matahari sebagai sumber utama energi
TRANSCRIPT
MATAHARI SEBAGAI SUMBER UTAMA ENERGI
DALAM KEHIDUPAN
MAKALAH
Diajukan untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Fisika Lingkungan
Oleh :
Ratna Yuliastanti
(090210102078)
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MIPA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS JEMBER
2012
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Matahari yang setiap hari memancarkan sinarnya ke bumi dan juga ke planet-
planet lain yang ada pada tatasurya kita, adalah sumber kehidupan bagi semua makhluk
hidup yang ada di bumi ini. Pemancaran energi matahari yang sampai ke bumi telah
berlangsung terus menerus sejak kurang lebih 5.000.000.000 tahun yang lalu dan akan
terus berlangsung sampai waktu yang belum diketahui. Energi matahari yang seakan-
akan tak akan habis tersebut, menarik untuk diamati karena sumber energi matahari
tersebut ternyata berasal dari reaksi thermonuklir yang sangat dahsyat dan menghasilkan
panas dalam orde jutaan derajat celcius. Oleh karena sumber energi matahari berasal
dari reaksi thermonuklir, berarti energinya bisa berkurang dan pada akhirnya akan habis
manakala reaktan yang terlibat dalam reaksi thermonuklir telah habis bereaksi. Apabila
reaktan yang bereaksi telah habis, maka matahari akan padam dan ini berarti kematian
bagi semua makhluk hidup yang ada di bumi ini. Tulisan ini akan membahas bagaimana
reaksi thermonuklir bisa terjadi di matahari, berapa panas yang dihasilkannya dan kapan
reaksi thermonuklir akan berhenti atau kapan matahari akan padam.
1.2 Rumusan Masalah
1.2.1 Bagaimanakah karakteristik matahari?
1.2.2 Bagaimana mekanisme perubahan energi matahari menjadi energi kimia
(fotosintesis)?
1.2.3 Bagaimana siklus energi (rantai makanan)?
1.3 Tujuan
1.3.1 Mengetahui karakteristik matahari.
1.3.2 Mengetahui mekanisme perubahan energi matahari menjadi energi kimia
(fotosintesis).
1.3.3 Mengetahui siklus energi (rantai makanan).
BAB 2. PEMBAHASAN
2.1 Karakteristik Matahari
2.1.1 Pengertian Matahari
Matahari adalah bintang terdekat dengan Bumi dengan jarak rata-rata
149.680.000 kilometer (93.026.724 mil). Matahari serta kedelapan buah planet (yang
sudah diketahui/ditemukan oleh manusia) membentuk Tata Surya. Matahari
dikategorikan sebagai bintang kecil jenis G.
Gambar 2.1. Matahari
Matahari (Bahasa Latin: Sol , Bahasa Inggeris: Sun) adalah bintang di pusat
Sistem Suria. Bumi dan jisim lain (termasuk planet-planet lain, asteroid-asteroid,
meteor, komet dan debu) mengorbit/mengelilingi Matahari, yang menurut sendiri
merupakan kira-kira 99.8% sistem suria besar-besaran. Tenaga daripada Matahari,
dalam bentuk cahaya matahari, menyokong hampir semua kehidupan di Bumi melalui
fotosintesis, dan memberi kesan kepada iklim dan cuaca Bumi.
Matahari adalah terdiri daripada hidrogen (kira-kira 74% jisimnya, atau 92%
isipadunya), helium (kira-kira 25% jisimnya, 7% isipadu), dan kuantiti kesan unsur-
unsur lain. Matahari mempunyai satu kelas spektrum G2V. G2 menandakan yang ia
mempunyai satu suhu permukaan kira-kira 5,780 K (atau kira-kira 5,515 darjah
Celsius / 9,940 Fahrenheit), memberinya satu warna putih yang, lantaran penyerakan
atmosfera, muncul kuning sebagai dilihat dari permukaan Bumi. Ini adalah satu kesan
yang boleh berkurang, sebagai serakan keutamaan foton biru (yang menyebabkan warna
langit) membuang cukup cahaya biru untuk meninggalkan satu sisa kemerahan yang
diterima sebagai kuning. (Bila cukup rendah di langit, Matahari muncul jingga atau
merah, disebabkan oleh serakan ini. Matahari merupakan satu bebola plasma dengan
jisim sekitar 2 x 1030 kg. Untuk terus bersinar, matahari, yang terdiri daripada gas
panas menukar unsur hidrogen kepada helium melalui tindak balas gabungan nuklear
pada kadar 600 juta tan, dengan itu kehilangan empat juta tan jisim setiap saat.
