AWAN CUMULONIMBUS

BADAI GUNTUR.

Indonesia termasuk kawasan yang banyak badaigunturnya, dan dapat terjadi di sembarang waktu. Namun demikian yang paling sering di awal dan di akhir musim hujan. Meskipun badaiguntur dapat menimbulkan bahaya tetapi juga banyak manfaatnya. Mengapa demikian ?

Pada waktu langit berawan atau pada waktu hujan sering kita lihat kilapan cahaya yang diikuti suara yang sangat kencang dan bergemuruh. Kilapan cahaya tersebut dikenal dengan nama “kilat” atau “halelintar”; suara yang sangat kencang itu dinamakan “petir”; dan suara yang bergemuruh bertalu-talu yang seolah-olah seperti suara benda besar yang menggelinding dinamakan “ guruh” atau “guntur”. Peristiwa terjadinya kilat dan guntur biasanya diikuti dengan hujan dan angin kencang. Oleh karena itu adanya peristiwa tersebut dikenal dengan “badai guntur”.

Bagaimana timbulnya badai guntur ?

Badaiguntur timbul dari awan tertentu yang dinamakan “Cumulonimbus”. Cumulonimbus adalah awan yang bentuknya seperti gundukan. Bagian atas lebih besar dibandingkan bagian bawah. Dasarnya berwarna abu-abu sampai kehitam-hitaman. Puncaknya ada yang berserabut tampak seperti jambul, ada pula yang berbentuk seperti landasan tempa. Dari dasar sampai puncaknya dapat mencapai tinggi 20 km. Cumulonimbus dapat menimbulkan hujan deras dalam waktu pendek sampai sekitar 30 menit; kadang-kadang disertai angin kencang. Cumulonimbus berisi tetes-tetes air dan kristal-kristal es. Tetes-tetes air terdapat di bagian bawah, campuran tetes air dan kristal es di bagian tengah, dan kristal es di bagian atas. Kristal es sering berukuran besar dan menimbulkan hujan batu (hujan es). Cumulonimbus berukuran besar sehingga dapat terlihat jelas bentuknya apabila dilihat dari jarak jauh. Dapat terlihat hanya satu seperti terpencil, dan juga dapat terlihat banyak dan berderet. Cumulonimbus mengandung muatan listrik yang dapat menimbulkan kilat dan badai guntur. Oleh karena itu Cumulonimbus sering disebut awan guntur.

Di mana awan guntur mudah terbentuk?

Awan guntur dapat terbentuk apabila udara panas dan kelembapannya tinggi terangkat ke atas dalam udara yang makin ke atas makin dingin. Dari cara pembentukan dan lokasi timbulnya, awan guntur dibedakan dalam tiga jenis, yakni awan guntur massa udara, awan guntur termal, dan awan guntur orografi. Awan guntur massa udara adalah jenis awan guntur yang biasa terjadi di kawasan luar tropik; terbentuk karena desakan massa udara dingin kepada massa udara panas. Ketika massa udara dingin mendesak massa udara panas, udara panas terangkat dan uap airnya cepat mengembun karena di atas suhu udara sangat rendah. Waktu terjadinya tidak tertentu. Jenis awan guntur massa udara juga dapat terjadi diatas lautan pada daerah pertemuan antara angin darat dan angin laut; bila di atas laut terjadinya pada malam hari, dan bila di darat pada siang atau sore hari.

Awan guntur termal umumnya terdapat di atas daratan bila udara di dekat permukaan panas dan lembap terangkat ke atas. Oleh karena itu awan guntur termal umumnya timbul pada siang atau sore hari setelah udara di dekat permukaan tanah panas karena sinaran matahari. Awan guntur mudah terbentuk apabila gumpalan udara yang panas dan kelembapannya tinggi naik di dalam udara yang makin ke atas suhunya berubah cepat makin rendah. Penurunan suhu yang memudahkan terbentuknya awan guntur sekitar 6 sampai 10 oC/km. Udara yang demikian disebut takmantap. Selain itu apabila di lapisan atas beda antara suhu dan suhu titikembun besar, udara dapat terangkat dengan kecepatan besar dan menumbuhkan awan Cumulonimbus yang besar. Awan guntur orografi terjadi karena udara takmantap naik karena rintangan yang tinggi, misalnya di atas gunung. Dengan adanya rintangan tersebut udara terdorong ke atas, sehingga awan yang terbentuk menjadi sangat tinggi menjadi awan Cumulonimbus yang kuat. Umumnya terjadi pada sore dan menjelang malam hari.

Kapan badai guntur sering terjadi?

