tinjauan pustaka isotop alam dalam sistem hidrologidigilib.batan.go.id/e-prosiding/file...

11
LAPORAN HASIL PENELITIAN TAHUN 2003 ISBN. 978-979-99141-2- 5 TINJAUAN PUSTAKA ISOTOP ALAM DALAM SISTEM HIDROLOGI (P2BGGN/EKS1KI02/2003 ) Oleh : Tyas Djuhariningrum, Richard Hutabarat, Endang Muhtar ABSTRAK TINJAUAN PUSTAKA ISOTOP ALAM DALAM SISTEM HIDROLOGl Dalam sistem hidrologi komposisi isotop stabil ISO dan 2H dapat dipergunakan sebagai perunut dalam menentukan asal usul dan kualitas air tanah karena sifatnya yang tidak mengalami perubahan dalam reaksi kimia akibat proses kimia dan biologi setelah berinteraksi dengan mineral-mineral batuan. ISO dan 2H merupakan komposisi isotop stabil dengan kandungan terbesar dalam sistem hidrologi yang tidak berpengaruh bagi kesehatan manusia. Cara menentukan konsentrasi isotop stabil dalam air dapat dipergunakan standar SMOW (Standart Mean Ocean Water) dan JAWS (Jakarta Working Stand art ). Sedangkan untuk menentukan konsentrasi isotop stabil dalam air hujan dapat dipergunakan persamaan meteoric waterline. Konsentrasi isotop stabil dapat diekspresikan dalam nilai o( %0 ). Faktor- faktor yang dapat menyebabkan terjadinya perubahan komposisi isotop stabil yaitu: pengaruh ketinggian daerah tangkapan hujan ( Altitude Effect ), pengaruh temperatur dan garis lintang ( temperature and latitude effect) dan pengaruh jumlah curah hujan ( amount effect ). Cara menetukan komposisi isotop stabil pada setiap daerah tangkapan hujan tidak sam a, semakin tinggi daerah semakin berkurang, di Indonesia besarnya penguranganlkenaikan IS0= 0,123 %0 1100m dan 2H =. 0,9195 %0/100m, makin rendah temperatur komposisi isotop stabil makin besar dan pada musim panas molekul-molekul masa berat terkondensasi menjadi hujan dan setiap penambahan curah hujan 100mm kandungan ISOberkurang 15 % Kata kunci : Isotop alarn, hidrologi. ABSTRACT A LITERATUR STUDY ON NATURAL ISOTOPE IN HYDROLOGY SYSTEM. In hydrology system stable isotope composition oksigen-18 esO) and deutrium ( 2H) can be used as trace element to determine history and quality of ground water. The chemical characteristic of them are not accuring to exchange in chemical reaction and biology after interaction with mineral rock.Oksigen-18 esO) and deuterium (2H) are stable isotope composition with the largest pregnant in ground water.To determine concentration stable isotope composition can be used Standart Mean Ocean water ( SMOW ) and Jakarta Working Standart ( JAWS ). For determine concentration 2H and ISO in meteoric water can be used relation ship meteoric water line.Stable isotope concentration are expressed as 0 (%0) values. The factors that can cause accur to exchange stabil isotope composition are altitude effect , latitude effect and amount meteoric water effect. To determine catch a meteoric water at eash area is not same, so much the altitude effect stable isotope composition is depleted. In Indonesia Oksigen-18 esO) 0,123 %0 I 100m and deuterium( 2H)_ 0,9195 %0 1100m, temperature and latitude effect, so much low temperature stable isotope composition increase and the hevier molecules aecur condensation to meteoric water at the warmer climate and for increase 100mm amount effect oksigen-18 content to decrease 15%. Key word: Natural isotop, hidrology. PUSAT PENGEMBANGAN GEOLOGI NUKLIR-BATAN 529

Upload: others

Post on 11-Jan-2020

22 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: TINJAUAN PUSTAKA ISOTOP ALAM DALAM SISTEM HIDROLOGIdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Geologi... · 2011-04-21 · evaporasi,presipitasi dan kondensasi menjadi air hujan

