6Samudra yang Berlapis

Pada suatu hari musim panas kamu berenang dari pantai ke air yang hangat dan nyaman. Lalu kamu membiarkan kakimu menjuntai ke bawah — dan telapak kakimu mendapati air yang tiba-tiba dingin, beberapa meter di bawah permukaan. Laut tidak tercampur dari atas sampai ke bawah: laut tersusun atas lapisan-lapisan, yang hangat dan ringan di atas, yang dingin dan rapat di bawah. Di samudra terbuka, pelapisan yang sama mencapai kedalaman berkilometer-kilometer, dan pelapisan itulah yang menentukan di mana laut menjadi gurun dan di mana laut penuh kehidupan. Bab ini membahas samudra menurut kedalamannya: bagaimana samudra diukur, bagaimana suhu dan salinitasnya berubah ke arah bawah, mengapa lapisan-lapisannya stabil, dan di mana air dalam yang dingin naik kembali ke permukaan.

Yang sudah kamu ketahui

Air laut mengandung garam-garam terlarut: salinitasnya, rata-rata sekitar 35 gram garam per kilogram air laut, berbeda-beda dari laut ke laut. Angin menggerakkan arus permukaan dan pilin samudra yang besar; arus dalam yang membawa air dingin dan asin bergerak perlahan di sepanjang dasar samudra (Buku 1, kelas 8). Massa jenis adalah massa dibagi volume (buku-buku fisika). Fitoplankton, yaitu ganggang mikroskopis, memerlukan cahaya dan nutrien mineral untuk tumbuh melalui fotosintesis, dan fitoplankton menjadi makanan bagi rantai makanan samudra lainnya (buku-buku biologi).

6.1 Mengukur samudra

Samudra meliputi sekitar $362$ juta $\mathrm{km}^{2}$ dan rata-rata sedalam $3682\,\mathrm{m}$: sekitar $1.33$ miliar $\mathrm{km}^{3}$ air. Sebagian besar air itu terletak jauh di luar jangkauan cahaya, dan hanya dapat diukur dengan menurunkan instrumen.

Dari kapal, para oseanograf menurunkan dengan kabel sebuah rangka yang membawa sensor-sensor yang mengukur konduktivitas air (yang darinya salinitas dihitung), suhunya, dan tekanannya (sehingga juga kedalamannya), dikelilingi oleh cincin botol yang ditutup pada kedalaman-kedalaman terpilih untuk membawa sampel air kembali ke kapal. Sejak tahun 2000 armada pelampung robotik telah menambahkan jutaan profil: setiap pelampung hanyut bersama arus pada kedalaman $1000\,\mathrm{m}$, tenggelam kira-kira setiap sepuluh hari sampai $2000\,\mathrm{m}$, lalu naik ke permukaan sambil mengukur suhu dan salinitas di sepanjang jalan, dan mengirim profilnya melalui satelit.

Data tahun 2026

Jaringan internasional Argo memiliki hampir 4000 pelampung aktif; profilnya yang ketiga juta dikumpulkan pada Juli 2024.

Dirata-ratakan atas puluhan tahun pengukuran, profil-profil ini memberikan gambaran samudra menurut kedalamannya. Profil-profil dalam bab ini adalah rata-rata seperti itu, dari World Ocean Atlas 2023 milik NOAA National Centers for Environmental Information.

6.2 Suhu terhadap kedalaman

Cahaya Matahari memanaskan samudra dari atas, di lapisan permukaannya. Angin dan ombak mengaduk air hangat ini menjadi lapisan yang suhunya hampir seragam. Di bawahnya, suhu turun dengan cepat sepanjang beberapa ratus meter; lebih dalam lagi, suhu turun perlahan sampai ke air dingin yang mengisi cekungan-cekungan samudra.

Definisi 6.1 (Lapisan tercampur)

Yang disebut lapisan tercampur adalah lapisan permukaan samudra, yang diaduk oleh angin dan ombak, tempat suhu dan salinitas hampir tidak berubah terhadap kedalaman.

Definisi 6.2 (Termoklin; haloklin; piknoklin; samudra dalam)

Yang disebut termoklin adalah lapisan di bawah lapisan tercampur tempat suhu turun dengan cepat terhadap kedalaman. Lapisan tempat salinitas berubah dengan cepat terhadap kedalaman disebut haloklin; lapisan tempat massa jenis bertambah dengan cepat terhadap kedalaman disebut piknoklin. Di bawahnya terletak samudra dalam, yang dingin dan berubah perlahan.

Di Pasifik tropis lapisan tercampur bersuhu $29.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan tebalnya sekitar $60\,\mathrm{m}$; di antara $70\,\mathrm{m}$ dan $300\,\mathrm{m}$ suhu turun hampir sembilan belas derajat, dan pada $1000\,\mathrm{m}$ suhu tinggal $4.5{}^{\circ}\mathrm{C}$. Di Atlantik Utara permukaannya lebih sejuk dan penurunannya lebih bertahap. Di Samudra Arktik seluruh kolom air tetap dalam rentang dua derajat dari $0{}^{\circ}\mathrm{C}$: hampir tidak ada lapisan permukaan yang hangat.

Metode 6.3 (Membaca profil samudra)

1. Kenali sumbu-sumbunya: kedalaman bertambah ke bawah, besaran yang diukur dibaca di sepanjang bagian atas.
2. Lapisan tercampur adalah bagian atas tempat kurva hampir tegak; kedalamannya adalah tempat kurva mulai membelok (aturan yang umum: tempat suhu telah turun $0.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ di bawah nilai permukaannya).
3. Termoklin adalah tempat kurva paling mendekati mendatar: perubahan terbesar untuk kedalaman terkecil.
4. Di bawahnya, bacalah nilai-nilai dalam dan bandingkan lokasi-lokasi pada kedalaman yang sama.

Lapisan tercampur berubah menurut musim. Pada musim dingin permukaan kehilangan kalor, badai mengaduk laut, dan lapisan tercampur menjadi lebih dalam; pada musim panas Matahari menghangatkan lapisan permukaan yang tipis yang tidak dapat dicampur ke bawah oleh angin yang lebih lemah, dan sebuah termoklin musiman terbentuk di dekat permukaan — air dingin yang ditemukan oleh kaki si perenang.

6.3 Salinitas dan massa jenis

Massa jenis air laut bergantung pada suhu dan salinitasnya. Massa jenis itu dihitung dengan rumus yang disepakati secara internasional, yaitu persamaan keadaan air laut, yang dicocokkan dengan pengukuran laboratorium.

Proposisi 6.4 (Massa jenis air laut)

Massa jenis air laut bertambah dengan salinitasnya dan berkurang ketika suhunya naik. Pada tekanan permukaan, air laut bersalinitas 35 memiliki massa jenis $1028.1\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ pada $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan $1023.3\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ pada $25{}^{\circ}\mathrm{C}$; air murni pada $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ memiliki massa jenis $1000.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

Dua hal terlihat pada grafik itu. Satu satuan salinitas menambah sekitar $0.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. Pemanasan satu derajat mengurangi sekitar $0.31\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ pada $25{}^{\circ}\mathrm{C}$, $0.18\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ pada $10{}^{\circ}\mathrm{C}$, tetapi hanya $0.06\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ di dekat $0{}^{\circ}\mathrm{C}$: di laut yang hangat suhulah yang mengendalikan massa jenis, di laut yang dingin salinitaslah yang mengendalikannya.

Catatan 6.5

Massa jenis dalam bab ini dihitung pada tekanan permukaan. Tekanan air di atasnya sedikit memampatkan air laut, sekitar $4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ per kilometer kedalaman; para oseanograf membandingkan massa-massa air pada tekanan yang sama, sehingga hanya suhu dan salinitas yang berpengaruh.

Di Pasifik tropis piknoklin berimpit dengan termoklin. Di Samudra Arktik suhu hampir tidak berubah, tetapi salinitas naik dari 28 di permukaan, yang ditawarkan oleh sungai-sungai dan es yang mencair, menjadi 34.8 pada $500\,\mathrm{m}$: haloklin adalah piknoklinnya. Dalam setiap kasus massa jenis bertambah ke arah bawah.

Definisi 6.6 (Stratifikasi)

Samudra disebut terstratifikasi bila massa jenisnya bertambah terhadap kedalaman: air yang lebih ringan terletak di atas air yang lebih rapat, berlapis-lapis.

Samudra yang terstratifikasi bersifat stabil. Sebuah parsel air yang didorong ke bawah ke dalam air yang lebih rapat lebih ringan daripada sekitarnya dan mengapung naik kembali; parsel yang didorong ke atas tenggelam kembali. Untuk mencampur lapisan-lapisan itu, angin harus bekerja melawan hal ini, dan makin kuat piknoklinnya, makin sulit pencampurannya: termoklin adalah tutup yang memisahkan permukaan dari samudra dalam. Samudra dalam diisi oleh air yang dahulu kala tenggelam dari laut-laut kutub yang dingin, tempat air permukaan menjadi cukup rapat untuk tenggelam (Buku 1, kelas 8).

6.4 Penaikan massa air

Definisi 6.7 (Penaikan massa air)

Yang disebut penaikan massa air adalah naiknya air dingin dari bawah lapisan permukaan untuk menggantikan air permukaan yang didorong menjauh oleh angin. Penaikan massa air terjadi di sepanjang beberapa pesisir dan di samudra terbuka.

Di sepanjang pesisir, angin yang bertiup sejajar dengan garis pantai menyeret air permukaan; karena rotasi Bumi, air itu tidak sekadar mengikuti angin tetapi dibelokkan darinya, ke kanan di belahan bumi utara dan ke kiri di belahan bumi selatan (cara kerjanya dibahas dalam jilid-jilid universitas). Di lepas pantai Peru angin bertiup di sepanjang pantai ke arah khatulistiwa, dan air permukaan didorong ke laut lepas; air dingin naik di dekat pesisir untuk menggantikannya. Penaikan massa air juga terjadi di sepanjang khatulistiwa, tempat angin pasat mendorong air permukaan menjauhinya di kedua sisi.

Air yang naik itu tidak hanya dingin. Di bawah lapisan permukaan yang tersinari Matahari, sisa-sisa plankton mati yang tenggelam dan membusuk melepaskan nutrien mineral yang diperlukan fitoplankton. Setelah dibawa kembali ke dalam cahaya, nutrien ini menjadikan daerah-daerah penaikan massa air perairan yang paling produktif di samudra, dengan daerah penangkapan ikan yang paling kaya. Di tempat samudra terstratifikasi dengan kuat dan tidak ada yang membawa air dalam ke atas, lapisan yang tersinari Matahari kehabisan nutrien: pusat-pusat pilin subtropis adalah gurun-gurun samudra.

6.5 Latihan

Latihan 6.1 ★

Definisikan lapisan tercampur dan termoklin. Apa yang mengaduk lapisan tercampur?

Solusi

Solusi Latihan 6.1.

Lapisan tercampur adalah lapisan permukaan samudra tempat suhu dan salinitas hampir tidak berubah terhadap kedalaman; termoklin adalah lapisan di bawahnya tempat suhu turun dengan cepat terhadap kedalaman. Angin dan ombak mengaduk lapisan tercampur (dibantu pada musim dingin oleh pendinginan permukaan).

Latihan 6.2 ★

Definisikan penaikan massa air. Mengapa perairan di daerah penaikan massa air kaya akan kehidupan?

Solusi

Solusi Latihan 6.2.

Penaikan massa air adalah naiknya air dingin dari bawah lapisan permukaan, yang menggantikan air permukaan yang didorong menjauh oleh angin. Air yang naik itu membawa nutrien mineral ke dalam lapisan yang tersinari Matahari, tempat fitoplankton memakainya untuk tumbuh; fitoplankton menjadi makanan bagi rantai makanan lainnya.

Latihan 6.3 ★

Dengan profil suhu ketiga lokasi, sebutkan suhu di permukaan dan pada $1000\,\mathrm{m}$ di Pasifik tropis dan di Samudra Arktik.

Solusi

Solusi Latihan 6.3.

