Prosldlng Pertamuan dan PrasentaslllmJah FlIIIDslonal TeknJs Non PenoDtL m DasomlJer 2006 ISSN :1410·5381 TEKNIK SAMPLING DAN PENENTUAN UMUR l~C AIR TANAH Neneng Laksminingpuri R. PATIR-BATAN ABSTRAK TEKNIK SAMPLING DAN PENENTUAN UMUR 14C AIR TANAH. Telah dilakukan penentuan umur 14C dan teknik pengambilan air tanah untuk keperluan analisis. Sebelum proses pengendapan BaCO), terlebih dahulu dilakukan pen<gukuran ion bikarbonat di lapangan, untuk mengetahui jumlah volume air yang harus diproses untuk pengendapan BaCO) dengan cara titrasi. Sampel air tanah kemudian diendapkan sebagai BaCO) dan kemudian dibawa ke laboratorium untuk diproses lebih lanjut. Endapan BaCO) kemudian dipreparasi di laboratorium dengan menggunakan metode absorpsi carbosorb dimana gas CO2 yang diperoleh dari sam pel langsung dialirkan kedalam larutan absorber C02 dan selanjutnya aktivitasnya ditentukan dengan menggunakan pencacah sintilasi cair Hasil pengukuran ion bikarbonat berkisar antara 65 hingga 365 ppm dan jumlah voiume air tanah diambil sebanyak 2 hingga 5 kali ulangan. Sedangkan penentuan umur 14C menunjukkan bahwa semakin sedikit jumlah karbon dalam sam pel menunjukkan semakin tua umur air tanah tersebut. ABSTRACT SAMPLING TECHNIQUES AND DETERMINATION OF 14C DATING OF GROUNDWATER. The determination of 14Cdating and groundwater sampling technique have been done. Before BaCO) precipitation process, measurement of bicarbonate ion was done first to know the water volume that have to be processed to precipitate BaCO) by titration.The groundwater sample was then precipitated as BaCO) and be processed in the laboratory. By using carbosorb absorption method, CO2 gas which is obtained from sample was flowed directly into CO2 absorber solution and then its activity was determined by using Liquid Scintillation Counter. The result of the measurement of bicarbonate ion approximately 65 to 365 ppm and the groundwater volume was taken 2 to 5 times of repetition. Meanwhile, the determination of 14C dating showed that the smaller carbon amount of the sample, the older the groundwater age. PENDAHULUAN Air merupakan suatu kebutuhan mutlak lIntuk kehidupan mahluk di muka bumi, sehingga pengelolaan dan pemanfaatannya perlu diperlakukan dengan sebaik-baiknya demi kelangsungan kehidupan dan pemenuhan sarana kebutuhan yang diperlukan oleh manusia. Dengan meningkatnya keblltuhan akan air, ilmuwan memberikan perhatian yang besar terhadap kelangsungan perllbahan air di atmosfer, laut dan daratan. Sirklilasi air di bumi 337
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Prosldlng Pertamuan dan PrasentaslllmJah FlIIIDslonal TeknJs Non PenoDtL m DasomlJer 2006 ISSN:1410·5381
TEKNIK SAMPLING DAN PENENTUAN UMUR l~C AIR TANAH
Neneng Laksminingpuri R.PATIR-BATAN
ABSTRAKTEKNIK SAMPLING DAN PENENTUAN UMUR 14CAIR TANAH. Telah dilakukan
penentuan umur 14C dan teknik pengambilan air tanah untuk keperluan analisis. Sebelumproses pengendapan BaCO), terlebih dahulu dilakukan pen<gukuran ion bikarbonat dilapangan, untuk mengetahui jumlah volume air yang harus diproses untuk pengendapanBaCO) dengan cara titrasi. Sampel air tanah kemudian diendapkan sebagai BaCO) dankemudian dibawa ke laboratorium untuk diproses lebih lanjut. Endapan BaCO) kemudiandipreparasi di laboratorium dengan menggunakan metode absorpsi carbosorb dimana gasCO2 yang diperoleh dari sam pel langsung dialirkan kedalam larutan absorber C02 danselanjutnya aktivitasnya ditentukan dengan menggunakan pencacah sintilasi cair Hasilpengukuran ion bikarbonat berkisar antara 65 hingga 365 ppm dan jumlah voiume airtanah diambil sebanyak 2 hingga 5 kali ulangan. Sedangkan penentuan umur 14Cmenunjukkan bahwa semakin sedikit jumlah karbon dalam sam pel menunjukkan semakintua umur air tanah tersebut.
