Proses Terjadinya Hujan

Bagaimana Hujan Bisa Terjadi? Begini Perjalanan Air dari Bumi hingga Jatuh dari Langit

                               Sumber gambar: istock

Pernahkah kita berhenti sejenak ketika hujan turun dan bertanya, sebenarnya dari mana air sebanyak itu berasal?

Pertanyaan tersebut terdengar sederhana. Kita mungkin sejak kecil sudah mengetahui bahwa hujan berasal dari awan. Air menguap, membentuk awan, kemudian turun kembali ke bumi dalam bentuk hujan. Namun, jika ditelusuri lebih jauh, proses terjadinya hujan ternyata jauh lebih menarik daripada yang terlihat.

Setetes air hujan yang jatuh ke tanah bukanlah air yang tiba-tiba muncul dari langit. Air tersebut merupakan bagian dari sebuah perjalanan panjang yang terus berlangsung di bumi. Air dari laut, sungai, danau, tanah, bahkan tumbuhan dapat masuk ke atmosfer, berubah menjadi uap air, berkumpul membentuk awan, kemudian kembali ke permukaan bumi sebagai hujan.

Siklus yang terus berlangsung tersebut dikenal sebagai siklus hidrologi atau siklus air.

Menariknya lagi, air di bumi pada dasarnya terus berpindah dan berubah bentuk. Air dapat berada dalam bentuk cair, gas berupa uap air, maupun padat seperti es. Siklus air memungkinkan air terus bergerak antara permukaan bumi, tanah, laut, dan atmosfer.

Lantas, bagaimana proses tersebut akhirnya menghasilkan hujan?

Semuanya Bermula dari Panas Matahari

Untuk memahami bagaimana hujan terjadi, kita perlu memulainya dari sesuatu yang sangat dekat dengan kehidupan sehari-hari: matahari.

Matahari memberikan energi yang sangat besar kepada bumi. Energi tersebut memanaskan permukaan laut, sungai, danau, tanah, dan berbagai permukaan yang mengandung air.

Ketika air mendapatkan energi panas yang cukup, sebagian molekul air dapat berubah dari bentuk cair menjadi gas. Proses tersebut disebut evaporasi atau penguapan.

Laut merupakan salah satu sumber utama air yang masuk ke atmosfer melalui proses penguapan. NOAA menjelaskan bahwa lebih dari 96 persen air di bumi berada di lautan, sehingga laut memiliki peranan sangat besar dalam siklus air global.

Namun, laut bukan satu-satunya sumber uap air.

Air dari sungai, danau, genangan, tanah, serta permukaan basah lainnya juga dapat menguap. Bahkan tumbuhan ikut berkontribusi melalui proses yang disebut transpirasi, yaitu pelepasan uap air dari tumbuhan ke atmosfer.

Dengan demikian, ketika kita melihat udara yang tampak kosong, sebenarnya atmosfer mengandung uap air yang tidak terlihat oleh mata.

Uap air inilah yang nantinya menjadi salah satu bahan utama pembentukan awan.

Mengapa Air Bisa Naik ke Langit?

Mungkin muncul pertanyaan lain: jika air memiliki massa, bagaimana air bisa berada di langit?

Jawabannya berkaitan dengan perubahan bentuk air dan pergerakan udara.

Ketika air menguap, air berubah dari cair menjadi gas berupa uap air. Uap air kemudian bercampur dengan udara di atmosfer.

Pada saat yang sama, udara yang hangat dapat bergerak naik. Udara yang naik akan mengalami perubahan tekanan dan umumnya mendingin ketika mencapai ketinggian yang lebih tinggi.

Menurut U.S. Geological Survey (USGS), awan terbentuk ketika udara yang mengandung uap air naik dan mengalami pendinginan sehingga uap air dapat mengalami kondensasi.

Jadi, awan sebenarnya bukan kumpulan asap atau uap air yang sekadar menggantung di langit. Awan terdiri atas partikel-partikel air yang sangat kecil, baik berupa tetesan air maupun kristal es.

Namun, bagaimana uap air yang tidak terlihat bisa berubah menjadi tetesan air yang dapat kita lihat?

