Siklus Hidrologi

Pengertian Siklus Hidrologi

Siklus air atau bisa juga disebut dengan siklus hidrologi adalah suatu siklus yang terjadi di lingkungan perairan. Siklus ini akan terus berjalan dan tidak akan berhenti. Proses air dari atmosfer yang turun ke bumi dalam bentuk hujan atau salju, kemudian akan kembali lagi ke atmosfer secara berulang terus menerus.

Siklus hidrologi juga merupakan bagian dari siklus biogeokimia, selain siklus karbon dan oksigen, siklus nitrogen, siklus sulfur dan siklus fosfor. 

Ditinjau dari segi bahasa, sebenarnya hidrologi memiliki arti “ilmu air” yang diambil dari bahasa Yunani. Makna secara harfiah, hidrologi adalah cabang dari ilmu geografi yang mempelajari ilmu pergerakan air atau siklus air. Sedangkan hidrosfer adalah seluruh lapisan air yang ada di permukaan bumi, baik berbentuk padat, cair, ataupun gas.

Ilmu hidrologi juga mempelajari tentang kualitas air, seperti kelayakan untuk dikonsumsi dan juga mempelajari distribusi air di bumi. Pembagian ilmu hidrologi adalah sebagai berikut:

• Geohidrologi, yaitu cabang ilmu hidrologi yang membahas tentang air yang berada di dalam tanah
• Hidrometeorologi, yaitu cabang ilmu hidrologi yang membahas tentang air berwujud gas di udara
• Potamologi, yaitu cabang ilmu hidrologi yang membahas tentang aliran air khususnya aliran di permukaan
• Limnologi, yaitu cabang ilmu hidrologi yang mempelajari tentang permukaan air yang tenang seperti danau
• Kriologi, yaitu cabang ilmu hidrologi yang mempelajari tentang air dalam wujud padat seperti salju dan es

Adanya siklus hidrologi tidak hanya mempertahankan ketersediaan air, melainkan juga menjaga intensitas hujan, menjaga suhu dan cuaca di bumi agar tetap teratur. Adanya siklus air turut berperan dalam membantu ekosistem agar tetap seimbang.

Siklus Hidrologi

Secara sederhana, proses siklus air akan melalui tahap pertama yaitu air mengalami penguapan ke atmosfer. Kemudian, air dalam bentuk gas tersebut akan membentuk awan.

Setelah itu, air dalam bentuk awan akan kembali turun ke bumi, dimana kita mengenalnya sebagai hujan, baik berbentuk hujan air, hujan salju atau hujan es.

rumus.co.id

Setelah air kembali ke bumi, maka air akan masuk atau meresap ke dalam tanah dengan arah vertikal maupun horisontal. Dilanjutkan dengan kembali munculnya air ke permukaan, seperti sungai atau danau.

Tahap Siklus Air

Untuk lebih jelasnya, siklus hidrologi memiliki 9 tahapan yang dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Evaporasi

Siklus air yang pertama dimulai dengan proses evaporasi atau pengupan. Penguapan adalah proses perubahan molekul cair menjadi molekul gas. Proses penguapan ini dibantu secara alami oleh panas matahari. Sinar matahari yang menyinari tanah, sungai, danau, dan laut akan menyebabkan air menjadi uap air dan menguap ke atmosfer.

2. Transpirasi

Selain penguapan air secara langsung, tumbuhan dan hewan juga melangsungkan penguapan. Proses ini dinamakan transpirasi. Tumbuhan menyerap air melalui akar, kemudian digunakan untuk proses fotosintesis, lalu uap air dikeluarkan melalui stomata.

Sedangkan pada hewan, penguapan dapat terjadi ketika hewan mengonsumsi air kemudian melakukan pernapasan yang menghasilkan uap air.

3. Evapotranspirasi

Gabungan antara evaporasi dan transpirasi disebut evapotranspirasi. Jadi, evepotranspirasi adalah penguapan air yang terjadi di permukaan bumi.