Awan guntur dapat menimbulkan hujan dan angin ribut, yang secara bersama disebut badai guntur. Di kawasan luartropik badaiguntur sering terjadi pada akhir musim dingin sampai awal musim panas; sedangkan di kawasan tropik termasuk di Indonesia dapat terjadi di sembarang waktu, tetapi lebih sering terjadi pada awal musim hujan dan menjelang akhir musim hujan, karena pada awal musim hujan udara masih cukup panas dan kelembapannya mulai tinggi, dan pada akhir musim hujan udara mulai panas dan kelembapannya masih cukup tinggi.

Awan guntur dan badai guntur tidak terbentuk secara mendadak melainkan secara bertahap. Dari pertumbuhannya, sel–sel badaiguntur dapat dibedakan dalam tiga tingkatan, yakni tingkat muda atau tingkat kumulus, tingkat dewasa, dan tingkat tua, yang bagannya seperti pada gambar berikut :

Bagan tingkat pertumbuhan sel badaiguntur : tingkat muda (kiri), tingkat dewasa (tengah), dan tingkat tua (kanan). Tingkat muda ditandai dengan timbulnya awan pertama yang tumbuh menjadi besar berbentuk Cumulus. Pada tingkat muda tersebut di dalam awan seluruhnya udara bergerak keatas (gb. kiri). Kecepatan naik terbesar sekitar 1 km/menit terdapat pada bagian atas di atas paras beku. Paras beku adalah ketinggian atau paras dalam udara yang suhunya 0 oC. Di Indonesia paras beku terdapat pada ketinggian sekitar 5 – 6 km dari permukaan bumi. Pada tingkat muda awan dapat mencapai tinggi sekitar 10 km dan pada puncaknya terdapat gerak yang tidak teratur atau teraduk sehingga ada yang naik dan ada yang turun. Tekanan udara di bawah awan turun karena udara di bawah awan tersebut menjadi panas. Umur tingkat muda tersebut sangat pendek, hanya sekitar 30 menit (gb. tengah). Selanjutnya tumbuh sampai tingkat dewasa.

Tingkat dewasa ditandai dengan mulainya terjadi gerak udara turun dan hujan yang makin lebat (gb. kanan). Hujan paling lebat terjadi sekitar 10 – 15 menit kemudian setelah tingkat muda mencapai maksimum; tetapi masih terdapat pertumbuhan keatas, dan dapat mencapai ketinggian 13 km atau lebih, bahkan ada yang sampai 20 km. Arus naik paling kuat terdapat di bagian tengah awan pada ketinggian antara 6 –7 km. Pada bagian tersebut kecepatan naik mencapai 1 – 1,5 km/menit; sedangkan di bagian lain terdapat arus turun. Arus turun paling besar terdapat pada bagian bawah awan dengan kecepatan turun mencapai 0,8 – 1 km/menit. Arus turun tersebut dapat menimbulkan angin mendadak dengan kecepatan besar, penurunan mendadak pada suhu udara, dan kenaikan tekanan udara di bawah awan. Arus turun dapat sangat kuat dan disebut “longsoran udara (down burst).”

Longsoran udara pada awan badaiguntur.

Selain itu pada tingkat dewasa dapat timbul muatan listrik akibat dari gesekan antar molekul air, dan antar butir es dalam awan. Bila muatan listrik mencapai jumlah yang sangat besar dapat terjadi loncatan muatan yang disebut kilat. Kilat terjadi berkali-kali dan makin bertambah sering. Hujan deras terjadi beberapa menit setelah frekuensi kilat mencapai maksimum. Tingkat tua ditandai dengan melemahnya badai guntur. Curahan yang terjadi mulai berkurang. Hampir di seluruh bagian awan terdapat arus turun dengan kecepatan rendah. Warna awan menjadi kehitam-hitaman dan mulai terbelah-belah dan menjadi kecil. Waktu hidupnya sel badaiguntur mulai dari tumbuhnya kemudian menjadi tingkat muda, tingkat tua dan akhirnya mati, selama sekitar 2 jam.

Bagaimana terjadinya kilat?

Benyamin Franklin (1706–1790) di Philadelphia dengan layang-layangnya melakukan penelitian tentang adanya aliran listrik dalam udara. Selanjutnya Benjamin Franklin mengemukakan bahwa kilat berupa loncatan muatan elektro statik. Dalam meteorologi diartikan bahwa kilat adalah salah satu fenomena elektrometeor berupa luahan muatan elektrik dalam udara. Kilat dapat terjadi dari satu tempat ke tempat lain di dalam suatu awan yang sama, dari awan ke awan lain, dan dari awan ke bumi atau sebaliknya dari bumi ke awan. Kilat dapat menimbulkan petir dan guntur. Kilat yang kuat umumnya berasal dari awan guntur atau awan Kumulonimbus. Awan guntur yang tinggi pada tahap dewasa dan pada awal tahap tua di dalamnya terdapat butir-butir air dan butir-butir es serta arus udara naik dan turun; bagian atasnya dapat mencapi suhu lebih rendah dari -30 °C. Arus naik dan turun mengaduk butir-butir es sehingga butir-butir atau kristal-kristal es bergesekan. Dari gesekan-gesekan tersebut terjadilah pemisahan muatan listrik positip dan negatip. Karena terbawa oleh butir-butir air yang turun muatan elektrik positip mengumpul di bagian bawah dan muatan elektrik negatip mengumpul di bagian atas. Bila jumlahnya sudah cukup banyak beda potensial menjadi tinggi sampai mencapai lebih dari 1000.000 Volt terjadilah loncatan muatan. Tetapi terjadinya loncatan muatan tersebut tidak sekaligus, melainkan secara bertahap. Menurut teori dasarnya ada tiga tahap yang sampai saat ini digunakan, yakni tahap perintis, tahap pemandu, dan tahap pengaliran. Mula-mula atau pada tahap perintis ditandai dengan adanya loncatan sedikit muatan positip ke puncak-puncak bangunan, pohon, atau yang lain yang menjulang tinggi di bumi. Karena loncatan muatan elektrik tersebut, udara yang dilewati juga menjadi bermuatan elektrik yang seolah-olah bertindak sebagai pembuka atau pemandu jalannya loncatan muatan elektrik berikutnya. Selanjutnya dengan pemandu tersebut loncatan elektrik yang lebih besar dapat timbul. Penemuan baru yang dikemukakan oleh Aleksandr Giurevich dari Lebedev Physical Institute pada 1992 mengatakan bahwa timbulnya kilat dipandu oleh sinar kosmik yang mengionisasi atom-atom sehingga terbentuk elektron-elektron yang dipercepat gerakannya oleh medan listrik mengionisai molekul-molekul udara. Dengan ion-ion yang terbentuk tersebut udara menjadi konduktif dan bertidak sebagai saluran yang memicu luahan muatan listrik berupa kilat. Selain itu juga ada teori lagi dari Gerald Fishman NASA tahun 1994 bahwa sebagai pemicu berasal dari sinar gamma yang keluar dari ruang angkasa. Bentuk kilat berbagai macam, antara lain yang terkenal adalah : kilat berkas (streak lightning), kilat garpu (forked lightning), kilat lembaran (sheet lightning), kilat bahang atau kilat api (heat lightning), kilat bola (ball lightning), kilat roket (rocket lightning). Kilat berkas adalah kilat dari awan ke bumi yang tampak seperti kilapan berkas cahaya. Kilat garpu adalah kilat dari awan ke bumi yang ujungnya bercabang-cabang seperti garpu. Kilat lembaran adalah kilat yang hanya tampak seperti lembaran kilapan cahaya terang dan baur. Kilat bahang, sering disebut pula kilat api, berupa kilapan cahaya terang yang tampak di kejauhan dan lama setelah tampak disusul suara guntur. Kilat bola berupa kilapan cahaya berbentuk seperti bola yang garis tengahnya sekitar 0,3 meter, bergerak cepat pada suatu benda padat atau mengapung di udara, dan setelah itu meledak seperti bom; tetapi kilat tersebut jarang terjadi. Kilat roket adalah kilat yang sangat cepat seperti roket. Kilat, antara lain dapat mengganggu alat telekomunikasi, saluran listrik. Kilat juga dapat terjadi pada letusan gunung, seperti yang contohnya terjadi pada waktu meletusnya gunung Galunggung September 1982,.

Bagaimana terjadinya petir dan guntur ?

Petir adalah suara yang sangat tinggi yang terdengar segera setelah terjadi kilat. Kecepatan kilat dapat mencapai lebih dari 60000 meter/detik, dan memanaskan udara yang dilalui sampai lebih dari 30000 oC. Karena pemanasan tersebut udara mengembang dengan sangat cepat seolah-olah meledak dan timbul suara letupan yang sangat tinggi.

Bagaimana cara mencatat adanya badai guntur?

