tersenut berpengaruh pada geografisnya.
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 21
Gambar 12 Klimograf beberapa jenis ekosistem (bioma) utama di Amerika Utara
Hanya melalui analisis rinci mengenai toleransi spesies individual terhadap air dan suhu
kita dapat menentukan efek pengontrolan oleh variabel-variabel tersebut.
Klimograf didasarkan pada rata-rata tahunan. Seringkali tidak hanya rata-rata
iklim saja yang penting,tetapi juga pola variasi iklim
(Campbel, 2000, hlm 270)
B. Pengaruh Iklim terhadap Tumbuhan dan Aktivitas Manusia
Faktor iklim yang memperngaruhi hasil panen, yaitu suhu, lama musim pertumbuhan,
keadaan air, sinar matahari dan angin.
1. Klimatologi PertanianPerlu adanya kerja sama antara ahli klimatologi dan ahli pertanian dalam membangu
sector pertanian. Iklim mempengaruhi produksi pangan, karena itu penerapan
klimatologi pada pertanian adalah penting mengingat setiap jenis tanaman pada
berbagai tingkat pertumbuhan memerlukan kondisi iklim yang berbeda-beda. Ternyata
bahwa banyak pengetahuan klimatologi yang dapat diterapkan dalam praktek pertanian.
Kita tidak perlu beranggapan bahwa penerapan klimatologi hanya merupakan ramalan
iklim dan cuaca saja, tetapi kita harus mulai memikirkan potensi yang terdapat di dalam
perpaduan antara klimatologi dan pertanian.
Kerja sama ahli klimatologi dan ahli pertanian akan dapat mengemukakan gagasan
baru yang sangat bermanfaat bagi peningkatan produksi nasional dan kesejahteraan
bangsa. Sebagai contoh di Inggris serangan cacing hati pada ternak domba dan sapi
ternyata dipengaruhi oleh kelembapan permukaan rumput selama musim panas, karena
kondisi semacam ini yang memungkinkan perkembangan dari suatu jenis siput sebagai
binatang perantara, dan penyakit hati pada ternak tergantung pada adanya jenis siput ini.
Dengan memperhatikan unsur-unsur iklim seperti curah hujan,jumlah hari hujan dan
penguapan maka dapat diperkirakan tingkat kelembapan dari rumput tersebut.
Sebagian besar Negara di dunia sangat tertarik untuk mengetahui secara rinci
kondisi iklim agar dapat menilai kemungkinan yang paling baik mengenai penggunaan
lahan untuk pertanian. Beberapa fakta menunjukkan bahwa kegagalan dari hasil panen
sekurang-kurangnya disebabkan oleh kondisi iklim yang diabaikan.
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 22
2. Iklim dan Tanaman
Tanaman sebagai makhluk hidup memerlukan panas dan ekonomi air yang khusus.
Karena itu tanaman memberikan suatu reaksi pada iklim mikro di sekitarnya. Akan
tetapi karena tanaman itu tumbuh menjadi besar, maka bentuk dan ukurannya berubah,
sehingga mempengaruhi jumlah panas dan kelembapan tanah tempat tanaman berpijak
dan mempengaruhi udara tempat tanaman membesar.
Tentunya ada interaksi antara tanaman dengan iklim. Pengaruh tanaman pada
iklim lingkungan adalah menjadi penting dengan semakin besarnya tanaman dan
semakin banyaknya jumlah rumpun tanaman. Pada mulanya tanaman hanya dipengaruhi
oleh iklim mikro saja, namun kemudian lambat laun dipengaruhi oleh iklim meso dan
iklim makro.
Di dalam pertanian, kehutanan dan perkebunan pemeliharaan pertama terhadap
tanaman yang baru tumbuh adalah sangat penting karena tanaman muda masih lunak
terutama peka terhadap kondisi iklim. Karena itu, sebelum memperhatikan tanaman
muda, perlu mengetahui lebih dulu iklim setempat agar dapat dicapai hasil yang
maksimal.
