STUD) ARAB DAN PENYEBARAN REMBESAN AIR DANAU BA …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Kesehatan/Risalah... · ke dalam alai tersebut dimasukkan pula minyak parafin ...

R/:salah Peltemuan Ilmiah Penefilian dJn Pengembangan feknologi lsalop diin Radiasi. 2{XJ{)

STUD) ARAB DAN PENYEBARAN REMBESAN AIR DANAU BA TURMENGGUNAKAN ISOTOP ALAM OKSIGEN-18 DAN DEUTERIUM

Wibagiyo, Indroyono, Paston S, Zainal A. Evarista Ristin P.I

Puslitbang Teknologi Isotop dan Radiasi, BATAN, Jakarta

ABSTRAK

STUDI ARAH DAN PENYEBARAN REMBESAN AIR DANAU BA TUR MENGGUNAKANISOTOP ALAM OXIGEN-IS DAN DEUTERIUM. Air danau yang masuk ke dalam batuan akan cenderw1gmelalui jenis batuan (Iitologi) dengan permeabilitas yang besar ataupWl melalui zona batuan yang hancur(fracture) yang diakibatkan DIet patahan (fault) ataupWl struktur geologi lainnya. Namun zona lemah sernacamitu sangat sulit diamati di lapangat1 mengingat kondisi lapangan yang telah tertutup tanah (soil) dan vegetasi yangtebal. Oleh sebab itu studi ini dilakukan menggunakan komposisi isotop alam Deuterium dan Oksigen-18 dati airdanau, air hujan, mata air di sekitar danan Batur. Komposisi isotop alam dati air danau sangat dipengaruhi olehproses fraksinasi sebagai akibat penguapan yang terus-menerus. Proses fraksinasi tersebut berakibat isotop ringanseperti 160 daD IH akan menguap terlebih dahulu dan air danau banyak tertinggal isotop berat seperti 180 dan 2H(Deuterium) dengan kata lain air danan mengalarni pengkayaan isotop berat. Dengan demikian akan terjadiperbedaa11 komposisi antara air hujan, air danau dan mata air, sehingga mata air yang telah terkontaminasi DIetair dat1au akan dapat digunakan sebagai indikasi arab dan penyebaran rembesan air danau. Dati basil datadiperoleh kesimpulan bahwa arab penyebarat1 air danau Batur menuju ke selatan (daerab Menanga, Rendang).

ABSTRACT

STUDY OF mE DIRECTION AND mE SPREAD OF THE WATER SEEPAGE FROMBATUR LAKE USING NATURAL ISOTOPE OXYGEN-IS AND DEUTERIUM. Lake water entering therocks tend to through the high penneability litology or through the fracture. But fracture zone is dificult toobserve at the field.. For this study, natural isotop composition oxygen-IS and Deuterium from lake water, rainwater aIId spring water at surrounding Batur Lake will be anlyzed.. Natural isotopes composition of lake water isinfluenced by fractionation process as the result of the continues evaporation process. The fractionation Rrocesswill make liglU isotopes 160 mId 'H evaporate and the remaining have more of the heavier isotopes like 80 and2H (I>euterium). This process is known as enrichment processs. Due to this process, there will be a cleardifferences in the natural isotopes composition mnong differences sources such as rain water, lake water andspring water. This anomaly can be used to indicate flow direction of lake water seepage. The result of the datathat the direction of seepage to the south around MenmIga (Rendang).

PENDABULUAN fraksinasi yang terjadi tentu akan membawa konsekuensiterhadap komposisi isotop alam air danau, terlebihdengan tidak adanya aliran air yang keluar dari danautentu akan memperkaya (enrich) air danau.

Data komposisi isotop alam air hujan, air danau,dan mala air di sekitar danau terutama mata air bawahelevasi permukaan danau, di plot dalam suatu diagram8D/8180. Diagram tersebut akan memberikan informasitentang hubungan antara air hujan, air danau, dan malaair di sekitar danau, sehingga faktor yang mempengaruhikeseimbangan air danau akan dapat diketahui.

METODOLOGI

Pengmubilan saIUpel air, penelitian dilakukandengan cara mengaIUbil saIUpel air daTi daera11 penelitian-yang berasal dari air danau, air hujan dan mata air.

PengaIUbilan saIUpel air hujan menggunakan alaitadall hujan yang didesain agar air hujan tidak mengalamipenguapan setelah masuk dalaIU aIat tersebut, selain ituke dalam alai tersebut dimasukkan pula minyak parafinyang berfungsi sebagai penutup air hujan untukmenghindari penguapan. Air hujan yang masuk ke dalaIUalai tersebut setiap bulan diambil 20 Inl, kemudiandianalisis kandungan isotop Deuterium dan Oksigen-18.

