Pernahkah kalian melihat gunung-gunung yang pada puncaknya sebagian tertutup salju walaupun gunung itu tidak berada pada tempat dengan iklim dingin? Lihat saja pegunungan Jayawijaya di Papua. Puncak gunung tersebut tertutup salju padahal berada di Indonesia yang sudah jelas-jelas beriklim tropis. Pada gunung tersebut, hanya puncaknya saja yang tertutup salju sedangkan dasarnya tidak. Dapat disimpulkan jika hal ini berhubungan dengan suhu yang semakin menurun seiring ketinggian sebuah tempat bertambah. Perubahan suhu ini dapat ditelaah melalui profil temperatur atmosfer.
Berarti, semakin tinggi suatu tempat maka semakin rendah suhunya? Hal ini bisa benar dan bisa juga salah. Profil temperatur atmosfer adalah bagaimana suhu pada atmosfer berubah terhadap ketinggian dari permukaan laut. Dengan melihat profil temperatur atmosfer, kita dapat dengan mudah mengidentifikasi lapisan-lapisan yang menyusun atmosfer bumi.
Diagram Profil Temperatur Atmosfer. Sumber: lumenlearning.com
Atmosfer bumi bersifat sangat dinamis. Temperatur, tekanan, dan komposisinya selalu berubah-ubah tergantung pada lokasinya, ketinggiannya, dan berbagai hal lainnya. Selain itu, atmosfer bumi juga selalu bergerak dan bersirkulasi. Temperatur atmosfer berubah-ubah seiring bertambahnya ketinggian. Menurut karakteristik profil temperaturnya, atmosfer dibagi menjadi 4 lapisan, troposfer, stratosfer, mesosfer, dan termosfer.
Distribusi vertikal suhu, tekanan, dan kelembapan atmosfer dapat diukur menggunakan sebuah alat yang bernama radiosonde. Radiosonde adalah sebuah alat yang berisi instrumen-instrumen meteorologi dan pemancar radio. Radiosonde menggunakan balon berisi gas untuk bergerak naik dan mengukur berbagai komponen cuaca pada berbagai ketinggian.
Instrumen meteorologi ini dapat mengukur berbagai komponen hingga ke ketinggian sekitar 30 km dari permukaan laut. Setelah mencapai ketinggian tertentu, balon gas yang membawa radiosonde akan pecah dan radiosonde bergerak turun menggunakan parasut.
Sumber: amof.ac.uk
Troposfer
Troposfer adalah lapisan atmosfer yang berada paling dekat dengan Bumi. Lapisan ini adalah lapisan dimana hampir semua fenomena cuaca terjadi. Sebagian besar uap air yang terkandung pada atmosfer juga terkonsentrasi pada lapisan ini.
Troposfer memiliki ketebalan yang berbeda beda pada setiap tempat di bumi. Pada daerah tropis, lapisan troposfer dapat ditemukan hingga pada ketinggian 16 km dari permukaan sedangkan pada kutub hanya terdapat hingga ketinggian 9 km atau bahkan kurang.
Temperatur atmosfer pada lapisan troposfer menurun seiring dengan bertambahnya ketinggian karena sumber utama energi panas pada troposfer berasal dari permukaan bumi. Penurunan temperatur pada lapisan troposfer ini disebut dengan environmental lapse rate atau ELR.
Rata-rata laju ELR pada troposfer adalah 6,5° C per kilometer. Artinya, suhu atmosfer berkurang 6,5° C setiap kenaikan satu kilometer. Rata-rata laju ELR ini disebut dengan normal lapse rate. Meskipun demikian, laju ELR sangatlah bervariasi tergantung pada kondisi musim, waktu, dan banyak komponen lainnya sehingga harus diukur secara reguler.
Pada permukaan bumi, suhu atmosfer bisa mencapai 25° C atau bahkan lebih. Karena suhu pada troposfer menurun seiring bertambahnya ketinggian, temperatur pada bagian teratas troposfer (tropopause) dapat mencapai hingga -57° C.
Pada bagian teratas troposfer, terdapat sebuah lapisan pembatas yang bernama tropopause. Tropopause menjadi perbatasan antara troposfer (yang temperaturnya menurun seiring bertambahnya ketinggian) dengan stratosfer (yang suhunya bertambah seiring bertambahnya ketinggian).
