Komponen dan Perilaku Parameter Fisika dan Kimia Perairan
DAFTAR ISI
A. Isu Pembelajaran
1.Cahaya
1.1 Definisi Cahaya
1.2 Karakteristik Cahaya
1.3 Fenomena yang berkaitan dengan kualitas Cahaya
1.4 Hukum Beer-Lambert
1.5 Interaksi Cahaya terhadap Air
1.6 Alat Pengukur Secchi Disk
2. Stratifikasi
2.1 Stratifikasi Lapisan kolom Air Berdasarkan Profil Cahaya
2.2 Stratifikasi Lapisan kolom Air Berdasarkan Suhu
2.3 Kondisi Stratifikasi Danau di Berbagai Musim
2.4 Stratifikasi vertikal kolam air yang berdasarkan perbedaan panas (perbedaan suhu) pada setiap kedalaman perairan
Kondisi Stratifikasi Danau di Berbagai Musim
3. Densitas Air serta Pengaruhnya terhadap Kolom Air dan Suhu
4. Pembalikan dan Pergerakan Massa Air
4.1 Pembalikan Massa Air serta Pengaruhnya terhadap Kolom Air
4.2 Profil Suhu Danau yang Tak Lazim
4.3 Tipe Pergerakan Massa Air, Gelombang dan Arus
4.4 Tipe Aliran Massa Air
5. Substansi Kimiawi dalam Perairan
5.1 Nutrien di Perairan
5.2 Gas-gas di Perairan (Oksigen dan Karbondioksida)
5.3 Summerkill dan Winterkill
B. Jawaban dari Pertanyaan di Lembar Pemicu 4
Isu Pembelajaran
Cahaya
Definisi Cahaya
Salah satu faktor penunjang keberlangsungan hidup serta pemicu dinamika perairan adalah cahaya. Berdasarkan KBBI dalam definisi ke-4, yang dimaksud dengan cahaya adalahbentuk gelombang elektromagnetik pada kurun frekuensi getar tertentu yang dapat ditangkap dengan mata manusia. Sumber lain memberikan definisi menurut 3 pendekatan : (a) Optika geometri: cahaya dirambatkan sebagai berkas sinar yang masing-masing sinar ini tegak lurus pada muka gelombang (lensa); (b) Cahaya bersifat sebagai gelombang lektromagnetik: menjelaskan transmisi cahaya yang melalui medium; untuk membahas gejala-gejala difraksi, interferensi, polarisasi dan daya pisah; (c) Pendekatan mekanika kuantum: untuk menjelaskan emisi dan absorpsi cahaya; kuantum cahaya dianggap sebagai paket atau kuanta energi yang disebut foton.
Karakteristik Cahaya
Cahaya memiliki dua karakteristik utama yang menyangkut kualitas dan kuantitas. Karakteristik cahaya berkaitan dengan kuantitas adalah intensitas (seberapa terang, kuantitas). Sedangkan karakteristik cahaya berkaitan dengan kualitas yaitu berupa panjang gelombang (energi dan warna).
Intensitas (seberapa terang, kuantitas)……
Panjang gelombang (energi, warna)………
Fenomena yang berkaitan dengan kualitas Cahaya
Terdapat sifat cahaya yang memunculkan beberapa fenomena saat berinteraksi dengan air. Berkaitan dengan kualitas salah satu fenomena tersebut menyebabkan adanya kesan bahwa perairan danau atau waduk (yang luas) tampak berwarna biru.
Absorpsi cahaya oleh air murni terbesar pada panjang gelombang yang panjang. Cahaya merah memiliki gelombang yang terpanjang sehingga pada danau cahaya merah di serap kuat, menjadikannya hilang. Cahaya biru memiliki panjang gelombang yang lebih pendek dari gelombang-gelombang cahaya lainnya. Panjang gelombang yang lebih pendek lebih dihamburkan oleh air dari pada panjang gelombang yang lebih panjang, sehingga cahaya biru terus menembus masuk kedalam.
Dari diagram tersebut juga menjadi alasan kenapa air di dalam bak mandi berwarna putih, di karenakan semua cahaya masih di terserap oleh air sehingga membuat warnanya nampak putih. Sementara saat matahari mulai terbenam dan terbit, air laut akan kelihatan merah di permukaanya dikarenakan penyerapan cahaya tersebut. Warna yang berbeda pada laut, sungai dan danau juga di sebabkan oleh tanaman yang hidup di dasarnya seperti alga yang terdapat pada laut merah, dan endapan yang tercwa di dalam air. seperti warna coklat yang merupakan endapan yang terbwa dari sungai, sehingga membuat warnanya nampak keruh.
Hukum Beer-Lambert
Jika intensitas cahaya Io pada panjang gelombang tertentu dilewatkan melalui larutan yang mengandung bahan yang mengabsorpsi cahaya dapat diukur dengan detektor. Hukum Lambert – Beer digunakan untuk menggambarkan absorpsi cahaya pada panjang gelombang tertentu yang diberikan oleh absorpsi spesi dalam larutan :
Log= Io/I=A ∈1c
Dengan A adalah absorbansi; ∈ adalah absorptivitas molar (L mol-1 cm-1); 1 adalah panjang laluan sinar melalui larutan (cm); c adalah konsentrasi spesi (molal) (Basset, J., Penny,R.C., Jeffrey.G.H., 1994)
Interaksi Cahaya terhadap Air
Dipantulkan
• sudut datang cahaya (pagi, sudut kecil, banyak dipantulkan)
• permukaan halus/rata vs bergelombang
Dihamburkan
• partikel (biologi dan abiotik)
• bahan terlarut (tannin)
Pembiasan
Kerapatan media: viskositas, densitas
Diserap
• Cahaya adalah sesuatu yang tidak biasa – berupa gelombang dan partikel (foton)
• Penyerapan foton melepaskan energi panas
• Sebagian besar panas muncul pada kedalaman kurang dari 1 m
Alat Pengukur Secchi Disk
Secchi Disk merupakan salah satu alat untuk mengukur keberadaan cahaya dalam air
Stratifikasi
Stratifikasi Lapisan kolom Air Berdasarkan Profil Cahaya
Stratifikasi vertikal kolam air pada perairan air tawar yang diakibatkan oleh intensitas cahaya yang masuk keperairan dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu:
Lapisan eufotik , yang merupakan lapisan yang masih mendapat cukup cahaya matahari,
Lapisan kompensasi adalah lapisan dengan intensitas cahaya sebesar 1% dari intensitas cahaya permukaan,
Lapisan profundal yaitu lapisan yang terletak dibawah lapisan kompensasi dengan intensitas cahaya sangat kecil atau bahkan tidak terdapat cahaya (afotik).
Stratifikasi Lapisan kolom Air Berdasarkan Tingkat Kesuburan Danau
Dilihat dari tingkat kesuburan perairan air tawar (danau) maka dapat dibagi menjadi lima kelompok yaitu:
Oligotrofik, perairan yng miskin unsur hara dan produktivitas rendah (produktivitas primer dan biomasa rendah). Perairan ini memiliki kadar nitrogen dan fosfor rendah, namun cenderung jenuh dengan oksigen.
Mesotrofik, perairan yang memiliki unsur hara dan produktivitas sedang (produktivitas primer dan biomasa sedang). Perairan ini merupakan perairan antara oligotrofik dan eutrofik.