Secara administrasi daerall penelitian tennasukdalam wilayah Kecamatan KintamaIu, Kabupaten Bangli,Propinsi Bali. Secara geogrnfis daerall penelitian terletakpada 115° 22' hingga 115° 27' garis Bujur Timur dan8°10' hingga 8°20' garis Lintang Selatan, denganketinggian 500 m hingga 1500 m daTi pennukaan laut.Daerah penelitian merupakan daerall kaldera yangterbentuk sebagai lmsil dari suatu kegiatan vulkanik G.Batur. Di dalaIn kaldera tersebut terdapat puncak G.Batur dan sebagian lagi berupa Danau Batur.

Danau Batur adalall danau tertutup artinya tidakacta mengalir keluar daTi danau , sedangkan air danautidak pen1all kering dan juga tidak pemall penuh sampaibibir kaldera, fluktuasi pertahun antara musim kenlaraudan hujan berkisar 4 meter. Danc'lU Batur merupakandanau yang terbesar di pulau Bali, benlkuraIl panjangkurang lebih 9 kIn dan lebar maksimum 5 km, kedalamanmaksinml 70 meter, volume air danau diperkirakc'm815.380.000 m3.

Terjadi fraksinasi isotop ketika air bernbah bentukmelalui kondensasi ataupWl evaporasi, maka. air danaumengalami fraksinasi isotop melalui proses evaporasisebagai akibat penyinaran langslUlg daTi matalwi. Proses

201

Risalah Peltemuan Ilmiah Penelilian dan Pengembangan Teknologi ISOIOp dan Radiasl. 2lW

meteorik dengan persamaan sbb:

8D = a 8180 + d

Untuk air yang belum dipengamhi oleh evaporasi nilai aadalah 8 dan nilai global rata-rata d untuk presipitasiadalah 10.

BASIL DAN PEMBABASAN

Pengambil~ sampel air danau dilakukan dibeberapa lokasi dengan 3 tingkat kedalaman yaknipennukaan, bagian tengah dan dasar danau. Pengambilanair danau tersebut dengan menggunakan alat watersampler yang dibuat khusus untuk pengambilan air padakedalaman tertentu, sehingga air yang telall masuk kedalam alat tersebut tidak dapat bercampur dengan air diluar alat ini.

PengambilaJl air yang berasal dari mala airdilakukan langsung pada aliran air yang masih mengalirdaTi mala air, hill ini dilakukan untuk menghindariterambilnya air yang telall tertampung pada suatu tempatyang mungkin telall mengalalni penguapan.

Analisa Deuterium fH) dilakukan dengan metodereduksi yang dikembangkan oleh Friedman (1953),sampel air sebanyak 10 ml direduksikan dengan 0,25grain butiran Zinc pada suhu 400°C maka akan terjadireaksi antara Zn dan H2O. Hidrogen akan terkumpuldalam kontainer melalui ekspansi, sisanya dipompakeluar. Gas hidrogen yang terkumpul kemudian dialirkanke dalam spektrometer massa untuk dianalisis kandunganDeuterium terhadap air standar V-SMOW.

Variasi konsentrasi isotop di alam dapat diukurdengan spektrometer massa sebagai suatu rasio isotopdaD lazim diberi notasi delta (6) dengan persamaan sbb:

Pemasangan tadah hujan ditempatkan pacta dualokasi yaitu di desa Buahan yang masih dalam kalderaatau satu daerah tangkapan hujan untuk danau Batur,ketinggian 800 meter. Sedangkan satu tadah hujanditempatkan di desa Kitamani yang berada diluar kalderaatau berbeda dengan daerah tangkapan hujan danaubatur, ketinggian 1500 meter.

Hasil analisis isotop air hujan di daerah Buahan

menunjukan kandungan Oksigen-18 yang bervariasiantara -10,25%0 hin§ga -2,86%0 dan Deuterium -75,71%0 hingga -14,82 100 Sedangkan untuk air hujan dilokasi desa Kintamani menunjukan kandungan Oksigen-18 antara -9,65%0 hingga -1,87%0 daD Deuterium -65,13%0 hingga -6,38 %0

Hasil analisis isotop air daIIaU Oksigen-18bervariasi dari -3,03 %0 ltingga +0,39 %0 daD Deuterium-14,4~/00 hingga 0,53%0. Data air hujan diplot dalamgrafik 8D vs 8180 rnaka persamaan air meteorik lokalmenjadi 8D = 8,33 8180 + 9,77 (lihat grafik 1). Curahhujan rata-rata setiap bulan 109,5 yang diambil daristasiun pernantauan Curall hujan Badan Meterologi danGeofisika di Kintamani, dan jika dihitung denganpersamaan Yurtsever (1975), yaitu

