analisis kestabilan garis pantai eretan indramayu

7
BAB II.
TINJAUAN PUSTAKA
Hidrodinamika Perairan Estuari.
Estuari adalah suatu perairan tempat pertemuan air tawar dengan air laut yang
mengakibatkan adanya gradien salinitas di sepanjang badan estuari mulai dari
sepenuhnya air laut (33 – 37 ppt) di bagian mulut sampai dengan sepenuhnya air tawar
pada bagian hulu. Percampuran akan terjadi bila kedua massa air tersebut bersentuhan, air
tawar akan terapung diatas air laut karena densitas air tawar lebih ringan dibandingkan
densitas air laut. Densitas air laut dipengaruhi oleh salinitas dan temperatur, tetapi di
estuari, peranan salinitas dalam perubahan densitas lebih dominan dibandingkan dengan
temperatur. Hal ini disebabkan karena dua alasan, yaitu kisaran salinitas yang lebih lebar
dibandingkan dengan kisaran temperatur dan perairan yang relatif dangkal (Dyer, 1979).
Di perairan estuari, terdapat tiga gaya hidrolik yang mempengaruhi tingkat
percampuran dan pola sirkulasi air (Elliot et al, 1984), yaitu:
1. Adanya aliran dua arah sebagai hasil interaksi antara aliran air tawar dan
pergerakan pasang surut air laut.
2. Perbedaan densitas antara air yang masuk ke estuari dengan air yang keluar ke
estuari secara periodik.
3. Adanya gaya coriolis menyebabkan terjadinya perubahan bentuk muara sungai
yang cenderung melebar dan perubahan pola sirkulasi air.
Dari ketiga gaya tersebut, sirkulasi dan tingkat percampuran antara air tawar dan
air laut akan membentuk stratifikasi salinitas.
Stratifikasi menyebabkan terbentuknya distribusi salinitas yang dalam hal ini tergantung
atas beberapa faktor, antara lain;
1. Pasang surut air laut. Pasang surut merupakan suatu gaya eksternal utama yang
membangkitkan pergerakan massa air serta perilaku perubahan tinggi muka air
secara periodik pada daerah estuari. Ketika pasang surut terjadi, seluruh massa air
di estuari bergerak kearah hulu dan ke laut dalam periode tertentu .
8
Adanya arus pasut menyebabkan terjadinya gesekan antara massa air dengan
dasar estuari yang menghasilkan pergolakan. Pergolakan ini memiliki
kecenderungan untuk mencampur kolom air dengan lebih efektif.
2. Perubahan debit air sungai. Debit air sungai akan berubah secara musiman antara
maksimum dan minimum. Perubahan debit air sungai tersebut manjadi penentu
derajat percampuran antara air laut dan air tawar (Nybakken,1992).
3. Arus dan gelombang. Arus air pada perairan estuari berasal dari arus air sungai
akibat perbedaan topografi dan arus air laut yang dipengaruhi oleh pasang surut,
angin dan gelombang.
Klasifikasi sirkulasi air dan pola stratifikasi di estuari ada 4 tipe (Tomczak, 1998),
yaitu:
1. Estuari yang tercampur secara vertikal atau sempurna (Vertically mixed estuary),
biasanya dangkal dan airnya bercampur secara vertikal sehingga massa airnya
menjadi homogen dari permukaan sampai ke dasar estuari. Salinitas meningkat
dengan jarak sepanjang estuari dari hulu sampai kemulut atau hilir. Pada tipe
estuari tercampur sempurna, energi pasut lebih besar daripada debit sungai dang
mengakibatkan suatu proses pengadukan dan percampuran yang sangat efektif.
Airnya bercampur secara vertikal. Gambar 2 dibawah ini menunjukkan
bagaimana estuari yang tercampur secara vertikal atau sempurna.
Gambar 2. Estuari Tercampur Sempurna ( Tomczak, 1998)
2. Estuari stratifikasi sebagian (Partially stratified estuary) terjadi pada suatu
wilayah yang mempunyai debit sungai lebih kecil atau setara dengan energi pasut
(Gambar 3). Energi pasang akan menstimulir terjadinya pengadukan dan
9
percampuran kedua massa air sungai dan laut estuari. Tipe estuari tercampur
sebagian mempunyai sifat antara lain: salinitas meningkat dari kepala sampai
mulut pada semua kedalaman, massa air masing-masing berada pada 2 lapisan,
dimana lapisan atas salinitasnya sedikit lebih rendah dibandingkan dengan yang
lebih dalam serta tidak terbentuk gradien densitas. Pada tipe ini ada jaringan
masuk mengalir dilapisan yang lebih dalam.
Gambar 3. Estuari Stratifikasi Sebagian (Tomczak, 1998)
3. Estuari stratifikasi tinggi (Highly stratified estuary), lapisan atas salinitas
meningkat dari dekat nol pada sungai sampai mendekati diluar mulut perairan
yang lebih dalam. Pada estuari ini ada haloklin diantara perairan atas dan bawah
khususnya dibagian kepala estuari. Gambar 4 dibawah ini memperlihatkan
kondisi estuari berstratifikasi tinggi.
Gambar 4. Estuari Stratifikasi Tinggi (Tomczak, 1998)
10
4. Estuari Baji Garam (Salt wedge), air bersalinitas tinggi menyusup dari laut seperti
baji dibawah air sungai. Estuari baji garam mempunyai penampakan yang hampir
sama dengan estuari stratifikasi sedang dan tinggi. Ada gradien horisontal dari
salinitas didasar seperti pada partially stratified estuary dan sebuah gradien
salinitas vertikal yang tegas pada high stratied estuari. Tipe estuari baji garam
umumnya terjadi di wilayah yang mempunyai aliran air sungai yang lebih
dominan dari pada energi pasut, sehingga sirkulai masa air didominasi oleh energi
massa air yang masuk dari sungai dan mengakibatkan terbentuknya gradien
densitas nyata pada batas pertemuan massa air sungai dan massa air laut yang
disebut baji garam. Adanya gradien densitas menyebabkan proses pengadukan
dan percampuran kurang efektif .
Material Padatan Tersuspensi di Estuari
Material Padatan tersuspensi dalam air laut berasal dari
1. Sungai,
Material ini berasal dari pelarutan batuan (seperti kwarsa, mineral lempung),
bahan-bahan organik di daratan (contoh sisa-sisa tanaman, material humus) dan
berbagai macam polutan (sewage).
2. Atmosfer
Bahan pencemar di udara yang melayang sebagi debu
3. Laut
Berasal dari komponen biogeneus yang berasal dari organisme laut (skeletal
debris/tulang, mineral organik) dan komponen anorganik (berasal dari sedimen
maupun yang terbentuk dalam kolom air laut itu sendiri).
4. Estuari itu sendiri
Material ini merupakan hasil dari proses yang terjadi di estuari, diantaranya
adalah; penggumpalan, presipitasi, dan adanya proses produksi biologi yang
menghasilkan material organik.
Penggumpalan (Flocculation) terjadi di estuari karena adanya percampuran air yang
berbeda salinitasnya. Peningkatan salinitas akan menyebabkan bertambahnya kekuatan
ikatan ionik (ionic strength). Penggumpalan ini dipengaruhi oleh komponen organik
11
seperti material humus maupun anorganik, termasuk didalamnya karena adanya mineral
lempung tersuspensi yang terbawa oleh air sungai dan spesies koloidal dari besi (Fe).
Sebaran dari material partikulat di estuari dipengaruhi oleh proses-proses fisika
seperti pola sirkulasi air, adanya gaya gravitasi yang menyebabkan penenggelaman
sehingga membentuk deposit sedimen serta adanya resuspensi.
Material padatan tersuspensi dan terlarut di estuari akan saling berinteraksi, dan
hasil dari interaksi itu adalah adanya perubahan berupa penambahan (addition) atau
pengurangan (removal) komponen terlarut di estuari. Perubahan ini terjadi akibat dari
proses-proses :
1. Flocculation, adsorption, presipitation, dan pengambilan secara biologi. Hal ini
menyebabkan pengurangan(removal) komponen dari fase terlarut untuk kemudian
membentuk fase partikulat.
2. Desorption dari permukaan partikel dan terpisahnya material organik. Hal ini
akan menghasilkan penambahan komponen terlarut.
3. Adanya reaksi kompleksasi dan chelation dengan ligan anorganik dan organik.
Hal ini akan menstabilkan fase terlarut.
Interaksi antara material terlarut dan partikulat dipengaruhi oleh sejumlah komponen
termasuk pH dan klorinitas. Dari hasil eksperimen di laboratorium (Salomos, 1980
dalam Chester, 1990) menyatakan bahwa;
1. Adsorpsi logam Cd dan Zn sedikit bertambah dengan bertambahnya pH (7 – 8,5).
2. Adsorpsi dari Cd dan Zn sedikit berkurang dengan bertambahnya klorinitas. Hal
ini diduga karena adanya kompetisi dengan ion Cl untuk membentuk ikatan
kompleks.
