i
PERCAMPURAN TURBULEN AKIBAT PASANG SURUT
INTERNAL DAN IMPLIKASINYA TERHADAP NUTRIEN
DI SELAT OMBAI
YULIANTO SUTEJA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
iii
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER
INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis dengan judul “Percampuran
Turbulen Akibat Pasang Surut Internal dan Implikasinya Terhadap Nutrien di Selat Ombai” adalah karya saya sendiri dengan arahan komisi pembimbing
dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Bogor, 23 Agustus 2011
Yulianto Suteja
v
ABSTRACT
YULIANTO SUTEJA. Turbulent Mixing caused by Internal Tide and Their
Implication on Nutrient in Ombai Strait. Under direction of MULIA PURBAand
AGUS SALEH ATMADIPOERA.
Ombai Strait is one of the exit passages of Indonesian Throughflow (ITF) which has strong internal tidal energy. Internal tide is one of the main energy which causes mixing processes in the oceans. The purpose of this research was to estimate the turbulent mixing by using Thorpe scale approach and effect of mixing on the flux of nutrients (nitrate, phosphate and silicate). CTD instrument equipped with bottle rosettes were casted nine times for one tidal cycle (24 hours), but for nutrient samples only taken from the third casting with 22 samples at determined depth. The results showed that Ombai Strait has an internal tide with semidiurnal period. The average value of in the Ombai Strait is very high (7,56 x 10-2 + 2,83 x 10-1 m2 s-1) and the highest is found in deep layer (2,17 x 10-1 + 4,75 x 10-1 m2 s-1). This is presumably due to strong internal tide in that water. The strong effect of these internal tide especially during the low tide where the water mass induce to the deep layer. Vertical nutrient concentrations increase with depth. The nutrient fluxes estimation showed that the thermocline layer has the lowest flux of nutrients (0 m µmol l-1 s-1) and the highest flux in the deeper layer (8,28 x 10-5-165,56 x 10-5 m µmol l-1 s-1). Estimation of three nutrient fluxes showed that the phosphate is the lowest, followed by nitrate, and silicate as the highest.
vii
RINGKASAN
YULIANTO SUTEJA. Percampuran Turbulen Akibat Pasang Surut Internal
dan Implikasinya Terhadap Nutrien di Selat Ombai. Dibimbing oleh MULIA
PURBA dan AGUS SALEH ATMADIPOERA.
Selat Ombai merupakan salah satu daerah di perairan Indonesia yang memiliki kecepatan arus dan energi pasut internal yang tinggi. Kombinasi antara energi dan kecepatan arus pasut internal yang kuat menjadikan Selat Ombai memiliki potensi yang besar untuk terjadinya proses percampuran turbulen. Namun demikian, belum diketahui besarnya nilai percampuran turbulen yang terjadi. Percampuran turbulen merupakan salah satu faktor penyebab terjadinya penaikkan nutrien yang sangat penting untuk kehidupan biota yang berada di lapisan atas. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengestimasi percampuran turbulen (vertikal eddy difusivitas) di Selat Ombai menggunakan pendekatan skala Thorpe dan mengestimasi efek percampuran turbulen terhadap fluks nutrien (nitrat, fosfat, dan silikat).
Penelitian ini dilaksanakan pada tanggal 9-22 Juli 2010 bersamaan dengan Pelayaran INDOMIX (Internal Tides and Mixing in The Indonesian
Throughflow) merupakan riset kerjasama antara Fakultas Perikanan dan Ilmu
Kelautan (FPIK) Institut Pertanian Bogor (IPB) dengan LEGOS dan LOCEAN Perancis. Lokasi pengambilan data dilakukan di Selat Ombai dengan menggunakan Kapal Riset Marion Dufresne dari Perancis. Data temperatur, salinitas, dan tekanan diperoleh dengan menggunakan sensor CTD Sea-Bird
Electronics (SBE) 911 Plus, selanjutnya dilakukan tahap pengolahan data
dengan prosedur standar menggunakan perangkat lunak SBE Data Processing. Data nutrien (nitrat, fosfat, dan silikat) diperoleh dari air yang diambil dengan menggunakan botol rosette yang diturunkan bersama dengan CTD. Sampel air yang diambil sebanyak 22 sampel masing-masing pada kedalaman 5, 25, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 350, 450, 550, 650, 750, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, dan 1500 m. Pengukuran konsentrasi nitrat, fosfat, dan silikat dilakukan di Laboratorium Prolink IPB dengan masing-masing menggunakan metode Brucine, Ascorbic Acid, dan Molybdosilicate. Dari data CTD dilakukan perhitungan nilai Thorpe displacement , skala Thorpe , panjang skala Ozmidov , frekuensi Brunt Vaisala , tingkat energi kinetik disipasi turbulen eddy dan selanjutnya melakukan estimasi difusivitas vertikal eddy . Dari nilai dan konsentrasi nutrien kemudian dilakukan perhitungan fluks nutrien.
Selat Ombai merupakan perairan laut dalam, sehingga perbedaan temperatur, salinitas, dan densitas sampai dasar perairan dapat dilihat dengan jelas. Berdasarkan temperatur, perairan Selat Ombai dapat dibedakan menjadi 3 lapisan yaitu lapisan tercampur, lapisan termoklin, dan lapisan dalam. Lapisan tercampur merupakan lapisan yang memiliki temperatur yang hampir seragam dan paling tinggi. Ketebalan lapisan ini berkisar antara 21–71 m. Lapisan paling tebal didapatkan pada ulangan 5-2 dan paling tipis pada ulangan 5-7. Perbedaan ketebalan lapisan ini diduga dipengaruhi oleh aktifitas gelombang internal di lokasi penelitian. Lapisan termoklin di Selat Ombai memiliki rata-rata penurunan temperatur > 0,1oC per meter. Lapisan ini memiliki kedalaman yang hampir sama dengan kedalaman lapisan pycnocline dengan kedalaman berkisar antara 22– 254 m. Lapisan termoklin memiliki struktur mirip dengan struktur step like terutama pada ulangan 5-2, 5-3, 5-4 dan 5-5 yang diduga diakibatkan proses percampuran turbulen. Pada lapisan dalam ulangan 5-6 terdapat pola
viii
temperatur, salinitas, dan densitas yang berbeda dibandingkan dengan ulangan lainnya. Hal ini diduga karena adanya pengadukan massa air di lapisan bawah oleh aktivitas gelombang internal yang kuat.
Hasil analisis terhadap diagram TS (Temperature Salinity) menunjukkan bahwa massa air yang melewati Selat Ombai adalah massa air Laut Jawa di bagian permukaan, massa air North Pacific Subtropical Water (NPSW) di kedalaman 118-198 m dan massa air North Pacific Intermediate Water (NPIW) di kedalaman 217-346 m. Hasil analisis diagram TS juga menunjukkan bahwa sinyal massa air South Pacific Subtropical Lower Thermocline Water (SPSLTW) sangat lemah (tidak terdeteksi) hal ini diduga karena adanya variasi musiman dimana massa air Samudra Pasifik Selatan yang masuk ke jalur Arlindo kuat pada saat bertiup Angin Muson Barat Laut, sedangkan penelitian ini dilakukan pada saat Angin Muson Tenggara bertiup.
Hasil perhitungan frekuensi Brunt Vaisala menunjukkan bahwa lapisan termoklin merupakan lapisan yang memiliki tingkat kestabilan yang paling tinggi, diikuti lapisan tercampur dan lapisan dalam merupakan lapisan yang paling tidak stabil. Hasil plot melintang densitas menunjukkan adanya rambatan gelombang internal dengan periode semidiurnal di Selat Ombai. Periode pasut internal ini mirip dengan periode pasut dari hasil prediksi pasut di Pelabuhan Dili. Efek dari gelombang internal ternyata lebih kuat ke arah bawah dibandingkan ke arah atas, hal ini diduga karena lapisan bawah lebih seragam dibandingkan dengan lapisan atas.
Hasil plot menegak densitas awal yang dibandingkan dengan densitas yang disusun ulang ke kondisi stabilitas statis (reordering) menunjukan terjadi Thorpe displacement yang tinggi pada saat surut (ulangan 5-2 dan 5-6) dibandingkan dengan kondisi pasang pada gelombang internal. Hal ini diduga karena adanya interaksi antara glombang internal dengan dasar perairan. Nilai skala Thorpe dari tiap penurunan CTD berbeda-beda tergantung dari besar kecilnya nilai dan jumlah massa air yang mengalami . Secara keseluruhan nilai tinggi di lapisan tercampur (24,41 m), menurun di lapisan termoklin (5-16,97 m) dan meningkat kembali di lapisan dalam (20,19-106,89 m).
