4. HASIL DAN PEMBAHASAN
2.1 Terumbu Karang
2.1.1 Pengertian dan deskripsi terumbu karang
Terumbu adalah endapan-endapan masif yang penting dari kalsium
karbonat yang dihasilkan oleh karang (filum Cnidaria, kelas Anthozoa, ordo
Scelerectania) dengan sedikit tambahan dari alga berkapur dan
organisme-organisme lain yang mengeluarkan kalsium karbonat (Nybakken, 1992).
Pembentukan terumbu karang merupakan proses yang lama dan kompleks.
Berkaitan dengan pembentukan terumbu, karang terbagi atas dua kelompok yaitu
karang yang membentuk terumbu (karang hermatipik) dan karang yang tidak dapat membentuk terumbu (karang ahermatipik). Karang hermatipik adalah koloni karang yang dapat membentuk bangunan atau terumbu dari kalsium
karbonat (CaCO3), sehingga sering disebut pula reef building corals. Sedangkan karang ahermatipik adalah koloni karang yang tidak dapat membentuk terumbu.
(Supriharyono,2007).
Polip karang memiliki tiga lapisan tubuh yaitu ektodermis, mesoglea, dan
endodermis. Ektodermis merupakan bagian terluar dari polip karang, dibagian ini
terdapat mulut yang sama peranannya sebagai anus. Tentakel yang berada
disekitar mulut memiliki sel mukus dan nematokis yang berperan dalam
menangkap mangsa. Mesoglea merupakan jaringan penghubung antara bagian
luar dan dalam pada polip karang. Jaringan ini terdiri atas sel-sel, serta kolagen
dan mukopolisakarida. Pada sebagian besar karang, epidermis akan menghasilkan
dalam polip karang, endodermis atau yang lebih dikenal dengan gastrodermis
merupakan tempat tinggalnya alga zooxhanthellae (Gambar 1).
Gambar 1. Anatomi hewan karang (Sumber : Veron, 2002)
Terumbu karang merupakan ekosistem yang khas terdapat di daerah tropis.
Ekosistem ini mempunyai produktivitas organik yang sangat tinggi, demikian pula
keanekaragaman biota yang terdapat di dalamnya. Hewan karang batu umumnya
merupakan koloni yang terdiri atas banyak individu berupa polip yang bentuk
dasarnya seperti mangkok dengan tepian berumbai-umbai (tentakel). Tiap polip
tumbuh dan mengendapkan kapur yang membentuk kerangka. Polip ini akan
memperbanyak diri dengan jalan pembelahan berulang kali (secara vegetatif)
hingga satu koloni karang bisa terdiri dari ratusan ribu polip, namun terdapat pula
perbanyakan secara generatif yang menghasilkan larva yang disebut dengan
planula. Planula ini terbawa arus dan tumbuh dan menjadi individu baru. Pada
yang dikenal dengan nama Zooxhanthellae. Keduanya mempunyai hubungan simbiosis mutualisme, dimana Zooxhanthellae melalui proses fotosintesis membantu memberi suplai makanan dan oksigen bagi polip dan juga membantu
dalam proses pembentukan kerangka kapur. Sebaliknya polip menghasilkan
sisa-sisa metabolisme berupa karbon dioksida, fosfat, dan nitrogen yang digunakan
oleh zooxhanthellae untuk fotosinteis dan pertumbuhannya (Nondji, 2005). Karang batu memerlukan persyaratan hidup tertentu untuk dapat membentuk
terumbu. Menurut Dahuri (2003) distribusi dan pertumbuhan ekosistem terumbu
karang tergantung dari beberapa parameter fisika yaitu (1) kecerahan, (2)
temperatur, (3) salinitas, dan (4) sirkulasi arus dan sedimentasi.
1) Kecerahan
Cahaya matahari merupakan salah satu parameter utama yang berpengaruh
dalam pembentukan terumbu karang. Penetrasi cahaya matahari merangsang
terjadinya proses fotosintesis oleh Zooxhanthellae simbiotik dalam jaringan karang. Tanpa cahaya yang cukup, laju fotosintesis akan berkurang dan
bersamaan dengan itu kemampuan karang untuk membentuk terumbu (CaCO3)
akan berkurang pula. Kebanyakan terumbu karang dapat berkembang dengan
baik pada kedalaman 25 meter atau kurang. Pertumbuhan karang sangat
berkurang saat tingkat laju produksi primer sama dengan respirasinya (zona
kompensasi) yaitu kedalaman di mana kondisi intensitas cahaya berkurang
sekitar 15-20 persen dari intensitas cahaya di lapisan permukaan air.