Ada hubungan yang erat antara pola iklim dengan distribusi tanaman sehingga
beberapa klasifikasi iklim didasarkan pada dunia tumbuh-tumbuhan. Tanaman
dipandang sebagai sesuatu yang kompleks dan peka terhadap pengaruh iklim misalnya
pemanasan, kelembapan, penyinaran matahari dan lain-lain. Tanpa unsur-unsur iklim
ini, pada umumnya pertumbuhan tanaman akan tertahan, meskipun ada beberapa
tanaman yang dapat menyesuaikan diri untuk tetap hidup dalam periode yang cukup
lama jika kekurangan salah satu faktor tersebut di atas.
Iklim tidak hanya mempengaruhi tanaman tetapi juga dipengaruhi oleh tanaman.
Hutan yang lebat dapat menambah jumlah kelembapan udara melalui transpirasi.
Bayangan dari pepohonan dapat mengurangi suhu udara sehingga penguapan menjadi
kecil. Unsur-unsur iklim yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman ialah curah hujan,
suhu, angin, sinar matahari, kelembapan dan evapotranspirasi (penguapan + transpirasi)
a. Curah Hujan
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 23
Curah hujan membantu dalam menentukan pembagian jenis tanaman: hutan, semak,
padang rumput, atau gurun. Setiap tanaman membutuhkan air yang berbeda-beda.
Menurut kebutuhan air, tanaman dibagi menjadi tiga kelompok utama, yaitu:
1) Hygrophytes: tanaman yang hidup dalam kondisi jumlah air yang banyak, misalnya
bakau.
2) Mesophytes: tanaman yang membutuhkan air dalam jumlah sedang, seperti halnya
tanaman pada umumnya.
3) Xerophytes: tanaman yang hidupnya disesuaikan dengan keadaan air. Untuk
mengimbangi efek kekeringan ini maka daun dilapisi lilin, untuk mengurangi
transpirasi kulit pohon menjadi tebal dan sistem akar menjadi dalam.
Di dalam gurun terdapat sedikit atau bahkan tidak ada tanaman, tetapi pada daerah
semi gurun (stepa) kemungkinan tumbuh semak atau padang rumput.
b. Suhu
Selain diklasifikasikan berdasarkan curah hujan, tanaman dapat pula diklasifikasikan
berdasarkan pada kebutuhan suhunya. Klasifikasi tanaman menurut De Candolle
sebagai berikut:
1) Megatermal, jika bulan terdingin mempunyai suhu lebih besar 64,40F (180C)
2) Mesotermal, jika suhu bulan terdingin kurang dari 64,40F tetapi lebih besar dari
26,60F (-30C) dan bulan terpanas lebih besar 500F (100C) musim dingin pendek
3) Mikrotermal, jika suhu bulan terpanas di atas 500F dan bulan terdingin kurang dari
26,60F, musim dingin panjang
4) Hekistotermal, jika suhu bulan terpanas kurang dari 500F, tidak ada musim panas.
c. Angin
Angin mempercepat proses evapotranspirasi dan mempengaruhi tanaman menjadi
kering. Angin yang kuat dapat merusak tanaman dan menumbangkan tanaman yang
sedang tumbuh.
d. Sinar Matahari
Sinar matahari penting bagi tanaman dalam memproduksi khlorofil untuk asimilasi.
e. Kelembapan
Kelembapan mempengaruhi evapotranspirasi dan jumlah air. Kelembapan banyak
hubungannya dengan suhu, curah hujan dan angina, sehingga harus diadakan beberapa
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 24
peninjauan. Hubungan antara unsur-unsur iklim tersebut, misalnya suhu udara dengan
curah hujan memberikan dasar pada distribusi iklim dan tanaman.
3. Pemanfaatan Iklim dalam Produksi Pangan
Hasil suatu jenis tanaman tergantung pada interaksi faktor genetic dan faktor
lingkungan seperti jenis tanah, topografi, pengelolaan, pola iklim, telnologi dan faktor
ekonomi. Dari faktor lingkungan, maka faktor tanah telah banyak dipelajari dan
dipahami dibandingkan dengan faktor cuaca dan iklim. Cuaca dan iklim merupakan
salah satu peubah dalam produksi pangan yang sukar dikendalikan. Oleh karena itu
dalam usaha pertanian, pada umumnya cara-cara bertani disesuaikan dengan kondisi
iklim setempat.
