Mengenal Kuantifikasi Percampuran Massa Air

Kajian percampuran massa air merupakan topik penting dalam berbagai isu, mulai dari iklim regional yang berkaitan dengan transfer bahang dan massa air tawar ke lapisan termoklin, yang pada gilirannya mempengaruhi kesetimbangan radiatif-konvektif di atmosfer. Kajian percampuran massa air juga penting untuk mendapatkan nilai fluks nutrien serta hubungan tidak langsung antara fluks nutrien dengan pertumbuhan fitoplankton.

Secara vertikal, massa air memiliki lapisan-lapisan yang terbentuk dengan komposisi properti fisik tertentu, seperti temperatur, salinitas, densitas, dan tekanan. Adanya fenomena pelapisan massa air ini akan mempengaruhi kestabilan massa air tersebut. Secara umum, densitas massa air akan meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman. Dalam kondisi tidak adanya gangguan, massa air yang memiliki densitas rendah akan selalu berada di atas massa air yang berdensitas tinggi. Adanya gangguan akan berpotensi mendistorsi profil tersebut yang mengakibatkan ketidakstabilan struktur secara vertikal, di mana massa air dengan densitas tinggi berada di atas massa air berdensitas rendah. Parsel massa air dengan ketidakstabilan ini selanjutnya akan berosilasi atau bergerak secara vertikal (naik/turun) untuk mencari posisi stabil.

Stabilitas kolom air juga dipengaruhi oleh kondisi stratifikasi (pelapisan) perairan yang dapat memodifikasi dinamika turbulensi. Turbulensi merupakan proses fisika dominan dalam transfer momentum dan bahang, serta dispersi partikel zat terlarut, partikel organik dan anorganik; baik di danau, lautan, samudera, maupun fluida yang menyelimuti bumi dan planet lainnya. Air laut umumnya bergerak dalam aliran turbulen dan jarang sekali dalam aliran laminar.

Gambar 1. Pusaran overturning pada bidang batas dua densitas massa air yang berbeda. Pada (b) dan (d), massa air dengan densitas yang lebih rendah ’terusik’ke level di bawahnya dan massa air dengan densitas lebih tinggi terbawa ke atas. Efek keseluruhannya, terbentuk eddy di mana pusat gravitasi fluida terangkat sehingga meningkatkan energi potensial.

Terdapat dua cara menskalakan percampuran vertikal parsel massa air yang keduanya saling berkaitan. Dua skala ini masing-masing merepresentasikan kondisi yang memicunya, yakni Skala Thorpe yang berhubungan dengan medan densitas, dan Skala Ozmidov yang berhubungan dengan medan aliran/arus.

Gambar 2. Perbandingan densitas hasil pengukuran dengan setelah disusun ulang (reorder) yang memperlihatkan adanya ketidakstabilan secara gravitasi parsel massa air yang memicu turbulensi vertikal (tanda panah), yakni perpindahan parsel massa air yang lebih berat (ringan) di bagian atas (bawah) menuju ke bawah (atas).