2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Kondisi Oseanografi Laut Timor Laut Timor berada di bagian selatan Provinsi Nusa Tenggara Timur dan
berbatasan langsung dengan perairan Australia. Selain itu terdapat beberapa pulau seperti Pulau Rote, Pulau Nusa, Pulau Ndao, Pulau Panama, dan Pulau yang berada di bagian utara (dekat Pulau Timor) serta Pulau Laminaria dan Pulau Sunrise yang berada di bagian Selatan pada batas paparan Australia (Cresswell et al., 1993) Sirkulasi massa air di Laut Timor dipengaruhi oleh sistem angin muson. Angin muson bertiup ke arah tertentu pada suatu periode sedangkan pada periode lainnya angin bertiup dengan arah yang berlawanan. Angin muson terjadi karena perbedaan tekanan udara antara daratan asia dan australia. Pada musim timut, Laut Timor memperoleh masukan massa air dari daerah upwelling Laut Banda dan Arafura. Sedangkan pada musim Barat Laut Timor memperoleh suplai massa dari Laut Banda dan arus pantai sebelah utara gugusan pulau Nusa Tenggara Timur yang membawa massa air dari Laut Flores (Wyrkti, 1961). Kondisi geografis Laut Timor yang berbatasan langsung dengan Laut Australia menyebabkan arus permukaan Laut Timor yang mengalir pada bulan April-September dapat mencapai pantai Australia. Arus tersebut mengalir ke Arah Barat Daya sedangkan arus permukaan yang mengalir ke arah timur laut dibentuk di pantai Australia dibawah pengaruh angin barat daya (Wyrkti, 1961, 2000).
4
5
2.2 Tumpahan Minyak (Oil Spill) 2.2.1 Karakteristik minyak Minyak mentah (crude oil) yang baru keluar dari sumur eksplorasi mengandung berbagai jenis bahan kimia dalam bentuk gas, cair maupun padatan. Sebagian besar dari komponen tersebut berupa hidrokarbon yakni hampir sekitar 50 – 98 % sedangkan sisanya berupa komponen non - hidrokarbon. Hidrokarbon terbentuk dari hidrogen dan karbon yang merupakan komponen utama pada minyak bumi. Susunan atom karbon dapat membentuk rantai lurus dan rantai cabang (alifatik), rantai siklik (alisiklik) dan rantai aromatik (Clark, 1986). Effendi (2003) menyatakan bahwa hidrokarbon alifatik meliputi alkana (parafin), alkena (olefin), alkuna (asetilen). Alkana relatif tidak beracun dan tidak dapat terurai secara biologis oleh mikroba. Jumlah atom karbon pada alkana dapat menunjukkan tingkat mudah tidaknya komponen ini terurai. Semakin panjang rantai karbon atau jumlah karbonnya maka akan semakin sulit terurai. Demikian juga sebaliknya, semakin pendek rantai karbon maka akan semakin mudah terurai dan berubah misalnya menjadi bentuk gas atau larut dalam air (Mukhtasor, 2007). Komponen alisiklik merupakan komponen yang sangat stabil dan sulit dihancukan oleh mikroba. Selain itu, jumlahnya juga sangat dominan mencapai 30-60 %. Komponen hidrokarbon aromatik (cincin benzena) merupakan jenis yang lebih beracun dan mudah menguap (volatile). Jumlah aromatik lebih kecil yaitu hanya sekitar 2-4% (Mukhtasor, 2007). Bahan organic yang terdapat pada crude oil ialah sulfur, nitrogen dan oksigen dengan jumlah sulfur lebih besar dari nitrogen dan jumlah nitrogen lebih besar dari sulfur. Selain itu, terdapat pula bahan logam seperti nikel, vanadium dan besi (Laws, 1945).
