SIFAT FISIK AIR

Kali ini kita akan membahas mengenai parameter fisik yang dimiliki oleh perairan. Beberapa paramater fisika yang meliputi temperatur, cahaya, warna, konduktivitas, padatan terlarut, padatan tersuspensi dan salinitas.

Gambar 1. Sifat fisik air.

Sumber: daftarmenarik.com

Temperatur Air

Temperatur merupakan ukuran kuantitatif panas dinginnya suatu media yang diukur pada skala definit seperti derajat Celcius atau Fahrenheit. Temperatur sangat berperan dalam mengendalikan kondisi ekosistem perairan. Organisme perairan memiliki kisaran temperatur tertentu yang disukai bagi pertumbuhannya. Misalnya algae dari filum Chlorophyta dan diatom akan tumbuh dengan baik pada kisaran temperatur berturut-turut 30^o-35^o C dan 20^o – 30^o C.

Temperatur suatu badan air dipengaruhi oleh musim, lintang, ketinggian dari permukaan laut, waktu dalam hari, sirkulasi udara, permukaan tutupan awan, dan aliran serta kedalaman badan air. Peningkatan temperatur menyebabkan viskositas, reaksi kimia, evaporasi, dan volatisasi. Penurunan temperatur menyebabkan penurunan kelarutan gas dalam air, misalnya gas O₂, CO₂, N₂, CH₄ dan lain-lain. Peningkatan temperatur juga menyebabkan peningkatan kecepatan metabolisme dan respirasi organisme air, dan selanjutnya mengakibatkan peningkatan konsumsi oksigen. Peningkatan temperatur juga menyebabkan terjadinya peningkatan dekomposisi bahan organik oleh mikroba.

Cahaya matahari yang masuk ke perairan akan mengalami penyerapan dan perubahan menjadi energi panas. Proses penyerapan cahaya ini berlangsung secara intensif pada lapisan atas sehingga lapisan atas perairan memiliki temperatur yang lebih tinggi dan densitas yang lebih rendah daripada lapisan bawah. Kondisi ini menyebabkan terjadinya stratifikasi panas pada kolom air.

Penetrasi Cahaya

Radiasi matahari yang dapat mencapai permukaan bumi ± 1.350 Joule/detik/m² (watt), dengan kecepatan sekitar 186.000 mil/detik (299.790 km/detik). Panjang gelombang radiasi matahari adalah 150 nm-3.200 nm dengan puncak panjang gelombang sekitar 480 nm. Radiasi dengan panjang gelombang 400 nm – 700 nm digunakan pada proses fotosintesis atau yang dikenal sebagai cahaya tampak. Radiasi dengan panjang gelombang <400 nm disebut radiasi ultraviolet dan radiasi dengan panjang gelombang >700 nm disebut radiasi infra merah.

Jumlah radiasi yang mencapai permukaan peraiaran sangat dipengaruhi oleh awan, ketinggian dari permukaan laut (altitute), letak geografis, dan musim. Penetrasi cahaya ke dalam air sangat dipengaruhi oleh intensitas dan sudut datang cahaya, kondisi permukaan air, dan bahan-bahan yang terlarut dan tersuspensi dalam air. Beberapa jenis molekul, misalnya O₂, O₃, H₂O, dan CO₂ dapat menyerap radiasi matahari dan mengubahnya menjadi energi panas.

Intensitas cahaya yang masuk ke dalam kolom air semakin berkurang dengan bertambahnya kedalaman perairan. Dengan kata lain, cahaya mengalami penghilangan atau pengurangan yang semakin besar dengan bertambahnya kedalaman. Kedalaman di mana proses fotosintesis sama dengan proses respirasi disebut kedalaman kompensasi. Kedalaman kompensiasi biasanya terjadi pada saat cahaya di dalam kolom air hanya tinggal 1% dari seluruh intensitas cahaya yang mengalami penetrasi cahaya di permukaan air. Kedalaman kompensasi sangat dipengaruhi oleh kekeruhan dan keberadaan awan sehingga berfluktuasi secara harian dan musiman.

