Our Elixir: October 2013

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.

3. Lapisan Termoklin

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)

S = Salinitas (psu)

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

Musim Peralihan I

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

Musim Timur

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

Musim Peralihan II

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).