4. Sublimasi

Di wilayah kutub, baik kutub utara dan selatan, serta wilayah yang banyak terdapat lapisan es akan mengalami proses sublimasi. Sublimasi ialah peristiwa berubahnya es menjadi uap air tanpa menjadi zat cair terlebih dahulu.

5. Kondensasi

Kondensasi adalah proses berubahnya uap air menjadi cairan. Fase ini terjadi apabila uap air yang naik menuju atmosfer berada pada titik tertentu, kemudian berubah menjadi titik-titik air. Titik-titik air inilah yang menjadi awan jika berkumpul di udara. Semakin banyak kumpulan titik-titik air, maka akan menyebabkan awan tebal dan hitam.

6. Adveksi

Awan yang telah terbentuk pada fase sebelumnya akan berpindah menuju lokasi lain karena pengaruh angin dan perbedaan tekanan udara. Jadi, adveksi ini adalah proses berpindahnya awan. Adveksi menjadikan awan-awan menyebar dan berpindah tempat. Misalnya awan di wilayah lautan berpindah ke wilayah daratan.

7. Presipitasi

Awan yang terbuat dari titi-titik air dan telah melawati fase adveksi, kemudian akan mengalamki fase presipitasi. Presipitasi adalah proses turunnya hujan atau proses mencairnya awan akibat suhu udara yang tinggi.

8. Run Off

Peristiwa hujan yang jatuh ke permukaan bumi dan terjadi di wilayah dataran tinggi, misalnya hujan di daerah hulu sungai. Akan menyebabkan air mengalir ke daratan yang lebih rendah, sehingga proses Run Off dapat diartikan adalah proses bergeraknya air.

9. Infiltrasi

Air hujan yang jatuh ke permukaan bumi tidak seluruhnya langsung menuju ke danau, sungai, dan lautan. Maka dari itu, air yang masuk ke dalam pori-pori tanah dan menjadi air tanah ini disebut fase infiltrasi. Kemudian setelah itu, air akan kembali ke siklus awal hidrologi yaitu evaporasi dan seterusnya.

Macam Daur Air

Siklus air dibagi menjadi 3 macam, pembagian tersebut berdasarkan panjang pendeknya siklus hidrologi antara lain siklus pendek, sedang dan panjang.

a. Siklus Hidrologi Pendek

Pada siklus air pendek, fase adveksi tidak akan dilalui. Molekul cair yang telah berubah menjadi uap akan langsung turun menjadi hujan di wilayah laut. Dapat dikatakan siklus hidrologi pendek dikarenakan air laut yang menguap karena terkena sinar matahari.

Air laut yang menguap akan menjadi molekul uap. Seteleh itu akan melewati tahap kondensasi atau pembentukan partikel es di awan. Kemudian diakhiri dengan turunnya hujan diatas permukaan laut. Siklus ini akan kembali berulang secara terus menerus.

b. Siklus Hidrologi Sedang

Siklus air sedang adalah siklus yang umumnya terjadi di wilayah Indonesia. Tidak seperti pada siklus hidrologi pendek, pada siklus hidrologi panjang tahap adveksi akan tetap dilalui. Siklus ini akan menyebabkan turunnya hujan di daratan dan air hujan tersebut akan kembali ke badan air.

Tahap pertama dari siklus air sedang adalah tahap evaporasi yang berasal dari badan air. Kemudian air akan berubah menjadi molekul uap dan menguap ke atmosfer karena pengaruh terik sinar matahari. Setelah itu, uap akan bergerak karena mengalami fase adveksi sehingga menuju ke daratan.Pada kondisi atmosfer daratan, uap air tersebut akan berubah menjadi awan dan dilanjutkan dengan turunnya hujan di wilayah daratan. Air hujan yang turun tersebut akan mengalamu fase run off atau limpasan, kemudian bergerak melalui jalur-jalur air dan kembali ke lautan.

c. Siklus Hidrologi Panjang

Selain siklus air pendek dan sedang, masih terdapat satu siklus lagi, yaitu siklus hidrologi panjang. Siklus air panjang ini biasanya terjadi di wilayah pegunungan dan wilayah dengan iklim sub tropis. Ciri dari siklus panjang ini adalah peristiwa awan yang tidak langsung turun menjadi hujan.

