STUDI WAKTU TINGGAL PARTIKULAT DALAM AIR LAUT : KONSENTRASI 238 U DALAM AIR DAN SEDIMEN LAUT SEMENANJUNG MURIA

(1)

STUDI WAKTU TINGGAL PARTIKULAT DALAM AIR LAUT : KONSENTRASI 238U DALAM AIR DAN SEDIMEN LAUT SEMENANJUNG MURIA

E. Lubis., Heny Suseno

Pusat Teknologi Limbah Radioaktif

ABSTRAK

STUDI WAKTU TINGGAL PARTIKULAT DALAM AIR LAUT: Konsentrasi 238U dalam air dan sedimen laut Semenanjung Muria. Konsentrasi 238U dalam air laut pesisir dan sedimen S. Muria telah dianalisis dengan menggunakan metoda pengendapan dan ektrasi dengan Tributil Phosfat (TBP), pemekatan dilakukan dengan metode elektroplating. Pencacahan 238U dilakukan dengan alat cacah α-spektrometer. Hasil analisis menunjukan bahwa konsentrasi 238U dalam air laut adalah 29,6 ± 2,3 mBq/L, data ini menunjukan keragaman yang relatif kecil. Konsentrasi 238_{U dalam sedimen laut S. Muria adalah 97,5 ± 17,3} Bq/kg, hal ini menununjukan keragaman yang relatif lebih besar sebagai fungsi lokasi sampling.

ABSTRACT

THE STUDY RESIDENCE TIME OF PARTICLE IN SEA WATER : The concentration of 238U in sea water and sediment of Muria Peninsula. The concentration of 238U in sea water and sediment of Muria Peninsula was analyzed using presipitation method and the extraction by Tributhil Phosfat (TBP) and then 238U was concentrated by electroplating. 238U in the samples was analyzed and counted by α-spectrometry. The results indicated that the concentration of 238U in sea water is 29.6 ± 2.3 mBq/L, the variability of this data relatively small. The concentration of 238U in sediment is 97.5 ± 17.3 Bq/kg, the variability of this data is relatively wide between the sampling locations.

LATAR BELAKANG

Teknik nuklir (isotope) mempunyai kontribusi yang besar dalam studi lingkungan laut, khususnya dalam pemahaman proses-proses dasar oceanografi, distribusi polutan, rekonstruksi dan prakiraan kondisi laut dimasa yang akan datang.

238_{U adalah radionuklida berumur panjang dengan umur-paro (T}

1/2) 4,47 x 109 tahun,

mudah larut dan terdapat relatif konservatif dalam air laut. 234 _{Th adalah anak-luruh dari} 238_{U mempunyai T}

1/2 = 24,1 hari, merupakan partikulat yang reaktif. Defisit radionuklida 234 _{Th dalam air laut sebagai fungsi kedalaman menggambarkan total pembentukan}

partikulat biotik dan abiotik, mineralisasi dan proses eksport yang terjadi dalam laut. Perpindahan 234 _{Th yang terlarut dari dalam air laut melalui adsorpsi menjadi partikulat}

yang tenggelam merupakan mekanisme penting untuk mengontrol distribusinya berdasarkan ruang yang dapat digunakan untuk mempelajari proses scavenging kimia, eksport partikulat dan produksi baru di dalam air laut. Fenomena ini juga dapat digunakan untuk mempelajari ketidak-seimbangan 234 _Th/238_{U sebagai indikator fluks}

(2)

partikulat di permukaan laut dan eksport karbon organik dan nitrogen ke dasar laut [1,2].

Pada tahun pertama penelitian ini akan dilakukan analisis 238_{U dalam air laut}

dan sedimen S. Muria sebagai fungsi kedalaman. Pada tahun kedua akan dilakukan analisis 234 _{Th dalam air dan sedimen laut S. Muria sebagai fungsi kedalaman Pada}

tahun ketiga berdasarkan data yang diperoleh akan diestimasi total scavenging kimia yang terjadi di laut S. Muria.

TEORI

Konsentrasi 234 _{Th dari permukaan laut ke partikulat yang tenggelam dapat}

diperkirakan dengan persamaan,

[

N

x

) (

N

x

]

P

t

Th

Th U

−

=

∂

_λ

234 238 234 (1)

=

∂

t

Th

234

Perubahan aktivitas 234 _{Th terhadap waktu} =

λ

Tetapan peluruhan 234 _{Th, yaitu}

2 / 1 693 , 0 T = 0,0288/ hari.

)

(

)

(

N

_U₂₃₈

dan

N

_Th₂₃₄ = adalah total aktivitas uranium dan thorium

=

P Total fluks thorium yang dipindahkan oleh partikulat.

Waktu tinggal partikulat dihitung dengan persamaan,

)

((

R

)

R x m

−

− − =

τ

₁

1

τ

(2) =

τ

Waktu tinggal partikulat 234 _Th

=

m

τ

mean life dari 234 Th yaitu 34,8 hari R = nisbah konsentrasi (234 _Th/238_U)

METODOLOGI [3,4,5,6]. Lokasi Sampling

Sampling air laut permukaan pada kedalaman 0 m, 5 m serta 10 m serta sedimen dilakukan di daerah S. Muria, koordinat sampling sebagai berikut, lokasi sampling ditunjukan dalam Gambar 1.

