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