STUDt RADIOEKOLOGI,4C DI PERAIRAN TELUK - Digilib

Hasi! Pene!itian P2PLR Tahun 2002
STUDt RADIOEKOLOGI,4C
DI PERAIRAN TELUK JAKARTA DAN
SEMENANJUf.JG LErv1AH ABANG
Heny Suseno
Pusat Pengembangan
Pengelolaan Limbah Radioaktif
ABSTRAK
STUDt
RADIOEKOLOGI
1..C. DI
PERAIRAN
TELUK
JAKARTA
DAt~
SEMENANJUNG LEMAH ABANG.
Telah dilakukan pengkajian absorsi CO2 ke dalam air laut
berdasarkan
studi 14C dan isotop stabil dalam air laut.
Penelitian ini
direncanakan
menggunakan hasil pengukuran 14C dan isotop stabil terkait, akan tetapi karena keterbatasan
kemampuan alat (preparasi dan limit deteksi pengukuran), maka dilakukan perhitungan
menggunakan data sekunder. Penelitian ini bertujuan untuk menghitung absorsi CO2 ke dalam
air laut menggunakan berbagai pendekatan fisika kimia laut berbasis pada kajian radioisotop
14C. Hasil penelitian menunjukkan kelarutan CO2 dalam air laut sebesar 2,61 mol. L-iatm-1
pada suhu 30°C dan kecepatan perpindahaan CO2 dalam air laut sebesar 0,001389 ms-1. Fluks
CO2 yang masuk ke dalam permukaan laut perunit area adalah sebesar 0,726 mol.atm.m-2.s-1.
Kecepatan reaksi dehidrasi keseluruhan 5,14 X 10-3[CO2] S-1.
ABSTRACT
RADIOECOLOGYCAL
STUDY 14C A T JAKARTA AND LEMAH ABANG COASTAL.
The assesment of CO2 absorption to sea water that base on 14C and stabile isotope study at sea
water. Firstly, this research was planed by using measurement result of 14C and related isotope
but unperformance of equipment (such as: preparation and detection limit of instrument) this
research was performanced by calculation that using of secondary datas. The researc,,; was
purposed to calculated CO2 absorption by using behavior of physical chemical of sea wat"r that
base on of 14C. Result of this reseach was found that solubility of CO2 at sea water was 2,61
mol. L-1.atm-1 at 30°C. Tranfer velocit}' , flux and dehidration rate of CO2 at sea wa/'er are
0;001389 ms-1, 0,726 mol.atm.m-2.s-1 and 5,14 X 10-3[CO2l S-1.
PENDAHULUAN
Emisi gas karbon dioksida sangat berhubungan dengan tin:-1kat
pertumbuhan dan kegiatan ekonomi di suatu wilayah. Jakarta dan sekita, nya
merupakan sentra kegiatan ekonomi di Indonesia sehingga emisi gas CO2
dalam jumlah yang sang at besar memasuki atmosfer setiap harir,ya.
Berdasarkan hukum keseimbargan
alam gas CO2 yang diemisikan dapat
difiksasi oleh tumbuhan hijau untuk proses fotosintesis. Oisis lain keberadnan
tanaman hijau di Jakarta sang3t sedikit sehingga laju fiksasi tersebut tidak
seimbang dibandingkan
dengan emisi gas CO2 yang dihasilkan daQ
pembakaran bahan fosil.
Sisa dari ketidakseimbangan
tersebut ekan
memasuki atmosfer dan sebagian diantaranya akan masuk ke dalam laut
melalui proses °difusi. Proses penterapan ini sesuai dengan kemampuan :aut
berfungsi sebagai media pertukaran CO2 dari udara.
