ARUS LAUT

Ada 2 gaya yang berperan dalam arus yaitu: gaya-gaya primer dan gaya-gaya sekunder. Gaya primer berperan dalam menggerakkan arus dan menentukan kecepatannya, gaya primer ini antara lain adalah: stress angin, ekspansi termal dan kontraksi dari air, serta perbedaan densitas di antara lapisan-lapisan air. Gaya sekunder mempengaruhi arah gerakan dan kondisi aliran arus. Yang termasuk gaya-gaya sekunder adalah: gaya coriolis, gravitasi, gesekan. Bentuk dari basin laut juga mempengaruhi arah arus.
Stress angin yang bekerja di permukaan laut akan mendorong air di permukaan membentuk arus permukaan. Pola arus permukaan mengikuti pola angin permukaan.
Ekspansi termal dan kontraksi air terjadi di daerah tropis dan lintang menengah dan tinggi. Pemanasan yang jauh lebih besar di daerah tropis akan membuat massa air di daerah tropis mengalami ekspansi termal. Akibatnya permukaan air naik, sementara di lintang menengah dan tinggi efek pendinginan membuat massa air berkontraksi (densitasnya membesar). Akibat permukaan air menjadi turun. Proses ekspansi termal dari kontraksi air diantara daerah tropis dan lintang menengah dan tinggi akan menyebabkan slope muka air yang menurun ke arah lintang tinggi.
Perbedaan tinggi muka air di aderah tropis 8 cm lebih tinggi dari pada muka air di lintang tinggi. Adanya slope muka air di antara daerah tropis dan lintang tinggi.
Gradien densitas dalam arah horizontal akan menimbulkan gradien tekanan dalam arah horizontal. Perbedaan densitas di antara lapisan-lapisan air dapat menimbulkan arus bawah permukaan yang dikenal dengan sirkulasi thermohaline.
Gaya Coriolis timbul akibat pengaruh rotasi bumi. Gaya coriolis berperan di dalam membelokkan arah arus, di belahan bumi utara (BBU) coriolis membelokkkan arah arus ke arah kanan, sedangkan di belahan bumi selatan (BBS), coriolis membelokkan arah arus ke arah kiri.
Gravitasi berperan bila ada slope muka air dan perbedaan densitas antara lapisan air. Gaya gesekan berperan dalam memperlambat gerakan arus dan memperkecil kecepatan arus. 10% dari air laut dunia bergerak secara horizontal di lapisan permukaan (0-400 m), di lapisan permukaan ini gerakan arus di timbulkan oleh stress angin dan ekspansi termal dan kontraksi air. Arus permukaan menggerakkan air di atas pinoklin.
90% dari air laut dunia bergrak di dalam dan di bawah lapisan pinoklin, gerakan arus bawah permukaan ini digerakkan oleh gravitasi akibat perbedaan desnitas di antara lapisan air, yang membuat sirkulasi thermohaline.
Arus permukaan berperan dalam mentransfer panas dari daerah tropis ke lintang menengah dan tinggi, mendistribusikan zat hara (nutrien) dan organisme laut, berguna untuk transportasi laut. Arus permukaan mempengaruhi iklim dan cuaca.
Arus juga dapat terbentuk akibat pengaruh gaya tarik bumi dan matahari yang dikenal dengan arus pasang surut (arus pasut).
Gelombang yang pecah membentuk sudut tertentu dengan garis pantai juga dapat menimbulkan arus yang bergerak menyusur pantai yang dikenal dengan longshore current. Yang akan kita bahas berikut ini adalah arus permukaan yang ditimbulkan oleha angin dan akibat adanya gradien densitas dalam arah horizontal.
Dalam mempelajari dinamika arus kita perlu mengetahui persamaan pengatur dari gerak arus. Persamaan pengatur ini terdiri dari persamaan gerak dan persamaan kontinuitas atau kekekalan massa.
Persamaan gerak diturunkan dari Hukum Newton II.

Persamaan gerak dalam bentuk vektor diberikan oleh:
(1)
dimana :
= gaya gradien tekanan
= gaya coriolis
= gaya gravitasi
= gaya-gaya luar (gesekan, stress angin dsb)
Dalam bentuk komponen:

(2)

= f disebut parameter coriolis.

Persamaan kontinuitas:
(3)
atau:
(4)

Tinjau kembali persamaan (1)

Persamaan (1), ini dapat disederhanakan dengan meninjau suku-suku yang dominan untuk suatu kasus tertentu.
Kasus-Kasus Sederhana:
A. Arus Inersia
Gerakan arus hanya dipengaruhi gaya coriolis saja. Pada kasus ini kita hanya meninjau suku (1) dan suku (3) saja. Disini percepatan timbul akibat pengaruh gaya coriolis disebut arus inersia. Arus inersia ini dapat timbul akibat angin yang bertiup di atsa permukaan laut dalam waktu yang relatif tidak terlalu lama dan kemudian angin berhenti. Arus yang timbul akibat pengaruh angin tidak berhenti bergerak saat angin berhenti bertiup, karena ia sudah mempunyai momentum (inersia). Dalam gerakannya arus ini akan dipengaruhi oleh gaya coriolis yang membuat arus bergerak dalam arah melingkar.
Persamaan gerak horizontal dari arus inersia ini adalah :

(5)
Solusi dari persamaan (5) diberikan oleh:

dimana:

Bila: B = jari-jari lintasan
C = gaya coriolis
= kecepatan sudut, maka:
Persamaan ini menyatakan: percepatan sentripetal sama dengan Gaya Coriolis.
Lintasan arus inersia searah dengan putaran jarum jam di BBU dan berlawanan dengan putaran jarum jam di BBS. Seperti pada gambar berikut:

B. Kesetimbangan antara Gaya Gradien Tekanan dan Gravitasi (2) dan (4)

Persamaan gerak dalam arah z

Disini terlihat bahwa persamaan hidrostatik masih tetap berlaku untuk fluida yang bergerak dan untuk kecepatan arus = 2-3 ms-1.
C) Kesetimabangan antara gaya gradien tekanan dan gaya coriolis (2) dan (3)

Di bagian interior laut di mana pengaruh antara gaya gesekan dapat diabaikan, terdapat kesetimbangan antara gaya gradien tekanan dan gaya coriolis. Kesetimbangan gaya-gaya ini menimbulkan arus yang kecepatannya konstan dan di sebut arus geostropik.
Persamaan gerak horizontal dalam arah x dan yang diberikan oleh:

Persamaan arus geostropik diberikan oleh:

Dari persamaan ini dapat dilihat bahwa arus geostropik timbul akibat adanya gaya gradien tekanan dalam arah horizontal. Gradien tekanan horizontal ini timbul akibat adanya gradient densitas dalam arah horizontal atau terbentuknya slope muka air akibat pengaruh muka angin permukaan.
Mekanisme terbentuknya arus geostropik adalah sebagai berikut:
– Slope muka air terbentuk
– Terjadi gerakan air dari tekanan tinggi ke tekanan rendah
– Dalam gerakannya ke arah tekanan rendah, partikel air akan mengalami pengaruh gaya coriolis yang membelokkannya ke arah kanan di BBU dan ke arah kiri di BBS.

Pada saat terjadinya kesetimabnagan antara gaya gradien tekanan dan gaya coriolis, arus bergerak sejajar isobar.
Persamaan geostropik dalam arah x dan yang dinyatakan dalam satu persamaan:

dimana

D. Arus yang timbul akibat kesetimbangan Gaya Coriolis dn Gaya Gesekan : pers (3) dan pers (5)

Faya gesekan ( ) :
; ; = stress gesekan dalam arah-x ; = stress gesekan dalam arah-y. Gesekan antar lapisan air disebut gesekan viskos.
Untuk aliran yang kemiringan

Untuk aliran yang turbulen dan
Az = koefisien Eddy dalam arah vertical.

Persamaan gerak horizontal yang menunjukkan kesetimbangan gaya Coriolis dan gaya gesekan adalah :

Gaya Coriolis + Gaya Gesekan = 0
Arus yang timbul akibat kesetimbangan antara gaya Coriolis dan gaya gesekan disebut Arus Ekman.
Persamaan Arus Ekman

Indeks E menyatakan Ekman.
Solusi dari persamaan Ekman adalah :

Catatan : di dalam model Ekman dianggap bahwa angin berhembus dalam arah-y dengan kecepatan dan arah yang konstan.
Dalam membangun model Ekman, terdapat anggapan-anggapan sbb :
1. Kedalaman laut tak hingga (untuk menghindari gesekan dasar)
2. Tidak ada batas lateral ( untuk menghindari terbentuknya gradien tekanan)
3. Laut homogen (untuk menghindari terbentuknya gradien tekanan)
4. Arus dan kecepatan angin konstan
5. f adalah konstan
6. Az adalah konstan.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *