STUDI MATAAIR DAERAH PENELITIAN
4.1 Tinjauan Umum
4.1.1 Parameter Fisika Airtanah
BAB IV
STUDI MATAAIR DAERAH PENELITIAN
4.1 Tinjauan Umum
Studi mataair yang dibahas dalam penelitian ini mencakup kualitas, zona akifer, daerah imbuhan, dan umur airtanah daerah penelitian. Pada subbab di bawah ini dijelaskan teori dan metode yang digunakan dalam pembahasan studi mataair ini terlebih dahulu.
4.1.1 Parameter Fisika Airtanah
Parameter fisika adalah salah satu parameter untuk menentukan kualitas air minum dan air bersih. Air minum adalah air yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung diminum. Air bersih adalah air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan dapat diminum apabila telah dimasak. Persyaratan air bersih adalah air yang tidak berbau, mengandung jumlah zat padat terlarut atau Total Dissolved Solid (TDS) dengan kadar maksimum 1500 mg/L, kekeruhan maksimum 25 skala NTU, tidak berasa, suhu maksimum +3oC dengan suhu udara, dan warna maksimum 50 skala TCU. Sedangkan persyaratan air minum harus air yang tidak berbau, mengandung jumlah zat padat terlarut (TDS) dengan kadar maksimum 1000 mg/L, kekeruhan maksimum 5 skala NTU, tidak berasa, suhu maksimum +3oC dengan suhu udara, dan warna maksimum 15 skala TCU (Peraturan Menteri Kesehatan, 1990).
4.1.2 Hidrokimia
Airtanah cenderung untuk mencapai kesetimbangan kimia-fisika akibat proses-proses yang berlangsung di dalam akifer. Selama melewati akifer, kandungan kimia dalam airtanah dipengaruhi oleh interaksi dengan litologi di sampingnya. Fasies hidrokimia digunakan untuk menjelaskan komposisi kimia airtanah. Fasies tersebut dipengaruhi oleh litologi, kinetika larutan, dan arah aliran akifer (Back 1960, 1966 dalam Fetter, 2001). Fasies hidrokimia diklasifikasikan berdasarkan kandungan ion dominan.
Metode hidrokimia adalah metode perunutan airtanah yang menggunakan komposisi kimia airtanah untuk mengetahui proses-proses yang terjadi di dalam
50 akifer. Analisis properti kimia-fisika airtanah dapat digunakan untuk memperkirakan proses-proses yang telah atau sedang bekerja pada airtanah. Komposisi kimia yang digunakan umumnya tergolong unsur utama atau unsur jarang. Analisis menggunakan unsur utama memerlukan biaya yang lebih murah dibandingkan dengan analisis unsur jarang. Selain itu, kandungan unsur utama lebih besar dan dimiliki oleh segala jenis air sehingga memudahkan metode pengukurannya.
Menurut Fetter (2001), lebih dari 90% padatan terlarut yang terkandung di dalam airtanah dapat diwakilkan dengan delapan ion berikut, yaitu ion natrium (Na+), kalium (K+), kalsium (Ca2+), magnesium (Mg2+), sulfat (SO42-), klorida (Cl-), dan bikarbonat (HCO3-). Ion-ion tersebut biasanya hadir dalam konsentrasi lebih besar dari 1 mg/L.
Sebelum melakukan analisis kimia lebih lanjut, kesetimbangan kandungan anion-kation diperiksa menggunakan metode kesalahan kesetimbangan ion. Fritz (1994) dalam Fetter (2001) mengatakan bahwa rata-rata kesalahan kesetimbangan ion adalah 3,99%. Kesalahan kesetimbangan ion dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
dengan:
CBE adalah Charge Balance Error (kesalahan keseimbangan ion) z adalah muatan satu ion
mc adalah molalitas satu kation ma adalah molalitas satu anion
Piper (1994) dalam Fetter (2001) memperkenalkan diagram triliner yang digunakan dalam analisis hidrokimia (Gambar 4.1). Back (1960, 1966) dalam Fetter (2001) memperkenalkan klasifikasi fasies hidrogeokimia berdasarkan kandungan ion dominan pada diagram trilinier (Gambar 4.2). Fasies hidrogeokimia mencerminkan litologi, kinetika fluida, dan pola aliran airtanah di dalam akifer. Kandungan kation dan anion digambarkan masing-masing dalam sebuah diagram dengan menggabungkan komponen Na+ dan K+ menjadi satu dan menggabungkan kandungan HCO3- dan CO32- menjadi satu. Kation dan anion dinyatakan sebagai
51 persen total kation dalam satuan miliekuivalen/liter (meq/L), yang diplot sebagai titik tunggal pada segitiga sebelah kiri untuk kation dan pada segitiga sebelah kanan untuk anion.
Stiff (1951, dalam Fetter, 2001) memperkenalkan sebuah penyajian grafis ion utama yang disebut sebagai Diagram Stiff dengan satuan meq/L (Gambar 4.3). Diagram ini menggambarkan perbandingan kandungan masing-masing ion utama; semakin tinggi kandungan ionnya maka semakin besar area poligon yang tergambar pada diagram tersebut. Garis horizontal kandungan ion besi (Fe) dan karbonat (CO32-) tidak harus diisi karena kandungannya di dalam air umumnya mendekati nol.
Gambar 4.1 Diagram trilinier yang digunakan untuk menampilkan hasil analisis kimia air (Piper, 1944 dalam Fetter, 2001)
52 Gambar 4.2 Diagram klasifikasi hidrogeokimia air (Back, 1960 dan 1966)
dalam Fetter, 2001)
Gambar 4.3 Analisis yang digambarkan pada Diagram Stiff. Jarak horizontal dari sumbu vertikal merupakan jumlah meq/L untuk tiap anion atau kation
53 Komposisi kimia airtanah dapat menjelaskan proses evolusi yang dialami air ketika melewati media akifer, sehingga dapat diselidiki genesa air tersebut. Domenico (1972, dalam Freeze dan Cherry, 1979) membagi evolusi airtanah menjadi tiga zona utama, yaitu:
(1) Zona atas (upper zone) dicirikan oleh flushing airtanah yang aktif, kandungan HCO3- dominan dan nilai TDS yang rendah.
(2) Zona menengah (intermediate zone) dicirikan dengan sirkulasi airtanah yang kurang aktif, kandungan SO42- dominan, dan nilai TDS yang tinggi. (3) Zona bawah (lower zone) dicirikan dengan airtanah yang pasif,
konsentrasi Cl- yang tinggi, dan nilai TDS yang tinggi.
4.1.3 Isotop
Unsur terdiri dari inti atom (proton dan neutron) yang dikelilingi elektron. Setiap unsur memiliki nomor atom (jumlah proton) dan nomor massa (jumlah proton ditambah dengan jumlah neutron). Notasi unsur pada umunya dituliskan dengan format sebagai berikut:
dengan X = lambang atom / lambang unsur
Z = nomor atom = nomor proton (p) = jumlah elektron (e) A = nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron = p + n
Isotop adalah unsur-unsur sejenis yang memiliki nomor atom sama namun nomor massanya berbeda. Terdapat dua jenis isotop di alam, yaitu isotop stabil dan isotop radioaktif (tidak stabil). Isotop stabil tidak mengalami proses peluruhan radioaktif alami, sedangkan isotop radioaktif mengalami peluruhan radioaktif secara spontan dan membentuk isotop yang baru. Salah satu contoh isotop adalah unsur hidrogen yang memiliki tiga isotop, yaitu 1H, 2H, 3H dengan nomor massa masing-masing 1, 2, 3. Isotop 1H dan 2H merupakan isotop stabil, sedangkan isotop 3H adalah isotop radioaktif.
Isotop stabil seperti deutrium (2H) dan oksigen-18 (18O) umumnya digunakan untuk menganalisis daerah imbuhan. Isotop radioaktif seperti tritium (3H) dan karbon-14 (14C) digunakan untuk menganalisis umur airtanah serta menentukan arah dan kecepatan aliran airtanah (Freeze dan Cherry, 1979). Penelitian ini menggunakan
54 isotop stabil 2H dan 18O untuk menganalisis daerah imbuhan, dan isotop radioaktif 3H untuk menganalisis umur airtanah.
4.1.3.1 Isotop Stabil
Proses-proses seperti evaporasi dan kondensasi yang terjadi dalam siklus hidrologi dapat merubah komposisi uap air di dalam atmosfer. Perubahan ini, dalam rasio isotropik, disebabkan oleh reaksi kimia yang disebut fraksinasi.
Terdapat dua isotop stabil hidrogen yakni 1H dan 2H dan tiga isotop stabil oksigen, yaitu 16O, 17O, dan 18O. Molekul air yang melimpah yakni 1H216O yang merupakan molekul paling ringan dan memiliki tekanan uap lebih tinggi dibandingkan molekul 2H218O. Selama perubahan fasa antara air menjadi gas, molekul air yang paling berat cenderung terkonsentrasi dalam fasa cair, dengan fraksinasi isotop hidrogen dan oksigen. Air yang menguap dari laut memiliki isotop yang lebih ringan daripada isotop yang terkandung dalam air. Presipitasi memiliki isotop yang lebih berat daripada isotop yang terkandung dalam uap di atmosfer.
Spektrometer massa digunakan untuk menentukan rasio isotop dalam sampel air. Rasio isotop yang penting meliputi 18O/16O dan 2H/1H. Rasio isotop yang berasal dari sampel air tersebut dapat dibandingkan dengan rasio isotop dari standard mean ocean water (SMOW). Perbandingan tersebut (δ) dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
Hasil spektrometer massa digambarkan dalam simpangan dalam bagian per seribu (o/oo). Jika nilai δ positif maka sampel relatif diperkaya oleh isotop berat dibandingkan dengan standarnya, sedangkan nilai negatif menggambarkan hal sebaliknya. Standar SMOW ditetapkan melalui Konvensi Vienna yang mempunyai nilai relatif untuk 18O = 0,0 o/oo dan untuk 2H = 0,0 o/oo, dengan akurasi pengukuran untuk δ18
O = +0,2 o/oo dan δ2H = +2 o/oo. Nilai δ2H diplot terhadap fungsi δ18
O untuk air yang diperoleh dengan presipitasi kontinental, sebuah hubungan linear dapat digambarkan dengan persamaan berikut (Muller dan Ralston, 1985 dalam Fetter, 2001): δ18H = 8.δ18O + 10
55 Persamaan di atas dikenal sebagai global meteoric water line (GMWL). Pada beberapa studi air tanah memperlihatkan bahwa plot δ2H dan δ18O membentuk garis lurus yang sejajar dengan GMWL. Garis ini diinterpretasikan sebagai “local” meteoric water line (White dan Chuma, 1987; Mayo dkk., 1992, dalam Fetter, 2001).
Posisi titik isotop sumber-sumber air yang dipengaruhi berbagai jenis aktivitas isotop dapat membantu dalam mengidentifikasi proses yang terjadi di dalam akifer (Gambar 4.4). Dansgard (1964) menyebutkan bahwa evaporasi dari air terbuka (evaporation from open surface) dan pertukaran dengan mineral batuan (exchange with rock mineral) merupakan faktor dominan yang umumnya sering menyebabkan munculnya deviasi.
Gambar 4.4 Pola pergeseran jumlah isotop O18 dan 2H dan proses-proses yang mempengaruhinya (Puradimaja dkk., 2008)
4.1.3.2 Isotop Radioaktif
Salah satu isotop radioaktif yang digunakan dalam penentuan umur air adalah tritium (3H). Isotop ini memiliki waktu peluruhan yang pendek, yakni 12,43 tahun sehingga cocok digunakan untuk menganalisa mataair dari akifer dangkal. Tritium merupakan isotop yang tergabung dalam molekul air sebagai 1H3HO atau 1HTO dan dihasilkan secara alami oleh radiasi kosmis, meskipun produksi yang lebih besar berasal dari hasil percobaan bom termonuklir antara tahun 1951 dan 1976. Sekitar tahun 1990, sebagian besar 3H dari bom tersebut telah tercuci dari atmosfer dan kandungan tritium dalam presipitasi secara global saat ini telah kembali ke kondisi alami. Telah lebih dari tiga dekade keberadaan tritium dari termonuklir di dalam air tanah digunakan sebagai parameter untuk kondisi resapan aktif. Tritium masih
56 ditemukan dalam pergerakan lambat air tanah sehingga sinyalnya dapat digunakan sebagai penanda air tanah modern (Pujiindiyanti, 2007).
Berdasarkan Pujiindiyati (2007), daerah pantai dan daerah dengan lintang rendah memiliki nilai tritium sebagai berikut (dengan TU adalah satuan Tritium Unit).
• < 0,8 TU: air tanah submodern yang meresap sebelum tahun 1952
• 0,8 hingga 2 TU: campuran air tanah submodern dan air tanah yang baru meresap
• 2 hingga 8 TU: air tanah modern (<5 hingga 10 tahun) • 10 hingga 20 TU: air tanah dengan sisa bom 3
H (10 hingga 30 tahun) • 20 TU: air tanah yang meresap dari tahun 1960-an hingga 1970-an