LAPORAN HASIL PENELITIAN TAHUN 2003 ISBN. 978-979-99141-2- 5

TINJAUAN PUSTAKA ISOTOP ALAM DALAM SISTEM HIDROLOGI

(P2BGGN/EKS1KI02/2003 )

Oleh : Tyas Djuhariningrum, Richard Hutabarat, Endang Muhtar

ABSTRAKTINJAUAN PUSTAKA ISOTOP ALAM DALAM SISTEM HIDROLOGl

Dalam sistem hidrologi komposisi isotop stabil ISO dan 2H dapat dipergunakan sebagaiperunut dalam menentukan asal usul dan kualitas air tanah karena sifatnya yang tidakmengalami perubahan dalam reaksi kimia akibat proses kimia dan biologi setelah berinteraksidengan mineral-mineral batuan. ISO dan 2H merupakan komposisi isotop stabil dengankandungan terbesar dalam sistem hidrologi yang tidak berpengaruh bagi kesehatan manusia.Cara menentukan konsentrasi isotop stabil dalam air dapat dipergunakan standar SMOW(Standart Mean Ocean Water) dan JAWS (Jakarta Working Stand art ). Sedangkan untukmenentukan konsentrasi isotop stabil dalam air hujan dapat dipergunakan persamaanmeteoric waterline. Konsentrasi isotop stabil dapat diekspresikan dalam nilai o( %0 ). Faktor­faktor yang dapat menyebabkan terjadinya perubahan komposisi isotop stabil yaitu: pengaruhketinggian daerah tangkapan hujan ( Altitude Effect ), pengaruh temperatur dan garis lintang( temperature and latitude effect) dan pengaruh jumlah curah hujan ( amount effect ). Caramenetukan komposisi isotop stabil pada setiap daerah tangkapan hujan tidak sam a, semakintinggi daerah semakin berkurang, di Indonesia besarnya penguranganlkenaikan IS0= 0,123 %0

1100m dan 2H =. 0,9195 %0/100m, makin rendah temperatur komposisi isotop stabil makinbesar dan pada musim panas molekul-molekul masa berat terkondensasi menjadi hujan dansetiap penambahan curah hujan 100mm kandungan ISOberkurang 15 %

Kata kunci : Isotop alarn, hidrologi.

ABSTRACTA LITERATUR STUDY ON NATURAL ISOTOPE IN HYDROLOGY

SYSTEM. In hydrology system stable isotope composition oksigen-18 esO) and deutrium( 2H) can be used as trace element to determine history and quality of ground water. Thechemical characteristic of them are not accuring to exchange in chemical reaction andbiology after interaction with mineral rock.Oksigen-18 esO) and deuterium (2H) are stableisotope composition with the largest pregnant in ground water.To determine concentrationstable isotope composition can be used Standart Mean Ocean water ( SMOW ) and JakartaWorking Standart ( JAWS ). For determine concentration 2H and ISO in meteoric water canbe used relation ship meteoric water line.Stable isotope concentration are expressed as 0(%0) values. The factors that can cause accur to exchange stabil isotope composition arealtitude effect , latitude effect and amount meteoric water effect. To determine catch ameteoric water at eash area is not same, so much the altitude effect stable isotopecomposition is depleted. In Indonesia Oksigen-18 esO) 0,123 %0 I 100m and deuterium( 2H)_0,9195 %0 1100m, temperature and latitude effect, so much low temperature stable isotopecomposition increase and the hevier molecules aecur condensation to meteoric water at thewarmer climate and for increase 100mm amount effect oksigen-18 content to decrease 15%.

Key word: Natural isotop, hidrology.

PUSAT PENGEMBANGAN GEOLOGI NUKLIR-BATAN 529

Page 2: TINJAUAN PUSTAKA ISOTOP ALAM DALAM SISTEM HIDROLOGIdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Geologi... · 2011-04-21 · evaporasi,presipitasi dan kondensasi menjadi air hujan

lAPORAN HAS11. PENELlT1AN TAHUN 2003

PENDAHULUAN

Latar Belakang

ISBN.978-979-99141-2-5

Tulisan ini merupakan realisasi dari Usulan Kegiatan Penunjang Penelitian (UKPP)

Bidang Eksplorasi dan Geologi dengan NO.Kode:P2BGGN/Eks/K/02 /2002.

Pada sistem hidrologi yang penting untuk dipelajari didalam menentukan kualitas air tanah

yaitu: kandungan kimia ( hidrokimia) dim kandimgan isotop aram (hidrologi isotop alam)

.Kedua kandungan tersebut sangat penting dalam menentukan kualitas air tanah yang layak

untuk dikonsumsi manusia sebagai contoh air tanah mengandung isotop

yang bersifat radioaktif yaitu tritium 3H tidak layak dikonsumsi manusia. Air tanah yang

mengandung isotop alam antara lain: deutrium (2H ),Oksigen( 180), tritium ( 3H) dan carbon

14( 14C ). Isotop -isotop tersebut dalam air berupa molekul-molekul H2180, HDO,HTO,

14C02 dapat diketahui dengan analisis isotop. Di alam isotop- isotop terdapat dalam air hujan

( meteoric water ), meskipun berinteraksi secara kimia dan biologi dengan mineral-mineral

batuan, isotop-isotop tersebut tidak mengalami perubahan, oleh karenaitu .isotoptersebut

dapat digunakan sebagai perunut dalam menentukan umur, asal-usul , arah aliran, dan

kualitas air tanah.Sedangkan kandungan kimia setelah berinteraksi dengan mineral-mineral

batuan dapat terjadi perubahan akibat proses kimia dan biologi berupa anion dan kation

antara lain cr, cot., S04 =, Ca2+, M~+, K+, Mn2+dapat dianalisis secara kimia. Kedua

kandungan tersebutsatudengan"yang lainnya tidak saling mempengaruhi.

Pada tulisan ini akan dibahas khusus mengenai isotop alam dalam system hidrologi,

hal ini dilaksanakan dalam rangka menunjang kegiatan eksplorasi dan geologi dalam

pencarian air tanah (studi geohidrologi). Studi hidrologi isotop alam perlu dilakukan guna

""mengembangkanpengetahuan agar dapat berperan serta dalam menunjang kegiatan pencarian

air tanah.

Tujuan

Tinjauan pustakaisotop alam dalam sistem hidrologi adalah untuk mendapatkan

pengetahuan tentang isotop alam yang bermanfaat dalam menentukankualitas ,umur dan arah

aliran air tanah pada proses hidrologi

530 PUSAT PENGEMBANGAN GEOLOGI NUKLffi-BA TAN

Page 3: TINJAUAN PUSTAKA ISOTOP ALAM DALAM SISTEM HIDROLOGIdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Geologi... · 2011-04-21 · evaporasi,presipitasi dan kondensasi menjadi air hujan

l.APORAN HASl1. PENEUTlAN TAHUN 2003

PEMBAHASAN

Sistem Hidrologi

ISBN.978-979-99141-2-5

Dalam sistem hidrologi berdasarkan proses terjadinya dapat dibedakan 3 macam

air yaitu :air hujan ( meteoric water ), air permukaan ( surface water) dan air tanah (ground

water). Ketiga jenis air tersebut mempunyai kandungan kimia ( hidrokimia) dan kandungan

isotop ( hidrologi isotop alam ) yang berbeda-beda, seperti terlihat pada gambar 1 ( siklus

hidrologi ). Siklus hidrologi adalah merupakan proses berantai antara air permukaan dan air

tanah. Air hujan jatuh kebumi tersebar merata, sebagian meresap kedalam tanah dan batuan

melalui bagian-bagian yang lolos air menjadi air tanah dan sebagian menjadi air permukaan.

Aliran air tanah mencapai suatu lapisan penampungan yang disebut aquifer, dan bergerak

mengikuti kemiringan lapisan batuan sesuai dengan keadaan topografi. Air tanah lebih

berkualitas dibandingkan air permukaan ditinjau dari segi kimia dan fisika karena air tanah

telah melalui peristiwa infiltrasi, absorpsi dan penukar ion ( ion exchange). Selama infiltrasi

air tanah mengandung atau mengikat mineral-mineral garam alkali yang dibutuhkan oleh

tubuh manusia dan juga komponen kimia yang bersifat disinfektan sebagai pembasmi kuman­

kuman. Air tanah yang bergerak di bagian tanah lunak disebut soil water, sedangkan

pergerakan air tanah disebut ground water movement.

rainfeil (hnilm)

lingkungan air tanah( belt soil of water)

aliran dari

dataran tinggj

water table (level air)

pcnnukaansaturan air

Gambar 1. Siklus Hidrologi

PUSAT PENGEMBANGAN GEOWGI NUKLIR-BATAN 531

Page 4: TINJAUAN PUSTAKA ISOTOP ALAM DALAM SISTEM HIDROLOGIdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Geologi... · 2011-04-21 · evaporasi,presipitasi dan kondensasi menjadi air hujan

lAPORAN HASH_ PENELlT1AN TAHUN 2003 TSBN.978-979-99141-2-5

Isotop Alam

Atom atau unsur terdiri dari inti yang dikelilingi oleh elektron yang bergerak dalam

orbitnya. Inti terdiri dari proton bermuatan + dan netron tidak bermuatan. Jumlah elektron

suatu atom sarna dengan jumlah proton. Isotop adalah unsur yang mempunyai nomer atom

sarna tetapi masanya berbeda.sebagai contoh atom hydrogen mempunyai isotop : protium,

deuterium dan tritium seperti terlihat pada gambar 2

Kulit P=l

8N:'Deuterium (2IH)

P= 1N=2

GTritium ( 31H )

Gambar 2: Isotop Hidrogen

Isotop atom hidrogen teTdiri dari : protium mempunyai 1 proton, lelektron dan 0 neutron;

deutrium mempunyai 1 proton , 1 elektron dan 1 neutron. Sedangkan tritium mempunyai 1

proton, 1 elektron dan 2 neutron.

Isotop alam yang sering diketahui keberadaannya pada siklus hidrologi terdiri dari :

1. Tritium ( 3H )

2. Carbon-14 ( 14C)

3. Oksigen-18 ( 180)dan Deutrium (2H)

Proses terjadinya isotop pada sistem hidrologi

1. Tritium ( 3H )

Tritium merupakan isotop hidrogen yang tidak stabi1 bersifat radioaktif dengan umUT

paruh 12,43 tahun [1] dan proses terjadinya pada sistem hidrologi dapat secara alamiah

532 PUSAT PENGEMBANGAN GEOLOGI NUKLffi-BATAN

Page 5: TINJAUAN PUSTAKA ISOTOP ALAM DALAM SISTEM HIDROLOGIdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Geologi... · 2011-04-21 · evaporasi,presipitasi dan kondensasi menjadi air hujan

l.,APORAN HASH. PENEUTTAN TAHUN 2003 ISBN.978-979-99141-2-5

dan buatan. Proses terjadinya tritium secara. alamiah adalah sebagai. akibat .interaksi

neutron capat dan sinar kosmik dengan nitrogen di atmosfer dengan reaksi inti seperti

berikut :

+ P 3------------------------ 6 -C + \ H + E

Energi yang dihasilkan 18 keY. Sebelum tahun 1953 besamya tritiumdalam air tanah

mencapai 2-4 TU (TU= Tritium Unit) 1 TU = 1 3H / ( 10\8 H atom ).Pada 1953 di bumi

belahan utara terdapat uji thermonuklir yang menyebabkan kandungan tritium meningkat

karena hasil uji thermonuklir 10-20 TU hingga pada tahun 1960 nilai pengkayaan

diperkirakan mencapai 103 TU. Namun sekarang terjadi penurunan secara berangsur­

angsur karena me1uruh sehingga diperkirakan mencapai 5-10 TU . Pada studi hidrologi

tritium dapat dipergunakan untuk menentukan umur air taoah yaitu : jika air tanah hasil

akhir proses pengkayaan mencapai< 3 TU hal ini menunjukan bahwa air tersebut

berumur lebih dari 25 tahun. Bila dalam air tanah terdeteksi adanya tritium maka hal ini

menunjukan: terjadinyaproses' pencampuran antara air lama dengan air barn ( sesudah

tahun 1953 ).

