SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGY AKART A, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

PROFIL DISTRIBUSI VERTIKAL Cs-137 PAD A LAPISANTANAH

TOMMY HUTABARAT

Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR) BATANJl. Lebak Bulus Raya Pasar Jumat Telp. 7690709.

Kotak Pos 7002 JKSKL. Jakarta 12070

E-mail: tevarito@batan.go.id

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 CibedugPuncak-Bogor. Jatuhan isotop alam Cs-137 bersama air hujan kepermukaan tanah akan terserap sangatcepat oleh butiran tanah halus. Dalam suatu area, Cs-137 diasumsikan terdistribusi secara meratadipermukaan tanah. Pengambilan sampel dilakukan menggunakan alat Scrapper ukuran (2Ox50)cm danCoring diameter 10 em. Preparasi sampel tanah terdiri dari pengeringan, penggerusan dan pengayakan.Setelah preparasi, pengukuran Cs-137 dilakukan dengan spektrometri gamma. Dari hasil penelitianmenunjukkan bahwa pola distribusi Cs-137 pada dua titik lokasi hampir sama dan penetrasinya cukupdalam 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 teaplantation of Cibedung Village, Puncak-Bogor. Cs-137 fallout is adsorbed strongly by fine soil. Within awatershed, fallout Cs-137 is assumed to be distributed uniformly on the land surface. Sampling was done byusing 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 ofresearch 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/m2and 355 bq/m2 respectively. Erosion study with Cs-137 method is very potentially to do at the site andvicinity.

Keywords: Cs-13 7, profile, soil layer

117

PENDAHULUAN

Di satu sisi air merupakan kebutuhanutama hidup manusia dan mahluk hiduplainnya, disisi lain air dapat menyebabkanke1angsungan hidup manusia terganggu yaitusebagai media penyebab tetjadinya pergeserantanah atau yang lazim disebut erosi. Erosi

Tommy Hutabarat

merupakan gejala alam yang dapat terjadidimana saja dan merugikan banyak pihak.Dalam sistem pertanian akan berdampak padapenurunan tingkat kesuburan tanah akibathilangnya lapisan permukaan (top layer) hinggakedalaman 20 em. Kerugian lain yangditimbulkan adalah banjir yang dapatmenyebabkan longsor sehingga banyak tanah

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

118

yang terkikis. Untuk mengurangi bahaya­bahaya yang lebih besar lagi, perlu dilakukansuatu kontrol terhadap erosi tanah yaitu denganmenggunakan metode teknik nuklir denganmemanfaatkan isotop alam Cs-137 yang banyakterdapat di alamo

Isotop alam Cs-137 telah banyakdigunakan oleh banyak negara sebagai tooluntuk penelitian yang berkaitan dengan erosi.Isotop Cs-137 sebagai perunut (tracer) mampumenjelaskan fenomena erosi seeara lengkapyang meliputi sumber, arah pergerakan dandeposit. Penggunaan Cs-137 alam untuk studierosi dan sedimentasi pertama kali dipeloporioleh Me.Henry dan Ritchie di USA sekitartahun 1960-an.[I] Cs-137 digunakan sebagaiperunut karena mudah di identifikasi danmempunyai sifat-sifat yang mudah dipantau.Pada permukaan tanah yang pemah mengalamipengikisan hingga kedalaman 20 em, metodeCs-137 tidak dapat digunakan dan merupakankelemahan dari metode ini.

Isotop alam Cs-137 banyak terdapat dialam sebagai akibat pereobaan senjata nuklirpada pertengahan tahun 1950-1960, demikianjuga akibat keeelakaan reaktor nuklirChemobyl. Distribusi Cs-137 diatas permukaantanah diasumsikan merata. Pada saatmenyentuh permukaan tanah dengan eepat akanteradsorpsi dan terikat kuat oleh tanah terutamapartikel tanah jenis lempung (clay). Untukmengetahui kandungan Cs-137 dalam tanahdigunakan alat ukur nuklir yang sensitive yaituMulti Channel Analyzer (MCA) resolusi tinggiyang dilengkapi dengan detektor High PureGermanium (HPGE). Dalam aplikasinya telahdilakukan penelitian pada daerah aliran sungai(DAS) Ciliwung Hulu di Desa Tugu Utara,Cisarua, Bogor. Tujuan : Penelitian inibertujuan untuk melihat profil distribusi vertikalCs-137 dari suatu lokasi pembanding dekatlahan pertanian dan akan dijadikan data awaluntuk studi erosi/deposit pada lahan olah(cultivated area). Penelitian ini sebagai tindaklanjut dari program IAEA yaitu yang tertuangdalam proyek (RAS /5/043).