Kepadatan jisim matahari adalah 1.41 berbanding jisim air. Jumlah tenaga matahari
yang sampai ke permukaan bumi dikenali sebagai pemalar solar menyamai 1.37
kilowatt semeter persegi setiap saat.
2.1.2 Susunan Lapisan Matahari
Gambar 2.2. Lapisan Matahari
a. Lapisan Inti Matahari
Inti matahari adalah tempat berlangsungnya reaksi fusi hidrogen menjadi
inti helium dan menghasilkan reaksi yang sngat besar. Suhu inti matahari
mencapai 15 juta kelvin.
b. Lapisan Fotosfera pada Matahari
Lapisan Fotosfera adalah bagian permukaan matahari yang dapat kalian
lihat sehari-hari, atau disebut juga lapisan cahaya. Suhu di bagian dalam
fotosfera kira-kira 6000 kelvin.
c. Lapisan Kromosfera pada Matahari
Lapisan kromosfera dapat terlihat saat terjadi gerhana matahari.
Kromosfera tersusun dr lapisan hidrogen. Suhu lapisan kromosfera di dekat
korona mencapai 10.000 kelvin, sedangkan di lapisan luarnya kurang lebih 4000
kelvin
d. Lapisan Korona pada Matahari
Lapisan Korona ini dapat dilihat pada saat terjadi gerhana matahari
berupa lingkaran putih yang mengelilingi matahari. Lapisan korona mengandung
gas yang sangat tipis bersuhu 1 juta kelvin. Korona berwarna abuabu akibat
tumbukan ion-ion pada suhu yang sangat tinggi.
2.1.3 Jarak Matahari Dari Bumi
Gambar 2.3. Jarak Matahari dari Bumi
Jarak matahari ke bumi adalah 149.669.000 kilometer (atau 93.000.000 mil).
Jarak ini dikenal sebagai satuan astronomi dan biasa dibulatkan (untuk penyederhanaan
hitungan) menjadi 148 juta km. Dibandingkan dengan bumi, diameter matahari kira-kira
112 kalinya. Gaya tarik matahari kira-kira 30 kali gaya tarik bumi. Sinar matahari
menempuh masa delapan menit untuk sampai ke Bumi. Kuatnya pancaran sinar
matahari dapat mengakibatkan kerusakan pada jaringan sensor mata dan mengakibatkan
kebutaan.
2.1.4 Suhu
Menurut perhitungan para ahli, temperatur di permukaan matahari sekitar 6.000
°C, namun ada juga yang menyebutkan suhu permukaan sebesar 5.500 °C. Jenis batuan
atau logam apapun yang ada di Bumi ini akan lebur pada suhu setinggi itu. Temperatur
tertinggi terletak di bagian tengahnya yang diperkirakan tidak kurang dari 25 juta
derajat Celsius namun disebutkan juga kalau suhu pada intinya 15 juta derajat Celsius.
Ada pula yang menyebutkan temperatur di inti matahari kira kira sekitar 13.889.000 °C.
Menurut JR Meyer, panas matahari berasal dari batu meteor yang berjatuhan dengan
kecepatan tinggi pada permukaan matahari. Sedangkan menurut teori kontraksi H
Helmholz, panas itu berasal dari menyusutnya bola gas. Ahli lain, Dr Bothe menyatakan
bahwa panas tersebut berasal dari reaksi-reaksi termonuklir yang juga disebut reaksi
hidrogen helium sintetis.
2.1.6 Gerakan Matahari
Gambar 2.5. Gerakan Matahari
Matahari berputar 25.04 hari bumi setiap putaran dan mempunyai graviti 27.9
kali graviti bumi. Terdapat julangan gas teramat panas yang boleh mencecah sehingga
100,000 kilometer ke angkasa. Matahari mempunyai dua macam gerakan sebagai
berikut :
a. Rotasi mengelilingi sumbunya, lamanya 25 1/2 hari satu kali putaran.
