A.
Kecepatan
Suara
Kecepatan suara dalam air laut
merupakan variabel oseanografik yang menentukan pola pemancaran suara di dalam
medium. Kecepatan suara bervariasi terhadap kedalaman, musim, posisi geografis
dan waktu pada lokasi tertentu. Di perairan dangkal dekat pantai,
profil kecepatan suara cenderung tidak teratur dan sulit
diprediksi. Faktor fisik air laut yang paling menentukan dalam
mempengaruhi kecepatan suara di dalam air laut adalah suhu, salinitas, dan
tekanan.
Di dalam air laut, kecepatan
gelombang suara mendekati 1.500 m/detik (umumnya berkisar 1.450 m/detik sampai
dengan 1.550 m/detik, tergantung suhu, salinitas, dan tekanan). Secara
sederhana pola perambatan gelombang suara di dalam laut yang dibagi secara
vertikal adalah sebagai berikut:
a.Lapisan tercampur, dimana
kecepatan suara relatif konstan, biasanya ditemukan sampai kedalaman beberapa
meter dari permukaan.
b. Surface channel,
kecepatan suara meningkat jika dibandingkan pada saat berada di lapisan
tercampur.
c.Termoklin, pada lapisan ini
kecepatan suara akan menurun dengan bertambahnya kedalaman, karena biasanya
suhu menurun secara drastis dalam kedalaman yang relatif dangkal pada lapisan
ini. Termoklin dapat muncul secara musiman (jika dekat dengan permukaan) atau
permanen.
d. Deep channel,
kecepatan suara pada lapisan ini mendekati minimum. Rata-rata kedalaman lapisan
ini mulai dari beberapa ratus meter sampai 2000 m.
e. Lapisan isothermal, pada lapisan ini suhu relatif konstan, kecepatan
suara bertambah secara linear seiring bertambahnya kedalaman karena
pengaruh tekanan hidrostatis.
Namun pada umumnya kedalaman perairan berdasarkan kecepatan suara dibagi dalam 3 zona, yaitu :
a. Zona
1 (mix layer) : Kecepatan suara cenderung meningkat akibat faktor perubahan
tekanan mendominasi faktor perubahan suhu
b. Zona
2 (termoklin) : Kecepatan suara menurun dan menjadi zona minimum kecepatan
suara akibat terjadinya perubahan suhu yang sangat drastis dan mendominasi
faktor perubahan tekanan.
c. Zona 3 (deep layer) :
Kecepatan suara meningkat kembali akibat faktor perubahan tekanan mendominasi
kembali faktor perubahan suhu.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan suara di kolom perairan :
1. Suhu
Suhu merupakan salah satu
karakter fisik dari air laut yang penting. Di wilayah lintang sedang dan
rendah (dekat dengan wilayah tropis), suhu merupakan faktor penting yang
mempengaruhi densitas dan kecepatan suara di dalam air. Suhu di daerah
tropis pada wilayah permukaan laut berkisar 26-29oC yang dipengaruhi
oleh musim.
Pada kondisi perairan laut yang
mempunyai suhu berbeda-beda menimbulkan variasi kecepatan suara yang
menyebabkan refraksi atau pembelokan perambatan gelombang suara.
Perubahan suhu yang sangat cepat pada lapisan termoklin menyebabkan pembelokan
gelombang suara yang tajam dan pada lapisan ini bertindak sebagai bidang
pantul.
2. Salinitas
Salinitas adalah jumlah zat-zat
terlarut dalam 1 kg air laut, dimana semua karbonat telah diubah menjadi
oksida, bromide dan iodide diganti oleh klorida dan semua bahan organik telah
dioksidasi sempurna. Pada umumnya perairan laut lepas memiliki kadar
salinitas 35 psu, yang berarti dalam 1 kg air laut mengandung elemen-elemen
kimia terlarut seberat 35 gram. Dimana komposisi air laut tersebut
terdiri atas 3,5% elemen-elemen kimia terlarut dan 96,5% kandungan airnya.
Salinitas dapat mempengaruhi kecepatan suara di
dalam air, teutama di wilayah lintang tinggi (dekat kutub) dimana suhu
mendekati titik beku, salinitas merupakan salah satu paling faktor penting yang
mempengaruhi kecepatan gelombang suara di dalam air. Distribusi
vertikal salinitas pada wilayah tropis, ekuator, dan sub tropis mengalami nilai
yang paling kecil pada kedalaman 600-1000 m (34-35 pratical salinity
unit/psu). Di wilayah tropis nilai salinitas pada permukaan
berkisar 36-37 psu. Salinitas maksimun pada wilayah perairan tropis
terjadi pada kedalaman 100-200 m dekat dengan lapisan termoklin dimana kadar
salinitas dapat mencapai lebih dari 37 psu. Di daerah laut dalam,
kadar salinitas relatif seragam dengan nilai 34,6-34,9 psu. Salinitas di
samudera seperti Atlantik, Pasifik, dan Hindia rata-rata 35 psu, di wilayah
laut yang tertutup, nilai salitas rata-rata tidak jauh dari kisaran 35 psu
tergantung dari penguapan yang terjadi.
