IPA SMP · Cuaca dan Siklus Air · Fiqih Ibadah
Siklus Air, Awan, Hujan, dan Salat Istisqa
Air yang jatuh hari ini sudah pernah menguap dari laut. Tidak ada air yang hilang dan tidak ada yang baru: yang ada hanya berpindah tempat dan wujud.
- Menjelaskan perpindahan air: penguapan, kondensasi, presipitasi, limpasan, resapan
- Menghitung titik embun dan ketinggian dasar awan
- Menjelaskan mengapa tanah berhutan lebih aman dari banjir
- Mengaitkan hujan dengan QS. Ar-Rum: 48, An-Nur: 43, dan salat istisqa
Naikkan suhu laut dari 20 ke 36 °C. Perhatikan dua hal: penguapan bertambah, dan dasar awan naik atau turun?
Tekan Lanjut, tombol panah, atau geser layar.
Model sederhana: 170 titik mewakili air yang jumlahnya tetap. Laju penguapan dihitung dari selisih tekanan uap (hukum Dalton), laju hujan dan pembagian limpasan dengan resapan adalah angka ajar, bukan data lapangan.
Awan mulai di sini
Udara yang naik mengembang dan mendingin. Di titik embun, uapnya mengembun jadi awan.
- Udara yang belum jenuh turun suhunya sekitar 9,8 °C tiap naik 1 km (laju kering).
- Titik embunnya ikut turun, tetapi hanya sekitar 1,8 °C/km. Jarak suhu dan titik embun menyempit 8 °C/km.
- Keduanya bertemu saat jaraknya habis: 1 km ÷ 8 = 125 m untuk tiap °C selisih. Itulah dasar awan.
- Di atas dasar awan udara jenuh. Pengembunan melepas kalor, sehingga penurunannya melambat jadi sekitar 6,5 °C/km (laju jenuh; angka ini bervariasi 4 sampai 9).
Turunkan kelembapan ke 30%. Dasar awan naik tinggi. Naikkan ke 100%: awan menyentuh tanah, itulah kabut.
Model paket udara tanpa percampuran. Titik embun dihitung dengan rumus Magnus (tekanan uap jenuh).
Dari awan ke hujan
Tetes awan terlalu kecil untuk jatuh. Hujan baru turun setelah tetes tumbuh ribuan kali lipat.
- Uap air perlu permukaan untuk mengembun: inti kondensasi berupa debu, garam laut, atau jelaga.
- Tetes awan berjari-jari sekitar 10 µm. Kecepatan jatuhnya hanya sekitar 1 cm/s, jadi ia melayang.
- Kondensasi menumbuhkan tetes dengan cepat pada awalnya, lalu melambat. Tetes sebesar 20 µm lebih jarang tumbuh lagi.
- Tabrakan dan penggabungan: tetes besar jatuh lebih cepat, menabrak dan menyerap tetes kecil di jalurnya. Lajunya makin cepat seiring makin besar.
- Terlalu banyak inti (polusi) membagi air ke banyak tetes mungil, sehingga hujan tertunda.
Naikkan inti kondensasi ke 1.000. Tetes tidak sempat tumbuh besar. Lalu naikkan kandungan air awan atau arus naiknya.
Model: pertumbuhan kondensasi r·dr/dt = G·S (S = 0,6%), lalu penyapuan kontinu dr/dt = E·L·(v − vkecil)/(4ρ). Awan setebal 2 km. Waktu dipercepat 150 kali. Angkanya model ajar, hujan nyata sangat bervariasi.
Jenis awan dan ketinggiannya
Nama awan memberi tahu ketinggian, isi, dan cuacanya.
- Suhu turun sekitar 6,5 °C/km sampai tropopause. Di atas 0 °C awan berisi tetes air, di bawah −38 °C murni kristal es.
- Awan rendah (0–2 km): stratus, kumulus. Menengah: altokumulus, altostratus. Tinggi: sirus.
- Kumulonimbus tumbuh dari dasar rendah hingga dekat tropopause, tebal belasan kilometer. Itu awan petir dan hujan lebat.
- Tropopause di wilayah tropis (sekitar 16 km) jauh lebih tinggi daripada di lintang sedang (sekitar 11 km).