2) Temperatur
Pada umumnya, terumbu karang tumbuh secara optimal pada kisaran suhu
kisaran tersebut masih bisa ditolerir oleh spesies tertentu dari jenis karang
hermatifik untuk dapat berkembang dengan baik. Karang hermatifik dapat bertahan pada suhu di bawah 20˚C selama beberapa waktu dan dapat mentolerir suhu hingga 36˚C dalam waktu yang singkat. Pada kejadian buangan air panas dari industri gas alam cair (LNG) di Bontang, Kalimantan Timur yang mencapai suhu 37˚C telah menyebabkan kematian terumbu karang di sekitarnya.
3) Salinitas
Banyak spesies karang peka terhadap perubahan salinitas yang besar.
Umumnya, terumbu karang tumbuh dengan baik di sekitar wilayah pesisir ada
salinitas 30-35 ‰. Meskipun terumbu karang mampu bertahan pada salinitas di luar kisaran tersebut, pertumbuhannya menjadi kurang baik bila
dibandingkan pada salinitas normal. Namun demikian, terdapat pula terumbu karang yang mampu berkembang di kawasan perairan dengan salinitas 42 ‰, seperti di wilayah Timur Tengah.
4) Sirkulasi arus dan Sedimentasi
Arus diperlukan dalam proses pertumbuhan karang dalam hal menyuplai
makanan berupa mikroplankton. Arus juga berperan dalam proses
pembersihan dari endapan-endapan material dan menyuplai oksigen yang
berasal dari laut lepas. Oleh sebab itu, sirkulasi arus sangat berperan penting
dalam proses transfer energi. Arus dan sirkulasi air ini juga berperan dalam
proses sedimentasi. Sedimentasi dari partikel lumpur padat yang dibawa oleh
aliran permukaaan (surface run off) akibat erosi dapat menutupi permukaan terumbu karang, sehingga tidak hanya berdampak negatif terhadap hewan
karang tetapi juga terhadap biota yang hidup berasosiasi dengan habitat
tersebut. Partikel lumpur yang tersedimentasi tersebut dapat menutupi polip
sehingga respirasi organisme terumbu karang dan proses fotosintesis oleh
zooxanthellae akan terganggu.
2.1.2. Pengaruh SPL terhadap pemutihan karang
Suhu merupakan salah satu faktor yang amat penting bagi kehidupan
organisme di lautan, karena suhu mempengaruhi baik aktivitas metabolisme
maupun perkembangbiakan dari organisme-organisme tersebut. Daerah tropik
lebih banyak menerima panas daripada daerah kutub, yang pada dasarnya
disebabkan oleh tiga faktor : pertama, sinar matahari yang merambat melalui
atmosfer akan banyak kehilangan panas sebelum mencapai daerah kutub, bila
dibandingkan daerah ekuator. Kedua, oleh karena besarnya perbedaan sudut
datang sinar matahari ketika mencapai permukaan bumi. Pada daerah kutub sinar
matahari yang sampai di permukaan bumi akan tersebar pada daerah yang lebih
luas dari pada di daerah ekuator. Ketiga, di daerah kutub lebih banyak panas yang
diterima oleh permukaan bumi yang dipantulkan kembali ke atmosfer. Hal ini
sekali lagi disebabkan oleh sudut relatif ketika sinar matahari mencapai
permukaan bumi (Hutabarat dan Evans, 2006).
