Geolistrik (Penelitian Eksperimen Fisika)

GEOLISTRIK

Lida Maulida (1211703021)

1

Jurusan FisikaFakultas Sains dan Tekhnologi

Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung,Indonesia

2013

1Lida Maulida, lidamaulida23.blogspot.com: [email protected]

Laporan Praktikum Experimen Fisika II

Abstract

Geoelectric is one of the geophysical methods used to interpret the subsurface byusing the concepts of physics and materials without damaging them. Geoelectric re-sistivity method is one of the Wenner configuration method to determine changes ingeophysical resistivity layer of rock beneath the soil surface by flowing electric currentDC (’Direct Current’) which has a high voltage into the ground. Based on the imagesthat we can, we can see the metal under there because of the difference in color aboveshows that there are objects with very high resistance. Resisistivitas depends on thetype of rock or amterial under the surface. The deeper the surface means the smallerthe value resisitivity. Keyword:Geoelectric, Wenner method, geophysical methods, re-sistivity

Abstrak

Geolistrik adalah salah satu metode geofisika yang digunakan untuk menginterpre-tasi bawah permukaan tanah dengan menggunakan konsep fisika dan tanpa merusakmaterial-material tersebut. Metode geolistrik tahanan jenis konfigurasi Wenner meru-pakan salah satu metoda geofisika untuk mengetahui perubahan tahanan jenis lapisanbatuan di bawah permukaan tanah dengan cara mengalirkan arus listrik DC (DirectCurrent) yang mempunyai tegangan tinggi ke dalam tanah. Berdasarkan gambar yangkita dapat, kita bisa melihat terdapat logam dibawah karena dari perbedaan warnadi atas menunjukkan bahwa ada benda benda dengan resistansi yang sangat tinggi .Resisistivitas bergantung terhadap jenis batuan atau amterial yang berada di bawahpermukaan. Semakin dalam permukaan berarti nilai resisitivitasnya semakin kecil.Kata Kunci: Geolistrik, Metode Wenner, Metoda geofisika, Resistivitas

2

1 Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Geolistrik adalah salah satu metoda geofisika yang mempelajari sifat-sifat aliran listrik yangada di dalam bumi dan bagaimana cara untuk mendeteksinya di dalam bumi dan di per-mukaan bumi. Dalam hal ini meliputi pengukuran potensial, arus dan medan elektromag-netik yang terjadi, baik secara alamiah ataupun akibat injeksi arus ke dalam bumi.Metoda ini lebih efektif digunakan untuk eksplorasi yang sifatnya dangkal. karena itu metodaini jarang digunakan untuk eksplorasi minyak tetapi lebih banyak digunakan dalam bidangengineering geology seperti penentuan kedalaman batuan dasar, pencarian reservoar air.Berdasarkan letak (konfigurasi) elektroda-elektroda potensial dan elektroda-elektroda arus,dikenal beberapa jenis metoda resistivitas tahanan jenis, salah satunya adalah metoda Wen-ner alpha.Penelitian ini merupakan suatu studi geofisika yang menerapkan metode geolistrik tahananjenis konfigurasi Wenner Schlumberger. Prinsip kerja geolistrik adalah mengukur tahananjenis dengan mengalirkan arus listrik kedalam batuan atau tanah melalui elektroda arus.Kemudian arus diterima oleh elektroda potensial dengan menganggap bumi sebagai resis-tor.Penggunaan geolistrik pertama kali dilakukan oleh Conrad Schlumberger pada tahun1912. Metode geolistrik tahanan jenis konfigurasi Wenner merupakan salah satu metodageofisika untuk mengetahui perubahan tahanan jenis lapisan batuan di bawah permukaantanah dengan cara mengalirkan arus listrik DC (Direct Current) yang mempunyai tegangantinggi ke dalam tanah. Injeksi arus listrik ini menggunakan 2 buah elektroda Arus A dan Byang ditancapkan ke dalam tanah dengan jarak tertentu. Semakin panjang jarak elektrodaAB akan menyebabkan aliran arus listrik bisa menembus lapisan batuan lebih dalam.

1.2 Perumusan masalah

Rumusan Masalah pada laporan ini adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana Kandungan Material yang ada di dalam tanah.

2. Bagaimana potensi kandungan air tanah.

1.3 Pembatasan masalah

Batasan masalah pada laporan ini adalah sebagai berikut :

1. Mendeteksi material yang terkandung dalam tanah.

2. Memprediksi potensi kandungan air dalam tanah.

3

2 Tinjauan Pustaka

2.1 Konsep Geolistrik

Batuan dan mineral yang ada di bumi memiliki sifat listrik. Sifat listrik batuan maupunmineral terdiri atas potensial listrik alami, konduktivitas listrik, dan konstanta dielektrik.Konduktivitas listrik adalah sifat yang paling dominan dibandingkan yang lainnya. Aruslistrik dapat mengalir pada batuan mineral melalui 3 cara yaitu:

• Konduksi elektronikKonduksi elektronik merupakan aliran elektron bebas yang terdapat pada batuanmaupun mineral. Karena pada batuan/ mineral ini terdapat banyak elektron be-bas didalamnya sehingga arus listrik dialirkan dalam batuan/ mineral oleh elektronbebas.