Eutrofik, perairan kaya unsur hara dan produktivitas tinggi. Perairan ini memiliki tingkat kecerahan rendah dan oksigen pada lapisan hipolimnion dapat lebih kecil dari 1 mg/liter.
Hiper-eutrofik, perairan dengan kandungan unsur hara dan produktivitas primer sangat tinggi. Pada lapisan hipolimnion tidak terdapat oksigen (kondisi anoksik).
Distrofik merupakan jenis perairan yang banyak mengandung bahan organic, seperti humus dan fulfic. Jenis perairan seperti ini (danau), banyak menerima bahan organic dari tumbuhan yang berasal dari daratan sekitarnya sehingga biasanya memiliki produktivitas primer rendah .
Dengan demikian dalam stratifikasi perairan air tawar menggunakan stratifikasi vertikal kolam air, yang dapat distratifikasi lagi dalam tiga indicator, seperti : intensitas cahaya, perbedaan suhu, dan tingkat kesuburan air. Namun demikian untuk mengindifikasi stratifikasi perairan air tawar dapat juga menggunakan macam stratifikasi lainnya. Hal ini bergantung pada hasil yang ingin dicapai dalam pengamatan.
Stratifikasi Lapisan kolom Air Berdasarkan Suhu
Danau terbagi menjadi tiga lapisan:
Epilimnion
Epilimnion merupakan lapisan hangat seragam yang tercampur (mixed) oleh angin
Metalimnion
Metalimnion merupakan lapisan antara dengan penurunan suhu yang tajam seiring meningkatnya kedalaman
Thermoklin merupakan lapisan antara dua kedalaman dengan cuhu yang menurun drastis
Stratifikasi vertikal kolam air yang berdasarkan perbedaan panas (perbedaan suhu) pada setiap kedalaman perairan dikelompokan menjadi tiga yaitu :
Epilimnion merupakan lapisan bagian atas perairan. Lapisan ini bagian yang hangat kolam air, suhu reklatif konstan (perubahan suhu sangat kecil secara vertikal). Seluruh masa air dilapisan ini tercampur dengan baik karena pengaruh angina dan gelombang.
Metalimnion atau yang sering disebut termoklin, terletak dibawah lapisan epilimnion. Perubahan suhu dan panas secara vertikal relative besar pada lapisan ini. setiap penambahan kedalaman satu meter terjadi penurunan suhu air sekitar 1℃ .
Hipolimnion, terletak dibawah lapisan termoklin. Lapisan ini lebih dingin, bercirikan adanya perbedaan suhu secara vertikal relative kecil. Sifat masa airnya stagnan, tidak mengalami percampuran (mixing) dan memiliki kekentalan air (densitas) yang lebih besar. Pada umumnya diwilayah tropis memiliki perbedaan suhu air permukan dengan bagian dasar hanya sekitar 2-3℃ .
Kondisi Stratifikasi Danau di Berbagai Musim
Kondisi danau pada musim yang berbeda akan mengalami stratifikasi yang berbeda pula, Sebagai contohnya adalah Danau dengan kedalaman 0 m di Lake County, IL.
Awal musim semi
Densitas tidak berbeda
Tak ada halangan untuk terjadi
pengadukan
Panas yang diserap di permukaan terdistribusi ke seluruh kolom air
Pertengahan Musim Semi
Hari terang lebih lama dan lebih panas; lebih banyak panas harian dipindahkan ke permukaan.
Peningkatan panas di permukaan air lebih cepat dari distribusi panas ke kolom air oleh pengadukan
Hal ini membuat air permukaan tetap di tampatnya selama periode hangat yang tenang
Terdapat penahan pengadukan.
Suhu air hipolimnion tidak akan berubah banyak.
Akhir Musim Semi
Perbedaan densitas mantap, epilimnion “mengapung” di atas air hipolimnion yang dingin
Akhir Musim Panas
Epilimnion terus panas
Stratifikasi suhu kokoh
Pada danau yang sangat bening, akan terjadi pemanasan hipolimnion
Dekomposisi plankton yang mati mengurangi oksigen di hipolimnion
Tengah-akhir Musim Gugur
Penurunan suhu epilimnion menurunkan perbedaan densitas air antara kedua lapisan
Terjadi “Fall Turnover” (Turnover Musim Gugur)
Turnover mengembalikan oksigen ke kolom airdalam dan and nutrien kembali ke permukaan air
Musim Dingin
Suhu permuakan turun di bawah 4°C dan “mengapung” di atas air4°C
Lapisan es menghalangi angin untuk mengaduk air dingin ke kolom air lebih dalam
Seasonal Stratification in a Temperate Lake
Densitas Air serta Pengaruhnya terhadap Kolom Air dan Suhu
DENSITAS ( Berat Jenis, BJ ) adalah satu satuan massa per volume
(g/ml = g/cc = g/cm3 atau kg/L)
Lapisan air yang lebih hangat akan lebih ringan, berada di atas air yang dingin dan dengan densitas lebih tinggi
Water & Density
Pembalikan dan Pergerakan Massa Air
Pembalikan Massa Air serta Pengaruhnya terhadap Kolom Air
Profil Suhu Danau yang Tak Lazim
Profil suhu perairan air tawar yang tak lazim biasanya terjadi pada kolam/telaga/danau yang airnya sangat dangkal (< 2 meter) dan airnya bergaram. Klasifikasi pembagian danau yang tak lazim diantaranya adalah sebagai berikut.
Dichotermy (suhu air di lapisan atas dan lapisan bawah hangat, tapi di lapisan tengah lebih dingin).
Mesothermy (suhu di lapisan tengah lebih hangat dari di lapisan atas dan lapisan bawah, suatu tahapan sebelum terjadi inverse stratification)
Poikilothermy (terdapar satu titik dengan suhu tinggi dan satu titik dengan suhu rendah pada kolom air danau/kolam bagian tengah).
Tipe Pergerakan Massa Air, Gelombang dan Arus
Pergerakan massa air ddanau sangat mempengaruhi distribusi panas, gas (dari atmosfera), nutrien (sedimen), organisme. Pergerakan massa air danau ini dapat terjadi akibat adanya angin, hilangnya panas di permukaan, gradien tekanan, serta adanya aliran air yang masuk.
Gambar Pergerakan massa air danau
Gelombang merupakan naik-turunnya partikel air yang menimbulkan osilasi, tapi tidak memunculkan aliran; dapat terjadi secara periodik (rhythmic) atau tidak periodik (arrhythmic) .
Tipe gelombang ada 2 macam, yaitu:
Gelombang permukaan (surface wave)
Gelombang permukaan atau disebut juga dengan gelombang progresif, merupakan gelombang yang disebabkan oleh angin
Gelombang diam (standing wave)
Seches permukaan akan muncul ketika angin bertiup satu arah dengan waktu cukup lama, mendorong air permukaan ke bawah. Angin mengangkat air di sisi yang berlawanan dengan arah angin (lee shore) hingga angin berhenti, saat tenaga pendorong dilepaskan dan akumulasi massa air mengalir kembali karena pengaruh gravitasi. Pada kondisi ini kemudian akan memunculkan gelombang diam yang mendorong-balik dan bergerak semakin perlahan. Serangkaian gelombang yang dihasilkan berupa standing surface gravity waves atau "surface seiches/seiches permukaan". Surface seiches juga dapat terjadi karena tekanan udara atau tekanan air hujan.
Arus merupakan aliran searah dari partikel air. Tipe arus ada 4 macam, diantaranya adalah sebagai berikut.
Arus aliran masuk (river inflow current)
Aliran air yang masuk ke danau menimbulkan arus. Air sungai mungkin memiliki densitas yang berbeda dari air danau, yang berubah secara musiman dan tergantung pada suhu, bahan terlarut, dan beban tersuspensi. Air sungai dapat mengalir di permukaan air danau (overflow) jika densitasnya lebih rendah dari air danau serta di dasar perairan (underflow) jika densitasnya lebih tinggi dari air danau, atau mengalir di tengah kolom (interflow) jika densitasnya sama. Kadang pengadukan terjadi karena turbulensi yang muncul segera setelah terjadi terjadi perbedaan densitas yang kecil serta telah ada arus di dalam danau.
Arus konveksi
Arus konveksi merupakan pergerakan energi karena perpindahan massa air, misalnya air permukaan yang dingin pada malam hari di musim panas akan berpindah ke bawah.
Arus akibat angin (wind-driven current)
Arus permukaan di danau besar atau estuaria mengalir 45 terhadap arah angin datang, mengikuti gaya Coriolis. Arus air dalam akan mengalir di bawah permukaan, semakin besar sudut datang angin maka akan mengakibatkan semakin jauh pula dari permukaan. Aliran arus terdalam yang berlawanan dengan arah angin, akan menghasilkan aliran arus spiral yang disebut arus spiral Eckman.
Arus akibat gelombang (wave-driven current)
Arus akibat gelombang merupakan arus sejajar pantai yang muncul ketika gelombang mencapai tepi pantai. Gelombang akan membelok dan memunculkan arus sejajar garis pantai, zigzag terhadap arah gelombang datang. Arus sejajar pantai bersama gelombang akan memindahkan pasir, kerikil, dan sedimen di sepanjang pantai. Pantai ini disebut dengan beach drift.
4.4 Tipe Aliran Massa Air
Laminar flow
Tipe aliran massa air laminar flow memiliki aliran yang lambat, halus dan searah, dan dengan profil kecepatan seragam.
Turbulent flow
Tipe aliran massa air turbulent flow memiliki aliran yang cepat, beriak acak, arah tak beraturan.
Gambar tipe aliran massa air
5. Substansi Kimiawi dalam Perairan
5.1 Nutrien di Perairan
Nutrien dalam air yang menjadi parameter kunci pada pengujian kualitas air adalah N (Total Nitrogen) dan P (Total Phospor). Keberadaan Nitrogen (N) dalam air dapat menunjukkan keberadaan senyawa organik seperti protein, urea, hingga hasil proses penguraian. Turunan Nitrogen dalam air dapat berupa ammonia nitrogen (NH3), ion ammonia (NH4+), ion nitrit (NO2-), dan ion nitrat (NO3-). Bila keberadaan total nitrogen dalam air tidak ada, maka seluruh turunan nitrogen juga tidak ada. Bila keberadaan total nitrogen ada, maka diperlukan pengujian lanjut untuk mengidentifikasi turunan nitrogen yang berada dalam badan air.
Keberadaan Phospor tidak berbeda jauh dengan keberadaan Nitrogen. Phospor juga menunjukkan keberadaan senyawa organik seperti protein, urea, dan hasil proses penguraian. Keberadaan Phospor dapat menyebabkan perkembangan pesat alga dan tanaman air yang mengakibatkan turunnya nilai oksigen terlarut karena pengonsumsian berlebihan di waktu bersamaan.
5.2 Gas-gas di Perairan (Oksigen dan Karbondioksida)
Oksigen
Sumber utama oksigen terlarut berasal dari atmosfer dan proses fotosintesis tumbuhan hijau. Oksigen dari udara diserap melalui difusi langsung atau agitasi permukaan air oleh angin dan arus. Jumlah oksigen yang terkandung dalam air tergantung pada struktur komunitas, suhu, konsentrasi garam terlarut, dan intensitas cahaya matahari. Dalam air tanpa gangguan vegetasi yang tebal, aktivitas fotosintesis tumbuhan menghasilkan pertambahan jumlah oksigen terlarut, yang mencapai maximum pada sore hari dan mencapai titik minimum pada pagi hari (titik kritis bagi organisme aguatik). Kenaikan dan penerunan konsentrasi oksigen dalam sehari dinyatakan sebagai pulsa oksigen. Oksigen berkurang dari badan air oleh adanya pernafasan biota, penguraian bahan organik, masuknya air bawah tanah yang miskin O2, adanya zat besi, dan kenaikan suhu. Gelembung gas lain melalui air juga secara efektif menghilangkan oksigen terlarut. Penurunan oksigen terbesar terjadi pada saat gabungan dari sebab-sebab tersebut terjadi secara serentak. Tumbuhan dan hewan air menunjukkan adaptasi yang luas dalam memperoleh oksigen yang diperlukan, dan untuk menyelamatkan masa kritis kekurangan oksigen.
Pemurnian diri suatu sistem perairan bergantung pada jumlah oksigen terlarut yang memadai di dalamnya. Jika oksigen digunakan lebih cepat dari pada yang digantikan, kualitas air akan menurun dan sampai batas tertentu air akan menjadi kotor karena proses penguraian bahan organik terjadi secara anaerob. Proses ini akan menghasilkan karbondioksida, metana, hidrogen sulfida dan senyawa organik sulfur yang baunya tidak sedap. Hidrogen sulfida bereaksi dengan ion logam membentuk endapan hitam yang mengapung sebagai buih di permukaan menghasilkan air yang hitam.
Karbondioksida
Karbon dioksida sangat mudah larut dalam air, namun hanya sedikit yang berada dalam larutan biasa karena jumlahnya dalam udara atmosfer sangat sedikit. Selain itu dekomposisi bahan organik dan pernafasan tumbuhan dan hewan memberi sumbangan pada karbondioksida yang sudah ada. Pergerakan air melalui vegetasi dan tanah mengambil karbondioksida yang lepas dari udara-tanah. Karbondioksida bergabung secara kimiawi dengan air membentuk asam karbonat yang mempengaruhi pH air. Asam karbobat sebagian menghasilkan ion-ion hidrogen dan bikarbonat. Ion bikarbonat terurai lebih lanjut membentuk lebih banyak ion hidrogen serta ion karbonat. Lazimnya terdapat sekitar 0,5 ml/l karbondioksida dalam air dalam bentuk larutan biasa, yang disebut sebagai karbon dioksida bebas. Sejumlah besar karbondioksida berada dalam bentuk bikarbonat dan karbonat yang dikenal sebagai karbondioksida gabungan, tetap atau terikat. Air dengan pH rendah, gabungan karbondioksida diubah menjadi bentuk bebas. Mendekati pH netral, hampir semua karbondioksida berada sebagai karbonat. Jadi dengan bertambahnya anion-anion bikarbonat dan karbonat, air cenderung menjadi bersifat basa dan cenderung menahan perubahan ion hidrogen, ini disebut tindakan penyangga dan menyebabkan fluktuasi pH yang umum dalam sistem air tawar, dengan demikian kebasaan air alam dapat didefinisikan sebagai jumlah ion bikarbonat dan karbonat yang ada dalam larutan. Karbondioksida, pH dan kebasaan saling berhubungan langsung, karena pH bergantung pada karbondioksida bebas dan tingkat bikarbonat.