Di perairan, spektrum cahaya yang memiliki panjang gelombang lebih besar, yaitu merah dan oranye (550 nm) dan panjang gelombang pendek, misalnya ultraviolet dan ungu, diserap lebih cepat atau tidak melakukan penetrasi yang lebih dalam ke kolom air, dibandingkan dengan spektrum cahaya dengan panjang gelombang pertengahan, misalnya biru, hijau, dan kuning (400 nm – 500 nm).

Cahaya yang mencapai perairan akan diubah menjadi energi panas. Air memiliki sifat pemanasan yang khas karena memiliki kapasitas panas spesifik yang tinggi. Oleh karena itu, perairan membutuhkan waktu yang lebih lama untuk menaikkan dan menurunkan temperatur, jika dibandingkan dengan daratan.

Menurut Jeffries dan Mills (1996) dalam Efendi (2003), di perairan, cahaya memiliki dua fungsi utama yaitu:

1.             Memanasi air sehingga terjadi perubahan suhu dan berat jenis dan selanjutnya menyebabkan terjadinya percampuran massa dan kimia air.

2.             Merupakan sumber energi bagi proses fotosintesis alga dan tumbuhan air.

Cahaya sangat mempengaruhi tingkah laku organisme. Perubahan intensitas cahaya menyebabkan Ceratium hirudinella melakukan pergerakan vertikal pada kolom air dan blue green algae mengatur volume vakuola gas untuk melakukan pergerakan secara vertikal pada kolom air, sedangkan zooplankton melakukan migrasi vertikal harian.

Warna

Warna perairan dikelompokkan menjadi dua, yaitu warna sesungguhnya dan warna tampak. Warna sesungguhnya adalah warna yang hanya disebabkan oleh bahan-bahan kimia terlarut. Sedangkan warna tampak adalah warna yang tidak hanya disebabkan oleh bahan terlarut, tetapi juga oleh bahan tersuspensi.

Warna perairan ditimbulkan oleh adanya bahan organik dan bahan anorganik, karena keberadaan plankton, humus, dan ion-ion logam, serta bahan-bahan lain. Adanya oksida besi menyebabkan air berwarna kemerahan, sedangkan oksida mangan menyebabkan air berwarna kecokelatan atau kehitaman. Kalsium karbonat yang berasal dari daerah berkapur menyebabkan warna air kehijauan. Bahan-bahan organik seperti tanin, lignin, dan asam humus yang berasal dari dekomposisi tumbuhan yang telah mati menimbulkan warna kecokelatan.

Warna dapat menghambat penetrasi cahaya ke dalam air dan mengakibatkan terganggunya proses fotosintesis. Perbedaan kolom air menunjukkan bahwa semakin dalam perairan, makin tinggi pula warna karena terlarutnya bahan organik yang terakumulasi di dasar perairan.

Warna perairan pada umumnya disebabkan oleh partikel koloid bermuatan negatif. Warna perairan juga dapat disebabkan oleh peledakan (blooming) fitoplankton (algae). Di perairan laut, jenis algae yang mengalami peledakan pertumbuhan biasanya berasal dari filum Dinoflagellata, sedangkan di perairan tawar biasanya berasal dari filum Cyanophyta.

Konduktivitas

Konduktivitas (Daya Hantar Listrik/DHL) adalah gambaran numerik dari kemampuan air untuk meneruskan aliran listrik. Oleh karena itu, semakin banyak garam-garam terlarut yang dapat terionisasi, semakin tinggi pula nilai DHL. Reaktivitas, bilangan valensi, dan konsentrasi ion-ion terlarut sangat berpengaruh terhadap nilai DHL. Asam, basa dan garam merupakan penghantar listrik yang baik, sedangkan bahan organik, misalnya sukrosa dan benzena yang tidak dapat mengalami disosiasi,  merupakan penghantar listrik yang buruk.

Padatan Terlarut dan Tersuspensi

Padatan tersuspensi total (Total Suspended Solid/TSS) adalah bahan-bahan tersuspensi yang tertahan pada saringan milipore dengan diameter pori 0,45 µm. TSS merupakan jumlah padatan atau partikel tersuspensi yang terdapat dalam suatu perairan, baik berupa bahan organik maupun anorganik. TSS terdiri atas lumpur dan pasir halus serta jasad-jasad renik, yang terutama disebabkan oleh kikisan tanah dan erosi tanah yang terbawa ke badan air.