Siklus ini diawali dengan fase evaporasi atau penguapan yang terjadi di lautan, dimana air berubah menjadi molekul-molekul gas. Setelah itu akan melewati tahap sublimasi. Pembentukan awan yang mengandung kristal es akan terjadi, kemudian dilanjutkan dengan tahap adveksi dimana awan akan berpindah titik.

Pada tahap adveksi tersebut, awan yang mengandung kristal es akan menuju ke wilayah daratan dan mengalami fase presipitasi. Setelah fase ini maka awan akan berubah menjadi hujan. Namun hujan yang turun berbentuk salsju dan terakumulasi membentuk gletser.

Gletser yang berada didaratan tersebut akan mencair karena pengaruh peningkatan suhu dan tekanan. Gletser yang mencair tersebut akan menuju aliran sungai dan mengarah ke lautan. Kemudian siklus hidrologi panjang akan bermula kembali.

Manfaat Siklus Air

Daur air merupakan siklus alami yang memberikan manfaat bagi seluruh komponen di bumi. Beriktu ini adalah fungsi dan kegunaan siklus hidrologi, yaitu:

a. Wash Biosfer

Biosfer adalah tempat hidup makhluk hidup meliputi tumbuhan, hean dan manusia. Biosfer terdiri dari litosfer (batuan atau daratan), hidrosfer (air) serta atmosfer (udara). Proses hidrologi melalui tiga lapisan tersebut dan air menjadi pelarut universal yang sangat baik. Seluruh komponen yang dilalui akan larut oleh air kecuali minyak. Siklus air pertama kali dimulai dari penguapan sumber air, seperti sungai, laut, danau dan sebagainya.

Penguapan tersebut mengalami tahapan tertentu sehingga menghasilkan air bersih berupa hujan. Air hujan tersebut menjadi bahan dasar untuk mencuci biosfer. Dalam perjalanannya menuju atmosfer, air akan melarutkan partikel debu, gas (NOx, SOx), aerosol, fume, fog dan sebagainya termasuk saat air menjadi titik air atau awan presipitasi. Semua yang ada di atmosfer dapat terlalut dan terikat dalam air untuk kembali ke permukaan bumi.

Awan di atmosfer adalah air bermuatan listrik sehingga jika terjadi pertemuan dengan yang lainnya akan menimbulkan kilat atau petir. Petir adalah kondisi yang bermanfaat untuk terjadinya fiksasi yang membentuk N2 yang berguna untuk siklus nitrogen.

Salah satu tahap siklus hidrologi ialah turunnya hujan. Sebelum mencapai bumi, air hujan akan mengenai dendaunan yang tertutup partikel debu dalam berbagai kondisi lingkungan. Secara alami daun-daun tersebut akan tercuci dan terbilan sehingga dapat melakukan fungsi fotosintesis sempurna, stomata terbuka, serta penguapan tidak terganggu. Air hujan juga bermanfat untuk membersihkan atap tumah dan lingkungan pada umumnya.

b. Water Move Position

Air di bumi selalu stabil jumlahnya dan tidak mengalami pengurangan maupun penambahan. Ketersediaan air hanya ditentukan oleh posisi dan kualitasnya yang berubah. Secara keseluruhan total air di bumi adalah 1.362.000.000 km³ yang terdiri dari samudera 97,2%, es atau gletser 2,15%, air tanah 0,61%, air permukaan 0,05%, danau air tawar 0,0009%, danau air asin 0,008, sungai, atmosfer dan sebagainya 0,073%).

Dari jumlah tersebut air yang secara langung dimanfaatkan hanya sekitar 2,8%. Menurut teori seluruh air di bumi kondisinya statis, namun karena faktor panas matahari, panas bumi, perbedaan ketinggian, maka menyebabkan air bergerak dan membentuk siklus hidrologi.