Di sinilah proses kondensasi memainkan peranan penting.

Ketika Uap Air Berubah Menjadi Tetesan Air

Kondensasi merupakan proses ketika uap air berubah kembali menjadi air dalam bentuk cair.

Contoh sederhana kondensasi dapat kita lihat pada gelas berisi minuman dingin. Setelah beberapa saat, bagian luar gelas biasanya dipenuhi titik-titik air.

Air tersebut bukan berarti merembes dari dalam gelas. Uap air yang terdapat di udara bertemu dengan permukaan gelas yang dingin, kemudian mengalami kondensasi menjadi tetesan air.

Hal yang serupa terjadi di atmosfer, meskipun prosesnya jauh lebih kompleks.

Ketika udara lembap naik ke atmosfer dan menjadi semakin dingin, kemampuan udara untuk mempertahankan uap air dalam bentuk gas berubah. Ketika kondisi tertentu tercapai, uap air mulai mengalami kondensasi.

Tetapi kondensasi di atmosfer biasanya membutuhkan sesuatu yang menjadi tempat bagi uap air untuk berkumpul.

Partikel-partikel kecil di udara seperti debu, garam, atau partikel lainnya dapat menjadi inti kondensasi awan (cloud condensation nuclei). Uap air kemudian dapat berkondensasi pada partikel-partikel tersebut dan membentuk tetesan air yang sangat kecil.

Tetesan tersebut sangat kecil sehingga dapat tetap melayang di atmosfer.

Dalam jumlah yang sangat banyak, kumpulan tetesan air atau kristal es itulah yang kemudian kita kenali sebagai awan.

Awan Tidak Selalu Menghasilkan Hujan

Ada satu kesalahpahaman yang cukup umum: jika ada awan, berarti sebentar lagi akan hujan.

Padahal, tidak semua awan menghasilkan hujan yang mencapai permukaan bumi.

USGS menjelaskan bahwa tetesan air di dalam awan umumnya sangat kecil. Ukurannya belum cukup besar untuk jatuh sebagai hujan karena gerakan udara di dalam awan dapat membuat tetesan tersebut tetap melayang.

Artinya, terbentuknya awan baru merupakan salah satu tahap dalam perjalanan menuju hujan.

Agar hujan benar-benar turun, tetesan air atau partikel es di dalam awan harus mengalami pertumbuhan hingga cukup besar dan berat.

Pertanyaannya kemudian adalah: bagaimana tetesan air yang sangat kecil tersebut bisa berubah menjadi tetesan hujan?

Tetesan Air Mulai Bertumbuh

Di dalam awan terdapat jutaan bahkan lebih banyak lagi tetesan air yang ukurannya sangat kecil. Tetesan-tetesan tersebut terus bergerak dan dapat saling bertabrakan.

Ketika dua atau lebih tetesan air bertemu dan bergabung, terbentuk tetesan yang lebih besar. Proses penggabungan tersebut dikenal sebagai koalesensi.

Semakin banyak tumbukan dan penggabungan yang terjadi, semakin besar pula ukuran tetesan air.

USGS menjelaskan bahwa untuk menghasilkan satu tetes hujan, diperlukan proses pertumbuhan yang sangat besar dari tetesan-tetesan awan yang berukuran jauh lebih kecil.

National Weather Service bahkan menjelaskan bahwa sebuah tetes hujan berukuran sekitar 2 milimeter dapat mengandung air yang setara dengan sekitar satu juta tetesan awan yang sangat kecil.

Angka tersebut menunjukkan betapa panjangnya perjalanan sebuah tetes air sebelum akhirnya jatuh ke tanah.

Peran Kristal Es dalam Pembentukan Hujan

Pembentukan hujan ternyata tidak selalu hanya melibatkan tetesan air.

Di bagian awan yang suhunya sangat rendah, dapat terdapat kristal es. Dalam kondisi tertentu, kristal es dapat tumbuh dengan mengambil uap air di sekitarnya.

Ada proses penting yang dikenal sebagai proses Bergeron-Findeisen. Secara sederhana, dalam awan yang mengandung kristal es dan tetesan air, kristal es dapat tumbuh dengan lebih cepat melalui perpindahan uap air.

Kristal es yang semakin besar kemudian dapat jatuh. Ketika melewati lapisan udara yang lebih hangat, kristal tersebut dapat mencair dan akhirnya mencapai permukaan bumi sebagai hujan.

Dengan demikian, air hujan yang kita lihat jatuh dalam bentuk cair tidak selalu berasal dari tetesan air cair sejak awal. Dalam kondisi atmosfer tertentu, perjalanan air tersebut dapat melibatkan fase es terlebih dahulu.

NASA menjelaskan bahwa presipitasi dapat terbentuk dari partikel air cair maupun es yang tumbuh di dalam awan dan kemudian jatuh melalui atmosfer.

Kapan Tetesan Air Mulai Jatuh?

Ada satu hal penting dalam pembentukan hujan: gravitasi.

Tetesan air di dalam awan tidak selamanya bisa bertahan di udara. Ketika ukurannya bertambah, gaya gravitasi semakin mampu menariknya ke bawah.

Namun, perjalanan menuju permukaan bumi tidak selalu mudah.

Udara yang bergerak ke atas di dalam awan dapat menahan tetesan air agar tetap berada di atmosfer. Karena itu, tetesan harus memiliki ukuran dan berat tertentu agar dapat mengatasi gerakan udara tersebut.

Ketika tetesan air akhirnya memiliki kecepatan jatuh yang cukup untuk mengatasi arus udara yang menopangnya, tetesan tersebut mulai turun.

Inilah awal dari presipitasi.

Jika kondisi atmosfer memungkinkan dan tetesan tersebut mencapai permukaan bumi dalam bentuk cair, kita menyebutnya hujan.

Mengapa Ada Awan yang Hanya Mendung tetapi Tidak Hujan?

Pernah melihat langit yang sangat gelap dan penuh awan, tetapi hujan tidak kunjung turun?

Hal tersebut sebenarnya tidak aneh.

Awan dapat mengandung banyak tetesan air, tetapi tidak semuanya tumbuh menjadi cukup besar untuk jatuh ke permukaan.

Bahkan ketika tetesan mulai jatuh, sebagian air dapat kembali menguap sebelum mencapai tanah. National Weather Service menjelaskan bahwa tidak semua presipitasi yang terbentuk di awan akan mencapai permukaan bumi karena sebagian dapat menguap selama perjalanan.

Inilah salah satu alasan mengapa kita terkadang melihat hujan seperti menggantung di kejauhan atau melihat bagian bawah awan yang tampak seperti tirai air, tetapi tanah di tempat kita berada tetap kering.

Jarak, kelembapan, suhu, dan kondisi atmosfer semuanya dapat memengaruhi apakah tetesan air mampu mencapai permukaan.

Mengapa Hujan Bisa Turun Deras?

Hujan tidak selalu turun dengan intensitas yang sama.

Ada hujan yang hanya berupa gerimis. Ada pula hujan yang turun sangat deras dalam waktu singkat.

Perbedaan tersebut berkaitan dengan kondisi atmosfer dan karakter awan yang menghasilkan presipitasi.

Awan yang berkembang secara vertikal dengan kuat, misalnya awan badai atau cumulonimbus, dapat memiliki arus udara naik yang kuat dan kandungan air yang besar. Dalam kondisi tertentu, proses pertumbuhan tetesan air dan kristal es di dalam awan menjadi sangat aktif.

Ketika banyak air akhirnya jatuh dalam waktu relatif singkat, hujan yang sampai ke permukaan dapat menjadi sangat deras.

Itulah sebabnya hujan deras sering kali terjadi bersamaan dengan awan yang tumbuh tinggi dan kondisi atmosfer yang tidak stabil.

Mengapa Hujan Tidak Turun di Semua Tempat Secara Bersamaan?

Jika hujan merupakan bagian dari siklus air, mengapa ketika satu daerah hujan deras, daerah lain justru cerah?

Jawabannya karena atmosfer bumi tidak memiliki kondisi yang sama di setiap tempat.