3. Lapisan Termoklin
Lapisan termoklin merupakan
lapisan yang berada dalam kolom perairan di laut yang dimana pada lapisan ini
mengalami perubahan suhu yang drastis dengan lapisan yang berada dan di
bawah lapisan termoklin. Di laut, termoklin seperti lapisan yang
membagi antara lapisan pencampuran (mixing layer) dan lapisan dalam (deep
layer). Tergantung musim, garis lintang dan pengadukan oleh angin,
lapisan ini bersifat semi permanen. Faktor yang menentukan ketebalan
lapisan ini di dalam suatu perairan seperti variasi cuaca musiman, lintang,
kondisi lingkungan suatu tempat (pasang surut dan arus).
Penurunan suhu berbanding lurus dengan penambahan
kedalaman dan salinitas. Pada daerah dimana terjadi penurunan suhu secara
cepat inilah dinamakan lapisan termoklin. Di laut terbuka, lapisan ini
berkarakter sebagai gradient kecepatan suara negative dimana dapat memantulkan
gelombang suara. Secara teknik lapisan ini membendung dari impendansi
akustik yang terputus-putus (diskontinu) yang tercipta dari perubahan densitas
secara mendadak. Karateristik yang unik inilah yang membuat pentingnya
lapisan termoklin untuk diketahui, terutama dibidang pertahanan dan keamanan
(kapal selam). Lapisan termoklin mempunyai karateristik mampu memantulkan dan
membelokan gelombang suara yang datang.
4. Kedalaman Perairan
Kedalaman mempengaruhi cepat
rambat suara di dalam air laut. Bertambahnya kedalaman, maka kecepatan suara
akan bertambah karena adanya tekanan hidrostatis yang semakin besar dengan bertambahnya
kedalaman. Rata-rata terjadi peningkatan kecepatan suara sebesar 0, 017 m/detik
setiap kedalaman bertambah 1 meter.
Permukaan laut merupakan
pemantul dan penghambur suara yang mempunyai efek yang sangat besar dalam
perambatan suara ketika sumber atau penerima berada di perairan dangkal.
Jika permukaan halus sempurna, maka ia akan menjadi pemantul suara yang nyaris
sempurna. Sebaliknya jika permukaan laut kasar kehilangan akibat pantulan
mendekati nol.
Kecepatan suara diperoleh
dengan menggunakan rumus :
C = 1449,2 + 4,6T - 0,055T2 +
0,00029T3 + (1,34 - 0,010T)(S-35) - 0,016Z
dengan : C = Kecepatan suara (m/s)
T
= Suhu (oC)
S
= Salinitas (psu)
Z
= Kedalaman (m)
dengan begitu, dapat dikatakan bahwa kecepatan suara
di laut dipengaruhi oleh suhu, salinitas, dan kedalaman laut.
B.
Lokasi Penelitian
Data dalam pembuatan grafik ini diambil dari
nodc.noaa pada stasiun data poin 3006 yang terletak di perairan Samudera Hindia, Barat daya
Negara India dengan posisi 10oLU – 0oLU dan 60oBT
– 70oBT. Samudra
Hindia, samudera terkecil di antara tiga samudera besar di dunia, terletak di
sebelah utara antartika, disebelah selatan benua asia, dan di antara benua
Afrika dan Australia. Luas Samudera Hindia sekitar 75 juta km², lebar sekitar
9.980 km, yang menyempit ke arah utara, kedalaman rata-rata 4000 m, dan
kedalaman maksimum hampir 7600 m. Samudera hindia pada lokasi ini memiliki
iklim tropis seperti Indonesia, terdapat musim timur, barat, peralihan 1 dan peralihan
2.
C.
Hasil dan Pembahasan
Musim Peralihan I ( 5 Mei 2011)
Gambar 3. Grafik Salinitas, Temperatur dan
Kecepatan Suara terhadap Kedalaman Musim Peralihan I ( 5 Mei 2011 )
Musim Timur ( 3 Juni 2007)
Gambar 4.
Grafik Salinitas, Temperatur dan Kecepatan Suara terhadap Kedalaman
Musim Timur ( 3 Juni 2007 )
Musim Peralihan II ( 3 November 2004 )
Gambar 5. Grafik Salinitas, Temperatur dan Kecepatan Suara
terhadap Kedalaman Musim Peralihan II ( 3 November 2004)
Musim Barat ( 27 Februari 2010)
Gambar
6. Grafik Salinitas, Temperatur dan Kecepatan Suara terhadap Kedalaman Musim
Barat ( 27 Februari 2010 )
Data dalam pembuatan grafik ini diambil dari
nodc.noaa pada stasiun data poin 3006 yaitu bagian dari perairan Samudera
Hindia sebelah Barat Daya India pada tahun 2004, 2007, 2010 dan 2011. Grafik
ini dibuat dengan bantuan sofware Ocean Data View (ODV).
Menurut
Levitus (1982) Mix Layer Depth merupakan
daerah dimana perubahan suhu setiap penambahan kedalaman dari permukaan adalah
0,5oC. Pada hasil penelitian melalui ODV ditunjukkan bahwa Mix Layer Depth pada keempat musim ini
adalah pada 0-100 m. Pada daerah tersebut menunjukkan perubahan suhu yang cukup
konstan sebelum menemui perubahan suhu yang cukup drastis yang biasa disebut
dengan lapisan termoklin.
Pada
keempat grafik menunjukkan bahwa salinitas bertambah pada daerah Mix Layed Depth pada kedalaman sekitar 0-100 m dan terus
bertambah setelah daerah Mix Layer Depth.
Hal ini tidak sesuai dengan teori yang
mengatakan bahwa salinitas akan bertambah sesuai dengan bertambahnya kedalaman
karena terjadi pengendapan di dasar laut. Setelah mengamati grafik bisa diambil
kesimpulan bahwa salinitas di kedalaman 0m hampir sama dengan salinitas di
lapisan depth layer. Salinitas semakin meningkat hingga sampai lapisan MLD
terbawah dan membuat lapisan MLD
terbawah yang berbatasan langsung dengan lapisan termoklin menjadi
lapisan perairan yang paling tinggi
salinitasnya. Semakin tinggi salinitas di suatu perairan maka semakin
tinggi juga kecepatan suaranya. Hal ini dikarenakan kenaikan salinitas maka
larutan semakin padat, sehingga tiap kenaikan salinitas akan meningkatkan cepat
rambat bunyi. Meskipun tidak sebesar suhu, salinitas ini cukup berpengaruh.
Salinitas di permukaan umumnya tinggi bekisar pada 34-36 psu, dan pada lapisan
deep layer salinitas ini akan cukup stabil berkisar pada 35-35,2 psu.
Gambar
3, 4, 5 dan 6 menunjukkan bahwa grafik temperature di Samudera Hindia akan
bergerak turun sesuai dengan bertambahnya kedalaman dan grafik kecepatan suara
pun menunjukkan hal yang serupa yaitu grafik terus berkurang dengan semakin
bertambahnya kedalaman. Pada zona mix layer dan thermocline kecepatan suara
menurun terhadap kedalaman, hal ini menunjukan bahwa suhu perairan berpengaruh
dominan terhadap kecepatan suara, namun pada zona deep layer ketika suhu terus
menurun terhadap kedalaman, sebaliknya terjadi pada kecepatan suara, pada zona
deep layer ini kecepatan suara bertambah cepat terhadap kedalaman.
Dari grafik temperatur, salinitas
dan kecepatan suara dari keempat musim dari point 3006 adalah zona mix layer
kecepatan suara cenderung meningkat akibat faktor perubahan tekanan mendominasi
faktor perubahan suhu dan yang terlihat adalah perubahan kecepatan suara tidak
terlalu besar. Selain itu, kecepatan
suara menurun dan menjadi zona minimum kecepatan suara, hal itu terjadi akibat
terjadinya perubahan suhu yang sangat drastis dan mendominasi faktor perubahan
tekanan. Dapat disimpulkan bahwa zona terjadi minimumnya kecepatan suara adalah
di zona thermocline.
Setelah
kecepatan suara sampai di zona minimum maka perlahan kecepatan suara kembali
nail terhadap kedalaman. Kecepatan suara meningkat kembali akibat faktor
perubahan tekanan mendominasi kembali kecepatan suara.
Amiroh Husna Utami
230210110071
REFERENSI
NOAA.
2013. National Oceanographic Data Center (NODC). National Oceanic and
Atmospheric Administration (NOAA). www.nodc.noaa.gov
Schlitzer,
R., Ocean Data View, http://odv.awi.de, 2013
Abi Hamid, Mustofa. 2010. Mengenal Gelombang.
http://mustofaabihamid.blogspot.com/2010/07/mengenal-gelombang.html
Hertikawati, wini. 2010. Temperatur terhadap kedalaman.
http://winniehertikawati.blogspot.com/2010/05/ctd-conductivity-temperature-depth.html
