SIRKULASI MASA AIR DAN POLA ARUS DI PERMUKAAN PERAIRAN

Sirkulasi air Laut

Sirkulasi laut adalah pergerakan massa air di laut. Sirkulasi laut di permukaan dibangkitkan oleh stres angin yang bekerja di permukaan laut dan disebut sebagai sirkulasi laut yang dibangkitkan oleh angin (wind driven ocean circulation). Selain itu, ada juga sirkulasi yang bukan dibangkitkan oleh angin yang disebut sebagai sirkulasi termohalin (thermohaline circulation) dan sirkulasi akibat pasang surut laut..

Sirkulasi di permukaan membawa massa air laut yang hangat dari daerah tropis menuju ke daerah kutub. Di sepanjang perjalanannya, energi panas yang dibawa oleh massa air yang hangat tersebut akan dilepaskan ke atmosfer. Di daerah kutub, air menjadi lebih dingin pada saat musim dingin sehingga terjadi proses sinking (turunnnya massa air dengan densitas yang lebih besar ke kedalaman). Hal ini terjadi di Samudera Atlantik Utara dan sepanjang Antartika. Air laut dari kedalaman secara perlahan-lahan akan kembali ke dekat permukaan dan dibawa kembali ke daerah tropis, sehingga terbentuklah sebuah siklus pergerakan massa air yang disebut Sabuk Sirkulasi Laut Global (Global Conveyor Belt). Semakin efisien siklus yang terjadi, maka akan semakin banyak pula energi panas yang ditransfer dan iklim di bumi akan semakin hangat.

Melalui beberapa mekanisme interaksi fisis dan kimiawi, sirkulasi laut dapat mengubah dan mempengaruhi waktu simpan karbon dioksida yang diinjeksikan ke laut dalam, dan hal itu secara tidak langsung akan mengubah tempat penyimpanan karbon di lautan dan konsentrasi karbon dioksida di atmosfer, demikian dikatakan oleh Atul Jain, seorang profesor sains atmosfer. “Dimana karbon dioksida dinjeksikan akan menjadi isu yang sangat penting”.

Profesor Jain bersama mahasiswa pasca sarjananya Long Cao telah membangun sebuah model terintegrasi iklim-laut-biosfer-siklus karbon yang diberi nama Integrated Science Assessment Model yang memungkinkan untuk mengkaji secara luas interaksi fisis dan kimiawi antar komponen individual dalam sistem bumi, juga siklus karbon, perubahan iklim dan sirkulasi laut.

Menurut Jain, pemahaman yang baik tentang perubahan iklim, sirkulasi laut, siklus karbon di laut dan feedback mechanisms adalah sangat penting dalam membuat sebuah proyeksi yang dapat dipercaya tentang kandungan karbon dioksida di atmosfer dan akibatnya terhadap perubahan iklim. Model ini telah diuraikan/dibahas dalam Journal of Geophysical Research - Oceans edisi September 2005 dengan judul “An Earth system model of intermediate complexity: Simulation of the role of ocean mixing parameterizations and climate change in estimated uptake for natural and bomb radiocarbon and anthropogenic CO2“

Dengan menggunakan model ini, Jain dan Cao mempelajari efektivitas sequestrasi karbon di lautan dengan cara menginjeksikan karbon dioksida ke lokasi-lokasi dan kedalaman yang berbeda di dasar lautan.

Mereka menemukan bahwa perubahan iklim memiliki pengaruh yang besar terhadap kemampuan laut menyimpan karbon dioksida. Efeknya terlihat nyata terutama di Samudera Atlantik. Penemuan ini dimuat dalam journal Geophysical Research Letters edisi bulan Mei dengan judul: “Assessing the effectiveness of direct injection for ocean carbon sequestration under the influence of climate change” .

ARUS

Arus ada di semua kedalaman di laut; di beberapa daerah, aliran dua atau lebih arus di arah yang berbeda pada kedalaman yang berbeda. Meskipun sistem yang ada sekarang adalah kompleks, arus laut didorong oleh dua kekuatan: Matahari dan rotasi Bumi.

Gulf Stream merupakan salah satu arus laut yang kuat yang membawa air hangat dari daerah tropis ke lintang yang lebih tinggi. Berbeda dengan metode nontechnological digunakan untuk menghasilkan peta awal Gulf Stream, remote sensing teknologi saat ini pada satelit memungkinkan ilmuwan untuk melukiskan fitur berjalan dan mengikuti perubahan posisinya. (Lihat "Geospatial Technologies" untuk gambar satelit dari Gulf Stream.)