Jumlah uap air, suhu, tekanan udara, arah angin, kondisi permukaan bumi, keberadaan pegunungan, dan berbagai faktor atmosfer lainnya dapat berbeda dari satu wilayah ke wilayah lain.

Pegunungan, misalnya, dapat memengaruhi pergerakan udara. Ketika udara lembap bergerak menuju pegunungan dan dipaksa naik, udara tersebut dapat mendingin dan mengalami kondensasi. Kondisi ini dapat membantu pembentukan awan dan presipitasi di wilayah tertentu.

Selain itu, pemanasan permukaan bumi yang tidak merata juga dapat memengaruhi pergerakan udara.

Inilah salah satu alasan mengapa cuaca dapat berubah dari satu tempat ke tempat lain.

Setelah Hujan Turun, Ke Mana Airnya Pergi?

Perjalanan air sebenarnya belum selesai setelah hujan menyentuh tanah.

Sebagian air hujan dapat mengalir di permukaan tanah menuju parit, sungai, dan danau. Proses ini dikenal sebagai runoff atau limpasan permukaan.

Sebagian lainnya dapat meresap ke dalam tanah melalui proses infiltrasi dan kemudian menjadi bagian dari air tanah.

Air yang berada di permukaan bumi pada akhirnya dapat kembali menuju sungai dan laut.

Sementara itu, sebagian air diserap oleh tumbuhan. Air tersebut kemudian dapat dilepaskan kembali ke atmosfer melalui transpirasi.

Air yang berada di laut, sungai, tanah, dan tumbuhan dapat kembali masuk ke atmosfer melalui penguapan atau proses lainnya.

Kemudian siklus tersebut berulang.

Air menguap, naik ke atmosfer, mengalami kondensasi, membentuk awan, menjadi presipitasi, kembali ke permukaan bumi, lalu bergerak lagi menuju berbagai tempat sebelum akhirnya kembali ke atmosfer.

Hujan Sebenarnya Bagian dari Perjalanan Air yang Tidak Pernah Berhenti

Jika dipikirkan, hujan merupakan salah satu bagian dari sistem yang sangat besar.

Air yang jatuh dari langit hari ini mungkin berasal dari penguapan laut. Air tersebut kemudian dibawa oleh pergerakan atmosfer, mengalami kondensasi, masuk ke dalam awan, tumbuh menjadi tetesan yang cukup besar, dan akhirnya jatuh ke bumi.

Setelah itu, air tersebut dapat masuk ke sungai, meresap menjadi air tanah, diserap tumbuhan, atau kembali ke laut.

Kemudian, dengan energi dari matahari, sebagian air tersebut kembali menguap.

Siklus tersebut terus berlangsung.

NASA menjelaskan bahwa siklus air merupakan proses berkelanjutan yang menghubungkan laut, daratan, atmosfer, sungai, dan air tanah. Air terus berubah bentuk dan berpindah dari satu tempat ke tempat lainnya.

Fakta Menarik: Awan Tidak Terbuat dari Uap Air Saja

Ada anggapan bahwa awan merupakan kumpulan uap air.

Sebenarnya, uap air sendiri tidak terlihat. Awan yang kita lihat terbentuk terutama dari kumpulan tetesan air berukuran sangat kecil, kristal es, atau campuran keduanya.

Uap air harus mengalami perubahan fase terlebih dahulu agar menjadi partikel air atau es yang dapat terlihat.

Itulah sebabnya kita tidak bisa melihat uap air di atmosfer secara langsung seperti melihat awan.

Secara sederhana, kita dapat membayangkan prosesnya seperti ini:

Air di permukaan → menguap → menjadi uap air → naik dan mendingin → mengalami kondensasi → membentuk awan → tetesan air atau kristal es membesar → jatuh sebagai presipitasi → menjadi hujan → kembali ke permukaan bumi.

Kemudian siklus tersebut dimulai kembali.

Jadi, Bagaimana Sebenarnya Hujan Bisa Terjadi?

Jika seluruh proses tadi diringkas, hujan terjadi melalui beberapa tahapan utama.

Pertama, energi matahari menyebabkan air di permukaan bumi menguap. Tumbuhan juga menambahkan uap air ke atmosfer melalui transpirasi.

