ILMU LINGKUNGAN
Pengertian Ilmu Lingkungan
Ilmu Lingkungan mengintegrasikan berbagai ilmu yang mempelajari hubungan antara jasad hidup (termasuk manusia) dengan lingkungannya.
Ilmu Lingkungan dapat diibaratkan sebagai sebuah poros (dari berbagai bidang ilmu), tempat berbagai asas dan konsep aneka ragam ilmu yg terpancar dan terkhususkan dapat digabungkan kembali secara tunjang menunjang, untuk mengatasi masalah yang menyangkut hubungan antara makhluk hidup dengan lingkungannya. Di dalam ilmu lingkungan; tekanan ditujukan terutama kepada menyatukan kembali segala ilmu yang menyangkut masalah lingkungan ke dalam kategori variabel yg serupa yaitu; energi, materi, ruang, waktu, dan diversitas. Ilmu Lingkungan èjuga dapat dianggap sebagai titik pertemuan ilmu murni dan ilmu terapan.
Ilmu Lingkungan è sebenarnya adalah ekologi (ilmu murni yang mempelajari pengaruh faktor lingkungan terhadap jasad hidup), yang menerapkan berbagai asas dan konsepnya kepada masalah yg lebih luas yg menyangkut pula hubungan manusia dengan lingkungannya.
Ilmu Lingkungan dapat menjadi wadah bagi pendekatan interdisiplin ilmu dalam mengatasi masalah lingkungan hidup manusia khususnya, organisme hudup umumnya.
Lingkungan hidup, sering disebut sebagai lingkungan, adalah istilah yang dapat mencakup segala makhluk hidup dan tak hidup di alam yang ada di Bumi atau bagian dari Bumi, yang berfungsi secara alami tanpa campur tangan manusia yang berlebihan.
Lawan dari lingkungan hidup adalah lingkungan buatan, yang mencakup wilayah dan komponen-komponennya yang banyak dipengaruhi oleh manusia.
Environmentalism adalah perlindungan lingkungan hidup dari pengaruh-pengaruh luar, misalnya pencemaran, bising, pemanasan global, dan perusakan sumber daya alam.
Salah satu contoh pertama adalah orang-orang Bishnois di Rajasthan, India, yang rela mati demi mencegah penebangan pohon-pohon di desa mereka atas perintah raja.
Beberapa tokoh modern adalah John Muir dan Henry David Thoreau. Thoreau tertarik akan hubungan antara manusia dan lingkungan hidup dan mempelajari hal ini dengan cara hidup dekat dengan alam dengan gaya hidup sederhana.
EKOLOGI SEBAGAI DASAR ILMU LINGKUNGAN
POPULASI = kumpulan individu sebuah species
Kepadatan populasi naik = Jumlah individu populasi per unit luas bertambah dalam perjalanan waktu.
Persaingan akan terjadi bila kepadatan populasi naik
Makanan
Tempat tinggal
Kebutuhan hidup lain
Kompetisi menimbulkan akibat;
Ekologi (waktu singkat); kelahiran/kelangsungan hidup atau pertumbuhan populasi yang boleh jadi tertekan, emigrasi populasi meningkat Evolusi (waktu lama); evolusi hewan yang kalah dalam persaingan (yang besar mengalahkan yang kecil), dan akhirnya evolusi hewan tersebut akan menghasilkan banyak hewan yang bertubuh besar, karena yang kecil akan tersisihkan.
Dua faktor lingkungan yang dapat menurunkan daya biak populasi
Density-dependent factor (faktor yg bergantung kepada kepadatan populasi itu sendiri) è kekurangan bahan makanan, kekurangan ruang.
Density-independen factor è penurunan suhu lingkungan secara drastis, angin ribut.
Komunitas Keanekaragaman populasi
Suksesi è spesies yang dapat unggul, stabil dan mandiri.