Rs -RsTD

8 =

RSTD

Rs adalall rasio isotop dari sampel (D/H atau 180;160),RSTD adaiall rasio isotop dari standar, daD nilai 8diekspresik.w dalanl per mil (%0). Menurut Craig (1961),nilai Deuterium dan Oksigen-18 air di alam secara umumakan mengikuti korelasi dengan garis linier dari air

Tabell. Data 0 Oksigen-18 air hujan sekitar danau Batur

BUAHAN KINTAMANI CURAH HUJANBLN Jumlah

hari

-20,57 I -3,64

-15,53 I :~,91 13-6-1997 -17,77 -3,50 2 8 ~~ -=:::::::!23-6-1997 -15,80

~_3,15

.I

-13,00 I -2.79

')(\')

Tabel3. Hasil analisa alam 0-18 dan D dari mata air disekitar danau Batur

n

L Pi8i1=1

No.okasi

Nama Tempat 3'"0 SD

MenanlZa Timur~ Menanga Barat

Waja""

I

-23,09

-24,09

-38,57I

_:-1-7,32

234~

Kandungan Oksigen-18 dan Deuterium dari mataair yangdiambil pacta elevasi sekitar 500 hingga 600 meter sangatdipengaruhi oleh asal-usul dari air tanah sebagai sumbermala air. Nilai air hujan secara topografi pacta ketinggiantersebut diatas akan berkisar antara -5,75 %0 hinggamendekati nilai -6 %0 (lihat Grafik 2) akan tetapi dalamkenyataannya acta nilai lebih kaya daTi -5,75.

Dimana 8m adalah delta rata-rata air hujan, p banyak airhujan, dan i jumlah hujan mempunyai rata-ratakandungan Oksi~en-18 sebesar -5,93°/00 dan Deuteriumsebesar -39,60 100 Sedangkan untuk daerah Kintamanimempunyai rata-rata kandungan Oksigen-18 sebesar -6,39°100 daD Deuterium sebesar -42,67°/00

Selanjutnya untuk mencari nilai rata-ratakandungan Oksigen 18 dan Deuteriwn pacta elevasi yanglebih tinggi dari daerah Kintamani (1500 m) dapatdengan cara analogi dari grafik antara Elevasi vs Oksigen18 (lihat grafik 2).

.Air Hujl. Buaha.

.Air DoNU

.Mat. Air.Air Huj.. Kinl8

TabeI2.. Data 0 Oksigen-18 air danau Batur

8180No.Lokasi

8180on 8D "",,'

1.58

I-!

~,~~ I ' -1.05 I-7,57I

-1.72I

-1,66

I -8,89I ,

I'[~}E,

I ~ .-i -8,17

-9,66

-8,67-976I .

II

-0.83 ! -0,39 I -1,37

I -1,35-6,61, I

-0,42

-0,24 I

-,--

-,~-

-0,31

+0,39

-10 .

-20.E. .-~ -30.: "\.,-. ". ~ .1J. ,x ~~ ,""~: oL' ' 9 """~ -40, .,~ .~ .-,~'""' ",-:- ~"~ .~,o' .-Q,..' .'1 -,

-SO ...1 -~" .,,'"~'1 ,,'-' ot'

~,~~ ...,,-~-60 \.) ~

-70

-80

-12 -10 .8 -6 -4 -2 0 ;

Gambar I. Oksigen-18 vs Deuterium air hujan, air danaudaD matar air di sekitar danau Batur-0 ~l)

~

i ~/6;

-1:67I

-1,47

I -1,54

Sedangkan mala air umwnnya di suplai oleh airtanah yang berasal dari tempat yang tinggi, maka nilaiisotopnya akan memiliki nilai yang depleteddibandingkan nilai air hujan setempat atau maksimalakan sarna dengan nilai airhujan setempat. Dari basilanlisa isotop yang menunjukkan nilai enrichdibandingkan nilai air hUjall setempat seperti diMenanga, Waja Undisan, maka diduga lnataair tersebutmerupakan percarnpuran (mixing) antara air danau clanair tanah yang terbentuk berasal daTi hujait setempat ataudaeralt yang lebih tinggi.

10

23456789

2223

24

2~

soo

.5-6

OKSIGEN.18 f/ocl)

Gambar 2. Elevasi vs Oksigen 18 dari nilai rata-rata airhujan di Kintamani daD Buahan.

203

RI:salah Pertemllan Ilmiah Penelitian dan Pengembangan r eknologi Isotop dan Radlasl, 2(x)o

Sedangkan ada sebagian lnata air tempmenunjukkan gejala yang nomtaI, dimana nitro Oksigen-18 maupun Deiteriumnya memiliki nilai depleted sepertiair di Tirta Empul, hat ini mala air diduga dari elevasiyang lebih tinggi.

