f'etlehl/atl dan f'en$!embangan Aplika.f/l.fOIOp dan Radia-f'. I W9
PENENTUAN LAJU INFILTRASI Pb STABIL DALAM TANAH PERMUKAAN BERDASARKAN DISTRIBUSI 2JOPb Barokah Aliyanla.
Syafalni. Tommy H.. dan Haryono
PusatAplikasi Isotop dan Radia~;
ABSTRAK PENENTUAN LAJU lNFILTRASI Pb STABIL DALAM TANAH PERMUKAAN BERDASARKAN DISTRffiUSI ZlOpb. Aplikasi metode daling 21Opbtelah dilakukan untuk mempelajari karakteristik fisik Pb stabil dalam tanah pennukaan. Per'iamaanumum peluruhan radioaktif telah digunakan untuk mengestimasi laju infiltrasi Pb stabil di daerah hutan lindung Puncak, Jawa Barat. Kenaikan penggunaan aditif Pb stabil dalam gasolin yang signiflkan diperkirakan dimulai sejak awal dekade 1980-aJl. Laju infiltrasi Pb stabil dalam tanahpennukaan di Puncak sekitar 0,27 cm/tahun.
ABSTRACT INFILTRATION RATE DETER~ATION OF STABLE LEAD (Pb) IN SURFACE SOIL BASED ON mE DISTRIBUTION OF 21Opb. 21Opb dating method\\'asapplied for the studyof physicalcharacteristicof stable Pb in swface soil. The infiltration rate of stablePb in protectedforest soil in Puncakarea, West Java was estimated by using generalradioactivedecayequation.The increasingof stable Pb was significantly predicted relating to tl1egasolineadditive consun1ed on early 1980d,'cade.The infiltration rate of stablePb ill surface soil in Puncakarea was0.27cm/year.
PENDAHULUAN Perkembangan penggwtaan teknologi nuklir dirasakan begitu pesat dan banyak dimanfaatkan di berbagai bidang seperti bidatlg kedokteran, industri. sedimentasi dallau, datl lingkwlgan. Untuk hal yang terakllir, belakatlgatl ilu batlyak dikembatlgkan kIllIsusnya untuk menelusuri sejarall kejadian akibat aktivitas ll1anusia terhadap lingkUl1gan. Khusus untuk mengetahui llal yang terjadi dalam kurun waktu s.'Unpai 150 th terakllir yaitu dengan menggUl1akan metode penanggalan berdasarkan aktivitas radionuklida lingkUl1gan 21Opb(I]. Metode ini sering disebut sebagai metode dating 21Opbbanyak diaplikasikan secara luas UI1tuk penentlk'1Dlaju sedimentasi danau mauJ'UI1reservoar. 21 Pb merupakan radionuklida lingkungan yang berasal dari pelurul1an induk 238U yang ad.1 di alamo Isotop ini terdapat dalam kerak bumi dengan kelimpah.lIl 99,274 0/0,sedallgkatl isotop lain yaitu Uranium-235 datI UraJliwn-234 bertllrut-turut dengall kelimpal1all 0,72 % dan 0,06 % (2}. 210Pb mempUl1yai waktu parull 22,26 taIlun dan meluruh menjadi 214Bi dengan men1ancarkatl partikel beta. Secararingkas keberadaml 21Opb dalaln udara sebagai basil dari deret pelurulJan berikut. 226Ra yang berasaJ dari Uranium-238 dalaln kerak bunu meJurull menjadi gas 222Rnyang berdifusi ke udara dengatl rata-rata 42 aton1/menit. cm2 luasan pennukaan tanall ( 3 I. 222Rn mempwlyai waktu pamh 3,8 llari dan melurull melalui derctan anak Iurulmya menjadi 210 Pb. 210Pb bers.'1maair bujan atau menempel pada debu mineral yang beterbangatl di ud.1rJ turun kepennukaan talJahsecara langsUl1g d.'1Dmasuk ke daoclu baik secara langsung rnaupun melalui sungai ataupun aliran pcnnuka.'1D.21~ dalam talmb akan di adsorpsi partikel kecil t.1nabdan pergerakatulya masuk mcnembus
tanal1 bersalna aliran air melalui pori-pori tanah. Pengukuran aktivitas 21Opbdapat dilakukan melalui cuculurulmya, yaitu Polonium-210 rlOpo) yang diaswnsikan dalam keadaan keseimbangandengan 21Opb[I ]. Tujuan penelitian ini ialah memanfaatkan metode dating 11Opbwttuk lll~mprediksi umur 210Pbpada tiap lapisal1 tal1al1 permukaan, sehingga karakteristik fisik berupa laju infiltrasi Pb stabil yang banyak dihasilkan karena pembakaran gasolin yang mengandung aditif Pb dalam TEL (tetraethyl lead) dan atau tetramethyl lead dalam tanah pennukaan tersebut dapat diestimasi.