The Sun mempengaruhi laut dalam dua cara. Pertama, memanaskan suasana, menciptakan angin dan bergerak permukaan laut melalui gesekan. Hal ini cenderung untuk menyeret permukaan air sepanjang sebagai angin bertiup di atasnya.

 Walaupun angin sangat mempengaruhi lapisan permukaan, pengaruhnya tidak meluas jauh di bawah sekitar 100 meter (325 kaki) secara mendalam.

Efek kedua dari Matahari adalah untuk mengubah densitas air permukaan laut secara langsung dengan mengubah suhu dan / atau salinitas nya. Jika air didinginkan atau menjadi asin melalui penguapan, menjadi lebih padat. Hal ini dapat mengakibatkan kolom air menjadi tidak stabil, pengaturan arus kepadatan yang tergantung, juga dikenal sebagai sirkulasi termohalin.

Rotasi bumi juga mempengaruhi arus melalui gaya Coriolis. Gaya ini menyebabkan air bergerak ke kanan di belahan bumi utara dan ke kiri di belahan bumi selatan. Hal ini ada karena memindahkan air laut dipengaruhi oleh gesekan dengan Bumi hanya pada dasar laut, dan karena kecepatan linier timur bumi berkurang dari maksimum di khatulistiwa ke nol di kutub (kecepatan rotasi, bagaimanapun, tidak berubah) . Sebuah bingkisan air di ekuator bergerak pada kecepatan yang sama dengan Bumi. Jika mulai bergerak ke utara, dengan gesekan tidak, kemudian berjalan lebih cepat dari bumi di bawahnya. Untuk menghemat momentum (produk dari massa dan kecepatan), maka akibatnya lebih banyak bergerak ke timur karena mendapat jauh dari khatulistiwa. Gaya Coriolis itu meningkat jauh dari khatulistiwa.

Ekman Teori.

Teori akal pertama tentang bagaimana angin mempengaruhi arus permukaan diperoleh oleh ahli kelautan Swedia dan matematikawan Valfrid Ekman pada tahun 1890. Ekman dianggap sebagai laut jauh luas dan mendalam densitas konstan, dibagi menjadi jumlah tak terbatas lapisan horisontal. Lapisan atas dipengaruhi oleh angin dan gesekan

dengan lapisan di bawahnya. Lapisan kedua juga dipengaruhi oleh gesekan di atas dan bawah, dan sebagainya. Gaya Coriolis juga mempengaruhi lapisan karena mereka bergerak.

Menyeimbangkan gesekan dan gaya Coriolis dipimpin Ekman untuk menyimpulkan bahwa arus yang dihasilkan menurun secara eksponensial dengan kedalaman, bahwa permukaan saat ini bergerak pada sudut 45 derajat ke arah angin, dan bahwa penyimpangan dari arah angin permukaan meningkat dengan kedalaman, membentuk spiral (untuk menjadi dikenal sebagai spiral Ekman). Menambahkan gerakan di semua kedalaman memberikan mean (rata-rata) saat ini yang bergerak pada sudut kanan ke arah angin, ke kanan di belahan bumi utara, dan ke kiri di belahan bumi selatan. Seperti spiral Ekman jarang, tetapi telah diamati di laut.

Karena lautan yang luas atau tidak terbatas densitas konstan, sebagai Ekman diasumsikan, komplikasi terjadi pada batas, di mana air cenderung "menumpuk." Permukaan laut ini kemudian tidak lagi datar, namun memiliki kemiringan, yang menetapkan sebuah gradien tekanan horisontal. Kombinasi gaya Coriolis dan gradien tekanan horisontal menghasilkan arus yang mengalir pada sudut kanan ke gradien tekanan, ketika dua gaya adalah sama, ini dikenal sebagai arus geostropik. Semua sistem saat ini besar di laut pada dasarnya dapat dianggap geostropik.

Karena kepadatan laut bervariasi secara horisontal dan vertikal, ilmuwan dapat menggunakan struktur kerapatan laut untuk menghitung tekanan bidang dan karenanya gradien tekanan. Hasilnya adalah peta yang menunjukkan bagaimana tinggi permukaan laut pada suatu titik tertentu bervariasi relatif terhadap tingkat tekanan tertentu, perubahan relatif dalam ketinggian dinamis digunakan karena dasar laut yang tidak datar atau kedalaman konstan. Peta ini dapat digunakan untuk menunjukkan tempat arus aliran (yang lebih curam gradien, semakin cepat arus). Para ilmuwan juga dapat menggunakan distribusi densitas diamati di laut untuk menghitung kecepatan saat ini.