Banyaknya badaiguntur umumnya dinyatakan dengan menggunakan parameter hari badaiguntur, yakni hari yang sekurang-kurangnya terdapat ada satu badaiguntur. Indonesia termasuk kawasan yang kaya akan badaiguntur karena keadaan udaranya memenuhi syarat yang diperlukan, antara lain pemanasan cukup, kelembapan udara tinggi, dan banyak pegunungan. Kalijati di Jawa Barat tercatat sebagai tempat yang paling banyak badaigunturnya. Untuk mengetahui sebaran banyaknya badaiguntur dibuat peta hari guntur. Garis–garis yang menghubungkan tempat dengan hari badaiguntur disebut garis isokeraunik. Frekuensi hari badai guntur di beberapa tempat di Indonesia (sumber BMG 1950-1980): Medan (144/th); Padang (78/th); Pangkalpinang (120/th); Jakarta (144/th); Kalijati (149/th); Jatiwangi (145/th); Yogyakarta (120/th); Semarang (135/th); Madiun (140/th); Surabaya (130/th); Denpasar (33/th); Ampenan (53/th) ; Kupang (61/th); Ambon (20/th); Biak (150/th); Makasar (105/th); Kendari (95/th); Manado (55/th); Balikpapan (104/th); Banjarmasin (91/th). Salah satu data tingkat kerawanan petir adalah peta isokeraunik level. Data terakhir yang dicatat BMKG menunjukkan bahwa daerah Kalimantan barat dan Kalimantan Tengah mempunyai tingkat Isokeraunik Level (IKL) paling tinggi di Indonesia.

Manfaat dan bahayanya badai guntur.

Seperti halnya fenomena alam umumnya, badai guntur mempunyai sifat yang menguntungkan dan sifat yang yang membahayakan.

(1) Pada tahap muda pertumbuhan kearah vertikal memperagakan wujud pengaliran panas ke tempat yang tinggi kemudian dikeluarkan kedalam udara di atasnya. Selanjutnya bahang tersebut dialirkan ke tempat lain. Panas tersebut berupa bahang teridera yakni panas yang langsung berasal dari sinaran matahari dan yang dapat kita rasakan atau kita ukur, dan bahang pendam, yakni panas yang terkandung di dalam uap air. Dengan demikian awan badai guntur bertindak sebagai pendorong terjadinya peredaran udara. Bila demikian, dapat dibayangkan apabila secara terus-menerus udara di dekat permukaan bumi terpanasi oleh sinaran matahari kemudian panas tersebut tidak terangkut atau tidak tersalurkan; maka udara akan menjadi sangat panas dan dapat merusak kehidupan di bumi.

(2) Pada tahap dewasa kilat banyak terjadi. Kilat tersebut dapat menghasilkan Nitrogen dalam udara. Hujan yang terjadi membawa Nitrogen tersebut ke bumi. Dengan demikian kadar nitrogen dalam tanah menjadi besar dan bermanfaat bagi tanaman. Tetapi di sisi lain kilat dengan tenaga yang sangat besar dapat menimbulkan kerusakan.

(3) Menurut hasil penelitian, kita ini sebenarnya bertempat tinggal dalam suatu medan listrik yang sangat luas yang ditimbulkan oleh lempengan bidang bola dari lapisan ionosfer dan permukaan bumi. Ionosfer yang terdapat pada ketinggian sekitar 90 km adalah bagian atmosfer yang banyak mengandung ion-ion positip yang dihasilkan dari proses fotolistrik sinar kosmik dari matahari. Di permukaan bumi banyak terkandung ion-ion bermuatan listrik negatip yang banyak berasal dari bahan-bahan radioaktif. Jadi permukaan bumi dan lapisan ionosfer dapat diserupakan dengan kondensor bola dengan atmosfer atau udara diantaranya sebagai konduktor. Mungkin sulit untuk dibayangkan bahwa secara keseluruhan antara ionosfer dan bumi terdapat beda potensial listrik sekitar 360.000 Volt dan arus konduksi sebesar 1800 Ampere. Bandingkan dengan listrik di rumah-rumah yang potensialnya hanya sebesar 220 Volt sudah dapat menimbulkan kematian apabila salah menggunakannya. Tetapi karena nilai tersebut untuk seluruh permukaan bumi apabila disatukan, sedangkan permukaan bumi sangat luas maka arus tersebut tidak terasakan. Kalau dihitung rata-ratanya, tiap meter persegi dilewati arus listrik sebesar tiga per sepuluh juta miliampere saja. Namun bagaimana kalau dorongan dari arus listrik tidak ada? Bila arus listrik atmosfer berhenti, beda potensialnya akan menjadi besar dan dapat terjadi ledakan atau loncatan listrik yang sangat besar. Dalam kaitannya dengan kelistrikan atmosfer tersebut awan guntur dipandang sebagai generator listrik yang mengatur kelangsungan peredaran listrik atmosfer. Dengan adanya kilat yang dihasilkan awan guntur arus dapat berjalan dengan lancar. Oleh karena itu dalan seluruh dunia setiap saat terbentuk awan badai guntur yang diperhitungkan sekitar 2000 – 3000 awan badai guntur setiap saat dan tidak kurang dari 16 juta badai kilat setiap tahunnya.