Gas CO2 yang masuk kedalam perairan laut Jakarta tersebut
memberikan kontribusi terhadap perubahan radioekologi lingkungan kelautan
Teluk Jakarta. Hal ini berhubungan dengan CO2 yang diserap oleh permukaan
laut dalam berbagai bentuk isotop (12C, 13Cdan 14C). Karbon dioksida dengan
Hasil Penelitian
P2PLR Tahun 2002
kandungan
14C
yang
tertimbun
didasar
laut akan
terbawa
kembali
kepermukaan
melalui proses upwelling. Pengendapan
karbon oleh organisme
laut (karanglshe//)
yang merefleksikan
aktivitas
14C dan dapat digunakan
sebagai penentuan
umur air laut .Pengendapan
karbon sebagai
karbonat
dalam keadaan setimbang dengan air laut merupakan indikator perubahan CO2
didalam laut. Konsentrasi 14C pada permukaan air bercampur dengan lapisan
yang lebih dalam melalui gelombang dan proses pengendapan
serta pelarutan
kembali dari !aut dalam.
Penerimaan
CO2 oleh laut dapat dijelaskan oleh fisika sirkulasi laut dan
kimia CaCO3 dan CO2. Secara kuantitatif CO2 yang dilepaskan
dari daratan
akan diserap oleh permukaan
laut yang disitilahkan sebagai invasi CO2. Skala
waktu invasi ditentukan o!eh skla waktu sirkulasi laut dan kapasitas penyangga
permukaan
laut mengikuti kesetimbangan
atmosfir dengan air. Karbon dioksida
akan bereaksi
dengan
CaCO3 yang disebut
sebagai
proses netralisasi.
Terdapat dua proses netralisasi :
(1) Transportasi CO3= dari CaCO3 dari dasar laut
(2) Ketidak setimbangan antara kecepatan pelarutan
pada
daratan
dan
akumulasi CaCO3 pada de.sar laut
Pengukuran
perubah-=in
CO2
dilaut
dapat
digunakan
untuk
memperkirakan
penerimaan
CO2 dan dampaknya
secara
global.
Laut
merupakan reservoir panas, a;;- dan CO2 dan memberikan
efek komplek pad a
musim.
Keberhasilan
penciltuan
kapasitas
reservoir
laut
terhadap
penyerapan CO2 :
(1)
(2)
Dokumentasi perubahan konsentrasi karbon anorganik (DIC), pH, rasio
13C/12Cdan nutrien untuk t~dnsisi masuknya CO2 ke dalam laut
Membandingkan perubaha~ dengan model yang telah dikembangkan
Monitoring
kandun~an
CO2 di. dalam laut lebih sulit dibandingkan
dengan di
daratan.
Jumlah 1 C dilaut ~;R~\gat kecil dibandingkan
dengan 12C, dengan
rasio 1 atom 14C berbanding dengan
atom 12C. Konsentrasi 14C l1alam air
laut yang sangat kecil, akan memberikan
kesulitan
pengukuran
karena
berhubungan
dengan limit detek~)i alat.
Perhitungan
aliran CO2 iintara atmosfir dan laut sering dipertimbangkan
beberapa
problem
untuk merghitung
atau memprediksi
konsentrasi
CO2"
sepanjang
interface
udara-laut.
Beberapa
cara yang
digunakan
untuk
memperkirakan
aliran CO2 yang didasarkan pada transportasi
14C dan transisi
tracer !ainnya seperti rasio 12C,13C. Profil radiokarbon
14C dan tracer transisi
(antropogenik
klorofluoro
karbon, tritium dari percobaan
born) tidak hanya
menjelasakan
kecepatan
pertukaran
udara-laut tetapi percampuran
antara
lapisan-lapisan
air di dalam laut dan proses uptake antropogenik CO2.
196
Hasif Penelitian P2PLR Tahun 2002
Metoda isotop karbon didasarkarl pada kecenderungan uptake CO2
sebagai karbon yang lebih ringan yaitlJ 12C dilaukan oleh tanaman. Gas CO2
yang dihasikan dari pembakaran bahan fosil selanjutnya dengan fraksi yang
lebih besar (13C) selanjutnya diserap oleh laut. Berdasarkan perbandingan
12C/13Cdapat diketahui seberapa cepatnya 13C dapat masuk ke dalam laut.
