MEKANISME PEMANASAN SINAR MATAHARI DAN KAITANNYA DENGAN IKLIM GLOBAL

Activity, Climate Change, Ecotourism, Marine, Renewable energy, Urban Farming

2 July 2024

Energi matahari sangat membantu berbagai proses fisis dan biologis di bumi. Radiasi adalah suatu proses perambatan energi (panas) dalam bentuk gelombang elektromagnetik yang tanpa memerlukan zat perantara. Pancaran radiasi membantu energi matahari sampai ke bumi karena di antara bumi dan matahari terdapat ruang hampa. Adapun gelombang elektromagnetik adalah perambatan gelombang dengan bentuk medan listrik dan medan magnet sehingga dapat merambat dengan kecepatan yang sangat tinggi dan tanpa memerlukan medium perantara (Priatam et al., 2021).

Secara alamiah, sinar matahari yang menyentuh permukaan bumi akan berubah menjadi panas dan menghangatkan bumi. Sebagian dari panas ini akan dipantulkan kembali oleh permukaan bumi ke angkasa luar sebagai radiasi inframerah gelombang panjang. Dari sekian banyak energi yang dikeluarkan matahari yang sampai ke bumi melalui melalui proses perambatan tadi kemudian diserap oleh bumi. Energi yang diserap ini akan menyebabkan suhu dari bumi akan naik. Artinya, bila gas-gas ini semakin berlebih di atmosfer dan berlanjut, akibatnya pemanasan bumi akan berlebihan dan akan semakin berlanjut (Pratama, 2019).

Peristiwa ini akan mempengaruhi iklim global karena matahari yang menyinari bumi menghasilkan radiasi panas yang ditangkap oleh atmosfer. Apabila atmosfer bumi dijejali oleh gas-gas akibat ulah manusia menyebabkan terjadinya efek selimut seperti yang terjadi pada rumah kaca. Radiasi panas yang lepas ke udara ditahan oleh selimut gas tersebut sehingga suhu bumi menjadi naik dan menjadi panas yang mempengaruhi perubahan iklim (Syamsuddin, 2018).

Energi Matahari

Sinar matahari memancarkan gelombang dengan panjang gelombang berbeda-beda dari 250 nm sampai dengan 2500 nm berupa ultraviolet, infrared sampai cahaya tampak. Tidak semua sinar langsung cahaya matahari pada atmosfer sampai ke permukaan bumi. Atmosfer melemahkan banyak bagian spektrum cahaya. Misalnya x-ray hampir semuanya diserap sebelum mencapai tanah. Beberapa persen radiasi ultraviolet juga disaring oleh atmosfer, beberapa dipantulkan kembali ke angkasa dan beberapa bagian lagi tersebar di atmosfer yang membuat langit terlihat biru. Intensitas cahaya matahari yang sampai ke tanah melemah karena sinar matahari mendekati horizon dan terdapat lebih banyak atmosfer atau massa udara yang akan ditembus. Atmosfer adalah penyerap yang kuat yang dapat mengurangi energi yang sampai ke bumi sebesar 50% atau lebih (Myori et al., 2019).

Matahari sebagai sumber energi utama bagi bumi menyumbang proses terjadinya siang dan malam hari pada skala harian, musim panas dan dingin pada skala tahunan, serta berperan besar pada gerakan massa udara dalam bentuk angin, baik skala lokal maupun global (Syamsudin, 2018). Matahari sebagai sumber energi utama bagi bumi menyumbang proses terjadinya siang dan malam hari pada skala harian, musim panas dan dingin pada skala tahunan, serta berperan besar pada gerakan massa udara dalam bentuk angin, baik skala lokal maupun global. Matahari sebagai sumber energi utama bagi bumi menyumbang proses terjadinya siang dan malam hari pada skala harian, musim panas dan dingin pada skala tahunan, serta berperan besar pada gerakan massa udara dalam bentuk angin, baik skala lokal maupun global (Sinambela et al., 2008).

