IDENTIFIKASI MINERAL MAGNETIK PADA SEDIMEN WADUK SELOREJO BERDASARKAN SUSEPTIBILITAS MAGNETIK, X-RAY
FLUORESCENCE DAN SCANNING ELECTRON MICROSCOPE
Eka Sri Mu’alimah(1)
, Siti Zulaikah(2), Sutrisno(2), Rosyda Azzahro(1), Husni Cahyadi Kurniawan(3)
(1)
Mahasiswa Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Malang (2) Dosen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Malang (3)
Mahasiswa Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Brawijaya
ABSTRAK: Magnetic properties of sediment is determinted by magnetic minerals dissolved on sediment. In this research we conduct to indentify magnetic mineral that dissolved on sediment reservoir of Selorejo using magnetic susceptibility, X-Ray Fluoroscence and Scanning Electron Microscope.
The aim of this research is to characterize of magnetic mineral based on the magnetic susceptibility of low frequency, magnetic susceptibility dependent of frequency and morfology of magnetic mineral catching by SEM.
The results shown magnetic susceptibility of reservoir sediments are ranged from 4 x 10-6 m3 kg-1 to 47 x 10-6 m3 kg-1 with the frequency dependent of about 2%, indicating there is a mixture of fine grains magnetic minerals in the domain of SP (superparamagnetic) and coarse grain non-SP inside the sample. SP grains have a grain sizes < 0.005 µm. Low frequency magnetic susceptibility (χlf) shown a significant correlation
with the frequency-dependent susceptibility (χhf). The greater the magnetic
susceptibility, the smaller of the frequency dependent susceptibility, by following the equation of χfd = -1.262 (χlf) + 5.1022 with a correlation
coefficient R = 0.925.
Based on the results of X-Ray Fluorescence (XRF), the content of Fe element of sediment reservoirs are about 57% - 63%. The large amount of Fe elements contained, shown the magnetic properties carrier in reservoir sediments is magnetic minerals. Magnetic minerals contained in the sediment of Selorejo reservoir from Scanning Electron Microscope data with Dispersive X-Ray Analysis (SEM-EDAX ) is dominated by titanomagnetite derived from detrital minerals catchment area which transported into the reservoir from Konto and Kwayangan river, and other kinds of minerals that is mineral deposition of atmospheric dust (loess from volcanic ash) and magnetic spherules from pollution.
Keywords: magnetic mineral, sediments reservoir, susceptibility magnetic, X- Ray Flourescence (XRF) and Scanning Electron Microscope (SEM).
Sifat magnetik pada sedimen dapat digunakan pada berbagai studi
geofisika. Sifat magnetik ditentukan oleh mineral magnetik yang terdapat
di dalamnya. Beberapa studi tersebut diantaranya adalah studi yang
dilakukan oleh Anderson et all (1988) pada sedimen Danau eutropic (Lough Aughter, North Ireland), Yellof dkk (2005) pada March High
Reservoir di Southern Pennies, UK,
Tumuntuan (2010) pada 3 sedimen danau yaitu Danau Lading, Danau Bedali dan Danau Matano tentang susptibilitas magnetik pada sedimen danau atau waduk. Waduk sering juga disebut danau buatan yang besar, dimana komponen tata airnya umumnya telah direncanakan sedemikian rupa sehingga volume, kedalaman, luas, presepitasi, debit
inflow/out flow waktu tinggal air
diketahui dengan pasti sedangkan danau terbentuk karena proses alam, (Damayanti, 2012).
Tingkat sedimentasi suatu waduk/ danau buatan jauh lebih tinggi dari danau alami dan danau alami umumnya jauh lebih tinggi dari pada laut, hal ini disebabkan sedimen danau terjadi secara terus menerus ( Lake Sediments file, 2014). Sedimentasi mineral terus menerus di danau dapat
mempengaruhi stabilitas sistem suatu danau. Mineral magnetik memiliki
sifat, jenis dan morfologi yang beragam bergantung pada sumbernya, (Huliselan, 2007).