L01 : 110o_{45’ 00’’ BT, 06}o_{25’ 48,30’’ LS}

L02 : 110o_{46’ 00’’ BT, 06}o_{23’ 37,26’’ LS}

L05 : 110o_{49’ 00’’ BT, 06}o_{23’ 19,44’’ LS}

(3)

Gambar 1.

(4)

Bahan dan Peralatan

Bahan penelitian meliputi wadah sampel berupa jerigen plastik volume 20 liter dan kantong plastik untuk sedimen volume 5 kg. Bahan kimia berupa NaOH, HCl, indikator thymol blue, NH4OH, HNO3 dan Aceton semua dalam derajat pro-analysyis

(p.a). Peralatan yang digunakan adalah alat sampling air laut (pompa peristaltik), sampling sedimen (jenis piston), Centrifuce, Elektroplating yang dilengkapi power supply pemberi arus, dan alat α-Spektrometer yang dilengkapi dengan detektor silicon surface barrier.

Tata Kerja

a. Jumlah sampel dan deteksi limit

Untuk memperoleh jumlah sampel yang dibutuhkan pertama-tama harus

dipertimbangkan kemampuan deteksi α-Spektrometer. Hal ini karena program

pemantauan radionuklida pada lingkungan harus didukung oleh : kemampuan pengukuran sampel, sistem pencacahan, ketidakpastian pengukuran, waktu pencacahan dan ukuran sampel. Kapasitas potensial ini yang dinamakan MDA (minimum detectable amount or activity), merupakan fungsi yang berkaitan dengan kapabilitas mengkaji radionuklida yang diuji dan ukuran sampel secara teoritis. MDA merupakan salah satu harga yang dapat melegitimasi suatu pengukuran dengan jaminan kualitas yang memadai, dihitung dengan persamaan,

( )( )( )( )( )

.

2 ,

71 .

+

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

K

M

E

Y

T

Background

of

Dev

Std

MDA

(3)

Std. Dev. of Background = standard deviasi cacah latar; T = waktu pencacahan (dalam detik) per sample Y = yield radiasi per peluruhan

E = Efesiensi detektor M = berat sampel (gram)

K = unit konversi (dari cacahan per detik ke Bq)

(5)

Tabel 1. Nilai MDA untuk analisis U dan Th pada berbagai kompartemen lingkungan

Radionuklida Metoda Jenis sampel MDA (Bq)

232_Th _α_{-Spektrometer Tanah/sedimen} _0,2

232_Th _α_{-Spektrometer Air} _0,02

232_Th _α_{-Spektrometer Biota} _0,02

234_U _α_{-Spektrometer Air} _0,02

238_U _α_{-Spektrometer Biota} _0,01

Berdasarkan hal tersebut maka harus dipertimbangkan jumlah sampel air laut minimal sebanyak 50 liter.

b. Sampling air laut dan sedimen

Sebanyak 50 liter air laut diambil dan ditempatkan pada jerigen volume 20 liter dan ditambahkan 1 ml asam nitrat pekat. Sedimen diambil menggunakan grap dan hasil sampling dipotong-potong per 3 cm untuk memperoleh profil konsentrasi per kedalamam sedimen.

c. Preparasi di lapangan (in-situ)

Sebanyak 50 liter air laut di tambahakan 30 ml FeCl3 1 %, diaduk dan

ditambahakan NH4OH pekat hingga pH sampel menjadi 9. Pengadukan selanjutnya

dilakukan selama 1 jam dan setelah itu dibiarkan selama 12 jam. Endapan yang diperoleh mengandung U dan Th yang selanjutnya dibawa ke laboratorium PTLR.

d. Preparasi sampel di laboratorium

Preparasi sampel sedimen dilakukan dengan mendetruksi sebanyak 5 gram sampel kering menggunakan HNO3 pekat sehingga diperoleh U dan Th dalam fase air.

Untuk hasil preparasi air laut in situ ditambahkan 10 ml asam klorida 5M dan dipanaskan sampai dengan seluruh endapan larut. Selanjutnya kedua hasil preparasi laboratorium siap diekstraksi. Proses ekstraski dilakukan menggunakan TBP sehingga U dan Th berada dalam fase organik. Uranium dan thorium yang berada dalam fase organik dijadikan senyawa anorganik dengan menambahkan 10 ml H2SO4 10M dan

dididihkan sampai kering selanjutnya ditambahkan H2SO4 encer. Setelah menjadi fase

anorganik uranium dan thorium dilakukan elektroplating pada disk berukuran 1 cm dengan rapat arus 0,2 A/cm2_{selama 5 jam. Hasil elektroplating siap dianalisis}

menggunakan α-Spektrometer.