Radiasi ultraviolet didefinisikan sebagai radiasi elektromagnetik yang terletak pada kanal daerah panjang gelombang (X = 0.4 – 400 nm). Spektrum ultraviolet ekstrim terletak pada panjang gelombang (X = 0.4 – 200 nm) mengalami penyerapan yang kuat oleh lapisan termosfer sehingga radiasi ini tidak pernah sampai ke permukaan bumi. Spektrum ultraviolet jauh pada panjang gelombang (X = 200-300 nm) sangat kuat diserap oleh lapisan stratosfer dan troposfer, sehingga radiasi ini sangat berperan pada keberadaan ozon di stratosfer. Fluks radiasi matahari pada panjang gelombang (X = 280 – 315 nm) yang dikenal sebagai UV-B sebagian besar diserap kuat oleh lapisan ozon stratosfer dan sebagian kecil saja yang sampai ke permukaan bumi, tergantung pada ketebalan lapisan ozon. Sedangkan spektrum ultraviolet dekat atau UV-A pada panjang gelombang (X = 300-400 nm) dapat menembus lapisan ozon, dan diserap oleh lapisan troposfer (ketinggian 0 – 1.5 km). Berkurangnya konsentrasi ozon stratosfer akan menaikkan intensitas fluks radiasi ultraviolet berbahaya yang tiba di permukaan bumi. Oleh karena itu, lapisan ozon stratosfer ini merupakan lapisan pelindung terhadap proses kehidupan di bumi dari pengaruh berbahaya oleh radiasi ultraviolet matahari (Sinambela et al., 2000).

Faktor yang Mempengaruhi Pancaran Sinar Matahari

Iklim Global

Iklim merupakan suatu keadaan umum kondisi cuaca yang meliputi daerah yang luas atau rata-rata dari keadaan cuaca harian secara umum. Iklim memiliki pengertian yang berbeda dari cuaca. Iklim bersifat relatif tetap dan stabil sedangkan cuaca selalu berubah setiap waktu (Syamsudin, 2018).

Faktor yang Mempengaruhi Perubahan Iklim Global

Perubahan iklim ini dapat dibagi berdasarkan wilayah, yaitu perubahan iklim secara lokal dan global. Berdasarkan waktu, iklim dapat berubah dalam bentuk siklus harian, musiman, tahunan, maupun puluhan tahun. Perubahan iklim adalah perubahan unsur iklim yang mempunyai kecenderungan naik atau turun secara nyata. Perubahan iklim global disebabkan oleh meningkatnya konsentrasi gas di atmosfer. Hal ini terjadi sejak revolusi industri yang membangun sumber energi yang berasal dari batu bara, minyak bumi, dan gas yang membuang limbah di atmosfer seperti karbon dioksida, metana, dan nitrous oksida (Syamsudin, 2018).

Selain itu, matahari juga mempengaruhi perubahan iklim. Matahari merupakan kendali iklim yang sangat penting, selain sebagai sumber energi yang dapat menimbulkan gerak udara dan arus laut. Kendali iklim lainnya, seperti distribusi darat dan air, tekanan tinggi dan rendah, massa udara, pegunungan, arus laut dan badai. Matahari yang menyinari bumi menghasilkan radiasi panas yang ditangkap oleh atmosfer sehingga udara bumi bersuhu nyaman bagi kehidupan manusia. Apabila atmosfer bumi dijejali oleh gas-gas akibat ulah manusia menyebabkan terjadinya efek selimut seperti yang terjadi pada rumah kaca. Radiasi panas yang lepas ke udara ditahan oleh selimut gas tersebut sehingga suhu bumi menjadi naik dan menjadi panas yang mempengaruhi perubahan iklim (Syamsudin, 2018).

Mekanisme Pemanasan Energi Matahari yang Dapat Mempengaruhi Iklim Global

Ketika cahaya matahari mengenai atmosfer serta permukaan bumi, sekitar 70 persen dari energi tersebut tetap tinggal di bumi, diserap oleh tanah, tumbuhan, lautan dan benda lainnya. Tiga puluh persen sisanya dipantulkan kembali melalui awan , hujan serta permukaan reflektif lainnya. Namun, panas 70 persen itu tidak selamanya berada di bumi. Benda-benda di sekitar planet yang menyerap cahaya matahari seringkali meradiasikan kembali panas yang diserapnya. Sebagian panas tersebut masuk ke ruang angkasa, tinggal di sana dan akan dipantulkan kembali ke bawah permukaan bumi, ketika mengenai zat yang berada di atmosfer seperti karbon dioksida, gas metana, dan uap air, maka panas tersebut membuat permukaan bumi tetap hangat daripada di luar angkasa, karena energi lebih banyak yang terserap dibandingkan dengan yang dipantulkan kembali (Pratama & Parinduri, 2019).

Radiasi panas yang ditangkap oleh atmosfer dipengaruhi oleh aktivitas penyinaran matahari, sehingga variabilitas matahari menjadi faktor dominan yang menyebabkan perubahan iklim. Variasi luaran matahari terkait dengan osilasi di sekitar pusat massa tata surya bersifat periodik atau quasi-periodik dan membentuk fraktal (benda geometri kompleks) yang menjadikan siklus iklim yang berbeda-beda. Jika variabilitas matahari diperhitungkan secara serius dalam perubahan iklim, maka terbuka peluang untuk memperkirakan perubahan iklim yang ditimbukannya tanpa harus menggunakan superkomputer. Sistem iklim yang mengalami perubahan terus-menerus sangat dipengaruhi oleh dinamika sistem matahari-bumi yang distimulasi oleh gaya variabilitas luaran matahari. Hubungan efek variabilitas matahari terhadap pemanasan global yang terkait dengan kesetimbangan energi, dalam hal ini pemanasan global tidak hanya bergantung pada suhu bumi dan gas rumah kaca, tetapi juga bergantung pada variabilitas luaran matahari. Terdapat pengaruh gaya eksternal matahari terhadap sistem iklim yang terutama disebabkan karena variabilitas matahari (Syamsudin, 2018).

Aktivitas matahari yang bervariasi menimbulkan radiasi matahari yang bervariasi pula dimana radiasi matahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses thermonuklir yang terjadi di matahari. Energi radiasi matahari berbentuk sinar dan gelombang elektromagnetik. Jika suatu objek dipaparkan pada radiasi akan menyebabkan terjadinya iradiasi matahari. Ketika aktivitas matahari aktif, maka iradiansi matahari akan meningkat sehingga mempengaruhi jumlah energi matahari yang sampai ke bumi, medan magnetik di sekitar bumi, dan jumlah partikel bermuatan yang dipancarkan matahari sehingga dapat mengubah sinar kosmik yang sampai ke bumi. Hal tersebut mempengaruhi dinamika atmosfer dan lautan, serta proses pembentukan awan dan hujan. Berdasarkan kajian dari berbagai lappran ilmiah dapat diperlihatkan bahwa terdapat korelasi yang kuat antara aktivitas matahari dengan suhu rata-rata bumi, tutupan awan, curah hujan suatu wilayah, dan suhu permukaan laut di suatu tempat (Syamsudin, 2018).

Pada tahun 1645-1715 terjadi fenomena yang dikenal dengan minimum Maunder dimana suhu bumi menjadi rendah sehingga dikenal dengan zaman es yang disebbakan oleh aktivitas atahari yang sangat rendah. Aktivitas matahari yang menyebabkan energi surya masuk ke bumi dan kemudian dipantulkan kembali oleh atmosfer merupakan faktor yang dominan dalam dinamika iklim yang ditunjukkan oleh dinamika atmosfer, penguapan, dan pembentukan awan. Semuanya itu merupakan komponen iklim, sehingga hal ini menunjukkan bahwa aktivitas matahari dapat mempengaruhi perubahan iklim (Syamsudin, 2018).

Aktivitas matahari yang menyebabkan iradiansi matahari juga mempengaruhi medan magnetik di sekitar bumi sehingga mengubah sinar kosmik yang datang ke bumi. Ketika aktivitas matahari tenang, maka intensitas sinar kosmik bertambah besar sehingga tutupan awan menjadi maksimum. Ketika matahari aktif maka intensitas sinar kosmik berkurang sehingga tutupan awan juga berkurang. Hal ini menunjukkan bahwa ada hubungan atau korelasi antara aktivitas matahari, iradiansi, medan magnetik, sinar kosmik, dan tutupan awan. Sinar kosmik dapat mempengaruhi terjadinya radiasi dimulai dari aktivitas matahari yang diwakili oleh ledakan maksimum (eruption maximum) EM, bintik surya minimum (sunspot minimum) SM, dan siklus torka (torque cycles) TCg dapat dipakai untuk memprediksi ENSO. Jika sinar kosmik berinteraksi dengan lapisan atmosfer bagian atas maka akan menghasilkan partikel sekunder diantaranya adalah neutron, proton, p meson, k meson, muon, dll. Pada umumnya partikel bermuatan hasil interaksi tersebut tidak dapat menembus sampai atmosfer bawah, tetapi neutron dan muon hasil interaksi dapat menembus sampai ke atmosfer bawah (di bawah ketinggian 6 km) dengan dibuktikan penemuan partikel muon pada sekitar pantai. Ketika neutron atau muon berinteraksi dengan molekul udara atau molekul air maka molekul tersebut akan menjadi ion bermuatan yang merupakan inti kondensasi. Sinar kosmik merupakan sumber radiasi ion di udara selain radiasi radioisotop dari bumi seperti radon. Sehingga dapat disimpulkan bahwa radiasi sinar kosmik dapat sampai di permukaan bumi dan mengionisasi udara. Besarnya ionisasi udara di sekitar permukaan laut sekitar 75% yang disebabkan oleh lepasnya elektron akibat tumbukan muon dan sekita 15% akibat elektron yang terjadi karena peluruhan muon. Neutron yang merupakan bagian dari radiasi kosmik memberikan dosis tahunan sebesar 8% dari partikel yang dihasilkan akibat ionisasi. Intensitas radiasi kosmik juga bervariasi yang bergantung pada ketinggian. Pada ketinggian 2.000 m jumlah ionisasi yang terjadi adalah 2 kali lipat dari jumlah ionisasi di permukaan laut. Pada ketinggian 5.000 m sekitar 10 kali dan pada ketinggian 10.000 meter sekitar 100 kali. Semakin banyak partikel muon yang terionisasi maka akan semakin meningkatkan radiasi matahari dan tentunya juga memberikan sumbangan besar dalam perubahan iklim (Syamsudin, 2018).