Tingkat organisasi yang lebih tnggi dari komunitas disebut “ekosistem”.
Dalam sebuah ekosistem terdapat rantai makanan;
METODOLOGI
Bermacam ragam gejalah dalam ilmu lingkungan mudah dipahami dengan meresapkan berbagai asas yang terbatas saja jumlahnya.
Asas è penyamarataan kesimpulan secara umum, yang kemudian digunakan sebagai landasan untuk menguraikan gejala (fenomena) dan situasi yang lebih spesifik.
Asas lahir è dengan penggunaan metodologi yg telah diuji secara matang dan diakui kebenarannya oleh para ilmuan secara kokoh dan meluas. Tetapi è dapat pula merupakan penyamarataan kesimpulan secara empiris saja, hanya benar untuk situasi keadaan yg lebih terbatas sifatnya, dan diakui kebenarannya hanya oleh segolongan kaum ilmuan saja.
Ilmu pengetahuan berkembang secara dinamis, dan merupakan suatu ekspresi perkembangan budaya dan jalan pikiran manusia dalam perjalanan evolusinya.
Penemuan ilmuah è merupakan tantangan yg memerlukan inisiatif, daya cipta, daya khayal, dan keingintahuan manusia.
ILMU LINGKUNGAN
Asas Dasar Ilmu Lingkungan
Asas 1
Semua energi yg masuk sebuah organisme hidup populasi atau ekosistem dapat dianggap sbg energi yg tersimpan atau terlepaskan. Energi dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lainnya, tetapi tidak dapat hilang,dihancurkan atau diciptakan.
Asas 2
Tak ada sistem pengubahan energi yang betul-betul efisien .
Meskipun energi tak pernah hilang di alam raya, tetapi energi tersebut diubah ke dalam bentuk yg kurang bermanfaat.
Tabel; Aliran energi dalam ekosistem daratan
Tabel ini sangat menarik digunakan dalam berbagai perhitungan penting, sehubungan dengan kaitan antara organisme hidup dengan lingkungannya.
Misalnya; Spesies X = 1000 individu, kemudian dalam tabel di atas è Berapa banyak sinar matahari perlu diterima oleh lingkungan u/ menyokong sekian banyak individu. Kalau lingkungan itu tidak cukup luas u/ menerima sekian banyak sinar matahari sebagai sumber energi yang masuk, maka spesies X tidak akan dapat berkembang atau tak dapat mempertahankan kelangsungan hidupnya.
Ingat è Kenapa kolam dan danau tak dapat menampung penuh sekian banyak populasi ikan, meskipun tempat tersebut tampak sangat sesuai bagi kehidupannya.
Asas 3
Materi, energi, ruang, waktu, dan keanekaragaman, semuanya termasuk kategori sumber alam.
Pengaruh Energi, materi, ruang, waktu, dan keanekaragaman dalam hubungan dengan manusia dan lingkungannya
Pencemar (pollutant) adalah sumber alam yang konsentrasinya jauh melebihi tingkat optimum.
Batas tertinggi untuk menyokong (mendukung) suatu spesies tertentu è carrying capacity
Harper & White (1971) è Kapasitas bawa
C = W . p3/2
dimana; C = kapasitas bawa, W = berat rata-rata individu dalam populasi, p = kepadatan/kerapatan populasi
C è tertentu kemampuannya
Asas 4
Untuk semua kategori sumber alam (SA), kalau pengadaannya sudah mencapai optimum, pengaruh unit kenaikannya sering menurun dengan penambahan SA itu sampai ke suatu tingkat maksimum. Melampaui batas maksimum ini tak akan ada pengaruh yg menguntungkan lagi.
