Menguak Rahasia Lapisan Atmosfer Bumi
SAINS
Regina R. Novanka
11/25/20254 min read
Tahukah kamu bahwa langit biru yang kita pandang setiap hari sebenarnya adalah ujung dari sebuah lapisan pelindung raksasa yang menyelimuti Bumi? Jika kamu melakukan sebuah perjalanan dari Bumi menuju angkasa luar, kamu pasti akan melintasi lapisan-lapisan ini. Lapisan-lapisan ini dinamakan atmosfer. Atmosfer bukan sekadar udara yang kita hirup, melainkan sebuah selimut gas raksasa yang terdiri dari lima lapisan berbeda, masing-masing dengan karakter dan perannya yang unik. Dari awan yang menggumpal di langit hingga bintang jatuh yang kita permintai, semua adalah hasil dari interaksi dengan lapisan-lapisan tak terlihat ini.
Troposfer: Lapisan Pengatur Cuaca
Mari mulai dari lantai paling bawah, yaitu troposfer. Lapisan ini adalah rumah kita. Lapisan inilah yang kita hirup setiap hari dan di mana semua cuaca terjadi, mulai dari gerimis yang menyejukkan hingga badai yang menggelegar. Ketinggiannya bervariasi, dari sekitar 8 km di daerah kutub hingga 18 km di khatulistiwa, karena Bumi berputar dan udara hangat di khatulistiwa membuat lapisan ini "menggelembung".
Sebagian besar uap air atmosfer ada di sini, sehingga di sinilah awan terbentuk. Berdasarkan informasi dari laman resmi NASA (nasa.gov), disebutkan bahwa troposfer berinteraksi secara dinamis dengan permukaan Bumi hingga menghasilkan gradien suhu yang menjadi pendorong utama pergerakan massa udara dan air. Melalui proses evaporasi dan transpirasi, air dari permukaan Bumi berubah fase menjadi uap air dan tertransportasi ke dalam troposfer. Di dalam troposfer, uap air mengalami kondensasi membentuk partikel awan. Massa udara yang bergerak, atau angin, kemudian mendistribusikan awan-awan ini. Pada kondisi tertentu, air tersebut akan jatuh kembali ke permukaan Bumi dalam berbagai bentuk presipitasi, seperti hujan, salju, atau hujan es, sehingga menyempurnakan siklus hidrologi.
Pernahkah kamu mendaki gunung dan merasa semakin dingin? Itu karena di troposfer, suhu akan turun sekitar 6.5°C untuk setiap kenaikan 1 kilometer. Di puncak tertinggi troposfer yang disebut tropopause, suhu berhenti turun. Batas ini begitu kuat hingga badai petir sekalipun akan mendatar saat mencapainya, seolah-olah menabrak langit-langit kaca. Troposfer juga menjadi lapisan atmosfer terpadat karena kompresi berat dari lapisan atasnya.
Stratosfer: Lintasan Bagi Penerbangan dan Perisai Ultraviolet
Tepat di atas tropopause, kita memasuki stratosfer, tempat yang tenang. Lapisan inilah yang menjadi "jalan tol" bagi pesawat komersial (Meski banyak juga pesawat yang terbang di perbatasan antara troposfer dan stratosfer). Penerbangan lebih cocok di lapisan stratosfer bawah, karena dibandingkan dengan troposfer, stratosfer bawah mengalami turbulensi udara yang lebih rendah karena berkurangnya konveksi, yaitu pergerakan vertikal udara di atmosfer. Rahasia ketenangan ini terletak pada Lapisan Ozon.
Ozon bertindak seperti tabir surya alami Bumi. Molekul-molekulnya menangkap radiasi ultraviolet (UV) matahari yang berbahaya dan mengubahnya menjadi panas. Proses inilah yang membuat suhu di stratosfer justru naik seiring ketinggian. Pemanasan ini menciptakan kondisi yang sangat stabil untuk dilintasi penerbangan komersial. Meski dikenal tenang, stratosfer kadang memamerkan keindahan dengan membentuk awan nacreous yang berkilauan seperti mutiara (iridesensi) di daerah kutub.