Perbedaan daya hasil tanaman antara Negara berkembang dengan Negara maju
disebabkan oleh pemakaian teknologi tinggi dan pengelolaan yang baik. Selain itu
kondisi iklim berperan dalam produksi tanaman. Tanaman akan berdaya hasil tinggi
jika mendapat air yang cukup pada waktu yang tepat, radiasi matahari yang tinggi
dengan penyinaran cukup lama, dan perbedaan suhu siang dan malam hari yang besar.
a. Suhu dan Tanaman Pangan
Suhu udaran dan tanah mempengaruhi proses pertumbuhan tanaman. Setiap jenis
tanaman mempunyai batas suhu minimum, optimum dan maksimum untuk setiap
tingkat pertumbuhannya. Suhu tinggi tidak mengkhawatirkan dibanding suhu rendah
dalam menahan pertumbuhan tanaman asalkan persediaan air memadai dan tanaman
dapat menyesuaikan diri terhadap daerah iklim. Dalam kondisi suhu yang tinggi,
pertumbuhan terhambat atau bahkan terhenti tanpa menghiraukan persediaan air, dan
kemungkinan terjadi keguguran daun atau buah sebelum waktunya. Bencana terhadap
tanaman pangan biasanya berasal dari keadaan kering dan sangat panas. Angin yang
diperkirakan penyebab pendinginan evaporatif hanya mempercepat penguapan dan
mengakibatkan dehidrasi (pengeringan) jaringan tanaman.
Tanaman dapat mengubah fluktuasi suhu dari iklim mikro. Bunga dan daun dapat
menangkap insolasi pada lapisan atas sehingga suhu maksimumnya terletak dekat
sekitar puncak tanaman, kecuali jika tanaman masih rendah dan terpencar sehingga
pemanasan di sela-sela tanaman dari tanah akan menentukan distribusi suhu vertikal.
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 25
b. Faktor Air dalam Produksi Tanaman Pangan
Air adalah faktor yang lebih penting dalam produksi tanaman pangan
dibandingkan dengan faktor lingkungan lainnya. Karena tanaman pangan memperoleh
persediaan air melalui sistem akar, maka pemeliharaan kelembapan tanah merupakan
masalah yang sangat mendesak dalam pertanian. Jumlah air berlebihan di dalam tanah
akan mengubah berbagai proses kimia dan biologis yang membatasi jumlah oksigen dan
meningkatkan pembentukan senyawa yang beracun pada akar tanaman. Curah hujan
lebat dapat merusak tanaman secara langsung atau mengganggu pembungaan dan
penyerbukan.
Griffiths (dalam Bayong, 2013, hlm 187) menjelaskan bahwa curah hujan
memegang peranan dalam pertumbuhan dan dalam produksi tanaman pangan. Hal ini
disebabkan air sebagai pengangkut unsur hara dari tanah ke akar dan diteruskan ke
bagian-bagian lainnya. Fotosintesis akan menurun jika 30% kandungan air dalam daun
hilang, kemudian proses fotosintesis akan terhenti jika kehilangan air mencapai 60%.
c. Faktor Radiasi Matahari dalam Produksi Tanaman Pangan
Radiasi matahari yang ditangkap klorofil pada tanaman yang mempunyai hijau daun
merupakan energi dalam proses fotosintesis. Hasil fotosintesis ini menjadi bahan utama
dalam pertumbuhan dan produksi tanaman pangan. Selain meningkatkan laju
fotosintesis, peningkatan cahaya matahari biasanya mempercepat pembungaan dan
pembuahan. Sebaliknya penurunan intesitas radiasi matahari akan memperpanjang masa
pertumbuhan tanaman. Informasi semacam ini dapat dimanfaatkan pada praktek pola
tanam, baik dalam pelaksanaan rotasi tanaman, pola tanam ganda maupun pola tanam
tunggal agar sumber daya iklim terutama radiasi matahari dapat dimanfaatkan
semaksimal mungkin.
d. Faktor Angin dalam Produksi Tanaman Pangan
Angin secara tidak langsung mempunyai efek yang sangat penting pada produksi
tanaman pangan melalui angkutan air dan suhu udara. Energi angina merupakan
perantara dalam penyebaran tepung sari dan pembenihan alamiah yang diperlukan
dalam tanaman, juga diperlukan dalam tanaman pangan tertentu. Tetapi angin dapat
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 26
merusak jika penyebaran benih rumput liar atau terjadi pembuahan silang yang tidak
diinginkan. Angin kencang dapat mengganggu aktivitas penyerbukan oleh serangga.