Untuk semua kategori SA (kecuali keanekaragaman & waktu) kenaikan pengadaannya yg melampaui batas maksimum, bahkan akan berpengaruh merusak karena kesan peracunan. Ini adalah asas penjenuhan. U/ banyak gejala sering berlaku kemungkinan penghancuran yg disebabkan o/ pengadaan SA yg sudah mendekati batas maksimum. Asas ini dapat diterangkan seperti pada gambar grafik sebelumnya (tentang pengaruh suhu); dengan batas suhu maksimum membatasi berbagai kegiatan di dalam ekosistem.Dalam asas tersebut terkandung makna bahwa pengadaan sumber daya alam mempunyai batas optimum, maupun batas minimum pengadaan sumber daya alam akan mengurangi daya kegiatan dalam suatu sistem.
Pada asas empat ini muncul apa yang disebut density-dependent factor è pengaturan populasi karena faktor yg bergantung pada kepadatan.
Asas 5
Ada 2 jenis SA dasar, yaitu SA yg pengadaannya dapat merangsang penggunaan seterusnya, dan yang tak mempunyai daya rangsang penggunaan lebih lanjut.
Asas 6
Individu dan species yang mempunyai lebih banyak keturunan daripada saingannya, cenderung berhasil mengalahkan saingannya itu.
Asas ini sesuai dengan teori Darwin & Wallace è “Apabila pada jasad hidup terdapat perbedaan sifat keturunan dalam hal tingkat adaptasi terdapat faktor lingkungan fisik atau biologi, dan kemudian timbul kenaikan kepadatan populasinya sehingga timbul persaingan, maka jasad hidup yg kurang mampu beradaptasilah, yang akan kalah dalam persaingan”.
Spesies yang paling adaptif menggunakan sumber alamnya yang ada di sekitar lingkungannya seefisien mungkin.
Proses suksesi è proses penggantian spesies secara berurutan. Contoh è dari tumbuhan pelopor (lumut) yang digantikan oleh spesies lain yg lebih adaptif.
Individu species dan ekosistem mempunyai cara serta mekanisme untuk melakukan proses evolusi, sehingga mereka dapat menggunakan energi yang ada di sekitarnya seefisien mungkin.
Asas 7
Kemantapan keanekaragaman suatu komunitas lebih tinggi di alam lingkungan yang ‘mudah diramal’.
Mudah diramal artinya “adanya keteraturan yang pasti pada pola faktor lingkungan dalam suatu periode yang relatif lama”.
Lingkungan yang stabil secara fisik terdiri dari banyak species bila dibandingkan dengan lingkungan yg tidak stabil. Mulai dari spesies yang umum dijumpai hingga yang jarang dijumpai.
Asas ini diterangkan panjang lebar oleh Valentine (1969) berdasarkan bukti fosil è hipotesis waktu-stabilitas Sanders (1969).
Asas 8
Sebuah habitat dapat jenuh atau tidak oleh keanekaragaman takson, bergantung kepada bagaimana nicia dalam lingkungan hidup itu dapat memisahkan takson tersebut
Asas 9
Kenekaragaman komunitas (D) apasaja sebanding dengan biomassa (B) dibagi produktivitas (P).
Asas 10
Pada Lingkungan yang stabil perbandingan antara biomassa dgn produtivitas (B/P) dalam perjalanan waktu naik mencapai sebuah asimtot.
Asas 11
Sistem yang sudah mantap (dewasa) mengeksploitasi sistem yang belum mantap (belum dewasa)
Asas 12
Kesempurnaan adaptasi suatu sifat atau tabiat bergantung kepada kepentingan relatifnya di dalam keadaan suatu lingkungan
Asas 13
Lingkungan yang secara fisik mantap memungkinkan terjadinya penimbunan keanekaragaman biologi dalam ekosistem yang mantap, yang kemungkinan dapat manggalakkan kemantapan populasi lebih jauh lagi
Asas 14
Derajat pola keteraturan turun-naiknya populasi bergantung kepada jumlah keturunan dalam sejarah populasi sebelumnya yg nanti akan mempengaruhi populasi itu
Mekanika Fluida
MEKANIKA FLUIDA
mekanika fluida biasanya dianggap subdisiplin dari mekanika kontinum, seperti yang diilustrasikan pada tabel berikut.