TEORI 21Opb yangjatul1 d.'lri ud.1faUlllulnnya akan berada pada mpisan tanal1 permukaan sampai beberapa cm dan leradsorpsi oleh partikel tlliltW. Karena adanya adsorpsi partikel tanal1,gerakan ilrnltrasinya menjadi sangat lambat dibanding dengan kecepatan air d.w sangat tergantung padajenis tanal1,Cural1hUjaI1atau~rositas tanah. Ada dua sumber pokok IOpb yaitu berasal dari udara sebagai partikel aerosol yang beterbangan dan ~atul1 ke tanah, daD berasal dari lanah itu senditi. Sumber IOpb dari udara disebul sebagai unsupported (mumi), sedangkan sUlnberyang berasal dari lanah disebul sebagai supported 210Pb. Aktivitas 21Opb unsupported dapat diperoleh melalui pengukuran total 21Opb dikurangi dengan aktivitas 21Opbsupported yang berasal dati tanal1 dan diasUl11SikaJ1 dalaIll keseimbangan dengan aktivitas 226Ra
14,5). Gerakcw infiltrasi 21Opb ke dalam tanah permuka.w dipertimbangkan sebagai gerak piston, dan mengabaikanad.'lnyadegradasi maupun pengendapan pada media tanah yang dilalui, sehingga gerakan di dalam tanah
121
Pene/itiandon Pengenlbangan Aplika.ri lsotop dan Radiasi,/999
perrnukaan ini dapat dinyatakan d.:'llmnbentuk persalnaan matematikc'l sederlk'llla berikut ini : d (r C)/dz = -).. C
(1)
C = aktivitas 21Opb unsupported(pCi/g) Z = kedaJarnan lapisantanaJl(cm) r = kecepataninfiltrasi dalarntanah(cm/th) Bila diasumsikan kecepatan gerakan 21Opb unsupported dalam tanah konstan terhadapkedalaman. peTs.(I) dapatdituiiskan kembali sebagai; r dC/dz = -A. C
(2)
apabila aktivitas pada kedalmuan z=O (pennukaan) dituliskan sebagaiCo,penyelesaianpers.(2) menjadi, c = Coexp(- "- ?ir)
(3)
peTS.(3) merupakan bentuk lain dari persamaan peluruhan radioaktif umUllmya dengan t = zir tidak lain ialah waktu yang diperlukan oleh 21vpb unsupported atau Pb untuk mencapai kedalatnan z dari permukaan tanall dengan kecepatan illfiltrasi r. Dan selanjutnya persamaan ini disebut sebagai model perSatlIaanuntuk kecepatatl gerakan infiltrasi konstan.
BAHAN daD METODE Lokasi dan Bahan. Sampel tanall diambil dari lokasi hutan lindUllg di daerah Telaga Warna PUllCak,pada bulan Desember 1996, dimana daerall tersebut diyakini merupakan daerall yang relatif tidak mengalami erosi maupUll deposisi, sehingga dapat dipertimbangkml sebagai daerall undisturbed sample dml dapat dipertimbangkan sebagai smllpel yang alamial}, sehingga basil analisis aktivitas 21Opbtiap perlapisan tanah dapat digunakaIl Ulltuk penmlggalan mlllif. Sampel tanall diambil dengan menggmlakc'll1 coring sampler Ulltuk sturn erosi. Lapisan tanall paling alas yang terdiri dari cmllpuran ballaD lapukan daUll daD tanal}, diaswllsikan mempUllyai kedalmnan 0-2 cm. Lapisan tanall berikutnya adalall dimllbil tiap kedalmnan 2 cm, yaitu dari kedalalnan nlasing-rnasing 2-4, 4-6, 6-8, 810, 10-12, 12-14, 14-16, 16-18 dan 18-20 cm. Metode. Salnpel' dikeringkan dengan oven dan diayak menggwtakall ayakaIl ukuran 0,29 mm. Hal ini Ulltuk menyesuaikan dengan ukuran sampel staIldar IAEA yang digUllakan untuk mengukur aktivitas 2~ tiap lapisan. Untuk allc'llisis 21Opb total hanya diperlukan sampel kering seberat 5 gram untuk masing-masing lapisan tanah. Seperti telah disebut di atas, pada prinsipnya, untuk pengukuran aktivitas 21Opbunsupported dilakukan dengan 2 cara yaitu pengukuran aktivitas total 21Opb melalui 21OpOdengan aswnsi berkeseimbangan dengan menggunakan alfa (a) spektrometer daD aktivitas 21Opb supported yang diasumsikan dalam keadaan keseimbangan dengaJl 226Ra menggunakan galmna (y) spektrometer. Sedangkan, untuk menganalisis sampel tersebut dilakukaIl preparasi sampel sebagai berikut :