Gerakan rotasi dapat dibuktikan dengan terlihat noda-noda hitam di bagian
inti yang kadang-kadang berada di sebelah kanan dan kira-kira 2 minggu
berada di sebelah kiri.
b. Bergerak di antara gugusan-gugusan bintang. Selain berotasi, matahari
bergerak diantara gugusan bintang dengan kecepatan 20 km per detik,
pergerakan itu mengelilingi pusat galaksi.
2.2 Mekanisme Perubahan Energi Matahari Menjadi Energi Kimia (Fotosintesis)
Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan, alga, dan
beberapa jenis bakteri untuk memproduksi energi terpakai (nutrisi) dengan
memanfaatkan energi cahaya. Fotosintesis menghasilkan sebagian besar oksigen yang
terdapat di atmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis
(photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof. Fotosintesis merupakan salah satu cara
asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi)
menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi. Cara lain yang ditempuh organisme
untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah
bakteri belerang.
2.2.1 Proses fotosintesis
Gambar 2.6. Mekanisme Fotosintesis
Proses fotosintesis sangat kompleks karena melibatkan semua cabang ilmu
pengetahuan alam utama, seperti fisika, kimia, maupun biologi sendiri. Pada tumbuhan,
organ utama tempat berlangsungnya fotosintesis adalah daun. Namun secara umum,
semua sel yang memiliki kloroplas berpotensi untuk melangsungkan reaksi ini. Di
organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis, tepatnya pada bagian stroma. Hasil
fotosintesis (disebut fotosintat) biasanya dikirim ke jaringan-jaringan terdekat terlebih
dahulu.
Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian
utama: reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan
cahaya tetapi memerlukankarbon dioksida).
a. Reaksi terang
Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi
NADPH2. Reaksi ini memerlukan molekul air. Proses diawali dengan
penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena. Pigmen klorofil menyerap lebih
banyak cahaya terlihat pada warna biru (400-450 nanometer) dan merah (650-
700 nanometer) dibandingkan hijau (500-600 nanometer). Cahaya hijau ini akan
dipantulkan dan ditangkap oleh mata kita sehingga menimbulkan sensasi bahwa
daun berwarna hijau. Fotosintesis akan menghasilkan lebih banyak energi pada
gelombang cahaya dengan panjang tertentu. Hal ini karena panjang gelombang
yang pendek menyimpan lebih banyak energi. Di dalam daun, cahaya akan
diserap oleh molekul klorofil untuk dikumpulkan pada pusat-pusat reaksi.
Tumbuhan memiliki dua jenis pigmen yang berfungsi aktif sebagai pusat reaksi
atau fotosistem yaitu fotosistem II dan fotosistem I. Fotosistem II terdiri dari
molekul klorofil yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680
nanometer, sedangkan fotosistem I 700 nanometer. Kedua fotosistem ini akan
bekerja secara simultan dalam fotosintesis, seperti dua baterai dalam senter yang
bekerja saling memperkuat. Fotosintesis dimulai ketika cahaya mengionisasi
molekul klorofil pada fotosistem II, membuatnya melepaskan elektron yang
akan ditransfer sepanjang rantai transpor elektron. Energi dari elektron ini
digunakan untuk fotofosforilasi yang menghasilkan ATP, satuan pertukaran
energi dalam sel. Reaksi ini menyebabkan fotosistem II mengalami defisit atau
kekurangan elektronyang harus segera diganti. Pada tumbuhan dan alga,
kekurangan elektron ini dipenuhi oleh elektron dari hasil ionisasi air yang terjadi
bersamaan dengan ionisasi klorofil. Hasil ionisasi air ini adalah elektron dan
oksigen. Oksigen dari proses fotosintesis hanya dihasilkan dari air, bukan dari
karbon dioksida. Pendapat ini pertama kali diungkapkan oleh C.B. van Neil yang
mempelajari bakteri fotosintetik pada tahun 1930-an. Bakteri fotosintetik, selain
sianobakteri, menggunakan tidak menghasilkan oksigen karena menggunakan
ionisasi sulfida atau hidrogen. Pada saat yang sama dengan ionisasi fotosistem
II, cahaya juga mengionisasi fotosistem I, melepaskan elektron yang ditransfer
sepanjang rantai transpor elektron yang akhirnya mereduksi NADP menjadi
NADPH.
b. Reaksi Gelap
ATP dan NADPH yang dihasilkan dalam proses fotosintesis memicu
berbagai proses biokimia. Pada tumbuhan proses biokimia yang terpicu adalah
siklus Calvin yang mengikat karbon dioksida untuk membentuk ribulosa (dan
kemudian menjadi gula seperti glukosa). Reaksi ini disebut reaksi gelap karena
tidak bergantung pada ada tidaknya cahaya sehingga dapat terjadi meskipun
dalam keadaan gelap (tanpa cahaya).
2.2.2 Faktor penentu laju fotosintesis
Berikut adalah beberapa faktor utama yang menentukan laju fotosintesis:
a. Intensitas cahaya
Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.
b. Konsentrasi karbon dioksida.
Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang
dapat digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.
c. Suhu
Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada
suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan
meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.
d. Kadar air
Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat
penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.
e. Kadar fotosintat (hasil fotosintesis)
Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik.
Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan
berkurang.
f. Tahap pertumbuhan.
Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan
yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin
dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak energi dan
makanan untuk tumbuh.
2.3 Siklus Energi (Rantai Makanan)
Gambar 2.7. Siklus Energi
Hubungan alur matahari dengan bumi dan bulan dimana memberikan energi
kepada core bumi dalam menghasilkan panas bumi yang berputar dipengaruhi oleh gaya
energi cahaya yang ditempakan matahari kepada gaya elektromagnetik bumi. Dimana
energi ini bagaikan energi yang berputar menembus lapisan tektonik bumi langsung
kepada inti bumi sehingga menghasilkan panas yang sangat tinggi dalam perut bumi.
Energi yang dihasilkan oleh matahari juga dibutuhkan oleh manusia, hewan dan
tumbuhan dimana ini memberikan energi untuk kita semua melakukan pembakaran
energi dalam tubuh semua makhluk hidup yang ada dalam semua tubuh makhluk hidup
mendapatkan energi dari matahari.
Pada siklus ini lebih ditekankan pada perputaran energi yang terjadi diantara
komponen ekosistem. Siklus energi ini diawali dari energi matahari yang ditangkap oleh
produsen, kemudian terus berputar tiada henti pada konsumen dan semua komponen
ekosistem yang. Hal ini karena menurut hukum termodinamika bahwa energi dapat
berubah bentuk, tidak dapat dimusnahkan serta diciptakan. Perubahan bentuk energi ini
dikenal dengan istilah transformasi energi. Aliran energi di alam atau ekosistem tunduk
kepada hukum-hukum termodinamika tersebut. Dengan proses fotosintesis energi
cahaya matahari ditangkap oleh tumbuhan, dan diubah menjadi energi kimia atau
makanan yang disimpan di dalam tubuh tumbuhan. Proses aliran energi berlangsung
dengan adanya proses rantai makanan. Tumbuhan dimakan oleh herbivora, dengan
demikian energi makanan dari tumbuhan mengalir masuk ke tubuh herbivora. Herbivora
dimakan oleh karnivora, sehingga energi makanan dari herbivora masuk ke tubuh
karnivora.
Rantai makanan adalah peristiwa makan dan dimakan antara makhluk hidup
dengan urutan tertentu. Dalam rantai makanan ada makhluk hidup yang berperan
sebagai konsumen, dan produsen. Konsumen yaitu makhluk hidup yang tidak dapat
membuat makanan sendiri. Konsumen tergantung pada makhluk hidup lain. Contohnya
manusia dan hewan. Produsen adalah makhluk hidup yang dapat membuat makanannya
sendiri. Contohnya tumbuhan hijau. Konsumen yang memperoleh makanan langsung
dari produsen disebut konsumen tingkat satu (Konsumen I). Sementara itu, konsumen
yang menmperoleh makanan dari konsumen I dinamakan konsumen tingkat dua
(Konsumen II) dan seterusnya. Contoh Rantai makanan adalah:
Gambar 2.8. Rantai Makanan
PRODUSEN : PADI
KONSUMEN I : TIKUS
KONSUMEN II : ULAR
KONSUMEN III : ELANG
Elang akan mati dan diuraikan oleh mikro organisme pengurai menjadi mineral.
Mineral ini diserap akar tanaman sebagai zat hara untuk tumbuh dan berkembang.
Padi, tikus, ular, dan burung elang membentuk suatu rantai makanan. Dalam rantai
makanan, herbivora (konsumen I) memerlukan tanaman (produsen). Sementara
karnivora (konsumen II) memerlukan karnivora lain dan herbivora. Jadi, secara tidak
langsung karnivora memerlukan produsen.