Ada tiga sumber utama mineral dalam sedimen danau (Gambar 1): (1) mineral detrital dari tangkapan, yang diangkut ke waduk dari aliran sungai, (2) deposisi debu dari atmosfer (loess dan abu
vulkanik) dan (3) mineral langsung dari danau (berhubungan mineral autigenik). Sumber (1) dan (2) bergantung pada iklim dan geologi tangkapan, sementara pembentukan mineral autigenic mencerminkan proses biogeokimia yang terjadi di danau.
Selain suseptibilitas
magnetik, bentuk dan ukuran bulir mineral magnetik juga merupakan salah satu penentu mineral magnetik pada suatu bahan. Bentuk mineral magnetik tersebut ditentukan dengan pencitraan Scanning Electron
Microscope (SEM). Sedangkan
untuk mengetahui unsur yang terkandung dalam bulir ditentukan dengan menggunakan XRF (X-Ray
Fluoresensi).
Penilitian diawali dengan pengambilan sampel sedimen di lapangan, kemudian dilakukan preparasi dan uji sampel di laboratorium.
Tahap pengambilan sampel sedimen dilakukan di Waduk Selorejo yang terletak diantara 110⁰30⁰ dan 112⁰55⁰ BT dan 8⁰15⁰ BS. Sumber air tawar yang masuk pada waduk berasal dari sekitar 2 sungai besar yaitu Sungai Konto dan Sungai Kwayangan dan output Sungai Pinjal.
Gambar 1. Letak Geografis Daerah Penelitian (Rahman, 2013)
Pengambilan sampel dilakukan dibebarapa titik
diantaranya titik pengambilan sampel dekat Sungai Kwayangan, Sungai Konto, Sungai Pinjal dan Tengah waduk Selorejo. Sampel diambil menggunakan core yang didesain dari pipa paralon berukuran 2 meter sebanyak 6 buah. Masing – masing
core diberi nama sesuai dengan titik
pengambilan sampel. Penamaan yang diberikan untuk titik pengambilan sampel Sungai Kwayangan (TK), Sungai Konto (TP), tengah waduk (TT) dan Sungai Pinjal (DKT).
Gambar 2. Titik Pengambilan Pengambilan Sampel pada Waduk Selorejo, titik pengambilan sampel 2 titik pada Sungai Kwayangan ( titik kuning TK1dan merah
TK2 ), 2 titik pengambilan sampel pada Sungai Konto ( titik ungu TP1dan hitam TP2), titik pengambilan sampel pada Sungai
Pinjal ( titik biru DKT ) dan titik pengambilan sampel pada tengah Waduk
Selorejo ( titik hijau TT ).
Pada gambar 2 sampel diambil sebanyak 4 titik berbeda, yakni 2 titik pengambilan sampel sungai input yakni (Sungai Kwayangan dan Sungai Konto),
output (Sungai Pinjal) dan
pengambilan titik tengah Waduk Selorejo. Pada aliran Sungai Kwayangan diambil dua titik berdekatan diberi nama TK1 ( titik pengambilan pertama Sungai Kwayangan ) dan TK2 ( titik pengambilan kedua Sungai
Kwayangan ). Pengambilan dua titik sama diperlakukan pada Sungai
Konto dengan nama TP1 ( titik pengambilan sampel pertama Sungai Konto) dan TP2 ( titik pengambilan sampel kedua Sungai Konto). Pada
output diambil satu titik pada Sungai
Pinjal (DKT) dan satu titik pada tengah Waduk Selorejo (TT).
Tahap preparasi dilakukan dengan memotong sampel sedimen yang telah diperoleh dengan ukuran 2,5cm sebelum dimasukan kedalam wadah (holder) plastik. Pemberian nama diurutkan sesuai pemotongan sebaagai contoh TK1.1 (titik pengambilan pertama Sungai Kwayanagan nomor urut pertama) dan seterusnya. Pada proses ini sampel selalu dijaga agar sifat kemagnetan sedimen tidak terganggu. Sampel dari beberapa sedimen yang telah dimasukan kedalam holder kemudian di uji suseptibilitas magnetik, XRF (X-Ray
Flourescence) dan SEM (Scanning Electron Microscope).
Uji Suseptiblitas magnetik dilakukan diukur menggunakan alat MS2 (Bartington Magnetik
Susceptibility Meter) dengan
mengukur secara langsung sampel pada holder.Selanjutnya diambil 4 sampel (TK2.4, TP1.11, TT.7, dan
DKT.3) untuk di uji XRF (X-Ray
Flourescence) agar diperoleh
kandungan unsur dari sampel. Terakhir dilakukan ekstraksi pada 3 sampel (TK2.4, TP1.11dan TT.7) untuk dilakukan uji SEM (Scanning
Electron Microscope) agar dapat
diketahi bentuk morfologi dari sampel.
HASIL DAN PEMBAHASAN Uji suseptibilitas magnetik pada sedimen Waduk Selorejo sebanyak 48 sampel yang diambil dari 6 titik berbeda yakni TK1 sebanyak 4 sampel, TK2 sebanyak 4 sampel, TP1 sebanyak 13 sampel , TP2 sebanyak 10 sampel, TT sebanyak 10 sampel dan DKT sebanyak 7 sampel. Hasil analisis menunjukan rentang nilai
suseptiblitas magnetik sebesar 4 x 10-6 m3kg-1 hingga 47 x 10-6 m3kg-1 dengan nilai rata-rata setiap titik ditunjukan pada pada tabel 1.
Tabel 1. Hasil Suseptiblitas Magnetik Rata-rata dengan Frekuensi Dependent Rata-rata Nama Sampel Rentang Suseptib ilitas Magneti k ( 10-6 m3kg-1) Suseptib ilitas Magneti k Rata-rata ( 10 -6 m3kg-1) Frekue nsi depend et Rata-rata (%) TK1 16,148 – 25,599 21,054 1,08 TK2 24,662 – 5,580 0,93
46,549 TP1 4,615 – 12,425 6,486 2,96 TP2 1,443 - 5, 876 9,828 2,50 DKT 5,129 – 8,034 6,309 2,80 TT 5,741 – 9,653 8,040 2,19
Menurut Dearing (1999) nilai frekuensi dependent < 2%
diidentifikasi (<10%) hampir tidak ada bulir SP dan nilai frekuensi dependent antara 2,0 – 10,0 terdapat campuran SP dan bulir kasar non-SP, atau bulir SP < 0,005 µm.
Hubungan antara suseptibilitas magnetik dengan frekuensi dependent ditunjukan pada gambar 2 adalah semakin besar nilai suseptibilitas magnetik maka
semakin kecil nilai frekuensi dependent.
Gambar 3. Grafik Hubungan antara Suseptiblitas Magnetik Low Frequency
dengan Frekuensi dependent
Pada gambar 3.
memperlihatkan bahwa secara keseluruhan sampel yang diperoleh memiliki sebaran bulir rerata yaitu SP-SSD secara eksponensial dengan nilai y = -1,262ln(x) + 5,1022 terkorelasi sebesar 0,925. Hubungan antara χlf dengan χfd adalah semakin
besar nilai suseptibilitas magnetik maka semakin kecil nilai frekuensi dependent dan sebaliknya.
Berdasarkan uji XRF(X-Ray
Flourescence) sedimen Waduk
Selorejo ditunjukan pada tabel 2.
Tabel 2. Hasil Uji XRF
Tabel 2 memperlihatkan unsur – unsur yang terkandung pada keempat sampel dan unsur Fe mendominasi keseluruhan sampel yang diteliti. Rentang nilai unsur Fe sebesar 58,3 % - 62,19 % dengan rata-rata nilai unsur Fe sebesar 60%. Keberadaan nilai mineral magnetik dalam penelitian ini
didukung dengan uji SEM (Scanning
Electron Microscopy) yang akan
ditunjukan pada analisis terakhir
y = -1,262ln(x) + 5,1022 R² = 0,8559 0 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Fr eq u en cy d ep en d en t (% )
Suseptibilitas magnetik low frequency (χlf) 10¯6 m³kg¯¹
Grafik Suseptibilitas Magnetik Low
Frequency (χlf)
dengan Frekuensi Dependent (χfd)
sampel Log. (sampel) SP - SSD MD Compound TP1 TK2 TT DKT Conc (%) Fe 62,19 56,56 61,8 58,3
Berdasarkan uji SEM
-EDAX (Scanning Electron
Microscope with Energy Dispersive Analysis X-Ray ) yang dilakukan 3
sampel yakni TK2.4, TP1.11 dan TT.7 .
1. Bentuk Mineral Magnetik Sedimen Aliran Sungai Kwayangan (TK2.4)
(a)Perbesaran (b)Perbesaran (c)Perbesaran 200x 500x 1000x
(c) Perbesaran 50µm Gambar 4 hasil pencitraan SEM - EDAX dari sampel TK2.4
(a) perbesaran 200x memiliki ukuran 46,08 µm, 53,04 µm, 62,24 µm,128,7 µm, 144,9 µm, dan 226,2 µm,(b) perbesaran 500x menunjukan kenampakan mineral magnetik seperti dari detrital, (c) perbesaran 1000x dimungkin sisa hasil abu vulkanik (d) bulir tergolong magnetic spherules
dimungkinkan mengandung bulir yang berasal polusi dengan prosentase Fe 79,24%.
2. Bentuk Mineral Magnetik Sedimen Aliran Sungai Konto (TP1.11)
(a)Perbesaran (b) Perbesaran (c) Perbesaran
200x 2000x 50x
(d) Perbesaran 5µm
Gambar 5 Gambar 4 hasil pencitraan SEM - EDAX dari sampel TP1.11
(a) perbesaran 200x kenampakan keseluruhan bulir, (b) perbesaran 2000x dimungkinkan mineral dari polusi, seposisi debu dan aliran sungai, (c)Perbesaran 50x bagian kiri sampel TP1.11 dan kanan TK2.4. (c) bulir tergolong titanomagnetite
dimungkinkan bulir berasal dari mineral
detrital yang diangkut ke waduk dari aliran
sungai dengan prosentase Fe 75,58%.
3. Bentuk Mineral Magnetik Sedimen Sampel Tengah Waduk Selorejo (TT.7)
(a)Perbesaran (b) Perbesaran (c)Perbesaran 200x 2500x 2000x
(c) Perbesaran 10µm Gambar 6 Gambar 4 hasil pencitraan SEM - EDAX dari sampel TT.7 (a) Perbesaran 200 x menunjukan variasi ukuran sampel yakni 10,61 µm, 27,49 µm, 60,60 µm, 69,95 µm dan 228,4 µm, (b)Mineral magnetik dimungkinkan berasal dari mineral detrital aliran sungai
(perbesaran 2000x), (c) deposisi debu dari atmosfer (loess dan abu vulkanik) pada perbesaran 2500x,(d) bulir yang berasal mineral detrital yang diangkut ke waduk dari aliran sungai dengan Fe sebesar 50,30%.
Berdasarkan analisis struktural pada pencitraan SEM – EDAX diperoleh kesimpulan bahwa mineral magnetik dominan yang terkandung dalam sampel sedimen adalah titanomagnetite,
memperoleh banyak mineral dari aliran sungai (Sungai Kwayangan dan Sungai Konto). Mineral magnetik dari deposisi debu dari atmosfer (loess dari abu vulkanik), mengindikasikan kemungkinan terdapat kontribusi abu vulkani gunung kelud yang meletus pada tahun 2014, mengingat lokasi waduk berdekatan dengan Gunung Kelud dan magnetic spherules yang berasal dari polusi.
PENUTUP Kesimpulan
Berdasarkan paparan pada hasil penelitian dan pembahasan, dapat ditarik kesimpulan bahwa nilai suseptbilitas mineral magnetik pada sedimen Waduk Selorejo antara 4 x 10-6 m3kg-1 sampai 47 x 10-6 m3kg-1 dengan frekuensi dependent rata – rata sebesar 2%, diidentifikasi terdapat campuran SP
(Superparamagnetik) dan bulir kasar non-SP, atau bulir SP < 0,005 µm. Hubungan antara suseptiblitas magnetik dengan frekuensi
dependent adalah semakin besar nilai suseptiblitas mganetik maka semakin kecil nilai frekuensi dependent.