Kedua, udara yang mengandung uap air naik ke atmosfer. Ketika semakin tinggi, udara umumnya mengalami pendinginan.

Ketiga, ketika kondisi cukup untuk mencapai kejenuhan, uap air mengalami kondensasi pada partikel-partikel kecil di atmosfer dan membentuk tetesan air atau kristal es. Kumpulan partikel tersebut membentuk awan.

Keempat, tetesan air atau kristal es mengalami pertumbuhan melalui berbagai proses di dalam awan.

Kelima, ketika partikel tersebut menjadi cukup besar dan berat untuk mengatasi gerakan udara ke atas, gravitasi menariknya turun.

Keenam, jika tetesan air tersebut tetap berbentuk cair ketika mencapai permukaan bumi, terjadilah hujan.

Setelah itu, air kembali mengalir, meresap, terkumpul, atau digunakan oleh makhluk hidup. Sebagian akhirnya kembali menguap dan masuk lagi ke atmosfer.

Siklus tersebut tidak berhenti.

Penutup

Hujan ternyata bukan sekadar air yang jatuh dari awan.

Di balik setiap tetes hujan terdapat perjalanan panjang yang melibatkan matahari, laut, sungai, tumbuhan, atmosfer, awan, suhu, angin, gravitasi, hingga perubahan bentuk air.

Proses tersebut menunjukkan bahwa alam bekerja melalui rangkaian yang saling terhubung. Air yang berada di laut dapat menjadi uap, uap tersebut menjadi bagian dari awan, awan menghasilkan hujan, dan air hujan kembali mengisi sungai, tanah, dan laut.

Karena itulah hujan merupakan bagian penting dari kehidupan di bumi. Air hujan membantu mengisi sungai dan danau, menyediakan air bagi ekosistem, mengisi kembali sebagian cadangan air tanah, dan menjadi salah satu bagian utama dalam perputaran air di planet kita.

Jadi, lain kali ketika melihat hujan turun, mungkin kita bisa melihatnya dengan cara yang sedikit berbeda.

Di balik suara rintik air yang jatuh ke atap, sebenarnya sedang berlangsung sebuah perjalanan panjang air dari bumi menuju atmosfer dan kembali lagi ke bumi.

Sebuah perjalanan yang terus berulang, hampir tanpa kita sadari.

Catatan Referensi

1. U.S. Geological Survey (USGS), Water Science School — “Condensation and the Water Cycle.” Sumber ini digunakan untuk penjelasan mengenai kondensasi, pembentukan awan, peran uap air, serta terbentuknya tetesan air di atmosfer.
   USGS — Condensation and the Water Cycle
2. U.S. Geological Survey (USGS), Water Science School — “Precipitation and the Water Cycle.” Digunakan untuk penjelasan mengenai presipitasi, pertumbuhan tetesan air, koalesensi, dan proses terbentuknya hujan.
   USGS — Precipitation and the Water Cycle
3. NOAA/National Weather Service — “Cloud Development.” Digunakan untuk penjelasan mengenai pembentukan awan, inti kondensasi, pertumbuhan tetesan air, dan proses presipitasi.
   National Weather Service — Cloud Development
4. NOAA/NESDIS — “What Is Precipitation?” Digunakan untuk menjelaskan hubungan antara penguapan, transpirasi, kondensasi, awan, dan presipitasi sebagai bagian dari siklus air.
   NOAA — What Is Precipitation?
5. NASA Science — “The Water Cycle.” Digunakan untuk penjelasan mengenai siklus air, penguapan dari laut, transpirasi tumbuhan, kondensasi, awan, dan presipitasi.
   NASA Science — The Water Cycle
6. NASA Goddard Space Flight Center — “Water Cycle and Precipitation.” Digunakan sebagai referensi mengenai hubungan antara perubahan fase air, awan, dan presipitasi dalam sistem iklim dan atmosfer bumi.
   NASA — Water Cycle and Precipitation
7. NOAA — “The Water Cycle.” Digunakan untuk penjelasan mengenai pergerakan air antara laut, daratan, atmosfer, sungai, air tanah, serta proses penguapan dan kondensasi.
   NOAA — The Water Cycle