Siklus dalam rantai makanan dapat berjalan seimbang apabila semua komponen
tersedia. Apabila salah satu komponen, misalnya konsumen I tidak ada, maka akan
terjadi ketimpangan dalam urutan makan dan dimakan dalam rantai makanan tersebut.
Agar rantai makanan dapat berjalan terus menerut maka jumlah produsen harus lebih
banyak daripada konsumen I. Jumlah konsumen I harus lebih banyak daripada jumlah
konsumen II dan seterusnya. Kumpulan dari beberapa rantai makanan akan membentuk
jaring-jaring makanan. Ada dua tipe dasar rantai makanan:
a. Rantai makanan rerumputan (grazing food chain). Misalnya: tumbuhan-
herbivora-carnivora.
b. Rantai makanan sisa (detritus food chain). Bahan mati mikroorganisme
(detrivora = organisme pemakan sisa) predator.
Para ilmuwan ekologi mengenal tiga macam rantai pokok, yaitu rantai
pemangsa, rantai parasit, dan rantai saprofit.
a. Rantai Pemangsa
Rantai pemangsa landasan utamanya adalah tumbuhan hijau sebagai
produsen. Rantai pemangsa dimulai dari hewan yang bersifat herbivora sebagai
konsumen I, dilanjutkan dengan hewan karnivora yang memangsa herbivora
sebagai konsumen ke-2 dan berakhir pada hewan pemangsa karnivora maupun
herbivora sebagai konsumen ke-3.
b. Rantai Parasit
Rantai parasit dimulai dari organisme besar hingga organisme yang hidup
sebagai parasit. Contoh organisme parasit antara lain cacing, bakteri, dan benalu.
c. Rantai Saprofit
Rantai saprofit dimulai dari organisme mati ke jasad pengurai. Misalnya
jamur dan bakteri. Rantai-rantai di atas tidak berdiri sendiri tapi saling berkaitan
satu dengan lainnya sehingga membentuk jaring-jaring makanan.
BAB 3. PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Matahari adalah satu bintang yang bersaiz biasa. Ia mengandungi kira-kira 99%
jisim keseluruhan sistem suria. Matahari adalah sfera hampir sempurna, dengan satu
kebuntalan dianggarkan pada kira-kira 9 juta, yang bermaksud bahawa garis pusat
kutubnya berbeza dari garis pusat khatulistiwanya oleh hanya 10 kilometer (6 mil).
Adapun Matahari wujud dalam keadaan plasmatik dan tidak padat, ia menjalani
pusingan yang berbeza di mana ia berputar pada paksinya (contohnya, ia berputar lebih
cepat di khatulistiwa daripada di kutub-kutub).
Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan, alga, dan
beberapa jenis bakteri untuk memproduksi energi terpakai (nutrisi) dengan
memanfaatkan energi cahaya. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi
yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi
kehidupan di bumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang
terdapat di atmosfer bumi.
Siklus energi ini diawali dari energi matahari yang ditangkap oleh produsen,
kemudian terus berputar tiada henti pada konsumen dan semua komponen ekosistem
yang lain. Proses aliran energi berlangsung dengan adanya proses rantai makanan.
Tumbuhan dimakan oleh herbivora, dengan demikian energi makanan dari tumbuhan
mengalir masuk ke tubuh herbivora. Herbivora dimakan oleh karnivora, sehingga energi
makanan dari herbivora masuk ke tubuh karnivora.
3.2 Saran
Diperlukan adanya informasi tentang aktivitas matahari ini secara terus menerus
guna mengantisipasi kemungkinan akan terjadinya gangguan pada atmosfer bumi baik
dalam skala waktu pendek maupun panjang.
DAFTAR PUSTAKA
Darmodjo & Kaligis. 2004. Ilmu Alamiah Dasar. Jakarta: Pusat Penerbitan Universitas
Terbuka.
Wisnu Arya Wardhana. 2000. Matahri Sebagai Sumber Energi. Yogyakarta: Radio
Bikima.
http://id.wikipedia.org/wiki/Matahari
http://langitselatan.com/2008/01/23/begini-cara-kerja-bintang-bagian-2-sumber-
energi-bintang/
http://soil.faperta.ugm.ac.id/tj/1991/1993%20damp.pdf
http://www.teknosains.info/2007/08/matahari.html