2. Carbon-14 (14C)

Proses terjadinya carbon secara alamiah hampir sarna dengan tritium yaitu , sebagai

akibat interaksi neutron sinar kosmik sekunder dengan inti nitrogen [1].

------------------------- 614C + IIH + 156 keY

14Cteroksidasi menjadi 14C02 dalam air tanah membentuk ion bicarbonat HCO- dan

CO2 yang larnt dalam air dan meresap kedalam tanah. Carbon -14 memancarkan sinar 13

dan mempunyai waktu paruh 5730 tahun.

PUSAT PENGEMBANGAN GEOWGI NUKLIR-BATAN 533

Page 6: TINJAUAN PUSTAKA ISOTOP ALAM DALAM SISTEM HIDROLOGIdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Geologi... · 2011-04-21 · evaporasi,presipitasi dan kondensasi menjadi air hujan

TAPORAN HASH. PENEUTTAN TAHUN 2003 ISBN.978-979-99141-2-5

3..Oksigen~18( 180 )dan .Deutrium (2B.)

Penyusun molekulair terdiri dari hidrogen dan oksigen. Hidrogen mempunyai 3 isotop

yang terdiri dari 2 isotop stabil clan lisotop tidakstabil bersifat radioaktif

Protium dan deutrium proses pembentukannya berbeda dengan tritium.Proses

pembentukannya protium dan deutrium ( isotop hidrogen stabil ) secara alamiah melalui

evaporasi,presipitasi dan kondensasi menjadi air hujan. Seclangkan tritium··

( isotop hidrogen tidak stabiL ) proses' pembentukannya .secara alamiah sebagai akibat

interaksi sinar kosmik dengan nitrogen.

Di alam komposisi isotop hidrogen, oksigen dan carbon kelimpahannya dapat dilihat pada

tabel 1 sebagai berlkut [2]:

Tabel 1. Komposisi isotop Hidrogen, Oksigen danCarbon dalam sistem hidrologi [2].

Isotop Komposisi (%)Tipe

IH{protium )

99,984stabil

2H ( deuterium)

0,016stabil

3H ( tritium )

0-10-15radioaktif (12,3th)

160 ( oksigen)

99,76stabiL

170 ( oksigen )

0,04stabil

180 ( oksigen )

0,20stabil

14C ( carbon -14 )

< 0,001radioak'1if(5730th)

Isotop-isotop dalam air berupa molekul-molekul H2180, HDO, HTO , molekul ringan

H2160 masa 18 dan molekul berat 2H2180. Pada perubahan phase dari cair ke gas,

molekul-molekul berat dengan komposisi isotop stabil ( 180 dan 2H ) mempunyai

kecenderungan berupa phase cair, sedangkan molekul ringan berupa uap dengan

komposisi isotop stabil e60 dan IH ). Komposisi isotop stabil di atmosfer dipengaruhi

oleh' temperatur"dan kelembaban:' Uap qair yang'mengalcimi pendinginan kemudian

terkondensasi membentuk awan dan hujan, molekul berat ( 000 dan H2180 ) akan

terkondensasi lebih dahulu sehingga uap air ( molekul berat ) akan mengalami

534 PUSATPENGEMBANGANGEOLOGINUKLIR-BATAN

Page 7: TINJAUAN PUSTAKA ISOTOP ALAM DALAM SISTEM HIDROLOGIdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Geologi... · 2011-04-21 · evaporasi,presipitasi dan kondensasi menjadi air hujan

TAPORAN HAS"_ PENEUTTAN TAHUN 2003 ISBN. 978-979-99141-2-5

pengurangan ( depleted). Siklus evaporasi dan presipitasi di atmosfer merupakan proses

fraksinasi memegang peranan penting dalam hidrologi isotop alamo

Interaksi air permukaan dengan air tanah

Siklus hidrologi merupakan proses berantai air yang berada dibumi berlangsung secara

terus menerus sehingga mengalami proses-proses evaporasi (uap air), presipitasi (air

hujan),dan pengaliran (air tanah) seperti terlihat pada gambar 1.Air taut ( surface water)

mengalami evaporasi menuju atmosfer menjadi uap air , komposisi isotop stabil

dipengaruhi oleh temperatur dan garis lintang (latitude effect). Uap air yang terdiri dari

molekul berat ( lIDO dan H2180 ) yang lebih dulu terkondensasi menjadi hujan dengan

demikian uap air mengalami pengurangan molekul berat (depleted). Siklus evaporasi,dan

presipitasi di atmosfer merupakan proses ttaksinasi yaitu:air hujan jatuh menembus tanah

mengalami peresapan (infiltrasi) terjadi pengisian air tanah menjadi aquifer dan sebagian

mengalir ke sungai yang disebut air permukaan bergerak mengikuti kemiringan lapisan

tanah. Kandungan isotop didalam siklus hidrologi dapat dipergunakan sebagai perunut

asal usul air tanah. Komposisi isotop stabil setelah berinteraksi dengan mineral-mineral

padatan tidak mengalami reaksi kimia dan biologi ( tidak berpengaruh terhadap proses

kimia dan biologi ) [3]. Isotop yang bersifat radioaktif ( 3H ) dari air permukaan meluruh

lebihdulu sebelum'mencapai'permukaanair tanah',karena mempunyai umur paruh yang

relatif singkat 12,43 tahun dan dapat dipergunakan untuk menentukan umur air tanah

begitu juga carbon-14 (14C ). Pada kenyataannya air permukaan mempunyai komposisi

isotop stabil lebih kecil /pengurangan dibandingkan air tanah yang mengalam evaporasi

dan infiltrasi kedalam tanah. Perubahan isotop yaitu pengurangan ( depleted ) dan

pengkayaan ( enrichment) bukan proses kimia dan biologi. Hasil penyelidikan [I]

hubungan sistem air permukaan dan air tanah sebagai berikut : setiap 100 m perubahan

ketinggian permukaan, komposisi isotop 180 berkurang -0,2%0 sampai -0,3%0 sebagai

hasil efek ketinggian daerah tangkapan hujan ( altituade effect ). Perubahan komposisi

isotop stabildalam air tanah merupakan hasil pengisian air hujan dan peresapan air

sebagai contoh sungai Rio Chimbo daerah sebelah selatan Guayaguil di Ecuador

PUSAT PENGEMBANGAN GEOLOGI NUKLffi-BATAN 535

Page 8: TINJAUAN PUSTAKA ISOTOP ALAM DALAM SISTEM HIDROLOGIdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Geologi... · 2011-04-21 · evaporasi,presipitasi dan kondensasi menjadi air hujan

T.APORAN HASTI- PENEUTlAN TAHUN 2003 ISBN.978-979-99141-2-5

mempunyai variasi komposisi isotop stabil air tanah 180=4 %0 clan 2H=30 %0, hal ini

mengidentifikasikan bahwa air tanah tercampur 2 sumber yaitu sungai Rio Chimbo dan

infiltrasi dari air hujan. [1]. Komposisi isotop stabil dalam pengukurannya dapat

dipergunakan referensi standar isotop stabil oksigen dan hidrogen dalam air tanah dengan

menggunakan SMOW ( Standart Mean Ocean Water) dan JAWS ( Jakarta Working

Standart ); Air laut juga dapat diterima sebagai standar intemasionalkarena bersifat stabil,

haLini disebabkan karena penguapan tidak mempengaruhi jumLah air Laut yang berada di

permukaan bumi yaitu sekitar 97,5 %.