Mekanika kontinum: studi fisika dari material kontinu Mekanika solid: studi fisika dari material kontinu dengan bentuk tertentu. Elastisitas: menjelaskan material yang kembali ke bentuk awal setelah diberi tegangan.
Plastisitas: menjelaskan material yang secara permanen terdeformasi setelah diberi tegangan dengan besar tertentu. Reologi: studi material yang memiliki karakteristik solid dan fluida.
Mekanika fluida: studi fisika dari material kontinu yang bentuknya mengikuti bentuk wadahnya. Fluida non-Newtonian
Fluida Newtonian
secara mekanis, sebuah fluida adalah suatu substansi yang tidak mampu menahan tekanan tangensial. Hal ini menyebabkan fluida pada keadaan diamnya berbentuk mengikuti bentuk wadahnya.
Asumsi Dasar
Seperti halnya model matematika pada umumnya, mekanika fluida membuat beberapa asumsi dasar berkaitan dengan studi yang dilakukan. Asumsi-asumsi ini kemudian diterjemahkan ke dalam persamaan-persamaan matematis yang harus dipenuhi bila asumsi-asumsi yang telah dibuat berlaku.
Mekanika fluida mengasumsikan bahwa semua fluida mengikuti:
1. Hukum kekekalan massa
2. Hukum kekekalan momentum
Hipotesis kontinum
Fluida disusun oleh molekul-molekul yang bertabrakan satu sama lain. Namun demikian, asumsi kontinum menganggap fluida bersifat kontinu. Dengan kata lain, properti seperti densitas, tekanan, temperatur, dan kecepatan dianggap terdefinisi pada titik-titik yang sangat kecil yang mendefinisikan REV (‘’Reference Element of Volume’’) pada orde geometris jarak antara molekul-molekul yang berlawanan di fluida. Properti tiap titik diasumsikan berbeda dan dirata-ratakan dalam REV. Dengan cara ini, kenyataan bahwa fluida terdiri dari molekul diskrit diabaikan.
Masalah akurasi ini biasa dipecahkan menggunakan mekanika statistik. Untuk menentukan perlu menggunakan dinamika fluida konvensial atau mekanika statistik, angka Knudsen permasalahan harus dievaluasi. Angka Knudsen didefinisikan sebagai rasio dari rata-rata panjang jalur bebas molekular terhadap suatu skala panjang fisik representatif tertentu. Skala panjang ini dapat berupa radius suatu benda dalam suatu fluida. Secara sederhana, angka Knudsen adalah berapa kali panjang diameter suatu partikel akan bergerak sebelum menabrak partikel lain.
Persamaan Navier-Stokes
Persamaan Navier-Stokes (dinamakan dari Claude-Louis Navier dan George Gabriel Stokes) adalah serangkaian persamaan yang menjelaskan pergerakan dari suatu fluida seperti cairan dan gas. Persamaan-persamaan ini menyatakan bahwa perubahan dalam momentum (percepatan) partikel-partikel fluida bergantung hanya kepada gaya viskos internal (mirip dengan gaya friksi) dan gaya viskos tekanan eksternal yang bekerja pada fluida. Oleh karena itu, persamaan Navier-Stokes menjelaskan kesetimbangan gaya-gaya yang bekerja pada fluida.
Persamaan Navier-Stokes memiliki bentuk persamaan diferensial yang menerangkan pergerakan dari suatu fluida. Persaman seperti ini menggambarkan hubungan laju perubahan suatu variabel terhadap variabel lain. Sebagai contoh, persamaan Navier-Stokes untuk suatu fluida ideal dengan viskositas bernilai nol akan menghasilkan hubungan yang proposional antara percepatan (laju perubahan kecepatan) dan derivatif tekanan internal.