• ElektrolitikKonduksi elektrolitik terjadi ketika pori pori batuan atau mineral yang terisi olehfluida elektrolitik, dimana aliran muatan terjadi melalui aliran aliran ion elektrolit.Intinya adalah arus listrik dibawa oleh ion ion elektrolit.

• DielektrikKonduksi dielektrik terjadi bila batuan atau mineral berperan sebagai dielektrik ketikadialiri arus sehingga terjadi polarisasi pada batuan ataupun mineral tersebut. Kon-duktivitas listrik ( σ kebalikan dari resistivitas ) bergantung pada porositas batuandan mobilitas dari air ( atau fluida lainnya ) untuk melewati ruang berpori bergan-tung pada sifat mobilitas ionik dan konsentrasi larutan, viskositas (η) temperatur ,dan tekanan.

2.2 Sifat Fisik Tanah

Berbagai aktivitas dalam kegiatan penambangan menyebabkan rusaknya struktur, tekstur,porositas dan bulk density sebagai karakter fisik tanah yang penting bagi pertumbuhantanaman. Kondisi tanah yang kompak karena pemadatan menyebabkan buruknya sistemtata air (water infiltration and percolation) dan aerasi (peredaran udara) yang secara lang-sung dapat membawa dampak negatif terhadap fungsi dan perkembangan akar. Akar tidakdapat berkembang dengan sempurna dan fungsinya sebagai alat absorpsi unsur hara akanterganggu. Akibatnya tanaman tidak dapat berkembang dengan normal tetapi tetap kerdildan tumbuh merana (Setiadi, 1996). Porositas adalah indeks dari volume pori dalam tanah.Pada umumnya nilainya berkisar dari 0.3-0.6 (30%-60%). Pori tanah ditempati oleh porimikro untuk air dan udara oleh pori makro. Ruang pori berubah dengan kedalaman tanah.Tanah lapisan bawah kadang-kadang mempunyai ruang pori sebanyak 26%-30%. Hal inimenyebabkan aerasi lapisan tersebut menjadi buruk (Soepardi,1983).Tanah bertekstur kasar akan mempunyai ruang pori total yang lebih kecil, karena terdiridari pori makro yang menyebabkan aerasi tanah baik. Pada tanah berliat mempunyai aerasitanah yang buruk ketika basah, karena sebagian ruang pori terdiri dari pori mikro. Foth(1990) menyatakan bahwa tanah yang mempunyai drainase baik maka ruang pori yangberukuran besar akan diisi udara dan ruang ini disebut pori aerasi tanah.Bobot isi adalah bobot kering suatu unit volume tanah dalam keadaan utuh, dinyatakandalam gram tiap sentimeter kubik. Unit volume terdiri dari volume yang terisi bahanpadat dan volume ruang diantaranya. Bobot isi dan porositas tanah dapat berubah danberagam tergantung pada keadaan struktur tanah, khususnya dalam hubungannya den-gan proses pemadatan tanah dan penambahan bahan organik (Wahjunie dan Murtilaksono,2004). Pertumbuhan tanaman dipengaruhi oleh salinitas dan sodisitas yang mengakibatkanterganggunya sifat fisik tanah (berkurangnya infiltrasi, permeabilitas dan porositas) danterganggunya penyerapan hara (Pierzynski, 2005).