Pilih Kumulonimbus lalu geser tinggi pelacak dari dasar ke puncak. Bagaimana suhu dan wujud air di dalamnya berubah?
Atmosfer standar disederhanakan (penurunan tetap 6,5 °C/km). Rentang tinggi mengikuti klasifikasi WMO per wilayah.
Hujan di pegunungan
Gunung memaksa udara naik. Satu sisi hujan lebat, sisi lain kering dan hangat.
- Angin lembap dari laut naik di lereng. Di bawah dasar awan ia mendingin 9,8 °C/km, di atasnya 6,5 °C/km.
- Makin dingin, makin sedikit uap yang tertampung. Selisihnya mengembun dan jatuh sebagai hujan orografis di sisi angin datang.
- Di sisi sebaliknya udara turun dan memampat. Tanpa air tersisa, ia menghangat 9,8 °C/km: hangat dan kering. Itulah bayangan hujan dan angin foehn.
- Di Indonesia, contohnya angin Bohorok, Kumbang, dan Gending yang kering dan panas di sisi lee pegunungan.
Turunkan gunung sampai lebih rendah dari dasar awan. Apa yang terjadi pada hujannya? Lalu naikkan lagi dan bandingkan suhu sisi bayangan dengan pantai.
Hujan dihitung dari selisih rasio campuran uap di pantai dan di puncak, untuk lapisan udara setebal 1 km (sekitar 1,1 ton per m²), dengan anggapan semua air yang mengembun jatuh. Itu batas atas.
Di darat: resapan atau limpasan
Hutan menahan dan meresapkan hujan. Beton mengirim hampir semuanya langsung ke sungai.
- Hujan yang jatuh terbagi dua: meresap ke tanah (menjadi air tanah) atau mengalir di permukaan (limpasan).
- Volume limpasan dihitung dengan metode bilangan kurva SCS. Debit puncaknya dengan metode rasional: Q = C · i · A / 3,6.
- Makin banyak permukaan kedap air, makin tinggi dan makin cepat puncak banjirnya, dan makin pendek waktu untuk bersiap.
- Daerah tangkapan di sini seluas 10 km², sungainya mampu mengalirkan 60 m³/s sebelum meluap.
Mulai dari hutan 80%. Geser beton ke 60% sambil hutan turun. Pada kombinasi apa sungai meluap pada hujan 50 mm/jam?
Sisa lahan adalah ladang atau lahan terbuka. Angka tabel khas untuk tanah golongan B: bilangan kurva (CN) hutan 55, ladang 80, beton 98. Koefisien C: 0,15, 0,35, 0,9. Daerah nyata berbeda.
Tadabbur ayat
Angin menggerakkan awan, awan bergabung dan bertumpuk, lalu hujan keluar dari celahnya.
ٱللَّهُ ٱلَّذِى يُرْسِلُ ٱلرِّيَٰحَ فَتُثِيرُ سَحَابًا فَيَبْسُطُهُۥ فِى ٱلسَّمَآءِ كَيْفَ يَشَآءُ وَيَجْعَلُهُۥ كِسَفًا فَتَرَى ٱلْوَدْقَ يَخْرُجُ مِنْ خِلَٰلِهِۦ
QS. Ar-Rum: 48 (bagian awal). Allah yang mengirim angin, lalu angin itu menggerakkan awan; Dia membentangkannya di langit menurut kehendak-Nya, menjadikannya bergumpal-gumpal, lalu engkau melihat hujan keluar dari celah-celahnya.
أَلَمْ تَرَ أَنَّ ٱللَّهَ يُزْجِى سَحَابًا ثُمَّ يُؤَلِّفُ بَيْنَهُۥ ثُمَّ يَجْعَلُهُۥ رُكَامًا فَتَرَى ٱلْوَدْقَ يَخْرُجُ مِنْ خِلَٰلِهِۦ
QS. An-Nur: 43 (bagian awal). Tidakkah engkau melihat bahwa Allah menggiring awan, kemudian mengumpulkan bagian-bagiannya, lalu menjadikannya bertumpuk-tumpuk; lalu engkau melihat hujan keluar dari celah-celahnya.
Gambar di samping adalah model ajar untuk merenungkan urutan yang disebut ayat, bukan tafsir dan bukan bukti. Lanjutan An-Nur: 43 menyebut butiran es dari "gunung-gunung" (jibal); ulama tafsir memaknainya beragam, sebagian mengaitkannya dengan awan menjulang yang berisi es. Hindari klaim bahwa ayat "memprediksi" sains modern. Rujuk guru tafsir.
Model ajar: tiap awan kecil setebal 1 km, dasar awan 25 °C, penggabungan menambah tebal 1 km per awan. Suhu puncak = 25 − 6,5 × tebal (km). Air maksimum (mm) = kandungan air (g/m³) × tebal (km). Tahap hanya kaidah praktis.
Fiqih ibadah
Salat istisqa: meminta hujan dengan taubat, salat, khutbah, doa, dan menjaga air sebagai amanah.
اللَّهُمَّ اسْقِنَا غَيْثًا مُغِيثًا مَرِيئًا مَرِيعًا نَافِعًا غَيْرَ ضَارٍّ عَاجِلًا غَيْرَ آجِلٍ
Doa istisqa yang diriwayatkan Abu Dawud: "Ya Allah, turunkanlah hujan yang menolong, menyuburkan, menyegarkan, bermanfaat, tidak mencelakakan, segera dan tidak tertunda."
Mayoritas ulama (Maliki, Syafii, Hanbali) menyunahkan salat dua rakaat berjamaah di lapangan, dengan khutbah dan membalik selendang. Urutan khutbah dan salat berbeda antar mazhab, begitu juga tambahan takbir seperti salat Id dan cara membalik selendang. Abu Hanifah memandang yang disyariatkan adalah doa dan istigfar, bukan salat berjamaah khusus, dan tidak menganggap selendang sunah. Cocokkan dengan guru fiqih dan mazhab setempat.
Hujan adalah rahmat dan kehendak Allah; sains menjelaskan caranya. Ikhtiar kita: tidak boros (QS. Al-A'raf: 31), dan bersyukur karena air bisa mengering (QS. Al-Mulk: 30). Riwayat Bukhari-Muslim menyebut Nabi berwudu dengan kira-kira satu mudd (sekitar 0,6 liter) dan mandi dengan satu sa' (sekitar 2,5 liter).
Air sebagai amanah: berapa yang kita pakai?
Asumsi: pancuran 8 L/menit, kran wudu 6 L/menit, 5 kali wudu per orang per hari, 1 tetes = 0,05 mL, keperluan lain 30 L per orang. Pedoman WHO untuk kebutuhan dasar: kira-kira 50 sampai 100 L per orang per hari.
Uji pemahaman
Setiap jawaban benar menambah air di embung desa.
Embung masih kosong. Setiap jawaban benar mengisinya sepertujuh.
Rangkuman
Air berputar menurut hukum yang bisa dihitung. Ibadah dan ikhtiar berjalan bersama.
- Uap naik, mendingin 9,8 °C/km, mengembun di dasar awan ≈ 125 m × (T − Td).
- Tetes tumbuh lewat kondensasi lalu tabrakan; terlalu banyak inti menunda hujan.
- Gunung menciptakan sisi hujan dan sisi bayangan hujan.
- Hutan meresapkan, beton meluapkan.
- Ayat tentang awan diajarkan sebagai tadabbur; salat istisqa adalah doa, bukan teknologi hujan.
- Hujan adalah amanah: syukuri dan hemat.
وَجَعَلْنَا مِنَ ٱلْمَآءِ كُلَّ شَىْءٍ حَىٍّ
QS. Al-Anbiya: 30 (bagian akhir). Dan Kami jadikan dari air segala sesuatu yang hidup.
Tugas: ukur curah hujan sehari dengan gelas bening bermulut lurus (mm = tinggi air), lalu hitung berapa liter jatuh di atap rumahmu: luas atap (m²) × mm.
Ukuran tetes mengikuti distribusi Marshall-Palmer: Dmedian = 0,9 R0,21 mm. Waktu penakar dipercepat 600 kali. Kelas per jam mengikuti pembagian BMKG: ringan 1–5, sedang 5–10, lebat 10–20, sangat lebat di atas 20 mm/jam.