Geokronologi Polutan Logam Berat...Provinsi Banten (Arman, A., et al.)
GEOKRONOLOGI POLUTAN LOGAM BERAT DENGAN TEKNIK NUKLIR TERHADAP SEDIMEN DI DAERAH PESISIR SURALAYA, PROVINSI BANTEN Ali Arman, Untung Sugiharto & Bungkus Pratikno Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi, Badan Tenaga Nuklir Nasional Diterima tanggal: 20 Februari 2013; Diterima setelah perbaikan: 29 Juli 2013; Disetujui terbit tanggal 6 Desember 2013
ABSTRAK Distribusi vertikal dari logam berat ditentukan untuk studi geokronologi polutan pada sedimen di daerah pesisir Suralaya. Umur dan akumulasi sedimen diperoleh dengan teknik dating radionuklida alam 210Pb. Sampel sedimen coring diambil menggunakan gravity core dari 2 lokasi (core 1 dan core 2). Sampel dipotong tiap 2 cm, dipreparasi dan dianalisis menggunakan spektrometer alpha dengan detektor PIPS. Kandungan polutan (logam berat) diukur pada setiap lapisan sedimen dengan metode Analisis Pengaktifan Neutron. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa sedimentasi di daerah pesisir Suralaya meningkat sejak tahun 1970-an dan berdasarkan profil logam berat, Cr dan As juga menunjukkan kenaikan konsentrasi pada lapisan sedimen yang terjadi mulai sekitar tahun 1970-an hingga 2010. Kata kunci: geokronologi, radionuklida alam, sedimen, logam berat, pesisir Suralaya ABSTRACT The vertical distribution of heavy metals was determined in order to study the geochronology of pollutions in sediment in the coastal area of Suralaya, Province of Banten. Dated and accumulation rate sediment were carried out using environmental radionuclide 210Pb. Two sediment cores were collected using gravity corer (core 1 and core 2). Samples were then analyzed in the lab; each core was sliced into 2 cm, analyzed using alpha spectrometer with PIPS detector. The concentration of pollutants (heavy metals) was analyzed using Neutron Activation Analysis method. The dating of sediment as well as the sediment accumulation rates was determined using CRS model (Constant Rate of Supply). The result shows that sedimentation rates in the coastal area of Suralaya increase since 1970 until 2010. Moreover, based on the heavy metals profiles, Cr and As also increase similar to the increase of sedimentation. Keywords: geochronology, environmental radionuclide, sediment, heavy metals, Suralaya’s coastal
PENDAHULUAN Peningkatan perekonomian dalam satu daerah umumnya berdampak pada meningkatnya pencemaran lingkungan. Kajian tingkat kontaminasi dalam ekosistem perairan dapat dilakukan dengan cara analisis air, sedimen atau organisme hidup yang ada di lingkungan tersebut. Analisis air untuk monitoring jangka panjang pada lokasi sampling tertentu akan memberikan hasil yang sangat bervariasi walaupun sampel diambil dalam periode yang singkat. Oleh karena itu monitoring dan pengkajian lingkungan dengan menggunakan analisis sedimen dan biota bentos (Carroll et al., 2003) akan lebih sederhana. Sedimen permukaan merupakan reservoir bagi logam berat, sehingga perlu dilakukan desain dalam analisis untuk mendapatkan keterwakilan kondisi lingkungan. Sedimen yang tidak terganggu (undisturbed) memberi gambaran kronologi dari karakteristik geokimia dalam suatu kolom air (Benamar et al., 1999, Dinescu et al., 2004). Berdasarkan hal tersebut dapat dievaluasi perubahan geokimia dalam