Nilai rata-rata energi kinetik disipasi turbulen eddy Selat Ombai pada semua lapisan adalah 4,22 x 10-6 W kg-1. Hasil perata-rataan nilai menunjukkan bahwa nilai di lapisan termoklin paling kecil (1,36 x 10-6 W kg-1) dibandingkan dengan lapisan tercampur dan lapisan dalam yang hampir homogen. Rendahnya nilai pada lapisan termoklin menunjukkan semakin sedikit energi kinetik yang berada dalam aliran tubulen yang akan mengalami pemecahan menjadi bentuk yang lebih kecil (dissipation) yang akan berfungsi untuk mentransfer energi ke media yang lain. Lapisan termoklin merupakan lapisan yang cenderung berhimpitan dengan lapisan pycnocline dan halocline, hal ini menyebabkan lapisan ini memiliki tingkat kestabilan yang paling tinggi. Tingkat kestabilan ini akan sangat mempengaruhi rendahnya nilai displacement dan nilai yang memiliki korelasi linier dengan nilia . Nilai energi kinetik tertinggi (12,24 x 10-6 W kg-1) berada pada lapisan dalam yang hampir homogen, hal ini menunjukkan lapisan dalam merupakan lapisan dimana energi kinetik mengalami pemecahan yang paling tinggi yang nantinya akan berkontribusi untuk terjadinya proses percampuran.
Nilai antar ulangan menunjukkan bahwa pada ulangan 5-2 dan 5-6 lebih tinggi dibandingkan dengan ulangan lain, sedangkan nilai terendah didapatkan pada ulangan 5-4. Tinggi rendahnya nilai ini diduga terkait aktivitas gelombang internal yang ada di ulangan tersebut. Secara keseluruhan nilai rata-rata Selat Ombai adalah 7,56 x 10-2 (+ 2,83 x 10-1) m2 s-1. Nilai
ix
paling rendah di Selat Ombai terdapat di lapisan termoklin (9,33 x 10-4 m2 s-1), namun nilai ini lebih tinggi dibandingkan dengan didapatkan Ffield dan Gordon (1992) sebesar 1 x 10-4 m2 s-1. Walapun nilai di lapisan termoklin rendah, namun proses percampuran turbulen yang terjadi pada daerah ini diduga menjadi pemicu yang menyebabkan lapisan termoklin memiliki struktur mirip step like. Nilai pada lapisan dalam merupakan yang paling tinggi (2,17 x 10-1 m2 s-1), nilai ini hampir sama yang didapatkan Hatayama (2004) pada dasar Sill Dewakang (2 x 10-1 m2 s-1). Hal ini diduga karena adanya interaksi gelombang internal dan shear dengan topografi dasar perairan.
Pola sebaran nutrien menunjukkan konsentrasi nutrien cenderung meningkat dengan bertambahnya kedalaman, selain itu didapatkan juga bahwa konsentrasi fosfat paling rendah (0-0,88 µmol l-1) dibandingkan nitrat (0-25,65 µmol l-1) dan silikat (5,10-70,90 µmol l-1). Pada lapisan termoklin tidak terdapat fluks nutrien (nitrat, fosfat, dan silikat) karena di lapisan termoklin ulangan 5-3 tidak terjadi percampuran (nilai sebesar 0 m2 s-1). Tidak terjadinya percampuran ini disebabkan oleh tingkat stabilitas yang tinggi pada lapisan termoklin ulangan 5-3. Lapisan tercampur memiliki nilai fluks nutrien (8,42 x 10-5 -1,32 x 10-3 m2 µmol l-1 s-1) yang lebih rendah dibandingkan lapisan dalam namun lebih tinggi dibandingkan lapisan termoklin. Fluks nutrien yang rendah di lapisan tercampur disebabkan konsentrasi nutrien pada lapisan ini rendah sehingga jumlah nutrien yang dipindahkan (mengalami fluks) juga sedikit. Fluks nutrien paling tinggi ditemukan di lapisan dalam (8,28 x 10-5-165,56 x 10-5 m2 µmol l-1 s-1). Hal ini disebabkan karena adanya kombinasi antara konsentrasi nutrien yang tinggi dan nilai percampuran turbulen yang besar.
xi
© Hak Cipta milik Institut Pertanian Bogor Tahun 2011 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulisan ini tanpa mencantumkan atau menyebut sumber. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
xiii
PERCAMPURAN TURBULEN AKIBAT PASANG SURUT
INTERNAL DAN IMPLIKASINYA TERHADAP NUTRIEN
DI SELAT OMBAI
YULIANTO SUTEJA
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Kelautan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
xiv
xv
LEMBAR PENGESAHAN
Judul Penelitian : Percampuran Turbulen Akibat Pasang Surut Internal dan Implikasinya Terhadap Nutrien di Selat Ombai
Nama : Yulianto Suteja
NRP : C551090061
Disetujui
Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Mulia Purba, M.Sc.
Ketua
Dr. Ir. Agus S. Atmadipoera, DESS.
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Ilmu Kelautan
Dr. Ir. Neviaty P. Zamani, M.Sc.
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Dahrul Syah M.Sc. Agr.
xvii
PRAKATA
Syukur alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena dengan rahmat dan karunia-Nya dapat terselesaikannya penelitian yang dilanjutkan dengan penyusunan dan penulisan thesis dengan judul “Percampuran Turbulen Akibat Pasang Surut Internal dan Implikasinya
Terhadap Nutrien di Selat Ombai”. Tulisan ini disusun dalam rangka
penyelesaian tugas akhir pendidikan magister pada Program Studi Ilmu Kelautan Institut Pertanian Bogor.
Penelitian ini fokus mengkaji mengenai estimasi percampuran turbulen dan implikasinya terhadap fluks nutrient di Selat Ombai. Hasil studi ini sedang dalam proses publikasi pada beberapa jurnal kelautan dengan harapan dapat dijadikan rujukan ilmiah dalam upaya eksplorasi sumberdaya alam pesisir dan laut di Selat Ombai serta sebagai rujukan dalam pengelolaan sumberdaya perikanan di Provinsi Nusa Tenggara Timur dan pengeolaan Taman Nasional Laut Sawu sebagai daerah kawasan konservasi paus.
Bogor, 23 Agustus 2011 Ttd
xix
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapak terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak yang telah mendukung terselesaikannya thesis ini.
1. Prof. Dr. Ir. Mulia Purba, M.Sc. selaku ketua komisi pembimbing sekaligus “BAPAK” yang berperan aktif membimbing penulis dalam rangka penyelesaian tugas akhir sekaligus memberikan wawasan dan pendidikan tentang oseanografi fisika yang sangat membantu dalam proses pembelajaran.
2. Dr. Ir. Agus Saleh Atmadipoera, DESS. Selaku anggota komisi pembimbing dan co-chief scientist pelayaran INDOMIX 2010 yang banyak memberikan masukan, kritikan, dan arahan dalam upaya penyelesaian penulisan thesis ini.
3. Dr. Ir. Neviaty P. Zamani, M.Sc. selaku Ketua Program Studi Ilmu Kelautan Institut Pertanian Bogor yang banyak memberikan koreksi penulisan dan motivasi dalam penyelesaian penulisan thesis.
4. Dr. Ir. I Wayan Nurjaya, M.Sc. selaku penguji luar komisi pada ujian tahap akhir penyelesaian studi yang banyak memberikan saran dalam penyempurnaan hasil penelitian.
5. Kedua Orang Tua (Ayahanda Ishak S.Pd. dan Ibunda Hainim S.Pd.) dan
seluruh keluarga (Kak Ofi, Kak Eka, Adik Kiki, Kak Tuan, Kak Cah, Ofar, Obin, Wahyu) yang tidak berhenti memberikan dukungan dan motivasi
kepada penulis untuk terus belajar dan berusaha.
6. Team Pelayaran INDOMIX 2010 dan Kru Kapal Riset Marion Dufresne
(Francis) atas kerjasama yang baik dalam proses pelayaran dan
pengambilan data lapangan.
7. Anna Ida Sunaryo atas dukungan dan motivasi dalam penyelesaian studi. 8. Teman-teman Program Studi Ilmu Kelautan angkatan 2009 IPB (Bang
Lumban, Maria, Ai, Wahyu, Kahar, Kapten Toni, Mbak Citra, Cak Roni, Mbak Riri, Mbak Yuli, Mbak Emi, Yayan, Mas Reza, dan Mbak Tias) dan Laboratorium Data Processing (Oliver, Erlan, Oting, Santos, Resni, Risni, Kris, Dipo, dan Hanung) terimakasih banyak atas saran, kritik, serta
dorongan selama menempuh belajar bersama
9. DIKTI yang memberikan biaya pendidikan melalui Beasiswa Pendidikan Pascasarjana (BPPS) 2009, serta semua pihak yang telah membantu memberikan masukan bagi penyempurnaan tesis.
xxi
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 13 Juli 1985 di Selakerat-Lombok timur sebagai anak ke-3 dari empat bersaudara pasangan Ishak, S.Pd. dan Hainim S.Pd. Pendidikan sekolah dasar diselesaikan penulis di SDN 2 Keluncing Tahun 1997, selanjutnya melanjutkan sekolah ke SMPN 2 Terara, lulus Tahun 2000. Pendidikan sekolah menengah atas diselesaikan Tahun 2003 di SMAN 1 Terara. Penulis kemudian melanjutkan pendidikan keperguruan tinggi melalui program SPMB (Sleksi Penerimaan Mahasiswa Baru) pada tahun 2003 di Program Studi Ilmu Kelautan, Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan, Universitas Hasanuddin dan menyelesaikan studinya tahun 2007 dengan lama studi 3 tahun 11 bulan. Pada Tahun 2007 penulis diterima sebagai dosen tetap yayasan IKIP-Mataram di Program Studi Biologi FPMIPA IKIP Mataram. Tahun 2009 penulis melanjutkan studi magister di Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor (IPB) pada Program Studi Ilmu Kelautan. Dalam penyelesaian studi magister sains, penulis menyusun thesis yang berjudul “Percampuran Turbulen Akibat Pasang Surut Internal dan Implikasinya Terhadap Nutrien di Selat Ombai”.
