Perambatan Cahaya [PDF]

Citation preview

BAB VI PERAMBATAN GELOMBANG CAHAYA DI LAUT



PERAMBATAN GELOMBANG CAHAYA DI LAUT



http://www.mbgnet.net



Cahaya di Laut l



l



l



l



Cahaya sangat penting bagi produksi primer(phytoplankton). Bahkan air murni cenderung menghamburkan dan menyerap cahaya. Di laut,kekeruhan meningkatkan penghamburan dan penyerapan sehingga cahaya tidak dapat masuk jauh kelapisan dalam. Sifat-sifat cahaya dikedalaman yang berbeda tergantung dari banyak faktor.



EMR, solar input & reflected energy



© 2003 John Wiley and Sons Publishers



Ø



Jumlah cahaya yang memasuki laut tergantung dari tinggi matahari diatas horizon dan kehalusan muka laut.



Ø



65% cahaya yang masuk ke laut diserap dalam meter-meter pertama dan dikonversikan menjadi energi panas. Hanya 1% dari cahaya memasuki laut mencapai kedalaman 100 m.



Ø



Air meng-absorbsi cahaya secara selektif dimana cahaya dengan gelombang yang lebih panjang diserap terlebih dahulu sedangkan yang bergelombang pendek diserap terakhir.



Ø



Di perairan pantai yang keruh Cahaya jarang masuk sampai kedalaman lebih dari 20 m, dan airnya tampak kuning kehijauan karena partikel air tersebut merefleksikan panjang gelombang itu Dicuplik dr Kostka, 2002



ZONASI (LAPISAN) DI LAUT BERDASARKAN BANYAKNYA CAHAYA YANG MASUK EUPHOTIC (SUNLIGHT ZONE) Sunlight zone



(0-80) m



Lapisan yang mendapat sinar matahari yang cukup merupakan lapisan dimana terjadi proses fotosintesis



DISPHOTIC (TWILIGHT ZONE)



(80-200) m



Lapisan yang kurang mendapat sinar matahari.



APHOTIC (MIDNIGHT ZONE)



> 200 m [http://www.soc.soton.ac.uk/JRD/SCHOOL/mt/mt001b_2.html]



Lapisan tanpa sinar matahari (lapisan yang gelap)



OCEAN ZONATION



Sunlight zone/euphotic zone



Twilight zone/disphotic zone Midnight zone/aphotic zone



0-80m http://www.mbgnet.net



80-200m >200m



[Sumber:www.mbgnet.net/salt/oceans/zones.htm]



CAHAYA Cahaya adalah GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK Dalam penetrasinya ke dalam laut gelombang cahaya mengalami atenuasi (Pengurangan Intensitas) akibat proses penyerapan (absorpsi) dan penghamburan (scattering) Penyerapan energi oleh air laut



Proses Penyerapan dan Penghamburan



Penyerapan energi oleh materi-materi yang melayang di dalam air laut termasuk organisme laut Penghamburan oleh air laut Penghamburan oleh partikel-partikel yang melayang di dalam air laut



Intensitas Cahaya (I) ergs.cm2.s-1 ;cal.cm2.s-1 ; watts.cm2.s-1



Fluks radiasi energi per satuan waktu yang mengalir melalui satu satuan luas normal terhadap arah gerakan cahaya



Il sebagai densitas spektra dari fluks energi per satuan pertambahan panjang gelombang yg berpusat pada panjang gelombang l. Intensitas berkas cahaya dalam pita panjang gelombang antara l1 dan l2



l2



I (l1 - l2 ) = ò I l d l l1



¥



Intensitas Total



I = ò Il d l 0



Atenuasi/Ekstingsi (pengurangan intensitas) cahaya akibat absorpsi atau penghamburan Bila kl bukan fungsi dari kedalaman



dI l = - kl I l dZ Z : jarak perambatan kl : koefisien ekstingsi (extinction coefficient) untuk l tertentu



I l z = I lo e



- kl z



I lz : Intensitas pada



jarak z I lo: Intensitas awal



I



1 1 x I lo bila z = berkurang lz e kl z = jarak ekstingsi (extinction distance) ze



Light extinction is controlled by the formula: Iz = I0 e-kz where I is intensity, z is depth, and k is a constant



Light extinction at different wavelengths



Influenced by ocean properties— mainly biological.



Efek Penyerapan dan Penghamburan



Koefisien Extinction (kl)



Bila diameter partikel-partikel penghambur jauh lebih kecil daripada gelombang cahaya



kl = k l + k '



kl = a "



" l



c



l4



kl' = Koefisien absorbsi kl" =



Koefisien penghamburan



Koefisien absorpsi k¢l untuk zat hipotetik dan koefisien penghamburan k²l untuk berbagai konsentrasi (c1 – c5)



Memperlihatkan k¢l vs λ untuk zat hipotetik yang memperlihatkan suatu harga minimum pada panjang gelombang sekitar 0.52 microns (µ). Juga diperlihatkan harga k²l untuk berbagai konsentrasi penghambur dimana Ci+1 >Ci Koefisien atenuasi (k¢l+k²l) untuk berbagai konsentrasi (c1 – c5)



Kombinasi dari penyerapan dan penghamburan yang merupakan koefisien ekstinksi



atenuasi



pada seluruh panjang gelombang bertambah dengan bertambahnya konsentrasi penghambur dan pada saat yg sama, panjang gelombang minimum dari atenuasi, bergeser ke arah gelombang panjang. [Hadi,2004]



PENYERAPAN CAHAYA



Radiasi matahari yang mencapai permukaan laut mengandung energi yang terdistribusi dalam kisaran l yang lebar dan ketika menembus permukaan laut akan mengalami absorpsi



Sekitar 50% dari energi cahaya terletak dalam daerah sinar tampak (visible light).