Adanya daur air secara langsung memutar atau memindahkan air dari berbagai tempat. Air yang awalnya di daratan dan lautan akan berpindah ke udara dan kembali turun ke daratan dan lautan. Pada masing-masih tahapan tersebut, air mempunyai manfaat berbeda-beda tergantung kemampuan manusia mendayagunakannya.

Jumlah air yang tersirkulasi hanya sekitar 521.000 km³ per tahun atay 0,038% dari total air di dunia. Sirkulasi tersebut terbagi pada proses evaporasi atau penguapan lautan sebanyak 84% dan daratan sebanyak 16%. Akan tetapi ketika presipitasi jatuh ke bumi, pembagiannya menjadi 80% ke lautan dan 20% ke daratan. Porisu evaporasi dan presipitasi di daratan terdapat selisih 6% atau sekitar 31.250 km³ per tahun.

c. Water Supply

Sirkulasi air dalam siklus hidrologi hanya berjumlah 521.000 km³ per tahun atau sama dengan 1,427.10¹⁵ liter per hari. Jika bumi dihuni oleh 6 milyar orang dengan kebutuhan 200 liter per hari, maka membutuhan 1,2.10¹² liter per hari.

Jika dibandingkan maka terdapat kelebihan air yang bisa dimanfaatkan oleh tumbuhan dan hewan. Jumlahnya tidak akan mengganggu kondisi air yang mengalir di sungai, air tanah, danau dan lautan. Dalam siklus ini, air akan melalui berbagai tempat, seperti daratan meliputi permukaan atau dibawah permukaan tanah.

Berdasarkan perhitungan tersebut maka jumlah air sanga mencukupi untuk keperluan manusia, hewan dan tumbuhan. Akan tetapi kualitas air antar daerah dapat berbeda, berikut pula dengan kuantitasnya.

Masyarakat yang tinggal di pegunungan tak perlu mencari air ke lautan dan cukup menunggu hujan atau aliran permukaan untuk memenuhi kebutuhan hidup. Bagi masyarakat perkotaan yang tinggal di wilayah datar dapat mengambil air tanah dan menjernihkan air permukaan. Oleh sebab itu, kebutuhan air akan tercukup dengan baik dari segi jumlah dan lokasinya.

d. Resource Life

Air merupakan kebutuhan mutlak seluruh makhluk hidup. Tanpa air mustahil ada kehidupan di bumi. Air terbentuk diawali dari bumi yang mendingin dan mengkerut, kemudian membentuk air yang mengisi keriput-keriput bumi.

Titik air terbentuk melalui aktifitas gunung berapi. Pada saat itu air masih tawar dan belum ada kehidupan. Kemudian karena ada sinar matahari, panas bumi dan sifat air maka terjadi penguapan, awan, hujan, air tanah, sungai, danau dan lautan.

Kehidupan diduga pertama kali terbentu daria danya petir akibat hasil pertemua dua awan yang mengenai permukaan air tawar, sinar ultraviolet, paans dan sinar radiasi. Selanjutnya mulai terbentuk unsur-unsur kehidupan dan muncul makhluk hidup sederhana di perairan tawar. Setelah itu makhluk tersebut mengalami evolusi yang membentuk berbagai mahluk hidup seperti saat ini.

Suatu mikroorganisme tidak akan berkembang dalam kondisi kering tanpa air. Bahkan pada litosfer yang kondisinya kering, maka dipastikan kehidupan akan berjalan lambat, kurang aktivitas, lambat berkembang. Sehingga dapat disimpulkan jika kehidupan akan terbentuk jika terdapat unsur air.

e. Sumber Energi

Siklus air memungkinkan air hujan jatuh ke dataran tinggi atau pegunungan. Akibat pengaruh gravitasi maka air akan mengalir ke tempat yang lebih rendah. Perbedaan ketinggian daratan akan dilalui air dengan kekuatan yang berbeda-beda. Semakin tinggi sumber air menuju lokasi rendah maka kekuatannya akan semakin besar.