METODE

Pengambilan Sampel Tanah

Pengambilan sampel lokasi pembandingterdiri dari dua lokasi yaitu lokasi pembanding I

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN

SEMINARNASIONALIISDMTEKNOLOGINUKLIR

YOGYAKARTA,21-22DESEMBER2006ISSN 1978-0176

dan II. Pada setiap lokasi dilakukanpengambilan sampel dengan alat scrapperberukuran (20x50) em dan coring berukurandiemeter 10 em). Dengan alat scrapperdiperoleh sebanyak 10 sampel dengan tebal perlapisan 2 em yang diambil hingga kedalaman20 em, sedangkan dengan alat coring hinggakedalaman 40 em atau disesuaikan dengankondisi lapangan. Jumlah sampel pada lokasi Imenggunakan alat coring sebanyak 7 sampeldan 10 sampel pada lokasi II. Seluruh sampeldimasukkan kedalam kantong plastik dan diberikode.

Preparasi Sampel

Seluruh sampel tanah dibawa kelaboratorium PATIR-BATAN untuk analisislebih Ianjut yang terdiri dari pengeringan,penimbangan berat kering, penggerusan danpengayakan hingga lolos 100 mesh.

Pengukuran Kandungan Cs-137

Sampel tanah halus (1olos 100 mesh)setelah penggerusan ditimbang sebanyak 500gram yang kemudian dimasukkan kedalamtabung merineli dan ditutup rapat. Untukmendapatkan nilai Cs-137, dilakukanpengukuran sampel tanah menggunakandetektor Coaxial HPGE (High PurityGermanium) yang dihubungkan dengan MCA(Multi Channel Analyzer). [2] Pengukurandilakukan selama minimal 24 jam. Peneaeahansampel dilakukan menggunakan softwareMaestro, sedangkan untuk analisis datadilakukan seeara manual. Seluruh hasilpengukuran dibandingkan dengan standarIAEA SOIL-375. Setelah pengukuran tabungmerineli dibersihkan untuk menghindaritetjadinya kontaminasi.

Analisis Data.

Pada pengukuran Cs-137 dalam sampeltanah seeara spektrometri gama menggunakandetektor HPGE, unsur yang terdeteksi adalahBa-137m• Unsur Ba-137m (waktu paro = 2,4bulan) merupakan anak luruh dari Cs-137(waktu paro = 30,1 tahun) dan sebagai indicatortidak langsung dari penentuan aktifitas Cs-137.Hal ini disebabkan Cs-137 sebagai pemanearsinar f3 dan Ba-137m sebagai pemanear sinar y

seperti yang terlihat pada rangkaian peluruhandibawah ini :

Tommy Hutabarat

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

Spektrum Ba-137m akan terdeteksi olehdetektor pada energi 661 keV dan dalampengukurannya akan muncul spektrum lain

p p P1-137 Xe-137 ---.... Cs-137----+ Ba-137m Ba-Ui " ..(,tahU)

yaitu Bi-2l4 sebagai unsur pengganggu. Dalamhal ini hasil cacahan pada energi 661 keV hamsdikoreksi terhadap spektrum Ba-137m [3]

menggunakan rumus :

Net area Cs -137(E = 661)= netareaBa-137m(E = 66l)-3,5%xnetareaBi-2l4(E = 609)

HASIL DAN PEMBAHASAN.