Angin dapat membantu dalam menyediakan karbondioksida untuk pertumbuhan
tanaman, selain itu juga mempengaruhi suhu dan kelembapan tanah.
4. Dampak Aktivitas Manusia Terhadap Iklim
Peningkatan jumlah penduduk pembangunan dan perkembangan kota, pertumbuhan
industri kepadatan lalu lintas, deforestasi, dan lain-lain telah banyak menarik perhatian
dalam masalah perubahan iklim. Perkembangan kota telah menyebabkan lapisan
atmosfer di atasnya menjadi tercemar oleh partikel debu atau asap kendaraan bermotor
dan pembakaran domestik. Partikel in akan naik konsentrasinya pada musim kemarau
dan menurun pada musim hujan. Efeknya di kota akan terbentuk pulau panas (heat
island) yang dibatasi oleh isoterm tertutup yang memisahkan kota dari medan suhu pada
umumnya. Munculnya pulau panas ini mencerminkan perubahan total iklim mikro
akibat perubahan wajah kota oleh aktivitas dan ulah manusia
(Bayong, T.H.K, 2004)
Kegiatan manusia mengubah keadaan atmosfer dengan tiga cara: (1) mengubah sifat
permukaan bumi; (2) menambahkan energi ke dalam atmosfer dari sumber buatan; dan
(3) menambahkan zat bahan ke dalamnya. Perubahan permukaan mempengaruhi cara
sinaran matahari diserap dan dipancarkan kembali ke atmosfer, dan mengubah tahanan
gesek terhadap angin. Perubahan itu juga mempengaruhi penyerapan atau pelimpasan
hujan dan salju yang meleleh, dan penguapan atau pemeluhan air ke dalam udara.
Penggantian hutan dan padang rumput dengan tanaman budidaya atau bangunan,
pengeringan rawa, pembendungan sungai atau membuat danau buatan dan waduk, dan
pengairan daerah kering mempengaruhi penguapan air dan penghantaran bahang, dan
dengan demikian mengubah kelembapan dan suhu. Pembakaran bahan bakar fosil (batu
bara, hasil minyak bumi dan gas alam) akan memanaskan udara dan menambah
pencemar berbentuk zarah dan gas. Demikian pula reactor nuklir menambahkan bahang
dan pencemar ke dalam udara. Banyak lagi kegiatan pertanian, industry, niaga dan
rumah tangga yang memasukkan pencemar ke dalam amosfer.
Meluasnya pertanian diikuti oleh perdagangan dan kegiatan niaga, yang
menyebabkan perkembangan kota menjadi semakin besar dan semakin besar, yang
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 27
memiliki pengaruh khasnya sendiri terhadap cuaca. Revolusi industri mempercepat
pemusatan penduduk di kota-kota, dan peningkatan penggunaan bahan bakar fosil
memperburuk pengaruh kota terhadap atmosfer. Karena sebagian besar pertumbuhan
kota terjadi sejak dimulainya pencatatan cuaca, dan karena pengaruh kota itu terhadap
cuaca dapat diperkirakan secara membandingkan dengan daerah pedesaan di sekitarnya,
maka besarnya oengaruh cukup baik diketahui.
a. Cuaca di Kota
Kota berpengaruh terhadap hampir setiap segi cuaca. Kadar pencemaran, bauk
berupa zarah maupun gas, besarnya berkali-kali lipat dibandingkan dengan daerah
pedesaan. Akibatnya, kebanglasan dan intensitas sinaran matahari, terutama sinar
matahari ultra violet berkurang. Berbagai unsur lainnya, termasuk suhu, kelembapan,
kecepatan angin, dan terjadinya serta sebaran kawanan dan curahan, semuanya
berpengaruh.