Kekuatan tersebut dapat dimanfaat sebagai sumber energi secara berkelanjutan. Misalnya untuk memutar kincir hingga memutar turbin untuk menghasilkan energi listrik.

f. Wisata

Kberadaan air memberikan dampak terhadap bentangan alam, contohnya kabut di pegunungan, air terjun, awan tebal, gerimis, danau, aliran sungai, sungai bawah tanah, stalaktit dan stalakmit, mata air, sumur artesis, dan gelombang laut. Kondisi tersebut terbentuk oleh siklus hidrologi yang telah berjalan ribuan tahun dan bisa dijadikan obyek wisata menarik.

Dampak Kegiatan Manusia Pada Siklus Air

Seluruh kegiatan manusia dapat berdampak pada siklus air. Aktivitas negatif tersebut dapat memberikan akibat buruk, antara lain:

a. Penebangan Hutan

Penyusutan wilayah hutan secara berlebihan akan berdampak pada area resapan air ke dalam tanah. Hutan dengan kondisi gundul tidak akan efektif menyerap air sehingga jika hujan turun maka air akan langsung menuju ke lautan. Karena tidak ada area resapan maka lapisan atas tanah (humus) akan terkikis dan laurt dalam air.

Lapisan tanah yang terbuka akan menyebabkan kapasitas intersepsi hujan menurun drastis. Air hujan akan langsung menghantam permuakaan tanah dan memcahkan matriks tanah menjadi partikel kecil.

Partikel-partikel tanah tersebur akan menutup pori tanah dan memadatkan permukaan tanah, sehingga kapasitas infiltrasi menurun. Kapasitas infiltrasi yang turun akan membuat jumlah aliran permukaan meningkat dan total aliran air menuju ke bawah permukaan untuk mengisi air tanag berkurang. Aliran permukaan dapat menggerus partikel permukaan dan mengangkutnya ke tempat lain sebagai bagian dari proses erosi tanah.

baca juga:  Siklus Karbon - Pengertian, Sumber dan Prosesnya

b. Pemukiman

Pertambahan penduduk dunia tentunya akan menambah kebutuhan tempat tinggal. Jika pembangunan ini tidak memperhatikan aspek lahan serapan air maka tanah akan tertutup oleh perumahan, jalan, semen dan beton.

c. Manipulasi Skala Besar

Pembangunan dalam skala besar terkait air dapat berpengaruh terhadap siklus hidrologi. Contohnya adalah merubah pola global debit sungai, perubahan salinitas laut, serta perubahan biofisik permukaan tanah dapat berdampak buruk. Kegiatan manusia berkaitan aliran sungai dan vegetasi kering bahkan telah mengurangi limpasan sungai sekitar 324 km per tahun.

Penurunan kawasan limpasan tersebut menurunkan permukaan laur sekitar 0,8 mm per tahun. Angka tersebut mewakili fraksi signifikan dari kenaikan permukaan laut yang diamati dari 1-2 mm per tahun yang berlawanan arah. Sehingga jika tidak karena manipulasi manusia, maka permukaan laut akan naik lebih cepat dari kondisi saat ini.

d. Pembukaan Lahan Hutan

Kawasan hutan yang dimanfaatkan untuk tujuan ekonomi, bisnis dan sosial masyarakat dapat menimbulkan dampak negatif. Umumnya pembukaan lahan hutan digunakan untuk lahan industri, perumahan, pertanian dan perkebunan yang menyebabkan area resapan air berkurang.

e. Penggunaan Zat Kimia

Zat kmia yang digunakan manusia di lingkungan akan lepas ke udara dan mencemari tanah. Hal ini berpengaruh terhadap kandungan air hujan yang turun ke bumi. Berbagai kandungan kmia akan terakumulasi besama air hujan dan dapat membahayakan makhluk hidup.