5.3 Summer kill dan Winterkill
Keberadaan oksigen yang ekstrem menimbulkan dampak pada perairan daratan, yaitu mengakibatkatkan terjadinya Summer Kill dan Winter Kill.
Summer Kill
Produksi oksigen terkait dengan fotosintesis intensif menimbulkan konsentrasi oksigen yang tinggi di lokasi tertentu. Deplesi oksigen karena dekomposisi makrofita yang mati menimbulkan rendahnya oksigen di lokasi tertentu . Di danau dangkal dengan tumbuhan air melimpah, dekomposisi tumbuhan air yang mati yang terjadi di akhir musim panas menimbulkan reduksi oksigen sampai mendekati kondisi anoksik, lalu pada reduksi tertentu akan menyebabkan kematian biota air (summerkill).
Winter Kill
Lapisan es dan salju yang menutupi danau menyebabkan penurunan cahaya yang ekstrim. Dekomposisi dan respirasi di bawah es menurunkan konsentrasi oksigen hingga mendekati anoksia dan menyebabkan terjadinya kematian biota di musim dingin (winterkill).
B. JawabandariPertanyaan di LembarPemicu 4
Satuan untuk kualitas cahaya adalah Panjang Gelombang (Å), dan satuan untuk kuantitas cahaya adalah Candela (Cd))
Tingkat peredupan yang lebih besar terjadi pada B, karena jika kondisi perairan yang kurang jernih menandakan banyaknya materi yang terkandung dalam perairan tersebut yang berarti densitasnya juga tinggi, menyebabkan semakin banyaknya cahaya yang terserap oleh perairan tersebut.
Dik : Io = 1000
Ii = 9 µmol/s/m²
i = 7 m
Dit : k
k = (In Io-In Ii)/i
= (In 1000-In 9)/7
= (6.9 - 2.19)/7
= 0.67
Dit : Ii jika I = 4m
In Ii = In Io – ki
= In 1000 – 0.67x4
= 6.9 – 2.68
= 4.22
Ii = 68 µmol/s/m²
100 = 10.000 e^(o.7x)
100/10.000 = 〖 e〗^(o.7x)
0.7x = 1/100
X = 0.014
Lapisan termoklin yaitu lapisan dimana gradient suhu berubah secara cepat sesuai dengan pertambahan kedalaman. Tidak ada lapisan termoklin pada perairan tropis, karena kisarann suhu pada daerah tropis relative stabil karena cahaya matahari lebih banyak mengenai daerah ekuator daripada daerah kutub. Hal ini dikarenakan cahaya matahari yang merambat melalui atmosfer banyak kehilangan panas sebelum cahaya tersebut mencapai kutub.
Stratifikasi suhu ini terjadi karena masuknya panas dari cahaya matahari ke dalam kolom air yang mengakibatkan terjadinya gradient suhu yang vertical. Stratifikasi dapat terbentuk secara vertical maupun horizontal. Stratifikasi vertical biasanya terjadi di daerah estuari (tempat bertemunya air laut dan muara sungai). Stratifikasi suhu pada kolom air dikelompokkan menjadi tiga yaitu: lapisan epilimnion yaitu lapisan atas perairan yang hangat dengan penurunan suhu relative kecil ( dari 32̊ C menjadi 28̊ C). Lapisan kedua disebut dengan lapisan termoklin yaitu lapisan tengah yang mempunyai penurunan suhu sangat tajan ( dari 28̊ C menjadi 21̊ C). Lapisan ketiga disebut lapisan hipolimnion yaitu lapisan paling bawah dimana pada lapisan ini perbedaan suhu sngat kecil relative konstan
Kandungan oksigen terlarut lebih tinggi terdapat pada perairan B di dataran rendah. Karena dataran rendah memiliki tekanan udara yang relative rendah, sehingga oksigen yang terlarut menjadi lebih banyak.
Kondungan CO2 terlarut lebih banyak terdeteksi (terukur dan teranalisis) di danau. Karena di danau terdapat banyak sumber bahan oraganik yang dikomposisikan dan menghasilkan CO2 .bahan organic banyak ditemukan pada danau daripada laut.
Konsentrasi fosfor terlarut dan total danau oligotrofik menunjukan variasi yang kecil dengan meningkatnya kedalaman, sedangkan di danau eutrofik yang dengan profil oksigen elinograde yang kuat, pada umumnya menunjukan suatu penigkatan yang sangat jelas kandungan fosfor di hipolimnion bagian bawah. Bentuk fosfor yang meningkat di hipolimnion, sebagian besar dalam bentuk terlarut padda bagian yang dekat antarmuka air sedimen.
Siklus Posfor
Peristiwa pelapukan batuan oleh fosfat akan menambah kandungan fosfat di dalam tanah. Contohnya adalah akibat hujan asam. Setelah produsen menggabungkan fosfor ke dalam bentuk biologis, fosfor dipindahkan ke konsumen dalam bentuk organik. Setelah itu, fosfor ditambahkan kembali ke tanah melalui ekskresi fosfat oleh hewan dan bekteri penguarai detritus. Humus dan partikel tanah mengikat fosfat sedemikian rupa, sehingga siklus fosfor terlokalisir dalam ekosistem. Namun, fosfor dapat dengan mudah terbawa aliran air yang pada akhirnya terkumpul di laut. Erosi yang terjadi akan mempercepat pengurasan fosfat di samping pelapukan batuan yang sejalan dengan hilangnya fosfat. Fosfat yang berada di lautan secara perlahan terkumpul dalam endapan yang kemudian tergabung dalam batuan. Ketika permukaan air laut mengalami penurunan atau dasar laut mengalami kenaikan, batuan yang mengandung fosfor ini menjadi bagian dari ekosistem darat. Dengan demikian, fosfat mengalami siklus di antara tanah, tumbuhan, dan konsumen dalam waktu tertentu.
Siklus Nitrogen
tanaman air mengambil nitrogen dari udara dan mengubahnya menjadi amonia (NH3). Amonia ini lebih dikonversi oleh bakteri lain pertama menjadi ion nitrit, NO2–, dan kemudian menjadi ion nitrat, NO3–. Ke dalam perairan.bakteri nitrifikasi mengubah amonia menjadi nitrat. Bakteri dari genus Nitrosomonas mengoksidasi NH3 untuk nitrit (NO2–) maka bakteri dari genus Nitrobacter mengoksidasi nitrit menjadi nitrat (NO3–). Dengan cara ini, nitrogen dibuat tersedia bagi akar tanaman. Nitrogen dalam air menyerap ke dalam tanah kemudian nitrat kembali menjadi gas nitrogen (N2). Bakteri yang hidup jauh di tanah dan di sedimen perairan di mana kondisi anaerob. Mereka menggunakan nitrat sebagai alternatif oksigen untuk akseptor elektron terakhir dalam respirasi mereka.
DAFTAR PUSTAKA
Cole, GA. 1983. Textbook of Limnology. 3rd ed. Waveland Press, Inc. Prospect Heights, Illinois.
Effendi, F. 2003. Telaah Kualita Air (Pengelolaan Sumberdaya dan Lingkungan Perairan). Jakarta(ID): Kanisius (Anggota IKAPI).
Mason, C.F. 1993. Biology of Freshwater pollution. New pollution. New York. Logman Scientific and Technical.
Wetzel, RG. Limnology, Lake and River Ecosystems. 3rd ed. Academic Press. Sand Diego.
