SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGY AKART A, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176
PROFIL DISTRIBUSI VERTIKAL Cs-137
PAD A
LAPISAN
TANAH
TOMMY HUTABARAT
Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR) BATAN Jl. 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 Cibedug Puncak-Bogor. Jatuhan isotop alam Cs-137 bersama air hujan kepermukaan tanah akan terserap sangat cepat oleh butiran tanah halus. Dalam suatu area, Cs-137 diasumsikan terdistribusi secara merata dipermukaan tanah. Pengambilan sampel dilakukan menggunakan alat Scrapper ukuran (2Ox50)cm dan
Coring diameter 10 em. Preparasi sampel tanah terdiri dari pengeringan, penggerusan dan pengayakan. Setelah preparasi, pengukuran Cs-137 dilakukan dengan spektrometri gamma. Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa pola distribusi Cs-137 pada dua titik lokasi hampir sama dan penetrasinya cukup dalam hingga kedalaman (16-18) em. Pola persentase lempung mengikuti pola distribusi 137. Nilai Cs-137 inventory total masing-masing lokasi adalah 239bq/m2 dan 355 bq/m2• Studi erosi dengan metode Cs-137 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-137on the land layer in surrounding of tea plantation of Cibedung Village, Puncak-Bogor. Cs-137 fallout isadsorbed strongly by fine soil. Within a watershed, fallout Cs-137 isassumed to be distributed uniformly on the land surface. Sampling was done by using 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 of research 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/m2
and 355 bq/m2 respectively. Erosion study with Cs-137 method is very potentially to do at the site and vicinity.
Keywords: Cs-137,profile, soil layer
117 PENDAHULUAN
Di satu sisi air merupakan kebutuhan utama hidup manusia dan mahluk hidup lainnya, disisi lain air dapat menyebabkan ke1angsungan hidup manusia terganggu yaitu sebagai media penyebab tetjadinya pergeseran tanah atau yang lazim disebut erosi. Erosi
Tommy Hutabarat
merupakan gejala alam yang dapat terjadi dimana saja dan merugikan banyak pihak. Dalam sistem pertanian akan berdampak pada penurunan tingkat kesuburan tanah akibat hilangnya lapisan permukaan (top layer) hingga kedalaman 20 em. Kerugian lain yang ditimbulkan adalah banjir yang dapat menyebabkan longsor sehingga banyak tanah
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
118
yang terkikis. Untuk mengurangi bahaya-bahaya yang lebih besar lagi, perlu dilakukan suatu kontrol terhadap erosi tanah yaitu dengan menggunakan metode teknik nuklir dengan memanfaatkan isotop alam Cs-137 yang banyak terdapat di alamo
Isotop alam Cs-137 telah banyak digunakan oleh banyak negara sebagai tool untuk penelitian yang berkaitan dengan erosi. Isotop Cs-137 sebagai perunut (tracer) mampu menjelaskan fenomena erosi seeara lengkap yang meliputi sumber, arah pergerakan dan deposit. Penggunaan Cs-137 alam untuk studi erosi dan sedimentasi pertama kali dipelopori oleh Me.Henry dan Ritchie di USA sekitar tahun 1960-an.[I] Cs-137 digunakan sebagai
perunut karena mudah di identifikasi dan mempunyai sifat-sifat yang mudah dipantau. Pada permukaan tanah yang pemah mengalami pengikisan hingga kedalaman 20 em, metode Cs-137 tidak dapat digunakan dan merupakan kelemahan dari metode ini.
