Hidrosfer adalah lapisan air yang ada di permukaan bumi. Kata hidrosfer berasal dari kata hidros yang berarti air dan sphere yang berarti lapisan. Hidrosfer di permukaan bumi meliputi danau, sungai, laut, lautan, salju atau gletser, air tanah dan uap air yang terdapat di lapisan udara.

Air berubah dalam tiga wujud menurut waktu dan tempat, yakni dalam bentuk padat, air sebagai cairan, air sebagai uap seperti gas. Umumnya volume benda mengecil atau mengkerut bila suhunya rendah, tetapi air mempunyai volume yang minimum pada suhu 40° C, lebih rendah dari 40° C volumenya agak membesar lagi. Pada proses pembekuan, volume es bertambah menjadi 1/11 kali lebih besar dari volume air semula. Karena itulah es mempunyai densitas yang lebih rendah dari pada air, dan mengapung di permukaan air.

Air mudah mengembang dan mengkerut karena perubahan suhu. Tetapi volumenya hanya berubah 5.10-5 kali tekanan 1 atmosfer. Air mempunyai kapasitas menahan panas yang sangat besar, artinya kalor cair dan kalor uapnya cukup besar. Sifat ini mengurangi variasi temperatur. Demikian pula air mudah melarutkan banyak bahan, sehingga air sungai banyak menandung bahan-bahan yang menumpuk daerah yang dialirinya.

Air di bumi mengulangi terus menerus sirkulasi: penguapan, presipitasi, dan keluar dari tanah. Sirkulasi ini sering disebut dengan siklus hidrologi. Siklus hidrologi adalah suatu proses peredaran atau daur ulang air secara yang berurutan secara terus-menerus. Pemanasan sinar matahari menjadi pengaruh pada siklus hidrologi. Air di seluruh permukaan bumi akan menguap bila terkena sinar matahari. Pada ketinggian tertentu ketika temperatur semakin turun uap air akan mengalami kondensasi dan berubah menjadi titik-titik air dan jatuh sebagai hujan.

Siklus hidrologi merupakan fenomena yang terutama terjadi di atmosfer dan digerakkan oleh panas dari Matahari yang menguapkan air dari samudera dan daratan (Gambar 4A). Uap air yang dihasilkan bergerak naik masuk ke atmosfer dan kemudian bergerak bersama aliran udara. Dalam perjalanannya bersama aliran udara, beberapa bagian uap air mengalami kondensasi dan kemudian mengalami presipitasi dalam bentuk hujan atau salju dan kembali ke samudera atau daratan Gambar 4B. Air hujan yang jatuh ke daratan dapat mengalir masuk kedalam aliran sungai, meresap ke dalam tanah, atau menguap kembali ke udara untuk bergerak kembali dalam siklus. Sebagian air yang di dalam tanah diserap oleh tanaman, dan kemudian mengembalikan air itu ke atmosfer melalui daun dengan proses transpirasi. Salju dapat tetap berada di daratan selama satu atau dua musim dan bisa lebih lama hingga mencair dan airnya mengalir meninggalkan salju. Berbagai reservoir dan alur pergerakan air dalam siklus hidrologi adalah seperti pada Gambar 4C.

Gambar 4A. Siklus hidrologi (panah abu-abu) dan energi Matahari (panah putih). Sumber: Ingmanson dan Wallace (1985).

Gambar 4B. Siklus hidrologi dan transfer material tahunan. Sumber: Duxbury et al. (2002).

Gambar 4C. Siklus hidrologi. Menggambarkan proses dan pergerakan air dari reservoir satu ke reservoir yang lain. Sumber: Skinner dan Porter (2000).

Siklus hidrologi dibedakan menjadi 3, yaitu :

1) Siklus pendek

Dalam siklus pendek, air laut mengalami pemanasan dan menguap menjadi uap air. Pada ketinggian tertentu uap air mengalami kondensasi menjadi awan. Bila butir-butir embun air itu cukup jenuh dengan uap air, hujan akan turun di atas permukaan laut.

2) Siklus sedang

Pada siklus sedang, uap air yang berasal dari lautan ditiup oleh angin menuju ke daratan. Di daratan uap air membentuk awan yang akhirnya jatuh sebagai hujan di atas daratan. Air hujan tersebut akan mengalir melalui sungai-sungai, selokan dan sebagainya hingga kembali lagi ke laut.

3) Siklus panjang

Pada siklus panjang, uap air yang berasal dari lautan ditiup oleh angin ke atas daratan. Adanya pendinginan yang mencapai titik beku pada ketinggian tertentu, membuat terbentuknya awan yang mengandung kristal es. Awan tersebut menurunkan hujan es atau salju di pegunungan. Di permukaan bumi es mengalir dalam bentuk gletser, masuk ke sungai dan selanjutnya kembali ke lautan.

Hidrosfer di muka bumi selanjutnya akan dikelompokkan menjadi dua, yaitu perairan darat dan perairan laut. Namun, pada bahasan kali ini, hanya akan membahas mengenai perairan darat.

1) Perairan Darat

Perairan darat ialah sejumlah massa air yang terdapat didaratan, yang ada dibawah permukaan bumi, yang tergenang dan yang mengalir di permukaan bumi.

Perbandingan antara banyaknya air yang meresap dan mengalir di permukaan bumi dipengaruhi oleh :
1. jumlah curah hujan yang ada
2. kekuatan jatuhnya butiran air hujan
3. lamanya curah hujan
4. penutupan vegetasi di permukaan bumi
5. derajat permeabilitas yaitu ukuran kemampuan bahan untuk ditembus air
6. kemiringan topografi
7. porositas yaitu persen volume ruang kosong suatu bahan lapisan

Perairan darat yang dibentuk oleh alam adalah :

a) Air Tanah

Air tanah adalah air yang terdapat di dalam tanah. Air tanah berasal dari salju, hujan atau bentuk curahan lain yang meresap ke dalam tanah dan tertampung pada lapisan kedap air. Air tanah berjumlah sekitar 0,62 % dari hidrosfer. Pada umumnya air tanah berasal dari air hujan yang meresap melalui media peresapan yaitu :
a. pori-pori tanah.
b. retakan-retakan lapisan tanah.
c. rongga-rongga yang dibuat oleh binatang.
d. rongga-rongga akibat robohnya tumbuhan yang berakar besar.
e. rongga akibat pencairan kristal yang membeku pada musim dingin.

Proses penguapan pada air tanah, yaitu :
a. penguapan langsung melalui pori-pori tanah (evaporasi).
b. penguapan tidak langsung melalui permukan daun (transpirasi).

Berdasarkan tempatnya, air tanah dibagi menjadi 2, yaitu :

  1. a. Zona penjenuhan dan zona aerasi

Zona penjenuhan adalah daerah dimana semua pori-pori bebatuan berisi air. Batas antara zona penjenuhan dengan zona tak jenuh dinamakan meja air (water table) atau muka air tanah. Zona tak jenuh disebut juga zona aerasi terletak diatas meja air dan berisi sedikit atau tidak ada sama sekali air.

  1. b. Zona tanah dangkal dan air tanah dalam

Terletak diatas zona aerasi dan umumnya hanya ada pada saat musim hujan. Sedangkan air tanah dalam (ground water) adalah air tanah yang terdapat dalam zona aerasi dan zona penjenuhan.

i)                    Air tanah dangkal

Air freatis adalah air tanah yang terletak di atas lapisan kedap air tidak jauh dari permukaan tanah. Air freatis sangat dipengaruhi oleh resapan air di sekelilingnya. Pada musim kemarau jumlah air freatis berkurang. Sebaliknya pada musim hujan jumlah air freatis akan bertambah. Air freatis dapat diambil melalui sumur atau mata air.

ii)                  Air tanah dalam

Air artesis adalah air tanah yang terletak jauh di dalam tanah, di antara dua lapisan kedap air. Lapisan diantara dua lapisan kedap air tersebut disebut lapisan akuifer. Lapisan tersebut banyak menampung air. Jika lapisan kedap air retak, secara alami air akan keluar ke permukaan. Air yang memancar ke permukaan disebut mata air artesis. Air artesis dapat dapat diperoleh melalui pengeboran. Sumur pengeborannya disebut sumur artesis.

Sumur artesis terjadi jika aquifer yang berpangkal pada tempat yang tinggi berada diantara dua lapisan batuan kedap air yang miring. Aquifer adalah suatu lapisan permeabel dimana air tanah bergerak melaluinya. Di aquifer biasanya sering dijumpai mata air, yaitu suatu aliran air tanah yang keluar secara alami pada permukaan bumi karena pengaruh gravitasi.

b) Air Permukaan

Air permukaan adalah wadah air yang terdapat di permukaan bumi. Bentuk air permukaan meliputi sungai, danau, rawa, dan gletser.

(i) Sungai

Yaitu aliran air tawar dari sumber alami di daratan dan bermuara ke danau, laut, samudera atau sungai lain yang lebih besar dan merupakan air hujan atau mata air yang mengalir secara alami melalui suatu lembah atau diantara dua tepian dengan batas jelas, menuju tempat lebih rendah.

Sungai terdiri dari 3 bagian, yaitu :

  1. Bagian hulu sungai terletak di daerah yang relatif tinggi sehingga air dapat mengalir turun.
  2. Bagian tengah sungai terletak pada daerah yang lebih landai.
  3. Bagian hilir sungai terletak di daerah landai dan sudah mendekati muara sungai.

Jenis – jenis sungai

  • Sungai hujan adalah sungai yang berasal dari hujan.
  • Sungai gletser adalah sungai yang airnya berasal dari gletser atau bongkahan es yang mencair.
  • Sungai campuran adalah sungai yang airnya berasal dari hujan dan salju yang mencair.
  • Sungai permanen adalah sungai yang airnya relatif tetap.
  • Sungai periodik adalah sungai dengan volume air tidak tetap.

Berdasarkan letak alirannya :

  1. Sungai yang seluruhnya mengalir di permukaan tanah.
  2. Sungai yang seluruhnya mengalr dibawah permukaan tanah misalnya didaerah kapur (karst).
  3. Sungai yang sebagian mengalir di permukaan tanah dan sebagian lagi dibawah permukaan tanah.

Berdasarkan struktur batuan yang dilewatinya sungai dibagi atas :

  1. Sungai Antiseden : Sungai yang dapat mengimbangi pengangkatan daerah lapisan batuan yang dilaluinya. Misalnya bengawan Madiun di Jateng yang mengikis peg. Kendeng yang mengalami pengangkatan, atau sungai Oya yang mengikis Plateu Wonosari di Yogyakarta.
  2. Sungai Epigenesa : Sungai yang terus menerus mengikis batuan yang dilaluinya, sehingga mencapai daerah batuan asli, proses terjadinya ketika daerah itu mengalami penurunan sehingga timbulah sedimentasi.
  3. Sungai Konsekuen: sungai yang alirannya sesuai dengan kemiringan batuan daerah yang dilaluinya. Banyak dijumpai pada peg, berumur muda. Misalnya sungai Progo di Jateng yang menuruni lereng gunung Merbabu.
  4. Sungai Subsekuen : sungai yang alirannya tegak lurus pad sungai konsekuen dan bermuara pada sungai konsekuen tersebut. Misalnya sungai Opak di Yogyakarta.
  5. Sungai Obsekuen: sungai yang arah alirannya berlawanan dengan arah kemiringan lapisan batuan daerah itu, dan merupakan anak dari sungai subsekuen.
  6. Sungai resekuen: sungai konsekuen yang timbul kemudian, merupakana anak sungai subsekuen dan searah dengan sungai konseken.
  7. Sungai insekuen: sungai yang arah alirannya tidak teratur.

Pola aliran sungai :

  1. Pola aliran radial (menjari)

Terdiri dari pola aliran radial sentrifugal (pola aliran yang meninggalkan pusat) dan pola aliran radial sentripetal (pola aliran yang menuju ke pusat). Biasanya terdapat didaerah basin atau ledokan yang mempunyai outlet (sudetan keluar).

  1. Pola aliran dendritik

Pola aliran yang tidak teratur yang biasanya terdapat di dataran atau pantai dan plateau.

  1. Pola aliran trelis

Pola aliran berbentuk sirip daun atau trelis yang terdapat pada pegunungan lipatan.

  1. Pola aliran rektanguler

Pola aliran berbentuk sudut siku-siku atau hampir siku-siku. Biasanya terdapat pada daerah patahan.

  1. Pola aliran anular

Pola ini pada awalnya merupakan aliran radial sentrifugal. Kemudian timbul sungai subsekuen. Obsekuen dan resekuan. Biasanya terdapat didaerah dome stadium dewasa.

Q = A . v

Sepanjang perjalanannya air sungai melakukan proses pengikisan, pengangkutan dan pengendapan. Erosi ke samping (lateral) menyebabkan lembah bertambah lebar dan membentuk kelokan-kelokan yang khas (setengah lingkaran) atau meander. Erosi vertikal menyebabkan sungai bertambah dalam. Pengendapan dimuara sungai akan membentuk delta apabila lautnya dangkal dan arusnya tidak terlalu kuat, sedangkan pengendapan di tepi lembah terjadi pada waktu banjir dan membentuk tanggul alam. Debit sungai berubah sejalan dengan perubahan kecepatan sungai. Debit sungai dirumuskan dengan :

Dimana Q = debit air (m3/detik), A = luas penampang sungai (m2) dan v = kecepatan aliran sungai.

(ii) Danau

Danau merupakan kumpulan air yang terdapat didaerah cekungan di permukaan bumi. Berdasarkan proses terjadinya, danau terbagi atas :

a. Danau bendungan, danau yang terbentuk karena aliran sungai terbendung secara alami oleh aliran lahar hasil letusan gunung berapi.

b. Danau vulkanik, danau yang terbentuk karena letusan gunung berapi, seperti danau kawah gunung Kelud, Batur dan Galunggung.

c. Danau tektonik, danau yang terbentuk karena patahan kerak bumi akibat aktivitas tenaga endogen.

d. Danau tekto-vulkanik, danau yang terbentuk karena gabungan tenaga tektonik dan vulkanik, seperti danau Toba.

e. Danau Karst, danau didaerah kapur karena pelarutan bagian permukaan kapur oleh air hujan. Cekungan didaerah karst disebut dengan dolina, dan sebuah dolina dapat berubah menjadi danau karst.

f. Danau glasial/es diderah es atau gletser.

(iii) Rawa

Merupakan dataran rendah yang selalu tergenang air biasanya terletak didaerah pantai yang landai dan umumnya ditandai oleh mangrove (hutan bakau) atau pohon nipah. Banyak terdapat didaerah pantai timur Sumatera, pantai barat dan selatan Kalimantan, pantai barat dan selatan Irian Jaya dan pantai bagian barat Cilacap (Jateng).

(iv) Gletser

Yaitu massa besar es berbutir, yang terbentuk dari penimbunan salju dan bergerak menuju ke bawah akibat gravitasi bumi, sambil menguap atau meleleh.