Sejak kuliah di Universitas Hasanuddin penulis aktif dalam kegiatan organisasi dan menjabat sebagai Ketua Senat Ilmu dan Teknologi Kelautan pada tahun 2006. Pada saat menempuh pendidikan magister sains di IPB, penulis menjadi Ketua Wacana Interaksi Mahasiswa Pascasarjana Ilmu dan Teknologi Kelautan (Watermassa) pada tahun 2009-2010. Selain itu, penulis juga aktif di dunia karya tulis ilmiah dan lebih dari lima karya tulis pernah dibuat dengan penghargaan sebagai finalis PKM DIKTI Tahun 2006 dan pada tahun yang sama sebagai finalis dalam rangka Dies Natelis Universitas Hasanuddin. Penulis juga menerima penghargaan sebagai lulusan terbaik Universitas Hasanuddin pada wisuda tahap I dengan IPK 3,99 dari skala 4,00. Dalam menyelesaikan studi magister, penulis menjadi salah satu peserta pelayaran INDOMIX 2010.
xxiii
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR TABEL ... xxv DAFTAR GAMBAR ... xxvii DAFTAR LAMPIRAN ... xxix 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Kerangka Pemikiran... 3 1.3 Tujuan dan Manfaat ... 5 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 7 2.1 Turbulensi (Olakan) ... 7 2.2 Ketidakstabilan Massa Air ... 8 2.3 Percampuran (Mixing) ... 10 2.4 Pasang Surut Internal ... 11 2.5 Nutrien di Perairan ... 13 2.6 Pelayaran INDOMIX 2010 ... 14 3 BAHAN DAN METODE ... 17 3.1 Waktu dan Tempat ... 17 3.2 Metode Pengumpulan Data ... 17 3.3 Metode Pengukuran Nutrien ... 18 3.3.1 Nitrat ... 18 3.3.2 Fosfat ... 19 3.3.3 Silikat ... 19 3.4 Metode Akuisisi Data ... 20 3.5 Metode Analisis Data ... 22 3.6 Metode Penentuan Lapisan Kolom Perairan ... 26 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 27 4.1 Profil Menegak Temperatur, Salinitas, dan Densitas ... 27 4.2 Massa Air yang Melewati Selat Ombai ... 32 4.3 Stabilitas Statis ... 35 4.4 Gelombang Internal ... 37 4.5 Estimasi Skala Thorpe ... 39 4.6 Estimasi Energi Kinetik Disipasi Turbulen Eddy dan
Difusivitas Vertikal Eddy ... 45 4.7 Nutrien Selat Ombai... 48 4.7.1 Profil Vertikal Nutrien ... 48 4.7.2 Fluks Nutrien ... 50
xxiv
5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 53 5.1 Kesimpulan ... 53 5.2 Saran ... 53 DAFTAR PUSTAKA ... 55 LAMPIRAN ... 61
xxv
DAFTAR TABEL
Halaman 1 Data penurunan CTD ... 18 2 Karakter massa air yang melewati Selat Ombai ... 33 3 Nilai difusivitas vertikal eddy di Selat Ombai ... 48
xxvii
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1 Kerangka pemikiran ... 4 2 Transfer energi dari pasut barotropik ke baroklinik ... 13 3 Profil nutrien di Laut Banda (I), kedalaman Weber (II), dan Laut Arafura
(III) ... 14 4 Proses-proses fisik yang mempengaruhi distribusi nutrien di kolom
perairan ... 15 5 Rute pelayaran Indomix 2010, dimulai dari pelabuhan Sorong di Papua
tanggal 9 Juli 2010, kemudian ke Laut Halmahera, Laut Seram, Laut Banda, Selat Ombai, Laut Sawu, Selat Lombok dan berakhir di
pelabuhan Tanjung Perak Surabaya tanggal 22 Juli 2010 ... 16 6 Lokasi pengukuran yo-yo CTD selama 24 jam ... 17 7 Diagram alir analisis data ... 23 8 Ilustrasi proses pencarian nilai Thrope displacement. Data densitas
sebenarnya dengan kondisi instabilitas statis (kotak dengan garis titik- titik), disusun ulang untuk mencari densitas kondisi stabilitas statis (garis putus-putus merah). Jarak perpindahan dari kedalaman awal ke
kedalaman baru merupakan nilai Thorpe displacement ... 23 9 Profil vertikal temperatur (a), salinitas (b), dan densitas (c) Selat
Ombai ... 28 10 Korelasi linier antara kecepatan angin sesaat dan ketebalan lapisan
tercampur... 29 11 Profil vertikal temperatur (a), salinitas (b), dan densitas (c) yang
diperbesar sampai kedalaman 500m ... 30 12 Back scater data LADCP dengan arah meridional di Selat Ombai. Warna
merah sampai kuning menunjukkan arus bergerak ke utara dan biru sampai ungu ke arah selatan ... 31 13 Diagram TS di Selat Ombai tanggal 16-17 Juli 2010 (a). Tanda panah
merah menunjukkan massa air yang terdeteksi. Hasil pembesaran
massa air NPSW (b) dan NPIW (c) ... 33 14 Frekuensi Brunt Vaisala (garis biru) yang ditumpang tindih dengan
temperatur (garis merah) pada ulangan 5-1 (a), 5-2 (b), 5-3 (c), 5-4 (d), 5-5 (e), 5-6 (f), 5-7 (g), 5-8 (h), dan 5-9 (i) ... 36
xxviii
15 Rambatan gelombang internal dari data CTD Selat Ombai dengan puncak dan lembah gelombang ditunjukkan dengan anak panah (a). prediksi pasut di Pelabuhan Dili pada tanggal 16-17 Juli 2010 (b) ... 38 16 Perbandingan antara densitas awal dengan densitas stabilitas statis
untuk seluruh kedalaman pada saat surut (a) di ulangan 5-2 (atas) dan ulangan 5-6 (bawah). Bila kotak hijau pada gambar (a) diperbesar maka akan terlihat bahwa massa air densitas rendah (kotak hitam garis titik- titik) berada di bawah massa air densitas tinggi (kotak hitam garis putus- putus) (b). ... 40 17 Perbandingan antara densitas awal dengan densitas stabilitas statis
untuk seluruh kedalaman pada saat pasang (a) di ulangan 5-4. bila kotak hijau pada gambar (a) diperbesar maka akan terlihat bahwa massa air pada saat surut cenderung dalam kondisi stabilitas statis (b). ... 41 18 Perbandingan data Thorpe displacement sebelum diterapkan metode
GK (a) dan sesudah diterapkan metode GK (b). Contoh data noise lebih jelas terlihat di kotak garis titik-titik dan yang sudah dihaluskan di kotak garis putus-putus ... 42 19 Thorpe displacement seluruh ulangan ... 43 20 Nilai skala Thorpe Selat Ombai ... 45 21 Grafik nilai energi kinetik disipasi turbulen eddy dengan standar deviasi
Selat Ombai ... 46 22 Nilai difusivitas vertikal eddy dengan rataan kedalaman 10 m ... 47 23 Profil vertikal nitrat (a), fosfat (b), dan silikat (c) di Selat Ombai ... 49 24 Fluks Nutrien Selat Ombai (x 10-5 m2 µmol l-1 s-1) ... 51
xxix
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 1 Profil vertikal temperatur ... 63 2 Profil vertikal temperatur yang diperbesar sampai kedalaman
500 m ... 66 3 Profil vertikal salinitas... 69 4 Profil vertikal salinitas yang diperbesar sampai kedalaman
500 m ... 72 5 Profil vertikal densitas (sigma theta) ... 75 6 Profil vertikal densitas (sigma theta)yang diperbesar sampai
1
1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sirkulasi termohalin yang lebih dikenal dengan the Great Conveyor Belt (GCB) merupakan sirkulasi skala global yang mensirkulasikan semua massa air lautan di dunia. Salah satu komponen penting dari GCB adalah Arus Lintas Indonesia (Arlindo) yang mentransfer massa air dari Samudera Pasifik ke Samudera Hindia. Arlindo mempengaruhi transfer bahang dari Samudera Pasifik ke Samudera Hindia dan posisi daerah konveksi atmosfer sehingga Arlindo berperan penting dalam mempengaruhi iklim global secara umum dan iklim tropis secara khusus (Schneider, 1998; Koch-Larrouy et al., 2010). Variabilitas massa air yang ditransfer Arlindo menunjukkan adanya korelasi yang kuat dengan anomali iklim seperti ENSO (El Nino Southern Oscillation) dan sistem muson (Webster et al., 1999; Koch-Larrouy et al., 2010).
Hasil observasi dan pemodelan sirkulasi samudera menunjukkan terdapat dua lintasan Arlindo. Lintasan pertama (lintasan barat) merupakan lintasan utama yang membawa sekitar 11,6 + 3,3 Sv (1 Sv = 106 m3 s-1) massa air Samudera Pasifik Utara yaitu dari lapisan termoklin (North Pacific Subtropical Water, NPSW) dan lapisan bawah termoklin (North Pacific Intermediete Water, NPIW). Massa air lintasan barat masuk melalui Selat Mindanao kemudian ke Laut Sulawesi dan mengalir ke Selat Makassar. Sebagian kecil massa air lintasan barat (sekitar 2,6 Sv) keluar ke Samudera Hindia melalui Selat Lombok, sedangkan sebagian besar berbelok ke arah timur menuju Laut Flores kemudian ke Laut Banda dan keluar menuju Samudera Hindia melalui Selat Ombai dan Laut Timur (Ffield dan Gordon, 1992; Gordon, 2005; Gordon et al., 2008; Sprintall et al., 2009). Lintasan timur merupakan lintasan sekunder yang masih belum diteliti secara intensif. Hasil pengukuran yang dilakukan Van Aken et al. (2009) di Lifamatola menunjukkan bahwa lintasan timur Arlindo membawa sekitar 2,5 Sv massa air yang berasal dari Samudera Pasifik selatan dari lapisan yang lebih dalam (South Pacific Subtropical Lower Thermocline Water, SPSLTW) melalui Laut Maluku menuju Laut Banda. Namun jumlah massa air yang dibawa oleh lintasan timur ini belum terestimasi dengan baik. Hal ini disebabkan adanya masukan massa air lain pada lintasan timur, yaitu melalui Laut Halmahera (Wyrtki, 1961; Ilahude dan Gordon, 1996; Gordon, 2005) yang belum pernah diestimasi. Massa air dari lintasan barat dan timur yang bergabung di Laut
2
Banda, kemudian keluar menuju Samudera Hindia melalui Selat Ombai sebanyak 4,9 Sv dan Laut Timor sebanyak 7,5 Sv (Ffield dan Gordon, 1992; Gordon, 2005; Sprintall et al., 2009).
Massa air yang mengalir dari Samudera Pasifik ke Samudera Hindia melalui Arlindo mengalami perubahan karakter. Hasil pengukuran salinitas massa air Arlindo menunjukkan perubahan pada aliran masuk dan keluar, yaitu salinitas massa air NPSW dari 34,90 psu menjadi 34,54 psu dan massa air NPIW dari 34,35 psu menjadi 34,47 psu. Perubahan salinitas ini mengindikasikan bahwa di perairan Indonesia terjadi proses percampuran vertikal yang sangat kuat (Ffield Gordon, 1996; Hautala et al., 1996; Hatayama, 2004; Robertson dan Ffield, 2005; Koch-Larrouy et al., 2007; Atmadipoera et al., 2009). Selain merubah karakteristik massa air, proses percampuran vertikal juga mampu mensuplai nutrien di lapisan atas karena adanya pergerakan massa air dari lapisan bawah yang kaya nutrien ke lapisan atas sehingga akan mempengaruhi distribusi dan fluks nutrien secara vertikal (Horne et al., 1996; Law et al., 2003).
Proses percampuran vertikal dapat disebabkan oleh topografi yang kasar (misalnya awang), selat, dan gelombang internal. Berbagai hasil pemodelan 2 dimensi dan 3 dimensi menunjukkan perairan Indonesia merupakan wilayah yang dicirikan dengan nilai pasang surut (pasut) internal yang kuat. Hasil pemodelan menunjukkan energi yang ditransfer dari pasut barotropik ke pasut baroklinik di perairan Indonesia sebesar 0,11 TW (Terawatt = 1012 Watt) atau sekitar 10 % dari jumlah transfer di seluruh lautan (1,1 TW) (Carrere dan Lyard, 2003). Pasut internal yang kuat ini merupakan energi utama dan proses inti untuk mentransformasi massa air Arlindo yang menuju Samudera Hindia.
Salah satu perairan Indonesia yang memiliki nilai pasut baroklinik (internal) yang tinggi adalah Selat Ombai, dimana kecepatan arus pasut internalnya paling kuat di perairan Indonesia yaitu lebih dari 0,5 m s-1 (Robertson dan Ffield, 2005; Koch-Larrouy et al., 2007). Kombinasi antara energi dan kecepatan arus pasut internal yang kuat menjadikan Selat Ombai memiliki potensi yang besar untuk terjadinya proses percampuran turbulen. Namun demikian, belum diketahui besarnya nilai percampuran tubulen yang terjadi. Percampuran tubulen merupakan salah satu faktor yang menyebabkan naiknya nutrien ke lapisan atas yang sangat penting untuk kehidupan biota. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian yang mengkaji nilai percampuran turbulen, terutama keterkaitan antara
3
besarnya percampuran turbulen yang dikarakterisasi oleh nilai vertikal difusivitas eddy dengan fluks nutrien yang terjadi pada kolom perairan.
1.2 Kerangka Pemikiran
Penelitian tentang percampuran di perairan Indonesia bukan merupakan hal yang baru. Berbagai pendekatan dilakukan untuk mengetahui besarnya nilai percampuran turbulen yang terjadi di perairan Indonesia, baik menggunakan data satelit maupun data hasil pengukuran langsung. Ffield dan Gordon (1992) menggunakan data CTD dari hasil pengukuran National Oceanic Data Center (NODC) untuk menduga nilai percampuran lapisan termoklin perairan Indonesia dan menghasilkan nilai sebesar 1,0 x 10-4 m2 s-1. Nilai percampuran tersebut hampir sama dengan hasil simulasi percampuran pasut 3D yang dilakukan Koch-Larrouy et al. (2007) yaitu 1,5 x 10-4 m2 s-1. Pendekatan lain dilakukan juga oleh Hatayama (2004) dengan menggunakan pemodelan numerik yang menghasilkan nilai maksimum vertikal difusifitas sebesar 6,0 x 10-3 m2 s-1 di Ambang (Sill) Dewakang.
Beberapa pendekatan di atas menghasilkan nilai percampuran yang bervariasi. Oleh karena itu, perlu dilakukan pendekatan lain untuk mengestimasi percampuran turbulen sehingga lebih menggambarkan kondisi di alam. Salah satu pendekatan tersebut adalah dengan menggunakan metode skala Thorpe yang melakukan estimasi nilai percampuran turbulen berdasarkan profil vertikal massa air yang diperoleh dari data CTD (Conductivity Temperature Depth). Pemilihan penggunaan data CTD ini dilakukan berdasarkan Ffield dan Gordon (1996) yang menegaskan bahwa percampuran turbulen yang terjadi di perairan Indonesia disebabkan oleh adanya pasut internal, dimana salah satu cara untuk mengetahui adanya pasut internal ini adalah melalui pengukuran data CTD secara deret waktu (minimal satu siklus pasut).
Pengambilan data CTD di Selat Ombai dilakukan bersama dengan kegiatan pelayaran Indonesian Mixing (INDOMIX) 2010. Pada kegiatan pelayaran ini dilakukan penurunan yo-yo CTD selama 24 jam di Selat Ombai sehingga memberikan kesempatan untuk memperoleh data CTD secara deret waktu. Data yo-yo CTD yang diperoleh dalam pelayaran memenuhi kriteria dilakukannya perhitungan estimasi nilai percampuran turbulen yang lebih akurat dan sinyal gelombang internal yang menyebabkan terjadinya percampuran turbulen juga dapat diperoleh dengan lebih jelas. Pada kegiatan pelayaran
4
INDOMIX 2010 dilakukan juga pengukuran profil vertikal nutrien dari sampel air pada tekanan tertentu yang diambil dengan botol rosette yang diturunkan bersama CTD. Hal tersebut memungkinkan untuk dilakukannya estimasi dampak percampuran turbulen terhadap fluks nutrien di Selat Ombai. Secara skematik, kerangka pemikiran penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 Kerangka pemikiran.
Berdasarkan hal di atas, maka yang akan dijawab dalam penelitian ini adalah :
a. Berapa besar nilai percampuran turbulen (vertikal eddy diffusivitas) di Selat Ombai
b. Bagaimana efek percampuran turbulen terhadap fluks nutrien (nitrat, fosfat, dan silikat) Nilai percampuran lapisan termoklin perairan Indonesia 1,0 x 10-4 m2s-1 (Ffield dan Gordon, 1992) Nilai percampuran perairan Indonesia 1,5 x 10-4 m2s-1 (Koch-Larrouy, 2007) Nilai percampuran Ambang Dewakan 6,0 x 10-3 m2s-1 (Hatayama, 2004)
Nilai percampuran yang bervariasi
Metode Lain : pendekatan skala Thorpe
Data yo-yo CTD selama 24 jam Pelayaran INDOMIX 2010 Profil vertikal Massa air Profil vertikal nutrien Nilai percampuran turbulen Fluks Nutrien
5
1.3 Tujuan dan Manfaat
Tujuan dari penelitian ini adalah
a. Mengestimasi percampuran turbulen (vertikal eddy difusivitas) di Selat Ombai menggunakan pendekatan skala Thorpe
b. Mengestimasi efek percampuran turbulen terhadap fluks nutrien (nitrat, fosfat, dan silikat)
Hasil penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai :
a. Parameterisasi model sehingga tingkat akurasi model menjadi lebih baik b. Informasi tentang efek percampuran turbulen terhadap fluks nutrien dapat
digunakan untuk mengetahui produktivitas perairan Selat Ombai sehingga dapat dimanfaatkan untuk mengetahui ketersedian sumberdaya alam yang ada terutama sumber daya perikanan.
7
2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Turbulensi (Olakan)
Turbulen adalah proses fisik yang dominan pada fluida yang pergerakannya bersifat energetic, rotasional, eddies, dan irreguler (Stewart, 2002; Thorpe, 2007). Turbulensi di dekat permukaan laut biasanya digerakkan oleh angin dan berfungsi untuk mentransmisikan bahang ke dalam dan ke luar laut (Neumann dan Pierson, 1966). Turbulensi di dekat dasar laut mempengaruhi deposisi, transfer momentum, resuspensi partikel organik dan inorganik dan pergerakan sedimen. Air laut umumnya bergerak dalam aliran turbulen dan jarang sekali dalam aliran laminar (bersifat teratur) (Thorpe, 2007).
Menurut Monin dan Ozmidov (1985) berdasarkan sifat alamiahnya, skala spasial-temporal, arah percampuran, dan intensitas, gerakan turbulensi di laut diklasifikasikan menjadi dua kategori yaitu :
a. Turbulensi skala meso
Pada skala ini turbulensi diciptakan oleh ketidakstabilan (misalnya ketidakstabilan baroklinik, barotropik, dll) dan biasanya terjadi di sepanjang permukaan dengan densitas konstan (isopiknal). Turbulensi ini sering disebut turbulensi skala Rosbby karena mempunyai dimensi jarak antara 10–100 km.
b. Turbulensi skala mikro
Pada skala ini turbulensi terutama diciptakan oleh shear dan pecahnya gelombang internal dan mempunyai skala dimensi jarak 0,001–1 m serta terjadi dalam arah vertikal. Pergerakan turbulensi skala mikro terjadi dalam arah vertikal sehingga turbulensi ini mengontrol dinamika arus serta pertukaran vertikal dalam sirkulasi di estuari dan pesisir serta mengontrol interaksi udara-laut.
Pergerakan massa air yang bersifat turbulen atau laminar diketahui dengan menggunakan Bilangan Reynolds dengan persamaan (Monin dan Ozmidov, 1985; Lesieur, 1997; Stewart, 2002; Thorpe, 2007; ):
dimana adalah tipikal velositas aliran (m s-1), adalah tipikal panjang (m) yang menggambarkan aliran dan adalah kinematik molekuler viskositas (nilai untuk
8
air adalah 10-6 m2 s-1). Jika nilai kurang dari 10-3 maka dikatakan aliran bersifat laminar dan jika lebih dari 105 maka aliran bersifat turbulen.
Menurut Thorpe (2007), pergerakan air yang bersifat turbulen merupakan pergerakan air yang memiliki nilai energi kinetik yang berasal dari pecahnya gelombang baik gelombang internal maupun gelombang permukaan. Energi kinetik yang berada dalam aliran tubulen akan mengalami pemecahan menjadi bentuk yang lebih kecil (dissipation) yang nantinya berfungsi untuk mentransfer bahang atau energi ke media yang lain. Contoh proses transfer energi ke media yang lain misalnya proses turbulen dapat mengikis sedimen yang ada di dasar perairan, membawa sedimen ini ke kolom perairan, dll. Menurut Ozmidov (1965)
in Park et al., (2008) besarnya energi kinetik yang mengalami proses disipasi
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
dimana adalah skala panjang Ozmidov (m), adalah frekuensi apung atau frekuensi Brunt Vaisala (s-1). persamaan ini sangat penting karena menggambarkan besar energi kinetik yang hilang dan bersifat irrevesible di lautan.
Salah satu metode untuk mengukur besarnya nilai turbulensi adalah dengan melakukan kalkulasi terhadap persamaan gerak, konduksi temperatur dan proses diffusi (Monin dan Ozmidov, 1985). Menurut Thorpe (2007) proses turbulensi merupakan konsekuensi dari adanya dispersi suatu partikel material melalui difusi, sehingga untuk mengetahui besar kecilnya turbulensi vertikal suatu fluida (air dan atmosfer), dapat dilakukan dengan menghitung nilai difusivitas eddy dengan persamaan:
dimana adalah konstanta efisiensi mixing yang memiliki nilai 0,2 dan adalah frekuensi Brunt Vaisala (s-1).
2.2 Ketidakstabilan Massa Air
Secara vertikal, massa air memiliki lapisan-lapisan yang terbentuk dari berbagai parameter oseanografi yang ada. Parameter ini meliputi temperatur, salinitas, densitas, tekanan, cahaya, nutrien, dll yang memiliki nilai yang
berbeda-9
beda tergantung dari tekanan. Adanya fenomena pelapisan massa air ini akan mempengaruhi kestabilan massa air tersebut (Pond dan Pickard, 1983).
Densitas suatu perairan akan sangat mempengaruhi kestabilan perairan yang ada. Densitas akan meningkat seiring dengan bertambahnya tekanan. Pada kondisi ideal atau dalam kondisi tidak ada ganguan, massa air yang memiliki densitas rendah akan selalu berada di atas massa air yang berdensitas tinggi. Namun pada kondisi nyata densitas tidak selalu tersusun seperti kondisi tersebut. Kondisi ini akan mengakibatkan ketidakstabilan massa air karena massa air ini akan berosilasi atau bergerak secara vertikal (naik/turun) untuk mencari posisi stabil (Pickard dan Emery, 1990).
Pengujian gradien temperatur (untuk air tawar) dan densitas (untuk air laut) secara vertikal merupakan teknik yang umum digunakan untuk melihat apakah suatu lapisan perairan dalam kondisi stabil atau tidak. Fluida dikatakan tidak stabil apabila terjadi kecenderungan pergerakan atau perubahan posisi massa air secara vertikal dari kedudukan awalnya tanpa kembali lagi ke posisi awalnya. Jika fluida tidak memberikan hambatan secara berarti terhadap gerakan secara vertikal maka fluida dikatakan tetap netral. Fluida akan dikatakan stabil jika fluida tersebut memberikan perlawanan gerak secara vertikal (Pond dan Pickard, 1983).
Kestabilan massa air ini dapat ditentukan dengan persamaan stabilitas ( ) (Pond dan Pickard, 1983; Stewart, 2002; Emery et al., 2007):
dimana adalah densitas perairan (kg m-3) dan adalah kedalaman (m). Fluida dikatakan stabil jika > 0, netral jika = 0 dan tidak stabil jika < 0. Jika perbedaan nilai densitas terhadap kedalaman semakin besar, maka lapisan perairan akan semakin stabil.
Menurut Stewart (2002) kondisi perairan laut yang berkaitan dengan stabil tidaknya suatu massa perairan dapat dikatagorikan menjadi 4 jenis:
a. Air yang hangat dan kurang asin berada di atas air dingin dan asin. Air dalam kondisi ini selalu bersifat stabil
b. Air yang dingin dan asin berada di atas air yang hangat dan kurang asin. Air dalam kondisi ini selalu tidak stabil
c. Air yang hangat dan asin berada di atas air yang dingin dan kurang asin. Proses ini biasa disebut salt fingering. Kondisi ini terjadi pada pusat
10
daerah sub-tropical gyre, tropis barat Atlantik Utara, dan barat laut Atlantik.
d. Air yang dingin dan kurang asin berada di atas air yang hangat dan asin. Proses ini disebut konveksi difusi. Kondisi ini tidak sebanyak proses salt
finger dan biasanya terjadi pada daerah lintang tinggi.
2.3 Percampuran (Mixing)
Kondisi fluida yang tidak stabil di laut akan menyebabkan fluida mengalami proses percampuran (Stewart, 2002). Menurut Pond dan Pickard (1983) pada saat fluida berdensitas tinggi berada di atas fluida berdensitas rendah, maka akan terjadi pergerakan secara vertikal untuk mencari posisi stabil. Fluida yang berdensitas tinggi akan tenggelam akibat adanya gaya gravitasi sedangkan yang berdensitas rendah akan naik karena adanya daya apung. Gerakan naik turun fluida untuk mencari posisi stabil dikenal dengan bouyancy frequency atau frekuensi Brunt Vaisala ( ) yang secara matematik ditulis dengan :
dimana adalah percepatan gravitasi bumi (9,8 m s-2), adalah background
density yaitu densitas rata-rata dari hasil pengukuran (kg m-3).
Jarak perpindahan massa air dalam kondisi tidak stabil dapat diketahui dengan menggunakan skala panjang pada turbulen eddy (Dillon, 1982). Thorpe (1977) mengembangkan metode empirik untuk memperkirakan skala panjang turbulen eddy pada aliran horizontal yang bersifat homogen dan pembalikan densitas yang disebabkan oleh pengadukan turbulen. Dillon (1982) menambahkan skala panjang yang dikembangkan Thorpe lebih dikenal dengan skala Thorpe . Secara matematis, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
dimana adalah nilai Thorpe displacement (m) pada sample ke dan adalah jumlah sampel.
Daerah pycnocline merupakan daerah yang paling stabil diantara semua lapisan perairan, sehingga daerah ini membutuhkan energi yang lebih besar untuk terjadinya pemindahan (displacement) massa air. Umumnya proses
11
percampuran terjadi pada lapisan tercampur dan lapisan bawah yang hampir homogen (Pickard dan Emery, 1990). Proses percampuran dapat dibagi menjadi percampuran horizontal dan vertikal. Energi yang dibutuhkan untuk melakukan percampuran vertikal jauh lebih besar dibandingkan dengan percampuran horizontal. Energi percampuran vertikal akan semakin besar dibutuhkan dengan semakin stabil pelapisan massa air (Stewart, 2002).
Komponen percampuran vertikal dan horizontal memiliki perbedaan dalam skala dan intensitas. Percampuran turbulen secara vertikal jauh lebih kecil dibandingkan percampuran turbulen horizontal. Perbedaan ini disebabkan oleh dimensi vertikal massa air yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan dimensi horizontal sedangkan gradien (misalnya gradien temperatur, densitas, tekanan, dll) horizontal lebih kecil dibandingkan gradien vertikal. Secara horizontal temperatur air laut dapat berubah 10o C atau lebih pada jarak ribuan kilometer, namun secara vertikal perubahan ini terjadi pada selang hanya 1 km saja. Adanya lapisan-lapisan air karena perbedaan densitas secara vertikal merupakan faktor utama yang menghalangi proses percampuran vertikal (Brown
et al., 1993).
Pergerakan fluida secara vertikal, mengakibatkan fluks nutrien dari lapisan bawah ke lapisan yang lebih atas. Hal ini menyebabkan proses percampuran memiliki peranan yang sangat penting bagi kehidupan fitoplankton untuk menopang pasokan nutrien yang sangat dibutuhkan untuk melakukan proses fotosintesis (Thorpe, 2007). Fluks nutrien yang ditimbulkan oleh proses percampuran dapat dihitung dengan menggunakan persaman (Horne et al., 1996; Law et al., 2003):
dimana merupakan perbedaan konsentrasi nutrien pada selang kedalaman (m). Selain berperan dalam fluks nutrien, percampuran juga memiliki peranan penting dalam mempelajari perubahan iklim, dispersi polutan di lautan, dinamika arus secara global, dan perubahan komposisi massa air.
2.4 Pasang Surut Internal
Gelombang internal merupakan gelombang yang terbentuk di bawah permukaan perairan. Pada umumnya gelombang ini berada di lapisan interface
12
antara dua lapisan yang memiliki gradien densitas yang tinggi, seperti antara lapisan tercampur dengan lapisan termoklin. Bila lapisan interface mengalami gangguan (misalnya oleh arus menabrak/melintasi daerah ambang atau perairan dangkal) maka massa air menjadi tidak stabil. Ketidakstabilan disebabkan massa air desitas tinggi berada di atas massa air densitas rendah. Adanya gravitasi bumi dan gaya apung mengakibatkan massa air akan bergerak vertikal menuju posisi stabil. Namun akibat adanya sifat kelembaman, maka massa air ini bergerak melewati posisi stabilnya. Proses ini terus berulang sehingga akan menghasilkan osilasi dalam kolom perairan. Pergerakan massa air secara terus menurus ini akan mengakibatkan terbentuknya gelombang internal. Gelombang internal yang memiliki periode sama dengan periode pasang surut dinamakan pasang surut (pasut) internal. Pasut internal merupakan salah satu energi utama proses percampuran di laut.
Perairan Indonesia merupakan perairan yang memiliki energi pasut internal yang tinggi. Hampir sekitar 10% transfer energi global dari pasut barotropik ke pasut baroklinik ditemukan di perairan semi tertutup Indonesia. Nilai transfer energi di perairan Indonesia terutama tinggi pada basin semi tertutup, ambang (sill), dan selat (Gambar 2) (Carrere dan Lyard, 2003; Koch-Larrouy et al., 2007). Adanya gelombang internal yang terperangkap pada daerah ambang membuat daerah ambang merupakan daerah yang memiliki energi pasut internal yang tinggi, seperti yang terjadi di Ambang Dewakang. Semakin tinggi energi pasut internal maka proses percampuran vertikal akan semakin tinggi pula (Hatayama, 2004).
Pemodelan gelombang internal di perairan Indonesia yang menggunakan
Regional Ocean Model System (ROMS) dengan data yang berasal dari mooring
dan satelit TOPEX/Poseidon (T/P) menunjukkan energi terbesar untuk pasut internal terdapat pada perairan selat dan perairan yang memiliki topografi kasar. Selat Ombai dan Laut Seram memiliki energi pasut internal (M2) yang paling
tinggi dengan kecepatan arus maksimum 50 cm s-1 (Robertson dan Ffield, 2005). Peningkatan kecepatan arus pada Selat Ombai disebabkan oleh penyempitan jalur aliran. Dari hasil perhitungan menunjukkan bahwa nilai rata-rata fluks energi barotropik dari pasut M2 di sekitar Selat Ombai mencapai 500 kW m-1 ( Ray et al.,
13
Gambar 2 Transfer energi dari pasut barotropik ke baroklinik (Carrere dan Lyard, 2003 in Koch-Larrouy et al., 2007).
2.5 Nutrien di Perairan
Nutrien merupakan unsur esensial selain cahaya yang sangat dibutuhkan mahluk hidup yang mampu melakukan fotosintesis. Di daerah tropis, cahaya selalu tersedia sepanjang tahun sehingga nutrien menjadi faktor pembatas bagi perkembangan mahluk hidup di lapisan permukaan. Nutrien yang sangat dibutuhkan untuk proses fotosintesis adalah nitrat dan fosfat, sedangkan silikat digunakan oleh mahluk hidup untuk membentuk cangkang (misalnya Radiolaria, Abalone, dll.) (Lalli dan Parsons, 2006). Sumber utama nutrien di lautan ada dua yaitu dari proses autotonus (berasal dari dalam sistem, misalnya upwelling) dan
allotonus (berasal dari luar sistem, misalnya dari transport sungai) (Riley dan
Chester, 1971).
Konsentrasi nutrien di perairan akan berbeda-beda baik secara horizontal maupun vertikal. Secara horizontal, konsentrasi nutrien tinggi di daerah pantai dan rendah di laut lepas. Hal ini disebabkan suplai nutrien berasal dari daratan utama yang masuk ke daerah pantai melalui aliran sungai. Secara vertikal,
Skala Logaritmik
14
konsentrasi nutrien rendah di bagian permukaan dan tinggi di lapisan dalam (Riley dan Chester, 1971). Hal yang sama didapatkan oleh Wetsteyn et al. (1990) bahwa secara verikal konsentrasi nitrat (NO3) pada musim kemarau di laut
Banda dan Laut Arafura meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman (Gambar 3). Hal ini disebabkan karena pada bagian permukaan nutrien banyak digunakan untuk proses fotosintesis, sedangkan pada lapisan dalam fotosintesis tidak berlangsung karena ketidaktersediaan cahaya (Lalli dan Parsons, 2006).
Ketersediaan dan transport nutrien di kolom perairan sangat dipengaruhi oleh proses fisik seperti transport dari sungai, upwelling, dan percampuran vertikal (Gambar 4). Percampuran vertikal memegang peranan penting untuk mensuplai kebutuhan nutrien terutama pada daerah sill atau selat yang memiliki nilai percampuran yang tinggi (Liu et al., 2010). Law et al. (2003) menambahkan adanya korelasi linier antara nilai percampuran dengan tinggi rendahnya fluks nutrien pada kolom perairan.
2.6 Pelayaran INDOMIX 2010
Pelayaran INDOMIX (Internal Tides and Mixing in The Indonesian
Throughflow) merupakan riset kerjasama antara Fakultas Perikanan dan Ilmu
Kelautan (FPIK) Institut Pertanian Bogor (IPB) dengan LEGOS dan LOCEAN Prancis. Pelayaran ini menggunakan Kapal Riset Marion Dufresne dan diikuti oleh 43 peserta yaitu 20 orang peneliti Perancis dan 23 orang peneliti Indonesia.
Gambar 3 Profil nutrien di Laut Banda (I), kedalaman Weber (II), dan Laut Arafura (III) (Wetsteyn et al., 1990).
15
Gambar 4 Proses-proses fisik yang mempengaruhi distribusi nutrien di kolom perairan (Liu et al., 2010)
Tujuan utama dari penelitian ini adalah :
a. Mengkarakterisasi pasut internal dengan menggunakan CTD/LADCP b. Pengukuran langsung disipasi dan percampuran turbulent
c. Mengukur kontribusi pasut internal terhadap percampuran turbulen menggunakan data CTD/LADCP dan Mikrostruktur
d. Investigasi dampak percampuran turbulen terhadap distribusi bio-geokimia dan phytoplankton
e. Pengamatan burung dan mamalia laut.
Pelayaran ini dilakukan dari tangal 9 -22 juli 2010 dengan rute pelayaran mulai dari Papua, Laut Halmahera, Laut Banda, Selat Ombai, Laut Sawu, Selat Lombok dan berakhir di Surabaya (Gambar 5). Selama perlayaran berlangsung, dilakukan pengukuran berbagai parameter. Pengukuran parameter oseanografi fisika dilakukan dengan menggunakan Vertical Microstructure Profiler (VMP),
Conductivity Temperature Depth (CTD), Expendable Conductivity Temperature Depth (XCTD), dan Lowered Acoustic Doppler Current Profiler (LADCP). Di Laut
Halmahera dilakukan pelepasan mooring untuk mengukur transport Arlindo yang melalui lintasan timur. Pengukuran parameter atmosfer dilakukan dengan menggunakan Radiosonde. Pada pelayaran ini juga dilakukan perekaman data oleh Shipboard Acoustic Doppler Current Profiler (SADCP), pengambilan nutrien (nitrat, posfat, silikat), klorofil-a, dan tracer (radio isotop) pada beberapa
16
kedalaman serta pengamatan nekton, burung dan mamalia laut selama pelayaran.
Gambar 5 Rute pelayaran Indomix 2010, dimulai dari pelabuhan Sorong di Papua tanggal 9 Juli 2010, kemudian ke Laut Halmahera, Laut Seram, Laut Banda, Selat Ombai, Laut Sawu, Selat Lombok dan berakhir di pelabuhan Tanjung Perak Surabaya tanggal 22 Juli 2010.
17
3 BAHAN DAN METODE
3.1 Waktu dan Tempat
Studi tentang percampuran turbulen merupakan bagian dari pelayaran INDOMIX yang dilaksanakan pada tanggal 9-22 Juli 2010 dengan menggunakan Kapal Riset Marion Dufresne, sedangkan lokasi penelitian adalah di Selat Ombai (Gambar 6). Untuk pengukuran konsentrasi nutrien dilakukan di Laboratorium Prolink Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan (FPIK) IPB. Pengolahan data dilakukan di Laboratorium Oseanografi Fisika dan Laboratorium Data Processing FPIK IPB.
Gambar 6 Lokasi pengukuran yo-yo CTD selama 24 jam.
3.2 Metode Pengumpulan Data
Data yang diperlukan dalam penelitian ini adalah temperatur, salinitas, tekanan, densitas, dan nutrien. Data temperatur, salinitas, dan tekanan diperoleh dengan menggunakan sensor Conductivity Temperature Depth (CTD) Sea-Bird
Electronics (SBE) 911 Plus. Data nutrien (nitrat, fosfat, dan silikat) diperoleh dari
air yang diambil dengan menggunakan botol rosette yang diturunkan bersama dengan CTD. Sampel air yang diambil sebanyak 22 sampel masing-masing pada tekanan 5, 25, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 350, 450, 550, 650, 750, 800,
18
900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, dan 1500 db. Air yang sudah diambil kemudian disaring dengan kertas saring whatman 0,4 µm. Pada tiap tekanan diambil air yang sudah disaring sebanyak 500 ml, kemudian diawetkan dengan MgCO3 sebanyak 10 ml. Selama pelayaran sampel disimpan dalam lemari
pendingin.
Akuisisi data menggunakan perangkat lunak SEASAVE dengan frekuensi pengoperasian 24 Hz yang artinya untuk mendapatkan satu data dilepaskan 24 gelombang dari alat pengambil data selama satu detik. Pengambilan data dengan CTD dilakukan dengan kondisi kapal diam pada koordinat yang telah ditentukan. CTD diturunkan sembilan kali penurunan (casts) selama 24 jam dengan tekanan (kedalaman) yang berbeda-beda (Tabel 1). Untuk menjaga stabilitas sensor konduktivitas dan temperatur di setiap penurunan CTD, dilakukan perendaman terhadap sensor dengan menggunakan akuades. Data mentah (raw data) yang sudah direkam CTD diunduh terlebih dahulu dan kemudian dilakukan pengolahan lebih lanjut. Data angin sesaat diambil ketika proses penurunan CTD berlangsung (Tabel 1).
Tabel 1 Data penurunan CTD
Ulangan Posisi Tanggal dan
waktu
Tekanan (db) Angin Sesaat CTD Perairan Kecepatan (m s-1) Arah (o) 5-1 8,24967 LS; 125,3857 BT 16/07/2010 16:18 1509 1515 11,32 122 5-2 8,24967 LS; 125,3858 BT 16/07/2010 19:26 1491 1514 7,72 116 5-3 8,24983 LS; 125,3857 BT 16/07/2010 22:03 1517 1529 10,80 123 5-4 8,25000 LS; 125,3858 BT 17/07/2010 02:19 1429 1500 9,77 111 5-5 8,28383 LS; 125,2443 BT 17/07/2010 05:46 1549 1539* 7,20 106 5-6 8,28383 LS; 125,2440 BT 17/07/2010 08:21 1414 1538 7,72 118 5-7 8,28417 LS; 125,2440 BT 17/07/2010 11:54 1303 - 2,57 127 5-8 8,28433 LS; 125,2443 BT 17/07/2010 13:33 409** 1300 - - 5-9 8,28433 LS; 125,2445 BT 17/07/2010 14:09 1181 1300 6,69 97
* Error pada sensor batimetri
** Percobaan pengambilan data nitrat dengan sensor ISUS
3.3 Metode Pengukuran Nutrien 3.3.1 Nitrat
Pengukuran konsentrasi nitrat menggunakan metode Brucine dengan tahapan sebagai berikut (Eaton et al., 2005) :
19
a. Mengambil 5 ml sampel yang sudah disaring, kemudian memasukkan air ke tabung reaksi.
b. Menambahkan larutan brucin sebanyak 0,5 ml, lalu mengaduknya sampai rata.
c. Menambahkan asam sulfat (H2SO4) pekat dengan konsentrasi 36 Normalitas
(N) sebanyak 5 ml lalu mengaduknya sampai rata.
d. Memanaskan selama 30 menit sampai mendidih pada hot plate dengan temperatur 105oC.
e. Mengangkat dan mendinginkan air sampel yang sudah mendidih hingga mencapai temperatur ruangan.
f. Membaca tingkat absorbansi nitrat pada spektrofotometer dengan panjang gelombang (λ) 410 nm.
g. Untuk larutan blanko (akuades) dibuat dengan prosedur yang sama. 3.3.2 Fosfat
Pengukuran konsentrasi fosfat menggunakan metode Ascorbic Acid dengan tahapan sebagai berikut (Eaton et al., 2005):
a. Memasukkan 50 ml air laut yang sudah disaring ke dalam gelas beker b. Menambahkan 2 ml H2SO4 6 N dan memanaskan hingga volume air dalam
gelas beker menjadi kira-kira 15 ml. c. Menambahkan 2 tetes phenolphtalin
d. Menambahkan NaOH hingga warna air menjadi merah muda e. Menambahkan akuades hingga volume menjadi 50 ml
f. Mengambil 25 ml larutan dan menambahkan 4 ml larutan campuran
g. Membaca tingkat absorbansi fosfat pada spektrofotometer dengan panjang gelombang (λ) 880 nm.
h. Untuk larutan blanko (akuades) dibuat dengan prosedur yang sama. 3.3.3 Silikat
Pengukuran konsentrasi silikat menggunakan metode Molybdosilicate dengan langkah kerja sebagai berikut (Eaton et al., 2005):
a. Menuang masing-masing 10 ml sampel air yang sudah disaring ke dalam tabung reaksi dari plastik.
b. Menambahkan larutan campuran sebanyak 0,3 ml dan mendiamkan air sampel selama 10 menit.
20
d. Menambahkan 0,3 ml ascorbic acid (vitamin C), kemudian mengaduk air sampel secara perlahan hingga merata dan membiarkan selama 30 menit. e. Membaca tingkat absorbansi silikat menggunakan spektrofotometer dengan
panjang gelombang 810 nm.
f. Untuk larutan blanko (akuades) dibuat dengan prosedur yang sama. 3.4 Metode Akuisisi Data
Data yang didapatkan dari hasil pengukuran di lapangan dengan menggunakan CTD tidak dapat dianalisis langsung, namun harus dilakukan pengolahan data terlebih dahulu. Data yang diolah hanya berasal dari data
downcast yaitu pengukuran profil sewaktu CTD diturunkan ke kedalaman
(tekanan tertentu).
Pengolahan data CTD dilakukan dengan mengunakan perangkat lunak
SBE Data Processing 7.21a. Tahap pengolahan data sebagai berikut:
a. Konversi
Konversi data berfungsi untuk mengubah data mentah (format biner) ke data dalam format ASCII (American Standard Code for Information Interchange) dalam bentuk .CNV. Pengkonversian data ini bertujuan agar data hasil perekaman CTD dapat diolah menggunakan berbagai perangkat lunak. Variabel yang dikeluarkan dalam proses ini adalah scan count, lintang (deg), bujur (deg.), tekanan (db), temperatur ITS-90 (oC), temperatur 2 ITS-90 (oC), konduktivitas (S m-1), konduktivitas 2 (S m-1), oksigen SBE 43 (mg l-1), altimeter (m), fluorescence (µg l-1), beam attenuation (m-1), dan beam transmission (%).
b. Align CTD
Align CTD berfungsi mensinkronkan semua parameter yang diukur berada
dalam waktu, tekanan, dan massa air yang sama. Proses Align hanya dilakukan pada data oksigen sebesar 5 detik terhadap tekanan (McTaggaart et al., 2010). Nilai align data oxygen berkisar 1-5 detik, tergantung dari tekanan CTD.
c. Wild edit
Wild edit berfungsi memperbaiki data yang memilikii nilai ekstrim setiap 100
scan bin. Proses perbaikan data dilakukan melalui dua tahap. Tahap yang pertama dengan cara memperbaiki data yang nilainya lebih besar dari dua kali standar deviasi rata-rata. Tahap yang kedua dengan cara memperbaiki data hasil fase pertama yang lebih besar dari 20 kali standar deviasi rata-rata.
21
d. Cell thermal mass
Cell thermal mass berfungsi sebagai penapisan recursive untuk
mengoreksi temperatur pada sel konduktivitas pada saat pengukuran berlangsung. Nilai yang digunakan adalah 0,03 untuk nilai alfa (anomali amplitudo temperatur) dan 7 untuk nilai beta (anomali konstanta waktu temperatur) (McTaggaart et al., 2010). Penapisan ini dilakukan hanya pada data hasil pengukuran temperatur pada sensor temperatur primer dan sekunder. e. Filter (Penapisan)
Penapisan yang digunakan adalah low pass filter yang berfungsi untuk menghilangkan bias (noise) berupa frekuensi tinggi pada data tekanan. Cut-off frekuensi yang digunakan adalah 0,03 detik pada low pass filter A dan 0,15 detik pada low pass filter B. Hal ini berarti perekaman data yang lebih cepat dari cut-off frekuensi akan dilemahkan/dihilangkan. Menurut McTaggaart et al. (2010) proses penapisan hanya dilakukan pada data tekanan dengan menerapkan low pass
filter B.
f. Loopedit
Loopedit berfungsi untuk memperbaiki data CTD ketika penurunan CTD
bergerak kurang dari kecepatan minimum atau CTD bergerak naik turun akibat adanya guncangan pada kapal. Kecepatan minimum yang dipakai adalah 0,25 m s-1 (McTaggaart et al., 2010).
g. Derive
Derive digunakan untuk menurunkan parameter selain yang sudah
dikeluarkan dikonversi data. Parameter yang turunkan yaitu densitas (sigma theta) (kg m-3), salinitas primer (psu), salinitas sekunder (psu), kecepatan suara (m s-1), dan temperatur potensial ITS-90 (oC).
h. Bin average
Bin average digunakan untuk merata-ratakan data pada tekanan yang
diinginkan. Ukuran bin yang dipakai adalah 1 bin tanpa mengikutkan bin permukaan, sehingga selang tekanan pada data adalah 1 db.
i. Manual
Metode manual dilakukan dengan cara investigasi langsung data yang sudah melalui proses pengolahan data. Hal ini dilakukan karena proses pengolahan data tidak sepenuhnya menjamin data siap untuk diolah. Untuk memperoleh nilai pada data yang mengalami error maka dilakukan interpolasi
22
linier. Data error umumnya berada pada semua ulangan terutama pada lapisan tercampur dan lapisan dalam dengan rentang data error 1-3 m.
3.5 Metode Analisis Data
Analisis data dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Ocean Data
View (ODV) 4.1.3, Microsoft Excel 2007, dan Matlab versi R2010a. Program
ODV dan Matlab versi R2010a digunakan untuk menggambarkan karakteristik massa air terutama temperatur, salinitas, potensial densitas, dan nutrien secara vertikal. Perangkat lunak Microsoft Excel 2007 digunakan untuk melakukan perhitungan matematik untuk menentukan nilai turbulensi dengan menentukan nilai Thorpe displacement, skala Thorpe, skala Ozmidov, frekuensi Brunt Vaisala, tingkat energi kinetik disipasi turbulen eddy, difusivitas vertikal eddy, dan estimasi fluks nutrien (nitrat). Untuk menyajikan hasil perhitungan dalam bentuk gambar dan grafik digunakan Program Microsoft excel 2007 dan Matlab R2010a. Secara skematik, diagram alir analisis data dapat dilihat pada Gambar 7.
Untuk mengestimasi difusivitas vertikal eddy , terlebih dahulu ditentukan nilai Thorpe displacement , skala Thorpe , skala Ozmidov , frekuensi Brunt Vaisala , dan tingkat energi kinetik disipasi turbulen eddy . Nilai didapat dengan cara menyusun ulang profil densitas yang didapatkan dari data CTD ke dalam bentuk stabilitas statis, artinya densitas disusun dengan posisi massa air densitas rendah berada di atas massa air densitas tinggi (Gambar 8). Untuk lebih mudahnya, bayangkan profil densitas vertikal dengan n buah sampel dan densitas yang diobservasi pada kedalaman . Jika sampel pada kedalaman dipindahkan ke kedalaman untuk membentuk kondisi stabilitas statis, maka Thorpe displacement dapat dihitung dengan persamaan (Dillon, 1982; Finnigan et al., 2002; Thompson et al., 2007):
Nilai positif menunjukkan bahwa massa air akan bergerak ke atas untuk mencari kestabilan statis, kondisi ini terjadi bila massa air berdensitas rendah berada di bawah massa air berdensitas tinggi. Nilai negatif menunjukkan massa air bergerak ke bawah, hal ini terjadi bila massa air densitas tinggi berada di atas massa air densitas rendah. Nilai merupakan nilai yang bukan nilai nol sehingga jika profil densitas pada kondisi stabilitas statis , maka nilai dari kedalaman tersebut tidak diikutsertakan untuk menghitung nilai .
23
Gambar 7 Diagram alir analisis data.
Gambar 8 Ilustrasi proses pencarian nilai Thrope displacement. Data densitas sebenarnya dengan kondisi instabilitas statis (kotak dengan garis titik-titik), disusun ulang untuk mencari densitas kondisi stabilitas statis (garis putus-putus merah). Jarak perpindahan dari kedalaman awal za ke kedalaman baru zb merupakan nilai Thorpe displacement. za zb CTD (Conductivity, Temperature, Depth) Botol Rosette Frekuensi Brunt Vaisala Thorpe displacment Metode Galbraith dan Kelley (GK) Skala Thorpe Skala panjang Ozmidov Tingkat energi kinetik disipasi turbulen eddy Fluks nutrien Nutrien Difusivitas vertikal eddy
24
Setelah kalkulasi nilai , dilakukan estimasi ketebalan minimal
displacement dari resolusi vertikal CTD . Hal ini bertujuan agar nilai merupakan nilai displacement yang sesungguhnya dan bukan berasal dari noise CTD. Prinsip estimasi ini dilakukan berdasarkan pada kenyataan bahwa CTD memiliki keterbatasan kemampuan untuk mendeteksi pembalikkan massa air. Hal ini mengacu pada Teori sampling Nyquist, dimana bila pembalikkan yang terjadi adalah dua kali lebih rendah dibandingkan resolusi vertikal , maka pembalikkan tersebut tidak dapat diukur. Penentuan pembalikkan yang lebih kuat dapat dilakukan jika terdapat jumlah sampel yang lebih banyak, berdasarkan pada peraturan jumlah sampel minimum yaitu lima sampel (Koch et al., 1983) atau 7-8 sampel (Levitus, 1982 in Galbraith dan Kelley, 1996). Solusi untuk menyelesaikan perbedaan tersebut adalah dengan memungkinkan resolusi vertikal untuk mendeteksi pembalikkan yang tidak lebih rendah dari (Galbraith dan Kelley, 1996):
dimana adalah resolusi vertikal data CTD (m). Untuk penelitian ini digunakan resolusi vertikal sebesar 1 m sehingga nilai sebesar 5 m. Hal ini berarti nilai yang kurang (5 m) akan diabaikan dan tidak akan diikutkan untuk perhitungan selanjutnya.
Selain solusi di atas, perlu juga batasan lain yang digunakan dalam pengukuran pembalikkan berdasarkan perbedaan densitas Resolusi densitas dapat mengukur pembalikkan bila memiliki nilai tidak lebih rendah dari (Galbraith dan Kelley, 1996):
dimana adalah percepatan gravitasi bumi (9,79423 m s-2), adalah nilai densitas rata-rata dari keseluruhan ulangan, dan adalah Frekuensi Brunt Vaisala. Galbraith dan Kelley (1996) menjelaskan bahwa nilai yang digunakan untuk perhitungan di laut lepas adalah 0.003 s-1. Dari perhitungan data CTD Selat Ombai didapatkan nilai sebesar 2,12 m, hal ini berarti ketebalan
displacement yang kurang akan diabaikan dan tidak diikutsertakan dalam perhitungan selanjutnya.
Perhitungan skala Thorpe diperoleh dengan menggunakan persamaan berikut (Dillon, 1982; Finnigan et al., 2002; Cisewski et al., 2005; Park et al., 2008):