Padatan terlarut total (Total Dissolve Solid/ TDS) adalah bahan-bahan terlarut dan koloid yang berupa senyawa-senyawa kimia dan bahan-bahan lain, yang tidak tersaring pada kertas saring berdiameter 0,45 µm. TDS merupakan jumlah padatan terlarut yang terdapat dalam suatu perairan, baik berupa bahan organik/anorganik. TDS biasanya disebabkan oleh bahan anorganik yang berupa ion-ion yang biasa ditemukan di perairan.

Air laut memiliki nilai TDS yang tinggi karena banyak mengandung senyawa kimia, yang juga mengakibatkan tingginya nilai salinitas dan daya hantar listrik. Nilai TDS perairan sangat dipengaruhi oleh pelapukan batuan, limpasan dari tanah, dan pengaruh antropogenik. Bahan-bahan tersuspensi dan terlarut pada perairan alami tidak bersifat toksik, akan tetapi jika berlebihan, terutama TSS, dapat meningkatkan nilai kekeruhan, yang selanjutnya akan menghambat penetrasi cahaya matahari ke kolom air dan akhirnya berpengaruh terhadap proses fotosintesis perairan.

Salinitas

Salinitas adalah konsentrasi total ion yang terdapat di perairan. Salinitas merupakan kadar garam-garam terlarut dalam 1000 gram air. Salinitas menggambarkan padatan total di dalam air, setelah semua karbonat dikonversi menjadi oksida, semua bromida dan iodidia digantikan oleh klorida dan semua bahan organik telah dioksidasi.

Salinitas dipengaruhi oleh densitas, densitas yang rendah memiliki nilai salinitas yang tinggi. Salinitas juga dipengaruhi oleh proses hidrologi. Ketika terjadi evaporasi, maka nilai salinitas meningkat. Sedangkan ketika terjadi presipitasi, maka salinitas menurun.

Sumber:

Efendi, Hefni. 2003. Telaah Kualitas Air Bagi Pengelolaan Sumber Daya dan Lingkungan Perairan. PT Kanisius. Yogyakarta.

PERAIRAN LENTIK

Apa yang dimaksud dengan perairan lentik? Perairan lentik merupakan perairan yang tergenang.  Contoh dari perairan ini yaitu danau, rawa, kolam, waduk dll. Pada perairan ini terdapat stratifikasi vertikal akibat adanya perbedaan intensitas cahaya dan temperatur. Perairan ini memiliki kecepatan arus yang sangat lambat (<10 cm/s) atau tidak ada arus sama sekali.

Gambar 1. Danau Toba

Sumber: maritim.go.id

Zonasi perairan lentik

Berdasarkan temperatur, zonase perairan lentik terbagi menjadi tiga yaitu

1.      Zona epilimnion, yaitu lapisan bagian permukaan atau atas perairan. Lapisan ini bersifat hangat, suhu relatif konstan. Seluruh massa air pada lapisan ini tercampur dengan baik karena adanya angin dan gelombang.

2.   Zona metalimnion atau termoklin, yaitu lapisan di bawah epilimnion. Pada lapisan ini temperatur memperlihatkan perubahan relatif besar. Setiap kedalaman 1 m terjadi penurunan temperatur air 1^oC.

3.    Zona hipolimnion, yaitu lapisan di bawah metalimnion. Lapisan ini memiliki temperatur yang lebih rendah, ditandai dengan perbedaan temperatur vertikal yang relatif kecil. Massa air pada lapisan ini bersifat stagnan, tidak mengalami percampuran, dan memiliki densitas yang lebih besar.

Berdasarkan zonase bentos

1.   Zona supra litoral, adalah wilayah di pinggir danau yang masih terkena pengaruh danau, biasanya berupa daratan yang kadang kala tergenang air jika volume air danau meningkat

2.      Zona litoral, adalah wilayah pinggir danau yang dangkal, dengan batuan dasar berukuran relatif besar dan cahaya matahari mencapai dasar perairan. Wilayah ini banyak ditumbuhi tumbuhan akuatik yang mengakar di dasar perairan dan memiliki keanekaragaman yang cukup tinggi. Wilayah litoral merupakan wilayah yang mendapat pengaruh pertama kali jika terjadi erosi pada daratan di sekitarnya.