Cara menentukan kandungan isotop dalam air tanah dapat digunakan rumus sebagai

berikut: [1,2,3]

B = ( Rs - R ref) / R ref x 1000

Dimana :

Rs = ratio isotopD/H atau 180 / 160

R ref = ratio isotop D / H atau 180/160 standar ( SMOW ,JAWS)

B = konsentrasi isotop stabil180 dan 2H ( %0)

Sedangkan untuk menentukan kandungan isotop dalam air hujan ( meteoric water ),

dengan menggunakan meteoric water line :

8 D = 8 8 180 + 10

8 = konsentrasi Deutrium dalam air hujan (0/00)

Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi isotop dalam air hujan

1. Pengaruh garis lintang dan temperatur ( latitude effect and temperature ). Faktor musim

berpengaruh terhadap perubahan komposisi isotop stabil dalam air hujan . sebagai contoh

air hujan di musim dingin isotop molekul berat bertambah dibandingkan musim panas

karena pada temperatur rendah teIjadi kondensasi.

Sedangkan isotop molekul berat pada uap air di atmosfer mengalami pengurangi dan

isotop masa ringan pada daerah garis lintang lebih besar.

536 PUSAT PENGEMBANGAN GEOWGI NUKLffi-BATAN

Page 9: TINJAUAN PUSTAKA ISOTOP ALAM DALAM SISTEM HIDROLOGIdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Geologi... · 2011-04-21 · evaporasi,presipitasi dan kondensasi menjadi air hujan

/APORAN HASll, PENEUTlAN TAHUN 2003 ISBN.978-979-99141-2-5

2. Pengaruh ketinggian ( altitude effect) .Air hujan di daratan, 6 nya lebih kecil

dibandingkan air laut karena dipengaruhi oleh ketinggian rata-rata daerah tangkapan

hujan.

Nilai 6 menurun dengan meningkatnya ketinggian 6 D =-4 %0

sampai -1,2 %0/100 meter dan 6 180 =-0,5 %0/100 meter [4]

3 Pengaruh jumlah curah hujan ( amount effect ). Jumlah hujan menunjukan komposisi

isotop air diperkaya oleh isotop masa ringan ( IH dan 160 )pada setiap air hujandi daerah

tropis seperti di Indonesia jumlah curah hujan sangat berpengaruh terhadap kandungan

deutrium 2H dan 180. Hubungan antara deutrium dan 180 dalam air hujan dapat

dipergunakan meteoric water line Setiap penambahan curah hujan 100mm akan

menurunkan kandungan oksigen sebesar 15 %.Untuk menentukan komposisi isotop

dalam air hujan dapat diperoleh dengan persamaan :

6 D = 8 6 180 + 10

Hubungan sistematis ini dapat dipergunakan untuk mengevaluasi sejarah air tanah (asal

usul air tanah).Diagram studi air tanah terlihat pada gambar 3 yaitu mengenai proses

penyebab perubahan komposisi isotop stabilpada air tanah. Setiap negara mempunyai

hubungan deutrium ( 2H ) dan 180 dengan slope yang tidak sarna.Wilayah yang curah

hujannya relatif sedikit , hubungan antara 2H dan 180 memiliki slope <8 pada meteoric

water line [1] tidak memberikan perubahan komposisi isotop yang berarti sebagai akibat

efek ketinggian daerah tangkapan hujan ( altitude effect) . Pada masing-masing daerah

mempunyai slope yang tidak sarna .Daerahdimana slope meteoric water line =8

dipengaruhi oleh temperatur dan-garislintang .Apabilatemperatur 'rendah' akan terjadi

kondensaSi molekul isotop berat makin besar sehingga terjadi perubahan komposisi isotop

stabil cukup berarti. Perbedaan temperatur kondensasi sangat berpengaruh pada

perubahan komposisi isotop stabil dan proses-proses perubahan H2S , Si02nH20 , CO2

[3].

Gambar 4 memperlihatkan perubahan komposisi isotop air meteorik yang terjadi pada

formasi recharge area dan air tanah sebagai berikut :

PUSA T PENGEMBANGAN GEOLOGI NUKLIR-BATAN 537

Page 10: TINJAUAN PUSTAKA ISOTOP ALAM DALAM SISTEM HIDROLOGIdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Geologi... · 2011-04-21 · evaporasi,presipitasi dan kondensasi menjadi air hujan

l.APORAN HASH_ PENEUTlAN TAHUN 2003 ISBN.978-979-99141-2-5

A Presipitasi air hujan ( Precipitation Meteoric Water)

Air permukaan mengalami evaporasi menjadi uap air pada temperatur tinggi. Uap air

mengandung komposisi isotop masa ringan ( H dan 160 ) dan komposisi isotop masa berat

( 2H dan 180) membentuk molekul-molekul masa ringan ( H2160), molekul masa berat

( HDO , 2H2180 ) .Pada temperatur rendah molekul masa berat lebih mudah terkondensasi

menjadi endapan air hujan sehingga molekul-molekul berat akan mengalami pengurangan

(depleted ).

