Parameter Fisika

Document Sample
Parameter Fisika Powered By Docstoc
					                       PARAMETER FISIKA
Paraneter – parameter fisika yang biasa digunakan untuk menentukan Kualiats Air
meliputi:
    Cahaya
    Suhu
    Kecerahan dan kekeruhan,
    Konduktivitas
    Padatan total
    Padatan terlarut
    Padatan Tersuspensi
    Salinitas

   A. CAHAYA
           Radiasi matahari yang dapat mencapai permukaan bumi  1.350
   Joule/detik/m2 atau 1.350 watt.
    Kecepatan pancaran radiasi matahari ke bumi sekitar 186.000 mil/detik atau 299.790
   km/detik.
           Panjang gelombang radiasi matahari adalah 150 nm – 3.200 nm, dengan
   puncak gelombang sekitar 480 nm.
           Radiasi matahari dengan panjang gelombang antara 400 nm – 700 nm
   digunakan pada proses fotosintesis. Radiasi yang digunakan untuk fotosintesis
   dikenal dengan istilah Photosyntetically Active Rasiation ( RAR ), atau disebut juga
   cahaya tampak.
           Cahaya Tampak ( visible light ) yaitu cahaya yang dapat dideteksi oleh mata
   manusia. Radiasi dengan panjang gelombang < 400 nm disebut radiasi ultrviolet dan
   radiasi dengan panjang gelombang > 700 nm disebut radiasi infra merah ( infrared ).

      Pajang gelombang beberapa spectrum cahaya matahari:
      Spectrum Cahaya      Panjang Gelombang ( nm )
      1. Ungu ( violet )               400
      2. Biru                          460
      3. Hijau                         520
      4. Kuning                        580
      5. Oranye                        620
      6. Merah                         700

       Cahaya yang mencapai permukaan bumi dan permukaan perairan terdiri:
 1. Cahaya yang langsung ( direct ) berasal dari matahari
 2. Cahaya yang disebarkan ( diffuse ) oleh awan, yang sebenarnya juga berasal dari
     matahari.
       Jumlah radiasi yang mencapai permukaan perairan sangat dipengaruhi oleh :
 Awan, ketinggian tempat dari permukaan laut ( altitude ), Letak geografis, musim.
       Penetrasi cahaya ke dalam air sangat dipengaruhi oleh: intensitas cahaya, sudut
 datang cahaya, kondisi permukaan air dan bahan – bahan yang terlarut dan tersuspensi
 di dalam air.




                                                                                     1
       Cahaya matahari yang mencapai permukaan perairan tersebut sebagian diserap
 oleh air dan sebagain lagi direfleksikan kembali. Beberapa jenis molekul dalam air
 antara lain: O2, O3, H2O dan CO2 dapat meyerap radiasi matahari dan mengubahnya
 menjadi energi panas.
       Pada perairan alami sekitar 53 % cahaya yang masuk mengalami transformasi
 menjadi panas dan sudah mulai menghilang ( extinction ) pada kedalaman 1 meter dari
 permukaan air.
       Perbedaan prosentase cahay yang mengalami penetrasi dan refleksi kembali pada
 berbagai sudut datang cahaya pada permukaan air ditunjukkan pada Gambar berikut:




 Gambar: Prosentase cahaya yang masuk ke permukaan perairan pada berbagai sudut datang
cahaya
       Sebagian cahaya matahari dipantulkan kembali oleh permukaan air dengan
 intensitas bervariasi menurut sudut datang cahaya dan musim. Sudut datang cahaya
 matahari ke permukaan air bervariasi / berubah - ubah secara harian. Pada sudut datang
 tepat 90o yang terjadi sekitar pukul 12.00 wib, intensitas cahaya yang dipantulkan
 sekitar 1,5 % - 2 %. Semakin kecil sudut datang cahaya, semakin banyak cahaya yang
 dipantulkan.
       Di wilayah tropis, intensitas cahaya matahari yang mencapai permukaan air pada
 musim kemarau lebih besar dibandingkan dengan pada musim penghujan. Dengan
 demikian berarti intensitas cahaya yang dipantulkan oleh permukaan air juga bervariasi
 menurut musim, namun tidak sebesar pada wilayah yang memilki empat musim.
       Hukum Beer mengemukakan bahwa penyerapan cahaya oleh suatu lerutan
 meningkat secara eksponensial dengan meningkatnya konsentrasi larutan .
       Hukum Lambert menyatakan bahwa penyerapan cahaya meningkat secara
 eksponensial dengan meningkatnya panjang jarak dari larutan yang harus dilewati oleh
 cahaya.
       Berdasarkan kedua hukum tersebut maka densitas optik ( optical density ) danpat
 dinyatakan dengan persamaan :
                 Io
       OD = log ---- = a x b x c ………………………..pers.1
                  I
       Keterangan:
              OD      = Optical density
              Io      = Intensitas cahaya yang memasuki sampel larutan
              I       = Intensitas cahaya yang meninggalkan sampel larutan
              a       = karakteristik (konstanta) dari larutan tertentu
              b       = Panjang jarak dari larutan yang harus dilewati cahaya (light path)
              c       = Konsentrasi larutan



                                                                                        2
             Intensitas cahaya yang masuk ke kolom air semakin berkurang dengan
      bertambahnya kedalaman perairan. Dengan kata lain, cahaya mengalami
      penghilangan atau pengurangan (atenusi) yang semakin besar dengan
      bertambahnya kedalaman, seperti Gambar berikut:




      Gambar: Prosentase intensitas cahaya pada kolom air berdasar intensitas cahaya di
      permukaan perairan
              Kuantitas cahaya yang mengalami pengurangan (atenusi) setara dengan
      jumlah cahaya yang diserap dan dipencarkan ( Attenuation = absorption +
      scattering ).
      Berdasarkan Hukum Lambert, intensitas cahaya yang mengalami penetrasi pada
      kedalaman tertentu dinyatakan dengan persamaan

                 Io
      Ii = ---------------------   ;   Ii = Io e – k ( Zo – Zi )   ; Ln Io - Ln Ii = k ( Zo – Zi )
             e.k ( Zo – Zi )

      ln X = 2,303 Log X           dan e x = 10 x/2,303

      Keterangan:
             Ii         = Intensitas cahaya pada kedalaman I (Joule/m2/detik)
             Io         = Intensitas cahaya pada permukaan air
             Zo         = Permukaan air ( 0 meter )
             Zi         = Kedalaman i meter
             K          =Koefisien penyerapan(absorption), pengurangan (attenuation)
                          dan penghilangan (extinction)

       Nilai koefisien penyerapan atau penghilangan yang rendah menunjukkan sifat
penyerapan dan pemencaran yang rendah.
Prosentase cahaya yang diserap oleh kolom air dinyatakan dengan persamaan :

                     100 ( Io – Ii )
       % absorbsi = ------------------
                              Io
       Keterangan:
                     Io = intensitas cahaya pada permukaan air
                     Ii = intensitas cahaya pada kedalaman I
       Menurut Cole ( 1988 ) intensitas cahaya yang mencapai kolom air pada
kedalaman tertentu dapat dihitung dengan persamaan:

      Ii = Io e-kw + Io e –kp + Io e – kc



                                                                                                     3
Keterangan:
       Kw     = koefisien absorbsi air murni
       Kp     = koefisien absorbsi bahan – bahan partikulat / tersuspensi
       Kc     = koefisien absorbsi bahan – bahan terlarut.

        Secara lebih terinci Yentsch (1980) dalam Boney (1989) mengemukakan bahwa:
Intensitas cahaya pada kolom air dengan kedalaman tertentu yang mengalami
pengurangan merupakan fungsi dari beberapa variabel:
intensitas cahaya di permukaan ( Ed),
     penyerapan oleh air ( Aw ),
     penyerapan cahaya oleh fitoplankton ( Apo ),
     penyerapan cahaya oleh partikel organik ( Api ),
     penyerapan cahaya oleh bahan – bahan berwarna ( Ad ),
     pemencaran ( scattering ) cahaya oleh fitoplankton ( Bpo ),
     Pemencaran cahaya oleh partikel organik ( Bpi )

Dalam bentuk persamaan: Eu = Ed – [ Aw + Apo + Api + Ad – ( Bpo + Bpi ) ]

Kedalaman Kompensasi
       Kedalaman perairan dimana proses fotosintesis sama dengan proses respirasi
disebut kedalaman kompensasi. Kedalaman kompensasi biasanya terjadi pada saat cahaya
di dalam kolom air hanya tinggal 1 % dari seluruh intensitas cahaya yang mengalami
penetrasi di permukaan air.
       Kedalaman kompensasi sangat dipengaruhi oleh kekruhan dan keberadaan awan
sehingga nilai kedalam kompensasi berfluktuasi secara harian dan musiman.
       Parson et.al (1984) mengemukakan hubungan antara kedalaman secchi disk
dengan kedalaman kompensasi: 0,02 Zsd = e – k.Dc
       Dc = kedalaman kompensasi

            1,7                     1,44
       k = -------   atau Zsd = ---------
             Zsd                    k
Lapisan Eufotik adalah Kolom air yang berada di bagian atas kedalam kompensasi.
Lapisan Profundal adalah kolom air di bagian bawah kedalaman kompensasi.

Hubungan Cahaya dan Energi di Perairan
        Di perairan, spektrum cahaya yang memilki panjang gelombang lebih besar yaitu:
cahaya merah dan oranye dan memiliki panjang gelombang pemdek misalnya ultra violet
dan ungu, diserap lebih cepat atau tidak dapat melakukan penetrasi yang lebih dalam ke
kolom air, dibandingkan dengan spektrum cahaya dengan panjang gelombang
pertengahan, misalnya biru, hijau dan kuning.
        Spektrum cahaya merah dan oranye merupakan spektrum cahaya yang paling
efektif untuk digunakan dalam aktivitas fotosintesis tumbuhan perairan (Brown, 1987).
        Cahaya yang mencapai perairan aka diubah menjadi energi panas.
        Air mempunyai sifat pemanasan yang khas karena memiliki kapasitas panas
spesifik (specific heat capacity ) yang tinggi.
Hal ini berarti bahwa energi (dalam hal ini cahaya) yang dibutuhkan untuk meningkatkan
suhu air 1o C lebih besar dari energi yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu materi
lain sebesar 1o C.


                                                                                    4
        Demikian pula dengan proses penurunan suhu air, oleh karena itu perairan
membutuhkan waktu yanglebih lama untuk menaikkan dan menurunkan suhu, jika
dibandingkan dengan daratan.
        Cahaya merupakan sumber energi utama dalam ekosistem perairan. Di perairan
cahaya mempunyai dua fungsi, yaitu:
 1. Memanasi air sehingga terjadi perubahan suhu dan berat jenis air (densitas) dan
    selanjutnya menyebabkan terjadiya pencampuran massa dan kimia air. Perubahan
    suhu juga mempengaruhi tingkat kesesuaian perairan sebagai habitat bagi suatu
    organisme akuatik, karena setiap organisme akuatik memiliki kisaran suhu minimum
    dan maksimum bagi kehidupannya.
 2. Merupakan sumber energi bagi proses fotosintesis algae dan tumbuhan air.

Pengaruh Cahaya terhadap organisme perairan
      Cahaya sangat mempengaruhi tingkah laku organisme akuatik. Algae planktonik
menunjukkan respon yang berbeda terhadap perubahan intensitas cahaya.
Perubahan intensitas cahaya menyebabkan:
    Ceratium hirudinella (Dinoflegellata) melakukan gerakan vertikal pada kolom air
    blue green algae (Cyanophyta) mengatur volume vakuola gas untuk melakukan
      pergerakan secara vertikal pada kolom air
    Zooplankton melakukan migrasi vertikal harian.
    Pigmen chlorofil menyerap cahaya biru dan merah
    Karoten menyerap cahaya biru dan hijau
    Fikoeritrin menyerap warna hijau
    Fikosianin menyerap cahaya kuning.




                                                                                  5
                             KARAKTERISTIK AIR
       Air menutupi sekitar 70 % permukaan bumi, dengan jumlah sekitar 1.368 juta
   3.
km Air berada di bumi dalam berbagi bentuk yaitu: cairan, es, uap air dan salju. Semua
badan air di daratan berhubungan dengan laut dan atmosfer melalui proses siklus
hidrologi yang berlangsung secara kontinyu.

SIFAT – SIFAT AIR
       Air mempuntai karakteristik yang khas yang tidak dimilikim oleh senyawa kimia
lainnya. Karakteristik air tersebut antara lain:
    1. Pada suhu 0o C ( 32o F) sampai 100 oC, air berwujud cair. Suhu 0 oC merupakan
       titik beku (freezing point) dan suhu 100 oC merupakan titik didih (boiling point)
       air. Dengan sifat tersebut air dapat berada dalam jaringan tubuh makhluk hidup
       maupun dapat berada di laut, sungai, danau. Sekitar 60 – 90 % bagian sel makhluk
       hidup terdiri dari unsur air.
    2. Perubahan suhu air berlangsung lambat sehingga dapat menyimpan panas yang
       sangat baik. Perubahan suhu air yang lambat mencegah terjadinya stress pada
       makhluk hidup akibat perubahan suhu yang mendadak, disamping itu juga dapat
       memelihara suhu bumi agar sesuai bagi makhluk hidup. Karena sifatnya ini air
       juga dipakai sebagai pendingin mesin.
    3. Dalam proses penguapannya, air memerlukan energi panas yang tinggi / cukup
       besar, demikian sebaliknya pada proses kondensasi atau perubahan dari uap
       menjadi cair akan melepaskan energi panas yang besar juga. Pelepasan energi ini
       merupakan salah satu penyebab kita merasa sejuk saat berkeringat. Sifat air ini
       juga salah satu faktor utama yang menyebarkan panas di bumi.
    4. Air merupakan pelarut yang baik. Air mampu melarutkan berbagai jenis senyawa
       kimia. Air hujan sedikit mengandung senyawa kimia, sedang air laut dapat
       mengandung senyawa kimia hingga 35.000 mg/liter. Sifat ini memungkinkan
       unsur – unsur hara terlarut diangkut ke seluruh jaringan tubuh makhluk hidup dan
       memungkinkan bahan – bahan toksik / beracun yang masuk ke dalam jaringan
       tubuh dapat dikeluarkan kembali. Sifat ini memungkinkan air digunakan sebagai
       pencuci yang baik dan pengencer bahan pencemar yang masuk ke badan air.
    5. Air mempunyai tegangan permukaan yang tinggi. Suatu cairan dikatakan memiliki
       tegangan permukaan yang tinggi jika tegangan antar – molekul cairan juga tinggi.
       Tegngan permukaan yang tinggi menyebabkan air dapat membahsahi. Tegangan
       permukaan yang tinggi juga menyebabkan air bersifat dapat membasahi bahan
       (higher wetting ability) . Tegangan permukaan yang tinggi juga memungkinkan
       terjadinya sistem kapiler / kapilaritas, yaitu kemampuan untuk bergerak dalam
       pipa kapiler. Dengan adanya sistem kapiler dan sifat pelarut yang baik maka air
       dapat membawa unsur hara dari dalam tanah ke jaringan rtumbuhan.
    6. Air merupakan satu – satunya senyawa yang merenggang ketika membeku. Pada
       saat membeku, air merenggang sehingga es memiliki densitas (massa/volume)
       yang lebih rendah dari air, sehingga es akan mengapung di air. Sifat ini
       menyebabkan danau – danau di iklim dingin yang membeku hanya bagian
       permukaannya saja yang membeku, sehingga kehidupan akuatik di badan air
       masih dapat berlangsung.Sifat ini juga menyebabkan pecahnya pipa air saat air di
       dalam pipa membeku. Densitas atau berat jenis air maksimum 1 gr/cm3 dan
       terjadi pada suhu 3,95 oC, sehingga pada suhu lebih besar maupun lebih kecil dari
       3,95 oC, densitas iar lebih kecil dari 1 gr/cm3.