Dalam studi erosi menggunakan Cs-137,penentuan lokasi sangat penting baik sebagaititik reference site/pembanding maupun lokasipercobaan. Sebagai titik yang representatif

untuk dijadikan lokasi referencesite/pembanding dipilih lokasi hutan lindungyang terbuka dan terletak diatas arealperkebunan. Peta topografi pengambilan sampeltanah disekitar perkebunan teh Desa CibedugPuncak bogor seperti terlihat pada Gambar 1.

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

Dari hasil perhitungan menggunakanmetode scrapper diperoleh distribusi vertikalCS-137 inventory terhadap kedalaman padareference site fa yang bervariasi antara 9bq/m2

hingga 29 bq/m2 dan reference site ffa denganvariasi antara 13 hingga 54 bq/m2 (satubequerel = satu disintegerasi per detik) (Tabel1,2).

Tabel 1. Data Cs-13 7 Sampel Ref-Site fa Metode Scrapper

No. KedalamanSilt-clayBerat KeringCpsCs-137 Inventory

(em)

(%)(gr) (Bq/m2)

1.

0-211,450,68524,62 x 10-315

2.

2-420,341,74003,33 x 10-327

3.

4-6 8,541,27402,05 x 10-312

4.

6-8 8,231,22061,92 x 10-311

5.

8-10 7,981,35461,46 x 10-39

6.

10-1211,341,21922,76 x 10-316

7.

12-1418,541,35323,92 x 10-325

8.

14-1610,341,57641,93 x 10-314

9.

16-1822,451,47124,23 x 10-329

10.

18-207,981,54941,49 x 10-311

TOTAL

169

Tommy Hutabarat 119 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN

SEMINAR NASIONAL II

SDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

Tabel 2. Data Cs-137 Sampel Ref-Site IIa Metode Scrapper

No.

KedalamanSilt-clayBerat KeringCpsCs-137 Inventory(cm)

(%)(gr) (Bq/m2)

1.

0-225,781,35943,92 x 10-3292.

2-411,341,00602,88 x 10-3133.

4-627,451,43244,51 x 10-3304.

6-8 30,51,77504,17 x 10-3345.

8-1018,561,13963,73 x 10-3206.

10-1235,671,40305,71 x 10-3377.

12-1429,341,59284,62 x 10-3348.

14-1625,311,45944,46 x 10-3309.

16-1845,681,61847,24 x 10-35410.

18-2025,781,53804,26 x 10-330

Penetrasi Cs-137 dalam tanah tidakseragam, hal ini tergantung pada tekstur danbutiran tanah. Pola distribusi vertikal Cs-137pada kedua lokasi ini tidak beraturan danmenunjukkan keeenderungan pola yang hampirsarna (Gambar 2,3). Afinitas Cs-137 setiaplapisan sangat ditentukan oleh besar butirantanah dan berdasarkan literatur bahwa Cs-137akan terikat dan teradsorpsi sangat kuat olehpartikel tanah atau sedimen terutama olehpartikel halus (silt-clay). Pada lapisan (2-4) em(Gambar 2) konsentrasi Cs-137 tinggikemudian menurun hingga kedalaman (8-10)em. Demikian juga pada kedalaman (10-12)em, konsentrasi Cs-137 berfluktuasi hinggakedalaman 20 em. Seeara umum pola distribusivertikal Cs-137 pada kedua lokasi ini tidakmengikuti pola distribusi Gauss yaitu puneakkonsentrasi akan berada pada kedalaman (8-10)hingga (12-14) em. Diperkirakan lokasi inipemah diolah untuk lahan pertanian atauperkebunan kemudian tidak digunakan lagi danditumbuhi oleh rumput gajah. Nilai Cs-137inventory total pada lokasi pembanding laadalah 169 bq/m2• Pada lokasi pembanding IIadapat dijelaskan bahwa pada kedalaman (16-18)em konsentrasi lebih tinggi, hal inimenunjukkan bahwa penetrasi Cs-137 dalamlapisan tanah eukup dalam. Kondisi pada lokasiII hampir diperkirakan sarna dengan kondisiyang pemah teIjadi pada lokasi I dimana poladistribusi vertikal tidak mengikuti pola Gauss.Demikian juga pada kedalaman (12-14) dan(16-18) em (Gambar 2) dan kedalaman (16-18)

em (Gambar 3) masih terlihat konsentrasi Cs­137 hal ini disebabkan oleh eurah hujan yangeukup tinggi (lebih dari 1600 mmltahun) [4].