ABSTRACTSAMPLING TECHNIQUES AND DETERMINATION OF 14C DATING OFGROUNDWATER. The determination of 14Cdating and groundwater sampling techniquehave been done. Before BaCO) precipitation process, measurement of bicarbonate ion wasdone first to know the water volume that have to be processed to precipitate BaCO) bytitration.The groundwater sample was then precipitated as BaCO) and be processed in thelaboratory. By using carbosorb absorption method, CO2 gas which is obtained from samplewas flowed directly into CO2 absorber solution and then its activity was determined byusing Liquid Scintillation Counter. The result of the measurement of bicarbonate ionapproximately 65 to 365 ppm and the groundwater volume was taken 2 to 5 times ofrepetition. Meanwhile, the determination of 14C dating showed that the smaller carbonamount of the sample, the older the groundwater age.
PENDAHULUAN
Air merupakan suatu kebutuhan mutlak lIntuk kehidupan mahluk di muka bumi,
sehingga pengelolaan dan pemanfaatannya perlu diperlakukan dengan sebaik-baiknya demi
kelangsungan kehidupan dan pemenuhan sarana kebutuhan yang diperlukan oleh manusia.
Dengan meningkatnya keblltuhan akan air, ilmuwan memberikan perhatian yang besar
terhadap kelangsungan perllbahan air di atmosfer, laut dan daratan. Sirklilasi air di bumi
337
Prosidinu Pertemuan dan Presentaslilmlah funuslonaJ Teknls Non PenolitL 19 Desember 2006 ISSN :14W • 5381
yang tidak berhcnti disebut siklus hidrologi. Siklus hidrologi adalah gerakan air laut ke
udara yang kcmudian jatuh ke permukaan tanah sebagai hujan atau berbentuk presipitasi
lain, dan akhirnya mengalir ke laut kembali [2].
Oalam bidang hidrologi berbagai penelitian mengenai dinamika air tanah dilakukan
dengan menggunakan isotop, baik isotop alam maupun isotop buatan. Isotop alam yang
digunakan untuk menentukan umur air tanah adalah 14C (radiokarbon). Radiokarbon
dihasilkan di dalam atmosfer oleh variasi reaksi nuklir hasil interaksi neutron sinar kosmik
dengan isotop nitrogen stabiI. Salah satu hal yang penting dalam reaksi ini adalah rekasi
antara neutron lambat sinar kosmik dan inti stabil14N menurut reaksi sebagai berikut [I] :
Ino + 14N7 ~ 14C6 + +IHI
Atom-atom radiokarbon teroksidasi dan membentuk molekul-molekuI 14C dioksida.
Molekul-molekul 14C dioksida ini bercampur dengan CO2 atmosfer yang tidak aktif dan
sclanjutnya memasuki biosfer dan hidrosfer. Karbondioksida di atmosfer dibawa oleh air
hujan l11asuk dalal11 siklus hidrologi atau turun ke permukaan _tanah dan merembes
mel11asuki aliran air tanah (akuifer). Peristiwa terdapatnya karbon-14 di dalam zat-zat
organik berbeda dengan proses terjadinya dan terdapatnya karbon-l 4 di dalam air tanah.
Biasanya karbon-14 terdapat pad a semua zat organik hidup seperti terdapat pada semua
cangkang karbonat laut, biasanya berbentuk kalsium karbonat (CaC03). Karbon dioksida
(C02) masuk ke dalam siklus air melalui dua proses utama, yaitu proses kimia murni dan
proses produksi biokimia karbon dioksida dan bikarbonat . Proses tersebut terjadi pada
tumbuhan, biota Iaut dan lapisan tanah yang berinteraksi dengan sedimen kalsiul11
karbonat. Melalui proses erosi dan sedimentasi, sedimen kalsium karbonat bersama karbon
dioksida yang terkandung dalam tallah beserta air, membentuk bikarbonat air tanah [1].
Pada penentuan aktifitas karbon-14 di laboratorium terlebih dahulu dilakukan sampling air
tanah di lapangan. Sam pel air tanah diendapkan sebagai ion karbonat dengan
menambahkan larutan BaCI2 yang akhirnya l11embentuk endapan barium karbonat
(BaCO]). Mula-mula sampel terIebih dahulu diukur kandungan ion karbonatnya dengan
menggunakan metode titrasi, hal ini penting dilakukanjika konsentrasi ion karbonat rendah
perlu dilakukan penyamplingan sal11pel berulang-ulang hingga didapatkan endapan
karbonat yang mencukupi untuk keperIuan analisis.