4

2.3 Sifat Kimia Tanah

Dalam profil tanah yang normal lapisan tanah atas merupakan sumber unsur-unsur haramakro dan mikro esensial bagi pertumbuhan tanaman. Selain itu juga berfungsi sebagaisumber bahan organik untuk menyokong kehidupan mikroba. Hilangnya lapisan tanah atas(top soil) yang proses pembentukannya memakan waktu ratusan tahun dianggap sebagaipenyebab utama buruknya tingkat kesuburan tanah pada lahan-lahan bekas pertambangan(Setiadi, 1996).Bahan organik selain dapat meningkatkan sifat kimia tanah juga mempunyai peran pentingdalam memperbaiki sifat fisik tanah. Bahan organik dapat meningkatkan agregasi tanah,memperbaiki aerasi dan perkolasi, serta membuat struktur tanah menjadi lebih remah danmudah diolah (Prasetyo dan Suriadikarta, 2006).Pada kedalaman tanah yang berbeda terdapat perbedaan kandungan nitrogen. KandunganN yang tertinggi terdapat pada permukaan tanah yang umumnya semakin menurun dengankedalaman tanah. Nitrogen dalam tanah berasal dari berbagai sumber, diantaranya (1)fiksasi oleh mikroorganisme, (2) air irigasi dan hujan, (3) perombakan bahan organik, dan(4) pemupukan. Bahan organik tanah mengandung sekitar 2% - 8% N. Faktor-faktor yangmempengaruhi kemampuan tanah menyediakan nitrogen adalah (1) kadar bahan organik,(2) iklim dan vegetasi, (3) topografi, (4) sifat fisik dan kimia tanah.Fosfor dalam tanah terdiri dari P-anorganik dan P-organik yang berasal dari bahan organikdan mineral yang mengandung apatit. Unsur P dalam tanah tidak bergerak (immobil).Fosfor terikat oleh liat, bahan organik serta oksida Fe dan Al pada tanah yang pH nyarendah (pH 4-5.5) dan oleh Ca dan Mg pada tanah yang pH nya tinggi (Tan, 1991).Kalsium dihasilkan dari mineral kalsit, dolomit, gypsum, feldspar, apatit, dan amphibol.Dolomit, biotit, serpentin, hornblende, dan olivin mengandung unsur magnesium. Tanamanmemerlukan Ca dan Mg lebih rendah daripada K. Magnesium dijerap pada permukaanpertukaran kation lebih rendah daripada kalsium. Kecuali, tanah yang berasal dari serpentin(kaya magnesium) dan sangat rendah kalsium yang dapat dipertukarkan (Foth, 1990).Kation-kation yang berbeda dapat mempunyai kemampuan yang berbeda untuk menukarkation yang dijerap. Jumlah yang dijerap sering tidak setara dengan yang ditukarkan. Ion-ion divalen biasanya diikat lebih kuat daripada ion- ion monovalen, sehingga akan lebih sulituntuk dipertukarkan (Tan, 1991). Besar kecilnya Kapasitas Tukar Kation (KTK) tanahdipengaruhi oleh reaksi tanah, tekstur atau jumlah liat, jenis mineral liat, bahan organikdan pengapuran serta pemupukan.

2.4 Sifat Listrik pada Tanah dan Batuan

Sifat konduktivitas listrik tanah dan batuan pada permukaan bumi sangat dipengaruhi olehjumlah air, kadar garam/salinitas air serta bagaimana cara air didistribusikan dalam tanahdan batuan tersebut. Konduktivitas listik batuan yang mengandung air sangat ditentukanterutama oleh sifat air, yakni elektrolit (Larutan garam yang terkandung dalam air yangterdiri dari anion dan kation yang bergerak bebas dalam air). Adanya medan listrik eksternalmenyebabkan kation dalam larutan elektolit dipercepat menuju kutub negatif sedangkananion menuju kutub positif Tentu saja, batuan berpori atau pun tanah yang terisi air,nilai resistivitas (R) listriknya berkurang dengan bertambahnya kandungan air. Begitu pulasebaliknya, nilai resistivitas listriknya akan bertambah dengan berkurangnya kandungan air.

3 Metode Eksperimen

3.1 Alat dan bahan yang digunakan antara lain:

1. Resisvitimeter

2. Dua pasang elektroda (elektroda potensial dan elektroda arus)

5

3. Inverter

4. Catu daya

5. Multimeter

6. Penggaris

7. Kabel listrik

8. Tabel data

9. Alat tulis menulis

10. Software Res2dv

3.2 Prosedur percobaan

1. Menyediakan alat-alat yang akan kita gunakan.

2. Menentukan daerah yang luas atau seperti lapangan terbuka sebagi lokasi yang akandiuji.

3. Menentukan spasi jarak menggunakan Materan didaerah atau lokasi yang sudah di-tentukan. (setiap spasi 10m)

4. 2 buah batang electrode, pasang elektroda arus (C1C2) dan elektroda potensial (P1P2)diawali dengan jarak terdekat yang telah disiapkan pada table pengukuran.

5. Untuk pengukuran kedua dan seterusnya, pemindahan elektroda arus dan elktrodapotensial dilakukan secara bersama-sama dengan jarak pada setiap elektroda yng manajaraknya adalah (3, 6, 9, 12 dan 15)m.

6. Menyambungkan catu daya ke resisvitimeter.

7. Menyambungkan capit dari kesetiap elektroda, resisvitimeter, lakukan pengecekanalat, setelah semuanya siap lakukan pengambilan data pada setiap datum point sesuaidengan kerja alat.