Hasil uji XRF menunjukan bahwa unsur paling dominan terdapat pada sampel adalah unsur Fe.
Kandungan unsur Fe memiliki prosentase sebesar 57 % - 63 %. Besarnya kandungan Fe ini menunjukkan pembawa sifat magnetik dalam sedimen Waduk Selorejo adalah mineral magnetik. Data XRF dapat diperkuat dengan data SEM-EDAX yang menunjukan bahwa terdapat mineral magnetik yang terkandung di sedimen Waduk Selorejo diantaranya titanomagnetite,
Magnetic spherules yang berasal dari
polusi dan mineral magnetik yang berasal dari Fly ash abu vulkanik.
Saran
Peneliti selanjutnya diharapkan pada saat pengambilan sampel menggunakan GPS untuk mengetahui titik koordinat setiap pengambilan titik sampel. Selain itu hendaknya menggunakan corer yang kuat agar tidak terbawa arus dan didapatkan banyak sampel. Menimbang terlebih dahulu hoder kosong setelah itu berat sampel. Dalam penelitian ini uji saturasi IRM (Ishotermal Remanent
UCAPAN TERIMAKASIH Terima kasih kepada pihak-pihak yang terlibat dalam penelitian ini terutama Geophysict Team 2011 yakni Agus Riyanto, Yuni
Choirunnisa, Lutfia Dewi, Shelita Dwi S., Mayang Sari, dan Rizka Amirul H.
DAFTAR RUJUKAN
Anderson, N.J., Rippey, B. 1988. Diagenesis of magnetic minerals in the recent
sediments of aeutrophic lake.
the American Society of
Limnology and
Oceanography, Inc.33: 6 (2).
Anonymous.Case Study 2: Lake Sediments.Online.http://www .irm.umn.edu/Misc/lakes_cas e_study.pdf. Diakses pada tanggal 13 September 2014. Damayanti, A.2012. Telaga (Danau),
(Online),(https://staff.blog.u i. ac.id/astrid.damayanti /files/2012/03 /TELAGA- DANAU. doc.),diakses 20 januari 2015 Dearing, J.1999.Environmental MagneticSusceptibility.Oxfor d: ISBN 0 9523409 0 9 Huliselan, E.K. & Bijaksana S.2007.Identifikasi Mineral Magnetik pada Lindi
(Leachate). Jurnal Geofisika, (Online), (http: //www .scribd.com /doc/218974951 /2007-Huliselan -and- Bijaksana-Jurnal- Geofisika#scribd), diakses 28 September 2014. Mursyida,D.2012.Karakterisasi Mineral Magnetik pada Beberapa Jenis Sedimen di Berbagai Lingkungan Pengendapan.Skripsi: UM. Tamuntuan, Gerald.,Bijaksana, Satria.,Gaffar,Eddy.,
Russel,James.,Safiuddin, La Ode & Huliselan, Estevanus. 2010, The Magnetic
Properties of Indonesian Lake Sediment: A Case Study of a Tectonic Lake in South Sulawesi and
Maar Lakes in East Java. ITB
J. Sci, (Online) Vol. 42 A,
No. 1, 2010, 31-
48, (http://journal.itb.ac.id/ download.php?file=A10003.p df), diakses 25 September 2014.
Rahman, K.I., Donny H., &
Rispiningtati.2013.Studi Pola Operasi Waduk Selorejo dengan Peninggian Low
Water Level Operasional.
Malang: Universitas Brawijaya.
Yellof, D.E., J. C. Labadz.,C. O. Hunt., Higgitt, D. L. & I. D. L. Foster. 2005.Blanket Peat Erosion and Sediment Yield in an Upland Reservor Catchment in The Southern Pennines, UK.Earth Surface
Processes and Landforms,