Oalam pcncntuan akti litas karbon-14, sampcl yang dianal isis dapat ditentukan
aktivitasnya melalui metode sintesis benzena atau metode absorpsi dengan menggunakan
338
Prosldlng Pertemuan dan Presentasl ilrnlah FWlgslona/ Teknls Non PeneUtL 18 Desember 2006 ISSN :1410 . 5381
absorber. Selanjutnya sampel terse but diukur aktivitasnya dengan menggunakan alat
pcncac;lh s; nl iI<lsi ell ir <llln hasi Inya dinyatakan dalam pcrscn modcrn carbon (pmc).
TEOR!
Sil~lus Radiol{arbon Dalam Hidrologi
Radiokarbon (14C) adalah isotop radioaktif dari karbon dan merupakan isotop
pemancar B dengan energi maksimum 1560 KeY dan mempunyai waktu paruh 5730 tahun.
Tc~jadinya radiokarbon di alam adalah mCl'upakan I'caksi antara sinar kosmik dengan
neutron. Sinar kosmik tcrsebut menycbabkan inti gas melepaskan neutron yang selanjutnya
diserap oleh nitrogen (14N7) dan menyebabkan nukleusnya memancarkan proton.
Akibatnya nomor atom akan turun menjadi 6 dan terbentuk unsur baru yaitu 14C [3]. Hal
tersebut di atas dijclaskan pada Gambar I di bawah ini.
sinar kosmik
atom nitrogen-14
atom karbon-14
+proton
molekul karbon dioksida 14C02
Gambar I. Produksi Radiokarbon di Alam
Karbon- I 4 yang dihasilkan radiasi kosmis teroksidasi membentuk 14C dioksida,
kemudian bercampur dengan karbon dioksida atmosfer yang tidak aktif. Oari atmosfer,
karbon dioksida bersama air hujan tersebut masuk ke dalam siklus hidrologi at au turun ke
permukaan tanah dan merembes memasuki aliran air tanah (akuifer). Air tanah pada
akuifcr bawah mcmpunyai tckanan hidrostatik yang Icbih bcsar daripada akuifer atas.
Oem ikian juga halnya j ika dua akuifer terpisahkan oleh aquiclude (lapisan yang membatasi
339
Presiding Pertemuan dan Presentasilimiah funos!enai Teknls Nen peneUtl19 Oesember 2006 ISSN :1410 . 5381
dua akuifcr). Akuifer tcrkebng dan akllifer tidak terkekang dibatasi oleh aquiclude.
Perbedaan tekanan hidrostatik antara lapisan akllifer terkekang dan tidak terkekang akan
positifjika akllifer terkckang mempllnyai tekanan hidrostatik yang lcbih tinggi, schingga
aliran akan naik ke atas pad a lubang sumur.
Karbon dioksida masllk kedalam sikilis air tanah melailli proses erosi dan
sedimentasi, sedimen kalsillm karbonat bersama dengan karbon dioksida yang terkandung
dalam air tanah membentllk bikarbonat. Radiokarbon y,mg terdapat dalam bikarbonat air
tanah ditentukan umurnya dengan teknik isotop hidrologi. Reaksi pembentukan bikarbonat
dalam air tanah adalah sebagai berikut :
Oiketahui bahwa 14C dapat dibentuk di atmosfer dengan kecepatan produksinya
kira-kira 2,5 atom 14C;cm2 sctiap detik. Konstanta peluruhan adalah 1,2 x 10-4 per tahun
atall 2,30 x 10-10 per men it. Untllk menentllkan umur 14C, harus diketahui dengan pasti
konsentrasi 14C pad a sa at dimlllainya pembentukan 14C, dan dinyatakan dengan persen
kadar modern 14c.
Secara singkat terjadinya 14C di dalam air tanah dapat diterangkan pada diagram di
bawah ini [1].
340
Prosldlng Pertemuan dan Presentas! IImlah FungslonaI Tekms Non peneUtl19 Desember 2006
14C dari reaksisinar kosmis
Tumbuhan
ISSN :1410·5381
Sedimen kalsiumkarbon at
Intiltrasi pad a
daerah r~sapan
14C dalam air tanah
Gambar 2. Sikills Karbon dalam Air Tanah
Konsentrasi 14C dipengaruhi oleh proses hidrokimia, pertllkaran isotop dan efek
difllSi, sehingga nilai lImllr tersebllt menllnjllkkan lImllr terhitllng sejakjatuhnya.
Konsentrasi karbon dioksida pada daerah lapisan atas tanah lebih besar daripada
claerah lapisan bawah tanah, karena 14C pada daerah lapisan atas tanah masih muda dan
juga beillm mengalami pe~jalanan jallh secara clifusi, sehingga pengurangan konsentrasi
akibat interaksi 14C dengan mineral-mineral lain masih relatif kecil bila dibandingkan
dengan 14Cyang slldah mengalami perjalanan jauh seperti air artesis.