Isotop alam Cs-137 banyak terdapat di alam sebagai akibat pereobaan senjata nuklir pada pertengahan tahun 1950-1960, demikian juga akibat keeelakaan reaktor nuklir Chemobyl. Distribusi Cs-137 diatas permukaan tanah diasumsikan merata. Pada saat menyentuh permukaan tanah dengan eepat akan teradsorpsi dan terikat kuat oleh tanah terutama partikel tanah jenis lempung (clay). Untuk mengetahui kandungan Cs-137 dalam tanah digunakan alat ukur nuklir yang sensitive yaitu
Multi Channel Analyzer (MCA) resolusi tinggi
yang dilengkapi dengan detektor High Pure
Germanium (HPGE). Dalam aplikasinya telah
dilakukan penelitian pada daerah aliran sungai (DAS) Ciliwung Hulu di Desa Tugu Utara, Cisarua, Bogor. Tujuan : Penelitian ini bertujuan untuk melihat profil distribusi vertikal Cs-137 dari suatu lokasi pembanding dekat lahan pertanian dan akan dijadikan data awal untuk studi erosi/deposit pada lahan olah
(cultivated area). Penelitian ini sebagai tindak
lanjut dari program IAEA yaitu yang tertuang dalam proyek (RAS /5/043).
METODE
Pengambilan Sampel Tanah
Pengambilan sampel lokasi pembanding terdiri dari dua lokasi yaitu lokasi pembanding I
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN
SDMTEKNOLOGINUKLIR YOGYAKARTA,21-22DESEMBER2006 ISSN 1978-0176 dan II. Pada setiap lokasi dilakukan pengambilan sampel dengan alat scrapper
berukuran (20x50) em dan coring berukuran diemeter 10 em). Dengan alat scrapper
diperoleh sebanyak 10 sampel dengan tebal per lapisan 2 em yang diambil hingga kedalaman 20 em, sedangkan dengan alat coring hingga kedalaman 40 em atau disesuaikan dengan kondisi lapangan. Jumlah sampel pada lokasi I menggunakan alat coring sebanyak 7 sampel dan 10 sampel pada lokasi II. Seluruh sampel dimasukkan kedalam kantong plastik dan diberi kode.
Preparasi Sampel
Seluruh sampel tanah dibawa ke laboratorium PATIR-BATAN untuk analisis lebih Ianjut yang terdiri dari pengeringan, penimbangan berat kering, penggerusan dan pengayakan hingga lolos 100 mesh.
Pengukuran Kandungan Cs-137
Sampel tanah halus (1olos 100 mesh) setelah penggerusan ditimbang sebanyak 500 gram yang kemudian dimasukkan kedalam tabung merineli dan ditutup rapat. Untuk mendapatkan nilai Cs-137, dilakukan pengukuran sampel tanah menggunakan detektor Coaxial HPGE (High Purity Germanium) yang dihubungkan dengan MCA (Multi Channel Analyzer). [2] Pengukuran
dilakukan selama minimal 24 jam. Peneaeahan sampel dilakukan menggunakan software Maestro, sedangkan untuk analisis data dilakukan seeara manual. Seluruh hasil pengukuran dibandingkan dengan standar IAEA SOIL-375. Setelah pengukuran tabung merineli dibersihkan untuk menghindari tetjadinya kontaminasi.
Analisis Data.
Pada pengukuran Cs-137 dalam sampel tanah seeara spektrometri gama menggunakan detektor HPGE, unsur yang terdeteksi adalah
Ba-137m• Unsur Ba-137m (waktu paro = 2,4
bulan) merupakan anak luruh dari Cs-137 (waktu paro =30,1 tahun) dan sebagai indicator tidak langsung dari penentuan aktifitas Cs-13 7. Hal ini disebabkan Cs-137 sebagai pemanear sinar f3 dan Ba-137m sebagai pemanear sinar y seperti yang terlihat pada rangkaian peluruhan dibawah ini :
SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176
Spektrum Ba-137m akan terdeteksi oleh detektor pada energi 661 keV dan dalam pengukurannya akan muncul spektrum lain
p p P
1-137 Xe-137 ---.... Cs-137----+ Ba-137m Ba-Ui " ..(,tahU) yaitu Bi-2l4 sebagai unsur pengganggu. Dalam
hal ini hasil cacahan pada energi 661 keV hams dikoreksi 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-13 7, penentuan lokasi sangat penting baik sebagai titik reference site/pembanding maupun lokasi percobaan. Sebagai titik yang representatif
untuk dijadikan lokasi reference
site/pembanding dipilih lokasi hutan lindung yang terbuka dan terletak diatas areal perkebunan. Peta topografi pengambilan sampel tanah disekitar perkebunan teh Desa Cibedug Puncak bogor seperti terlihat pada Gambar 1.