6
2.2.2 Sumber pencemaran minyak Salah satu penyebab pencemaran di lingkungan laut diakibatkan oleh tumpahan minyak (oil spill). Tumpahan minyak dapat mempengaruhi seluruh ekosistem di laut dengan menurunkan kualitas air laut dalam jangka pendek maupun jangka panjang. Tingkat kerusakan oleh tumpahan minyak bergantung pada jumlah tumpahan minyak, jenis dan sifat bahan kimiawi minyak yang tumpah serta kepekaan ekosistem terhadap tumpahan minyak. Minyak masuk ke lingkungan laut dengan beberapa cara, yaitu: a.
Transportasi Laut Kegiatan transportasi laut yang dapat menyebabkan pencemaran minyak
yaitu kecelakaan tanker dan operasi tanker. Masukan polutan terbesar dari kedua Sumber tersebut berasal dari pengoperasian tanker pada proses pembuangan air ballast (deballasting). Air ballast adalah air laut yang dihisap oleh pompa kedalam tangki ballast kapal yang digunakan untuk menjaga stabilitas kapal selama pelayaran. Tangki kapal yang terisi air ballast merupakan tanki kosong yang sebelumya berisi minyak mentah. Air ballast tersebut harus dibuang kembali ke laut ketika tanki akan diisi kembali dengan minyak. Pembuangan air ballast turut membawa sisa-sisa minyak yang terdapat pada dinding tanki (Clark, 1986). Sisa minyak ini sekitar 0.1 – 0.5 % dari volume total tangki. Namun, kecelakaan tanker tetap menjadi permasalahan yang besar meskipun jarang terjadi karena menghasilkan buangan minyak yang relatif besar volumenya pada suatu lokasi. Konsentrasi minyak yang cukup tinggi dari kecelakaan kapal akan menyebabkan efek yang bersifat akut dan berjangka pendek pada area yang relatif kecil dan akan berjangka panjang pada area yang
7
luas. Semakin besar ukuran tanker maka akan semakin luas pula area yang terkena polutan. Docking atau perawatan juga merupakan sumber minyak dari transportasi laut. Pada proses docking semua sisa bahan bakar yang ada dalam tangki harus dikosongkan untuk mencegah terjadinya ledakan dan kebakaran. Berdasarkan aturan yang ada, semua galangan kapal harus dilengkapi dengan tangki penampung limbah. Namun, pada kenyatannya banyak kalangan kapal yang tidak memiliki fasilitas tersebut sehingga buangan minyak harus dipompa ke laut (Hartanto, 2008) . Proses scrapping kapal (pemotongan badan kapal unuk menjadi besi tua) juga dapat menyebabkan banyaknya kandungan metal dan kandungan minak terbuang ke laut. b.
Produksi dan Eksplorasi Lepas Pantai Eksplorasi minyak lepas pantai cenderung memberikan kontribusi yang kecil
dibandingkan dengan jumlah total minyak yang masuk ke perairan laut. Namun, kegiatan ini justru akan menjadi masalah yang sangat besar apabila terjadi kecelakaan seperti meledaknya sumur minyak (well blow-out), kerusakan struktur platform maupun kerusakan peralatan. c. Sumber dari Darat Sumber polutan yang berasal dari daratan bersumber dari aktivitas manusia seperti pemakaian minyak untuk keperluan industri, limbah rumah tangga, kilang minyak di pesisir maupun hasil pembakaran hidrokarbon di atmosfer yang terbawa melalui proses presipitasi. Limpasan minyak dari berbagai sumber tersebut pada akhirnya akan mencapai kawasan pesisir dan laut melalui aliran air dari sungai yang bermuara ke laut. Akumulasi jumlah limpasan minyak yang
8
bersumber dari darat merupakan sumber utama minyak yang memasuki kawasan pesisir dan laut. d. Sumber Alami Laut secara keseluruhan merupakan tempat dimana minyak secara alami akan menyembur ke permukaan bumi di dasar laut dan masuk perairan laut. Sumber polutan ini merupakan suatu fenomena alami meskipun input polutan dari sumber ini kemungkinan dua kali lipat dari kecelakaan kapal tanker (Clark, 1986).
2.2.3 Interaksi minyak dengan air laut Perilaku minyak di lingkungan laut merupakan perilaku yang khas dan melibatkan proses-proses yang sangat kompleks. Hal ini terjadi akibat adanya interaksi sifat-kimia minyak dengan dinamika air laut. Proses yang terjadi pada minyak diantaranya adalah adveksi, penyebaran (spreading), dispersi, penguapan (evaporation), pelarutan (dissolution), serta penenggelaman (sinking) (Mukhtasor, 2007). Adveksi merupakan suatu proses pengangkutan partikel minyak oleh gerakan massa air seperti arus dan gelombang sehingga menyebabkan minyak berpindah ke lokasi lainnya sesuai sirkulasi air. Penyebaran (spreading) yaitu tersebarnya lapisan minyak ke segala arah akibat perbedaan tegangan permukaan dan densitas antara permukaan air laut dengan lapisan minyak. Selain itu, proses ini juga disebabkan oleh pergerakan angin, gelombang dan arus. Dispersi adalah proses terpecahnya minyak menjadi fragmen dan gumpalangumpalan dalam berbagai ukuran yang bercampur dengan kolom air bagian atas. Gumpalan minyak yang lebih kecil akan tertahan pada kolom air sebagai material tersuspensi. Sedangkan gumpalan yang lebih besar akan naik ke permukaan laut
9
dan berasosiasi dengan gumpalan lain membentuk lapisan tipis minyak (slick). Gumpalan tersuspensi pada proses diversi memiliki luas permukaan yang lebih besar sehingga mendorong terjadinya proses desolusi, biodegradasi dan sedimentasi. Penguapan (Evaporation) merupakan proses perpindahan komponen minyak dari permukaan air laut ke atmosfer. Komponen minyak yang sangat mudah menjadi gas dan menguap adalah komponen hidrokarbon aromatik. Kekasaran muka laut, kecepatan angin dan temperatur yang tinggi akan mempercepat penguapan (ITOPF, 2007). Hilangnya sebagian meterial yang bersifat mudah menguap mengakibatkan berat jenis minyak menjadi lebih berat dan mudah tenggelam. Pelarutan (dissolution) merupakan proses terikutnya massa polutan dari gerakan antar muka dua massa yang saling kontak sehingga salah satu massa akan terlarut ke massa lainnya. Proses pelarutan akan meningkat seiring dengan meningkatnya suhu air dan besarnya gelombang. Komponen minyak yang dapat larut dalam air adalah hidrokarbon akromatik ringan seperti benzena dan toluena. Proses pelarutan minyak lebih lama100 kali lipat dibanding proses penguapan. Beberapa komponen minyak juga dapat mengalami reaksi foto kimia akibat radiasi matahari dan oksigen dari atmosfer. Proses ini mengakibatkan campuran oksigen dalam lapisan minyak meningkat sehingga mengubah komposisi minyak.
2.3 Reflektansi Spektral Perairan pada Tumpahan Minyak Reflektansi spektral merupakan persentase perbandingan jumlah energi REM yang meninggalkan objek dan diterima oleh sensor dengan jumlah energi yang mengenai objek tersebut (Lillesand dan Kiefer, 1990). Grafik dari reflektansi
10
spektral suatu objek merupakan fungsi dari panjang gelombang yang disebut dengan kurva reflektansi spektral. Bentuk dari kurva tersebut memberikan informasi mengenai karakteristik objek (Lillesand dan Kiefer, 1990). Karakteristik reflektansi perairan sangat dicirikan oleh sifat penyerapan yang biasanya dipengaruhi oleh konsentrasi klorofil. Meningkatnya konsentrasi klorofil cenderung memperkecil pantulan pada spektrum hijau karena penyerapan klorofil yang tinggi pada spektrum merah dan biru. Oleh sebab itu, karakteristik nilai spektral berdasarkan panjang gelombang dapat digunakan untuk menentukan bagaimana kondisi suatu perairan khususnya untuk memperkirakan konsentrasi ganggang melalui data penginderaan jauh. Selain itu, data pantulan spektral telah digunakan untuk mendeteksi adanya pencemaran minyak dan limbah industri (Cracknell et al,1980). Daerah spektral yang dapat digunakan untuk mendeteksi tumpahan minyak di laut terdapat pada panjang gelombang inframerah, gelombang mikro dan sinar tampak. Penelitian sebe lumnya menunjukkan bahwa nilai reflektansi spektral pada perairan yang tertutup minyak akan lebih rendah dari perairan sekitarnya (Hu et al, 2003 dan Dessi et al., 2008). Sensor satelit akan merekam adanya anomaly pada perairan yang terkena minyak pada panjang gelombang visible sehingga mempengaruhi nilai reflektansi spektral. Perbedaan nilai spektral perairan yang tertutup minyak dengan perairan sekitarnya terlihat pada Gambar 1.
11
Gambar 1. Reflektansi spektral pada perairan minyak (Dessi et al, 2008) 2.4 Fitoplankton dan Klorofil – a Fitoplankton merupakan organisme autotrof yang mampu mensintesa senyawa organik yang kompleks melalui proses fotosintesis dengan memanfaatkan energi matahari dan pigmen klorofil. Fitoplankton berukuran mikroskopis yang hidup melayang di laut dan tak dapat terlihat oleh mata telanjang (Nontji, 2006). Pada umumnya fitoplankton laut terdiri dari algae terutama diatom, dinoflagellata dan beberapa flagellata. Fitoplankton melimpah di daerah eufotik (zona fotik) yaitu zona yang dimulai dari permukaan sampai kedalaman dimana masih ada intensitas cahaya matahari (Basmi, 1999). Kemampuan potensial suatu perairan untuk menghasilkan sumberdaya alam hayati ditentukan oleh produktivitas primernya. Produktivitas primer berarti banyaknya zat-zat organik yang dapat dihasilkan dari zat-zat anorganik melalui proses fotosintesis dalam satuan waktu dan volume air tertentu. Produksi primer suatu perairan terbuka dapat diindikasikan sebagai total fitoplankton yang ada dan didekati melalui kandungan klorofil (Basmi, 1999).
12
Alat yang digunakan fitoplankton untuk berfotosintesis terletak pada kloroplast yang didalamnya terdapat klorofil serta pigmen-pigmen fotosintesis lain. Klorofil pada tumbuhan terdiri dari klorofil-a, b,c, d dan klorofil - e. Namun, klorofil - a adalah tipe klorofil yang paling penting dalam proses fotosintesis dan yang paling umum terdapat pada fitoplankton ( Nontji, 2002). Oleh sebab itu, kandungan klorofil-a sering digunakan untuk menduga biomassa fitoplankton suatu perairan. Pigmen-pigmen fotosintesis mampu mengabsorbsi energi matahari dan merubahnya menjadi energi kimia (Sitorus, 2009). Spektrum cahaya matahari yang hampir semuanya diabsorbsi oleh klorofil ialah sinar violet dan merah sedangkan cahaya hijau hampir seluruhnya dipantulkan. Klorofil-a mampu mengabsorbsi cahaya secara maksimal pada panjang gelombang 430 nm – 660 nm (Basmi, 1999). Semua klorofil memiliki sifat fluorosence yakni apabila mendapat penyinaran dengan spektrum cahaya tertentu, maka cahaya yang diteruskan adalah pada spektrum yang berlainan. Klorofil yang diamati melalui satelit sangat dipengaruhi oleh bagaimana pigmen tersebut mempengaruhi warna perairan. Pigmen klorofil-a dan klorofil-b memiliki tingkat absorbsi yang tinggi pada kanal biru dan merah (Curran, 1985).
2.5 Pengaruh Tumpahan Minyak Terhadap Fitoplankton Minyak dapat menyebabkan kematian fitoplankton dan mengurangi fotosintesisis oleh fitoplankton. Namun, pada konsentrasi rendah minyak justru dapat merangsang pertumbuhan fitoplankton. Pengaruh minyak tersebut bergantung pada jumlah dan jenis minyak. Jenis minyak terdiri dari light oils dan heavy oils. Jenis light oils lebih berbahaya terhadap kelangsungan hidup biota
13
namun tingkat racunnya akan berkurang akibat adanya beberapa komponen yang mudah menguap. Sedangkan heavy oils akan berpengaruh pada biota karena proses penutupan perairan oleh tumpahan minyak (Jones, 2001) Polutan minyak di laut banyak mengandung hidrokarbon yang bersifat toksik bagi organisme di dalamnya termasuk fitoplankton. Secara umum sifat toksik tersebut berpengaruh langsung terhadap pertumbuhan dan aktifitas fotosintesis fitoplankton (Mukhtasor, 2007). Berdasarkan penelitian yang dilakukan Lee et al. (2009) adanya tumpahan minyak pada perairan menyebabkan konsentrasi klorofila menurun 45-50% dari kondisi normal sebelum terjadi tumpahan minyak. Hal tersebut menunjukkan bahwa tumpahan minyak berpengaruh negatif terhadap kepadatan fitoplankton. Pada dasarnya, sifat minyak yang mudah membentuk lapisan tipis di permukaan perairan dapat mengurangi penetrasi cahaya sehingga akan mengurangi intensitas cahaya matahari yang masuk ke perairan. Hal ini, akan mengganggu proses fotosintesis fitoplankton sehingga memungkinkan musnahnya populasi fitoplankton. Penelitian yang dilakukan Gonzalez et al. (2009) menunjukkan bahwa kelimpahan fitoplankton dan konsentrasi klorofil pada perairan yang mengandung minyak akan menurun dalam jangka waktu yang cukup cepat. Selain itu, Gonzalez et al. (2009) juga menyatakan bahwa minyak mengandung Policlinic Aromatic Hydrocarbon (PAHs) yang bersifat sangat toksik meskipun mudah menguap. Selain hidrokarbon yang bersifat racun, minyak juga mengandung senyawa-senyawa nutrien seperti nitrogen, belerang dan
14
oksigen. Namun, kadarnya sangat sedikit yakni hanya sekitar 0 – 2 % dari total seluruhnya. Fraksi minyak terlarut dapat bersifat mematikan bagi fitoplankton apabila berkisar antara 0,1 – 1 mg/L (Mukhtasor, 2007).
2.6 Tumpahan Minyak Montara di Laut Timor Minyak dapat masuk ke lingkungan laut dengan berbagai cara seperti rembesan alam dari dasar laut, kecelakaan tanker, kebocoran dan meledaknya anjungan pengeboran minyak dari proses produksi dan eksplorasi lepas pantai serta dari kilang minyak di darat. Pencemaran minyak yang terjadi disekitar Laut Timor diakibatkan oleh bocornya anjungan minyak lepas pantai bernama Ladang Montara (The Montara Well Head Platform) di Blok "West Atlas Laut Timor" perairan Australia. Tumpahan minyak tersebut meluas hingga perairan Celah Timor (Timor Gap) yang merupakan perairan perbatasan antara Indonesia, Australia dan Timor Leste. Kebocoran ini menumpahkan minyak jenis light crude oil. Kebocoran anjungan minyak ini terjadi pada 21 Agustus 2009 lalu, namun dampaknya terhadap ekosistem laut dan masyarakat setempat masih dirasa hingga saat ini. Menurut laporan Otorita Keselamatan Maritim Australia (Australian Maritime Safety Authority/ AMSA) tumpahan minyak dari ladang Montara telah mencemari wilayah laut Indonesia hingga 16.420 kilo meter persegi. Pencemaran tersebut meluas ke perairan di sekitar Kabupaten Rote Ndao, bahkan hingga Laut Sawu, terutama sekitar Kabupaten Sabu Raijua dan pantai selatan Pulau Timor. Hal ini menyebabkan banyak nelayan Indonesia yang mengalami kerugian karena kurangnya hasil tangkapan. Demikian juga halnya dengan nelayan rumput laut yang gagal melakukan panen karena rumput laut tidak dapat berproduksi dengan
15
baik. Padahal di Kabupaten Rote Ndao, produksi rumput laut dilakukan secara besar-besaran. Akibatnya penawaran rumput laut turun drastis sehingga dapat dipastikan bahwa nelayan mengalami kerugian (Metro News, 2010) Berdasarkan citra satelit Australia, tumpahan minyak Montara tersebut telah tersebar hingga berjarak 91 kilometer (km) dari pesisir pantai Pulau Rote, sedangkan satelit Indonesia menyatakan tumpahan minyak mencapai 51 kilometer dari pulau tersebut. Artinya, citra satelit Indonesia menunjukan bahwa jarak sebaran minyak ke Indonesia lebih jauh dari jarak sebaran minyak yang dideteksi citra Australia (Koran Tempo, 2010).
