Pembekuan Lapisan Es

Ada soal : Jelaskan beda proses pembekuan lapisan es di salinitas kurang dari 24,7 dengan salinitas lebih dari 24,7 ...

Jawabannya kira-kira begini :

Proses pembekuan lapisan es di perairan, baik di perairan tawar maupun air laut, sangat bergantung pada densitas massa air yang terdapat di perairan tersebut. Densitas adalah massa air per unit volume. Densitas air tawar berbeda dengan air laut. Air tawar memiliki nilai densitas yang lebih rendah daripada air laut, yaitu 1,00 g/cm³ untuk air tawar dan 1,027 g/cm³ untuk air laut. Itulah sebabnya, air tawar dapat “mengalir” di atas air laut. Densitas sangat penting karena dapat mempengaruhi pergerakan massa air secara vertical. Massa air yang mengalami perubahan densitas akan mengalami pergerakan secara vertical dan mengalami proses konveksi.

Proses konveksi adalah proses pergerakan. Dalam hal ini, pergerakan yang dimaksud adalah pergerakan massa air secara vertical. Dimana massa air yang memiliki densitas lebih besar, sehingga lebih berat dan memiliki suhu lebih dingin, akan tenggelam ke bawah. Massa air yang di permukaan digantikan oleh massa air yang memiliki nilai densitas lebih kecil, lebih ringan dan lebih hangat.

Densitas dipengaruhi oleh dua factor, yaitu suhu dan salinitasnya. Densitas akan meningkat secara linier seiring dengan bertambahnya nilai salinitas. Tetapi pengaruh suhu tidaklah demikian. Secara umum, penurunan suhu akan mengakibatkan densitas meningkat. Namun hal itu terjadi selama air berada di bawah suhu yang mengakibatkan densitas maksimum. Pada Gbr 1 terlihat, pada suhu 4⁰C, densitas telah mencapai nilai maksimum (1,00 g/cm³), sehingga bila suhu terus menurun hingga akhirnya membeku, densitas justru akan mengalami penurunan juga.

Densitas yang berbeda pada air tawar dan air laut juga menyebabkan proses pembentukan lapisan es pada keduanya juga berbeda. Pembentukan es, selain dipengaruhi oleh nilai densitasnya, juga dipengaruhi oleh suhu yang menjadi titik beku dan titik densitas maksimum. 

Gbr 1. Diagram temperature-density pada air tawar

(http://www.ourlake.org/html/density.html)

Pada air tawar, titik beku terjadi pada suhu 0⁰C dan titik densitas maksimum pada suhu 4⁰C. Hal ini berarti air akan melalui suhu yang memaksimumkan densitas massa air terlebih dahulu baru kemudian melalui titik bekunya. Saat air mencapai suhu densitas maksimum, air menjadi lebih ringan. Massa air tidak lagi mengalami proses konveksi. Penurunan suhu yang terus terjadi akan mendinginkan massa air. Pendinginan terjadi hanya pada lapisan wind mixed layer (campuran akibat angin) saja. Massa air pada lapisan ini akan membeku dan kemudian menjadi lapisan es. Karena lapisan es lebih ringan dibandingkan air, meskipun secara volume es lebih besar, es akan terapung di atas air. Sedangkan pada lapisan air yang lebih dalam akan berisi massa air yang memilikii densitas maksimum.

Berbeda dengan air tawar, pada air bersalinitas tinggi tidaklah mudah terbentuk lapisan es. Sebagai pengingat, semakin tinggi salinitas, maka makin besar pula nilai densitas. Air tawar memiliki densitas yang lebih kecil sehingga proses pembentukan lapisan es pada air tawar lebih mudah dibandingkan pada air bersalinitas tinggi. Gbr 2 menunjukkan titik beku dan titik densitas maksimum pada suhu dan salinitas yang berbeda. Titik pertemuan antara titik beku dan titik densitas maksimum adalah pada salinitas 24,7 ‰, pada suhu -1,332⁰C.

Gbr 2. Diagram suhu dan salinitas

(http://faculty.uml.edu/Nelson_Eby/87.202/IMAGES/Temp/chlorinity)

Air yang bersalinitas kurang dari 24,7 ‰, memiliki titik beku yang lebih rendah daripada titik densitas maksimum. Artinya massa air akan melalui suhu yang menyebabkan densitas menjadi maksimum dan berhentinya proses konveksi terlebih dahulu sebelum mencapai suhu yang menyebabkan air menjadi beku. Pada air bersalinitas kurang dari 24,7 ‰ memiliki prinsip yang sama seperti air tawar. Sehingga proses pembentukan lapisan esnya juga sama seperti pembentukan es yang terjadi pada air tawar.

Akan tetapi, hal tersebut tidak berlaku bagi massa air yang memiliki salinitas di atas 24,7 ‰. Pada massa air bersalinitas lebih tinggi, air akan melalui titik bekunya terlebih dahulu baru kemudian mencapai titik densitas maksimum. Hal ini berarti selama terjadi proses pendinginan, dalam keseluruhan kolom air masih terjadi proses konveksi vertical. Walaupun titik beku telah dicapai, tetapi karena massa air masih terus bergerak, massa air berdensitas besar bergerak ke bawah dan pada permukaan digantikan oleh massa air yang berdensitas kecil, maka proses pendinginan yang seharusnya terjadi menjadi diperlambat. Sehingga pada permukaan tidak terbentuk lapisan es, kecuali pendinginan terjadi terus menerus dan dalam waktu yang lama, sehingga suhu dapat mencapai titik di bawah titik densitas maksimum.

Kira-kira sih inti penjelasannya seperti itu. Mudah-mudahan sedikit memberi pengetahuan...


Diambil dari :
Assignment 2 Oseanografi Fisika
with Prof. Mulia Purba

Related citation :

Duxbury AC, Duxbury AB. 1991. An Introduction To The Wolrds Oceans. 3^rd Edition. USA : W.M.C Brown Publisher

Stewart RH. 2002. Introduction to Physical Oceanography. Departmen of Oceanography Texas Texas : A & M University. 

Tomczak M. 2000. An Introduction to Physical Oceanography.

Wilson JD. 1989. Physics “A Practical and Conceptual Approach”. Second Edition. London : Saunders Golden Sunburst series.