Jika diamati dari basil analisa isotopnya makaakan mempunyai klecendemngan bahwa semakin ketimor nilai isotopnya semakin enrich, hal ini dapatdiasumsikan bahwa nilai tersebut merupakan arabrembesan dari danau Batur (lihat Gambar ).

KESIMPULAN

Hasil analisis isotop daTi air hujan, air danau danmala air besar yang diambil dibeberapa tempat kemudiandikaitkan dengan teori maka dapat disimpulkan sebagaiberikut:1. Rembesan air danau Batur sebagian bercampur

dengan air tanah yang berasal daTi elevasi yang lebihtinggi ataupun berasal daTi airhujan setempat danmenjelma menjadi mataair besar di desa Menanga,Waja.

2. Mataair yang tercampur oleh air danau menunjukkanarab utama daTi alur rembesan danau Batur yaknimenuju ke selatan daTi danau Batur.

DAFTAR PUSTAKA

1 CRAIG, H.,"Isotopic variations in meteoric waters",Science, (1961b),133p.

2. GONFIAN:rINI,R., GAT,l.R, "Stable isotopehydrology, deuteriwn and oxygen-18 in thecycle". Tecnical reports series IAEA,No

210,(1981),339p.

3. I WAY AN SURPHA,SH, "Putra Ulun Danu BaturdaD Purn Jati", Parisada Hindu DharmaIndonesia Pusat, .(1990), 27p.Gambar 3. Peta situasi daerah penelitian daD rIoting mata

air daD arab rembesan air danau Batur.

4. O'NEIL,JR., CLA YTON,R.N. and MA VEDA, T.,"Oxygen isotop fraction in divalent metalcarbonat". JChem.Phy.\'., 30: (1969), 5547-5558. +

204

R/:salah Pel1emuan Ilmiah Penelitian dan Pengembangan r eknologi Isotop dan RadiaSl; Z(){)()

DISKUSI

DUYEH SETIAWAN WIBAGIYO

Pertimbangan apa studi ini digwlakan isotop 180daD I D mengingat di alam terdapat banyak sekali isotop-

isotop dengan pemancar radiasi yang berbeda-beda ataumengapa tidak isotop seperti 24Na, 14C yang lebihbanyak di bandingkan 180 dan I D.

I. Secara teoritis dapat, jika pencampuran itu jugadiketahui kuantitas masing-lDasing

2. Di tiga kedalam yaitu di dasar, di tengah dan dipermukaan, fluktuasi nilai isotopnya ada.

ZAINAL ABIDINWIBAGIYO

Berdasarkan garis represi tinier air danau diperoleh titik reckorgi air danau pacta 8180 --3,9%,sedangkan elevasi danau Batur sekitar -800 m asl.Bagairnana opini anda tentang asal-usul air danau

Karena yang diteliti air, dimana air mempunyaisenyawa kimia H2O, maka isotop yang paling berperanadaJah H daD O.H yang penting adalaJl H2/:H1 ~0 yang penting adalaJl 028/016 ~ WffiAGIYO

EV ARIST A RISTIN Air danau berasal dari bujan yang jatub di dalamkaldera, akan tetapi sebagian telah mengalami penguapansebingga air larinya enrich.I. Apakall faktor penguapan perlu atau tidak dihitung

untuk mengetahui k.'1rakterisasi danau2. Apakah dalam pengambilan Sc'1mpel air danc'1U

dilakukan pacta berbagai ke dalalnan, mohonpelljelasan

SATRIO

WIBAGIYO

Perlu tapi terbentltr d.:'lnaVa, di 3 kedalam

1. Mengapa yang diteliti arall dan penyebaranmembesar, padaJ1al tadi sudah disebutkan bahwadanau tersebut tertutup (closed system). mohonpenjelasan.

2. Mengapa tidak diteliti saja asal-usul sumber air danautersebut dan pengaruh evaporasi terhadapkeseimbangan air danau, mohon penjelasan.

BAROKAHALIYANTAWIBAGYO

I. Dengml menggunakml isotop alaIn, d.1patkall dillitung klli1ntitas pencapuralUlya

2. Pacta kedalalnan berapa Sc1ja smnpel air danau diambilisotop almnnya adakah flukuk1Si nilai

1. Penelitian arab dan penyebaran rembesan untuk dapatmengetahui secara pasti bahwa danau batur bukannya100% tertutup akan tetapi acta rembesan melaIuibatuan permeabel.

2. 1m merupakan salaIl sam langkah untuk mengetahuikeseimbangan air danau.

205