Lokasi dan Waktu
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Agustus, 2010, dengan menggunakan Kapal Riset Baruna Jaya IV. Data dari pelayaran difokuskan pada perairan Selatan Selat Makassar, dimana perairan ini diketahui terdapat aktivitas pasang surut internal yang sangat energik, terutama Stasiun yang melintas pada kanal timur Dewakang Sill. Pengambilan dan pengukuran sampel yang dilakukan di perairan Selatan Selat Makassar dengan menempatkan lima Stasiun serta mencakup dua kanal utama yang menjadi jalur Arlindo, salah satunya kanal timur Dewakang Sill. Tiap Stasiun secara umum akan dilihat profil CTD/SACDP. Rute jadwal pengukuran dan pengambilan sampel yang melewati perairan tersebut dapat dilihat pada tampilan Gambar 4, berdasarkan pada data peta peta rupa bumi (RBI) tahu 2009, dengan data batimetri dari etopo2 berupa reanalisis dan pengukuran topografi dasar laut.
Gambar 4. Peta lokasi/Stasiun penelitian di perairan Selatan Selat Makassar. Cross Section (A-B)
Dewakang Sill
Sumber Peta :
1.Rupa Rumi Skala 1:100.000 2.Satelit Etopo2
A
B
Alat dan Bahan
Beberapa instrumen alat yang digunakan dalam pengambilan/pengukuran sampel di lapangan bersama dengan Kapal Riset Baruna Jaya IV serta spesifikasi alat pada lampiran 6, di antaranya;
a. CTD (Conductivity, Temperature, and Depth) digunakan alat untuk mengukur param oseanografi berupa suhu, salinitas, densitas, dan oksigen. Instrumen dengan tipe Sea-Bird Electronics (SBE) 911 Plus.
b. SADCP (ShipboardAcustic Doppler Current Profiler) tipe RDI 150 Khz. Alat mengukur arus perairan (vertikal dan horinzontal). Alat ini sangat baik digunakan untuk mengukur kecepatan dan arah arus pada perairan yang sempit dan berada di lintang equator.
c. Bottle Rosette Sampler tipe Models 1015-12 and 1015-24 Rosette®, digunakan untuk pengambilan sampel air untuk pengukuran konsentrasi dan distribusi nutrien juga kandungan krolofil-a.
Metode Pengambilan Data Data Fisik Perairan
Pengukuran data oseanografi dengan menggunakan CTD (Conductivity, Temperature, and Depth) akan menampilkan data suhu (oC), salinias (psu), sigma- t (kg/m3
Pengukuran arus secara langsung menggunakan SADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) dengan prinsip kerja berdasarkan perambatan bunyi, dimana kekuatan alat ini mengirimkan berkas bunyi (tranduser) dengan frekuensi tinggi dan merekam hamburannya (scattering) oleh partikel material organik
), kedalaman (m), dan tekanan (dbar). Sensor termisor, digiquartz and
conductivity yang terdapat pada CTD secara terus-menerus akan merekam data setelah diturunkan dan ditarik kembali ke atas. Data hasil pengukuran yang terekam dalam deck unit berupa sinyal analog kemudian diubah oleh probe CTD yang dihubungkan langsung dengan komputer dengan kabel data menjadi sinyal digital. Pembuatan Map rute perjalanan sebelumnya untuk memudahkan dalam penentuan lokasi pengukuran dan pengambilan sampel. GPS (Global Position System) dapat menampilkan posisi penelitian dalam bentuk derajat dan waktu, secara teknis mengirimkan sinyal ke satelit dan dikembalikan ke GPS.
terlarut dalam air dan disambungkan ke penerima (receiver). Pola pergerakan partikel yang sebanding perubahan frekuensi, memberi gambaran kecepatan yang diamati selanjutnya bunyi tersebut dikalibrasi dengan alat SADCP. Alat ini menentukan kecepatan arus (mm/det), arah arus (derajat), dan kedalaman (m). Data direkam dengan perangkat lunak VMP yang dihubungkan dengan kabel ke
deck box, komputer, kompas kapal dan sumber energi/listrik. Alat ini bekerja secara real time. Kemudian data diolah dengan menggunakan perangkat lunak
microsof excel dan surfer untuk menghitung besarnya volume transport serta mengetahui arah arus pada kedalaman standar. Perekaman data CTD dan SADCP pada waktu yang tidak bersamaan karena adanya pergeseran posisi kapal pada titik Stasiun pengamatan, seperti disajikan pada Tabel 1 dan Tabel 2.