8. Mencatat arus (I) dan beda potensial (V).

9. Pengolahan data melalui software Res2dv.

10. Mengamati material apa saja yang ada pada daerah tersebut melalu gambar yangtelah ditampilkan dari program Res2dv.

6

4 Diagram Alir

7

5 Pembahasan

5.1 Data Penelitian

Dari proses penelitain mengenai geolistrik ini ada beberapa data yang telah kita dapatkanseperti dalam tabel dibawah ini:

n A M N B I(ma) V (mV) R K ρresistivitas datum spasi = 10 m1 0 10 20 30 10.59 32.7 3.087818697 62.8 193.9150142 15 101 10 20 30 40 11.95 4.3 0.359832636 62.8 22.59748954 25 101 20 30 40 50 1.68 52.1 31.01190476 62.8 1947.547619 35 101 30 40 50 60 1.54 57.1 37.07792208 62.8 2328.493506 45 101 40 50 60 70 1.35 68.7 50.88888889 62.8 3195.822222 55 101 50 60 70 80 7.64 80.3 10.5104712 62.8 660.0575916 65 101 60 70 80 90 7.63 65.2 8.545216252 62.8 536.6395806 75 101 70 80 90 100 7.69 86.1 11.19635891 62.8 703.1313394 85 101 80 90 100 110 7.82 14.8 1.89258312 62.8 118.8542199 95 101 90 100 110 120 7.33 47.7 6.507503411 62.8 408.6712142 105 102 0 20 40 60 10.95 85.1 7.771689498 125.6 976.1242009 30 202 20 40 60 80 11.35 108.2 9.533039648 125.6 1197.34978 50 202 40 60 80 100 11.3 152.4 13.48672566 125.6 1693.932743 70 202 60 80 100 120 12.5 97.7 7.816 125.6 981.6896 90 203 0 30 60 90 10.84 14.54 1.341328413 188.4 252.7062731 45 303 30 60 90 120 11.92 185.5 15.56208054 188.4 2931.895973 75 30

Setelah mengolah data secara numerik dan dengan menggunkan software Res2dv kami men-dapatkan hasil seperti gambar di bawah ini:Berikut merupakan tabel karakteristik material tanah berdasarkan nilai resistivitasnya:

8

Material Resistivity (Ohm-Meter)Air (Udara)Pyrite (Pirit) 0.01-100Quartz (Kwarsa) 500-800000Calcite (Kalsit) 11012-11013Rock Salt(Garam Batu) 30-11013Granite (Granit) 200-10000Andesite (Andesit) 1.7102-45104Basalt (Basal) 200-100000Limestoes (Gamping) 500-10000Sandstone (Batu Pasir) 200-8000Shales (Batu Tulis) 20-2000Sand (Pasir) 1-1000Clay (Lempung) 1-100Ground Water (Air Tanah) 0.5-300Sea Water (Air Asin) 0.2Magnetite (Magnetit) 0.01-1000Dry Gravel (kerikil kering) 600-10000Alluvium (Aluvium) 10-800Gravel (Kerikil) 100-60

Dari Gambar dan tabel yang diatas kita dapat mengetahui kandungan apasajakah yangterdapat pada tanah tersebut. Dan dari hasil diatas dapat dilihat bahwa dipermukaan yangberwarna biru yang merupakan pasir tidak terdapat benda yang bersifat resistor. Tetapiketika semakin kebawah permukaan pasir terdapat benda yang memiliki sifat resistansi yangsangat besar. Berdasarkan gambar pula, kita bisa melihat terdapat logam dibawah karenadari perbedaan warna di atas menunjukkan bahwa ada benda benda dengan resistansi yangsangat tinggi. Jenis logam yang berada dalam pasir tersebut bergantung pada warna yangmencirikan nilai resistivitasnya.

9

6 Kesimpulan

Suatu benda yang berada dalam tanah dengan nilai tahanan jenis tertentu, bisa dicaridengan menggunakan metode geolistrik dan prinsip konfigurasi wenner. Metode geolistrikadalah metode yang digunakan untuk mengetahui suatu benda yang berada didalam tanahdengan mengahmbil karakteristik tahanan jenis suatu benda. Sedangkan untuk niali resisi-tivitas yang kecil menunjukkan struktur tanah semakin padat dan dapat mengalirkan aruslistrik dengan lebih baik. Resisistivitas bergantung terhadap jenis batuan atau amterialyang berada di bawah permukaan. Semakin dalam permukaan berarti nilai resisitivitasnyasemakin kecil.

10

References

[1] anata, Bulkis dan Teti Zubaidah. 2008. Aplikasi Metode Geolistrik Jenis KonfigurasiWenner Schlumberger untuk Survey Pipa bawah Permukaan.

[2] aderie, Almuhran. 1990. Analisis Nilai Resistivitas Batuan dengan Sistem SchlumbergerDi Daerah Air Tawar dan air Asin

[3] ttp://ptbudie.wordpress.com/2010/12/24/geolistrik/ (di akses pada tanggal.31 Desem-ber 2012 Pukul.15.00)

11