Kecepatan suara dalam air
laut merupakan variabel oseanografik yang menentukan pola pemancaran suara di
dalam medium. Kecepatan suara bervariasi terhadap kedalaman, musim, posisi
geografis dan waktu pada lokasi tertentu. Di perairan dangkal dekat pantai, profil
kecepatan suara cenderung tidak teratur dan sulit diprediksi. Faktor fisik air
laut yang paling menentukan dalam mempengaruhi kecepatan suara di dalam air
laut adalah suhu, salinitas, dan tekanan.
Di dalam air laut, kecepatan
gelombang suara mendekati 1.500 m/detik (umumnya berkisar 1.450 m/detik sampai
dengan 1.550 m/detik, tergantung suhu, salinitas, dan tekanan). Secara
sederhana pola perambatan gelombang suara di dalam laut yang dibagi secara
vertikal adalah sebagai berikut:
a.Lapisan
tercampur, dimana kecepatan suara relatif konstan, biasanya ditemukan sampai
kedalaman beberapa meter dari permukaan.
b.Surface
channel, kecepatan suara meningkat jika dibandingkan pada saat berada di
lapisan tercampur.
c.Termoklin,
pada lapisan ini kecepatan suara akan menurun dengan bertambahnya kedalaman,
karena biasanya suhu menurun secara drastis dalam kedalaman yang relatif
dangkal pada lapisan ini. Termoklin dapat muncul secara musiman (jika dekat
dengan permukaan) atau permanen.
d. Deep
channel, kecepatan suara pada lapisan ini mendekati minimum. Rata-rata
kedalaman lapisan ini mulai dari beberapa ratus meter sampai 2000 m.
e.Lapisan
isothermal, pada lapisan ini suhu relatif konstan, kecepatan suara bertambah
secara linear seiring bertambahnya kedalaman karena pengaruh tekanan
hidrostatis.
Namun pada umumnya kedalaman perairan berdasarkan
kecepatan suara dibagi dalam 3 zona, yaitu :
a. Zona
1 (mix layer) : Kecepatan suara cenderung meningkat akibat faktor perubahan
tekanan mendominasi faktor perubahan suhu
b.
Zona 2
(termoklin) : Kecepatan suara menurun dan menjadi zona minimum kecepatan suara
akibat terjadinya perubahan suhu yang sangat drastis dan mendominasi faktor
perubahan tekanan.
c. Zona 3 (deep layer) : Kecepatan suara meningkat kembali
akibat faktor perubahan tekanan mendominasi kembali faktor perubahan suhu.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan suara di kolom
perairan :
1. Suhu
Suhu merupakan salah satu karakter fisik dari air laut
yang penting. Di wilayah lintang sedang dan rendah (dekat dengan wilayah
tropis), suhu merupakan faktor penting yang mempengaruhi densitas dan kecepatan
suara di dalam air. Suhu di daerah tropis pada wilayah permukaan laut berkisar
26-29oC yang dipengaruhi oleh musim.
Pada kondisi perairan laut yang mempunyai suhu
berbeda-beda menimbulkan variasi kecepatan suara yang menyebabkan refraksi atau
pembelokan perambatan gelombang suara. Perubahan suhu yang sangat cepat pada
lapisan termoklin menyebabkan pembelokan gelombang suara yang tajam dan pada
lapisan ini bertindak sebagai bidang pantul.
2. Salinitas
Salinitas adalah jumlah zat-zat terlarut dalam 1 kg air
laut, dimana semua karbonat telah diubah menjadi oksida, bromide dan iodide
diganti oleh klorida dan semua bahan organik telah dioksidasi sempurna. Pada
umumnya perairan laut lepas memiliki kadar salinitas 35 psu, yang berarti dalam
1 kg air laut mengandung elemen-elemen kimia terlarut seberat 35 gram. Dimana
komposisi air laut tersebut terdiri atas 3,5% elemen-elemen kimia terlarut dan
96,5% kandungan airnya.
Salinitas dapat mempengaruhi kecepatan suara di dalam air,
teutama di wilayah lintang tinggi (dekat kutub) dimana suhu mendekati titik
beku, salinitas merupakan salah satu paling faktor penting yang mempengaruhi
kecepatan gelombang suara di dalam air. Distribusi vertikal salinitas pada
wilayah tropis, ekuator, dan sub tropis mengalami nilai yang paling kecil pada
kedalaman 600-1000 m (34-35 pratical salinity unit/psu). Di wilayah tropis
nilai salinitas pada permukaan berkisar 36-37 psu. Salinitas maksimun pada
wilayah perairan tropis terjadi pada kedalaman 100-200 m dekat dengan lapisan
termoklin dimana kadar salinitas dapat mencapai lebih dari 37 psu. Di daerah
laut dalam, kadar salinitas relatif seragam dengan nilai 34,6-34,9 psu.
