PROFIL DISTRIBUSI VERTIKAL Cs-137 PAD A LAPISAN TANAH

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKART A, 21-22 DESEMBER ISSN 1978-0176

Daftar Isi 2006

PROFIL DISTRIBUSI VERTIKAL Cs-137 PAD A LAPISAN TANAH 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 PROFIL DISTRIBUSI VERTIKAL CS-137 PADA LAPISAN TANAH. Telah dilakukan penelitian untuk mengetahui profil distribusi vertikal Cs-137 pada lapisan tanah disekitar perkebunan the Desa Cibedug Puncak-Bogor. Jatuhan isotop alam Cs-137 bersama air hujan kepermukaan tanah akan terserap sangat cepat oleh butiran tanah halus. Dalam suatu area, Cs-137 diasumsikan terdistribusi secara merata dipermukaan tanah. Pengambilan sampel dilakukan menggunakan alat Scrapper ukuran (2Ox50)cm dan Coring diameter 10 em. Preparasi sampel tanah terdiri dari pengeringan, penggerusan dan pengayakan. Setelah preparasi, pengukuran Cs-137 dilakukan dengan spektrometri gamma. Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa pola distribusi Cs-137 pada dua titik lokasi hampir sama dan penetrasinya cukup dalam hingga kedalaman (16-18) em. Pola persentase lempung mengikuti pola distribusi Cs-137. Nilai Cs137 inventory total masing-masing lokasi adalah 239 bq/m2 dan 355 bq/m2• Studi erosi dengan metode Cs137 sangat potensial dilakukan pada lokasi penelitian dan sekitarnya. Kala kunci : Cs-137, profile, soil layer

Abstract THE PROFILE OF VERTICAL DISTRIBUTION OF CS-137 ON THE LAND. It has been done an investigation for knowing the profile of vertical distribution of Cs-13 7 on the land layer in surrounding of tea plantation of Cibedung Village, Puncak-Bogor. Cs-137 fallout is adsorbed strongly by fine soil. Within a watershed, fallout Cs-137 is assumed to be distributed uniformly on the land surface. Sampling was done by using Scrapper tool (20x50) em and coring diameter = 10 em). All samples were prepared such as drying, grinding and sieving. Cs-137 concentration was measured by using gamma spectrometry. The result of research showed that pattern of Cs-137 distribution were similarly on two locations and penetration depth (16-18) em. Pattern of clay percentage likes Cs-137 distribution. Total inventory ofCs-137 were 239 bq/m2 and 355 bq/m2 respectively. Erosion study with Cs-137 method is very potentially to do at the site and vicinity. Keywords: Cs-13 7, profile, soil layer

PENDAHULUAN

Di satu sisi air merupakan kebutuhan utama hidup manusia dan mahluk hidup lainnya, disisi lain air dapat menyebabkan ke1angsungan hidup manusia terganggu yaitu sebagai media penyebab tetjadinya pergeseran tanah atau yang lazim disebut erosi. Erosi

Tommy Hutabarat

merupakan gejala alam yang dapat terjadi dimana saja dan merugikan banyak pihak. Dalam sistem pertanian akan berdampak pada penurunan tingkat kesuburan tanah akibat hilangnya lapisan permukaan (top layer) hingga kedalaman 20 em. Kerugian lain yang ditimbulkan adalah banjir yang dapat menyebabkan longsor sehingga banyak tanah