3. Adsorpsi kedua elemen bertambah dengan bertambahnya turbiditas atau
kekeruhan.
Proses-proses yang terlibat dalam interaksi materi partikulat tersuspensi dan terlarut
dalam kolom air meliputi (Burton & Liss, 1976 dalam Sanusi, 2006):
1. Pembentukan fase padat (kompleksasi) dan pengendapan dari materi terlarut,
termasuk pembentukan mineral lithogenous, dimana fase autogenik terbentuk oleh
materi organik hidup dan hasil pelapukan, baik yang berasal dari lingkungan
estuari itu sendiri maupun diluar lingkungan estuari.
12
2. Pembentukan kelarutan dari fase tersuspensi materi partikulat, melalui prosesproses Disolusi, Desorpsi, Autolisis, dan Respirasi biologi.
Dinamika proses fisika-kimia (physicochemical process) materi tersuspensi dan
terlarut meliputi solidifikasi dan disolusi serta adsorpsi dan desorpsi.
Proses-proses
tersebut menentukan suatu substansi apakah berada dalam larutan, terendapkan dalam
sedimen atau teradsorpsi oleh partikel tersuspensi.
Padatan tersuspensi (suspended solid) adalah padatan yang berada dalam kolom air
dan memilki ukuran partikel ≥ 0.45 – 2.0 µm, dikenal pula dengan sebutan seston.
Padatan tersuspensi di perairan laut berasal dari daratan (allothonous) yang di transpor
melalui sungai dan udara, dan yang berasal dari dalam laut (autothonous) itu sendiri.
Komposisi padatan tersuspensi terdiri dari material anorganik (Particle Inorganic Matter
– PIM) dan organik (Particle Organic Matter – POM) termasuk organisme mikro flora
dan fauna yang hidup dan mati atau detritus. Menurut Libes (1992), POM yang
16
bersumber dari laut (4x10 gC/tahun) yang merupakan produksi primer adalah jauh lebih
besar dibandingkan dengan yang berasal dari daratan yang di transpor melalui sungai (4.2
9
x 10 gC/tahun).
Dalam kolom air padatan tersuspensi memiliki kemampuan mengadsorpsi elemen
atau senyawa kimia inorganik maupun organik terlarut, kemudian mengendap dalam
sedimen, yang kecepatan pengendapannya tergantung pada ukuran partikel dan dinamika
arus setempat. Proses adsorpsi tersebut bersifat fisik-kimia dan berperan dalam mereduksi
konsentrasi senyawa kimia terlarut (seperti logam berat) dalam kolom air, dan
meningkatkan konsentrasinya dalam sedimen. Makin halus ukuran partikel padatan
tersuspensi, makin luas permukaannya dan makin besar kapasitas adsorpsinya terhadap
senyawa kimia terlarut. Dengan kata lain, padatan tersuspensi memiliki kapasitas
adsorpsi yang besar terhadap logam berat terlarut, dan potensial mengakumulasi logam
berat tersebut dalam sedimen.
Adsorpsi memegang peranan penting pada distribusi trace elemen antara beberapa
bentuk fase padat dan cair. Beberapa faktor yang mempengaruhi proses adsoprsi
diantaranya adalah pH, salinitas, konsentrasi ligan inorganik dan organik, proses fisik
biologi, kimia dan kehadiran adsorbent dan adsorbate. Adsorpsi dapat terjadi dalam
beberapa mekanisme. Pada umumnya materi yang ada di perairan memiliki muatan
13
listrik, beberapa adsorpsi ion terjadi karena adanya atraksi elektrostatik atau yang dikenal
dengan electrostik adsorpsi. Proses ini berlangsung cepat sampai terjadi keseimbangan
muatan. Mekanisme adsorpsi lainnya adalah adsorpsi spesifik dimana kontribusi energi
bebas dari sumber asal(adsorbate) sangat besar. Proses adsorpsi spesifik berlangsung
lambat dan keseimbangan muatan jarang tercapai.
Logam Berat di Estuari
Di Estuari, logam berat ditemukan dalam bentuk:
a.
Terlarut, yaitu ion logam berat dan logam yang berbentuk kompleks dengan
senyawa organik dan anorganik.
b.
Tidak terlarut, yang terdiri dari partikel dan senyawa kompleks metal yang
teradsorpsi pada zat tersuspensi (Razak, 1980).
Daya larut logam berat dapat menjadi lebih tinggi atau lebih rendah tergantung pada
kondisi lingkungan perairan. Pada daerah yang kekurangan oksigen yang disebabkan
karena kontaminasi bahan organik, maka daya larut logam berat akan menjadi lebih
rendah dan mudah mengendap. Logam berat seperti Zn, Cu, Cd, Pb, Hg dan Ag akan
sulit terlarut dalam kondisi perairan yang anoksik atau rendah kadar oksigen (Ramlal,
1987). Logam berat yang diikat oleh padatan tersuspensi kemudian akan mengendap
kedasar perairan, dan akan mempengaruhi kualitas sedimen didasar perairan serta
perairan disekitarnya. Kadar normal dan maksimum logam berat dalam air laut disajikan
dalam Tabel 1 berikut.
Tabel 1. Kadar Normal dan Maksimum Logam Berat Dalam Air Laut.
Jenis Logam Berat
Cd
Cu
Pb
Zn
Hg
Keterangan :
* : Kep Men LH No 51/2004
** : Enviromental Protection Agency (1976)
Kadar (ppm)
Normal
0,015
0,008
0.008
0.005
0,05
*
Maksimum**
0,059
0.05
0.05
0.17
0,0037
14
Parameter kimia dan fisika yang turut mempengaruhi kandungan logam berat
dalam perairan adalah suhu, salinitas, padatan tersuspensi total, dan derajat keasaman
(pH). Pada umumnya faktor oseanografi yang paling berperan dalam penyebaran bahan
pencemar adalah arus, pasang surut, gelombang, dan keadaaan batimetri. Arus di perairan
estuari dipengaruhi oleh lingkungan yang khas seperti pengaruh masukan air sungai,
pasang surut, gelombang, serta pergerakan dan percampuran massa air.
Pola sebaran logam berat terlarut terhadap nilai salinitas berbeda antara logam
yang satu dengan yang lain (Maslukah, 2006). Konsentrasi logam Pb mengalami
kenaikan dengan bertambahnya salinitas, sedangkan logam Cu dan Zn mengalami
penurunan dengan bertambahnya nilai salinitas.
Perilaku logam berat di perairan sangat dipengaruhi oleh interaksi antara fase
larutan dan fase padatan. Konsentrasi logam terlarut secara cepat hilang dari larutan pada
saat berhubungan dengan permukaan materi partikulat melalui beberapa fenomena ikatan
permukaan yang berbeda (ikatan koloid, adsorbsi, dan presipitasi). Pengikatan logam
berat oleh partikulat kemudian akan mengendap di dasaar perairan dan menambah
konsentrasinya didalam sedimen.
Adsorpsi di Lingkungan Laut
Proses adsorpsi adalah proses pemindahan sejumlah elemen terlarut dalam kolom
air kedalam sedimen. Waktu yang dibutuhkan oleh partikel tersuspensi untuk
mengadsorpsi elemen terlarut tersebut disebut dengan Scavaging Residence Time (SRT).
Nilai kapasitas adsorpsi suatu elemen menunjukkan besarnya elemen tersebut yang
teradsorpsi oleh partikel tersuspensi dalam kolom air (Sanusi, 2006).
Dalam perairan, logam berat ditemukan dalam bentuk terlarut, yaitu ion logam berat
dan logam yang berbentuk kompleks dengan senyawa organik dan an organik. Selain
yang terlerut unsur tersebut terdapat juga dalam bentuk tidak terlarut yang terdiri dari
partikel dan senyawa kompleks metal yang teradsorpsi pada zat tersuspensi (Razak,
1980).
15
Logam berat yang terdapat di laut mengalami beberapa fase padat yang ditandai
dengan adsoprsi logam berat tersebut pada suspended solid. Proses adsorpsi ini
mengurangi konsentrasi logam berat terlarut dalam perairan. Pada beberapa trace elemen
seperti merkuri memiliki konsentrasi yang tinggi di sedimen dalam bentuk fraksi halus
dan fraksi kasar. Selanjutnya trace elemen ini akan lebih terkonsentrasi pada suspended
solid dibandingkan di dasar sedimen atau dalam badan air. Hal ini disebabkan oleh proses
adsorpsi yang berlangsung di perairan laut.
Sedimen di Estuari.
Estuari merupakan tempat bertemunya arus sungai menuju ke laut dan arus
pasang surut air laut yang menuju sungai. Kedua aktivitas ini menyebabkan proses
sedimentasi di Estuari juga semakin efektif, baik sedimen dari laut maupun sedimen dari
sungai.