Salinitas di samudera seperti Atlantik, Pasifik, dan Hindia rata-rata 35 psu,
di wilayah laut yang tertutup, nilai salitas rata-rata tidak jauh dari kisaran
35 psu tergantung dari penguapan yang terjadi.
Lapisan termoklin merupakan lapisan yang berada dalam
kolom perairan di laut yang dimana pada lapisan ini mengalami perubahan suhu
yang drastis dengan lapisan yang berada dan di bawah lapisan termoklin. Di
laut, termoklin seperti lapisan yang membagi antara lapisan pencampuran (mixing
layer) dan lapisan dalam (deep layer). Tergantung musim, garis lintang dan
pengadukan oleh angin, lapisan ini bersifat semi permanen. Faktor yang
menentukan ketebalan lapisan ini di dalam suatu perairan seperti variasi cuaca
musiman, lintang, kondisi lingkungan suatu tempat (pasang surut dan arus).
Penurunan suhu berbanding lurus dengan penambahan
kedalaman dan salinitas. Pada daerah dimana terjadi penurunan suhu secara cepat
inilah dinamakan lapisan termoklin. Di laut terbuka, lapisan ini berkarakter
sebagai gradient kecepatan suara negative dimana dapat memantulkan gelombang
suara. Secara teknik lapisan ini membendung dari impendansi akustik yang
terputus-putus (diskontinu) yang tercipta dari perubahan densitas secara
mendadak. Karateristik yang unik inilah yang membuat pentingnya lapisan
termoklin untuk diketahui, terutama dibidang pertahanan dan keamanan (kapal
selam). Lapisan termoklin mempunyai karateristik mampu memantulkan dan
membelokan gelombang suara yang datang.
4. Kedalaman
Perairan
Kedalaman mempengaruhi cepat rambat suara di dalam air
laut. Bertambahnya kedalaman, maka kecepatan suara akan bertambah karena adanya
tekanan hidrostatis yang semakin besar dengan bertambahnya kedalaman. Rata-rata
terjadi peningkatan kecepatan suara sebesar 0, 017 m/detik setiap kedalaman
bertambah 1 meter.
Permukaan laut merupakan pemantul dan penghambur suara
yang mempunyai efek yang sangat besar dalam perambatan suara ketika sumber atau
penerima berada di perairan dangkal. Jika permukaan halus sempurna, maka ia
akan menjadi pemantul suara yang nyaris sempurna. Sebaliknya jika permukaan
laut kasar kehilangan akibat pantulan mendekati nol.
Kecepatan suara diperoleh dengan menggunakan rumus :
C = 1449,2 + 4,6T - 0,055T2 + 0,00029T3 + (1,34 -
0,010T)(S-35) - 0,016Z
dengan : C = Kecepatan suara (m/s)
T
= Suhu (oC)
Z
= Kedalaman (m)
dengan begitu, dapat dikatakan bahwa kecepatan suara di
laut dipengaruhi oleh suhu, salinitas, dan kedalaman laut.
Grafik
Data Berdasarkan Musim
Musim Barat
Pada musim barat (bulan Desember hingga Februari) daerah
Jepang sedang mengalami musim dingin.
Profil suhu : Suhu turun seiring dengan bertambahnya kedalaman. Zona
termoklin berada
pada
kedalaman 30 hingga 200 meter. Hal tersebut dapat dikarenakan sedang
terjadinya
musim dinggin sehingga penyinaran matahari berkurang serta suhu
permukaan
menjadi lebih rendah. (Grafik 1)
Profil
salinitas : Salinitas
naik seiring dengan
bertambahnya kedalaman, namun
pada
kedalaman
sekitar 50 meter salinitas bertambah 0.03 psu, kemudian pada
kedalaman
75 meter salinitas turun 0.02 psu lalu salinitas bertambah seiring
dengan
bertambahnya kedalaman. (Grafik 2)
Kecepatan suara (Grafik 3) bertambah terhadap kedalaman
karena pengaruh pertambahan tekanan, kemudian penurunan suhu yang cepat lebih
mendominasi pertambahan tekanan sehingga kecepatan suara berkurang terhadap
kedalaman, lalu efek penambahan tekanan kembali mendominasi penurunan suhu
sehingga kecepatan suara bertambah terhadap kedalaman.
Grafik 1. Temperatur terhadap kedalaman
pada musim barat
Grafik 2.
Salinitas terhadap kedalaman pada musim barat
Grafik 3.
Sound velocity terhadap kedalaman pada musim barat
Pada musim peralihan I (bulan Maret hingga Mei) daerah
Jepang sedang mengalami musim semi.
Profil suhu : Suhu turun seiring dengan
bertambahnya kedalaman. Lapisan mix layer serta
termoklin
tidak dapat terlihat secara jelas, tidak terdapat suhu permukaan yang
konstan.