117

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

SEMINARNASIONALII SDMTEKNOLOGINUKLIR YOGYAKARTA,21-22DESEMBER2006 ISSN 1978-0176 yang terkikis. Untuk mengurangi bahayadan II. Pada setiap lokasi dilakukan bahaya yang lebih besar lagi, perlu dilakukan pengambilan sampel dengan alat scrapper suatu kontrol terhadap erosi tanah yaitu dengan berukuran (20x50) em dan coring berukuran menggunakan metode teknik nuklir dengan diemeter 10 em). Dengan alat scrapper memanfaatkan isotop alam Cs-137 yang banyak diperoleh sebanyak 10 sampel dengan tebal per terdapat di alamo lapisan 2 em yang diambil hingga kedalaman Isotop alam Cs-137 telah banyak 20 em, sedangkan dengan alat coring hingga digunakan oleh banyak negara sebagai tool kedalaman 40 em atau disesuaikan dengan untuk penelitian yang berkaitan dengan erosi. kondisi lapangan. Jumlah sampel pada lokasi I Isotop Cs-137 sebagai perunut (tracer) mampu menggunakan alat coring sebanyak 7 sampel menjelaskan fenomena erosi seeara lengkap dan 10 sampel pada lokasi II. Seluruh sampel yang meliputi sumber, arah pergerakan dan dimasukkan kedalam kantong plastik dan diberi deposit. Penggunaan Cs-137 alam untuk studi kode. erosi dan sedimentasi pertama kali dipelopori oleh Me.Henry dan Ritchie di USA sekitar Preparasi Sampel Seluruh sampel tanah dibawa ke tahun 1960-an.[I] Cs-137 digunakan sebagai perunut karena mudah di identifikasi dan laboratorium PATIR-BATAN untuk analisis mempunyai sifat-sifat yang mudah dipantau. lebih Ianjut yang terdiri dari pengeringan, Pada permukaan tanah yang pemah mengalami penimbangan berat kering, penggerusan dan pengikisan hingga kedalaman 20 em, metode pengayakan hingga lolos 100 mesh. Cs-137 tidak dapat digunakan dan merupakan Pengukuran Kandungan Cs-137 kelemahan dari metode ini. Sampel tanah halus (1olos 100 mesh) Isotop alam Cs-137 banyak terdapat di alam sebagai akibat pereobaan senjata nuklir setelah penggerusan ditimbang sebanyak 500 pada pertengahan tahun 1950-1960, demikian gram yang kemudian dimasukkan kedalam juga akibat keeelakaan reaktor nuklir tabung merineli dan ditutup rapat. Untuk nilai Cs-137, dilakukan Chemobyl. Distribusi Cs-137 diatas permukaan mendapatkan tanah diasumsikan merata. Pada saat pengukuran sampel tanah menggunakan Coaxial HPGE (High Purity menyentuh permukaan tanah dengan eepat akan detektor teradsorpsi dan terikat kuat oleh tanah terutama Germanium) yang dihubungkan dengan MCA partikel tanah jenis lempung (clay). Untuk (Multi Channel Analyzer). [2] Pengukuran mengetahui kandungan Cs-137 dalam tanah dilakukan selama minimal 24 jam. Peneaeahan digunakan alat ukur nuklir yang sensitive yaitu sampel dilakukan menggunakan software Multi Channel Analyzer (MCA) resolusi tinggi Maestro, sedangkan untuk analisis data yang dilengkapi dengan detektor High Pure dilakukan seeara manual. Seluruh hasil Germanium (HPGE). Dalam aplikasinya telah pengukuran dibandingkan dengan standar dilakukan penelitian pada daerah aliran sungai IAEA SOIL-375. Setelah pengukuran tabung dibersihkan untuk menghindari (DAS) Ciliwung Hulu di Desa Tugu Utara, merineli Cisarua, Bogor. Tujuan : Penelitian ini tetjadinya kontaminasi. bertujuan untuk melihat profil distribusi vertikal Analisis Data. Cs-137 dari suatu lokasi pembanding dekat Pada pengukuran Cs-137 dalam sampel lahan pertanian dan akan dijadikan data awal untuk studi erosi/deposit pada lahan olah tanah seeara spektrometri gama menggunakan (cultivated area). Penelitian ini sebagai tindak detektor HPGE, unsur yang terdeteksi adalah lanjut dari program IAEA yaitu yang tertuang Ba-137m• Unsur Ba-137m (waktu paro = 2,4 bulan) merupakan anak luruh dari Cs-137 dalam proyek (RAS /5/043). (waktu paro = 30,1 tahun) dan sebagai indicator METODE tidak langsung dari penentuan aktifitas Cs-13 7. Hal ini disebabkan Cs-137 sebagai pemanear Pengambilan Sampel Tanah sinar f3 dan Ba-137m sebagai pemanear sinar y seperti yang terlihat pada rangkaian peluruhan Pengambilan sampel lokasi pembanding dibawah ini : terdiri dari dua lokasi yaitu lokasi pembanding I Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN

118

Tommy Hutabarat

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER ISSN 1978-0176 p 1-137

p

P

Xe-137 ---....

Cs-137----+

Ba-137m

2006

yaitu Bi-2l4 sebagai unsur pengganggu. Dalam hal ini hasil cacahan pada energi 661 keV hams dikoreksi terhadap spektrum Ba-13 7m [3] menggunakan rumus :

Ba-Ui " ..(,tahU)

Spektrum Ba-137m akan terdeteksi oleh detektor pada energi 661 keV dan dalam pengukurannya akan muncul spektrum lain Net area Cs -137(E = 661)= netareaBa-137m(E HASIL DAN PEMBAHASAN. Dalam studi erosi menggunakan Cs-13 7, penentuan lokasi sangat penting baik sebagai titik reference site/pembanding maupun lokasi percobaan. Sebagai titik yang representatif

= 66l)-3,5%xnetareaBi-2l4(E

= 609)

untuk dijadikan lokasi reference site/pembanding dipilih lokasi hutan lindung yang terbuka dan terletak diatas areal perkebunan. Peta topografi pengambilan sampel tanah disekitar perkebunan teh Desa Cibedug Puncak bogor seperti terlihat pada Gambar 1.