                                                                                      6
DISTRIBUSI AIR DI BUMI
        Air merupakan salah satu senyawa kimia yang terdapat di alam secara berlimpah –
laimpah, namun ketersediaan air yang memenuhi syarat bagi keperluan manusia hanya
sedikit karena bibatasi oleh berbagai faktor.
        Lebih dari 97 % air di muka bumi ini merupakan air laut yang tidak dapat
digunakan oleh manusia secara langsung. Dari 3 % air yang tersisa, 2 % diantaranya
tersimpan sebagai gunung es (glacier) di kutub dan uap air, yang berarti tidak dapat
dimanfaatkan oleh manusis secara langsung.
        Ar yang benar – benar tersedia bagi keperluan manusia hanya 0,62 %, yang
meliputi air yang terdapat di danau, sungai dan air tanah. Jika ditinjau dari kualitas airnya,
yang memadai bagi konsumsi manusia hanya 0,003 % dari seluruh air yang ada di bumi.
       Tabel: Distribusi air di Bumi
   Lokasi                            Volume ( x 10 3 km3 )           Prosentase
   1. Laut                            1.320.000 – 1.370.000             97,3
   2. Air Tawar:
   - Gunung es (glacier )                24.000 – 29.000                 2,1
   - Uap air di atmosfir                     13 – 14                    0,001
   - Air       tanah      hingga
       kedalaman 4.000 m                  4.000 – 8.000                  0,6
   - Uap air tanah                           60 – 80                    0,006
   - Sungai                                    1,2                     0,00009
   - Danau asin                                104                      0,007
   - Danau air tawar                           125                      0,009
       Sumber : Jeffries and Mills, 1996

        Air tawar yang tersedia selalu mengalami siklus hidrologi. Pergantian total
(replacement) air sungai berlangsung sekitar 18 – 20 tahun, sedang pergantian uap air
yang terdapat di atmosfir berlangsung sekitar 12 hari dan pergantian air tanah dalam
(deep ground water) membutuhkan waktu ratusan tahun. ( Miller, 1992 ).
        Air tawar yang dapat dikonsumsi tersebar secara tidak merata karena: adanya
perbedaan curah hujan tahunan. Wilayah yang kaya air terdapat di daerah tropis dan
daerah yang mempunyai 4 musim atau ugahari, sedang wilayah yang miskin air terdapat
di daerah kering ( arid dan semi arid ).

PERJALANAN AIR DI BUMI
        Air yang jatuh sebagai hujan tidak semuanya dapat mencapai permukaan tanah,
sebagaian tertahan oleh vegetasi dan bangunan. Sebagian air yang mencapai permukaan
tanah akan masuk ke dalam tanah dan menjadi air tanah melalui proses infiltrasi, sebagian
lagi mengalir ke badan air sebagai air permukaan.
        Kuantitas air yang mampu diserap oleh tanah sangat tergantung pada kondisi fisik
tanah, misalnya:
     berat volume tanah ( BV )
     permeabilitas: kemampuan tanah untuk meloloskan air
     infiltrasi : kemampuan tanah untuk menyerap air
     porositas : jumlah volume udara / pori yang terkandung dalam tanah:
     struktur tanah: bentukan hasil penyusunan butir – butir tanah.
        Sebelum mencapai jenuh, air masih dapat diserap oleh tanah. Jika telah melebihi
kejenuhan, air hujan yang jatuhke permukaan tanah akan dialirkan sebagai limpasan
permukaan (surface runoff) ke badan air. Air yang masuk ke dalam tanah akan mencapai
akuifer


                                                                                            7
PARAMETER HIDROLOGI BADAN AIR

1. Kecepatan Arus ( Velocity )
     Kecepatan arus suatu badan air sangat berpengaruh terhadap kemampuan badan air
     untuk mengasimilasi dan mengangkut bahan pencemar. Pengetahuan akan
     kecepatan arus digunakan untuk memperkirakan kapan suatu bahan pencemar akan
     mencapai lokasi tertentu, jika bagian hulu suatu badan air mengalami pencemaran.
     Kecepatan arus dinyakan dalam satuan m/detik.
2. Debit ( discharge )
     Debit dinyatakan sebagai volume yang mengalir pada selang waktu tertentu,
     biasanya dinyatakan dalam satuan m3/detik.
     Perhitungan debit ditentukan dengan persamaan:

     D=VxA                    keterangan:      D = debit air m3/detik
                                               V = Kecepatan arus m/detik
                                               A = Luas penampang saluran air ( m2)
      Semakin meningkatnya debit, kadar bahan – bahan alam yang terlarut ke suatu
      badan air akibat erosi juga meningkat secara eksponensial.
      Namun konsentrasi bahan – bahan antropogenik yang masuk ke badan air tersebut
      mengalami penurunan karena proses pengenceran.
      Jika suatu bahan pencemar masuk ke badan air dengan kecepatan konstan, kadar
      bahan pencemar dapat ditentukan dengan membagi jumlah bahan pencemar yang
      masuk dengan debit.
3. Tinggi Permukaan Air ( TMA )
      Air dapat mengalir ke dan dari suatu saluran bawah tanah (akuifer) ke sungai,
      bergantung pada perbandingan relatif tinggi muka air pada akifer dan sungai.
      Jika tinggi permukaan air (water level) sungai lebih rendah, air dari akifer akan
      megalir ke sungai; dan sebaliknya.
      Pengukuran tinggi permukaan air tanah sangat penting untuk menentukan jarak
      masuknya air laut ke perairan daratan pada saat terjadi pasang dan memperkirakan
      kemungkinan terjadinya intrusi (perembesan) air laut.
      Jika daratan lebih rendah dari permukaan air laut, apalagi disertai dengan
      pengambiloan air tanah yang berlebihan seperti yang biasa terjadi perkotaan, maka
      potensi terjadinya intrusi air laut ke akuifer sangat besar sehingga air tanah menjadi
      asin.
4. Erosi dan Sedimentasi
      Erosi lapisan permukaan tanah yang masuk ke badan air dapat menimbulkan
      dampak positif, yaitu: peningkatan kandungan unsur hara di perairan.
      Namun juga memberikan dampak negatif terhadap kualitas perairan, yaitu:
      penurunan nilai kecerahan serta peningkatan nilai kekeruhan dan padatan
      tersuspensi.Kekeruhan yang tinggi dapat menghambat penetrasi cahaya matahari ke
      dalam air dan secara langsung dapat mengakibatkan gangguan pada biota akuatik,
      antara lain terganggunya penglihatan dan sistem osmoregulasi kerja insang.
      Tanah yang terlarut akibat erosi pada akhirnya akan mengalami sedimentasi
      (pengendapan) di bagian hilir badan air sehingga mengakibatkan pendangkalan.
      Prose erosi dan sedimentasi perlu diperhitungkan dengan dcermat, terutama pada
      pembuatan waduk yang diperuntukkan bagi PLTA, pembuatanpelabuhan dan
      saluran – saluran drainase untuk mencegah banjir. Laju erosi dan sedimentasi yang
      tinggi dapat memperpendek umur waduk.



                                                                                          8
                     KARAKTERISTIK BADAN AIR

     Badan air dicirikan olrh tiga komponen utama yaitu:
  1. komponen hidrologi,
  2. komponen fisika – kimia
  3. komponen biologi.
  Penilaian kualitas suatu badan air harus mencakup ketiga komponen tersebut.

A. AIR PERMUKAAN

     Air tawar berasal dari dua sumber




                                                                                9

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:5149
posted:2/10/2011
language:Indonesian
pages:9