Pola Arus Permukaan

Pola umum arus permukaan di laut ditunjukkan dalam Gambar 1. Ini menunjukkan serangkaian-lingkaran gyres kuasi, atau pusaran besar, di setiap cekunganlaut. The gyres cenderung menjadi bias terhadap sisi barat lembah, di mana yang kuat, arus sempit ditemukan di Gulf Stream, Kuroshio, Agulhas, Brasil, dan Arus Australia Timur, yang mengalir dengan kecepatan hingga 2,5 meter per detik (6 mil per jam). Volume terlibat dalam arus batas barat adalah besar, sedangkan Agulhas, misalnya, membawa sekitar 80 Sverdrups air di atas 1.000 meter (sekitar 0,6 mil). kecepatan saat ini jauh dari batas barat gyres umumnya jauh lebih rendah, dan arus di batas timur cekungan laut yang lebih luas.

The gyres memutar searah jarum jam di belahan bumi utara dan berlawanan di belahan bumi selatan karena gaya Coriolis, dalam hal ini mereka mengikuti pola angin yang berlaku. Samudera Hindia bagian utara merupakan pengecualian karena sistem atmosfer musim intens bahwa perubahan arah dua kali setahun, tapi sistem arus melingkar intens, Whirl Agung, berkembang di Somalia selama musim (musim panas) barat daya.

The gyres di kedua membantu laut dan atmosfer untuk mengangkut panas dari khatulistiwa ke arah kutub (Gulf Stream terus Eropa utara

Gambar 1. Pola umum arus permukaan di laut

Peta ini menunjukkan sistem permukaan global saat ini dalam kondisi rata-rata untuk bulan musim dingin di belahan bumi utara. arus hangat ditampilkan sebagai panah merah solid, dan arus dingin melesat panah biru. jauh lebih hangat dari lintang yang menunjukkan). Utara aliran air hangat di Atlantik Utara dan aliran serupa (yang Kuroshio) di Pasifik Utara sebagian diimbangi oleh aliran selatan di Greenland Timur dan Labrador arus dan di Oyashio, masing-masing, sementara aliran ke selatan tambahan terjadi pada kedalaman lebih besar . Aliran permukaan equatorward sepanjang tepi timur gyres ini juga jauh lebih dingin dari aliran poleward ditemukan pada batas barat. Ini hasil dari upwelling winddriven, stress angin equatorward disebabkan oleh angin perdagangan "mendorong" air dari pantai dan air bawah permukaan pendingin upwells untuk menggantikannya.

Dalam dua wilayah dunia arus permukaan tidak membentuk gyres. Samudra Selatan adalah wilayah angin barat terus menerus dan merupakan satu-satunya tempat di dunia di mana saat ini terus menerus tersebar (Antartika melingkari Lancar) dapat membentuk. saat ini karena itu merupakan wilayah utama untuk mencampur air antara cekungan laut yang berbeda. Ini adalah terbesar saat ini di bumi, memiliki fluks total volume paling sedikit 120 Sv.

Gerak Gyral juga hadir di dekat khatulistiwa. arus Equatorial juga didorong oleh angin, khususnya dengan perdagangan angin-dari timur laut di belahan bumi utara dan dari tenggara di belahan bumi selatan. Namun, gaya Coriolis sini adalah nol, meskipun itu menjadi signifikan dalam satu derajat lintang utara atau selatan. Batas antara dua set angin perdagangan biasanya sedikit utara khatulistiwa. Angin perdagangan membentuk dua arus yang mengalir ke arah barat-utara dan selatan khatulistiwa (Utara dan Selatan Khatulistiwa Arus), tetapi karena pukulan tenggara perdagangan di khatulistiwa, ini menyebabkan perbedaan (upwelling) di sepanjang khatulistiwa itu sendiri karena perubahan dalam arah tindakan gaya Coriolis.