Aktivitas matahari sangat berhubungan dengan sinar kosmik dan memberikan pengaruh terhadap perubahan sinar kosmik tersebut. Ketika aktivitas matahari rendah atau bintik surya minimum SM menyebabkan intensitas sinar kosmik maksimum sehingga tutupan awan menjadi maksimum. Hal ini berarti bahwa radiasi energi surya yang sampai ke bumi menjadi minimum. Sebaliknya ketika aktivitas matahari maksimum EM menyebabkan intensitas sinar kosmik yang sampai ke atmosfer bawah menjadi minimum sehingga tutupan awan menjadi minimum dan ditambah lagi dengan energi tambahan dari flare ketika terjadi EM, maka radiasi energi surya yang sampai ke permukaan bumi menjadi maksimum. Tutupan awan secara global menimbulkan efek pemanasan (efek rumah kaca) sebesar 13% tetapi juga menimbulkan efek pendinginan sebesar 20% karena memantulkan radiasi energi yang langsung dari matahari. Jumlah energi surya yang diterima bumi sangat besar yaitu rata-rata 6,3 . 10^20 joule/jam setara dengan energi 40 siklon tropis atau 60 energi yang dilepas pada gempa yang besar. Dalam siklus surya, iradiansi surya yang sampai ke permukaan bumi berkisar antara 1367,0 W/m2 dan 1368,5 W/m2, variasinya sekitar 0,15 % saja, tetapi mengingat jumlah energi surya yang diterima bumi sangat besar, dan diperkuat dengan dinamika atmosfer dan lautan bumi maka variasi iradiansi surya itu dapat mempunyai pengaruh besar terhadap cuaca/iklim (Syamsudin, 2018).

DAFTAR PUSTAKA

Myori, . E., Mukhaiyar, R., & Fitri, E. 2019. Sistem Tracking Cahaya Matahari Pada Photovoltatic. Jurnal Inovasi Vokasional dan Teknologi. 19(1).

Pratama, R. 2019. Efek Rumah Kaca Terhadap Bumi. Buletin Utama Teknik. 14 (2): 2598 – 3814.

Pratama, R & Parinduri, L. 2019. Penanggulangan Pemanasan Global. Buletin Utama Teknik. 15 (1): 1410-4520.

Priatam, P. P., Zambak, M. F., Suwarno., & Harahap, P. 2021. Analisa Radiasi Sinar Matahari Terhadap Panel Surya 50 WP. RELE: Jurnal Teknik Elektro. 4 (1): 2622-7002.

Sinambela, W., Dani, T., Rusnadi, I., &Nugroho, J.T. 2008. Pengaruh Aktivitas Matahari Pada Variasi Curah Hujan di Indonesia. Jurnal Sains Dirgantara. 5 (2): 149-168.

Sinambela, W., Musafar, M. L., & Kaloka, S. 2000. Hubungan Variasi Radiasi Ultraviolet Matahari di Permukaan Bumi dan Variasi Aktivitas Matahari Selama Fase Menurun Siklus Matahari Ke-22. Majalah LAPAN. 1 (4).

Syamsudin, F. I. 2018. Analisis Pengaruh Aktivitas Matahari Terhadap Perubahan Iklim. Seminar Nasional Pendidikan Sains: 179-183. Surakarta.