B.Daerah Sera pan ( Recharge Area)

Komposisi isotop stabil 180 dan 2H dari air hujan ( meteoric water ) jatuh ke bumi

menjadi air permukaan dan sebagian melalui recharge area menjadi air tanah. Pada air

permukaan teIjadi penguapan menyebabkan komposisi isotop stabil berkurang, sehingga

komposisi isotop stabil pada air tanah lebih besar dibandingkan air permukaan.

C Air tanah ( Ground Water)

Komposisi isotop stabil pada air tanah akan mengalami pengkayaan ( enrichment ),air

tanah merupakan pencampuran air laut ,air permukaan , air purba ( paleo water) dan

adanya proses geo thermal.

KESIMPULAN

Dari hasil pembahasan pustaka hidrologi isotop alam dapat ditarik kesimpulan sebagai

berikut :

1. Konsentrasi komposisi isotop stabil e80 dan 2H ) pada air permukaan dan air tanah

dapat ditentukan dengan standar SMOW dan JAWS.

2. Komposisi isotop stabil 180 dan 2H dapat dipergunakan sebagai perunut dalam'

menentukan asal usul dan kualitas air tanah karena sifat isotop stabil tersebut tidak

mengalami perubahan proses kimia dan biologi setelah berinteraksi dengan mineral­

mineral batuan.

538 PUSAT PENGEMBANGAN GEOLOGI NUKLIR-BATAN

Page 11: TINJAUAN PUSTAKA ISOTOP ALAM DALAM SISTEM HIDROLOGIdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/Geologi... · 2011-04-21 · evaporasi,presipitasi dan kondensasi menjadi air hujan

l.APORAN HASll. PENEHTlAN TAHUN 2003 TSBN.978-979-99141-2-5

3. 180 dan 2H merupakan komposisi isotop stabil dengan kandungan terbesar dalam

sistem hidrologi yang tidak berpengaruh bagi kesehatan manusia.

4. Pada pengaruh ketinggian daerah tangkapan hujan ( altitude effect) setiap daerah

tidak sarna untuk slope <8 pada meteoric water line tidak terjadi perubahan

konsentrasi yang sangat berarti terhadap komposisi isotop stabil , sedangkan

untukslope =8 pada meteoric water line maka terjadi perubahan konsentrasi

komposisi isotop stabiL

5. Hasil ketinggian tangkapan hujan (altitude effect)

Di Indonesia 180 = O,123%o/100m

2H = -O,919%o/100m.

6. Pengaruh temperatur dan garis lintang (temperature and latitude effect)

Musim dingin konsentrasi isotop stabillebih besar dibandingkan musim panas karena

molekul-molekul masa berat mengalami kondensasi pada suhu rendah.

6. Pengaruhjumlah curah hujan (amount effect)

Setiap penambahan jumlah curah hujan 100mm akan menurunkan kandungan

oksigen-18 sebesar 15 %

DAFTAR PUSTAKA

1. IAEA;" Guide Book On Nuclear Technique In Hydrology ," Technical Report Serie

No 91,Viena, 1983.

2. R. Allan Freeze / Jonh A Cherry ;" Ground Water ," Department of Geological

Universitas of British Colombia, 1979.

3. IAEA; "Guide Book On Nuclear Technique In Hydrology", Technical Report Serie,

Viena, 1968.

4. Gat JR and Gon Fiautini ; " Stabil Isotope Hydrology Deutrium and Oksigen-18 in

water Cycle Technical Report ,Serie No.21O,Viena, 1981.

PUSATPENGEMBANGANGEOLOGINUKLIR-BATAN 539