Pasifik tropis: sekitar $29{}^{\circ}\mathrm{C}$ di permukaan dan $4.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ pada $1000\,\mathrm{m}$. Samudra Arktik: sekitar $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ di permukaan dan mendekati $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ pada $1000\,\mathrm{m}$.

Latihan 6.4 ★

Manakah yang lebih rapat, air laut bersalinitas 35 pada $25{}^{\circ}\mathrm{C}$ atau pada $0{}^{\circ}\mathrm{C}$? Air laut bersalinitas 35 atau air murni, pada suhu yang sama? Gunakan nilai-nilai dalam bab ini.

Solusi

Solusi Latihan 6.4.

Pada $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ ($1028.1\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ dibandingkan dengan $1023.3\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ pada $25{}^{\circ}\mathrm{C}$). Air laut: pada $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ air murni memiliki massa jenis $1000.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, air laut bersalinitas 35 sekitar $1027.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ (dibaca pada grafik).

Latihan 6.5 ★

Jelaskan bagaimana pelampung pemrofil mengukur profil samudra, dan mengapa pelampung berguna di tempat yang jarang didatangi kapal.

Solusi

Solusi Latihan 6.5.

Pelampung hanyut pada $1000\,\mathrm{m}$, tenggelam sampai $2000\,\mathrm{m}$, lalu naik ke permukaan sambil mengukur suhu, salinitas (dari konduktivitas), dan tekanan di sepanjang jalan; di permukaan pelampung mengirim profilnya melalui satelit dan tenggelam lagi. Pelampung hanyut bersama arus ke seluruh samudra dan bekerja bertahun-tahun, dalam segala musim, jauh dari jalur pelayaran kapal.

Latihan 6.6 ★★

Samudra meliputi $361.84$ juta $\mathrm{km}^{2}$ dengan kedalaman rata-rata $3682\,\mathrm{m}$. Hitung volumenya dalam kilometer kubik. Berapa bagian dari kedalamannya yang diwakili oleh $100\,\mathrm{m}$ teratas?

Solusi

Solusi Latihan 6.6.

$361.84\times10^6 \times 3.682 \approx 1.33 \times 10^{9}\,\mathrm{km}^{3}$, sekitar $1.33$ miliar kilometer kubik. $100/3682 \approx 0.027$: kurang dari $3\,\%$ kedalaman rata-rata.

Latihan 6.7 ★★

Pada profil Atlantik Utara bulan Agustus, suhu adalah $22.7{}^{\circ}\mathrm{C}$ di permukaan, $22.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ pada $15\,\mathrm{m}$, $21.8{}^{\circ}\mathrm{C}$ pada $20\,\mathrm{m}$, dan $17.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ pada $50\,\mathrm{m}$. Dengan aturan dalam metode, perkirakan kedalaman lapisan tercampur. Berapa laju rata-rata penurunan suhu di antara $20\,\mathrm{m}$ dan $50\,\mathrm{m}$, dalam derajat per meter?

Solusi

Solusi Latihan 6.7.

$22.7 - 0.5 = 22.2{}^{\circ}\mathrm{C}$, dicapai pada $15\,\mathrm{m}$: lapisan tercampur sedalam sekitar $15\,\mathrm{m}$. Di antara $20\,\mathrm{m}$ dan $50\,\mathrm{m}$: $(21.8 - 17.3)/30 = 0.15{}^{\circ}\mathrm{C}$ per meter.

Latihan 6.8 ★★

Di lokasi Atlantik Utara yang sama, permukaan bersuhu $15.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ pada bulan Februari dan $22.7{}^{\circ}\mathrm{C}$ pada bulan Agustus, sedangkan pada $300\,\mathrm{m}$ suhunya $13.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ pada kedua bulan itu. Jelaskan mengapa air dalam tidak mengikuti musim, dan mengapa lapisan tercampur musim dingin jauh lebih dalam daripada lapisan tercampur musim panas.

Solusi

Solusi Latihan 6.8.