2.7 Satelit Aqua MODIS Satelit Aqua merupakan satelit ilmu pengetahuan tentang bumi kepunyaan National Aeronauticus and Space Administration (NASA) yang memiliki misi untuk mengumpulkan informasi mengenai siklus air di bumi. Variabel yang diukur ialah aerosol, tumbuhan yang menutupi daratan, fitoplankton dan bahan organik terlarut di laut serta suhu daratan dan air. Satelit Aqua membawa sensor Moderate Resolution Imaging Spectrometer (MODIS) yang merupakan suatu instrumen pada satelit Terra (EOS AM) dan Aqua (EOS PM) dan diluncurkan pada 4 Mei 2002. Sensor satelit MODIS memiliki 36 kanal yang menghasilkan data dengan tiga pilihan resolusi spasial yaitu 250 m (kanal 1 dan 2), 500 m (kanal 3-7) dan 1000 m (kanal 8-36) . Sensor MODIS menghasilkan resolusi radiometrik 16-bit perpiksel ini menghasilkan citra digital dalam beberapa band: biru (band 3), merah (band 1), hijau (band 4), near-infrared (band 2, 5, dan 16-19), SWIR (band 6&7), visible (band 8-15), MWIR (band 20-26), dan TIR (band 27-36) (Tabel 1)
16
Sensor MODIS juga telah dapat digunakan untuk mendeteksi tumpahan minyak di laut dengan menangkap gelombang sinyal radiometer namun sensor ini sangat tergantung dengan kondisi meteorologi seperti ada tidaknya tutupan awan. Band yang digunakan untuk mendeteksi minyak ialah band 1-7 melalui pendekatan anomali air. Pada kisaran sinar tampak, sinyal dari anomali tampak lebih gelap dari air sekitarnya, hal ini merupakan hipotesis adanya tumpahan miyak (Dessi et al, 2009). Gambar 4 menunjukkan komponen sensor MODIS pada satelit Aqua.
Gambar 2. Sensor MODIS pada satelit Aqua (Sumber: disc.gsfc.nasa.gov/AIRS/airs_QA_subset.shtml, 2011)
17
Tabel 1. Informasi spektral data MODIS Kegunaan
Band
Land/Cloud/Aerosols Boundaries
1
Panjang Gelombang (nm) 620 - 670
2
841 - 876
3
459-479
4
545 - 565
5
1230-1250
6
1628 - 1652
7
2105-2155
Ocean Color/
8
405 - 420
Phytoplankton/
9
438 - 448
Biogeochemistry
10
483-493
11
526-536
12
546-556
13
662-672
14
673 - 683
15
743-753
16
862-877
Atmospheric
17
890-920
Water Vapor
18
931 - 941
19
915-965
Land/Cloud/Aerosols Properties
(Sumber: http://modis.gsfc.nasa.gov/about/specs.html)
Resolusi 250 m
500 m
1 km