Sejarah Siklus Hidrologi

3.000 tahun lalu konsep siklus hidrologi mulai dikenalkan oleh filsuf Yunani bernama Thales dan kawan-kawannya. Berbagai pemikiran mengenai proses daur air mulai berkembang saat itu, dimana salah satunya adalah pemikiran jika air laut menuju sungai yang dirasa kurang masuk akal.

Hingga pada akhirnya pada tahun 1500-an, De Vinci dari Perancis menyatakan bahwa air sungai berasal dari air hujan yang turun. Kemudian dilanjutkan oleh Pierre Perault dan Edme Marriote pada tahun 1670 yang merilis data mengenai curah hujan.

Data tersebut menyatakan bahwa curah hujan merupakan salah satu pemasok air pada aliran sungai. Setelah itu, apda tahun 1700 kedua ilmuwan tersebut memasukkan data dari Edmun Hallet mengenai jumlah air hujan dalam siklus hidrologi.

Tidak sampai disitu, perkembangan mengenai siklus hidrologi terus berkembang. Pada tahun 1750, John Dalton seorang ilmuwan, fisikawan dan kimiawan menguatkan gagasan dari konsep siklus hidrologi sebelumnya. Kemudian pada tahun 1856, Henry Darcy mengumumkan teori aliran air pada media berpori.

Penelitian mengenai siklus hidrologi terus berlanjut dan berfokus terhadap hubungan antara jumlah air sungai denga curah hujan. Pada tahun 1904, Daniel Mead juga mengeluarkan gagasan siklus hidrologi. Hingga pada akhirnya dilanjutkan dengan teori-teori baru hingga kini.

Peta Jumlah Air di Bumi

Pernahkah kita memikirkan berapa banyak jumlah air yang ada di bumi dan bagaimana cara menghitungnya?

usatoday.com

Saat ini, telah terdapat peta yang menggambarkan jumlah air di bumi yang memungkinkan kita untuk menghitung berapa banyak air tanah yang tersedia dan perkiraan air tersebut akan habis jika digunakan secara berlebihan dan terus menerus.

Dengan menggunakan data dan penghitungan komputer, tim peneliti internasional terlah berhasil memperkirakan kurang dari 6% atau hanya 1% air di permukaan bumi yang dapat diperbarui.

Tom Gleeson dari Universitas Victoria, Kanada selaku ketua tim penelitian menyatakan “Kita tahu bahwa kadar air di banyak akuifer telah berkurang. Kita menggunakan air tanah terlalu cepat, lebih cepat daripada kemampuan memperbarui air.”

Penelitiannya yang diterbitkan di jurnal Nature Geoscience, memperkirakan jumlah total air tanah hampir 23 juta kubik kilometer, dimana 0,35 juta kubik di antaranya berusia kurang dari 50 tahun.

Menurut Badan Survei Geologi Amerika Serikat – United States Geological Survey (USGS), usia air tersebut bervariasi mulai dari beberapa bulan hingga jutaan tahun. Air tanah bisa ditemukan sedalam 9 km.

Glesson menyatakan, meski air yang ditemukan lebih dekat ke permukaan bumi dapat diperharui lebih cepat daripada air yang terletak di perut Bumi, air tersebut lebih rentan terhadap kontaminasi dan perubahan iklim, namun juga bisa untuk mengatasi cuaca yang ekstrim.

Informasi lebih lanjut juga menyatakan jika air yang ditemukan jauh di perut bumi sering digunakan untuk pertanian dan industri. Air itu juga mungkin mengandung arsenik dan uranium dan sering kali lebih asin daripada air laut.

Menurut penelitian tersebut, sebagian besar air tanah ditemukan di kawasan tropis dan pegunungan, dan beberapa cadangan besar terletak di Amazon Basin, Kongo, Indonesia dan sepanjang perbatasan barat Amerika Utara dan Selatan. Sedangkan cadangan air paling sedikit ada di kawasan yang gersang seperti gurun Sahara yang terkenal sebagai wilayah kering di bumi.