A. Isu Pembelajaran
1.Cahaya
1.1 Definisi Cahaya
1.2 Karakteristik Cahaya
1.3 Fenomena yang berkaitan dengan kualitas Cahaya
1.4 Hukum Beer-Lambert
1.5 Interaksi Cahaya terhadap Air
1.6 Alat Pengukur Secchi Disk
2. Stratifikasi
2.1 Stratifikasi Lapisan kolom Air Berdasarkan Profil Cahaya
2.2 Stratifikasi Lapisan kolom Air Berdasarkan Suhu
2.3 Kondisi Stratifikasi Danau di Berbagai Musim
2.4 Stratifikasi vertikal kolam air yang berdasarkan perbedaan panas (perbedaan suhu) pada setiap kedalaman perairan
Kondisi Stratifikasi Danau di Berbagai Musim
3. Densitas Air serta Pengaruhnya terhadap Kolom Air dan Suhu
4. Pembalikan dan Pergerakan Massa Air
4.1 Pembalikan Massa Air serta Pengaruhnya terhadap Kolom Air
4.2 Profil Suhu Danau yang Tak Lazim
4.3 Tipe Pergerakan Massa Air, Gelombang dan Arus
4.4 Tipe Aliran Massa Air
5. Substansi Kimiawi dalam Perairan
5.1 Nutrien di Perairan
5.2 Gas-gas di Perairan (Oksigen dan Karbondioksida)
5.3 Summerkill dan Winterkill
B. Jawaban dari Pertanyaan di Lembar Pemicu 4
Isu Pembelajaran
Cahaya
Definisi Cahaya
Salah satu faktor penunjang keberlangsungan hidup serta pemicu dinamika perairan adalah cahaya. Berdasarkan KBBI dalam definisi ke-4, yang dimaksud dengan cahaya adalahbentuk gelombang elektromagnetik pada kurun frekuensi getar tertentu yang dapat ditangkap dengan mata manusia. Sumber lain memberikan definisi menurut 3 pendekatan : (a) Optika geometri: cahaya dirambatkan sebagai berkas sinar yang masing-masing sinar ini tegak lurus pada muka gelombang (lensa); (b) Cahaya bersifat sebagai gelombang lektromagnetik: menjelaskan transmisi cahaya yang melalui medium; untuk membahas gejala-gejala difraksi, interferensi, polarisasi dan daya pisah; (c) Pendekatan mekanika kuantum: untuk menjelaskan emisi dan absorpsi cahaya; kuantum cahaya dianggap sebagai paket atau kuanta energi yang disebut foton.
Karakteristik Cahaya
Cahaya memiliki dua karakteristik utama yang menyangkut kualitas dan kuantitas. Karakteristik cahaya berkaitan dengan kuantitas adalah intensitas (seberapa terang, kuantitas). Sedangkan karakteristik cahaya berkaitan dengan kualitas yaitu berupa panjang gelombang (energi dan warna).
Intensitas (seberapa terang, kuantitas)……
Panjang gelombang (energi, warna)………
Fenomena yang berkaitan dengan kualitas Cahaya
Terdapat sifat cahaya yang memunculkan beberapa fenomena saat berinteraksi dengan air. Berkaitan dengan kualitas salah satu fenomena tersebut menyebabkan adanya kesan bahwa perairan danau atau waduk (yang luas) tampak berwarna biru.
Absorpsi cahaya oleh air murni terbesar pada panjang gelombang yang panjang. Cahaya merah memiliki gelombang yang terpanjang sehingga pada danau cahaya merah di serap kuat, menjadikannya hilang. Cahaya biru memiliki panjang gelombang yang lebih pendek dari gelombang-gelombang cahaya lainnya. Panjang gelombang yang lebih pendek lebih dihamburkan oleh air dari pada panjang gelombang yang lebih panjang, sehingga cahaya biru terus menembus masuk kedalam.
Dari diagram tersebut juga menjadi alasan kenapa air di dalam bak mandi berwarna putih, di karenakan semua cahaya masih di terserap oleh air sehingga membuat warnanya nampak putih. Sementara saat matahari mulai terbenam dan terbit, air laut akan kelihatan merah di permukaanya dikarenakan penyerapan cahaya tersebut. Warna yang berbeda pada laut, sungai dan danau juga di sebabkan oleh tanaman yang hidup di dasarnya seperti alga yang terdapat pada laut merah, dan endapan yang tercwa di dalam air. seperti warna coklat yang merupakan endapan yang terbwa dari sungai, sehingga membuat warnanya nampak keruh.
Hukum Beer-Lambert
Jika intensitas cahaya Io pada panjang gelombang tertentu dilewatkan melalui larutan yang mengandung bahan yang mengabsorpsi cahaya dapat diukur dengan detektor. Hukum Lambert – Beer digunakan untuk menggambarkan absorpsi cahaya pada panjang gelombang tertentu yang diberikan oleh absorpsi spesi dalam larutan :
Log= Io/I=A ∈1c
Dengan A adalah absorbansi; ∈ adalah absorptivitas molar (L mol-1 cm-1); 1 adalah panjang laluan sinar melalui larutan (cm); c adalah konsentrasi spesi (molal) (Basset, J., Penny,R.C., Jeffrey.G.H., 1994)
Interaksi Cahaya terhadap Air
Dipantulkan
• sudut datang cahaya (pagi, sudut kecil, banyak dipantulkan)
• permukaan halus/rata vs bergelombang
Dihamburkan
• partikel (biologi dan abiotik)
• bahan terlarut (tannin)
Pembiasan
Kerapatan media: viskositas, densitas
Diserap
• Cahaya adalah sesuatu yang tidak biasa – berupa gelombang dan partikel (foton)
• Penyerapan foton melepaskan energi panas
• Sebagian besar panas muncul pada kedalaman kurang dari 1 m
Alat Pengukur Secchi Disk
Secchi Disk merupakan salah satu alat untuk mengukur keberadaan cahaya dalam air
Stratifikasi
Stratifikasi Lapisan kolom Air Berdasarkan Profil Cahaya
Stratifikasi vertikal kolam air pada perairan air tawar yang diakibatkan oleh intensitas cahaya yang masuk keperairan dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu:
Lapisan eufotik , yang merupakan lapisan yang masih mendapat cukup cahaya matahari,
Lapisan kompensasi adalah lapisan dengan intensitas cahaya sebesar 1% dari intensitas cahaya permukaan,
Lapisan profundal yaitu lapisan yang terletak dibawah lapisan kompensasi dengan intensitas cahaya sangat kecil atau bahkan tidak terdapat cahaya (afotik).
Stratifikasi Lapisan kolom Air Berdasarkan Tingkat Kesuburan Danau
Dilihat dari tingkat kesuburan perairan air tawar (danau) maka dapat dibagi menjadi lima kelompok yaitu:
Oligotrofik, perairan yng miskin unsur hara dan produktivitas rendah (produktivitas primer dan biomasa rendah). Perairan ini memiliki kadar nitrogen dan fosfor rendah, namun cenderung jenuh dengan oksigen.
Mesotrofik, perairan yang memiliki unsur hara dan produktivitas sedang (produktivitas primer dan biomasa sedang). Perairan ini merupakan perairan antara oligotrofik dan eutrofik.