Indonesia berada pada wilayah tropik dengan kisaran SPL sebesar 27˚C hingga 29 ˚C (Nondji, 2005) pada lapisan permukaan tersebut merupakan lapisan hangat akibat pancaran radiasi matahari. Sebaran SPL yang hangat tersebut
berpengaruh terhadap intensitas cahaya yang dibutuhkan oleh terumbu karang
Perairan yang jernih memungkinkan penetrasi cahaya bisa sampai pada
lapisan yang sangat dalam, sehingga hewan karang dapat bertahan hidup pada
lapisan yang sangat dalam, namun secara umum terumbu karang tumbuh baik
pada kedalaman kurang dari 20 m (Kinsman, 1964 dalam Supriharyono, 2007),
walaupun tidak sedikit spesies karang yang tidak mampu bertahan pada
kedalaman hanya satu meter, akibat kekeruhan air dan tingkat sedimentasi yang
tinggi, seperti yang terjadi di pantai utara Pulau Jawa (Supriharyono, 2007).
Akhir dekade tahun 2000-an telah terjadi degradasi terhadap ekosistem
terumbu karang yang banyak disebabkan oleh adanya aktifitas manusia dan
perubahan lingkungan (Budemeier et al,.2004). Salah satu faktor lingkungan yang menyebabkan terjadinya degradasi adalah terjadinya peningkatan suhu
permukaan laut yang terjadi secara global terhadap dunia.
The Third Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)
menemukan bahwa pemanasan atmosfer dan lautan sejak akhir abad ke-19 akan
terus meningkat pada masa mendatang. Sebagai contoh, rata-rata temperatur permukaan bumi telah mengalami peningkatan sebesar 0,4-0,8 °C atau +0,7-1,4
°F pada akhir abad ke-19 dan diprediksikan pada tahun 2050 akan terjadi
peningkatan rata-rata temperatur permukaan bumi dengan nilai berkisar dari
0,8-2,6 °C atau +4,7 °F dan kembali meningkat pada rata tahun 2100 menjadi
1,4-5,8 °C atau +2,5-10,4 °F. Pada tabel 1 juga diperlihatkan mengenai perubahan
SPL daerah tropis pada tahun 2100 diperkirakan akan terjadi peningkatan sebesar
Tabel 1. Kajian perubahan suhu permukaan air laut dari tahun 1880- 2000
Variable Pengamatan Perkiraan
1880 2000 2050 2100 CO2 (ppmv) 280 367 463-623 478-1,099 Global mean temperature (°C) (°F) - +0,4-0,8 +0,7-1,4 +0,8-2,6 +1,4-4,7 +1,4-5,8 +2,5-10,4 Tropical SST (°C) (°F) - ~+1,0-3,02 ~+1,8-5,42 Sea Level (m) (ft) - +0,073 -0,154 0,23-0,49 +0,05-0,32 +0,16-1 +0,09-0,88 +0,29-2,88 Sumber : (IPCC, 2007)
Pemutihan karang terjadi akibat berbagai macam tekanan, baik secara
alami maupun karena manusia, yang menyebabkan degenerasi atau hilangnya
zooxanthellae pewarna dari jaringan karang. Dalam keadaan normal, jumlah zooxanthellae berubah sesuai dengan musim sebagaimana penyesuaian karang terhadap lingkungannya. Pemutihan dapat menjadi sesuatu hal yang biasa
dibeberapa daerah.
Selama peristiwa pemutihan, karang kehilangan 60–90% dari jumlah zooxanthellae-nya dan zooxanthellae yang masih tersisa dapat kehilangan 50– 80% dari pigmen fotosintesisnya. Ketika penyebab masalah itu disingkirkan,
karang yang terinfeksi dapat pulih kembali, tetapi jumlah zooxanthellae kembali normal, tetapi hal ini tergantung dari durasi dan tingkat gangguan lingkungan.
Gangguan yang berkepanjangan dapat membuat kematian sebagian atau
keseluruhan tidak hanya kepada individu koloni, tetapi juga terumbu karang
secara luas. Belum banyak yang dimengerti dari mekanisme pemutihan karang.
Akan tetapi, diperkirakan dalam kasus tekanan termal, kenaikan suhu menganggu
kimiawi berbahaya yang merusak sel-sel mereka. Pemutihan dapat pula terjadi
pada organisme-organisme bukan pembentuk terumbu karang seperti karang
lunak (soft coral), anemon dan beberapa jenis kima raksasa tertentu (Tridacna sp.), yang juga mempunyai alga simbiosis dalam jaringannya. Sama seperti
karang, organisme-organisme ini dapat juga mati apabila kondisi-kondisi yang
mengarah kepada pemutihan cukup parah (Budemeier et al,.2004).