Mesosfer: Pembakar Meteor dan Lapisan Terdingin Bumi
Lapisan berikutnya adalah mesosfer, sang penjaga Bumi. Di ketinggian 50 hingga 85 km, lapisan ini adalah pemadam bagi meteor yang memasuki Bumi. Setiap hari, ribuan meteor menghujani Bumi. Namun, begitu memasuki mesosfer, gesekan dengan udara yang meski tipis membuat batu-batu angkasa ini terbakar habis sebelum sempat mencapai permukaan Bumi. Fenomena inilah yang kita lihat sebagai "bintang jatuh" yang kerap kita permintai. Dikutip dari laman Royal Meteorological Society (RMetS), debu dari meteor yang terbakar itulah yang kadang membantu terbentuknya awan noctilucent, awan tertinggi di Bumi, yang bersinar seperti biru keperakan di langit senja daerah kutub.
Mesosfer juga memegang gelar sebagai tempat terdingin di Bumi, dengan suhu bisa mencapai -90°C bahkan -100°C di bagian teratasnya (mesopause). Ini karena mesosfer menerima lebih sedikit radiasi cahaya matahari daripada lapisan di atasnya, dan udaranya kurang padat daripada lapisan di bawahnya.
Termosfer: Tungku Raksasa yang Justru Terasa Dingin
Melampaui mesopause, kita masuk ke termosfer, lapisan yang penuh paradoks. Di sini, suhu bisa melonjak hingga 2.000°C! Kedengarannya seperti tungku raksasa, bukan? Namun, jika seorang astronot melayang di sini tanpa baju, mereka justru akan kedinginan. Kok bisa?
Jawabannya terletak pada kerapatan udaranya. Udara di termosfer sangat-sangat renggang, hampir seperti ruang hampa. Hanya ada sedikit sekali partikel gas. Karena partikelnya sangat jarang, meski masing-masing partikel memiliki energi panas yang sangat tinggi, jumlahnya tidak cukup untuk memanaskan benda padat seperti tubuh manusia atau pesawat luar angkasa. Lapisan ini juga sangat aktif, membengkak dan menyusut sebagai respons terhadap berbagai tingkat radiasi dari Matahari. Selain itu, termosfer menjadi rumah bagi Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) yang mengorbit 400 km di atas kita.
Termosfer juga merupakan panggung bagi cahaya aurora (cahaya utara dan selatan) yang sudah kita bahas di artikel sebelumnya. Selain itu, di sini pula ionosfer berada, wilayah yang penuh dengan partikel bermuatan yang memantulkan gelombang radio, sehingga memungkinkan komunikasi jarak jauh.
Eksosfer: Perbatasan Terakhir Menuju Antariksa
Lapisan terluar dari perjalanan ini adalah eksosfer. Di sinilah atmosfer Bumi perlahan-lahan "bocor" ke ruang hampa. Tarikan gravitasi Bumi di sini sangat lemah, sehingga molekul-molekul gas dapat melayang lepas ke angkasa luar. Lapisan ini tidak memiliki batas atas yang jelas; ia hanya berangsur-angsur memudar. Inilah orbit bagi banyak satelit yang mengelilingi Bumi, berada di ambang batas antara dunia kita dan kegelapan kosmik.
Lalu, Terbuat dari Apa Lapisan Pelindung Bumi Ini?
Komposisi lapisan pelindung Bumi ini sendiri ternyata tidak didominasi oksigen seperti yang kita bayangkan. Sebanyak 78% adalah nitrogen sebagai penstabil, 21% adalah oksigen, Hampir 1% adalah argon, dan sisanya 0.1% adalah campuran gas-gas lain termasuk karbon dioksida, metana, dan neon. Uap air juga ada, dan jumlahnya bisa berubah-ubah, yang meski jumlahnya sangat kecil, perannya sangat krusial dalam mengatur suhu planet.
Dari melindungi kita dari radiasi dan meteor hingga memungkinkan kita untuk bernapas dan berkomunikasi, setiap lapisan atmosfer adalah pengatur alamiah yang penting. Ia adalah lapisan pelindung yang membuat planet biru kita menjadi satu-satunya rumah bagi makhluk hidup yang kita kenal di alam semesta ini.
Lapisan-lapisan atmosfer Bumi. (Sumber: NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab)
Awan Noctilucent. (Sumber: Wikimedia Commons/Kevin Cho)