kurun waktu tertentu dan juga dapat ditentukan baseline dan penambahan/perubahan yang telah terjadi dalam kurun waktu tersebut. Radionuklida alam 210Pb dengan waktu paruh 22,3 tahun, telah digunakan secara luas untuk menentukan umur sedimen sejak Goldberg mengembangkan metodologi tersebut pada awal tahun 60-an (Sanchez-Cabeza et al., 1999). Pengukuran aktivitas spesifik 210Pb pada lapisan sedimen di batuan inti (core) dapat menentukan umur dan laju akumulasi sedimen hingga 150 tahun ke masa lampau. Kisaran waktu penentuan umur sedimen dengan 210Pb sangat sesuai untuk digunakan sebagai tool untuk kajian perubahan dan kejadian dalam periode dimana aktivitas manusia mulai memberi dampak pada lingkungan dengan adanya perubahan yang signifikan pada lingkungan sekitar (Kumar et al., 1999). Radionuklida 210Pb adalah salah satu anak luruh U, keberadaannya dalam sedimen berasal dari proses, 1). 226Ra meluruh dan terbentuk gas 222Rn yang
Korespondensi Penulis: Jl. Lebak Bulus Raya no 49, Jakarta 12440. Email:
[email protected]
238
129
J. Segara Vol. 9 No. 2 Desember 2013: 129-133 terpancar ke udara hingga terbentuk 210Pb (unsupported), kemudian turun ke permukaan dan berikatan dengan partikel suspensi dan mengendap bersamaan membentuk lapisan sedimen, 2) yang terbentuk karena adanya peluruhan 226Ra yang terdapat dalam sedimen tersebut melalui proses kesetimbangan dan meluruh menjadi 210Pb (supported). Penelitian ini bertujuan untuk menentukan laju sedimentasi serta geokronologi polutan logam berat di daerah pesisir Suralaya, Provinsi Banten menggunakan radionuklida alam 210Pb sebagai perunut melalui analisis profil unsupported 210Pb. Adapun tujuan akhir dari penelitian ini adalah untuk mengetahui sumber polutan yang terutama berasal dari daratan.
dikeringkan dan digerus dengan mortar. Kandungan air dan porositas ditentukan dari perbedaan berat basah dan berat kering sampel. Sampel dibagi dua, sebagian dianalisis kandungan logam beratnya dengan teknik aktivasi neutron untuk studi kronologi pencemaran dan sebagian dianalisis kandungan radionuklida alam 210Pb untuk menentukan umur dan laju akumulasi sedimen (IAEA-TECDOC, 2003).
Aktivitas 210Pb ditentukan dari hasil pengukuran salah satu anak luruhya yaitu 210Po dengan asumsi terdapat kesetimbangan antara keduanya. Destruksi sampel mengikuti prosedur (Sanchez-Cabeza, 1993) dengan sedikit modifikasi, secara singkat adalah pada 3 gram sampel sedimen kering diteteskan larutan standar 209Po sebanyak 0,169 Bq sebagai tracer, METODE PENELITIAN ditambahkan 10 mL HCl(1:1), 10 mL HNO3(1:1), 15 mL H2O dan beberapa tetes H2O2 dan dipanaskan pada Sedimen core (4 stasiun) dan sedimen suhu 800C sampai kering. Kemudian ditambahkan permukaan (16 stasiun) diambil di daerah pesisir PLTU 10 mL HCl (1:1) dan 40 mL H2O