Matahari hanya memanaskan lapisan permukaan, dan pemanasan serta pendinginan musiman hanya tersebar di dalam lapisan tercampur: di bawah termoklin air terputus dari keduanya. Pada musim dingin permukaan mendingin, menjadi lebih rapat, dan tenggelam ke dalam air di bawahnya, dan badai mengaduk laut: pencampurannya mencapai kedalaman yang besar. Pada musim panas Matahari menghangatkan lapisan permukaan yang ringan yang mengapung di atas air yang lebih dingin; angin yang lebih lemah tidak dapat mendorongnya ke bawah, dan lapisan tercampur tetap tipis.

Latihan 6.9 ★★

Di dekat $10{}^{\circ}\mathrm{C}$, satu satuan salinitas menambah $0.78\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ pada massa jenis dan pemanasan satu derajat mengurangi $0.18\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. Berapa derajat pemanasan yang meniadakan satu satuan salinitas? Jawablah pertanyaan yang sama di dekat $0{}^{\circ}\mathrm{C}$, tempat satu derajat hanya mengurangi $0.06\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. Apa kesimpulanmu untuk laut-laut kutub?

Solusi

Solusi Latihan 6.9.

$0.78/0.18 \approx 4.3$ derajat di dekat $10{}^{\circ}\mathrm{C}$; $0.78/0.06 = 13$ derajat di dekat $0{}^{\circ}\mathrm{C}$. Di laut kutub yang dingin, perubahan kecil salinitas jauh lebih berpengaruh terhadap massa jenis daripada perubahan suhu: di sana salinitaslah yang mengendalikan pelapisan.

Latihan 6.10 ★★

Di Samudra Arktik air di permukaan bersuhu $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ dengan salinitas 28.1, dan pada $200\,\mathrm{m}$ bersuhu $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ dengan salinitas 33.3. Massa jenisnya $1022.6\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ dan $1026.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. Apa yang membuat air yang lebih dalam lebih rapat? Sebutkan nama lapisan di antara keduanya.

Solusi

Solusi Latihan 6.10.

Suhunya sama: air yang lebih dalam lebih rapat karena lebih asin (33.3 dibandingkan dengan 28.1). Lapisan di antara keduanya, tempat salinitas berubah dengan cepat terhadap kedalaman, adalah haloklin; di sini haloklin itu juga merupakan piknoklin.

Latihan 6.11 ★★

Jelaskan mengapa samudra yang terstratifikasi bersifat stabil, dengan memakai sebuah parsel air permukaan yang didorong ke bawah oleh ombak.

Solusi

Solusi Latihan 6.11.

Ketika didorong ke bawah, parsel itu mempertahankan suhu dan salinitasnya, jadi juga massa jenisnya. Dikelilingi air yang lebih rapat, parsel itu lebih ringan daripada air yang didesaknya: gaya apung mendorongnya naik kembali ke arasnya sendiri. Parsel yang didorong ke atas akan lebih rapat daripada sekitarnya yang baru dan tenggelam kembali. Lapisan-lapisan itu stabil.

Latihan 6.12 ★★★

Satu liter air laut bersalinitas 35 pada $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ dihangatkan menjadi $25{}^{\circ}\mathrm{C}$. Dengan massa jenis dalam bab ini, hitung massanya, lalu volumenya yang baru. Berapa besar air itu memuai, dalam mililiter? Lapisan samudra setebal $700\,\mathrm{m}$ menghangat dengan perbandingan yang sama: berapa besar tebalnya bertambah? (Ini sangat melebih-lebihkan pemanasan samudra yang sebenarnya, dan dipakai di sini hanya untuk memperlihatkan efeknya.)

Solusi

Solusi Latihan 6.12.

Massa: $0.001 \times 1028.1 = 1.0281\,\mathrm{kg}$. Volume baru: $1.0281/1023.3 \approx 0.001\,004\,7\,\mathrm{m}^{3}$, sekitar $1004.7\,\mathrm{mL}$: air itu memuai sekitar $4.7\,\mathrm{mL}$, $0.47\,\%$. Lapisan setebal $700\,\mathrm{m}$ akan menebal sebesar $700 \times 0.0047 \approx 3.3\,\mathrm{m}$.