Hal tersebut dapat dikarenakan sedang terjadinya musim semi yang
merupakan
peralihan dari musim dingin ke musim panas sehingga lapisan air
tercampur
antara yang bersuhu rendah dan bersuhu lebih tinggi, hal tersebut
juga
dipengaruhi tiupan angin muson timur dan barat. (Grafik 4)
Profil
salinitas : Terlihat bahwa salinitas
yang konstan yaitu sekitar 34 psu dialami oleh perairan
ini
pada musim peralihan I. (Grafik 5)
Kecepatan suara (Grafik 6) bertambah terhadap kedalaman
karena pengaruh pertambahan tekanan, kemudian suhu serta salinitas yang konstan
pada kedalaman diatas 200 meter menyebabkan tekanan yang konstan sehingga
kecepatan suara konstan terhadap pertambahan kedalaman.
Grafik 4. Suhu
terhadap kedalaman pada musim peralihan I
Grafik 5. Salinitas terhadap kedalaman
pada musim peralihan I
Grafik 6. Kecepatan
suara terhadap kedalaman pada musim peralihan I
Pada musim timur (bulan Juni hingga Agustus) daerah Jepang
sedang mengalami musim panas.
Profil suhu : Terdapat lapisan isothermal
yang suhunya konstan di permukaannya. Semakin
dalam
perairan tersebut semakin rendah suhunya. Lapisan termoklin terdapat
pada
kedalaman sekitar 150 hingga 300 meter. Kemudian pada kedalaman
diatas
300 meter suhu semakin turun seiring dengan bertambahnya kedalaman
(deep
layer). (Grafik 7)
Profil
salinitas : Terdapat lapisan salinitas
yang konstan pada kedalaman 0 hingga 150 meter.
Kemudian
terjadi kenaikan salinitas 0,1 psu dan selanjutnya salinitas naik seiring
dengan
bertambahnya kedalaman. (Grafik 8)
Kecepatan suara (Grafik 9) bertambah terhadap kedalaman
karena pengaruh pertambahan tekanan, namun suhu serta salinitas yang konstan
pada kedalaman dibawah 150 meter menyebabkan tekanan yang konstan sehingga
kecepatan suara konstan terhadap pertambahan kedalaman. Kemudian kecepatan
suara kembali naik seiring dengan bertambahnya kedalaman.
Grafik 7. Suhu
terhadap kedalaman pada musim timur
Grafik 8.
Salinitas terhadap kedalaman pada musim timur
Grafik 9. Kecepatan
suara terhadap kedalaman pada musim timur
Pada musim peralihan II (bulan September hingga November)
daerah Jepang sedang mengalami musim gugur.
Profil suhu : Suhu turun seiring dengan
bertambahnya kedalaman. Lapisan mix layer serta
termoklin
tidak dapat terlihat secara jelas, tidak terdapat suhu permukaan yang
konstan,
suhu turun secara drastis mulai dari kedalaman yang cukup rendah
yaitu
sekitar 40 meter. Hal tersebut dapat dikarenakan karena berkurangnya
intensitas cahaya
saat negara subtropis
sedang mengalami musim
gugur
sehingga
mempengaruhi suhu permukaan laut karena pada saat tersebut
matahari
sedang bergerak menuju bumi bagian utara. Kemudian suhu turun
secara
konstan pada kedalaman diatas 200 meter. (Grafik 10)
Profil
salinitas : Terdapat kenaikan salinitas
yang cukup drastis dibawah kedalaman 10 meter.
Kemudian
pada kedalaman 25 meter salinitas berangsur turun. Terlihat bahwa
salinitas
konstan yaitu pada kedalaman sekitar diatas 200 meter dialami oleh
perairan ini
pada musim peralihan
II kemudian berlanjut
seiring dengan
bertambahnya
kedalaman. (Grafik 11)
Kecepatan suara (Grafik 12) bertambah terhadap kedalaman
karena pengaruh pertambahan tekanan, kemudian suhu yang turun secara drastis
mulai dari kedalaman yang cukup rendah yaitu sekitar 40 meter menyebabkan
kecepatan suara naik secara drastis. Kemudian karena suhu, salinitas, serta
tekanan tidak mengalami kenaikan yang signifikan pada kedalaman diatas 200
meter maka kecepatan suara pun mengalami kenaikan sedikit demi sedikit seiring
dengan bertambahnya kedalaman pada kedalaman diatas 200 meter (hampir konstan).
Grafik 10. Suhu
terhadap kedalaman pada musim peralihan II
Grafik 11. Salinitas terhadap kedalaman
pada musim peralihan II
Grafik 12.
Kecepatan suara terhadap kedalaman pada musim peralihan II
http://geoenviron.blogspot.com/2012/04/sifat-fisik-air-laut.html (diakses pada
tanggal 11 Oktober 2013)
http://file.upi.edu/Direktori/FPIPS/LAINNYA/NENENG_SUTJIATI/Keadaaan_Alam_dan_Musim_di_Jepan
g.pdf
(diakses
pada tanggal 11 Oktober 2013)
http://elsanurman.blogspot.com/2012_11_01_archive.html (diakses pada
tanggal 11 Oktober 2013)