(6)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Uranium (U) di alam relatif berlimpah dibandingkan unsur lainnya, dipermukaan bumi mempunyai konsentrasi 2 – 4 ppm dan di rerata konsentrasinya di dalam laut mencapai 1,3 ppb. Di beberapa lokasi di dunia, U dapat ditambang secara ekonomis dan dihasilkan dalam bentuk uranium oksida (U3O8). U alam merupakan campuran

yang terdiri dari beberapa isotope yaitu 238_{U yang jumlahnya 99,275 %,}235_U

jumlahnya 0,72 % dan 234_{U jumlahnya 0,005 %.}

Inventori total uranium di dalam air laut tanpa anak luruhnya dan deret thorium mencapai 1 – 2 x 1022_{Bq. Berdasarkan hasil estimasi radionuklida buatan manusia di}

dalam air laut yang berasal dari dumping sebesar 8,5 x 1016 Bq , dari jatuhan atmosferik (fall-out) sebesar 1,5 x 1018 Bq dan yang berasal dari buangan efluen fasilitas olah-ulang bahan bakar nuklir sebesar 1,0 x 1017_{Bq. Radionuklida alam}

lebih berlimpah, radionuklida buatan dalam beberapa kasus lebih terlokalisasi distribusinya, sehingga dapat menimbulkan resiko terhadap kesehatan manusia.

Hasil analisis U-238 dalam air laut dan sedimen Semenanjung Muria

ditampilkan dalam Gambar 2 dan 3. Konsentrasi 238_{U dalam air laut pesisir di S. Muria}

berkisar antara 25 – 33 Bq/L dengan rerata 29,6 ± 2,3 Bq/L. Data ini menunjukan bahwa konsentrasi 238_{U sebagai fungsi lokasi sampling dan kedalaman tidak}

menunjukan suatu keragaman yang nyata. Hal ini terjadi mungkin dikarenakan oleh berbagai kegiatan yang ada di sekitar pantai yang memungkinkan kontribusi terhadap peningkatan konsentrasi uranium ke dalam air laut relatif masih sedikit. Berdasarkan pengamatan kegiatan yang berpotensi memberi kontribusi terhadap kenaikan konsentrasi uranium di laut S. Muria hanyalah dari kegiatan industri dan pertanian.

0 10 20 30 40 50 1 2 3 4 5 6 Lokasi sampling A k ti vi tas, m B q /L 0 m 5 m 10 m 15 m

(7)

Kegiatan industri yang saat ini mulai beropersi adalah pembangkit listrik tanaga uap (PLTU) batu-bara Tanjung Jati B, kontribusi kenaikan uranium dari kegiatan ini belum nyata terhadap komponen lingkungan di sekitarnya. Kegiatan pertanian yang telah ada semenjak dahulu kala diperkirakan merupakan kontribusi uranium alam yang telah berjalan selama ini, bila dalam kegiatannya banyak menggunakan pupuk phosfat. Kontribusi dari kegiatan pertanian ini juga belum dapat dievaluasi, karena sampling air laut yang dilakukan masih berada mendekati pantai, sehingga perlu dilakukan sampling yang lebih jauh ke tengah laut untuk dapat melihat adanya degradasi konsentrasi dari pantai ke tengah laut.

0 50 100 150

1 2 3 4 5 6

Lokas i Sam pling

A k ti vi ta s ( B q /kg )

Gambar 3. Aktivitas 238U dalam sedimen S. Muria

Hasil analisis kandungan 238U dalam sedimen laut S. Muria ditunjukan dalam

Gambar 3. Hasil yang diperoleh menunjukan aktivitas 238_{U dalam sedimen adalah 97,5}

± 17,3 Bq/kg. Data ini berdasarkan lokasi sampling menunjukan keragaman yang relatif beragam.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil analisis kandungan 238_{U dalam air laut dan sedimen pesisir}

S. Muria dapat disimpulkan bahwa, konsentrasi 238U dalam air laut dan sedimen masing-masing adalah 29,6 ± 2,3 mBq/L dan 97,5 ± 17,3 Bq/kg. Konsentrasi 238_U

dalam air laut menunjukan keragaman yang tidak nyata berdasarkan lokasi dan

kedalaman sampling. Sementara konsentrasi 238_{U dalam sedimen menunjukan}

(8)

DAFTAR PUSTAKA

1. STANEVA J., BUESSELER K., LIVINGSTON H., Application of Isotope Tracers to Study Ocean Circulation. Validation of Numeric Simulations Against Observed Chernobyl 137Cs and 90Sr data. Department of Meteorology and Geophysics, University of Sofia, Sofia Bulgaria National science Foundation, Ocean Sciences Division, Arlington USA.

2. WWW.elsevier.com/locate/epsl., The influence of particle composition on thorium scavenging in the NE Atlantic ocean.

3. HODGE V. L., GURNEY M. E., Analytical Chemistry, 47, 1866 – 68, 1975.

4. IAEA, Collection and preparation of bottom sediment samples for analysis of radionuclides and trace elements , IAEA-TECDOC-1360

5. John Griggs, The Radionuclides Rule Analytical Issues and Considerations, U.S. EPA Office of Radiation and Indoor Air National Air and Radiation Environmental Laboratory.

6. U.S. Environmental Protection Agency Eastern Environmental Radiation Facility (EPA-EERF), Department of Energy Environmental Measurements Laboratory (DOE-EML), and commercial laboratories.