2.2 Sistem Penginderaan Jauh Termal
Jumlah panas yang dipancarkan oleh setiap benda dipengaruhi oleh
panjang gelombang yang digunakan. Perubahan suhu benda dipengaruhi oleh
sifat thermal bendanya, yaitu: konduktivitas thermal (tingkat penerusan panas melalui suatu benda), kapasitas thermal (kemampuan benda untuk menyimpan panas), kebauran thermal (kemampuan benda untuk memindahkan panas matahari dari permukaan benda ke bagian dalamnya), dan ketahanan thermal (ukuran tanggapan suatu benda terhadap perubahan suhu). Sistem thermal dalam
penginderaan jauh, suhu pancaran yang berasal dari objek di permukaan bumi dan
mencapai sensor thermal direkam oleh sensor tersebut. Hasil rekaman dapat
berupa citra dan non-citra. Citra yang dimaksud di sini adalah citra inframerah
thermal yang berupa gambaran dua dimensional atau gambaran piktorial. Hasil non citra berupa garis atau kurva spektral, satu angka, atau serangkaian angka
yang mencerminkan suhu pancaran objek yang terekam oleh sensor thermal (Sutanto, 1994).
Pengukuran suhu permukaan di bumi dapat dilakukan dengan alat
pendeteksi yang peka terhadap spektrum inframerah. Pada spektrum tersebut
pengukuran suhu permukaan dilakukan pada panjang gelombang 3,5m m– 5,5m m dan 8m m – 14m m. Pada panjang gelombang tersebut hambatan atmosfer relatif kecil sehingga tenaga termal dapat melalui atmosfer (Sabins,1978 dalam
Nurheryanto, 2009).
Sutanto (1994) menyatakan bahwa jendela atmosfer pada panjang
gelombang 10 μ m – 12 μ m dapat digunakan untuk mendeteksi suhu di
permukaan bumi yang berkisar 27 ºC atau 300 ºK, sedangkan panjang gelombang
3 μ m – 5 μ m digunakan untuk pendeteksian suhu permukaan bumi yang lebih panas (misalnya : letusan gunung berapi, benda panas, hutan yang terbuka, dan
sebagainya) yang bersuhu 600 ºK –700 ºK (Gambar 2).
Gambar 2. Jendela atmosfer dalam spektrum gelombang elektromagnetik (sumber : Turco, 2002 dalam Nurheryanto, 2009)
2.3 Karakteristik Satelit Aqua MODIS
MODIS adalah instrument kunci pada satelit Terra (EOS AM) dan Aqua (EOS PM) yang merupakan bagian dari program antariksa Amerika Serikat, National Aeronautics and Space Administration (NASA). MODIS pertama kali diluncurkan bersama satelit Terra pada tanggal 18 Desember 1999 dengan
spesifikasi lebih fokus untuk daerah daratan. Pada tanggal 4 Mei 2002
diluncurkan satelit Aqua yang membawa instrument MODIS dengan spesifikasi daerah laut. Satelit Aqua MODIS memiliki misi untuk mengumpulkan informasi tentang siklus air di bumi, termasuk penguapan dari samudera, uap air di
atmosfer, awan, presipitasi, kelembaban tanah, es yang ada di darat, serta salju
yang menutupi daratan. Variabel yang diukur oleh satelit Aqua antara lain tumbuhan yang menutupi daratan, fitoplankton dan bahan organik terlarut di
lautan, serta suhu udara, daratan dan air (Graham, 2005 dalam Kharif, 2011).
Satelit Aqua MODIS dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Satelit Aqua MODIS (sumber: NASA, 2011)
Satelit Aqua MODIS mempunyai orbit polar sun-synchronus, yang artinya satelit akan melewati tempat-tempat yang terletak pada lintang yang sama dan
dalam waktu lokal yang sama pula. Satelit melintasi equator pada siang hari
mendekati pukul 13.00 waktu lokal. Satelit mengelilingi bumi setiap satu sampai
dua hari dengan arah lintasan dari kutub selatan menuju kutub utara (ascending node) pada ketinggian 705 km (Maccherone, 2005). Spesifikasi dari satelit Aqua MODIS dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Spesifikasi Satelit Aqua MODIS
Orbit
705 km, 1:30 p.m, ascending node (Aqua), sun-synchronous, near-polar, sirkular Rataan Scan 20,3 rpm
Luas sapuan
2330 km (cross track) dengan lintang 10 derajat lintasan pada nadir
Dimensi teleskop 17,78 cm
Ukuran 1,0 x 1,6 x 1,0 m
Berat 228,7 kg
Daya 162,5 Watt (single orbit average)
Data 10,6 Mbps (peak per hari); 6,1 Mbps (per orbit) Kuantitas 12 bit = 4096
Resolusi spasial 250 m (band 1-2), 500 m (band 3-7), 1000 m (band 8-36)
Umur 6 tahun
Sumber : (NASA, 2011)
Sensor MODIS memiliki 36 kanal, kanal-kanal tersebut bekerja pada
kisaran panjang gelombang sinar tampak dan inframerah. Kanal-kanal ini
membuat sensor MODIS mampu mengukur parameter dari permukaan laut hingga
atmosfer. Setiap kanal pada sensor MODIS memiliki resolusi yang berbeda.
Kanal 1-2 memiliki resolusi spasial 250 m, kanal 3-7 memiliki resolusi spasial
500 m dan kanal 8-36 memiliki resolusi spasial 1000 m (NASA, 2011). Kisaran
dan kegunaan panjang gelombang kanal-kanal sensor MODIS dapat dilihat pada
Tabel 3.
Penentuan SPL menggunakan spektral infra merah jauh yang berkisar
antara 10,780 μm hingga 12,270 μm dengan kanal 31 dan 32. Pemilihan kanal tersebut dilakukan dengan alasan emisivitas radiasi bumi sebagai black body
radiation akan maksimum pada suhu 300 ºK (suatu pendekatan rata-rata suhu
Tabel 3. Kegunaan utama dan panjang gelombang kanal-kanal sensor MODIS Kegunaan utama Kanal Panjang gelombang (nm) Radiasi Spektral (W/m² -µm-sr) Required SNR Batasan daratan/awan/aerosol 1 620 – 670 21.8 128 2 841 – 876 24.7 201
Kajian tentang sifat daratan/ awan/ aerosol
3 459 – 479 35.3 243 4 545 – 565 29 228 5 1230 – 1250 5.4 74 6 1628 – 1652 7.3 275 7 2105 – 2155 1 110 Menganalisa warna laut/ fitoplankton/ biogeokimia 8 405 – 420 44.9 880 9 438 – 448 41.9 838 10 483 – 493 32.1 802 11 526 – 536 27.9 754 12 546 – 556 21 750 13 662 – 672 9.5 910 14 673 – 683 8.7 1087 15 743 – 753 10.2 586 16 862 – 877 6.2 516 Menganalisa
kandungan uap air dari atmosfer 17 890 – 920 10 167 18 931 – 941 3.6 57 19 915 – 965 15 250 Manganalisa tentang suhu permukaan daratan/ awan 20 3660 – 3840 0.45(300K) 0.05 21 3929 – 3989 2.38(335K) 2 22 3929 – 3989 0.67(300K) 0.07 23 4020 – 4080 0.79(300K) 0.07 Menganalisa tentang suhu atmosfer 24 4433 – 4498 0.17(250K) 0.25 25 4482 – 4549 0.59(275K) 0.25 Menganalisa
kandungan uap air awan cirrus
26 1360 – 1390 6 150(SNR)
27 6535 – 6895 1.16(240K) 0.25 28 7175 – 7475 2.18(250K) 0.25 Menganalisa sifat awan 29 8400 – 8700 9.58(300K) 0.05 Menganalisa sifat ozon 30 9580 – 9880 3.69(250K) 0.25 Menganalisa suhu
awan dan daratan
31 10780 – 11280 9.55(300K) 0.05 32 11770 – 12270 8.94(300K) 0.05 Menganalisa ketingggian puncak awan 33 13185 – 13485 4.52(260K) 0.25 34 13485 – 13785 3.76(250K) 0.25 35 13785 – 14085 3.11(240K) 0.25 36 14085 – 14385 2.08(220K) 0.35 Sumber : (NASA, 2011)
Algoritma yang digunakan untuk mendapatkan nilai SPL adalah sebagai
berikut (Minnet et al,.1999 dalam Karif, 2011):
SPL = c1 + c2*T31 + c3*T31-32+ c4*( – 1)* T31-32 ... (1) dimana :T31 = Suhu kecerahan kanal 31
T32 = Suhu kecerahan kanal 32
= Sudut Radian, dimana Scale (Sensor Zenith*π/180) Konstanta (c1, c2, c3 dan c4) dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Koefisien kanal 31 dan 32 untuk Aqua MODIS
Koefisien T30– T31≤ 0,7 T30– T31 > 0,7
c1 1,11071 1,196099
c2 0,9586865 0,9888366
c3 0,1741229 0,1300626
c4 1,876752 1,627125
Data MODIS merupakan data yang disediakan dalam bentuk Hierarchical Data Format- Earth Observing System (HDF-EOS) file. Produk data MODIS ini terdiri dari beberapa level. Adapun beberapa jenis level data yang dihasilkan oleh
MODIS sebagai berikut (Wolfe et al,. 1998; Savtchenko et al,.2004) :
1. Level 1 merupakan data mentah ditambah dengan informasi tentang kalibrasi,
sensor, dan geolokasi. Data MODIS level 1 ini terdiri dari dua macam, yaitu :
a. Level 1a, mengandung informasi lebih yang dibutuhkan pada set data,
level 1a digunakan sebagai input untuk geolocation, calibration, dan processing (NASA , 2012a);
b. Level 1b, data yang telah mempunyai terapannya merupakan hasil dari
aplikasi sensor kalibrasi sensor pada level 1a. Data level 1 dapat diperoleh
2. Level 2 dihasilkan melalui proses penggabungan data level 1a dan 1b, data
level 2 menetapkan nilai geofisik pada tiap piksel, yang berasal dari
perhitungan raw radiance level 1a dengan menerapkan kalibrasi sensor, koreksi atmosfer, dan algoritma bio-optik;
3. Level 3, merupakan data level 2 yang dikumpulkan dan dipaketkan dalam
periode 1 hari, 8 hari, 1 bulan, dan 1 tahun serta memiliki resolusi spasial
mulai dari 4,63 km hingga 36 km. Data tersebut sudah dikoreksi atmosferik,
yang dilakukan untuk menghilangkan hamburan cahaya yang sangat tinggi
yang disebabkan oleh komponen atmosfer. Komponen yang dikoreksi yaitu
hamburan Rayleigh dan hamburan aerosol. Data MODIS level 3 untuk produk warna perairan (ocean color) dan suhu perairan laut dapat diperoleh pada situs http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/ (NASA, 2012b).
17
3. METODOLOGI PENELITIAN
3.1Waktu dan Lokasi Penelitian
Lokasi penelitian berada di wilayah Kepulauan Weh Provinsi Nangroe
Aceh Darussalam yang terletak pada koordinat 95° 13' 02" BT - 95° 22' 36" BT
dan antara 05° 46' 28" LU- 05° 54' 28" LU (Gambar 4) . Posisi koordinat setiap
stasiun pengamatan ditampilkan pada Lampiran 1. Penelitian ini dilakukan mulai
bulan Mei 2010 hingga Mei 2012. Penelitian ini terbagi menjadi tiga tahap, tahap
pertama yaitu pengambilan data terumbu karang yang dilakukan pada bulan Mei
dan Juli 2010 serta bulan Februari 2011 oleh lembaga swadaya masyarakat
Wildlife Conservation Society (WCS).
Gambar 4. Peta lokasi penelitian
Tahap kedua, yaitu pengolahan dan analisis data citra satelit dilakukan di
Laboratorium Penginderaan Jarak Jauh dan SIG Kelautan, Fakultas Perikanan dan
Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor yang dilakukan pada bulan November
2011 hingga Februari 2012. Tahap ketiga berupa analisis data statistik yang
dilakukan pada bulan Maret hingga bulan Mei 2012.
3.2 Alat dan Bahan