122
Preparasi sampel untuk pengukuran 116Ra 1. Sampeldikeringkandenganoven selamakurang lebih 24jam pactasubu 1050C 2. Sampeldiayak denganukuran0,29 mm 3. Sampel ditimbang 200 g dan ditempatkan pada tabungMerrineli 4. Aktivitas 22~ diukur melaluienergi 186Kev Preparasi sampel untuk pengukuran 11Opb total ( 6 ] I. Sampel kering ditimbang 5 g dan dimasukkan ke dalam gelas beker volume 50 mI. 2. Ditambah larutaIl 2O9posebagaiyield tracer, aktivitas 2,106 Bq. 3. Ditambah larutml HNO3 4N sebanyak 25 mI dan dipanaskan sampai kering. 4. Ditambah aqua regia sebanyak 25 mI dan dipanaskan kembali SaInpaikering. 5. Ditambah larutan HCI 6 M sebanyak 25 ml dan dipanaskan sampai kering. 6. Diulang prosedur no. 5. 7. Ditambah larutan HCI 0,5 M sebanyak 25 mI. 8. Dipindahkan residu sedimen ke dalam geIas beker volume 100mI. 9. Residu sedimen disimpan semalam. 10.Dipanaskan pc1daSullU 85-900 C selama beberapa menit. II. DitmnbaItkml 200 mg asam asorbat. 12. Disiapkan piringan pernk dengan diameter I cm yang telall dibersiltkan dengan silver polish dan diisolasi salah satu sisinya denganglyptal. 13.Piringan pernk digantung selama semalam 14. Sampel siap diukur dengan alfa spektrometer.
BASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengukuran radionuklida alarni yang terkandung dalam setiap lapisan tanah disajikan pada Tabel I, yaitu Imsil pengukuran aktivitas 22~ menggunakan MCA dengan detektor HpGe. Tabel 2 disajikan basil pengukuran aktivitas total 21OpO menggunakan alfa spektrometer dengan detektor surface barrier. Hasil yang tertera pada Tabel I didapat dengan membandingkan antara aktivitas cacahan setiap perlapisan dengan aktivitas 226Rastandar lAEA-375 (20 Bq/kg, atau 854 :t 178), dengan masing-masing pengukuran dilakukan selama 24 jam. Data Tabel 2 didapat dari pengukuran aktivitas semIna 17jmn. Meskipun dalam pengukuran aktivitas tersebut didapat Imsil dengan standar deviasi, namun untuk perhitw1gan lebih lanjut hanya diperhitungkan nilai basil pengukuran tanpa memasukkat1 nilai deviasinya. Hasil pengukuran 21OpOuntuk tiap lapiScw tanah yang didapat mempakan aktivitas total 21lipb, sedangkan sebagai supported 21Opb adalah 226Ra,sehingga unsupported 21Opb diperoleh dengan mengurangkan nitro aktivitas 21Opbtotal dengan aktivitas 226Ra,serta kandungan Pb stabil untuk setiap lapisan diukur menggunakan XRF seperti dapat dilibat pada Tabel 3.
Pene/itian don Pengembangan Aplikasi ISOIOpdan Radias;, /999
Hasil pengukuranaktivitas22~a tiap perlapisan Kedalaman (cm)
Aktivitas"""Ri-
Aktivitas ""Ra
(cps) 390:t 67,5 414:t 50,9,I
0-2 2-4
~
(Bq/g)I ~Q91
~
0,0082
351:t55,1
6-8
[
408:t
8-10 10-12 12 -14T4"'="T6
62,3I!
~~
573 :t 66,8
501 :t 58,S 489:t 57,3
~ ~~
338:t 50,3 16 -18
523:t 67,4 518:t 67,2-
18-20
Hasil yang diperoleh tampak bahwa nilai unsupported 21Opbini cukup besar dibandingkan dengan nilai supported 21Opbyang berasal dari tanah itu sendiri. Kondisi tersebut sangat memungkinkan untuk mengembangkan metode dating 21Opb , khususnya di daerall Puncak dan sekitarnya. Patut dicurigai adanya sumber yang kemun~nan mengandung unsur 238Uatau aDak -luruhnya gas 22Rnyang terdifusi ke atmosfer dan lokasinya tak begitu jauh dari Puncak, sehingga secara signifikan turut mendukung nilai unsupported 21Opb tersebut.