dan dipanaskan Suralaya, provinsi Banten yang dilakukan pada Juni dan disaring. Filtrat dikeringkan sampai terbentuk 2010. Sampel sedimen core diambil menggunakan endapan dan ditambahkan 4 mL HCl (1:1) dan diaduk. alat gravity core dengan diameter 4 cm dan panjang 50 Selanjutnya ditepatkan volumenya menjadi 100 mL cm pada 4 lokasi berbeda. Data sedimen core dapat dengan menambahkan HCl 0,3N dan juga ditambahkan dilihat dalam Tabel 1 dan lokasi pengambilan sampel 400 mg asam askorbat. 50 mL diambil untuk deposisi dapat dilihat pada Gambar 1. Sampel didinginkan spontan 210Po dan 209Po pada stainlessteel disk. Kedua dengan es batu dan dibawa ke laboratorium untuk isotop dicacah dengan alpha spektrometer produksi dianalisis lebih lanjut. Berdasarkan persentase butiran Canberra dengan detektor PIPS (Passiveted Implanted sedimen, hanya 2 core yang dianalisis 210Pb dengan Planar Silicon) area 450 mm2, resolusi 20keV dan persentase pasir yang cukup kecil sedangkan 2 core kondisi vakum. Pencacahan dilakukan selama sekitar 4 lainnya cukup tinggi kandungan pasirnya. Sampel jam dan energi yang digunakan adalah 4,88 MeV untuk dipotong tiap 2 cm menggunakan alat potong dari 209Po (tracer) dan 5,305 MeV untuk 210Po. Pengukuran bahan plastik untuk menghindari kontaminasi logam background dilakukan pada periode yang sama dengan berat pada sampel. Selanjutnya sampel ditimbang, pengukuran sampel dan hasilnya dikurangkan pada
Gambar 1. 130
Lokasi pengambilan sampel sedimen di daerah pesisir Suralaya, Provinsi Banten
Geokronologi Polutan Logam Berat...Provinsi Banten (Arman, A., et al.) Tabel 1.
Data sampel sedimen core daerah pesisir Suralaya, Banten No Lintang Bujur Kedalaman (m) Panjang Core (cm) 1 2 3 4
5°54’54,17”S 5°52’50,93”S 5°52’39,60”S 5°54’30,89”S
105°59’52,28”E 106°02’03,67”E 106°02’59,93”E 106°00’20,06”E
hasil pengukuran sampel. Supported 210Pb diperoleh dari hasil pengukuran 226Ra menggunakan gamma spectrometer produksi Canberra dengan detektor HPGe (High Pure Germaium) efisiensi 10% relative terhadap NaI(Tl) 3”x3”, resolusi 2,0 keV pada energi 60 Co 1332 keV dan detektor dilingkupi dengan shielding Pb setebal 10 cm dan lembaran Cu. 226Ra ditentukan melalui anak luruhnya yaitu 214Pb pada energi 352 keV. Sampel sebelum diukur, terlebih dahulu ditutup rapat dan didiamkan selama 1 bulan agar tercapai kesetimbangan antara radium dan anak luruhnya. Pengukuran sampel dan background dilakukan selama 24 jam dengan pengukuran background dilakukan pada periode yang sama dengan pengukuran sampel dan hasilnya dikurangkan terhadap hasil sampel. Unsupported 210Pb diperoleh dari pengurangan total 210 Pb dengan supported 210Pb. Kandungan logam berat ditentukan dengan metode analisis pengaktifan neutron (El-Bahi et al., 1999, Gaudry, 2007, IAEA-TECDOC 1990). Sebanyak 200 mg sampel homogen dimasukkan ke dalam kantong plastik polietilen yang telah dicuci terlebih dahulu dengan 0,2M HNO3. Plastik ditutup rapat dan disegel (shield) agar tidak terjadi kebocoran pada
Gambar 2. Laju akumulasi sedimen pada daerah sekitar core 1.