Latihan 6.13 ★★★

Di Pasifik tropis massa jenisnya $1021.6\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ pada $50\,\mathrm{m}$ dan $1026.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ pada $200\,\mathrm{m}$; di Atlantik Utara pada bulan Februari suhu hampir tidak berubah sepanjang $150\,\mathrm{m}$ teratas. Di manakah dari keduanya badai lebih mudah mengaduk air sampai $150\,\mathrm{m}$? Jelaskan.

Solusi

Solusi Latihan 6.13.

Di Atlantik Utara pada bulan Februari. Di sana $150\,\mathrm{m}$ teratas hampir sama suhunya, sehingga hampir sama massa jenisnya: mengaduknya hanya memerlukan sedikit energi. Di Pasifik tropis massa jenis naik sebesar $1026.0 - 1021.6 = 4.4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ di antara $50\,\mathrm{m}$ dan $200\,\mathrm{m}$: piknoklin yang kuat, dan badai harus mendorong air ringan ke bawah ke dalam air yang jauh lebih rapat.

Latihan 6.14 ★★★

Pada peta klorofil, temukan dua daerah berklorofil tinggi di samudra terbuka yang jauh dari pesisir mana pun, dan satu daerah luas yang klorofilnya sangat rendah. Dengan isi bab ini, jelaskan masing-masing.

Solusi

Solusi Latihan 6.14.

Klorofil tinggi jauh dari pesisir: pita di sepanjang khatulistiwa di Pasifik (dan di Atlantik), tempat angin pasat menggerakkan penaikan massa air; dan lintang tinggi, seperti Atlantik Utara, tempat lapisan tercampur musim dingin mencapai kedalaman yang besar dan membawa nutrien ke atas. Klorofil sangat rendah: pusat-pusat pilin subtropis, yang terstratifikasi dengan kuat, tempat tidak ada yang membawa air dalam ke atas dan lapisan yang tersinari Matahari telah kehabisan nutrien.

Latihan 6.15 ★★★

Misalkan sebuah pelampung tenggelam dari $1000\,\mathrm{m}$ ke $2000\,\mathrm{m}$ dalam enam jam, lalu naik ke permukaan dalam sepuluh jam. Hitung laju tegak rata-ratanya pada setiap tahap, dalam sentimeter per detik. Jika pelampung itu mengukur setiap $2\,\mathrm{s}$ selama naik, berapa banyak pengukuran dalam satu profil, dan berapa rata-rata jarak kedalaman di antara dua pengukuran?

Solusi

Solusi Latihan 6.15.

Tenggelam: $1000/(6 \times 3600) \approx 0.046\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$, sekitar $4.6\,\mathrm{cm}/\mathrm{s}$. Naik: $2000/(10 \times 3600) \approx 0.056\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$, sekitar $5.6\,\mathrm{cm}/\mathrm{s}$. $36\,000/2 = 18\,000$ pengukuran, rata-rata berjarak $2000/18\,000 \approx 0.11\,\mathrm{m}$.

6.6 Soal: Sebuah Pengukuran di Lepas Pantai Peru

Soal 6.1

Soal akhir pekan — dua profil Pasifik Selatan

Tabel ini memberikan suhu dan salinitas rata-rata, serta massa jenis yang dihitung pada tekanan permukaan, di dua tempat di Pasifik Selatan: di lepas pantai Peru ($13.5{}^{\circ}$ LS, $77.5{}^{\circ}$ BB) dan di tengah pilin subtropis ($20.5{}^{\circ}$ LS, $110.5{}^{\circ}$ BB).

	lepas pantai Peru			pilin
kedalaman ($\mathrm{m}$)	${}^{\circ}\mathrm{C}$	salinitas	$\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$	${}^{\circ}\mathrm{C}$	salinitas	$\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$
0	19.0	35.08	1025.08	24.0	36.41	1024.71
25	17.4	35.06	1025.47	23.9	36.39	1024.73
50	15.8	35.03	1025.83	23.6	36.38	1024.80
100	13.7	34.93	1026.20	22.6	36.27	1025.02
200	12.4	34.89	1026.44	20.3	35.80	1025.30
300	11.1	34.80	1026.62	14.4	34.76	1025.92
500	7.9	34.60	1026.97	7.1	34.39	1026.92

Bagian I — Membaca profil.

1. Lokasi manakah yang lebih hangat di permukaan, dan seberapa banyak?
2. Lokasi manakah yang lebih jauh dari khatulistiwa? Apakah selisih suhu permukaan itu sesuai dengan yang kamu harapkan dari lintangnya saja?
3. Dengan aturan dalam metode, perkirakan kedalaman lapisan tercampur di pilin.
4. Apakah ada lapisan tercampur di lepas pantai Peru? Uraikan $100\,\mathrm{m}$ teratasnya.
5. Di antara kedalaman berapa suhu turun paling cepat di pilin? Sebutkan lajunya, dalam derajat per seratus meter.
6. Kira-kira pada kedalaman berapa air bersuhu $15{}^{\circ}\mathrm{C}$ di setiap lokasi?

Bagian II — Massa jenis.

7. Periksalah bahwa massa jenis bertambah terhadap kedalaman di kedua lokasi. Apa yang diberitahukan hal ini tentang kestabilannya?
8. Di pilin, air permukaan lebih asin daripada di lepas pantai Peru. Apakah hal ini seharusnya membuatnya lebih rapat atau lebih ringan? Apakah air itu memang lebih rapat?
9. Jelaskan efek mana dari keduanya yang menang.
10. Hitung pertambahan massa jenis dari permukaan sampai $200\,\mathrm{m}$ di lepas pantai Peru.
11. Hitung pertambahan yang sama di pilin.

Bagian III — Membandingkan stratifikasi.

12. Di pilin, di manakah sebagian besar pertambahan massa jenis pada $500\,\mathrm{m}$ teratas ditemukan: di atas atau di bawah $200\,\mathrm{m}$?
13. Di lepas pantai Peru, di manakah pertambahan itu ditemukan?
14. Pada $500\,\mathrm{m}$, bandingkan kedua lokasi. Apa yang diisyaratkan hal ini tentang air dalam di bawah keduanya?
15. Jelaskan dalam beberapa kalimat bagaimana termoklin di lepas pantai Peru telah terangkat ke arah permukaan.
16. Fitoplankton hidup di beberapa puluh meter teratas. Di lokasi manakah air kaya nutrien dari bawah termoklin berada dalam jangkauan pengadukan oleh angin? Jelaskan.

Bagian IV — Mengapa perairan Peru produktif.

17. Akan seperti apakah air permukaan di lepas pantai Peru jika angin di sepanjang pantai berhenti bertiup selama berbulan-bulan?
18. Dengan peta klorofil, bandingkan kedua lokasi.
19. Jelaskan mengapa pilin disebut gurun samudra meskipun pilin itu penuh cahaya Matahari.
20. Hitung perbandingan pertambahan massa jenis dari permukaan sampai $200\,\mathrm{m}$ di lepas pantai Peru dan di pilin, lalu jelaskan apa yang diperlihatkannya.

Solusi

Solusi Soal 6.1.

1. Pilin, sebesar $24.0 - 19.0 = 5.0{}^{\circ}\mathrm{C}$.

2. Pilin ($20.5{}^{\circ}$ LS dibandingkan dengan $13.5{}^{\circ}$ LS). Karena lebih jauh dari khatulistiwa, pilin seharusnya yang lebih sejuk: lintang saja tidak dapat menjelaskan mengapa pilin $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ lebih hangat.

3. $24.0 - 0.5 = 23.5{}^{\circ}\mathrm{C}$, dicapai di antara $50\,\mathrm{m}$ (23.6) dan $100\,\mathrm{m}$ (22.6), pada sekitar $50 + 50 \times 0.1/1.0 = 55\,\mathrm{m}$.

4. Tidak: suhu turun terus-menerus dari permukaan, sebesar $1.6{}^{\circ}\mathrm{C}$ pada $25\,\mathrm{m}$ pertama dan $5.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ pada $100\,\mathrm{m}$ pertama; termoklin bermula di permukaan.