BAHAN DAN METODE
Bahan dan alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
Seperangkat alat tangki pengendapan barium karbonat (Lampiran 1), botol
kontainer 2L, selang plastik, botol sam pel 1 L, FeS04.7H20, larutan NaOH bebas CO2,
Larutan BaCb jenuh, larutan praestol, larutan HCl, indikator merah metil, seperangkat alat
Prasldlnu PW'tomuan daD ProsoDtaslllmIah FWll/slonaJTeknIs Non P8II8IItL 19 DosombW' 2006
Metode
ISSN :1410 . 6381
Bahan kimia dan peralatan disiapkan untuk dibawa ke lapangan sampling. Pada
saat sampling air tanah terlebih dahulu dilakukan pengukuran konsentrasi ion bikarbonat
dengan metode titrasi HCl, sebanyak 10 mL sam pel diberi beberapa tetes indikator merah
metil dan dititar dengan menggunakan larutan HCl O,OIN. Konsentrasi karbonat dihitung
menggunakan formula sebagai berikut :
Oimana :
Vs = volume sam pel
Ns = konsentrasi karbonat sam pel Vt = volume HCl
Nt = konsentrasi HCl
Bobot setara (bst) HC03' = 61 glL ppm karbonat sampel = Ns x bst HC03'
Penentuan konsentrasi ion karbon at penting dilakukan untuk memperkirakan
bcrapa kali ulangan sam pel harus dilakukan untuk mendapatkan endapan BaC03 yang
cukup untuk analisis 14C di laboratorium. Setelah pengukuran ion karbon at dilakukan,
masukkan 60 Lair kedalam tangki pengendap tambahkan FeS04.7H20, larutan NaOH
bebas CO2 dan BaCb jenuh, aduk secara perlahan selama 5 men it lalu tambahkan larutan
praestol aduk perlahan selama 30 menit. Pad a bagian penampung akan terlihat endapan
BaC03 yang berwarna hijau kekuningan. Oiamkan beberapa saat dan masukkan endapan
BaC03 ke dalam botol sampel I L. Pada proses pengendapan ini sangat penting untuk
mencegah CO2 udara masuk yaitu dengan menutup serapat mungkin tutup tangki
penampung.
Endapan sam pel BaC03 dipreparasi di laboratorium dengan menggunakan metode
absorpsi carbosorb dimana gas C02 yang diperoleh dari sampel langsung dialirkan ke
dalam larutan absorber CO2 dan selanjutnya aktivitasnya ditentukan dengan menggunakan
pencacah sintilasi cairo Perhitungan aktivitas radiokarbon tertera pad a Lampiran 2.
342
ProsldLJJOPertamuan dan Presentaslllmlah FunuslonaJ Teknls Non PGfleUtL 19 De~ember 2006
HASIL DAN PEMBAHASAN
ISSN :1410 - 5381
Data hasil pengukuran ion bikarbonat dan jumlah sampling tertera pada Tabel-I
(Lampiran 3). Dari hasil analisis terhadap ion karbonat didapatkan data konsentrasi
karbon at pada contoh air tanah bervariasi antara 65 hingga 365 ppm dan pengulangan
sampling air tanah dilakukan antara 2 hingga 5 kali, hal ini berkaitan dengan jumlah
endapan BaC03 yang dibutuhkan. Sedangkan menurut prosedur yang dilakukan di
laboratorium Isotope Hydrology IAEA volume air yang dibutuhkan untuk penentuan umur
radiokarbon tergantung pad a konsentrasi ion karbon at dan bikarbonat dalam sampel [4].
Dua gram karbon yang dibutuhkan untuk analisis, jumlah ini sebandingdengan 10 gram
konsentrasi ion bikarbonat dan karbonat. Sehingga jika sampel air mengandung 200 ppm
ion bikarbonat volume sam pel air tanah yang diblltuhkan cukllP 60 liter, sebaliknya jika
jllmlah kandungan total karbon kurang dari 200 ppm, maka dibutuhkan volume air yang
lebih ban yak lagi [4]. Dalam hal ini untuk keperluan analisis 14C di laboratorillm hidrologi
Kebllmian dan lingkungan diperlukan sekitar 4 gram total karbon. Pada proses,pengendapan BaC03 dalam tangki pengendap, dilakukan penambahan lar~ltan NaOH hal
ini dilakllkan untuk menaikkan pH menjadi sekitar 12 schingga diharapkan sam pel berada
dalam bentuk ion karbon at semua [1]. Sedangkan penambahan praestol berguna untuk