Pengaruh kota yang paling jelas adalah adalah terhadap suhu. Rata-rata untuk
kota paling sedikit 10C – 20C lebih panas dari pada daerah pedesaan sekitarnya, baik
siang maupun malam, dan dalam semua musim dalam setahun. Sejumlah faktor
berpengaruh dalam gejala ini; untuk waktu yang berbeda, faktor yang dominan pun
berbeda. Pengaruh yang utama pada siang hari dalam musim tumbuh tanaman adalah
hampir tidak adanya penguapan dan pemeluhan air dari tanah dan tumbuhan di kota-
kota. Kedua proses itu menggunakan sinaran surya dalam jumlah besar di daerah
pedesaan. Tidak adanya proses tersebut meningkatkan suhu di kota, karena jumlah
energi surya yang ada lebih besar. Pada malam hari, kota menjadi lebih hangat dari pada
daerah sekelilingnya akibat pemancaran kembali bahang yang diserap oleh jalan dan
bangunan, karena daya hantar dan kapasitas bahang beton, aspal dan batu bata lebih
besar dibandingkan dengan tanah dan tumbuhan. Energi yang digunakan untuk proses
industri, pemanasan, pendinginan dan penerangan bangunan, penggunaan lainnya dalam
industri rumah tangga dan transportasi akhirnya akan bergabung dengan udara luar dan
menaikkan suhunya. Energi dari metabolism manusia juga memberikan sedikit
pengaruh. Permukaan bangunan yang gelap dan tak teratur, dengan dinding vertikal
yang memungkinkan pemantulan-majemuk terhadap sinar matahari yang datang.
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 28
Mengurangi jumlah sinaran matahari yang dipancarkan kembali ke angkasa dan dengan
demikian meningkatkan jumlah energi yang tersedia untuk memanasi udara di atas kota.
Dengan meningkatnnya ukuran daerah-daerah yang merupakan kota dunia dan
jumlah pencemaran total yang memasuki atmosfer dari daerah tersebut, pengaruh kota
terhadap cuaca menjadi semakin luas. Perkembangan kota memiliki arti penting dari
segi meteorologi, dan juga dari segi geografi dan sosial. Di tempat yang kota-kotanya
terletak berdekatan, pengaruh itu mungkin bergabung sehingga menghasilkan
perubahan cuaca dan iklim secara wilayah, dan bukan setempat.
b. Pengaruh Manusia terhadap Cuaca dan Iklim Sedunia
Di samping pengaruh setempat dan pengaruh wilayah di tempat-tempat kegiatan
manusia dan pencemaran yang berkaitan dengannya sangat tinggi, terdapat pula
pengaruh mendunia akibat kegiatan manusia. Termasuk di antaranya, pemanasan
atmosfer secara langsung oleh pembakaran bahan bakar dan perubahan energi nuklir,
dan perubahan suhu yang diakibatkan oleh peningkatan kadar karbon dioksida, gas
lainnya dan bahan zarah di seluruh atmosfer.
Jumlah energi yang dilepaskan langsung sebagai bahang akibat kegiatan
manusia, walaupun cukup besar untuk meningkatkan suhu udara di sekitar kota-kota
dan kawasab industry yang besar, namun tetap belum cukup untuk menghasilkan
pengaruh mendunia yang berarti. Pemakaian energi dunia secara keseluruhan
dewasa ini adalah sekitar 10.1012 W, hanya 1/7800 dari jumlah 7,8.1016W energi
matahari yang diserap pada permukaan bumi. Meskipun demikian, jika tingkat
kenaikan seperti sekarang ini terus berlanjut, yang menghasilkan kenaikan dua kali
lipat dalam setiap sepuluh tahun, maka pemakain energi dunia aakan meningkat
1000 kali dalam waktu satu abad. Berarti rata-rata tingkat pemanasan akibat akan
menjadi lebih besar dari satu persepuluh energi matahari yang diserap pada tanah.
Kemungkinan perubahan iklim yang bisa diharapkan akibat peningkatan kadar
karbon dioksida mendapat perhatian yang besar akhir-akhir ini. Peningkatan kadar
CO2 dalam atmosfer selama beberapa dasawarsa terakhir ini kini sudah jelas
diketahui.
CO2 dan uap air di dalam udara menyerap energi gelombang panjang yang
meninggalkan bumi yang dipancarkan oleh tanah, dan memancarkan kembali
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 29
sebagian dari energi tersebut. Dengan demikian, bahang yang hilang dari tanah lebih
kecil, dan suhu tanah dan udara yang langsung berhubungan dengan tanah lebih
tinggi dibandingkan dengan jika tidak ada CO2 dan uap air. Semakin banyak CO2
dan/atau uap air yang ada, semakin besar pengaruh rumah kaca terjadi.