Untuk mendapatkan hasil dari suatu permasalahan fisika menggunakan persamaan Navier-Stokes, perlu digunakan ilmu kalkulus.
Bentuk umum persamaan
Fluida Newtonian vs. non-Newtonian
Sebuah Fluida Newtonian (dinamakan dari Isaac Newton) didefinisikan sebagai fluida yang tegangan gesernya berbanding lurus secara linier dengan gradien kecepatan pada arah tegak lurus dengan bidang geser. Definisi ini memiliki arti bahwa fluida newtonian akan mengalir terus tanpa dipengaruhi gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Sebagai contoh, air adalah fluida Newtonian karena air memiliki properti fluida sekalipun pada keadaan diaduk.
Sebaliknya, bila fluida non-Newtonian diaduk, akan tersisa suatu "lubang". Lubang ini akan terisi seiring dengan berjalannya waktu. Sifat seperti ini dapat teramati pada material-material seperti puding. Peristiwa lain yang terjadi saat fluida non-Newtonian diaduk adalah penurunan viskositas yang menyebabkan fluida tampak "lebih tipis" (dapat dilihat pada cat). Ada banyak tipe fluida non-Newtonian yang kesemuanya memiliki properti tertentu yang berubah pada keadaan tertentu.
Persamaan pada fluida Newtonian
Konstanta yang menghubungkan tegangan geser dan gradien kecepatan secara linier dikenal dengan istilah viskositas.
Hubungan dengan mekanika kontinum
Mekanika fluida biasanya dianggap subdisiplin dari mekanika kontinum, seperti yang diilustrasikan pada tabel berikut.
Plastisitas: menjelaskan material yang secara permanen terdeformasi setelah diberi tegangan dengan besar tertentu.
Reologi: studi material yang memiliki karakteristik solid dan fluida.
Mekanika fluida: studi fisika dari material kontinu yang bentuknya mengikuti bentuk wadahnya.
mekanika fluida biasanya dianggap subdisiplin dari mekanika kontinum, seperti yang diilustrasikan pada tabel berikut.
Mekanika kontinum: studi fisika dari material kontinu Mekanika solid: studi fisika dari material kontinu dengan bentuk tertentu. Elastisitas: menjelaskan material yang kembali ke bentuk awal setelah diberi tegangan.
Plastisitas: menjelaskan material yang secara permanen terdeformasi setelah diberi tegangan dengan besar tertentu. Reologi: studi material yang memiliki karakteristik solid dan fluida.
Mekanika fluida: studi fisika dari material kontinu yang bentuknya mengikuti bentuk wadahnya. Fluida non-Newtonian
Fluida Newtonian
secara mekanis, sebuah fluida adalah suatu substansi yang tidak mampu menahan tekanan tangensial. Hal ini menyebabkan fluida pada keadaan diamnya berbentuk mengikuti bentuk wadahnya.
Asumsi Dasar
Seperti halnya model matematika pada umumnya, mekanika fluida membuat beberapa asumsi dasar berkaitan dengan studi yang dilakukan. Asumsi-asumsi ini kemudian diterjemahkan ke dalam persamaan-persamaan matematis yang harus dipenuhi bila asumsi-asumsi yang telah dibuat berlaku.
Mekanika fluida mengasumsikan bahwa semua fluida mengikuti:
1. Hukum kekekalan massa
2. Hukum kekekalan momentum
Hipotesis kontinum
Fluida disusun oleh molekul-molekul yang bertabrakan satu sama lain. Namun demikian, asumsi kontinum menganggap fluida bersifat kontinu. Dengan kata lain, properti seperti densitas, tekanan, temperatur, dan kecepatan dianggap terdefinisi pada titik-titik yang sangat kecil yang mendefinisikan REV (‘’Reference Element of Volume’’) pada orde geometris jarak antara molekul-molekul yang berlawanan di fluida. Properti tiap titik diasumsikan berbeda dan dirata-ratakan dalam REV. Dengan cara ini, kenyataan bahwa fluida terdiri dari molekul diskrit diabaikan.