~ 0,0121
Tabel 2. Hasil pengukuran aktivitas 21OpO dan perunut 2O9po
Kedalmllml (cm)
Aktivitas
Aktivitas
Total
2O9pO (Bq/g)
21apQ(Bq/g).
Aktivitas
net.
net.
0-2 2-4 4-6 6-8
215:f:29
410:i:32
_~~I
353 :f: 32
636:i: 28
0,7625
197:f:34
310:i:24
296 :f: 29
228:i:
0,6659 0,3260 0,1564 0,1924
21Dpb (Bq/g)
16
8 -10
46:f:
8
17:i: 4
10 -12
44:f:
8
20:i:
12 -14
159:f:27
71:i:12
14 -16
81:f:
10
31:i:
6
16-18
90:f:
12
30:i:
5
18 -20
91:f:
11
29:i:
6
5
:
~
0,1620 0,1411 0,1349
Nilai aktivitas 22~ seperti terlilk1t pada Tabel I taInpak tidak bergantung pada kedalaillall sarnpel dan bervariasi dari 0,0079 sampai 0,0134 Bq/g. Sedangkan dari Tabel 2 terlillat adanya penunman aktivitas total 21Opb yang cukup drastis mulai kedalalnan 6 cm. Hal uli kemwIgkinall disebabkan karena bmiyaknya akar pohon kecil mulai kedalmnan tersebut, sehingga dengan adanya aliran air yang berinfiltrasi ke bawah sebagai saluran dan berpengarull terlladap adsorpsi 21Opbdalam tanaI1. Dan pada kedalmnan dibawah 6 cm , distribusi aktivitas sampai kedalmnan 20 Col.
Tabel3. Aktivitas unsupponed 21Opb, Pb stabil dan prediksi umur tiap lapisml Unsupp orted
Kedalanlan
210Pb
(cm)
t'OPb)
(PCi/g)
0-2 2-4 4-6
~~ ~ 8,551
8 -10
3:865
1.248 1,200
j,484
18-20
~
3,319
tl (th)
7,43
Tabun
Pb stabil
Masehi
(~g/g)
1996
IQ7:t9,62
1.568 1.427
~
I 1988,57 I 90,3-f8:s0-~
KESIMPULAN Hasil penelitian dapat disimpulkan sebagai berikut. 1. Metode dating 2JOpbbukan saja dapat dipakai untuk mengetabui kronologi sedimen di danau atau reservoar (waduk), akan tetapi dapat digunakan pula untuk memprediksi laju infiltrasi Pb stabil dalam tanah. 2. Konsentrasi Pb stabil relatif tinggi dari kedalaman antara 0 -6 cm di tanah hutan, karena penggunaan atau efek gas buangan mobil sejak awal tabun 1980. 3. Oidaerah sekitar lokasi penelitian sangat menguntungkan penerapan dating melalui 2JOpb karena adanya perbedaan yang mencolok antara unsupported 2JOpbyang tinggi dan kandungan 21Opb dalam tanah yang rendah. 4. Laju infiltrasi Pb stabil di lokasi penelitian sekitar 0,27
Cln/tallun.
1981,14 I~!~ :t_~~' 2_2,3°I~~, 7~1~:!: M ~1~~1._~:t:6.99
1.586
f
i umUf.
2.878
~~
4,884 4,797 4,165 16 -18
Prediks
0
~
6-8
Tabe! ~ ~I ~I ~811936:561
Ln
Pada Gambar 1 diperlihatkan grafik hubungan antara aktivitas unsupported21Opbterhadapkedalaman. Berdasarkanperhitungan menggunakanpersamaan (3), melalui pendekatanleast squarehubunganantaraLn (C) dengankedalaman(z) didapatkannilai kecepataninfiltmsi (r) 21Opb maupunPb dalamtanahsebesar0,270 cm/tahun, dengankorelasi linear (R) -0,912. Hal ini menunjukkan kecenderungan yang kuat berkurangnya aktivitas unsupported 21Opbdengan semakin dalamnya lapisan tanah. Berdasarkannilai tersebut dapat dihitung waktu yang diperlukanoleh 21Opb atau Pb stabil untuk mencapai kedalamanz, sertatallun masehisebagaigambaranbahwa pada kedalamanz tersebutdicapai karena telah adanya jatuhan pada tahun tersebut.Hal ini diperlihatkan pada Gambar2 danGambar3 maupunTabel3. Nilai Pb stabil yang cukup tinggi antaralapisan tanahpadakedalaman0-6 cm, besarkemungkinankarena adanya kontribusi yang cukup signifikan dengan pertwnbuhanpelnakaianmobil berbahanbakar tetra ethyl lead gazoline sejak dekade awal 1980. Sedangkannaik turunnya nilai Pb pada kedalamanlebih dari 6 cm, besar kemungkinan disebabkanadanya akar tumbuhan yang dapatmenjadijalaIl Pb berinfiltrasi lebih dalam maupun bergerak secara lateral mengikuti percabangan akar bersmnaair.
