ANALISIS SUSEPTIBILITAS MAGNETIK SEDIMEN SUNGAI METRO KOTA MALANG SEBAGAI INDIKATOR PENCEMARAN Shelita Dwi Shindharatna1, Siti Zulaikah2, Era Budi Prayekti2 1)
Mahasiswa Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Malang 2) Dosen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Malang
ABSTRAK: Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui nilai suseptibilitas magnetik, jenis mineral magnetik, bentuk dan ukuran bulir magnetik serta tingkat pencemaran Sungai Metro di hulu, tengah dan hilir. Sampel yang digunakan yaitu sedimen Sungai Metro dengan pengambilan sampel di tiga stasiun yaitu di hulu, tengah dan hilir. Masing-masing sampel diukur nilai suseptibilitas magnetiknya dengan Bartington MS2B untuk mengetahui nilai suseptibilitas magnetik pada frekuensi rendah (χlf), suseptibilitas magnetik pada frekuensi tinggi (χhf) dan suseptibilitas magnetik bergantung frekuensi (χfd%). Nilai χfd% <4% mengindikasikan bahwa sampel mengalami pencemaran. Uji XRF digunakan untuk mengetahui unsur-unsur yang terkandung dalam sampel serta uji SEM-EDAX untuk mengetahui morfologi mineral magnetik. Berdasarkan analisis data, rerata nilai χlf di hulu, tengah dan hilir sungai berturut-turut yaitu (28.81; 25.89; 29.68) x 10-6 m3 kg-1, sedangkan rerata χhf di hulu, tengah dan hilir berturut-turut yaitu (28.29; 25.48; 29.18) x 10-6 m3 kg-1. Nilai rerata χfd% di hulu, tengah dan hilir yaitu 1.99%, 1,91% dan 1,98%. Data tersebut menunjukkan bahwa Sungai Metro mengalami pencemaran. Kandungan unsur paling dominan dalam sampel yaitu Fe dengan rentang antara 65.7-72.38%. Unsur lain dengan prosentase yang cukup besar yaitu Si, Ca, Al, Ti. Sebaran bulir di hulu, tengah dan hilir yaitu bulir MD mendekati SP-SSD dengan ukuran (30.60 – 252.1) µm; (13.43-287.8) µm; (124.2-526.5) µm. Mayoritas bentuk bulir yang terdeteksi oleh SEM-EDAX yaitu berbentuk kubik dengan jenis mineral magnetiknya titanomagnetite (Fe3-xTixO4). Total logam berat di hulu, tengah dan hilir yaitu 69.345%; 66.51%; 71.01% dan disimpulkan bahwa tingkat pencemaran dari tinggi ke rendah yaitu hilir, hulu, kemudian tengah. Kata Kunci : mineral magnetik, sedimen sungai, tingkat pencemaran lingkungan, suseptibilitas magnetik, frequency dependent susceptibility (χfd%), X-Ray Fluorescence (XRF) dan Scanning Electron Microscopy (SEM).
DAS adalah daerah tanah dan air yang memberikan kontribusi limpasan air ke suatu titik tertentu. Tingginya jumlah perumahan di kawasan DAS serta buruknya sanitasi, membuat tingkat pencemarannya sangat tinggi (Yuswantor, 2011). Malang merupakan salah satu kota di Jawa Timur yang memiliki DAS dengan kondisi air sungai yang sangat memprihatinkan , salah satunya yaitu DAS Sungai Metro. Hasil pemantauan Perum Jasa Tirta tahun 2011 menyebutkan bahwa kualitas air di Sungai Metro mengalami penurunan yang salah satu penyebabnya yaitu pembuangan limbah domestik (Puslit Sumberdaya Air dan Perum Jasa Tirta I, 2002 dalam Ali dkk, 2013). Salah satu penelitian tentang kajian kualitas
air dan status mutu air Sungai Metro dilakukan menggunakan penelitian deskriptif kuantitatif yaitu dengan mengukur pH dan suhu serta melakukan pengujian TSS (Total Suspended Solid), DO, COD (Chemical Oxygen Demand), BOD (Biochemical Oxygen Demand), fosfat dan nitrat yang dilakukan di Laboratorium Kualitas Air Perum Jasa Tirta 1 Malang tahun 2012. Perkembangan penelitian mengenai analisis pencemaran sungai dapat dilakukan menggunakan metode magnetik. Penelitian terkait karakteristik magnetik sungai telah dilakukan oleh beberapa peneliti yaitu Gautam tahun 2000, Ramasamy tahun 2009 dan 2010, Dlouha et al tahun 2103 serta Bilinski et al. tahun 2014.