Stratosfer
Lapisan stratosfer terdapat mulai dari tropopause hingga ketinggian sekitar 50 km dari permukaan bumi. Stratosfer mengandung sebagian besar lapisan ozon yang melindungi bumi dari radiasi sinar UV.
Pada bagian bawah lapisan stratosfer, temperatur atmosfer relatif konstan tanpa kenaikan yang berarti terhadap ketinggian. Baru pada sekitar 20 km dari permukaan suhu atmosfer meningkat dengan cepat hingga mencapai lapisan tertinggi stratosfer, stratopause.
Lubang ozon. Sumber: NASA
Profil temperatur atmosfer pada stratosfer ini disebabkan konsentrasi lapisan ozon yang berada pada stratosfer. Lapisan ozon bertindak sebagai filter bagi radiasi gelombang pendek ultraviolet yang sangat berbahaya dari matahari dan melindungi makhluk bumi.
Lapisan ozon ini juga yang menyebabkan temperatur atmosfer pada stratosfer mengalami kenaikan seiring dengan bertambahnya ketinggian. Konsentrasi maksimum lapisan ozon berada pada ketinggian sekitar 15-30 km dari permukaan bumi. Radiasi gelombang pendek matahari yang sampai ke bumi diserap oleh lapisan ozon yang reaksinya juga menyebabkan lapisan ozon memanas. Itulah mengapa temperatur atmosfer pada stratosfer mengalami kenaikan seiring bertambahnya ketinggian.
Pada bagian teratas stratosfer, terdapat lapisan inversi yang disebut stratopause. Stratopause menjadi lapisan pemisah antara stratosfer dengan lapisan diatasnya, mesosfer.
Mesosfer
Pada lapisan ketiga, mesosfer, temperatur atmosfer kembali mengalami penurunan seiring bertambahnya ketinggian.
Temperatur udara di mesosfer menurun seiring dengan ketinggian karena pada mesosfer hanya mengandung sedikit ozon yang menyerap radiasi gelombang pendek dari matahari.
Sehingga, molekul-molekul udara di atmosfer cenderung melepaskan lebih banyak energi dibanding energi yang diserap dan terjadi defisit energi. Hal ini menyebabkan temperatur atmosfer pada mesosfer terus menurun seiring dengan ketinggian hingga mencapai suhu terendah pada atmosfer bumi.
Hingga pada sekitar 80 km dari permukaan bumi suhu atmosfer terus menurun dan mencapai titik terendahnya pada mesopause. Mesopause menjadi lapisan terdingin pada atmosfer bumi. Suhu atmosfer di sana bisa mencapai hingga -90° C. Lapisan ini menjadi batasan antara mesosfer dengan termosfer.
Termosfer
Termosfer merupakan lapisan terluar dari atmosfer bumi. Lapisan ini membentang dari mulai bagian atas mesopause hingga ke batas antara atmosfer bumi dengan angkasa luar. International Space Station (ISS) mengorbit pada lapisan ini.
Temperatur pada termosfer mengalami kenaikan seiring dengan bertambahnya ketinggian. Termosfer merupakan lapisan yang terekspos secara langsung terhadap radiasi Matahari dan oleh karena itu lapisan ini juga menjadi lapisan yang mengalami pemanasan secara langsung oleh Matahari. Pada termosfer, udara sangat tipis sehingga penambahan kecil energi akan menyebabkan peningkatan suhu secara signifikan
Termosfer juga mencakup wilayah pada atmosfer bumi yang partikel-partikelnya terionisasi oleh radiasi matahari dan gelombang kosmik. Lapisan ini disebut dengan Ionosfer. Partikel-partikel bermuatan berinteraksi dengan molekul udara dan menghasilkan Aurora Berealis pada kutub utara dan Aurora Australis pada kutub selatan.
Referensi:
Ahrens, C. Donald., Henson, Robert. Meteorology Today. Cengage, 2013.
Lutgens, Frederick K., et al. Earth Science. Pearson, 2014.
Lutgens, Frederick K., et al. The Atmosphere: an Introduction to Meteorology. Pearson, 2013.
Understanding the Atmosphere’s Temperature Profile. https://www.e-education.psu.edu/meteo300/node/594
Temperature profile (atmosphere). https://polarpedia.eu/temperature-profile-atmosphere/
Atmospheric temperature. https://www.encyclopedia.com/science/encyclopedias-almanacs-transcripts-and-maps/atmospheric-temperature
Foto: Pexels