~
37,17 I 1958,85I 72jt9:41~ 1951,42 I 37,3 :1:7,52 ~ 52,04
I
1943,99
I
59,9:!: 8,89
,
37,4:1: 8,34 I
66,91 I )9~9..!3j
46,9.t8,52_J
UCAPAN TERIMA KASIH Dalam kesempatan ini penulis sampaikan ucapan banyak terima kasih kepada Saudara Wahyudi, stat PSPKR yanft telall membaJltu penulis dalam mengukUT aktivitas 2 Opb total dengan menggunakan alfa spektrometer dan Saudara Suripto, staf PAIR yang telah
123
Penelitian dan Pengembangan Aplikasi lsotop dan Radiasi, J 999
membantupenulis mengukurkandunganPb stabil dengan XRF.
DAFTARPUSTAKA 1. EAKINS,
J.D., The
21Opb Teclmique
4. WIELAND E et aI., Scavengingof Chernobyl137Cs and 21Opb in Lake Sempach, Switzerland, Geochimica etCosmochemica Acta, Vol. 57, PergamonPressLtd., 1993. 5. lAEA., Use of Nuclear Techniquesin Studying Soil Erosion and Siltation, lAEA-TECDOC-828, Vienna,1993.
for dating
sediments and some applications, IAEATECDOC-298,pp. 31-47,Vielma, 1983. 2. LA V, STANIS AND MARES., Introduction to Applied Geophysics, Charles Univ., D. Radel Publishing Company,Praque,1984.
6. BALLESTRA, S., and HAMILTON, T., Basic ProceduresManual Radiochemistry,IAEA-Marine EnvironmentLaboratory, Monaco,1994.
3. SCHELL, W.R., and NEVISSI, A., Sedimentin Lake and Reservoirs,IAEA, 1983.
2(xx)
1m :c
'e'
19&)
41
~
;
c
~ e ~
1970
~ 1~ ,;= 1950
';~
Eo- 1940
~
1930 1920 10
Aktivitas Pb-210 (pCi/gr)
Gambar 1. Grafik hubwlgaIl antara aktivitas 21Opb
Gambar 2. Grafik penanggalan
terltadapkedalantan
2000 1990 1980 1970 1960
§
-= ..
Eo-
1950 1940 1930 1920
0
20
40
60
Kandungan
Gambar 3. Distribusi
124
80
100
120
Pb stabil (ppm)
Pb berdasar penanggalan 21Opb
100
Pone/irian
dan Pengembangan
Ap/ikasi
lsolOp
dan Radiasi,
/999
DISKUSI SUWIRMA SJAMSU 1. Apakah acta korelasi antara aktivitas 21Opbdengan konsentrasi Pb stabil pacta setiap kedalaman tanah secara alami ? 2. Apa alasan Anda menentukan infiltrasi Pb stabil dalatll
tanah?
BAROKAH I. Belum dillitung. 2. Dapat dipergunakanWltuk mengkaji pengarullpolusi Pb sebagai akibat aktivitas Itldustri/pembakaraIl gasolinepadalingkungan. WAHLAN 1. Apa gwIanya pengukuran laju infiltrasi Pb stabil, apakallada hubungandenganakumulasiPb tersebutdi suatuarea?
2. Bagaimana memperoleh data berdasarkan penanggalan, 1920 -19.
kandungan
Pb
.dan dimana?
BAROKAH 1. Dapat dipergllilakan untuk mengkaji pengaruh polusi oleh Pb sebagai akibat aktivitas industri atau pembakaran gasoline. 2. Tergantung dati analisis penanggalan 21Dpb unsupported terlmdap kedalaman sampel. Karena tiaptiap segmen sampel (dari pennukaan sampai kedalmnml tertentu) dianalisis/diukur baik 21"Pb unsupported lnaupun Pb stabil, sehingga basil penanggalan 21Dpbtersebut mewakili pula penanggaian untuk Pb stabil (karena sifat kimia 21Dpb dan Pb sarna). Dimana ? Tergantung pacta jenis tanah, curah hujan, aktivitas lnanusia di sekitar daerah yang dapat dipertimbangkan sebagai daerah undisturbed.