METODE PENELITIAN Sampel yang digunakan yaitu sampel Sungai Metro yang diambil di tiga stasiun yaitu di hulu, tengah dan hilir. Sampel yang diperoleh kemudian dilakukan pengukuran menggunakan Bartington MS2B untuk mengetahui nilai χlf dan χhf serta χfd%. Nilai χfd% kurang dari 4% mengindikasikan bahwa sampel yang dilakukan pengukuran mengalami pencemaran. Unsur-unsur yang terkandung dalam sampel dapat diketahui dengan melakukan Uji XRF, sedangkan pencitraan secara mikroskopis untuk melihat bentuk dan ukuran bulir magnetik dapat diketahui dengan Uji SEM-EDAX. Uji SEM-EDAX juga dapat digunakan untuk mengetahui secara lebih jelas unsur-unsur yang terkandung dalam setiap bulir magnetik dan jenis mineral magnetiknya. Pengujian SEM-EDAX dilakukan dengan keadaan sampel telah diekstrak. Sampel diekstrak dengan menggunakan magnet permanen secara berulangulang untuk mendapatkan mineral magnetik murni tanpa ada pengotor. Pengukuran dari awal sampai akhir dilakukan di Laboratorium Sentral UM. HASIL DAN PEMBAHASAN Profil Suseptibilitas Magnetik Hasil pengukuran suseptibilitas magnetik di hulu,tengah dan hilir Sungai Metro baik untuk frekuensi rendah maupun tinggi serta nilai χfd% dapat ditabelkan pada Tabel 1.
Tabel
1.
Rerata Nilai Magnetik
Suseptibilitas Magnetik χlf (x 10-6 m3 kg-1) Χhf (x 10-6 m3 kg-1) Χfd% (%)
Hulu 28.81 28.29 1.99
Suseptibilitas Stasiun Tengah 25.89 25.48 1.91
Hilir 29.68 29.18 1.98
Tabel 1 menunjukkan bahwa nilai suseptibilitas magnetik dari hulu ke tengah mengalami penurunan kemudian dari tengah ke hilir mengalami kenaikan, tetapi rerata nilai suseptibilitas di hilir lebih tinggi daripada di hulu. Data yang dihasilkan memiliki persamaan dengan penelitian yang dilakukan oleh Ramasamy et al. (2009) tentang nilai suseptibilitas magnetik sedimen Sungai Ponnaiyer di Tamilnadu, India. Hasil yang diperoleh dalam penelitian Ramasamy yaitu nilai suseptibilitas magnetik pada jarak 100 km dari titik awal menunjukkan bahwa suseptibilitas sedimen sungai bernilai kecil sedangkan pada 100 km terakhir menunjukkan nilai suseptibilitas magnetik yang besar yaitu >1.5 x 10-6 m3 kg-1, tetapi nilai suseptibilitas yang dihasilkan di Sungai Metro jauh lebih tinggi dibandingkan dengan Sungai Ponnaiyer. Korelasi Antara Nilai χhf dan χlf Korelasi antara χhf dan χlf dari hasil penghitungan data yang diperoleh, dapat digrafikkan pada Gambar 1. χ_hf vs χ_lf 100 χ_lf
Berdasarkan metode magnetik dan penelitian yang telah dilakukan, maka diperlukan penelitian di Sungai Metro untuk mengetahui tingkat pencemaran sungai dengan metode yang berbeda dengan judul “Analisis Suseptibilitas Magnetik Sedimen Sungai Metro Kota Malang sebagai Indikator Pencemaran”.
50
y = 0.987x - 0.128 R² = 0.999
0 0
50
100
χ_hf
Gambar 1. Grafik Hubungan Antara Nilai χhf dan χlf
χ_lf vs χ_fd% _fd%
6 χ_fd%
Gambar 1 menunjukkan bahwa bahwa hubungan antara nilai χhf dan χlf yaitu linier dengan nilai korelasi yang signifikan yaitu 0.999. Semakin besar nilai χhf, maka semakin besar pula nilai χlf. Hal al ini sesuai dengan penelitian Kanu (2013) tentang suseptibilitas suseptibil magnetik polusi tanah di Jalingo Tunisia dengan keofisien korelasinya sebesar 0.997. Berdasarkan nilai koefisien korelasi yang diperoleh Jalingo dan di Sungai Metro, dapat dikatakan bahwa kenaikan nilai χlf meningkat terhadap peningkatan nilai χhf .
S PSS D
4 2
M D
0 0
Korelasi Antara Nilai χfd dan χfd% Korelasi antara nilai χfd dan χfd% masing-masing masing stasiun dapat diperlihatkan pada Gambar 2. χ_fd% _fd% vs χ_fd 0.06
y = 0.01x R² = 1
y = 0.01x R² = 1
χ_fd
0.04 0.02
y = 0.01x R² = 1
0 0
2
χ_fd%
4
6
HULU TENGAH HILIR
Gambar 2. Grafik Hubungan Antara Nilai χfd dan χfd% di Hulu, Tengah dan Hilir
Gambar 2 menunjukkan bahwa nilai χfd dan χfd% memiliki pola yang sama dengan koefisien korelasi yaitu 1. Hal ini menunjukkan bahwa kenaikan nilai χfd% sebanding dengan kenaikan nilai χfd dengan nilai korelasi yang signifikan untuk semua stasiun. Sebaran Bulir Sebaran bulir secara keseluruhan an dapat ditunjukkan oleh grafik pada gambar 3.
50 χ_lf
100
HU 1 HU 2 HU 3 HU 4 T1 T2 T3 T4 HI 1 HI 2 HI 3 HI 4 HI 5
Gambar 3. Grafik Hubungan Antara χlf dan χfd% beserta Persamaan Garis
Gambar 3 menunjukkan bahwa secara keseluruhan sampel yang diperoleh memiliki sebaran bulir MD mendekati SP-SSD SSD dengan nilai korelasi sebesar 0.94. 0.94 Bulir MD biasanya memiliki ukuran yang besar seperti yang diperoleh Jordanova dkk (2004) dalam Huliselan (2007) di Sungai Danube dengan ukuran 39 µm hingga 1.5 mm berbentuk spherules yang mengindikasikan bahwa Sungai Danube mengalami pencemaran. pencemaran Kandungan Unsur Sedimen Sungai Uji XRF dilakukan pada 5 sampel dari 108 sampel yang diperoleh. 5 sampel tersebut mewakili 2 sampel diambil dari hulu, 1 sampel dari tengah antara hulu dan hilir, 2 sampel diambil dari hilir Sungai Metro. Unsur paling dominan yang terkandung dalam sampel yaitu Fe dengan rentang antara (65.7-72.38)%. 72.38)%. Unsur-unsur Unsur dengan prosentase yang cukup besar selain Fe yaitu Si, Ca, Al, Ti.
Korelasi Nilasi Suseptibilitas Magnetik dengan Heavy Metal Korelasi total logam berat (Fe, Cu dan Zn) dengan suseptibilitas magnetik dapat digambarkan pada gambar 4.
Gambar 5. Hasil Uji SEM-EDAX di Hulu Sungai Metro
χ_lf (x 10-6 m3 kg-1)
%Total Logam Berat vs χ_lf 100 y = 0.488x + 2.813 R² = 0.971
50 0 0
50
100
150
%Total Logam Berat
Gambar 4. Grafik Hubungan antara Total Logam Berat dengan χlf
Perbesaran 200x
Gambar 4 menunjukkan bahwa nilai χlf meningkat terhadap peningkatan kandungan logam berat dengan korelasi besar bernilai 0.98. Bentuk dan Ukuran Bulir Bentuk dan ukuran bulir sedimen Sungai Metro dapat diketahui berdasarkan hasil SEM-EDAX. Pencitraan hasil Uji SEM-EDAX dapat diperlihatkan pada Gambar 5, 6 dan 7.
Gambar 6. Hasil Uji SEM-EDAX di Tengah Antara Hulu dan Hilir Sungai Metro
Perbesaran 200x Perbesaran 200x
Gambar 7. Hasil Uji SEM-EDAX di Hilir Sungai Metro
Berdasarkan Gambar 5,6 dan 7, rentang ukuran bulir serta prosentase kandungan Fe dan O yang ditunjukkan oleh puncak hasil SEM-EDAX dapat diketahui secara lebih jelas pada tabel 3. Tabel 3. Hasil Uji SEM-EDAX Sampel HU3 3 T2 9 HI 3
Rentang Ukuran (µm) 30.60252.1 13.43287.8 124.2526.5
Kandungan O (%) 1 2 50.3 38.4
Kandungan Fe (%) 1 2 37.9 49.7
39.8
40.4
31.8
44.6
38.4
24.9
44.4
64.9
Berdasarkan Gambar 5, 6, 7 dan Tabel 3, ukuran bulir dari hulu ke tengah yang semakin kecil menunjukkan akibat dari proses transportasi sedimen, sedangkan ukuran bulir dari tengah ke hilir yang semakin besar menunjukkan bahwa sedimen di hilir dekat dengan sumber atau input pencemar sehingga bulirnya semakin besar. Bentuk bulir yang terlihat di hulu, tengah maupun hilir diduga terkontaminasi oleh input dari sungai-sungai kecil dan limbah anthropogenic. Hal ini ditunjukkan bahwa sebagian besar jenis mineral magnetik dilihat dari bentuk bulirnya yaitu titanomagnetite yang berbentuk seperti piramid. PENUTUP Kesimpulan Berdasarkan hasil data dan pembahasan, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut. Nilai χlf dan χhf yang
berada di hulu, tengah dan hilir Sungai Metro masing-masing yaitu (28.81; 25.89; 29.68) x 10-6 m3 kg-1 dan (28.29; 25.48; 29.18) x 10-6 m3 kg-1. Jenis mineral magnetik yaitu titanomagnetite (Fe3-xTixO4), sedangkan jenis domainnya yaitu MD mendekati SP-SSD. Bentuk mineral magnetik tidak teratur karena sebagian besar bentuknya menyerupai persegi dan terdapat pula yang lonjong serta ada satu bulir berbentuk bulat. Rentang ukuran bulir yang berada di hulu, tengah dan hilir berturut-turut yaitu (30.60 – 252.1) µm; (13,43-287.8) µm; (124.2-526,5) µm. Tingkat pencemaran yang terjadi di Sungai Metro berdasarkan nilai suseptibilitas magnetik, kandungan unsur Fe hasil Uji XRF dab SEM-EDAX serta korelasi total logam berat dapat diurutkan mulai dari yang paling tinggi ke yang paling rendah yaitu hilir, hulu, kemudian tengah dengan input dominan dari proses anthropogenic. Saran Berdasarkan simpulan di atas, maka saran/rekomendasi yang diajukan sebagai berikut. Ekstraksi sampel seharusnya dilakukan lebih teliti dan berkali-kali sampai benar-benar bersih dari pengotor . Pengukuran suseptibilitas magnetik dilakukan lebih teliti agar tidak mengulangi pengukuran jika terdapat data yang tidak akurat. Ucapan Terimakasih Terimakasih kepada Tim Lapangan Agus Riyanto, Rizka Amirul Hikma, Lutfia Tri Wahyuni, Susanti Mayang Sari, Yuni Chairun Nisa, Eka Sri Mualimah dan Rosyida Azzahro yang telah membantu proses pengambilan data demi kelancaran penelitian serta Husni Cahyadi Kurniawan yang telah bersedia
mendampingi dan memberikan pengarahan dalam proses pengambilan data. DAFTAR RUJUKAN Ali, A. & Soemarno, P. M. 2013. Kajian Kualitas Air dan Status Mutu Air Sungai Metro di Kecamatan Sukun Kota Malang. Jurnal Bumi Lestari, 13 (2): 265-274 AnneAhira. 2012. Seputar Pencemaran Air Sungai, (Online), (http://www.anneahira.com/pen cemaran-air-sungai.htm), diakses 13 November 2014. Bartington Instrument Ltd. 2000. MS2 Magnetic Susceptibility System. England: BArtington Instrument Ltd Oxford. Dearing, J. 1999. Environmental Magnetic Susceptibility, Using the Bartington MS2 System. British Library Cataloguing in Publication Data, ISBN 0 9523409 0 9. Dlouha, S., Petrosky, E., Kapicka, A., Boruvka, L., Ash, C. & Drabek, O. 2013. Investigation of Polluted Alluvial Soils by Magnetic Susceptibility Methods: a Case Study of the Litavka River. Soil & Water Res. 8 (4): 151-157. Huliselan, E. K., Bijaksana, S. 2007. Identifikasi Mineral Magnetik pada Lindi (Leachate). Jurnal Geofisika, 2007 (2). Kanu, M. O., Meludu, O. C. & Oniku, S. A. 2013. A Preliminary Assessment of Soil Pollution in Some Parts of Jalingo Metropolis, Nigeria Using Magnetic Susceptibility Method. Jordan Journal of Earth and Environmental Sciences, 5 (2): 53-61.
Luo, W., Dongsheng, L. & Houyuan L. 2000. Magnetic Susceptibility Properties of Polluted Soils. Chinese Science Bulletin, 45 (18): 1723-1726. Maher, B. A. & Thompson, R. 1999. Quarternary Climates, Environment and Magnetism. New York: Cambridge University Press. Mursyida, D. 2012. Karakterisasi Mineral Magnetik Pada Beberapa Jenis Sedimen di Berbagai Lingkungan Pengendapan. Malang: Universitas Negeri malang. Ramasamy, V. 2009. Magnetic Susceptibility of the Ponnaiyer River Sediment, Tamilnadu, India.Global Journal of Environmental Research, 3 (2): 126-131. Tamuntuan, G., Bijaksana, S., Gaffar, E., Russell, J., Safiuddin, L. O. & Huliselan E. 2010. The Magnetic Properties of Indonesian Lake Sediment: A Case Study of a Tectonic Lake in South Sulawesi and Maar Lakes in East Java. ITB Journal Science, 42 A (1): 31-48. Yuswantor. 2011. Air Sungai Tak Layak untuk Mandi. Kumpulan Berita Koran Sindo. Saputro, A., Hariyatmi & Setyaningsih, E. 2012. Identifikasi Kualitatif Kandungan Logam Berat (Pb, Cd, Cu dan Zn) pada Ikan Sapu-sapu (Hypostomus Plecostomus) di Sungai Pabelan Kartasura Tahun 2012. Makalah disajikan dalam Seminar Nasional IX Pendidikan Biologi FKIP UNS, Semarang 7 Juli 2012.