Total inventory Cs-137 menggunakan metodescrapper pada lokasi pembanding IIa adalah311 bq/m2• Menurut literatur, falloutradionuklida Cs-137 di belahan bumi selatanlebih rendah seeara signifikan dibandingkandengan belahan bumi utara. Databasekandungan Cs-137 untuk belahan bumi selatanyang diwakili oleh Negara AdelaidelBrisbanemenunjukkan inventory Cs-137 pada tahun1963-1964 sebesar± 100bq/m2•

Pada Gambar 2 dan 3 dapat ditampilkangrafik hubungan antara persentase silt-clayterhadap kedalaman lapisan tanah. Dari hasilanalisis grafik diperoleh kurva interpolasipolynomial. Pola kurva mengikuti puneak­puneak dari kandungan Cs-137 pada setiapkedalaman. Hal ini sangat mendukungliterature yang menyebutkan bahwa Cs-137akan sangat kuat diadsorpsi oleh partikel halusterutama silt dan clay. Penentuan nilai Cs-137inventory juga dilakukan pada lokasipembanding lainnya yaitu menggunakanmetode coring. Pada metode ini,diambilsebanyak 7 titik pada lokasi pembanding Ib dan10 titik pada lokasi pembanding IIb. Dari hasilanalisis diperoleh nilai Cs-137 inventorybervariasi yaitu antara 110 bq/m2 hingga 544bq/m2 pada lokasi pembanding Ib dan 191bq/m2 hingga 587 bq/m2 untuk lokasipembanding lIb (Tabe13,4)

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN 120 Tommy Hutabarat

5

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

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

35

N 30E'iT 25

~!:; 20.•....

~ 15III

~ 10-~I'll

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·137dan persensilt +elay lapisan tanah lokasipembanding II

60

N 50E!40 J kurva silt + clay

•....M

J; 30o~ 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

Tabel3. Data Cs-137 sampe1Ref-Site Ib metode Coring

No.

KedalamanSerat KeringCpsCs-137 Inventory

(em)

(gr) (Sq/m2)

1.

40 0,83241,58 x 10-3160

2.

40 0,63461,44 x 10-3110

3.

40 0,81423,44 x 10-3338

4.

40 0,74364,38 x 10-3394

5.

40 0,86721,82 x 10-3191

6.

40 0,82684,32 x 10-3432

7.

40 0,83945,36 x 10-3544

Tommy Hutabarat 121 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - SATAN

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

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

No.

KedalamanBerat Kering

(em)(gr)

1.

40 1,01382.

40 0,92843.

40 0,73084.

40 0,82745.

40 0.92406.

40 0,81487.

40 0,76488.

40 0,80649.

40 0,517210.

40 0,8672Cps

8,32 X 10-3

3,49 x 10-3

5,51 X 10-3

1,91 X 10-3

3,29 x 10-3

4,98 x 10-3

6,35 x 10-3

4,11x 10-3

4,61 x 10-3

3,64 X 10-3

Cs-137 Inventory

(Bq/m2)

420

392

487

191

367

491

587

401

288

381

122

Pengarnbilan sarnpel dengan 2 rnetodeyang berbeda dilakukan karena penetrasi Cs­137 dalarn tanah sangat tergantung pada jenisrnaupun ukuran butiran dan kondisi yang terjadidisekitar lokasi. Dari 2 lokasi pernbanding yangditeliti dan rnenggunakan rnetode yang berbedarnaka diperoleh nilai Cs-137 inventory (total)lokasi pernbanding Ia dan lIa (nilai rata-rata 7

coring dan 1 scrar'Per) rnenggunakan rumus :(Ar'!f + Rata - rata(Aref )A- sc corref- 2

yaitu sebesar 239 bq/rn2, sedangkan padalokasi Ib dan lIb (nilai rata- rata 10 coring dan1 scrapper) sebesar 355 bq/rn2• Dalarn studierosi, kandungan Cs-13 7 pada lokasipernbanding digunakan sebagai aeuan terhadaplokasi pereobaan untuk rnengetahui laju erosidan deposisi.