[sumber:http://www.ngscuba.net/gear/misc_photo_0.html]



Pada kedalaman 1 m hanya 45% energi cahaya yang tertinggal. Sebagian besar sinar infra merah diserap dipermukaan laut dan diubah menjadi panas. Pada kedalaman 10 m, 84% energi cahaya telah diserap yg tinggal 16 % dan pada kedalaman 100 m energi cahaya tinggal 1% yang terletak pada daerah sinar biru – hijau



WARNA AIR LAUT Air laut tampak berwarna biru karena gelombang sinar biru yang mempunyai energi paling besar dan paling lambat diserap sehingga dapat masuk kedalam laut dalam jarak yang cukup besar untuk kemudian dihamburkan kembali melalui permukaan ke mata pengamat



Sumber:[http://www.soc.soton.ac.uk/JRD/SCHOOL/mt/mt001a_5.html]



WARNA AIR LAUT • Karena sinar merah hampir seluruhnya diserap pada kedalaman beberapa meter maka objek berwarna merah tampak berwarna abu-abu. • Penyelam yang terluka pada kedalaman 10 m akan melihat darahnya tidak lagi merah tetapi abu-abu, karena tidak banyak sinar merah pada kedalaman tersebut untuk dipantulkan oleh pigment merah dari darahnya ke mata penyelam [Sumber:http://daac.gsfc.nasa.gov/oceancolor/scifocus/oceanColor/oceanblue.shtml]



WARNA AIR LAUT Gambar bawah air yang memperlihatkan organisme berwarna merah dimungkinkan karena penyelam yang membuat foto bawah air tersebut membawa sinar putih (lampu) yang mengandung seluruh warna Sumber:[http://www.soc.soton.ac.uk/JRD/SCHOOL/mt/mt001a_5.html]



Laut tampak berwarna hijau karena banyak mengandung phytoplankton



Sumber:[http://www.soc.soton.ac.uk/JRD/SCHOOL/mt/mt001a_5.html]



WARNA AIR LAUT Laut Merah tampak berwarna merah akibat pengaruh Cynobacteria yang terdapat dalam jumlah besar.



Cynobacteria mempunyai pigmen merah



Sumber:[http://www.soc.soton.ac.uk/JRD/SCHOOL/mt/mt001a_5.html]



Laut berwarna coklat kekuning-kuningan karena banyak mengandung partikel sedimen



TRANSMISI CAHAYA Transmisi cahaya dapat berlangsung efisien di laut lepas. Di perairan pantai, transmisi cahaya kurang efisien karena banyak mengandung partikel-partikel padat yang melayang termasuk organisme laut sehingga meningkatkan proses penghamburan.



http://union.edu [sumber:www.union.edu]



SPEKTRUM ENERGI PADA KEDALAMAN 10 m



A = air murni B = air laut yang bersih (clear oceanic water) C = kondisi air laut rata-rata D = kondisi rata-rata air laut di perairan pantai E = perairan pantai yang keruh (turbid)



[McLellan,1965]



• Memperlihatkan tipe variasi didalam spektrum energi cahaya setelah menembus permukaan air 10 m untuk berbagai kondisi. • Di daerah-daerah yang transmisinya rendah, puncak spektrumnya bergeser dari daerah biru-hijau ke daerah kuning – hijau.



PERGESERAN PUNCAK SPEKTRUM ENERGI B = spektrum energi pada kedalaman 100 m di laut yang bersih E = spektrum energi pada kedalaman 10 m di perairan pantai yang turbid



[Hadi, 2005]



http://union.edu



• Semakin keruh perairan semakin sedikit transmisi cahaya karena makin besar proses penghamburan. • Di daerah dengan transmisi rendah, puncak spektrum cenderung bergeser dari daerah sinar biru-hijau ke kuning– hijau.



PANJANG GELOMBANG TRANSMISI MAKSIMUM DI LAUT



http://union.edu



Tipe Air Laut



Panjang gelombang transmisi maksimum



% transmisi per meter



Laut bersih (clearest ocean)



0.470



98.1



Kondisi laut ratarata



0.475



89.0



Perairan pantai yang bersih



0.500



88.6



Kondisi rata-rata perairan pantai



0.550



72.4



Kondisi rata-rata inshore (dekat pantai)



0.600



60.8 [Yentsch, 1960]



PANJANG GELOMBANG TRANSMISI MAKSIMUM DI LAUT Pergeseran dalam panjang gelombang transmisi maksimum disebabkan oleh efek kombinasi dari penghamburan selektif oleh materi yang melayang dan penyerapan oleh zat kuning (gelbstoff, merupakan senyawa organik) yang larut di dalam air (Kalle, 1938, 1939).



Variasi dalam intensitas dan komposisi spektrum didalam air laut diakibatkan oleh penghamburan oleh partikel-partikel yang melayang, absropsi oleh zat organik yang larut atau absorpsi oleh pigment phytoplankton.



SPEKTRUM PENYERAPAN DARI PHYTOPLANKTON Yentsch (1960) Menyelidiki spektrum penyerapan dari phytoplankton



http://union.edu



• Absorpsi maksimum oleh pigment phytoplankton terjadi pada panjang gelombang transmisi maksimum oleh air murni. • Puncak kedua diakibatkan oleh chlorophyll merah



[Yentsch,1960]



Densitas optik phytoplankton sebagai fungsi dari panjang gelombang