Antara dua sabuk perdagangan-angin merupakan wilayah angin umumnya cahaya, yang dikenal sebagai lesu. Hal ini memungkinkan air, yang kalau tidak akan menumpuk melawan batas barat laut di arus Khatulistiwa, mengalir kembali ke arah timur di permukaan Equatorial lawan. Ada juga yang mengalir ke timur Equatorial arus bawah, yang membentuk jet di dalam termoklin, didorong oleh gradientekanan horisontal. Sistem arus yang mengalir ke arah timur dan barat-mengalir ditemukan di atas 200 meter (650 kaki) di ketiga lautan, padahal distribusi mereka dapat berubah tergantung pada musim angin memaksa. Yang tersembunyi khatulistiwa yang jauh lebih kuat daripada arus permukaan di khatulistiwa, dan dapat memiliki arus lebih dari 50 Sv.

Deep Arus

Arus di laut dalam ada karena perubahan densitas air laut yang terjadi di permukaan. Perubahan ini menimbulkan kepadatan massa air tertentu, yang memiliki suhu yang jelas dan karakteristik salinitas, dan yang dapat ditelusuri untuk jarak jauh di lautan.

Ketika air laut yang membeku, banyak garam yang mengandung beku keluar, sehingga lapisan bentuk air garam dingin di permukaan laut. Menjadi lebih padat daripada air di bawahnya, tenggelam air garam itu, entraining air seperti halnya begitu, sampai mencapai tingkat di mana ia memiliki kerapatan sama dengan air laut sekitarnya. Proses ini berlangsung di beberapa wilayah lautan di dunia, yang terpenting adalah di Greenland, Norwegia, dan Labrador Laut di belahan bumi utara, dan dekat dengan benua Antartika di Weddell dan Ross Laut di selatan.

Ini adalah perairan padat dibentuk oleh proses ini yang mengatur pola laut dalam saat ini. Air yang terbentuk di Laut Ross Weddell dan menyebar ke arah timur dan utara di sekitar Antartika di bawah pengaruh gaya Coriolis. Seperti halnya dengan air permukaan, sebagian besar aliran terkonsentrasi pada sisi barat cekungan laut, tetapi dalam kasus ini adalah pergerakan menuju utara. Di Selatan Samudera Atlantik, misalnya, air bawah dari Laut Weddell dapat diidentifikasi mengalir melalui cekungan Argentina dan Brazil di bawah 4.000 meter (2,5 mil) di kedalaman, akhirnya melintasi khatulistiwa menjadi Atlantik Utara lepas pantai Brasil. efek serupa ditemukan baik di India Selatan dan lautan Pasifik Selatan, dengan air bawah dipaksa untuk mengikuti topografibawah.

Massa air terbentuk di belahan bumi utara sama aliran selatan. Air dalam dari Greenland dan Laut Norwegia mengisi cekungan ini sampai tumpah tonjolan antara Greenland, Islandia, dan Skotlandia. Dari sini terpaksa ke kanan oleh gaya Coriolis dan mengikuti topografi di sekitar pantai selatan Greenland dan Laut Labrador, akhirnya melintasi bawah Gulf Stream dan mengalir ke selatan di sepanjang pantai timur AS pada kedalaman antara sekitar 2.000 sampai 4.000 meter (1,3-2,5 mil). Air ini, dikenal sebagai Deep Water Atlantik Utara (NADW), dilanjutkan ke selatan sampai bergabung Antartika melingkari Lancar, dari mana pasokan banyak garam ke perairan yang dalam belahan bumi selatan.

Laut Labrador juga merupakan sumber air padat. Sejak, bagaimanapun, kondisi musim dingin tidak separah di sini seperti di Greenland dan Laut Norwegia, air garam yang dihasilkan kurang padat dan tidak tenggelam sedalam (hanya 1,500-2,000 meter, atau 0,9-1,3 mil). Namun, Labrador Air Laut dapat ditelusuri selatan di Atlantik Utara sejauh khatulistiwa di atas lapisan NADW.

Peran Masa Air.

Semua massa air membantu untuk mentransfer oksigen dari atmosfer ke laut dalam. Air tenggelam sangat dingin dan mengandung konsentrasi tinggi oksigen terlarut diperoleh di permukaan, karena air dingin dapat menyimpan lebih banyak oksigen daripada air hangat. Selama aliran mereka, mereka mencampur dengan air "tua" yang telah jauh dari permukaan untuk waktu yang lama, sehingga memastikan bahwa dasar perairan laut disediakan dengan oksigen. oksigen tambahan diberikan di belahan bumi selatan dengan Antartika Intermediate Air, dibentuk di sebuah band dekat 50 ° S sampai 55 ° S garis lintang. Di wilayah ini, air tidak membeku di musim dingin, tapi tidak dingin membentuk lapisan lowsalinity yang tenggelam sekitar 1.000 meter (0,6 mil) kedalaman dan bergerak ke utara di ketiga lautan.

Air tidak perlu didinginkan untuk mengubah densitas. densitas perubahan besar juga dapat diproduksi di daerah di mana penguapan yang lebih penting daripada presipitasi. Contoh daerah mana ini terjadi adalah Laut Mediterania, Laut Merah, dan Teluk Persia. Meskipun air di sini hangat (di Teluk Persia suhu bisa melebihi 30 ° C, atau 86 ° F), densitas dapat meningkat sehingga air yang meninggalkan cekungan ini tenggelam tertutup karena campuran ke sekitarnya. Air Mediterania dapat ditelusuri melintasi Atlantik Utara karena salinitas yang tinggi, sedangkan Laut Merah Air dapat diikuti bergerak ke selatan sepanjang pesisir timur Afrika ke Lancar Agulhas.

Versi ideal dari pola arus laut sepanjang seluruh ditunjukkan pada Gambar 2. Hal ini menunjukkan dengan jelas bahwa meskipun permukaan dan pola arus dalam bisa muncul terpisah, mereka sebenarnya berhubungan erat. Deep tenggelam air di Atlantik Utara utara diganti di permukaan dengan air hangat dari dekat khatulistiwa. Demikian pula, air padat membentuk off Antarctica diganti dengan upwelling air yang dalam yang berasal berasal dari Atlantik Utara. Dengan demikian, ada sirkulasi termohalin global yang mengubah air permukaan di lintang tinggi ke dalam air yang dalam yang bergerak menjauh dari sumbernya, pencampuran dengan air ke yang mengalir.

Aliran ini dapat ditelusuri dari utara Atlantik Utara, melalui Atlantik Selatan ke Circumpolar kini, dan kemudian kembali lagi melalui upwelling di Pasifik dan Samudra India ke lapisan permukaan. Air mengalir dari Pasifik ke Samudera Hindia melalui bagian Indonesia, dan rangkaian tersebut selesai dengan air hangat di selatan Agulhas kini Afrika, yang memasuki Atlantik Selatan dan bergerak ke utara, menyeberangi garis khatulistiwa lagi dan menggabungkan menjadi Gulf Stream. Meskipun jalur ini dapat ditelusuri pada Gambar 2, itu jelas jauh lebih rumit daripada dinyatakan di sini. Arus tidak mengalir terus menerus, karena ada gyres kecil di mana air menjadi "terjebak" dalam perjalanan dan dipaksa untuk recirculate satu atau beberapa kali sebelum dapat melanjutkan di seluruh dunia.

 Hal ini menunjukkan aliran umum skematik interbasin untuk menunjukkan lautan, dan hubungan horizontal mereka di Samudra Selatan, dan Passages Indonesia. sirkulasi lapisan permukaan ini adalah dalam ungu, menengah dan SAMW dalam merah, jauh di dalam hijau, dan dekat-bawah dengan warna biru.

Demikian pula, ada cukup banyak variasi di jalan ditelusuri oleh arus yang berbeda. Sedangkan jalan umum dari suatu arus tertentu adalah sama dari tahun ke tahun, jalan yang sebenarnya yang dibutuhkan bisa sangat bervariasi pada skala beberapa minggu. Semua arus batas barat menunjukkan pergerakan yang cukup tentang posisi rata-rata mereka. Cukup mengapa ini terjadi adalah tidak benar-benar diketahui, tetapi mereka mungkin didorong oleh perubahan tegangan angin hulu, atau penumpahan pusaran.

                                                DAFTAR PUSTAKA

Open University Course Team: Ocean. Inggris Sirkulasi.Oxford, Pergamon Press, 1989.

Pond, Stephen, dan George L. Pickard: Pengantar dinamis. Inggris Oseanografi. Oxford, Pergamon Press, 1983.

Schmitz, William J. Pada Sirkulasi Ocean World,jilid I dan II. Woods Hole Lembaga Oseanografi Laporan Teknis WHOI 96-03 dan 96-08M. Woods Hole, MA: WHOI, 1996.

Tomczak, Matt, dan J. Stuart Godfrey Sebuah Daerah. Oseanografi. Pendahuluan: Oxford, UK: Pergamon Press, 1994.

Geoogle search, 11-03-2011,( www.thesorptionsolution.com).

Geoogle search, 11-03-2011,( www.searchenginexml.com).