Di samping pengaruh langsung tersebut, terjadi pula pengaruh yang tidak langsung
atau pengaruh umpan balik, yang sebagian besar di antaranya cenderung menambah
atau memperbesar kenaikan suhu permukaan. Pengaruh yang terbesar adalah
semakin besarnya pengaruh rumah kaca akibat uap air. Kenaikan suhu permukaan
laut akibat peningkatan CO2 akan menyebabkan penguapan yang lebih besar,
sehingga meningkatkan kandungan uap air di udara. Uap air memiliki pengaruh
yang lebih besar terhadap sinaran yang turun dibandingkan CO2. Hal ini akan
menghasilkan kenaikan suhu permukaan, yang sebaliknya akan semakin
memperbesar penguapan dan menyebabkan kenaikan suhu yang lebih besar lagi.
Diperkirakan bahwa pengaruh uap air akan melipatgandakan kenaikan suhu sebesar
dua atau tiga kali.
Pengaruh umpan balik positif lainnya adalah melelehnya salju dan es akibat
kenaikan suhu permukaan. Menyempitnya daerah yang tertutup salju dan es akan
mengurangi rata-rata albedo permukaan bumi, dan dengan demikian meningkatkan
jumlah sinaran matahari yang diserap oleh tanah. Sebaliknya jika kenaikan jumlah
uap air bersama-sama dengan peningkatan gejolak yang disebabkan oleh tanah
yang lebih hangat menyebabkan peningkatan keawanan, keadaan itu akan dapat
mengurangi jumlah sinaran matahari yang mencapai tanah dan berfungsi sebagai
umpan balik negatif.
(Morris Neiburger dkk,1995, hlm 332)
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 30
3.9 Mendeskripsikan pencemaran dan dampaknya bagi makhluk hidup
Indikator Konsep
1. Menjelaskan pengertian
pencemaran udara.
2. Menyebutkan sumber-sumber
pencemar dan zat-zat pencemar
yang beredar di atmosfer
3. Menjelaskan akibat pencemaran
udara terhadap perubahan cuaca
dan iklim
1. Pengertian pencemaran udara
2. Sumber-sumberdan zat-zat
pencemaran udara
3. Akibat pencemaran udara
Materi:
A. Meteorologi Pencemaran Udara
Kajian pencemaran udara memerlukan koordinasi ahli dari berbagai disiplin. Cara
pencemar dari sumbernya masuk ke dalam atmosfer, termasuk dalam bidang tekhnik.
Bagaimana pencemar dapat dapat mempengaruhi manusia, hewan dan tumbuhan
termasuk dalam bidang biologi dan kedokteran. Proses bagaimana pencemar tadi
sampai pada organisme yang dipengaruhi, termasuk dalam bidang meteorology.
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 31
Peranan meteorologi dalam kajian pencemaran udara ialah membantu dalam
memperkirakan kemampuan udara untuk menyebarkan pencemar.
1. Pencemaran udara
Sejajar dengan kemajuan di bidang penelitian meteorologi muncul pula kemajuan di
bidang nuklir dengan peledaknya, bangunan industri dan kemajuan teknologi lainnya
yang bersifat mengganggu kebersihan atmosfer dan kelestarian lingkungan hidup yang
sehat. Atmosfer merupakan tempat penyimpanan dari semua jenis pencemar baik
berupa gas, cair maupun padat. Karena itu pencemaran udara dapat merugikan
kehidupan. Pencemaran udara lokal biasanya dapat dihamburkan atau dapat dihindari
oleh adanya sirkulasi udara umum, tetapi kemungkinan besar pencemar tersebut akan
diendapkan di tempat lain. Peranan atmosfer pada pencemaran udara ialah bertindak
sebagai pengencer konsentrasi pencemar atau bertindak sebagai yang menyingkirkan
pencemar udara, tetapi ada kalanya justru bertindak sebagai sumber pendauran
(perputaran) kembali dari pencemar tersebut.
Lingkungan atmosfer tempat kita hidup bergantung pada pertanian, industri,
percobaan nuklir dan percobaan-percobaan lainnya. Industri perlu didirikan, hutan dapat
dibuka sebagai lahan pertanian baru. Tetapi masalah ini hendaknya dikerjakan dengan
penuh kebijaksanaan, penuh kesadaran dan penuh perhatian terhadap akibat-akibat yang
akan timbul agar pembangunan yang kita harapkan dapatb membawa kesejahteraan
rakyat dan bukan sebaliknya menimbulkan katastropik.
