SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176
Daftar Isi
DISTRIBUSI RADIONUKLIDA ALAM DALAM SEDIMEN PADA DAERAH TANGKAPAN SUNGAI. STUDI KASUS SUNGAI JUGIONG, NEW SOUTH WALES AUSTRALIA TOMMY HUTABARAT
Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR) BATAN) Jl. Lebak Bulus Raya Pasar Jumat Telp. 7690709. Kotak Pos 7002 JKSKL. Jakarta 12070 E-mail:
[email protected]
Abstrak DISTRIBUSI RADIONUKLIDA ALAM DALAM SEDIMEN PADA DAERAH TANGKAPAN SUNGAL STUDI KASUS : SUNGAI JUGIONG, NEW SOUTH WALES-AUSTRALIA. Telah dilakukan penelitian tentang distribusi dan konsentrasi bahan radioaktif alam dan antropogenik dalam sedimen sungai pada daerah tangkapan sungai Jugiong-New South Wales-Australia. Degradasi sumber daya tanah dan lingkungan merupakan problem pada banyak negara termasuk Australia. Sampel sedimen diambil dari lima lokasi sungai yaitu : sungai Curanans bagian hulu, pertemuan sungai Curanans dan sungai Cunningham, sungai Gonan bagian hulu, sungai Douglas bagian hulu dan pada pertemuan sungai Spring dan sungai Jugiong. Pengambilan sampel dilakukan menggunakan alat scrapper dan kemudian sampel dibawa ke laboratorium untuk analisis lebih lanjut. Pengukuran konsentrasi radionuklida U-238 dan Th-232 beserta turunannya dan konsentrasi radionuklida antropogenik dilakukan dengan alat ukur spektrometri gama. Tujuan penelitian adalah untuk mengevaluasi tingkat radioaktivitas lingkungan sekaligus sebagai data pendukung untuk mengetahui asal-usul sumber sedimen dan laju sedimentasi. Secara umum dari hasil penelitian diperoleh bahwa rata-rata aktivitas U-238 dan Th-232 pada kelima lokasi lebih besar dari rata-rata dunia. Konsentrasi Cs-137 dalam sampel berkisar antara 0,12 hingga 3,72 bq/kg. Kata-kata kunci : daerah tangkapan sungai, radionuklida alam , sedimen, lingkungan.
Abstract DISTRIBUTION OF RADIONUCLIDES IN SEDIMENTS ON THE CATCHMENT AREA. CASE STUDY: JUGIONG RIVER, NEW SOUTH WALES - AUSTRALIA. The distribution and concentration of natural radioactive materials and anthropogenic in river sediment on catchment area of Jugiong CreekNew South Wales -Australia were investigated. Degradation of soil resources and environment are a problem in most countries including Australia. Sediment samples were taken from five locations of river namely : Curanans creek upstream, Curanans creek and Cunningham junction, Gonan creek upstream, Douglas creek upstream, and Spring creek and Jugiong creek junction. Sediment sampling was done using scrapper tool and then samples were brought to the laboratory for analyzing. The concentration of U-238 and Th-232 and their daughters and anthropogenic were measured using gamma spectrometry. The aim of research is to evaluate the environmental radioactivity level and as supporting data to know recharge of sediment source and sedimentation rate. Generally, the activities ofU-238 and Th-232 onfive locations are higher than the world average. The concentration of Cs-137 in the samples is ranging from 0.12 to 3.72 bq/kg. Key words: catchment area, natural radionuclides , sediment, environment.