15 20 19 18
41 42 22 30
saat iradiasi dan pengukuran. Penentuan kuantitatif, limit deteksi, dan quality assurance (QA) digunakan standar sedimen IAEA-405 (Trace Elements and Methylmercury in Estuary Sediment) dan IAEA SL-1 (International Atomic Energy Agency), dimana standar tersebut diperlakukan sama dengan sampel. Standar dan sampel diiradiasi di Reaktor Siwabessy, BATAN Serpong menggunakan fluks ~1013 neutron/cm2. detik selama 20 menit. Sampel yang sudah diaktivasi selanjutnya diukur dengan spektrometer gamma menggunakan detektor HPGe (High Pure Germanium) koaksial efisiensi 10% dan terhubung dengan multi saluran (multi channel), sehingga dapat mengukur sekitar 20 unsur dalam waktu yang sama. Detektor HPGe mempunyai resolusi (FWHM) 1,89 keV pada energi 60Co 1332 keV, dan peak to Compton ratio of 38.1:1. Kalibrasi kualitatif digunakan standar multi sinar gamma 152Eu. HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan hasil analisis 210Pb dalam sedimen core 1 dan 2 diperoleh laju akumulasi sedimen pada masing-masing lokasi seperti ditampilkan pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Gambar 3. Laju akumulasi sedimen pada daerah sekitar core 2. 131
J. Segara Vol. 9 No. 2 Desember 2013: 129-133 Pada awal tahun 1900-an hingga 1980-an, laju akumulasi masing-masing lokasi menunjukkan nilai yang hampir konstan yaitu 0,05 gr/cm2.tahun untuk core 1 dan 0,02 gr/cm2.tahun untuk core 2. Setelah tahun 1980-an laju akumulasi pada kedua lokasi juga menunjukkan kenaikan, dengan kenaikan yang terus-menerus pada core 1 dan kenaikan yang sedikit berfluktuasi pada core 2.
kedalaman maka diperoleh peningkatan akumulasi kandungan logam-logam tersebut terjadi setelah sekitar tahun 1970-an. Sedangkan pada tahun-tahun sebelumnya menunjukkan pola yang konstan. Dengan kondisi tersebut dapat diasumsikan bahwa konsentrasi alami dari masing-masing logam yang terdapat pada sedimen adalah nilai yang ditunjukkan oleh masingmasing logam berat sebelum tahun 1960-an.
Logam-logam (polutan) yang teridentifikasi dengan menggunakan metode INAA dalam sampel sedimen adalah U, Th, Cr, Hf, As, Sc, Zn dan Co. Konsentrasi dari masing-masing logam berat dibandingkan dengan kandungan Sc. Hal tersebut dilakukan untuk mendapatkan konsetrasi antropogenik dari logam-logam yang terakumulasi dalam sedimen core (Lahiri et al., 1997, Ribeiro et al., 2005). Profil dari logam-logam dengan rasio terhadap Sc dapat dilihat pada Gambar 4 dan Gambar 5.
Konsentrasi semua logam berat pada sedimen core 2 menunjukkan rasio yang lebih kecil dibandingkan dengan rasio logam berat pada core 1. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh pola sedimentasi dan faktor fisik perairan di daerah pesisir Suralaya. Seperti hasil analisis logam berat dan 210Pb dalam sedimen permukaan yang dilakukan pada tahun sebelumnya, bahwa kandungan logam berat lebih tinggi disebelah barat dibandingkan dengan sebelah timur.
Pada sedimen core 1, kandungan logam Cr meningkat dari lapisan paling bawah hingga permukaan. Hal sama juga didapatkan pada unsur As, akan tetapi kenaikannya tidak sebesar pada logam Cr. Sementara itu logam U, Th dan Hf menunjukkan pola yang konstan dari lapisan atas sedimen hingga lapisan bawah. Sedangkan Co menunjukkan hal yang berbanding terbalik dengan As dan Cr, menunjukkan penurunan konsentrasi dari lapisan bawah hingga permukaan. Berdasarkan
korelasi
umur
sedimen
dan
Gambar 4. Profil logam berat U, Th, Hf, As, Co dan Cr dengan rasio terhadap Sc pada sampel core 1 132
KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian, dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Laju akumulasi sedimen di daerah pesisir Suralaya menunjukkan kenaikan yang dimulai dari tahun sekitar 1970-an dan pada periode sebelumnya menunjukkan nilai yang hampir konstan. 2. Konsentrasi polutan U, Th, Hf dan Co hampir konstan di sepanjang core, sedangkan polutan Cr dan As meningkat hampir bersamaan dengan kenaikan laju sedimentasi di daerah tersebut.
Gambar 5. Profil logam berat U, Th, Hf, As, Co dan Cr dengan rasio terhadap Sc pada sampel core 2.
Geokronologi Polutan Logam Berat...Provinsi Banten (Arman, A., et al.) PERSANTUNAN Ucapan terima kasih disampaikan ke project Regional Asia Pacific dibawah kordinasi International Atomic Energy Agency (IAEA), IAEA-RCA RAS/7/019, “Harmonizing Nuclear and Isotopic Techniques for Marine Pollution Management at the Regional Level” atas dukungan pelatihan, narasumber dan interpretasi data. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada sdr. Suripto dan Yulizon Menry atas bantuannya dalam pengambilan sampel dan analisis. DAFTAR PUSTAKA Benamar, M.A., Toumert, I., Tobbeche, S., Tchantchane, A., & Chalabi, A.. (1999), “Assessment of the state of pollution by heavy metals in the surficial sediments of Algiers Bay”, Appl. Radiation Isotopes, 50, 975-980. Carroll, J. & Lerche, I., (2003), “Sedimentary processes: quantification using radionuclides”, Elsevier, Amsterdam. Dinescu, L.C., Steinnes, E., Duliu, O.G., Ciortea, C., Sjøbakk, T.E., Dumitriu, D.E., Gugiu, M.M., & Haralambie, M., (2004), “Distribution of some majors and trace elements in Danube Delta lacustrine sediments and soil”, Radioanal. Nucl. Chem., 262, 345-354.
D., & Das, N.R., (1997), “Neutron Activation Analysis of Noble and Platinum Group Metals in the Proterozoic Dalma Rocks of Eastern India”, Appl. Radiation Isotopes, 48, 549-553. Ribeiro, A.P., Figueiredo, M.G., & Sigolo, J.B., (2005), “Determination of heavy metals and other trace elements in lake sediments from a sewage treatment plant by neutron activation analysis”, Radioanal. Nucl. Chem., 263 (3), 645-651. Sanchez-Cabeza, J.A., Masque, P., Schell, W.R., Palanques, A., Valiente, M., Palet, C., Obiol, R.P., & Cano, J.P., (1993), “Record of anthropogenic environmental impact in the continental shelf north of Barcelona city”, Proceeding of a symposium, IAEA. Sanchez-Cabeza, J.A., Masque’, P., Ani-Ragolta, I., Merino, J., Frignani, M., Alvisi, F., Palanques, A. & Puig, P., (1999), “Sediment accumulation rates in the southern Barcelona continental margin (NW Mediterranean Sea) derived from 210Pb and 137Cs chronology”, Progress in Oceanography, 44, 313332.
El-Bahi, S.M., Sroor, A., & Abdel-Halem, A.S., (1999), “Application of neutron activation analysis technique for gold estimation in mines in southern Egypt”, Appl. Radiation Isotopes, 50, 627-630. Gaudry, A. & Delmas, R., (2007), “Multielemental analysis of concrete from nuclear reactors by INAA, ICP-MS and ICP-AES”, Radioanal. Nucl. Chem., 271, 159-164. IAEA
TECDOC-1360, (2003), “Collection and preparation of bottom sediment samples for analysis of radionuclides and trace elements”, Vienna, Austria.
IAEA-TECDOC 564, (1990), “Practical aspects of operating a neutron activation analysis laboratory”, IAEA, Vienna. Kumar, U.S., Navada, S.V., Rao, S.M., Nachiappan, Rm.P., Kumar ,B., Krishnamoorthy, T.M., Jha, S.K., & Shukla, V.K., (1999), “Determination of recent sedimentation rates and pattern in Lake Naini, India by 210Pb and 137Cs dating techniques”, Applied Radiation and Isotopes, 51, 97-105. Lahiri, S., Dey, S., Kumar Baidya, T., Nandy, M., Basu, 133