Masalah akurasi ini biasa dipecahkan menggunakan mekanika statistik. Untuk menentukan perlu menggunakan dinamika fluida konvensial atau mekanika statistik, angka Knudsen permasalahan harus dievaluasi. Angka Knudsen didefinisikan sebagai rasio dari rata-rata panjang jalur bebas molekular terhadap suatu skala panjang fisik representatif tertentu. Skala panjang ini dapat berupa radius suatu benda dalam suatu fluida. Secara sederhana, angka Knudsen adalah berapa kali panjang diameter suatu partikel akan bergerak sebelum menabrak partikel lain.
Persamaan Navier-Stokes
Persamaan Navier-Stokes (dinamakan dari Claude-Louis Navier dan George Gabriel Stokes) adalah serangkaian persamaan yang menjelaskan pergerakan dari suatu fluida seperti cairan dan gas. Persamaan-persamaan ini menyatakan bahwa perubahan dalam momentum (percepatan) partikel-partikel fluida bergantung hanya kepada gaya viskos internal (mirip dengan gaya friksi) dan gaya viskos tekanan eksternal yang bekerja pada fluida. Oleh karena itu, persamaan Navier-Stokes menjelaskan kesetimbangan gaya-gaya yang bekerja pada fluida.
Persamaan Navier-Stokes memiliki bentuk persamaan diferensial yang menerangkan pergerakan dari suatu fluida. Persaman seperti ini menggambarkan hubungan laju perubahan suatu variabel terhadap variabel lain. Sebagai contoh, persamaan Navier-Stokes untuk suatu fluida ideal dengan viskositas bernilai nol akan menghasilkan hubungan yang proposional antara percepatan (laju perubahan kecepatan) dan derivatif tekanan internal.
Untuk mendapatkan hasil dari suatu permasalahan fisika menggunakan persamaan Navier-Stokes, perlu digunakan ilmu kalkulus.
Bentuk umum persamaan
Fluida Newtonian vs. non-Newtonian
Sebuah Fluida Newtonian (dinamakan dari Isaac Newton) didefinisikan sebagai fluida yang tegangan gesernya berbanding lurus secara linier dengan gradien kecepatan pada arah tegak lurus dengan bidang geser. Definisi ini memiliki arti bahwa fluida newtonian akan mengalir terus tanpa dipengaruhi gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Sebagai contoh, air adalah fluida Newtonian karena air memiliki properti fluida sekalipun pada keadaan diaduk.
Sebaliknya, bila fluida non-Newtonian diaduk, akan tersisa suatu "lubang". Lubang ini akan terisi seiring dengan berjalannya waktu. Sifat seperti ini dapat teramati pada material-material seperti puding. Peristiwa lain yang terjadi saat fluida non-Newtonian diaduk adalah penurunan viskositas yang menyebabkan fluida tampak "lebih tipis" (dapat dilihat pada cat). Ada banyak tipe fluida non-Newtonian yang kesemuanya memiliki properti tertentu yang berubah pada keadaan tertentu.
Persamaan pada fluida Newtonian
Konstanta yang menghubungkan tegangan geser dan gradien kecepatan secara linier dikenal dengan istilah viskositas.
Hubungan dengan mekanika kontinum
Mekanika fluida biasanya dianggap subdisiplin dari mekanika kontinum, seperti yang diilustrasikan pada tabel berikut.
Plastisitas: menjelaskan material yang secara permanen terdeformasi setelah diberi tegangan dengan besar tertentu.
Reologi: studi material yang memiliki karakteristik solid dan fluida.
Mekanika fluida: studi fisika dari material kontinu yang bentuknya mengikuti bentuk wadahnya.
Subscribe to:
Posts (Atom)