Tommy Hutabarat
111
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - SA TAN
SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176
PENDAHULUAN Daerah tangkapan (catchment area) sungai Jugiong terletak di sebelah selatan New South Wales-Australia. Sungai Jugiong merupakan salah satu anak sungai utama dari sungai Murrumbidgee yang mengalir ke bendungan Burrinjuck (Gambar.l). Luas daerah tangkapan dan anak sungainya sekitar 2000 km2 dan merupakan sumber utama sedimen yang terlepas dari bagian utara daerah tangkapan. Degradasi sumber daya tanah dan lingkungan merupakan problem yang dihadapi oleh banyak negara termasuk Australia[l]. Batuan sedimen (sedimentary) yang terdapat pada permukaan bumi akan mengalami pelapukan dan terkikis oleh air hujan akibat proses fisika dan kimia. Sedimen-sedimen lepas yang terangkut bersama air hujan akan bergerak menuju sungai sebagai tempat pembuangan akhir sebelum menuju ke laut. Menurut Wigman, 1970[2] sedimen didefinisikan sebagai setiap serpihan material yang terangkut, tersuspensi atau terdeposisi oleh media seperti air, udara atau es. Dalam tulisan ini dibahas hanya yang berhubungan dengan angkutan sedimen oleh air. Pelapukan batuan sedimen menjadi serpihan-serpihan sedimen terdiri dari beberapa ukuran butiran yang umumnya dapat digolongkan sebagai coarse grained sediment dengan diameter di atas 62 mikron dan fine grained sediment dengan diameter dibawah 62 mikron. Karena dalam batuan sedimen banyak mengandung unsur radioaktifitas lingkungan, sehingga dalam perjalanannya juga banyak terdapat dalam suatu sistim aliran sedimen(fluvial). Berdasarkan data dari Geological Survey of NSW (1970)[3], daerah tangkapan sungai Jugiong didominasi oleh batuan jenis Devonian Young Granites, Silurain Douro Volcanics dan Devonian Tuff Andesite. Demikian juga jenis tanah berwarna kuning muda dengan tekstur tanah umumnya kasar. Distribusi partikel butiran tanah terdiri dari 67 % pasir (sand), 16 % Lumpur (silt) dan 17 % lempung (clay) [3]. Berdasarkan asal-usulnya, sumber radiasi alam dapat dikelompokkan sebagai radionuklida primordial dan radionuklida kosmogenik. Radionuklida primordial berasal dari deret uranium (U-238), actinium (U-235) dan deret torium (Th-232) serta radionuklida
Seko/ah Tinggi Tekn%gi Nuklir - BATAN
kalium (K-40) yang banyak terdapat dalam batuan dan tanah. Sedangkan radionuklida kosmogenik berasal dari ruang angkasa. Pencemaran ekosistem oleh radionuklida dapat berasal dari sumber alami dan sumber buatan. Sumber kegiatan manusia yang dapat membantu menyebarkan zat radioaktif ke lingkungan adalah pertanian, pertambangan dan industri. Unsur radioaktif yang terdapat pada sebagian besar pupuk kimia (fosfat, NPK., KCL) terutama pupuk yang mengandung fosfat, pada umumnya adalah unsur radioaktif alam yang mempunyai waktu paruh sangat panjang. Unsur radioaktif tersebut antara lain adalah turunan uranium, torium dan kalium, sehingga dalam jangka waktu yang lama ada penumpukan atau akumulasi di alam [4]. Penulis melakukan penelitian ini di CSIRO Land and Water Division di Canberra Australia ketika mengikuti pelatihan fellowship selama 3 bulan pada tahun 1999. Csiro Land and Water Division merupakan lembaga penelitian yang berkaitan dengan bidang hidrologi lingkungan. Tujuan penelitian adalah untuk mengevaluasi tingkat radioaktivitas lingkungan sekaligus sebagai data pendukung untuk mengetahui asalusul sumber sedimen dan laju sedimentasi. BAHAN DAN METODE Sampel sedimen sungai dikumpulkan dari lima lokasi sungai yang berada pada daerah tangkapan sungai Jugiong selama bulan September dan Oktober 1999. Kelima sungai masing-masing adalah sungai Curanans bagian hulu, pertemuan sungai Curanans dan sungai Cunningham, sungai Gonan bagian hulu, sungai Douglas bagian hulu dan pada pertemuan sungai Spring dan sungai Jugiong. Sampel sedimen sungai diambil pada permukaan sungai menggunakan scrapper pada jarak 5 meter dari tepi sungai. Setiap lokasi diwakili dengan 5 titik pengambilan sampel dan berat setiap sampel sekitar 1,5 hingga 2 kg. Kemudian sampel climasukkan ke clalam kantong plastik clan dibawa ke laboratorium. Persiapan sampel dilakukan dengan memisahkan menjadi 2 kelompok yaitu kelompok sedimen halus dan sedimen kasar. Sampel sedimen diayak (sieving) untuk mendapatkan ukuran butiran kasar, kemudian dilakukan pengendapan (settling) secara
112
Tommy Hutabara
SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKAR TA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176 gravitasi untuk untuk butiran yang lebih halus. Hasil pengayakan dan pengendapan ini kemudian dikeringkan pada suhu 50°C selama 24 jam. Setelah kering, sampel dikeluarkan dan dibiarkan hingga dingin dan ditimbang. Kemudian sampel dimasukkan ke dalam aluminium foil dan diabukan pada suhu 450°C selama 48 jam untuk menghilangkan senyawasenyawa organik yang mungkin ada. Selanjutnya sampel dikeluarkan dan dibiarkan hingga dingin dan digerus hingga halus grinder. Langkah selanjutnya menggunakan sampel dimasukkan kembali ke dalam aluminium foil dan ditutup rapat agar tidak teIjadi kontaminasi. Sebelum dilakukan pengukuran aktivitas radionuklida alam, sampel sedimen dicetak menggunakan alat cetak yang terbuat dari bahan aluminium [5] Hasil cetakan berupa disk atau cup dibiarkan selama 30 hari untuk mencapai kesetimbangan antara U-238 dan Th-232 dengan anak luruhnya[6,7,8]. Aktivitas sinar gamma dalam sedimen diukur menggunakan spektrometri gamma dengan detektor HPGe (High Pure Germanium) yang mempunyai effisiensi 25 % dan resolusi 2 keY. Energi sinar gamma dari Pb-212 (238,63 keY) digunakan untuk menentukan konsentrasi Th-232, sedangkan energi sinar gamma dari Th-234 (63,29 keY) digunakan untuk mengukur aktivitas U-238. Radionuklida K-40 dan Cs-137 diukur dari energinya masing-masing yaitu energi 1461 keY dan 661,66 key[9,1O,11J. Geometri sampel sarna dengan geometri standard dan pencacahan dilakukan selama 24 jam. Analisa data dilakukan menggunakan program SAMDAT [12]. Dalam penelitian ini
diperhitungkan pada setiap sampel dan standar deviasi yang dihitung sebesar ± 1a. HASIL DAN PEMBAHASAN Aktivitas konsentrasi radionuklida alam dalam sedimen sungai dan aktivitas rasionya disajikan pada Tabel 1 sampai Tabel 5. Pada sedimen dari kelima lokasi sungai, aktivitas konsentrasi U-238 dan Th-232 semakin besar pada ukuran butiran lebih halus. Dalam hal ini, konsentrasi minimum diperoleh pada butiran paling kasar/coarse grained (>500 mikron) dan konsentrasi maksimum pada butiran paling halus / fine grained «10 mikron). Namun tidak demikian halnya untuk konsentrasi Cs-13 7 dan K -40 yang cenderung berfluktuasi. Pada pertemuan sungai Curanans dan Cunningham, sungai Douglas bagian hulu dan pertemuan sungai Spring dan sungai Jugiong (Tabel 2,4,5) rata-rata konsentrasi U-238 lebih besar dari pada Th-232 yaitu 79 bq/kg ;75 bq/kg dan 108 bq/kg dan masing-masing konsentrasi berkisar dari 18 bq/kg hingga 140 bq/kg ; 24 bq/kg hingga 130 bq/kg dan 37 bq/kg hingga 205 bq/kg. Aktivitas konsentrasi Th-232 pada sungai Curanans bagian hulu dan sungai Gonan bagian hulu lebih tinggi dari pada konsentrasi U-238 yaitu dengan rata-rata konsentrasi Th232 masing-masing sebesar 66 bq/kg dan 80 bq/kg (Tabell,3).
Tabe1.1.Aktivitas Radionuklida Dan Aktivitas Ratio Dalam Sedimen Sungai Curanans Bagian Hulu Size 253 89 125-250 164 62 36 250-500 172 29 22 63-125 > 500 277 186 25 64 18 20-40 259 80 76 57 40-63
m Sedimen Pada Pertemuan Sungai Curanans
arat
digunakan standar uranium Ore BI-5, thorium nitrate (Amersham International) dan larutan Cs-137 (Amersham International). Cacahan latar belakang yang disebabkan oleh radionuklida alam sekitar detektor
113 dan Sungai Cunningham.
Tinggi Teknologi Nuklir - BA TAN
Size Size 114 63-125 287 29 41 47 75 263 K-40 218 K-40 81 20-40 343 85 96 10-20 123 105 63-125 78 22 21 359 47 142 75 376 10 126 117 274 73 Th-232 258 26 125-25066 206 53 307 84 64 397 73 125-25041 257 125-250 336 203 48 83 91 250-500 366 96 31 88 23 40-63 115 105 107 300 98 312 K-40 84 129 356 Th-232 349 305 76 86 102 125-250 > > <
uklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176
berasal dari kawasan industri seperti pabrik pupuk fosfat, industri kimia, fasilitas-fasilitas pengolahan limbah industri dan fasilitas industri lainnya sehingga untuk memastikan perlu di1akukan penelitian secara khusus. Penggunaan pupuk secara berlebihan selain membuat pencemaran tanah dan air dengan zat kimia yang terkandungan pada pupuk, juga menyebabkan pencemaran zat radioaktif ke lingkungan. Aktivitas konsentrasi K-40 pada kelima lokasi penelitian rata-rata berkisar antara 223 bq/kg hingga 310 bq/kg. Nilai ini lebih kecil bila dibandingkan dengan negara-negara lain seperti : China (524 bq/kg), Prancis (599 bq/kg), Mesir (316 bq/kg), Ita1i (443 bq/kg), republik Irlandia (350 bq/kg) dan Spanyol (572 bq/kg). Namun lebih besar dibandingkan dengan danau Nasser, Mesir (155 bq/kg). Secara keseluruhan, ratio U-238/K-40 dan Th232/K-40 sangat tinggi apabila dibandingkan dengan rata-rata dunia yaitu sebesar 0,067 [13]. Konsentrasi Cs-137 pada kelima lokasi sungai berftuktuasi terhadap ukuran butiran. Rata-rata konsentrasi Cs-137 terhadap butiran untuk sungai Gonan bagian hulu sebesar 0,85 bq/kg (Tabel .3), sedangkan sungai-sungai lainnya rata-rata di atas 1,14 hingga 1,63 bq/kg (Tabel 1,2,4,5). Radionuklida Cs-137 merupakan radionuklida buatan yang berasal dari pengujian senjata nuklir di atmosfir selama tahun 1960 hingga 1970 dan juga berasal dari kecelakaan pembangkit tenaga nuk1ir Chemobyl yang banyak terdapat di permukaan tanah [14]. Seperti telah dijelaskan di atas bahwa konsentrasi U238 dan Th-232 semakin besar pada ukuran butiran lebih halus. Menurut Christensen et.al. (1990), fraksi liat « 10 mikron) mampu mengikat Th-232 5 kali lebih tinggi dibandingkan pasir dan lumpur [15]. Dari kelima lokasi sungai yang diteliti diperoleh korelasi yang 1inier antara U-238 dan Th-232 pada setiap butiran dan menurut Murray et al. [16] hubungan linieritas ini dapat digunakan untuk mengetahui asal-usul sumber sedimen dan proses pencampuran.
turunannya dengan aktivitas konsentrasi yang berubah secara linier terhadap ukuran butiran sedimen dan juga aktivitas radioaktif buatan Cs-137 dan radionuklida alam K-40 yang berfluktuatif terhadap butiran. Distribusi radionuklida alam pada lokasi penelitian relatif terhadap negara-negara lain dengan aktivitas konsentrasi yang bervariasi, namun rata-rata konsentrasi U-238 dan Th-232 pada kelima lokasi lebih besar dari rata-rata dunia. Perlu adanya kebij akan dalam hal penggunaan pupuk kimia yang tidak berlebihan, pembuangan limbah industri dan pengelolaan fasilitasfasilitas industri lainnya agar tingkat pencemaran radioaktif ke lingkungan dapat dikurangi.
KESIMPULAN
7. IBRAHIEM, N.M, S.M. SHAWKY and H.A. AMER. 995, Radioactivity levels in lake Nasser sediments. Applied Radiation and Isotopes 46 (5): 297-299.
DAFTAR PUSTAKA 1. ANON, A basis for soil conservation policy in Australia, Commonwealth and State Government Collaborative Soil Conservation Study 1975-77, Rep.No.l, Aust Govt Publ. Ser., Canberra, 1978. 2. WIGMAN, J.M. 1970. Sediment Transportation, Chapter 11 In Gray, D.M. (ed). Handbook on The Principles of Hydrology, Canadian National Committee for The International Hydrological Decade. 3. RUSTOMJI PAUL, The effect of topography on pattern of sediment delivery to streams in Jugiong Creek, New South Wales, A thesis submitted for the degree of Bachelor of Science (Honours), ANU, 1998. 4. ZAPATA. F (2002). Handbook for the Assessment of Soil Erosion and Sedimentation using Environmental Radionuclides.
Secara umum dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa dalam sampel sedimen sungai yang diteliti pada daerah tangkapan sungai Jugiong ditemukan unsur-unsur radionuklida induk U-238 dan Th-232 beserta
Tommy Hutabarat
115
5. HARALDS, DANNY, and WALLBRINK, Radionuclides in the environment: training manual , Sep-Nov, 1999, (CSIROCANBERRA). 6. IBRAHIEM, N.M. and M. PIMPL. 1994. Uranium concentrations in sediments of the Suez Canal. Applied Radiation and Isotopes 45 (9): 919-921.
8. SCHOTZING, U,. DEBERTIN, K, 1983. Photon emission probabilities per decay of 226Ra
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - SATAN
SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176
and 232Thin equilibrium with their daughter products. Applied Radiation and Isotopes 34, 533-538. 9. ICRP, 1983. Radionuc1ide transformations. Publication of International commission on Radiological Protection. ICRP-38. Vol. lI-
B.
1O.IAEA, 1989. Measurement of radionuc1ides in food and environmental samples. In: IAEA Technical Report Series, 295. International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria. 11. SIEMAN, K., ESTERLUND , R.A,.V AN AARLE. J., KNAAEK. M., ESTMEIER, W., PATZELT, P., 1992. A new measurement of the gamma ray intensities of 234Mpaaccompanying the decay of 238U. Applied Radiation and Isotopes 43 (7), 873880. 12. WALLBRINK, P.J. Use of fallout radionuc1ides in studies of erosion and sedimentation, Unpubl, Ph.D. thesis, ANU, 1996. 13. UNSCEAR, 1988. United Nations Scientific Committee on the Effect of Atomic Radiation. Exposure from Natural Sources of Radiation. Report to the General Assembly, United Nations, New York.
Bagaimana cara untuk menetralisimya? (Ida Yusnaini) 3. Saat sampling sedimen, Apakah sudah diperhitungkan debit aliran air, kekasaran sungai, permukaan sungai? 4. Selama 3 bulan di australia, apakahpenelitian ini bisa digeneralisasi distribusi radionuklida di sungai Australia? (Sunardi) Jawaban :
1. Detektor HPGE mempunyai resolusi lebih baik dibandingkan detektor lain. 2. PerIu adanya kebijakan dalam penggunaan bahan-bahan yang dapat memberikan kontribusi terhadap pencemaran. 3. Tidak ada pertimbangan-pertimbangan debit, kekasaran dan permukaan, namun dipilih sungai yang cenderung debitnya kecil karena kaitannya dengan pergerakan butiran sedimen halus. 4. Belum diaplikasikan hingga sekarang, karena keterbatasan yang ada di Indonesia. LAMPlRAN
14. CAMPBELL, B.L., LOUGHRAN, R.J., and ELLIOTT, G.L., "Caesium-137 as indicator of geomorphic processes in a drainage basin system", Australian Geographical Studies 20, (1982),49-53. 15. UNSCEAR. 1993. Sources, effect and risks of ionizing radiation. United Nations Scientific Committee on the effect of Atomic Radiation. Report to The General Assembly, with Annexes, United Nations, New York.
I.
I
..•
I _._._~
b"",t", •••
.•. ~ait.:
16. MURRAY, A.S., OLLEY, lM. and WALLBRINK, P.J., Natural radionuc1ide behaviour in the fluvial environment, Rad Dot. ProtoDos. 45 (14), 285-288, 1992.
Gambar1. Daerah Tangkapan Sungai Jugiong dan Titik Pengambilan Sampe1 Sedimen
TANYAJAWAB Pertanyaan
1. Mengapa dipakai detektor HPGE, Apa kelebihannya? 2. Jika sudah diketahui bahwa tempatJsungai mengandungltercemar radionuklida.
Daftar Isi Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
116
Tommy Hutabara