5. Di antara $200\,\mathrm{m}$ dan $300\,\mathrm{m}$: $20.3 - 14.4 = 5.9{}^{\circ}\mathrm{C}$ per seratus meter.

6. Di lepas pantai Peru, di antara $50\,\mathrm{m}$ dan $100\,\mathrm{m}$: sekitar $70\,\mathrm{m}$ dengan interpolasi (profil lengkapnya memberikan $65\,\mathrm{m}$). Di pilin, di antara $200\,\mathrm{m}$ dan $300\,\mathrm{m}$: sekitar $200 + 100 \times 5.3/5.9 \approx 290\,\mathrm{m}$.

7. Ya, pada setiap aras kedua kolom: air yang lebih ringan terletak di atas air yang lebih rapat, dan kedua kolom itu stabil.

8. Air yang lebih asin seharusnya lebih rapat; namun air permukaan pilin lebih ringan: $1024.71\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ dibandingkan dengan $1025.08\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

9. Air pilin sekitar 1.3 satuan lebih asin, yang menambah sekitar $1.3 \times 0.8 \approx 1.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$; air itu $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ lebih hangat, yang mengurangi sekitar $5 \times 0.27 \approx 1.4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ pada suhu-suhu ini. Suhulah yang menang.

10. $1026.44 - 1025.08 = 1.36\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

11. $1025.30 - 1024.71 = 0.59\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

12. Dari permukaan sampai $500\,\mathrm{m}$ massa jenis naik sebesar $1026.92 - 1024.71 = 2.21\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, dan hanya $0.59\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ di antaranya di atas $200\,\mathrm{m}$: sebagian besar, $1.62\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, terletak di bawah $200\,\mathrm{m}$, di termoklin di antara $200\,\mathrm{m}$ dan $500\,\mathrm{m}$.

13. Di lepas pantai Peru massa jenis naik sebesar $1026.97 - 1025.08 = 1.89\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ dari permukaan sampai $500\,\mathrm{m}$, dan $1.36\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ di antaranya di $200\,\mathrm{m}$ teratas: sebagian besar terletak di dekat permukaan.

14. Pada $500\,\mathrm{m}$ kedua lokasi hampir sama ($7.9{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan $7.1{}^{\circ}\mathrm{C}$, $1026.97\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ dan $1026.92\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$): air dingin yang sama terletak di bawah keduanya; perbedaannya adalah seberapa dekat air itu ke permukaan.

15. Angin yang bertiup di sepanjang pantai ke arah khatulistiwa mendorong air permukaan ke laut lepas; air dari bawah naik di dekat pesisir untuk menggantikannya. Air dingin termoklin tertarik ke atas, sehingga termoklin miring naik ke arah pesisir dan hampir mencapai permukaan.

16. Di lepas pantai Peru: air bersuhu $13{}^{\circ}\mathrm{C}$ sampai $15{}^{\circ}\mathrm{C}$, dari bawah termoklin, terletak di $100\,\mathrm{m}$ teratas, dalam jangkauan pengadukan oleh angin dan jangkauan cahaya. Di pilin air itu terletak di bawah $250\,\mathrm{m}$, di bawah lapisan hangat dan ringan yang tidak dapat diaduk angin sedalam itu.

17. Penaikan massa air akan berhenti: air permukaan akan menghangat oleh Matahari, lapisan hangat yang ringan akan terbentuk di atasnya, dan pasokan nutrien ke lapisan yang tersinari Matahari akan menyusut.

18. Pesisir Peru berwarna biru muda sampai kuning (banyak klorofil); bagian tengah pilin Pasifik Selatan termasuk daerah berwarna biru paling tua pada peta itu (sangat sedikit).

19. Fitoplankton memerlukan nutrien selain cahaya. Di pilin, stratifikasi yang kuat menahan air dalam yang kaya nutrien jauh di bawah lapisan yang tersinari Matahari, dan nutrien di lapisan permukaan telah lama habis terpakai.

20. $1.36/0.59 \approx 2.3$: pertambahan massa jenis pada $200\,\mathrm{m}$ teratas sekitar 2.3 kali lebih besar di lepas pantai Peru daripada di pilin. Piknoklin, dengan air dingin yang kaya nutrien di bawahnya, telah terangkat ke dalam $200\,\mathrm{m}$ teratas di lepas pantai Peru, sedangkan di pilin piknoklin itu terletak lebih dalam, di bawah $200\,\mathrm{m}$.