Eutrofik, perairan kaya unsur hara dan produktivitas tinggi. Perairan ini memiliki tingkat kecerahan rendah dan oksigen pada lapisan hipolimnion dapat lebih kecil dari 1 mg/liter.
Hiper-eutrofik, perairan dengan kandungan unsur hara dan produktivitas primer sangat tinggi. Pada lapisan hipolimnion tidak terdapat oksigen (kondisi anoksik).
Distrofik merupakan jenis perairan yang banyak mengandung bahan organic, seperti humus dan fulfic. Jenis perairan seperti ini (danau), banyak menerima bahan organic dari tumbuhan yang berasal dari daratan sekitarnya sehingga biasanya memiliki produktivitas primer rendah .
Dengan demikian dalam stratifikasi perairan air tawar menggunakan stratifikasi vertikal kolam air, yang dapat distratifikasi lagi dalam tiga indicator, seperti : intensitas cahaya, perbedaan suhu, dan tingkat kesuburan air. Namun demikian untuk mengindifikasi stratifikasi perairan air tawar dapat juga menggunakan macam stratifikasi lainnya. Hal ini bergantung pada hasil yang ingin dicapai dalam pengamatan.
Stratifikasi Lapisan kolom Air Berdasarkan Suhu
Danau terbagi menjadi tiga lapisan:
Epilimnion
Epilimnion merupakan lapisan hangat seragam yang tercampur (mixed) oleh angin
Metalimnion
Metalimnion merupakan lapisan antara dengan penurunan suhu yang tajam seiring meningkatnya kedalaman
Thermoklin merupakan lapisan antara dua kedalaman dengan cuhu yang menurun drastis
Stratifikasi vertikal kolam air yang berdasarkan perbedaan panas (perbedaan suhu) pada setiap kedalaman perairan dikelompokan menjadi tiga yaitu :
Epilimnion merupakan lapisan bagian atas perairan. Lapisan ini bagian yang hangat kolam air, suhu reklatif konstan (perubahan suhu sangat kecil secara vertikal). Seluruh masa air dilapisan ini tercampur dengan baik karena pengaruh angina dan gelombang.
Metalimnion atau yang sering disebut termoklin, terletak dibawah lapisan epilimnion. Perubahan suhu dan panas secara vertikal relative besar pada lapisan ini. setiap penambahan kedalaman satu meter terjadi penurunan suhu air sekitar 1℃ .
Hipolimnion, terletak dibawah lapisan termoklin. Lapisan ini lebih dingin, bercirikan adanya perbedaan suhu secara vertikal relative kecil. Sifat masa airnya stagnan, tidak mengalami percampuran (mixing) dan memiliki kekentalan air (densitas) yang lebih besar. Pada umumnya diwilayah tropis memiliki perbedaan suhu air permukan dengan bagian dasar hanya sekitar 2-3℃ .
Kondisi Stratifikasi Danau di Berbagai Musim
Kondisi danau pada musim yang berbeda akan mengalami stratifikasi yang berbeda pula, Sebagai contohnya adalah Danau dengan kedalaman 0 m di Lake County, IL.
Awal musim semi
Densitas tidak berbeda
Tak ada halangan untuk terjadi
pengadukan
Panas yang diserap di permukaan terdistribusi ke seluruh kolom air
Pertengahan Musim Semi
Hari terang lebih lama dan lebih panas; lebih banyak panas harian dipindahkan ke permukaan.
Peningkatan panas di permukaan air lebih cepat dari distribusi panas ke kolom air oleh pengadukan
Hal ini membuat air permukaan tetap di tampatnya selama periode hangat yang tenang
Terdapat penahan pengadukan.
Suhu air hipolimnion tidak akan berubah banyak.
Akhir Musim Semi
Perbedaan densitas mantap, epilimnion “mengapung” di atas air hipolimnion yang dingin
Akhir Musim Panas
Epilimnion terus panas
Stratifikasi suhu kokoh
Pada danau yang sangat bening, akan terjadi pemanasan hipolimnion
Dekomposisi plankton yang mati mengurangi oksigen di hipolimnion
Tengah-akhir Musim Gugur
Penurunan suhu epilimnion menurunkan perbedaan densitas air antara kedua lapisan
Terjadi “Fall Turnover” (Turnover Musim Gugur)
Turnover mengembalikan oksigen ke kolom airdalam dan and nutrien kembali ke permukaan air
Musim Dingin
Suhu permuakan turun di bawah 4°C dan “mengapung” di atas air4°C
Lapisan es menghalangi angin untuk mengaduk air dingin ke kolom air lebih dalam
Seasonal Stratification in a Temperate Lake
Densitas Air serta Pengaruhnya terhadap Kolom Air dan Suhu
DENSITAS ( Berat Jenis, BJ ) adalah satu satuan massa per volume
(g/ml = g/cc = g/cm3 atau kg/L)
Lapisan air yang lebih hangat akan lebih ringan, berada di atas air yang dingin dan dengan densitas lebih tinggi
Water & Density
Pembalikan dan Pergerakan Massa Air
Pembalikan Massa Air serta Pengaruhnya terhadap Kolom Air
Profil Suhu Danau yang Tak Lazim
Profil suhu perairan air tawar yang tak lazim biasanya terjadi pada kolam/telaga/danau yang airnya sangat dangkal (< 2 meter) dan airnya bergaram. Klasifikasi pembagian danau yang tak lazim diantaranya adalah sebagai berikut.
Dichotermy (suhu air di lapisan atas dan lapisan bawah hangat, tapi di lapisan tengah lebih dingin).
Mesothermy (suhu di lapisan tengah lebih hangat dari di lapisan atas dan lapisan bawah, suatu tahapan sebelum terjadi inverse stratification)
Poikilothermy (terdapar satu titik dengan suhu tinggi dan satu titik dengan suhu rendah pada kolom air danau/kolam bagian tengah).
Tipe Pergerakan Massa Air, Gelombang dan Arus
Pergerakan massa air ddanau sangat mempengaruhi distribusi panas, gas (dari atmosfera), nutrien (sedimen), organisme. Pergerakan massa air danau ini dapat terjadi akibat adanya angin, hilangnya panas di permukaan, gradien tekanan, serta adanya aliran air yang masuk.
Gambar Pergerakan massa air danau
Gelombang merupakan naik-turunnya partikel air yang menimbulkan osilasi, tapi tidak memunculkan aliran; dapat terjadi secara periodik (rhythmic) atau tidak periodik (arrhythmic) .
Tipe gelombang ada 2 macam, yaitu:
Gelombang permukaan (surface wave)
Gelombang permukaan atau disebut juga dengan gelombang progresif, merupakan gelombang yang disebabkan oleh angin
Gelombang diam (standing wave)
Seches permukaan akan muncul ketika angin bertiup satu arah dengan waktu cukup lama, mendorong air permukaan ke bawah. Angin mengangkat air di sisi yang berlawanan dengan arah angin (lee shore) hingga angin berhenti, saat tenaga pendorong dilepaskan dan akumulasi massa air mengalir kembali karena pengaruh gravitasi. Pada kondisi ini kemudian akan memunculkan gelombang diam yang mendorong-balik dan bergerak semakin perlahan. Serangkaian gelombang yang dihasilkan berupa standing surface gravity waves atau "surface seiches/seiches permukaan". Surface seiches juga dapat terjadi karena tekanan udara atau tekanan air hujan.
Arus merupakan aliran searah dari partikel air. Tipe arus ada 4 macam, diantaranya adalah sebagai berikut.
Arus aliran masuk (river inflow current)
Aliran air yang masuk ke danau menimbulkan arus. Air sungai mungkin memiliki densitas yang berbeda dari air danau, yang berubah secara musiman dan tergantung pada suhu, bahan terlarut, dan beban tersuspensi. Air sungai dapat mengalir di permukaan air danau (overflow) jika densitasnya lebih rendah dari air danau serta di dasar perairan (underflow) jika densitasnya lebih tinggi dari air danau, atau mengalir di tengah kolom (interflow) jika densitasnya sama. Kadang pengadukan terjadi karena turbulensi yang muncul segera setelah terjadi terjadi perbedaan densitas yang kecil serta telah ada arus di dalam danau.
Arus konveksi
Arus konveksi merupakan pergerakan energi karena perpindahan massa air, misalnya air permukaan yang dingin pada malam hari di musim panas akan berpindah ke bawah.
Arus akibat angin (wind-driven current)
Arus permukaan di danau besar atau estuaria mengalir 45 terhadap arah angin datang, mengikuti gaya Coriolis. Arus air dalam akan mengalir di bawah permukaan, semakin besar sudut datang angin maka akan mengakibatkan semakin jauh pula dari permukaan. Aliran arus terdalam yang berlawanan dengan arah angin, akan menghasilkan aliran arus spiral yang disebut arus spiral Eckman.
Arus akibat gelombang (wave-driven current)
Arus akibat gelombang merupakan arus sejajar pantai yang muncul ketika gelombang mencapai tepi pantai. Gelombang akan membelok dan memunculkan arus sejajar garis pantai, zigzag terhadap arah gelombang datang. Arus sejajar pantai bersama gelombang akan memindahkan pasir, kerikil, dan sedimen di sepanjang pantai. Pantai ini disebut dengan beach drift.
4.4 Tipe Aliran Massa Air
Laminar flow
Tipe aliran massa air laminar flow memiliki aliran yang lambat, halus dan searah, dan dengan profil kecepatan seragam.
Turbulent flow
Tipe aliran massa air turbulent flow memiliki aliran yang cepat, beriak acak, arah tak beraturan.
Gambar tipe aliran massa air
5. Substansi Kimiawi dalam Perairan
5.1 Nutrien di Perairan
Nutrien dalam air yang menjadi parameter kunci pada pengujian kualitas air adalah N (Total Nitrogen) dan P (Total Phospor). Keberadaan Nitrogen (N) dalam air dapat menunjukkan keberadaan senyawa organik seperti protein, urea, hingga hasil proses penguraian. Turunan Nitrogen dalam air dapat berupa ammonia nitrogen (NH3), ion ammonia (NH4+), ion nitrit (NO2-), dan ion nitrat (NO3-). Bila keberadaan total nitrogen dalam air tidak ada, maka seluruh turunan nitrogen juga tidak ada. Bila keberadaan total nitrogen ada, maka diperlukan pengujian lanjut untuk mengidentifikasi turunan nitrogen yang berada dalam badan air.
Keberadaan Phospor tidak berbeda jauh dengan keberadaan Nitrogen. Phospor juga menunjukkan keberadaan senyawa organik seperti protein, urea, dan hasil proses penguraian. Keberadaan Phospor dapat menyebabkan perkembangan pesat alga dan tanaman air yang mengakibatkan turunnya nilai oksigen terlarut karena pengonsumsian berlebihan di waktu bersamaan.
5.2 Gas-gas di Perairan (Oksigen dan Karbondioksida)
Oksigen
Sumber utama oksigen terlarut berasal dari atmosfer dan proses fotosintesis tumbuhan hijau. Oksigen dari udara diserap melalui difusi langsung atau agitasi permukaan air oleh angin dan arus. Jumlah oksigen yang terkandung dalam air tergantung pada struktur komunitas, suhu, konsentrasi garam terlarut, dan intensitas cahaya matahari. Dalam air tanpa gangguan vegetasi yang tebal, aktivitas fotosintesis tumbuhan menghasilkan pertambahan jumlah oksigen terlarut, yang mencapai maximum pada sore hari dan mencapai titik minimum pada pagi hari (titik kritis bagi organisme aguatik). Kenaikan dan penerunan konsentrasi oksigen dalam sehari dinyatakan sebagai pulsa oksigen. Oksigen berkurang dari badan air oleh adanya pernafasan biota, penguraian bahan organik, masuknya air bawah tanah yang miskin O2, adanya zat besi, dan kenaikan suhu. Gelembung gas lain melalui air juga secara efektif menghilangkan oksigen terlarut. Penurunan oksigen terbesar terjadi pada saat gabungan dari sebab-sebab tersebut terjadi secara serentak. Tumbuhan dan hewan air menunjukkan adaptasi yang luas dalam memperoleh oksigen yang diperlukan, dan untuk menyelamatkan masa kritis kekurangan oksigen.
Pemurnian diri suatu sistem perairan bergantung pada jumlah oksigen terlarut yang memadai di dalamnya. Jika oksigen digunakan lebih cepat dari pada yang digantikan, kualitas air akan menurun dan sampai batas tertentu air akan menjadi kotor karena proses penguraian bahan organik terjadi secara anaerob. Proses ini akan menghasilkan karbondioksida, metana, hidrogen sulfida dan senyawa organik sulfur yang baunya tidak sedap. Hidrogen sulfida bereaksi dengan ion logam membentuk endapan hitam yang mengapung sebagai buih di permukaan menghasilkan air yang hitam.
Karbondioksida
Karbon dioksida sangat mudah larut dalam air, namun hanya sedikit yang berada dalam larutan biasa karena jumlahnya dalam udara atmosfer sangat sedikit. Selain itu dekomposisi bahan organik dan pernafasan tumbuhan dan hewan memberi sumbangan pada karbondioksida yang sudah ada. Pergerakan air melalui vegetasi dan tanah mengambil karbondioksida yang lepas dari udara-tanah. Karbondioksida bergabung secara kimiawi dengan air membentuk asam karbonat yang mempengaruhi pH air. Asam karbobat sebagian menghasilkan ion-ion hidrogen dan bikarbonat. Ion bikarbonat terurai lebih lanjut membentuk lebih banyak ion hidrogen serta ion karbonat. Lazimnya terdapat sekitar 0,5 ml/l karbondioksida dalam air dalam bentuk larutan biasa, yang disebut sebagai karbon dioksida bebas. Sejumlah besar karbondioksida berada dalam bentuk bikarbonat dan karbonat yang dikenal sebagai karbondioksida gabungan, tetap atau terikat. Air dengan pH rendah, gabungan karbondioksida diubah menjadi bentuk bebas. Mendekati pH netral, hampir semua karbondioksida berada sebagai karbonat. Jadi dengan bertambahnya anion-anion bikarbonat dan karbonat, air cenderung menjadi bersifat basa dan cenderung menahan perubahan ion hidrogen, ini disebut tindakan penyangga dan menyebabkan fluktuasi pH yang umum dalam sistem air tawar, dengan demikian kebasaan air alam dapat didefinisikan sebagai jumlah ion bikarbonat dan karbonat yang ada dalam larutan. Karbondioksida, pH dan kebasaan saling berhubungan langsung, karena pH bergantung pada karbondioksida bebas dan tingkat bikarbonat.
5.3 Summer kill dan Winterkill
Keberadaan oksigen yang ekstrem menimbulkan dampak pada perairan daratan, yaitu mengakibatkatkan terjadinya Summer Kill dan Winter Kill.
Summer Kill
Produksi oksigen terkait dengan fotosintesis intensif menimbulkan konsentrasi oksigen yang tinggi di lokasi tertentu. Deplesi oksigen karena dekomposisi makrofita yang mati menimbulkan rendahnya oksigen di lokasi tertentu . Di danau dangkal dengan tumbuhan air melimpah, dekomposisi tumbuhan air yang mati yang terjadi di akhir musim panas menimbulkan reduksi oksigen sampai mendekati kondisi anoksik, lalu pada reduksi tertentu akan menyebabkan kematian biota air (summerkill).
Winter Kill
Lapisan es dan salju yang menutupi danau menyebabkan penurunan cahaya yang ekstrim. Dekomposisi dan respirasi di bawah es menurunkan konsentrasi oksigen hingga mendekati anoksia dan menyebabkan terjadinya kematian biota di musim dingin (winterkill).
B. JawabandariPertanyaan di LembarPemicu 4
Satuan untuk kualitas cahaya adalah Panjang Gelombang (Å), dan satuan untuk kuantitas cahaya adalah Candela (Cd))
Tingkat peredupan yang lebih besar terjadi pada B, karena jika kondisi perairan yang kurang jernih menandakan banyaknya materi yang terkandung dalam perairan tersebut yang berarti densitasnya juga tinggi, menyebabkan semakin banyaknya cahaya yang terserap oleh perairan tersebut.
Dik : Io = 1000
Ii = 9 µmol/s/m²
i = 7 m
Dit : k
k = (In Io-In Ii)/i
= (In 1000-In 9)/7
= (6.9 - 2.19)/7
= 0.67
Dit : Ii jika I = 4m
In Ii = In Io – ki
= In 1000 – 0.67x4
= 6.9 – 2.68
= 4.22
Ii = 68 µmol/s/m²
100 = 10.000 e^(o.7x)
100/10.000 = 〖 e〗^(o.7x)
0.7x = 1/100
X = 0.014
Lapisan termoklin yaitu lapisan dimana gradient suhu berubah secara cepat sesuai dengan pertambahan kedalaman. Tidak ada lapisan termoklin pada perairan tropis, karena kisarann suhu pada daerah tropis relative stabil karena cahaya matahari lebih banyak mengenai daerah ekuator daripada daerah kutub. Hal ini dikarenakan cahaya matahari yang merambat melalui atmosfer banyak kehilangan panas sebelum cahaya tersebut mencapai kutub.
Stratifikasi suhu ini terjadi karena masuknya panas dari cahaya matahari ke dalam kolom air yang mengakibatkan terjadinya gradient suhu yang vertical. Stratifikasi dapat terbentuk secara vertical maupun horizontal. Stratifikasi vertical biasanya terjadi di daerah estuari (tempat bertemunya air laut dan muara sungai). Stratifikasi suhu pada kolom air dikelompokkan menjadi tiga yaitu: lapisan epilimnion yaitu lapisan atas perairan yang hangat dengan penurunan suhu relative kecil ( dari 32̊ C menjadi 28̊ C). Lapisan kedua disebut dengan lapisan termoklin yaitu lapisan tengah yang mempunyai penurunan suhu sangat tajan ( dari 28̊ C menjadi 21̊ C). Lapisan ketiga disebut lapisan hipolimnion yaitu lapisan paling bawah dimana pada lapisan ini perbedaan suhu sngat kecil relative konstan
Kandungan oksigen terlarut lebih tinggi terdapat pada perairan B di dataran rendah. Karena dataran rendah memiliki tekanan udara yang relative rendah, sehingga oksigen yang terlarut menjadi lebih banyak.
Kondungan CO2 terlarut lebih banyak terdeteksi (terukur dan teranalisis) di danau. Karena di danau terdapat banyak sumber bahan oraganik yang dikomposisikan dan menghasilkan CO2 .bahan organic banyak ditemukan pada danau daripada laut.
Konsentrasi fosfor terlarut dan total danau oligotrofik menunjukan variasi yang kecil dengan meningkatnya kedalaman, sedangkan di danau eutrofik yang dengan profil oksigen elinograde yang kuat, pada umumnya menunjukan suatu penigkatan yang sangat jelas kandungan fosfor di hipolimnion bagian bawah. Bentuk fosfor yang meningkat di hipolimnion, sebagian besar dalam bentuk terlarut padda bagian yang dekat antarmuka air sedimen.
Siklus Posfor
Peristiwa pelapukan batuan oleh fosfat akan menambah kandungan fosfat di dalam tanah. Contohnya adalah akibat hujan asam. Setelah produsen menggabungkan fosfor ke dalam bentuk biologis, fosfor dipindahkan ke konsumen dalam bentuk organik. Setelah itu, fosfor ditambahkan kembali ke tanah melalui ekskresi fosfat oleh hewan dan bekteri penguarai detritus. Humus dan partikel tanah mengikat fosfat sedemikian rupa, sehingga siklus fosfor terlokalisir dalam ekosistem. Namun, fosfor dapat dengan mudah terbawa aliran air yang pada akhirnya terkumpul di laut. Erosi yang terjadi akan mempercepat pengurasan fosfat di samping pelapukan batuan yang sejalan dengan hilangnya fosfat. Fosfat yang berada di lautan secara perlahan terkumpul dalam endapan yang kemudian tergabung dalam batuan. Ketika permukaan air laut mengalami penurunan atau dasar laut mengalami kenaikan, batuan yang mengandung fosfor ini menjadi bagian dari ekosistem darat. Dengan demikian, fosfat mengalami siklus di antara tanah, tumbuhan, dan konsumen dalam waktu tertentu.
Siklus Nitrogen
tanaman air mengambil nitrogen dari udara dan mengubahnya menjadi amonia (NH3). Amonia ini lebih dikonversi oleh bakteri lain pertama menjadi ion nitrit, NO2–, dan kemudian menjadi ion nitrat, NO3–. Ke dalam perairan.bakteri nitrifikasi mengubah amonia menjadi nitrat. Bakteri dari genus Nitrosomonas mengoksidasi NH3 untuk nitrit (NO2–) maka bakteri dari genus Nitrobacter mengoksidasi nitrit menjadi nitrat (NO3–). Dengan cara ini, nitrogen dibuat tersedia bagi akar tanaman. Nitrogen dalam air menyerap ke dalam tanah kemudian nitrat kembali menjadi gas nitrogen (N2). Bakteri yang hidup jauh di tanah dan di sedimen perairan di mana kondisi anaerob. Mereka menggunakan nitrat sebagai alternatif oksigen untuk akseptor elektron terakhir dalam respirasi mereka.
DAFTAR PUSTAKA
Cole, GA. 1983. Textbook of Limnology. 3rd ed. Waveland Press, Inc. Prospect Heights, Illinois.
Effendi, F. 2003. Telaah Kualita Air (Pengelolaan Sumberdaya dan Lingkungan Perairan). Jakarta(ID): Kanisius (Anggota IKAPI).
Mason, C.F. 1993. Biology of Freshwater pollution. New pollution. New York. Logman Scientific and Technical.
Wetzel, RG. Limnology, Lake and River Ecosystems. 3rd ed. Academic Press. Sand Diego.
Komentar
Posting Komentar