Gambar\, Pctti topograflpcngambHm1 sam pel !anah sekitar kebun thePuncak-Bogor.
Dari hasil perhitungan menggunakan metode scrapper diperoleh distribusi vertikal CS-137 inventory terhadap kedalaman pada
reference site fayang bervariasi antara 9bq/m2
hingga 29 bq/m2 dan reference site ffa dengan variasi antara 13 hingga 54 bq/m2 (satu bequerel = satu disintegerasi per detik) (Tabel
1,2).
Tabel 1. Data Cs-13 7 Sampel Ref-Site faMetode Scrapper
No. KedalamanCs-137 InventoryBerat KeringSilt-clayCps (em) (%) (gr) (Bq/m2) 1. 0-2 11,450,68524,62 x 10-315 2. 2-420,343,33 x1,740010-327 3. 4-6 8,541,27402,05 x10-312 4. 6-8 8,231,22061,92 x10-311 5. 8-10 7,981,35461,46 x10-39 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. 16-1822,454,23 x 10-31,4712 29 10. 18-207,981,54941,49 x 10-311 TOTAL 169
SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006
ISSN 1978-0176
Tabel 2. Data Cs-137 Sampel Ref-Site IIaMetode Scrapper
No.
KedalamanCs-137 InventoryBerat KeringSilt-clayCps (cm) (%) (gr) (Bq/m2) 1. 0-225,783,92 x 10-31,3594 29 2. 2-411,342,88 x 10-31,0060 13 3. 4-627,454,51 x 10-31,4324 30 4. 6-8 30,51,77504,17 x 10-334 5. 8-10 18,563,73 x 10-31,1396 20 6. 10-1235,675,71 x 10-31,4030 37 7. 12-1429,344,62 x 10-31,5928 34 8. 14-1625,314,46 x 10-31,4594 30 9. 16-1845,687,24 x 10-31,6184 54 10. 18-2025,784,26 x 10-31,5380 30
Penetrasi Cs-137 dalam tanah tidak seragam, hal ini tergantung pada tekstur dan butiran tanah. Pola distribusi vertikal Cs-137 pada kedua lokasi ini tidak beraturan dan menunjukkan keeenderungan pola yang hampir sarna (Gambar 2,3). Afinitas Cs-137 setiap lapisan sangat ditentukan oleh besar butiran tanah dan berdasarkan literatur bahwa Cs-137 akan terikat dan teradsorpsi sangat kuat oleh partikel tanah atau sedimen terutama oleh partikel halus (silt-clay). Pada lapisan (2-4) em (Gambar 2) konsentrasi Cs-137 tinggi kemudian menurun hingga kedalaman (8-10) em. Demikian juga pada kedalaman (10-12) em, konsentrasi Cs-13 7 berfluktuasi hingga kedalaman 20 em. Seeara umum pola distribusi vertikal Cs-13 7 pada kedua lokasi ini tidak mengikuti pola distribusi Gauss yaitu puneak konsentrasi akan berada pada kedalaman (8-10) hingga (12-14) em. Diperkirakan lokasi ini pemah diolah untuk lahan pertanian atau perkebunan kemudian tidak digunakan lagi dan ditumbuhi oleh rumput gajah. Nilai Cs-137 inventory total pada lokasi pembanding la adalah 169bq/m2• Pada lokasi pembanding IIa dapat dijelaskan bahwa pada kedalaman (16-18) em konsentrasi lebih tinggi, hal ini menunjukkan bahwa penetrasi Cs-137 dalam lapisan tanah eukup dalam. Kondisi pada lokasi II hampir diperkirakan sarna dengan kondisi yang pemah teIjadi pada lokasi I dimana pola distribusi 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 Cs-137 hal ini disebabkan oleh eurah hujan yang eukup tinggi (lebih dari 1600 mmltahun) [4].
Total inventory Cs-137 menggunakan metode
scrapper pada lokasi pembanding IIa adalah 311 bq/m2• Menurut literatur, fallout radionuklida Cs-13 7 di belahan bumi selatan lebih rendah seeara signifikan dibandingkan dengan belahan bumi utara. Database kandungan Cs-137 untuk belahan bumi selatan yang diwakili oleh Negara AdelaidelBrisbane menunjukkan inventory Cs-137 pada tahun
1963-1964 sebesar± 100bq/m2•
Pada Gambar 2 dan 3 dapat ditampilkan grafik hubungan antara persentase silt-clay
terhadap kedalaman lapisan tanah. Dari hasil analisis grafik diperoleh kurva interpolasi polynomial. Pola kurva mengikuti puneak-puneak dari kandungan Cs-137 pada setiap kedalaman. Hal ini sangat mendukung
literature yang menyebutkan bahwa Cs-137 akan sangat kuat diadsorpsi oleh partikel halus terutama silt dan clay. Penentuan nilai Cs-137 inventory juga dilakukan pada lokasi pembanding lainnya yaitu menggunakan metode coring. Pada metode ini,diambil sebanyak 7 titik pada lokasi pembanding Ib dan 10 titik pada lokasi pembanding IIb. Dari hasil analisis diperoleh nilai Cs-137 inventory bervariasi yaitu antara 110bq/m2 hingga 544
bq/m2 pada lokasi pembanding Ib dan 191
bq/m2 hingga 587 bq/m2 untuk lokasi
pembanding lIb (Tabe13,4)
5
SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176
Gambar 2. Profil distribusi Cs-137 dan persen silt + elay lapisan tanah lokasi pembanding I 35
N
30 E 'iT 25 ~ !:; 20 .•.... ~ 15 III ~ 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·137 dan persen silt +elay lapisan tanah lokasi pembanding II
60 N 50
E
!
40 J kurva silt + clay•.... M J; 30
o
~ 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 sampe1 Ref-Site Ib metode Coring
No.
KedalamanCs-137 InventorySerat KeringCps (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
SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176
Tabel 4. Data Cs-137 Sampel Ref-Site lIb Metode Coring
No. Kedalaman Berat Kering (em) (gr) 1. 40 1,0138 2. 40 0,9284 3. 40 0,7308 4. 40 0,8274 5. 40 0.9240 6. 40 0,8148 7. 40 0,7648 8. 40 0,8064 9. 40 0,5172 10. 40 0,8672 Cps 8,32X10-3 3,49 x 10-3 5,51X 10-3 1,91X 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 3,64X 10-3 Cs-137 Inventory (Bq/m2) 420 392 487 191 367 491 587 401 288 381 122 Pengarnbilan sarnpel dengan 2 rnetode yang berbeda dilakukan karena penetrasi Cs-137 dalarn tanah sangat tergantung pada jenis rnaupun ukuran butiran dan kondisi yang terjadi disekitar lokasi. Dari 2 lokasi pernbanding yang diteliti dan rnenggunakan rnetode yang berbeda rnaka diperoleh nilai Cs-137 inventory (total) lokasi pernbanding Ia dan lIa (nilai rata-rata 7 coring dan 1
A-
(Ar'!fscrar'Per)+Rata - rata(Aref )rnenggunakan rumus :sc cor
ref- 2
yaitu sebesar 239 bq/rn2, sedangkan pada lokasi Ib dan lIb (nilai rata- rata 10 coring dan 1 scrapper) sebesar 355 bq/rn2• Dalarn studi
erosi, kandungan Cs-13 7 pada lokasi
pernbanding digunakan sebagai aeuan terhadap lokasi pereobaan untuk rnengetahui laju erosi dan deposisi.
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian dapat disirnpulkan beberapa hal yaitu profil distribusi vertikal Cs-137 di lapisan tanah pada 2 lokasi pernbanding tidak rnerata dan dapat dideteksi. Penetrasi Cs-137 eukup dalarn hingga kedalarnan (16-18) em pada lokasi pernbanding I dan II dan rata-rata Cs-137 Inventory masing-masing lokasi adalah 239 dan 355 bq/rn2• Studi erosi dengan rnetode Cs-13 7 sangat potensial dilakukan pada lokasi penelitian 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 under
different cover types in northern
Mississippi", Health Physics, 22, 197.
2. CAMPBELL. Et al. 1988. A method for
determining sediments budgets using
Caesium-137. International Association of
Hydrological Science, Porto Alegre
Symposium: Sediments Budgets. IAHS Publ. 174 :171-179.
3. ELLIOT, G.L., LOUGHRAN, R.J., PROVE, E., and CAMPBELL, B.L., 1992, "Recalibration and test of Caesium-I 37 based methods for estimation of net soil erosion on cultivated and uncultivated land", Applied Radiation Isotope, International Journal of Radiation and Applied Instrumentation, Part A41. 4. Departemen Kehutanan, Direktorat Jenderal
Rehabilitasi Lahan Dan Perhutanan Sosial, Balai Pengolahan Daerah Aliran Sungai Citarum- Ciliwung, 2002, Bagian Proyek Perencanaan dan Evaluasi Pengelolaan Daerah Aliran Sungai Citarum Ciliwung, Bogor.
5. LOUGHRAN, R.l, ELLIOT, G.L., and
CAMPBELL, B.L., 1993, " Estimation of erosion using Radionuclide caesium-137 in three diverse areas in eastern Australia", Applied Geography, 13, p.109-188.
6. MEGUMI, K., OKA, T., YASKAWA, K. and SAKANOUE, M., 1982, Contents of natural Radioactive nuclides in soil in relation to their surface area, J.Geophys. Res., 87, 10857-10860.
7. NORRIS, V., and PERRENS, S.J.,1998,
Analysis of variability of Caesium-137 in
123 SEMINAR NASIONAL II
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGY AKART A, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 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 at
Reference Site an example from two
contrasting 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 in cultivated soils, Rad. Data & Repts., 12, 727-728.
TANYAJAWAB
Pertanyaan
1. Apa kelebihan dan kekurangan metode Scrapper dan Coring, Dari kedua metode tersebut mana yang lebih baik, Apakah setiap pengukuran hams menggunakan 2 metode? (Ida Yusnaini)
2. Lokasi sampling diambil di kebun teh. Apa alasan sampling pada kebun teh dan apa nilai tambah sampling pada kebun teh ? 3. Pengukuran dilakukan dengan spektrometri
gamma. Berapa batas deteksi alat, sehingga hasil cacah yang anda lakukan diperoleh cacah ang kecil orde !O-3Cps?
4. Apakah spektrometri gamma ini valid untuk pencacahan radionuklida dengan intensitas kecil !O-3Cps ?
5. Mengapa sampling pada kedalaman tanah 2-20 cm ? (Sunardi)
Jawaban
1. Tidak ada kelebihan dan kekurangan, metode coring hanya sebagai data pelengkap.
2. Pada prinsipnya lokasi untuk pengambilan sampel "reference Site" adalah daerah yang diperkirakan belum mengalami gangguan dan biasanya daerah dataran tinggi. Lokasi yang kami lakukan kebetulan kebun the. 3. Batas deteksi tidak kami lakukan.
4. Valid karena masih 5 kali diatas back ground
5. Apabila pada kedalaman 20 cm tidak ada Cs-l37 maka dikatakan bahwa daerah tersebut sudah tidak layak untuk studi erosi
Tommy Hutabarat Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