3.     Sub litoral, adalah wilayah di bawah litoral, dengan batuan dasar berukuran lebih kecil dan matahari sudah berkurang. Wilayah ini masih mendapat cukup oksigen, namun keanekaragaman bentos sudah berkurang. Bentos yang telah mati, yang semula adalah penghuni wilayah litoral biasanya akan terbenam di wilayah sub litoral.

4.    Profundal, adalah wilayah paling dalam dengan suhu yang rendah dan cahaya matahari sedikit atau bahkan tidak ada sama sekali. Jumlah oksigen terlarut sangat sedikit atau terbentuk suasana anoksik. Meskipun banyak mengandung gas metana dan karbondioksida, namun kadar ion hidrogen dalam wilayah ini juga sangat tinggi sehingga pH air rendah karena keberadaan asam karbonat. Sedimen dasar berukuran sangat kecil.

Berdasarkan zonase kolom air

1.    Zona limnetik, adalah wilayah perairan yang sudah banyak mendapat pengaruh dari tepi dan dasar perairan. zona limnetik dibagi menjadi tropogenik dan tropolitik.

2.      Zona tropogenik, yaitu  kolom air dari permukaan yang memiliki aktivitas fotosintesis intensif hingga kedalaman di mana aktifitas fotosintesis sangat sedikit. Pada zona ini, kadar oksigen terlarut cukup tinggi. Zona tropogenik biasanya berada pada suatu mintakat epilimnion.

3.    Zona tropolitik, adalah wilayah yang berada di bawah tropogenik. Pada zona ini, aktifitas respirasi dan dekomposisi dominan, sedangkan aktifitas fotosintesis sudah tidak ada. Zona ini memiliki kadar oksigen terlarut sangat rendah atau bahkan tidak ada, namun kadar karbondioksida tinggi.

4.      Zona kompensasi, adalah zona antara tropogenik dan tropolitik, dicirikan dengan aktifitas fotosintesis yang sama dengan respirasi.

Berdasarkan intensitas cahaya

1.      Zona eufotik, yaitu lapisan yang masih mendapat cahaya matahari.

2.  Zona kompensasi, yaitu lapisan dengan intensitas cahaya sebesar 1% dari intensitas cahaya permukaan.

3.      Zona profundal, yaitu lapisan di bawah zona kompensasi, dengan intensitas cahaya sangat kecil atau bahkan tidak ada cahaya (afotik).

Lapisan eufotik yang biasanya juga merupakan lapisan epilimnion merupakan lapisan yang paling produktif. Lapisan ini mendapat pasokan cahaya matahari yang cukup sehingga proses fotosintesis berlangsung secara optimum. Keberadaan oksigen, baik yang dihasilkan oleh proses fotosintesis maupun difusi dari udara, juga mencukupi.

Berdasarkan tingkat kesuburannya, perairan lentik diklasifikasikan menjadi sebagai berikut.

1.  Oligotrofik, yaitu perairan dengan produktifitas primer dan biomassa yang rendah. Perairan ini memiliki kadar unsur hara nitrogen dan fosfor rendah, namun cenderung jenuh dengan oksigen.

2.      Mesotrofik, yaitu perairan dengan produktifitas primer dan biomassa sedang. Perairan ini merupakan peralihan antara oligotrofik dan eutrofik.

3.      Eutrofik, yaitu perairan dengan kadar unsur hara dan tingkat produktifitas primer tinggi. Perairan ini memiliki tingkat kecerahan yang rendah dan kadar oksigen pada lapisan hipolimnion dapat lebih kecil dari 1 mg/l.

4.     Hiper-eutrofik, yaitu perairan dengan kadar unsur hara dan produktifitas primer sangat tinggi. Pada perairan ini, kondisi anoksik terjadi pada lapisan hipolimnion.

5.      Distrofik, yaitu jenis perairan yang banyak mengandung bahan organik.

Sumber:
Efendi, Hefni. 2003. Telaah Kualitas Air Bagi Pengelolaan Sumber Daya dan Lingkungan Perairan. PT Kanisius. Yogyakarta.