KESIMPULAN

Dari hasil penelitian dapat disirnpulkanbeberapa hal yaitu profil distribusi vertikal Cs­137 di lapisan tanah pada 2 lokasi pernbandingtidak rnerata dan dapat dideteksi. Penetrasi Cs­137 eukup dalarn hingga kedalarnan (16-18) empada lokasi pernbanding I dan II dan rata-rataCs-137 Inventory masing-masing lokasi adalah239 dan 355 bq/rn2• Studi erosi dengan rnetodeCs-13 7 sangat potensial dilakukan pada lokasipenelitian dan sekitamya.

DAFTAR PUSTAKA.

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

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

litter and upper 10 centimeters of soil underdifferent cover types in northernMississippi", Health Physics, 22, 197.

2. CAMPBELL. Et al. 1988. A method fordetermining sediments budgets usingCaesium-137. International Association ofHydrological Science, Porto AlegreSymposium: Sediments Budgets. IAHS Publ.174 :171-179.

3. ELLIOT, G.L., LOUGHRAN, R.J., PROVE, E.,and CAMPBELL, B.L., 1992, "Recalibrationand test of Caesium-I 37 based methods forestimation of net soil erosion on cultivatedand uncultivated land", Applied RadiationIsotope, International Journal of Radiationand Applied Instrumentation, Part A41.

4. Departemen Kehutanan, Direktorat JenderalRehabilitasi Lahan Dan Perhutanan Sosial,Balai Pengolahan Daerah Aliran SungaiCitarum- Ciliwung, 2002, Bagian ProyekPerencanaan dan Evaluasi PengelolaanDaerah Aliran Sungai Citarum Ciliwung,Bogor.

5. LOUGHRAN, R.l, ELLIOT, G.L., andCAMPBELL, B.L., 1993, " Estimation oferosion using Radionuclide caesium-137 inthree diverse areas in eastern Australia",Applied Geography, 13, p.109-188.

6. MEGUMI, K., OKA, T., YASKAWA, K. andSAKANOUE, M., 1982, Contents of naturalRadioactive nuclides in soil in relation totheir surface area, J.Geophys. Res., 87,10857-10860.

7. NORRIS, V., and PERRENS, S.J.,1998,Analysis of variability of Caesium-137 in

Tommy Hutabarat

123

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGY AKART A, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 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 atReference Site an example from twocontrasting 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 incultivated soils, Rad. Data & Repts., 12, 727­728.

TANYAJAWAB

Pertanyaan

1. Apa kelebihan dan kekurangan metodeScrapper dan Coring, Dari kedua metodetersebut mana yang lebih baik, Apakahsetiap pengukuran hams menggunakan 2metode? (Ida Yusnaini)

2. Lokasi sampling diambil di kebun teh. Apaalasan sampling pada kebun teh dan apanilai tambah sampling pada kebun teh ?

3. Pengukuran dilakukan dengan spektrometrigamma. Berapa batas deteksi alat, sehinggahasil cacah yang anda lakukan diperolehcacah ang kecil orde !O-3 Cps?

4. Apakah spektrometri gamma ini validuntuk pencacahan radionuklida denganintensitas kecil !O-3 Cps ?

5. Mengapa sampling pada kedalaman tanah2-20 cm ? (Sunardi)

Jawaban

1. Tidak ada kelebihan dan kekurangan,metode coring hanya sebagai datapelengkap.

2. Pada prinsipnya lokasi untuk pengambilansampel "reference Site" adalah daerah yangdiperkirakan belum mengalami gangguandan biasanya daerah dataran tinggi. Lokasiyang kami lakukan kebetulan kebun the.

3. Batas deteksi tidak kami lakukan.4. Valid karena masih 5 kali diatas back

ground5. Apabila pada kedalaman 20 cm tidak ada

Cs-l37 maka dikatakan bahwa daerahtersebut sudah tidak layak untuk studi erosi

Tommy Hutabarat Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN