Struktur dan Komposisi Atmosfer

Atmosfer adalah lapisan udara yang menyelubungi permukaan bumi. Lapisan ini memiliki peran yang sangat penting bagi kehidupan di Bumi karena lapisan ini menjadi sumber bagi oksigen, air, CO2, dan sejumlah nutrisi yang vital bagi banyak organisme hidup. Lapisan ini juga menjadi pelindung organisme hidup dari suhu ekstrem dan radiasi UV yang berlebih.

Diperkirakan atmosfer memiliki massa sekitar 5,15 × 1018 kg. Meskipun demikian, 99% massa nya berada pada 30 km lapisan terbawah dari atmosfer.

Atmosfer menjadi lebih tipis seiring dengan meningkatnya ketinggian tanpa batas yang pasti yang membatasi antara atmosfer bumi dan angkasa luar. Garis Kármán yang berada pada ketinggian 100 km dari permukaan sering digunakan sebagai perbatasan antara atmosfer dan angkasa luar.

Komposisi Atmosfer

Seperti yang kita tahu bahwa atmosfer pada dasarnya adalah sebuah lapisan udara. Udara merupakan campuran dari berbagai jenis unsur gas. Selain campuran gas, udara di atmosfer juga mengandung komponen uap air dan aerosol. Komponen-komponen penyusun atmosfer bumi dibagi menjadi 2 bagian, komponen konstan dan komponen variabel

Komponen konstan

Nitrogen, oksigen, dan argon disebut sebagai komponen konstan karena konsentrasinya yang cenderung selalu sama dari masa ke masa. Hal ini disebabkan karena pada permukaan bumi tedapat keseimbangan antara konversi (output) dan produksi (input) dari gas-gas ini.

Komponen	Formula	Persentase
Nitrogen	N₂	78.08
Oksigen	O₂	20.95
Argon	Ar	0.93

Nitrogen

78% atmosfer bumi kita disusun oleh nitrogen. Nitrogen dilepaskan ke udara melalui pembusukan materi hewan dan tumbuhan. Bersamaan dengan itu juga, nitrogen diikat ke tanah oleh mikroorganisme pengikat nitrogen. Selain itu, nitrogen juga diserap dari udara oleh plankton kecil di lautan yang mengubahnya menjadi nutrisi.

Nitrogen bersifat relatif inert. Nitrogen terdapat dalam jumlah yang sangat banyak di udara karena sifatnya yang volatile.

Oksigen

Oksigen merupakan gas kedua terbanyak yang terkandung di udara. Oksigen dapat bereaksi dengan unsur-unsur lain di udara dan membentuk senyawa oksida.

Oksigen penting bagi proses respirasi hewan dan tumbuhan. Oksigen terdapat di atmosfer sebagai produk fotosintesis tanaman. Tumbuhan mengambil karbon dioksida dari udara dan melepaskan oksigen dalam proses fotosintesis.

Argon

Argon adalah gas inert yang tidak berwarna dan tidak berbau. Argon banyak digunakan karena sifatnya yang sulit sekali bereaksi dengan unsur lain. Hal ini juga yang menyebabkan banyaknya kandungan argon di udara.

Komponen variabel

Udara di atmosfer kita juga memiliki beberapa komponen variabel. Komponen variabel ini mencakup uap air, partikel debu, dan ozon. Meskipun hanya terdapat dalam jumlah kecil, komponen-komponen ini dapat memiliki efek yang signifikan pada kondisi cuaca dan iklim kita. Kandungan komponen-komponen variabel pada atmosfer terus menerus berubah.

Komponen	Formula	Persentase
Uap air	H₂O	0-4
Karbon Dioksida – ada kenaikan di atm.	CO₂	0.038
Metana – ada kenaikan di atm.	CH₄	0.00017
Nitrat Oksida	N₂O	0.00003
Ozon	O₃	0.000004
Partikel aerosol		0.000001

Uap air

Konsentrasi uap air sangat bervariasi dari satu tempat ke tempat lain dan dari waktu ke waktu. Pada daerah tropis kandungannya bisa mencapai 4 persen, sedangkan di daerah arktik yang lebih dingin lebih sedikit dari 1 persen. Hampir seluruh uap air pada atmosfer terdapat pada ketinggian kurang dari 5 km dari permukaan bumi.