Pengalaman menunjukkan bahwa meskipun suatu sumber mengemisikan
pencemar tiap hari tapi kadang-kadang udara nisbi bersih dan adakalanya malahan
terjadi sebaliknya udara menjadi sangat kotor. Jadi jelas di sini bahwa konsentrasi
pencemar yang berada di permukaan tanah tergantung pada kondisi cuaca dan iklim
setempat.
2. Masalah Pencemaran Udara
Masalah pencemaran sangat jelas terlihat pada cekungan (basin) Los Angeles. Di sini
dispersi vertikal pencemar dibatasi oleh lapisan inversi dan dispersi lateral dibatasi oleh
gunung-gunung tinggi ke arah utara dan timur. Peristiwa sangat buruk dapat terjadi jika
pencemaran karena aktivitas manusia terakumulasi selama periode beberapa hari dalam
ciaca tenang dan dasar inversi turun sampai ke bawah sehingga membawa udara
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 32
tercemar sampai ke tanah. Jeratan kepulan (plume trapping sangat berbahaya dan
mematikan seperti yang terjadi di Lembah Meuse (Belgia) tahun 1930, di Donora
(Pennsylvania) tahun 1948 dan di London (Inggris) tahun 1952. Peristiwa-peristiwa
tersebut terjadi pada lembah yang padat industry dan pada kondisi cuaca angina lemah,
kabut, dan inversi suhu selama sekurang-kurangnya 5 hari. Situasi semacam ini
memungkinkan pencemar terakumulasi. Pencemar utama yang dikeluarkan adalah asap,
belerang dioksida dan mungkin fluor.
Lingkungan merupakan perkara yang memprihatinkan dunia internasional. Emisi
sejumlah pencemar ke dalam atmosfer dan air akan mempunyai dampak pada
ekosistem. Taraf hidup yang tinggi turut menyebabkan pencemaran udara di planet kita,
terutama kendaraan bermotor dan industri. Jika partikel-partikel yang dikeluarkan oleh
industri bertindak sebagai inti kondensasi di daerah yang lembap maka dapat terjadi
kabas. Kita harus mengambil pelajaran dari peristiwa London 1952, saat beribu-ribu
orang tewas akibat terjadinya kabas.
Jika waktu tinggal di
atmosfer, artinya waktu yang
diperlukan pencemar untuk
berada di atmosfer sebelum
berpindah oleh transport,
transformasi atau
pengendapan cukup lama,
maka pencemar ini akan
bercampur dengan seluruh
atmosfer akibat proses
meteorologis global.
Dampak skala global yang
sangat berbahaya adalah perubahan sifat-sifat fisis atmosfer bumi, seperti perubahan
klimatologis dan penyimpangan keseimbangan radiasi bumi. Sehubungan dengan
ini, maka dua proses penting perlu diketahui, yaitu efek rumah kaca dan
pengurangan lapisan ozon. Jika tidak ada tindakan yang diambil segera maka
kapal angkasa bumi yang nyaman ini akan menjadi semakin panas.
NUR INAYAH SYAR – KELAS A – NIM. 1302588Page 33
Gambar 13 Gambar skematik, penyebab dan efek dari polusi udara: (1) efek rumah kaca, (2) kontaminasi partikel, (3) peningkatan radiasi UV, (4) hujan asam, (5) peningkatan konsentrasi ozon permukaan tanah, (6) peningkatan kadar
oksida nitrogen (wikipedia.org)
3. Sumber Pencemaran Udara
Kebanyakan senyawa kimia yang ditinjau sebagai pencemar mempunyai
konsentrasi sangat kecil di dalam udara bersih. Akan tetapi dalam keadaan udara
tercemar maka senyawa tersebut mempunyai konsentrasi yang besar. Sebagai
contoh di cekungan Los Angeles pernah terjadi konsentrasi ozon (O3) mencapai 0,50
ppm (part per million) dan kadar karbon monoksida (CO) mencapai 20 sampai 50
ppm selama 30 menit di sepanjang jalan kota yang ramai.
Tabel 3. Komposisi Udara Kering Bersih Dekat Permukaan Laut(Sumber: Bayong Tjasyono, Klimatologi, 2004)