Keajaiban 7 Lapisan Atmosfer Bumi

Bumi kita dilindungi lapisan atmosfer. Tanpanya, bumi akan jadi batu tak bernyawa. Para ilmuwan menemukan bahwa atmosfer bumi punya beberapa lapisan yang berbeda kepadatan dan ketinggiannya, masing-masing dengan manfaatnya sendiri.

Atmosfer bumi adalah selimut tipis gas dan partikel kecil yang kita sebut udara. Bersama melimpahnya uap air di permukaan bumi, ia yang membuat tempat planet kita di tata surya jadi unik. Banyak hal yang membuat bumi istimewa bergantung pada atmosfer.

Atmosfer membantu proses pernapasan dan fotosintesis, memegang peran penting dalam siklus air, dan jadi media yang menyebarkan cahaya serta suara di bumi.

Tujuh lapisan itu

1. 01TroposferLapisan paling rendah, dan tempat terjadinya hampir semua peristiwa cuaca.
2. 02StratosferMemuat lapisan ozon yang menahan radiasi ultraviolet berbahaya.
3. 03MesosferDi atas stratosfer, tempat meteor terbakar habis.
4. 04TermosferSuhunya sangat tinggi, tapi tidak terasa panas karena molekul udaranya terlalu sedikit.
5. 05IonosferBagian yang bermuatan listrik, memantulkan gelombang radio dan jadi tempat aurora menyala.
6. 06EksosferBagian terluar, yang perlahan menyatu dengan ruang angkasa.
7. 07MagnetosferPerisai medan magnet yang menahan angin matahari dan radiasi berbahaya.

Tujuh langit dalam Al-Qur’an

Tujuh lapisan langit disebut dalam Al-Qur’an surat Fushshilat ayat 11 dan 12.

Di sini perlu kehati-hatian. Menyamakan tujuh langit dalam ayat itu dengan tujuh lapisan atmosfer adalah tafsir, bukan kepastian. Bintang terdekat dari bumi setelah matahari berjarak sekitar 4,2 tahun cahaya, jauh di luar seluruh atmosfer, padahal ayat berikutnya menyebut bintang-bintang menghiasi langit yang paling dekat dengan bumi.

Artinya langit terdekat itu sendiri sudah memuat bintang-bintang, jauh melampaui atmosfer. Hanya Allah yang tahu maksud tujuh lapis langit itu. Yang bisa manusia kerjakan adalah mempelajari apa yang sudah diciptakan, lalu bersyukur atas apa yang dimilikinya. Dengan sikap itulah tujuh lapisan di bawah ini dibahas.

01Troposfer

Angin, hujan, dan salju terjadi di troposfer, dan semua udara yang kita hirup ada di situ. Ia lapisan terendah sekaligus yang paling penting, setinggi sekitar 12 km di atas permukaan, lebih rendah di kutub dan lebih tinggi di khatulistiwa.

Suhu di troposfer paling tinggi dekat permukaan dan menurun saat naik ke atas, rata-rata sekitar 6,5 derajat Celsius tiap kenaikan 1.000 meter. Sebabnya bukan karena dekat permukaan udaranya lebih padat lalu jadi panas dengan sendirinya. Permukaan bumilah yang menyimpan panas matahari: batuan, tanah, dan air menyerap cahayanya lalu memancarkannya kembali sebagai panas, dan udara yang paling rapat di dekat permukaan itu yang paling banyak menampungnya.

Di troposfer udara hangat berada di bawah udara dingin. Susunan itu tidak stabil, karena udara hangat lebih ringan daripada udara dingin. Yang hangat naik, yang dingin turun, dan percampuran itulah yang membuat cuaca berubah-ubah dari waktu ke waktu dan dari tempat ke tempat. Cuaca terjadi di troposfer justru karena udaranya tidak pernah diam.

Kadang susunannya terbalik. Suhu udara justru naik seiring ketinggian, dan udara hangat berada di atas udara dingin. Keadaan ini disebut inversi, dan ia sangat stabil: begitu terbentuk, ia bisa bertahan berhari-hari sampai berminggu-minggu.

02Stratosfer

Stratosfer ada di atas troposfer, naik sampai sekitar 50 km di atas permukaan. Kedua lapisan ini hampir tidak bercampur, dan batasnya cukup tegas. Abu dan gas dari letusan gunung berapi besar kadang sampai ke stratosfer, dan karena percampurannya sedikit, abu itu bisa terperangkap di sana bertahun-tahun.

Di stratosfer suhu justru naik seiring ketinggian. Matahari sumber panas utamanya, dan udara di sana stabil karena udara hangat yang lebih ringan berada di atas udara dingin yang lebih padat. Susunan seperti itu tidak mendorong apa pun untuk bergerak, jadi udaranya nyaris tidak bercampur.

Lapisan ozon berada di stratosfer pada ketinggian sekitar 15 sampai 30 km. Kadar ozonnya sebenarnya rendah, cuma lebih tinggi daripada di tempat lain mana pun. Ketebalannya berubah menurut musim dan lintang.

Ozon dibuat di stratosfer oleh energi matahari sendiri. Radiasi ultraviolet memecah satu molekul oksigen jadi dua atom oksigen. Satu atom itu bergabung dengan molekul oksigen lain dan jadi molekul ozon, O3. Ozon tidak stabil, lalu terurai lagi jadi molekul oksigen dan atom oksigen. Proses itu berjalan terus, dan selama berjalan ia menyerap sebagian besar radiasi ultraviolet matahari.

Di situlah letak perlindungannya. Sinar ultraviolet berenergi tinggi menembus sel dan merusak DNA sampai selnya mati, dan bentuk paling ringan dari kerusakan itu yang kita kenal sebagai kulit terbakar. Tanpa ozon yang menahan UVC dan UVB, kehidupan yang rumit di bumi tidak akan bertahan lama.

03Mesosfer

Di atas stratosfer ada mesosfer, yang naik sampai sekitar 85 km di atas permukaan. Suhunya menurun seiring ketinggian, dan di puncaknya mesosfer jadi bagian paling dingin di seluruh atmosfer, sekitar minus 90 derajat Celsius.

Kepadatan udaranya sangat rendah. Sembilan puluh sembilan koma sembilan persen massa atmosfer berada di bawah mesosfer, jadi tekanan udara di sana nyaris tidak ada. Orang yang berada di ketinggian itu tanpa pelindung akan terbakar sinar ultraviolet, karena ozon yang menahannya tertinggal jauh di bawah. Tidak ada oksigen yang bisa dihirup, dan pada tekanan serendah itu cairan tubuhnya mendidih pada suhu tubuh normal.

Pernah melihat hujan meteor? Meteor terbakar di mesosfer. Saat menembus udara, ia bergesekan dengan molekul gas sampai menjadi sangat panas, dan sebagian besar habis terbakar sebelum sempat mencapai tanah. Sisa seperseribu massa atmosfer itu ternyata sudah cukup untuk mengerjakannya.

04Termosfer

Bisakah manusia hidup di termosfer? Tidak, kecuali dengan pakaian astronot lengkap beserta pasokan udaranya, dan tinggal di dalam stasiun luar angkasa.

Termosfer berada di atas mesosfer dan di bawah eksosfer, membentang dari sekitar 90 km sampai antara 500 dan 1.000 km di atas planet kita.

Kepadatan molekulnya sangat rendah. Satu molekul gas bisa bergerak sejauh sekitar satu kilometer sebelum bertabrakan dengan molekul lain. Karena itu, meski suhunya terbaca sangat tinggi, udaranya justru terasa dingin: hampir tidak ada partikel yang menyentuh tubuh untuk memindahkan panasnya.

Suhu di termosfer sangat dipengaruhi aktivitas matahari. Ia biasanya sekitar 200 derajat Celsius lebih panas di siang hari daripada di malam hari, dan kira-kira 500 derajat lebih panas ketika matahari sedang sangat aktif. Di bagian atasnya suhu berkisar antara 500 sampai 2.000 derajat Celsius atau lebih. Sebagian besar sinar-X dan radiasi ultraviolet dari matahari diserap di sini, dan ketika matahari memancarkan radiasi berenergi lebih tinggi, termosfer memanas dan mengembang.

05Ionosfer

Ionosfer bukan lapisan yang berdiri sendiri di atas termosfer, melainkan bagian bermuatan listrik yang berada di dalamnya, menumpang di ruang yang sama dengan termosfer yang netral. Foton matahari berenergi tinggi merenggut elektron dari partikel gas di situ, dan yang tersisa adalah ion bermuatan positif serta elektron bermuatan negatif yang bebas bergerak.

Karena ada muatan yang bebas itulah ionosfer punya sifat yang tidak dimiliki lapisan lain. Pada malam hari gelombang radio yang naik dari bumi dipantulkannya kembali ke bawah, dan itu sebabnya siaran radio AM bisa terdengar sangat jauh dari pemancarnya justru ketika hari gelap.

Seperti laut, udara di atmosfer juga punya gelombang dan pasang yang memindahkan energi, termasuk sampai ke termosfer. Angin dan peredaran udara di sana sebagian besar digerakkan oleh keduanya. Ion yang berpindah lalu tertabrak gas netral menghasilkan arus listrik yang kuat di beberapa bagian termosfer.

Aurora, cahaya utara dan cahaya selatan, terjadi di bagian berion ini. Partikel bermuatan dari ruang angkasa, berupa elektron, proton, dan ion lain, bertabrakan dengan atom dan molekul di lintang tinggi dan mendorongnya ke tingkat energi yang lebih tinggi. Atom dan molekul itu melepaskan kelebihan energinya dalam bentuk foton, dan foton itulah yang kita lihat sebagai aurora berwarna-warni.

06Eksosfer

Eksosfer adalah lapisan di atas termosfer, bagian paling luar atmosfer. Ia tidak punya batas atas yang tegas, melainkan menyatu sedikit demi sedikit dengan ruang angkasa.

Gasnya sangat jarang, dan gravitasi bumi sudah begitu lemah di sana sehingga sebagian gasnya sesekali lepas ke ruang angkasa. Karena jarang itu pula partikelnya bisa melaju sangat kencang tanpa sering bertabrakan, dan suhu yang terbaca jadi sangat tinggi meski jumlah partikelnya sedikit. Sama seperti di termosfer, suhu tinggi di sini tidak berarti panas yang terasa.

07Magnetosfer

Magnetosfer bukan udara. Ia wilayah di sekeliling bumi yang dikuasai medan magnet bumi, jauh melampaui tempat atmosfer berakhir, dan tugasnya menahan angin matahari serta sinar kosmik yang berbahaya. Di dalamnya terdapat Sabuk Van Allen, dua cincin partikel bermuatan yang terperangkap ribuan kilometer di atas bumi.

Semua temuan itu menunjukkan bahwa bumi terlindung dengan cara yang sangat khusus dari berbagai radiasi, seperti yang disebut dalam surat Al-Anbiya ayat 32.

Radiasi yang dipancarkan matahari dan bintang-bintang lain sangat berbahaya bagi makhluk hidup. Tanpa perisai magnet itu, semburan energi besar dari matahari yang disebut jilatan api matahari bisa menghancurkan kehidupan di bumi.

Bumi adalah planet terpadat di tata surya, dan besi serta nikel di dalamnya yang membangkitkan medan magnet sebesar itu. Di antara planet berbatu lain, cuma Merkurius yang punya medan magnet global, itu pun kekuatannya sekitar seperseratus milik bumi. Venus, yang sering disebut planet kembar kita, sama sekali tidak punya.

Kenapa semua ini penting

Dari tujuh lapisan di atas, satu hal jadi jelas: hampir semua yang membuat bumi bisa ditinggali bergantung pada selimut gas ini. Fotosintesis dan pernapasan berjalan dengan gas yang ia sediakan, siklus air menyimpan sebagian besar airnya di sana sebagai uap, ozon menahan ultraviolet, gas rumah kaca menjaga suhu supaya malam tidak membeku dan siang tidak menghanguskan, dan tanpa udara tidak ada suara yang merambat serta tidak ada yang bisa terbang.

Semuanya saya urai satu per satu di sepuluh alasan kenapa atmosfer penting untuk bumi, termasuk dua hal yang justru sering salah disebut orang tentang atmosfer.

Semakin jauh dibaca, semakin terasa bahwa tujuh lapisan ini bukan kebetulan yang menumpuk begitu saja. Masing-masing mengerjakan satu hal yang kalau hilang, tidak ada penggantinya.