Proses sedimentasi ditentukan oleh beberapa faktor, diantaranya adalah kecepatan
arus sungai, kondisi dasar sungai, turbulensi, dan diameter sedimen (Posma, 1976 diacu
dalam Supriharyono, 2000). Sedimen berdiameter 104 μm akan tererosi oleh arus dengan
kecepatan 150 cm/dt, dan terbawa arus pada kecepatan antara 90 – 150 cm/dt, dan akan
mengendap pada kecepatan arus < 90 cm/dt . Untuk sedimen yang halus atau dengan
ukuran diameter 102 μm, akan tererosi pada kecepatan arus > 30 cm/dt dan terendapkan
pada kecepatan < 15 cm/dt.
Dalam kondisi seperti tersebut diatas, maka di estuari, seluruh ukuran partikel
sedimen akan mengalami erosi dan terbawa arus (MC Lusky, 1981 dalam Supriharyono,
2000). Apabila arus melemah, maka sedimen berukuran besar seperti pasir, akan
mengendap terlebih dahulu, sedangkan sedimen yang berukuran kecil seperti clay atau
lempung masih terbawa oleh arus. Partikel halus ini akan mengendap setelah arus sudah
cukup lemah dan akan mengendap di tengah estuaria.
Laju sedimentasi tergantung pada ukuran partikel dan sedimen yang terbawa
sampai ke daerah estuaria berada dalam bentuk suspensi dan berukuran kecil. Partikelpartikel itu umumnya berdiameter < 2 μm, dan merupakan komposisi dari clay mineral,
yaitu illite, kaolinite, dan montmorilonit, yang bersumber dari sungai. Semakin kecil
diameter partikel, maka akan semakin sulit untuk mengendap. Menurut King (1976),
16
pasir dan pasir kasar mengendap secara cepat diperairan. Sedimen sedimen ini dapat
mengendap dalam satu siklus pasang, sementara sedimen yang lebih halus seperti silt dan
clay, kecepatan endapnya sangat lambat, tidak dapat mengendap dalam satu siklus
pasang. Tabel 2 berikut memperlihatkan beberapa tipe sedimen dengan laju kecepatan
endapnya menurut King, 1976.
Tabel 2. Kecepatan Endap Beberapa Fraksi Sedimen (King 1976)
Fraksi Sedimen
Diameter (um)
Kecepatan Endap (cm/dt)
Pasir
Lumpur
Lempung (clay)
62 – 250
31,2 – 3,9
1,95 – 0,12
0,3484-1,2037
0,0870 – 0,0014
3,47x10-4 -1,16x10-6
Kualitas Perairan Estuari.
1. Salinitas.
Salinitas di estuari sangat dipengaruhi oleh musim, topografi estuari, pasang surut
dan debit air sungai. Fluktuasi di estuari terjadi karena daerah tersebut merupakan tempat
pertemuan antara massa air tawar yang berasal dari sungai dengan massa air laut serta
diiringi dengan pengadukan massa air.
2. Derajat Keasaman (pH)
Derajat keasaman atau pH adalah nilai yang menunjukkan aktivitas ion hidrogen
dalam air yang digunakan untuk mengukur apakah suatu larutan bersifat asam atau basa.
Nilai pH berkisar antara 1-14 dimana nilai pH 7 adalah netral, yang merupakan batas
antara asam dan basa. Makin tinggi pH suatu larutan maka makin besar sifat basanya, dan
sebaliknya makin kecil pH makin besar sifat asam suatu larutan.
Derajat keasaman ini dalam sistem perairan, merupakan suatu peubah yang sangat
penting. Ia juga mempengaruhi konsentrasi logam berat di perairan. Pada perairan estuari,
kandungan logam berat lebih tinggi dibandingkan dengan perairan lainnya. Hal ini
disebabkan karena kelarutan logam berat lebih tinggi pada pH rendah (Chester 1990).
3. Oksigen Terlarut
Kelarutan logam berat sangat dipengaruhi oleh kandungan oksigen terlarut. Pada daerah
dengan kandungan
oksigen rendah daya larutnya juga rendah sehingga mudah
17
mengendap. Logam berat seperti Zn, Cu, Cd, Pb, Hg, dan Ag akan sulit larut dalam
kondisi perairan yang anoksik (Ramlal, 1987).
4. Bahan Organik
Selain faktor-faktor yang mempengaruhi daya larut logam berat di atas, kandungan
logam berat disuatu perairan dipengaruhi juga oleh faktor bahan organik. Bahan organik
itu akan mempengaruhi proses adsorpsi, absorpsi, dan desorpsi logam berat.