Selain itu, uap air adalah gas rumah kaca yang kuat karena sangat menyerap energi radiasi yang keluar dari Bumi. Sebagai gas rumah kaca, uap air berperan penting dalam menjaga kesetimbangan suhu perkmukaan bumi.

Karbon Dioksida

Karbon dioksida merupakan komponen alami pada atmosfer dengan konsentrasi yang sangat kecil, namun berperan sangat penting. CO2 menempati atmosfer melalui proses respirasi, peluruhan material organik, erupsi gunung api dan pembakaran alamiah maupun antropogenik. Seiring dengan itu, proses fotosintesis yang dilakukan tumbuhan menyerap kembali karbon dioksida dari udara.

Beberapa abad terakhir ini terdapat peningkatan yang signifikan dari kandungan karbon dioksida di atmosfer. Pusat pengamatan di Mauna Loa di Hawaii mencatatkan kenaikan sebesar hampir 30% sejak tahun 1958.

Sumber: Earth Science, Pearson

Ozon

Komponen penting pada atmosfer lainnya adalah ozon (O3). Lapisan ozon dapat ditemukan pada stratosfer bumi. Lapisan ini vital bagi kehidupan karena melindungi makhluk hidup di bumi dari radiasi sinar UV matahari yang berbahaya.

Struktur Vertikal Atmosfer

Atmosfer dibagi menjadi beberapa lapisan yang masing-masing memiliki beberapa sifat yang unik.

Berdasarkan Perubahan Suhu

Sumber: https://scied.ucar.edu/atmosphere-layers

Troposfer

Troposfer adalah lapisan atmosfer yang paling dekat dengan Bumi. Lapisan ini adalah lapisan dimana fenomena cuaca terjadi. Sebagian besar uap air atmosfer terkonsentrasi pada lapisan troposfer.

Troposfer memiliki ketebalan sekitar 8-16 km.Temperatur menurun seiring dengan ketinggian pada lapisan troposfer. Bagian atas troposfer dibatasi oleh lapisan inversi yang disebut Tropopause.

Stratosfer

Lapisan stratosfer terdapat mulai dari puncak troposfer hingga ketinggian sekitar 50 km. Stratosfer mengandung sebagian besar lapisan ozon yang melindungi bumi dari radiasi sinar UV.

Mesosfer

Pada mesopause, temperatur terus menurun seiring dengan bertambahnya ketinggian dan mencapai suhu terdingin bumi pada mesopause (-90°C). Pada lapisan inilah meteor terbakar saat memasuki atmosfer bumi.

Termosfer

Merupakan lapisan yang terekspos secara langsung terhadap radiasi Matahari dan karena itu 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 atmosfer bumi yang disebut Ionosfer yang juga memungkinkan terbentuknya aurora. International Space Station (ISS) mengorbit pada lapisan ini.

Berdasarkan Komposisi Udara

Berdasarkan komposisi udara, atmosfer dibagi menjadi homosfer dan heterosfer. Pada homosfer (0-80 km) komposisi udara kecuali uap air dan ozon cenderung selalu konstan. Pada heterosfer (>80 km) terdapat perubahan secara cepat dari komposisi dan kerapatan udara.

Berdasarkan Tekanan

Sumber: Earth Science, Pearson

Tekanan pada atmosfer berkurang secara logaritmik seiring dengan naiknya ketinggian dari permukaan bumi. Di dekat permukaan, perubahan tekanan 1 mb setara dengan perubahan ketinggian ~7 m.

Ionosphere

Ionosfer sejatinya bukan merupakan sebuah lapisan. Ionosfer pada dasarnya adalah daerah pada atmosfer bagian atas bumi yang mengalami elektrifikasi sehingga mengandung sejumlah besar konsentrasi ion. Konsentrasi ion yang tinggi pada ionosfer memungkinkan untuk terbentuknya Aurora Borealis dan Aurora Australis.

Bagian terendah dari ionosfer biasanya terletak pada 60 km dari permukaan bumi dan terus ada hingga bagian teratas atmosfer. Ionosfer memiliki 3 lapisan, lapisan D, E, dan F. Lapisan D hanya terdapat pada siang hari dan menyerap gelombang radio AM.