Tabel 1. Lokasi data CTD
Stasiun CTD
Koordinat Tanggal dan Waktu Tekanan
(db) Kedalaman CTD 1 06 14.87 S; 119 49.79 T 20/08/2010 11:10:54 1001.2991 1009.341 2 05 49.81 S; 119 08.05 T 20/08/2010 19:50:07 901.0344 908.044 3 05 40.00 S; 118 10.03 T 21/08/2010 08:28:24 521.2315 524.802 4 05 38.30 S; 116 59.77 T 21/08/2010 19:02:47 603.9631 608.222 5 05 39.02 S; 115 55.86 T 22/08/2010 04:24:45 50.2573 50.557
Tabel 2. Lokasi data SADCP
Stasiun
SADCP
Koordinat Tanggal dan Waktu Bin Size
(m) Jumlah Bin 1 -6 18.06 S; 119 72.03 T 20/08/2010 08:17:26 4.79 50 2 -5 82.30 S; 119 18.13 T 20/08/2010 18:35:35 4.79 50 3 -5 62.10 S; 118 00.62 T 21/08/2010 10:27:26 4.79 50 4 -5 60.55 S; 116 89.33 T 21/08/2010 20:37:44 4.79 50 5 -5 64.90 S; 115 74.71 T 22/08/2010 06:06:17 4.79 50
Data Kontur Kedalaman
Data tampilan kontur kedalaman berupa peta topografi dapat diakses dari langsung dari data best satelit USGS pada website (www.globalmapper.com), dengan perangkat lunak yang disebut Global Mapper berupa data raster (gambar), vektor, atribut, dan topografi. Peta ini dapat menampilkan kondisi kontur dasar
perairan, gunung/bendul dasar lautan (Sill). Bentuk kontur kedalaman dan kemiringan slope di gunakan untuk mengidentifiksi pengaruhnya terhadap pergerakan massa air dan pelapisan suhu, proses turbulensi dan percampuran. Proses-proses ini juga dapat menjabarkan fenomena-fenomena tersebut terutama kaitanya dengan proses pengangkutan zat hara (nutrien) bersama pergerakan massa air secara vertikal.
Data Nutrien
Sampel nutrien dengan komponen utama yaitu, nitrat (NO3), fosfat (P),
dan Silikat (S) di peroleh melalui riset pelayaran Balai Teknologi Survei Kelautan BPPT. Penelitian ini dilakukan pada bulan Agustus 2010 dengan 5 titik Stasiun pengambilan sampel di tiap kedalaman standar yang telah di tentukan (5, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 700 dan 1000). Konsentrasi nitrat sebagai dasar analisis nutrien berdasarkan metode oleh Eaton et al., (2005), diukur menggunakan teknik Spektrofotom. Masing-masing komponen dianalisis dengan metode berbeda seperti dijelaskan pada tahapan penentuan. Alat ini dapat menganalisis air contoh dalam tabung dengan acuan larutan stadar sebagai pembanding, kemudian hasilnya direkam dan menampilkan grafik dengan volume tertentu dengan satuan dinyatakan dalam µg-A l. Analisis data nutrien dikerjakan di laboratorium kimia oseanografi – LIPI.
Penentuan nitrat dalam air laut dianalisis menggunakan metode reduksi kadmium, dengan prosedur kerja sebagai berikut :
1. Siapkan kolom reduksi yang dielusi dengan ammonium chloride.
2. Tambahkan 2 ml larutan ammonium chloride pekat ke dalam 100 ml sampel.
3. Masukkan 5 ml sample ke dalam kolom reduksi. Biarkan mengalir.
4. Masukkan sisa sampel. 40 ml eluen pertama untuk membilas wadah penampung. Ambil 50 ml eluen berikutnya.
5. Tambahkan 1 ml larutan sulfanilamide ke dalam eluen. Biarkan selama 2 menit kemudian tambahkan 1 ml larutan N-(Napthyl)-Ethylendiamine dihidrochloride.
6. Diamkan selama 10 menit sampai 2 jam. Ukur absorbansinya pada panjang gelombang 543 nm.
7. Lakukan tahapan 1-6 dengan mengganti sample dengan aquades (sebagai reagen blanko) dan juga larutan standar II.
Penentuan fosfat dalam air laut di analisis menggunakan metode molibdat, dengn prosedur kerja sebagai berikut :
1. Masukkan 10 ml pereaksi campuran ke dalam 100 ml sampel. 2. Sesudah 5 menit, ukur absorbansinya pada 885 nm.
3. Koreksi absorbansi dengan reagen blanko. (Penentuan blanko seperti no. 1, hanya sampel diganti aquadest).
4. Lakukan hal yang sama terhadap larutan standar fosfat . 5. Hitung konsentrasi fosfat dalam sample.
Penentuan silikat silikat dalam air laut dianalisis menggunakan metode molibdosilikat, dengan prosedur sebagai berikut :
1. 25 ml sampel di dalam labu ukur 50 ml bertutup ditambah dengan 10 ml Larutan molibdate, kocok dan diamkan selama 10 menit.
2. Tambahkan reagen pereduksi sampai volume 50 ml dan kocok. 3. Biarkan 2 – 3 jam.
4. Ukur absorbansi larutan pada panjang gelombang 810 nm.
Koreksi absorbansi dengan reagen blanko. (Penentuan blanko seperti diatas, 1 – 3 hanya sampel diganti aquadest).
Data Krolofil
Data krolofil-a diperoleh melalui Penelitian ini dilakukan pada bulan Agustus 2010 dengan menggunakan Kapal Riset Baruna Jaya IV. Contoh air untuk penentuan kandungan klorofil-a fitoplankton diambil dengan menggunakan
Rosette Sampler pada kedalaman standar, yaitu pada kedalaman (5, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 250, dan 300) pada 5 Stasiun yang tersebar di perairan Selatan Selat Makassar dan Dewakang Sill (Gambar 4).
Metode untuk pengukuran konsentrasi klorofil-a fitoplankton dilakukan secara fluorometrik mengikuti cara yang dilakukan Strickland dan Parsons (1968). Sebanyak 0.2 - 1.0 liter air di saring dengan menggunakan kertas saring Whatman
CNM berpori 0.45 µm dan berdiam 25 mm. Untuk mempercepat penyaringan dibantu dengan pompa vacum dengan kekuatan hisap <30 cmHg. Setelah penyaringan, filter diekstrak dengan menggunakan larutan aseton 90 % dan selanjutnya disentrifuge pada putaran 4000 rpm selama kurang lebih 30 menit untuk memisahkan antara filtrat dengan cairan yang mengandung klorofil. Kemudian cairan tersebut dibaca fluororecence-nya dengan menggunakan Flurom Turner Model 450 pada besaran 50 kali. Setelah diberi HCl 0,1 N, sampel tersebut kemudian dibaca kembali pada besaran yang sama. Konsentrasi klorofil–a fitoplankton diperoleh dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
(
)
1(
3)
1 − − − − = − gl mgm V V x R R x x F a Klorofil s e A B s τ µ τ ... (1)Fs = faktor kalibrasi fluorom
τ = RB/RA
RB = Reading Before (bacaan pada flurom sebelum penambahan asam)
RA = Reading After (bacaan pada flurom setelah penambahan asam)
Ve = volume ektraksi (penambahan aseton 90 % = liter)
Vs = volume saring (liter)
Analisis Data
Pengolahan data hasil pengukuran langsung dalam penelitian dengan menggunakan pengukuran SADCP (Shipboard Acustic Doppler Current Profiler) CTD (Conductivity, Temperature, and Depth) dan Botol Rosette Sampler. Data yang diperoleh dikonversi ke dalam format ASCII (American Standard Code for Information Interchage), sehingga pengolahan data dapat dilakukan dengan program/software, yaitu Microsoft Excel, Surfer 9, MATLAB R2009a, dan Ocean Data View (ODV). Pengolahan data secara umum di sajikan melalui diagram alir seperti pada Gambar 5.
Gambar 5. Diagram alur pengolahan data
Sebaran Menegak dan Melintang Suhu dan Salinitas
Data terukur yang diolah dalam Software ODV, hasilnya berupa gambaran profil menegak dan melintang dari suhu, salinitas, sigma-t. Profil sebaran melintang salinitas, suhu, dan sigma-t yang dapat dijadikan dasar analisa tentang karakteristik massa air juga menampilkan variasi salinitas dan suhu maksimum dan minimum. Profil ini juga memberi gambaran terbentuknya pelapisan perairan yang didasarkan pada suhu dan salinitas, bagaimana kondisi di lapisan homogen, termoklin, halohalin, dan lapisan dalam.
Nilai sigma-t (σt) air laut diperoleh dengan terlebih dahulu menghitung nilai sigma-0 (σ0) dengan menggunakan persamaan Knudsen sebagai berikut:
CTD (suhu, salinitas, densitas, kedalaman)
SADCP
Data Vektor (u, v)
Difusivitas Vertikal Eddy (Kz) Richardson Number (Ri) ROSSETE (Nutrien dan Klorofil-a) Shear Vertikal Arus
Flux Nitrat (JNo3)
Klorofil-a Wilayah Sill/Slope
Brunt-Vaisala (N2)
Koreksi Pasut (Detide)
σ0 = -0.093 + 0.8149 S – 0.000482 S2 + 0.0000068 S3
∑
= 3 0 3 j jS B ... (2) Kemudian oleh Fotonoff dan Tabata (1958) persamaan tersebut di atas dirumuskan dalam notasi Sigma (∑):σ0 =
... (3) dimana:
B0 : (-0.0934458324), B1 : (0.814876576925),B2 : (-4.824961403E-4),
B3 : (6.767861356E-6), dan S : Salinitas
Kemudian nilai Sigma-t dapat dihitung dengan persamaan:
∑
∑
∑
= = = + + = 2 1 0 3 0 0 4 1 ( ) j j i ij j t i j t A t A t t a δ σ ... (4) dimana: T : Suhu (oC) A22 : -8.164 A10 : 3.6730E-8 A23 : 1.667E-8 A11 : -4.7867E-3 A0 : 67 .26 A12 : 9.8485E-5 a2 : -0.54593391107 A13 : -1.0843E-6 a1 : 4.5316842620 A20 : 0 a3 : -1.9824837971E-3 A21 : 1.8030E-5 a1 : -1.438030609E-7 Percampuran (Mixing)Frekuensi Apung (Bouyancy Frequency)
Metode perhitungan percampuran massa air secara vertikal dari lapisan dalam perairan, sebagai analisis awal dengan menghitung nilai frekwensi apung (Bouyancy frequency) menggunakan persamaan Brunt-Vaisala (Millard et al. 1990) dalam Bahamon (2003).
... (5)
g = percepatan gaya gravitasi (9.8 m s-2)
ρ = densitas rata-rata selang kedalaman
∆z = beda kedalaman (m)
∆σθ = beda sigma thetha, densitas air laut (σθ = ρ – 1000 kg m-3
Bilangan Richardson (Ri)
)
Nilai dari bilangan Richarson sendiri digunakan untuk melihat bagaimana kondisi stratifikasi lapisan, dimana apa aliran fluida tersebut lamier atau turbulen. Nilai bilangan Richarson (Ri) diperoleh dengan frekuensi apung (Bouyancy frequency) dibagi dengan nilai shear vertikal dari kecepatan arus horizontal dengan menggunakan persamaan dari gradien bilangan Richardson (Polzin et al. 1996) dalam Thurnherr (2006).
... (6a) ... (6b) Dimana : Ri = Gradien Richardson number
N = frekuensi apung (Bouyancy Frequency)
S2 = arus vertikal shear
u = kecepatan arus komponen timur-barat (m s-1)
v = kecepatan arus komponen utara-selatan (m s-1
Difusi Eddy Vertikal (Kz)
)
Penghitungan data konsentrasi dan nilai fluks dari nutrien dari kolom perairan dalam kelapisan atas dengan menggunakan data nutrien (Nitrat). Data yang disajikan dalam bentuk grafik sebaran menegak, melintang, kemudian dilakukan analisa mengenai sebaran konsentrasi nutrien dan faktor-faktor pendukung keberadaanya. Kemudian beberapa titik pengambilan dilakukan perbandingan konsentrasi nutrien. Dari data tersebut juga diamati distribusi perlapisan, baik pada lapisan permukaan tercampur, lapisan termoklin maupun lapisan terdalam di bawah termoklin. Untuk memperkirakan difusi fluks dengan
param difusivitas turbulen eddy vertikal menurut Osborn (1980) dalam Bahamon (2003).
... (7a) = frekuensi apung (Brunt-Vaisala)
= nilai turbulen energi kinetik (TKE) disipasi pada kedalaman tertentu Г = efesiensi percampuran (0.2)
Penentuan nilai turbulen energi kinetik disipasi digunakan untuk mengambarkan jumlah energi kinetik yang hilang atau berubah bentuk dalam lautan. Perhitungan besaran energi kinetik yang mengalami proses disipasi ()
berdasarkan skala Ozmidov (1965) dalam Park et al, (2008) sebagai berikut.
... (7b) ... (7c) Dimana : Lo = Skala Panjang Ozmidov.
Penentuan nilai skala Ozmidov pada setiap lapisan digunakan skala Thorpe (Lτ) dengan menggunakan persamaan (Dillon, 1982).
... (8a) ... (8b) Sebelum perhitungan dengan beberapa skala Thorpe ( , skala Ozmidov dilakukan penentuan nilai Thorpe displacement (d), nilai ini ditentukan dari penyusunan ulang (reorder) densitas dalam bentuk stabilitas statis sesuai dengan densitas awal/kedalaman, dimana posisi massa air dengan densitas rendah berada di atas densitas tinggi sesuai konsep densitas. Persamaaan Thorpe displacement
(Dillon, 1982 dalam Thompson et al., 2007).
... (9) Dimana za = posisi tekanan awal (db)
Selanjutnya penentuan batasan nilai pembalikan dari data yang telah disusun ulang dengan menggunakan metode skala dGK (Galbraith dan Kelley, 1996), berdasarkan metode skala dGK nilai yang kurang (±5 m) akan diabaikan dan tidak akan diikutkan untuk perhitungan selanjutnya. Interval kedalaman vertikal (∂z) data CTD dibuat 1 meter untuk mendukung batas pembalikan massa air berdasarkan metode skala dGK
... (10)
Estimasi nilai difusi eddy vertikal (Kz) dengan menggunakan dengan shear
arus, dengan mengunakan persamaan Cisewski et al., (2005) dalam Park et al., (2008), terlebih dahulu menentukan nilai energi kinetik disipasi turbulen eddy () dari shear arus dengan persamaan Osborn (1980)
... (11) Dimana
υ =
kostanta kinematik viskositas (1.3 x 10-6 m2 s-1)∂u'/∂z = varian gradien vertikal dari fluktuasi turbulen
Fluks Nutrien
Untuk melihat proses pengangkutan dan distribusi nurtrien dari perairan dalam ke lapisan temoklin dan lapisan permukaan tercampur dengan melihat pengaruh param fisik dan proses pencampuran massa air. Fluks vertikal nutrien karena difusi turbulen nitracline adalah produk dari gradien nutrien dan koefisien difusi, yang dihitung dengan menggunakan metode dari Law et al. (2003) untuk melihat profil dan estimasi nutrien fluks (µg-A m2 s-1) pada lapisan pycnocline
sebagai berikut ;
... (12) Dimana : ∆nutz adalah perbedaan konsentrasi nutrien pada selang kedalaman z (m) berdasarkan kedalaman standar pengukuran nutrien.
Estimasi fluks vertikal nutrien dengan nilai difusien eddy vertikal (Kz) pada persamaan 12, digunakan sebagai estimasi nilai fluks menggunakan kontribusi nilai shear arus (S2
Hubungan Klorofil-a dan Nitrat ).
Klorofil-a diestimasi sebagai partikel non-fraksi, meskipun klorofil b dan c adalah direduksi dari persamaan yang digunakan, tetapi nilai-nilai klorofil-a merupakan variabel utama digunakan dalam penelitian ini, karena ini merupakan estimasi yang lebih akurat dari biomassa fitoplankton (Jeffrey & Welschmeyer 1979).
Hubungan antara konsentrasi nitrat (NO2+NO3) dengan konsetrasi
klorofil-a terhadap kedalaman terukur dengan menggunakan analisis regresi dan korelasi. Analisis regresi linier korelasi nutrien (nitrat, fosfat dan silikat) terhadap konsentrasi klorofil-a per kedalaman perairan dari semua Stasiun pengamatan dengan selang kepercayaan (r2) = 99%. Perubahan konsentrasi nitrat terhadap konsentrasi klorofil-a pada gradien kedalaman ditunjukkan pada nilai keeratan (r) diplotkan dalam bentuk grafik sebaran dari dua konsentrasi tersebut dengan persamaan :
... (10) Dimana : Y = taksiran / dugaan nilai Y(klorofil-a) untuk nilai X (nitrat)
a = konstanta regresi (Y)