Gambar\, Pctti topografl pcngambHm1 sam pel !anah sekitar kebun the Puncak-Bogor.

Dari hasil perhitungan menggunakan metode scrapper diperoleh distribusi vertikal CS-137 inventory terhadap kedalaman pada reference site fa yang bervariasi antara 9bq/m2

hingga 29 bq/m2 dan reference site ffa dengan variasi antara 13 hingga 54 bq/m2 (satu bequerel = satu disintegerasi per detik) (Tabel 1,2).

Tabel 1. Data Cs-13 7 Sampel Ref-Site fa Metode Scrapper No.

Tommy Hutabarat

4-6 6-8 27 11 12 Kedalaman 14 14-16 29 8-10 10-12 0-2 9 16-18 12-14 18-20 25 16 2-4 15 1,2206 1,2740 2,05 1,92 8,23 8,54 1,3546 7,98 0,6852 1,2192 11,45 11,34 4,23 1,5764 1,4712 22,45 10,34 1,5494 3,92 1,3532 3,33 1,7400 20,34 18,54 7,98 x Inventory 10-3 1,46 Cs-137 Berat Silt-clay Kering 10-3 4,62 2,76 1,93 1,49 Cps (gr) (%)

169

(Bq/m2)

119

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176

4-6 Kedalaman 18-20 0-2 10-12 20 2-4 29 12-14 14-16 37 16-18 8-10 34 30 54 13 6-8 4,46 27,45 18,56 25,78 30,5 4,26 1,5380 25,78 4,62 4,51 5,71 3,73 1,4030 1,1396 1,4324 1,5928 1,4594 35,67 29,34 25,31 1,7750 3,92 2,88 4,17 7,24 1,0060 1,3594 11,34 45,68 xInventory 10-3 1,6184 Cs-137 Berat (gr) (%) Silt-clay Kering (Bq/m2) Tabel 2.Cps Data Cs-137 Sampel

Ref-Site IIa Metode Scrapper

No.

Penetrasi Cs-137 dalam tanah tidak seragam, hal ini tergantung pada tekstur dan butiran tanah. Pola distribusi vertikal Cs-137 pada kedua lokasi ini tidak beraturan dan menunjukkan keeenderungan pola yang hampir sarna (Gambar 2,3). Afinitas Cs-137 setiap lapisan sangat ditentukan oleh besar butiran tanah dan berdasarkan literatur bahwa Cs-137 akan terikat dan teradsorpsi sangat kuat oleh partikel tanah atau sedimen terutama oleh partikel halus (silt-clay). Pada lapisan (2-4) em (Gambar 2) konsentrasi Cs-137 tinggi kemudian menurun hingga kedalaman (8-10) em. Demikian juga pada kedalaman (10-12) em, konsentrasi Cs-13 7 berfluktuasi hingga kedalaman 20 em. Seeara umum pola distribusi vertikal Cs-13 7 pada kedua lokasi ini tidak mengikuti pola distribusi Gauss yaitu puneak konsentrasi akan berada pada kedalaman (8-10) hingga (12-14) em. Diperkirakan lokasi ini pemah diolah untuk lahan pertanian atau perkebunan kemudian tidak digunakan lagi dan ditumbuhi oleh rumput gajah. Nilai Cs-137 inventory total pada lokasi pembanding la adalah 169 bq/m2• Pada lokasi pembanding IIa dapat dijelaskan bahwa pada kedalaman (16-18) em konsentrasi lebih tinggi, hal ini menunjukkan bahwa penetrasi Cs-137 dalam lapisan tanah eukup dalam. Kondisi pada lokasi II hampir diperkirakan sarna dengan kondisi yang pemah teIjadi pada lokasi I dimana pola distribusi vertikal tidak mengikuti pola Gauss. Demikian juga pada kedalaman (12-14) dan (16-18) em (Gambar 2) dan kedalaman (16-18)

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

120

em (Gambar 3) masih terlihat konsentrasi Cs137 hal ini disebabkan oleh eurah hujan yang eukup tinggi (lebih dari 1600 mmltahun) [4]. Total inventory Cs-137 menggunakan metode scrapper pada lokasi pembanding IIa adalah 311 bq/m2• Menurut literatur, fallout radionuklida Cs-13 7 di belahan bumi selatan lebih rendah seeara signifikan dibandingkan dengan belahan bumi utara. Database kandungan Cs-137 untuk belahan bumi selatan yang diwakili oleh Negara AdelaidelBrisbane menunjukkan inventory Cs-137 pada tahun 1963-1964 sebesar± 100bq/m2• Pada Gambar 2 dan 3 dapat ditampilkan grafik hubungan antara persentase silt-clay terhadap kedalaman lapisan tanah. Dari hasil analisis grafik diperoleh kurva interpolasi polynomial. Pola kurva mengikuti puneakpuneak dari kandungan Cs-137 pada setiap kedalaman. Hal ini sangat mendukung literature yang menyebutkan bahwa Cs-137 akan sangat kuat diadsorpsi oleh partikel halus terutama silt dan clay. Penentuan nilai Cs-137 inventory juga dilakukan pada lokasi pembanding lainnya yaitu menggunakan metode coring. Pada metode ini,diambil sebanyak 7 titik pada lokasi pembanding Ib dan 10 titik pada lokasi pembanding IIb. Dari hasil analisis diperoleh nilai Cs-137 inventory bervariasi yaitu antara 110 bq/m2 hingga 544 bq/m2 pada lokasi pembanding Ib dan 191 bq/m2 hingga 587 bq/m2 untuk lokasi pembanding lIb (Tabe13,4)

Tommy Hutabarat

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176

Gambar 2. Profil distribusi Cs-137 dan persen silt + elay lapisan tanah lokasi pembanding I 35

N 30 E

'iT 25

~

!:; 20 .•....

~ III

15

~

10

-~ I'll

5

0..,2

2-4

4-6

6-8

8-10

10-12

12·14

14-16

16-18

18-20

kedalaman (em)

Gambar 2. Profil Distribusi Cs-137 dan Persen Silt + Clay Lapisan Tanah Lokasi Pembanding I Gambar 3. Profil distribusi Cs·137 dan persen silt +elay lapisan tanah lokasi pembanding II 60

N 50

! E

kurva silt + clay

40 J

•....

M

oJ;

30

~ 20 !E

~ 10 o

0-2

2-4

4-6

6-8

8-10

10·12

12-14

14-16

16-18

18·20

Kedalaman (em)

Gambar 3. Profil Distribusi Cs-137 dan Persen silt + Clay Lapisan Tanah Lokasi Pembanding II 432 160 40Cs-137 394 191 544 Kedalaman 338 110 0,8268 4,32 0,8324 0,8672 0,7436 0,8394 5,36 1,58 x Kering 0,6346 0,8142 4,38 1,82 10-3 Tabel3. Data Cs-137 Serat Inventory Cps 3,44 1,44 (gr)

sampe1Ref-Site Ib metode Coring (Sq/m2)

) No.

Tommy Hutabarat

121

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - SATAN

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176

Tabel 4. Data Cs-137 Sampel Ref-Site lIb Metode Coring

2. 10. 4. 9. 8. 7. 3. 5. 6. 1.

(em)

No.

Kedalaman 40 40 0,5172 0.9240 0,8064 0,7648 0,7308 0,8148 0,9284 0,8274 0,8672 1,0138 Berat (gr) Kering

Cps

(Bq/m2)

8,32

392

5,51

X

10-3

487

1,91

X

10-3

191

3,29 x 10-3

367

4,98 x 10-3

491

6,35 x 10-3

587

4,11x 10-3

401

4,61 x 10-3

288

3,64

381

X

10-3

4. Departemen Kehutanan, Direktorat Jenderal Rehabilitasi Lahan Dan Perhutanan Sosial, Balai Pengolahan Daerah Aliran Sungai Citarum- Ciliwung, 2002, Bagian Proyek Perencanaan dan Evaluasi Pengelolaan Daerah Aliran Sungai Citarum Ciliwung, Bogor.

KESIMPULAN

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

420

3,49 x 10-3

3. ELLIOT, G.L., LOUGHRAN, R.J., PROVE, E., and CAMPBELL, B.L., 1992, "Recalibration and test of Caesium-I 37 based methods for estimation of net soil erosion on cultivated and uncultivated land", Applied Radiation Isotope, International Journal of Radiation and Applied Instrumentation, Part A41.

yaitu sebesar 239 bq/rn2, sedangkan pada lokasi Ib dan lIb (nilai rata- rata 10 coring dan 1 scrapper) sebesar 355 bq/rn2• Dalarn studi erosi, kandungan Cs-13 7 pada lokasi pernbanding digunakan sebagai aeuan terhadap lokasi pereobaan untuk rnengetahui laju erosi dan deposisi.

1. RITCHIE, lC., MC. HENRY, J.R., and GILL, A.C., 1972, " The distribution of 137Csin the

10-3

2. CAMPBELL. Et al. 1988. A method for determining sediments budgets using Caesium-137. International Association of Hydrological Science, Porto Alegre Symposium: Sediments Budgets. IAHS Publ. 174 :171-179.

scrar'Per) rnenggunakan : coring dan 1(Ar'!f + Rata - rata(Aref rumus ) Asc cor ref2

DAFTAR PUSTAKA.

X

litter and upper 10 centimeters of soil under different cover types in northern Mississippi", Health Physics, 22, 197.

Pengarnbilan sarnpel dengan 2 rnetode yang berbeda dilakukan karena penetrasi Cs137 dalarn tanah sangat tergantung pada jenis rnaupun ukuran butiran dan kondisi yang terjadi disekitar lokasi. Dari 2 lokasi pernbanding yang diteliti dan rnenggunakan rnetode yang berbeda rnaka diperoleh nilai Cs-137 inventory (total) lokasi pernbanding Ia dan lIa (nilai rata-rata 7

Dari hasil penelitian dapat disirnpulkan beberapa hal yaitu profil distribusi vertikal Cs137 di lapisan tanah pada 2 lokasi pernbanding tidak rnerata dan dapat dideteksi. Penetrasi Cs137 eukup dalarn hingga kedalarnan (16-18) em pada lokasi pernbanding I dan II dan rata-rata Cs-137 Inventory masing-masing lokasi adalah 239 dan 355 bq/rn2• Studi erosi dengan rnetode Cs-13 7 sangat potensial dilakukan pada lokasi penelitian dan sekitamya.

Cs-137 Inventory

5. LOUGHRAN, R.l, ELLIOT, G.L., and CAMPBELL, B.L., 1993, " Estimation of erosion using Radionuclide caesium-137 in three diverse areas in eastern Australia", Applied Geography, 13, p.109-188. 6. MEGUMI, K., OKA, T., YASKAWA, K. and SAKANOUE, M., 1982, Contents of natural Radioactive nuclides in soil in relation to their surface area, J.Geophys. Res., 87, 10857-10860. 7. NORRIS, V., and PERRENS, S.J.,1998, Analysis of variability of Caesium-137 in

122

Tommy Hutabarat

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKART A, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176 soils in Northern NSW, Proc. Con! Agric. Engineer., Hawkesbury Agricultural College, 187-191. 8. OWENS, P.N. and WALLING, DE., 1996, Spatial variability of 137Cs inventories at Reference Site an example from two contrasting sites in Englang and Zimbabwe, Appl. Rad. Isot. 47:7, 699-707. 9. RITCHIE, J.C. and MCHENRY , J.R." 1973, Vertical distribution of fallout Cs-137 in cultivated soils, Rad. Data & Repts., 12, 727728.

TANYAJAWAB Pertanyaan

1. Apa kelebihan dan kekurangan metode Scrapper dan Coring, Dari kedua metode tersebut mana yang lebih baik, Apakah setiap pengukuran hams menggunakan 2 metode? (Ida Yusnaini) 2. Lokasi sampling diambil di kebun teh. Apa alasan sampling pada kebun teh dan apa nilai tambah sampling pada kebun teh ? 3. Pengukuran dilakukan dengan spektrometri gamma. Berapa batas deteksi alat, sehingga hasil cacah yang anda lakukan diperoleh cacah ang kecil orde !O-3 Cps? 4. Apakah spektrometri gamma ini valid untuk pencacahan radionuklida dengan intensitas kecil !O-3 Cps ? 5. Mengapa sampling pada kedalaman tanah 2-20 cm ? (Sunardi) Jawaban

1. Tidak ada kelebihan dan kekurangan, metode coring hanya sebagai data pelengkap. 2. Pada prinsipnya lokasi untuk pengambilan sampel "reference Site" adalah daerah yang diperkirakan belum mengalami gangguan dan biasanya daerah dataran tinggi. Lokasi yang kami lakukan kebetulan kebun the. 3. Batas deteksi tidak kami lakukan. 4. Valid karena masih 5 kali diatas back ground 5. Apabila pada kedalaman 20 cm tidak ada Cs-l37 maka dikatakan bahwa daerah tersebut sudah tidak layak untuk studi erosi

Daftar Isi Tommy Hutabarat

123

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN