Macam-Macam Lapisan Atmosfer: Kandungan, Fungsi, dan Manfaat

Sebagai satu-satunya planet yang dapat ditinggali oleh makhluk hidup, Bumi terdiri dari beberapa lapisan yang menyelimutinya. Salah satu lapisan Bumi yang tentunya sudah tidak asing lagi di telinga adalah lapisan atmosfer di mana terdapat udara yang menyelimuti Bumi hingga ketinggian 560 kilometer.

Pada lapisan atmosfer terdapat berbagai campuran gas antara lain nitrogen, oksigen, argon, dan beberapa jenis gas lainnya dengan kandungan yang kecil. Dengan adanya atmosfer, makhluk hidup yang tinggal di Bumi dapat terlindungi dari paparan sinar ultraviolet dan radiasi matahari.

Lapisan Atmosfer Berdasarkan Temperaturnya

Atmosfer tersusun menjadi beberapa lapisan yang berfungsi untuk menyerap suhu ekstrem. Lapisan atmosfer terbagi menjadi lima bagian berdasarkan suhu atau temperaturnya. Berikut ini penjelasan selengkapnya mengenai lapisan atmosfer berdasarkan temperaturnya:

1. Troposfer

Troposfer merupakan lapisan udara pada atmosfer yang menempel di permukaan Bumi. Lapisan troposfer juga menjadi lapisan paling rendah di antara lapisan-lapisan penyusun atmosfer dengan ketinggian mencapai 16 km pada bagian atas khatulistiwa dan mencapai 8 km pada bagian atas kutub.

Troposfer terdiri dari 3 lapisan, yaitu lapisan planetair pada ketinggian sekitar 0 sampai 1 km, lapisan konveksi pada ketinggian 1 sampai 8 km, dan lapisan troposfer pada ketinggian 8 sampai 12 km. Lapisan ini jugalah yang menjadi tempat terjadinya segala jenis cuaca, perubahan suhu, kelembaban, tekanan, dan hembusan angin yang bisa dirasakan.

Di lapisan atmosfer bagian troposfer jugalah segala peristiwa cuaca dapat terjadi mulai dari hujan, kemarau, berangin, bersalju, dan cuaca lainnya. Lapisan troposfer memiliki karakteristik atau ciri-ciri tertentu yaitu sebagai berikut:

Troposfer merupakan lapisan pada atmosfer yang paling tipis dengan ketinggian hanya sekitar 12 km saja dari permukaan tanah.
Memiliki ketebalan yang berbeda-beda di setiap tempatnya, yaitu sekitar 8 km di daerah kutub dengan kelembaban udara kisaran -46° Celsius, 11 km pada daerah beriklim sedang, dan sekitar 16 km di daerah khatulistiwa dengan suhu kurang lebih -50° Celsius.
Menjadi lapisan yang berhubungan langsung dengan permukaan Bumi dan menjadi tempat tinggal makhluk hidup, yaitu manusia, hewan, dan tumbuhan.
Menjadi tempat terjadinya berbagai peristiwa cuaca dan iklim, seperti angin yang berhembus kencang, hujan gerimis hingga lebat, awan yang tebal, petir yang menyambar, pelangi, dan halo yang menakjubkan.
Terdapat lapisan penghubung atau pembatas antara troposfer dengan stratosfer atau yang disebut dengan lapisan tropopause. Lapisan tropopause ini merupakan lapisan atmosfer yang dinilai konstan, sehingga sudah tidak ada lagi unsur oksigen dan karbon dioksida. Oleh karena itu, tidak ada makhluk yang bisa hidup di lapisan tropopause ini.
Adanya penurunan suhu sekitar 0,5° C sampai 0,6° C setiap kenaikan 100 meter.
Puncak lapisan troposfer memiliki temperatur mencapai suhu -60° C.
Adanya perbedaan suhu antara satu tempat dengan tempat lainnya karena lapisan troposfer tidak dapat menyeimbangkan temperatur atau suhu.

2. Stratosfer

Stratosfer merupakan lapisan penyusun atmosfer yang memiliki suhu yang dingin dan relatif stabil yaitu sekitar 5° Celsius. Lapisan stratosfer ini juga hanya hanya ditempati oleh ozon dan memiliki fungsi sebagai pelindung Bumi dari radiasi sinar ultraviolet (UV) yang berbahaya bagi manusia, karena dapat meningkat risiko terkena kanker kulit.

Padahal banyaknya aktivitas seperti penebangan dan pembakaran hutan, penggunaan kendaraan bermotor, efek rumah kaca, dan lain sebagainya dapat memicu meningkatnya suhu di Bumi atau yang dikenal dengan sebutan pemanasan global (global warming). Dengan adanya peningkatan suhu Bumi, maka risiko penipisan pada lapisan ozon juga akan meningkat dan berlubang.

Sama halnya dengan lapisan troposfer, lapisan stratosfer juga memiliki lapisan pembatas dan terdiri dari 3 lapisan yaitu lapisan isotherm, lapisan panas, dan lapisan campuran teratas. Lapisan yang berada di atas sub bagian lapisan troposfer yaitu tropopause ini memiliki beberapa ciri atau karakteristik yaitu sebagai berikut:

Terdapat sub bagian lapisan stratosfer yaitu ozon yang berada pada jarak sekitar 35 km di atas permukaan Bumi.
Pada lapisan stratosfer, perbedaan suhu atau temperatur akan mulai terlihat seperti adanya perbedaan tekanan, suhu, dan udara.
Menjadi lapisan pelindung Bumi dari paparan sinar matahari, sehingga sinar matahari tidak akan langsung masuk ke permukaan Bumi, namun diserap terlebih dahulu. Hal ini untuk mengurangi radiasi dari sinar ultraviolet yang dapat menyebabkan kanker kulit dan sejumlah penyakit berbahaya lainnya.

3. Mesosfer

Mesosfer merupakan bagian dari lapisan atmosfer yang berfungsi melindungi Bumi dari benda-benda langit. Mesosfer memiliki tugas untuk mengikis benda-benda langit seperti meteor, komet, debu angkasa, dan benda-benda asing angkasa lainnya yang masuk ke dalam permukaan Bumi sedikit demi sedikit.

Dari proses pengikisan tersebut, benda-benda langit yang masuk ke permukaan Bumi akan terbakar karena adanya gesekan udara yang terkandung pada lapisan mesosfer. Maka dari itu, mesosfer bisa dikatakan sebagai benteng perlindungan pertama Bumi dari ancaman berbagai benda-benda asing angkasa.

Namun, perlu diketahui juga bahwa tidak semua benda asing dapat diatasi sepenuhnya oleh lapisan mesosfer. Untuk benda-benda asing luar angkasa yang berukuran sangat besar, lapisan mesosfer ini hanya mampu mengurangi ukuran benda asing saja, agar tidak berdampak terlalu besar saat tiba di permukaan Bumi.

Untuk ketinggian lapisan mesosfer ini yaitu kisaran 50 sampai 85 kilometer. Lapisan ini juga memiliki karakteristik di mana semakin ke atas, maka suhu atau temperatur udaranya juga akan semakin rendah alias dingin. Setiap kenaikan 1.000 meter atau 1 kilometer, maka temperatur udaranya akan turun sekitar 2,5° Celsius sampai 3° Celsius.

Pada puncak mesosfer terdapat lapisan pembatas yang disebut dengan lapisan mesopause. Lapisan mesosfer memiliki karakteristik atau ciri tertentu yaitu sebagai berikut ini:

Mesosfer berada pada ketinggian kisaran 60 sampai 80 kilometer dari permukaan Bumi.
Lapisan mesosfer memiliki temperatur atau suhu yang dingin yaitu kisaran -50° Celsius sampai 70° Celsius.
Memiliki perubahan suhu dan cuaca yang cukup ekstrem, yaitu kisaran 10° Celsius dan jarak tertinggi lapisan suhunya bisa mencapai -120° Celsius.
Berperan sebagai pelindung Bumi dari berbagai ancaman benda-benda luar angkasa seperti komet, meteor, dan benda-benda langit lainnya. Gesekan udara pada lapisan mesosfer akan mengikis dan membakar meteor hingga menjadi pecahan-pecahan kecil yang disebut dengan meteorit.
Terdapat lapisan mesopause yang menjadi pembatas antara lapisan mesosfer dengan lapisan termosfer di mana tidak ditemukannya udara pada lapisan ini.

4. Termosfer

Lapisan penyusun atmosfer yang selanjutnya adalah termosfer atau yang sering disebut dengan lapisan panas (hot layer). Lapisan yang berada pada ketinggian 85 hingga 500 kilometer ini merupakan tempat di mana sering terjadi transisi kenaikan temperatur yang sangat tinggi dengan suhu mencapai 90° Celsius hingga 5.000° Celsius.

Tingginya temperatur pada lapisan ini dikarenakan adanya proses absorpsi atau penyerapan molekul oksigen terhadap radiasi dari energi surya (matahari). Radiasi ini dapat menyebabkan terjadinya suatu reaksi kimia, kemudian membentuk lapisan yang terdapat muatan listriknya.

Lapisan termosfer ini terdiri dari 3 lapisan yaitu lapisan Kennely Heaviside (lapisan E), lapisan Appleton (lapisan F), dan lapisan atom. Lapisan E berada pada ketinggian 100 sampai 200 kilometer, sedangkan lapisan F berada pada ketinggian 200 sampai 400 kilometer dari permukaan Bumi. Sementara itu, lapisan atom berada pada ketinggian 400 sampai 800 kilometer dari permukaan Bumi.

Sebelum dikenal adanya satelit, lapisan inilah yang menjadi lokasi terjadinya ionisasi partikel-partikel yang berfungsi membantu memberikan efek pemantulan dan perambatan gelombang radio, baik gelombang radio berfrekuensi rendah maupun berfrekuensi tinggi. Lapisan termosfer juga memiliki beberapa ciri atau karakteristik yaitu sebagai berikut ini.

Sebagai lapisan yang dikenal dengan sebutan hot layer, termosfer memiliki suhu udara mencapai lebih dari 1.000° Celsius.
Pada lapisan termosfer terdapat lapisan ionosfer yang berfungsi sebagai penyebar gelombang radio.
Sebagai tempat munculnya aurora akibat adanya proses ionisasi molekul atau partikel yang menyebabkan terjadinya berbagai reaksi pengurangan dan penambahan elektron yang dapat menghasilkan cahaya warna-warni nan indah.
Lapisan termosfer terletak pada ketinggian 85 sampai 500 km.

5. Eksosfer

Eksosfer merupakan lapisan atmosfer paling luar dengan ketinggian di atas 500 kilometer. Pada lapisan eksosfer ini terdapat berbagai molekul udara yang bergerak dengan cepat dan mempengaruhi semakin berkurangnya gaya gravitasi Bumi, sehingga gesekan benda langit di udara sudah jarang terjadi di lapisan ini.

Pada lapisan ini juga muncul cahaya redup yang disebut dengan cahaya gegenschein atau zodiakal akibat unsur hidrogen yang semakin menipis atau sedikit. Selain itu, pengaruh benda-benda luar angkasa juga sudah sangat terasa di lapisan mesosfer ini. Lapisan eksosfer memiliki beberapa karakteristik yaitu sebagai berikut ini:

Lapisan eksosfer berada pada ketinggian di atas 500 kilometer dari permukaan Bumi.
Memiliki kandungan gas atmosfer yang sangat rendah.
Sebagai bagian dari lapisan atmosfer paling luar, pengaruh gaya gravitasi Bumi pada lapisan ini semakin kecil.

Lapisan Atmosfer Berdasarkan Jenis dan Kondisi Gas

Berdasarkan jenis dan kondisi gas yang menyusunnya, lapisan atmosfer terdiri dari 2 bagian yaitu ozonosfer dan ionosfer. Berikut ini penjelasan selengkapnya mengenai lapisan ozon dan ionosfer.

1. Lapisan Ozon (Ozonosfer)

Lapisan ozon atau ozonosfer merupakan penyerap utama radiasi ultraviolet (UV) yang terdapat di semua bagian atmosfer bagian bawah yang berada pada ketinggian antara 15 sampai 35 kilometer. Kondisi pada lapisan ozon ini juga tidak stabil karena sudah terurai akibat adanya pengaruh radiasi atau tumbukan dengan atom oksigen (O).

Pada lapisan ozon ini berlangsung pembentukan dan penguraian ozon dari oksigen diatomik dan monoatomik secara ilmiah dengan bantuan dari radiasi sinar ultraviolet. Oleh karena itu, sinar ultraviolet yang sampai ke permukaan Bumi sudah tidak berbahaya lagi untuk kehidupan makhluk hidup, terutama bagi manusia.

Apabila radiasi dari sinar ultraviolet sampai ke permukaan Bumi, maka hal tersebut dapat mengakibatkan peningkatan risiko kanker kulit, pemicu luka bakar akibat sinar matahari yang menyengat, bahkan dapat mengakibatkan kebutaan pada manusia. Selain itu, radiasi sinar UV juga berpotensi menyebabkan gangguan generatif dan produktivitas pada hewan dan tumbuhan.

Kerusakan pada lapisan ozon ini juga dapat dipicu akibat tindakan dan ulah manusia, seperti penggunaan gas Chloro Fluoro Carbon (CFC) yang berlebihan. Gas CFC ini biasanya digunakan untuk bahan pendingin pada kulkas dan AC, serta bahan pembuatan hairspray.

Kerusakan yang terjadi pada lapisan ini dapat menyebabkan lubang-lubang pada ozon, sehingga terjadi peningkatan suhu udara di Bumi. Semakin banyak lubang yang terbentuk pada lapisan ozon dan suhu semakin panas, maka akan mengakibatkan terjadinya gangguan iklim dan perubahan cuaca secara ekstrem. Lapisan ozonosfer memiliki ciri atau karakteristik yaitu sebagai berikut:

Lapisan ozonosfer terbentuk sekitar 2 milyar tahun yang lalu dan memiliki kandungan konsentrasi ozon terbesar.
Berperan sebagai pelindung dan penyerap sinar UV yang masuk ke permukaan Bumi.
Mendukung keberlangsungan makhluk hidup di Bumi.

2. Lapisan Ionosfer

Ionosfer merupakan lapisan atmosfer yang berada pada ketinggian sekitar 60 sampai 600 kilometer yang tersusun dari berbagai atom dan molekul. Atom dan molekul ini akan kehilangan satu atau lebih elektron yang memicu terbentuknya ion, sehingga disebut dengan lapisan ionosfer. Lapisan ini dapat memantulkan gelombang radio, sehingga sangat bermanfaat bagi bidang komunikasi.

Salah satu fenomena atau peristiwa alam yang sering terjadi pada lapisan ionosfer ini yaitu aurora atau cahaya kutub. Aurora merupakan fenomena alam menakjubkan yang terjadi akibat adanya interaksi antara medan magnet Bumi dengan partikel bermuatan yang dipancarkan oleh matahari di mana langit seolah-olah menyemburkan cahaya warna yang menyala-nyala.

Fenomena ini lebih sering dijumpai di daerah kutub, karena di daerah kutub memiliki medan magnet lebih besar dibandingkan daerah khatulistiwa. Lapisan ionosfer ini dapat dibagi menjadi empat lapisan antara lain yaitu:

Lapisan D berada pada ketinggian antara 60 sampai 120 km di mana pada lapisan ini gelombang AM akan dipantulkan kembali ke Bumi.
Lapisan E berada pada ketinggian antara 120 sampai 180 km di mana pada lapisan ini gelombang AM masih bisa dipantulkan ke Bumi.
Lapisan F berada pada ketinggian antara 180 sampai 600 km di mana gelombang pendek dapat dipantulkan kembali ke Bumi.
Lapisan F1 dan F2 merupakan lapisan ionosfer yang paling jauh dengan jarak lompatan maksimum untuk daerah E yaitu kisaran 2.500 dan untuk daerah F2 yaitu kisaran 5.000 km.

Kandungan Lapisan Atmosfer

Kandungan pada lapisan atmosfer menjadi pembeda antara Bumi dengan planet-planet lainnya, karena kandungan atau komposisi penyusun lapisan atmosfer menjadi bagian terpenting adanya kehidupan di planet Bumi. Kandungan lapisan atmosfer dapat dikelompokkan menjadi 2, yaitu gas dalam jumlah tetap (konstan) dan gas dalam jumlah variasi.

1. Gas Berjumlah Konstan

Gas yang menjadi penyusun atmosfer dalam jumlah konstan (tetap) yaitu 78% nitrogen (N₂), 21% oksigen (O₂), 0,93% argon (Ar), dan kurang dari 0,04% merupakan gas lain seperti Neon (Ne), Krypton (Kr), Hidrogen (H₂), Helium (He), Metana (CH₄), serta ozon (O₃). Kandungan ozon pada susunan lapisan atmosfer ini sangat penting untuk menyerap dan melindungi Bumi dari sinar UV.

2. Gas dalam Jumlah yang Bervariasi

Selain kandungan gas yang bersifat konstan, atmosfer juga mengandung beberapa gas dengan jumlah yang variatif yaitu <1% uap air, 0,033-0,036% karbon dioksida (CO₂), dan partikel aerosol (air, es, dan debu). Uap air dan CO₂ ini memiliki peran dalam memancarkan radiasi counter (efek rumah kaca), menyerap radiasi gelombang panjang, dan mentransfer panas melalui transfer panas laten.

Sementara itu, untuk partikel aerosol ini banyak ditemukan di daerah pantau, laut, perkotaan, atau gunung berapi yang masih aktif. Partikel-partikel pada atmosfer ini memiliki dampak yang cukup signifikan terhadap iklim dan cuaca yang terjadi di Bumi. Beberapa partikel ini memiliki sifat menyerap air (higroskopis), sehingga membantu memicu kondensasi dan pembentukan awan.

Sementara itu, beberapa partikel lainnya bermanfaat menyerap, memantulkan, dan mengurangi jumlah energi radiasi sinar matahari. Hal ini sangat membantu dalam mengurangi radiasi sinar UV, sinar-X, dan sinar gamma yang berdampak buruk pada kelangsungan hidup makhluk di Bumi.

Manfaat Atmosfer

Membantu melindungi Bumi dari sinar ultraviolet yang berbahaya bagi kehidupan makhluk hidup di Bumi.
Melindungi Bumi dari berbagai ancaman benda-benda asing luar angkasa yang jatuh akibat adanya gaya gravitasi Bumi. Tanpa adanya lapisan atmosfer, batuan luar angkasa seperti meteor akan menghujani Bumi dan tentunya mengancam kehidupan makhluk hidup yang tinggal di Bumi.
Menjadi tempat berlangsungnya fenomena alam, cuaca, dan iklim, seperti angin, badai, hujan, awan, salju, dan lain sebagainya.
Mengandung berbagai macam gas seperti oksigen, nitrogen, karbon dioksida, helium, dan lain sebagainya yang dibutuhkan oleh makhluk hidup untuk bernapas dan keperluan lainnya.
Membantu mempertahankan energi yang ada di Bumi agar tetap seimbang. Keseimbangan energi pada Bumi ini dipengaruhi oleh tekanan yang tidak sama, sehingga memicu terjadinya siklus konveksi di mana udara bertekanan tinggi akan mengisi tempat-tempat yang bertekanan rendah.

Fungsi Atmosfer

Setelah memahami lapisan penyusun atmosfer beserta manfaatnya, lapisan atmosfer juga memiliki beberapa fungsi. Berikut ini merupakan fungsi dari atmosfer bagi Bumi dan makhluk hidup yang berada di Bumi:

Lapisan atmosfer memiliki peranan yang penting dalam siklus hidrologi. Siklus hidrologi merupakan proses pendistribusian air ke berbagai tempat dan wilayah yang ada seluruh permukaan Bumi di mana atmosfer berperan sebagai penampung dan penyimpan uap air akibat paparan sinar matahari hingga terjadi penguapan.
Memiliki peran sebagai benteng atau pelindung alami bagi Bumi dalam mengurangi efek berbahaya dari radiasi sinar ultraviolet (UV) yang dipancarkan oleh matahari pada siang hari dan pengatur suhu pada malam hari agar tetap stabil.
Berperan sebagai tameng bagi Bumi dari segala macam ancaman benturan yang diakibatkan oleh berbagai benda asing luar angkasa yang mencoba masuk ke permukaan Bumi. Dengan adanya atmosfer, benda-benda langit akan terkikis, terbakar, atau hancur sebelum sampai ke permukaan Bumi.
Menyediakan berbagai gas yang dibutuhkan manusia, hewan, dan tumbuhan seperti oksigen dan karbon dioksida. Oksigen memiliki peranan yang penting dalam kelangsungan hidup manusia dan hewan untuk bernapas. Sementara itu, gas karbon dioksida berguna untuk membantu proses fotosintesis (memasak makanan) pada tumbuhan.
Menjadi pengatur lalu lintas bagi satelit di Bumi, baik untuk Bulan sebagai satelit alami Bumi maupun satelit buatan manusia.
Menjadi perantara gelombang suara dan media merambatnya gelombang radio (AM), karena kandungan zat bermuatan listrik yang terdapat pada salah satu lapisan atmosfer yaitu ionosfer.
Membantu proses penyebaran spora pada tumbuhan untuk berkembang biak.
Sebagai tempat berlangsungnya berbagai cuaca, iklim, dan fenomena alam lainnya, atmosfer berfungsi untuk menunjang kebutuhan manusia, salah satunya adanya angin yang dimanfaatkan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Angin (PLTA).

Penjelasan mengenai macam-macam lapisan atmosfer beserta manfaat dan fungsinya dapat dijadikan sebagai referensi dan tambahan pengetahuan. Karena manfaatnya yang begitu besar bagi kelangsungan hidup makhluk hidup, maka sudah sepantasnya kita menjaga alam dengan mengurangi aktivitas-aktivitas yang dapat memicu terjadinya pemanasan global.