Pada penelitian ini seharusnya dilakukan pengukuran 14C dan isotopisotop karbon untuk mempelajari secara detail pengaruh emisi CO2 di Jakarta
terhadap radioekologi lingkunbgan kelautan Teluk Jakarta. Data tersebut
dibandingkan dengan pengukuran di Semenanjung Muria Jawa Tengah.
Namum demikian, mengingat keterbatasan dana sehingga proses pengadaan
alat dan bahan sangat terbatas, maka pada lingkup laporan hasil penelitian ini
hanya dibahas secara teoritis sehingga diperolet-, estimasi pengaruh emisi gas
CO2 terhadap radioekologi dan lingkungan kelautan di Teluk Jakarta.
SISTEM KIMIA KARBONAT DALAM AIR LAUT
Gas CO2 bereaksi dengan air membentuk asam karbonat. Karbonat
kehilangan sebuah proton membentuk ion bikarbonat dan kehilangan satu
proton lagin akan membentuk ion karbonat. Kesetimbangan thermodinamik
proses pelarutan gas CO2 ditunjukan pada persamaan berikut :
CO2(aq)
+ H2O ~ H2CO3
H2CO3== HC03-
K1 = 10-6 mol L-1,
HCO3- === CO32- + H+
H2O === H+ + 0:;-
K2 = 10-10 mol.L-1
(2)
(3)
Kw = 10-14 mol.L-1
Kuantitas karbonat diket&hui sebagai alkalinitas.
,
Calk= [HCO3-] + 2 [CO2] + [OH-]- [H+]
Pertukaran CO2 bntara laut dan udara ad~lah transfer karbon antara
lapisan perc~mpuran dall air dalam. Kecepatan transfer ditentukan oleh difusi
molekular sepanjang lapisan tipis yang tidak berubah. Batas bagian bawah dari
stagnan lapisan tipis ini r',emberikan cara pencal"!)puran. Ukuran lapisan tipis
dan difusi berhubungan dengan kecepatan perpindahan yang dirumuskan
sebagai berikut:
.
kw = OIl
dimana :
kw .kecepatan
0
.difusi
Z
.ketebalan
perpindahan
lapisan tipis
(ms-1)
(m)
197
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
Kecepatan perpindahaan CO2 dalam air laut (kw)menurut Wesley (1982)
seperti yang dikutip pada pustaka (1) adalah 500 cm perjam pad a secepatan
angin 8 cm per jam.
Kelarutan (Ko) dan kelarutan tak berdimensi (a) dirumuskan sebagai
berikut
Ko = 1 00 a I RT
dimana:
Ko : kelarutan CO2 dalam air laut (mol.kg-1.atrr,-1)
a
: dimensionless
solubilitr (tidak ada satuan)
R
: Tetapan gas (Kg.m2.s- .K-1.mol-1)
T
: Suhu (K)
Perhitungan kecepatan pertukaran CO2 antara udara ke laut mengacu
pada prinsip-prinsip :
1) Perbedaan tekanan parsial CO2 antara udara dan bulk air (/1pCO2) yang
(2)
dipertimbangkan sebagai gaya dorong thermodinamik
Kecepatan pertukaran gas adalah kecepatan transfer yang merupakan
parameter kinetik
Flux perunit area dirumuskan sebagai
Flux = kw .Ko .t!J.pCUL
dimana
L\pCO2
Tekanan parsiall::;O2 dalam air laut (tidak mempunyai satuan)
Reaksi langsung CO2 dengdn ion hidroksil (OH-) membentuk HCO3- iebih cepat
dibandingkan reaksinya d..:,ngan H2O. Kecepatan reaksi direpresentasikan
berdasarkan reaksi berikut :
kCO2
CO2 + H2O ====
H2CO3 ==== HCO3- + H+
(9)
k'CO2
kOH
CO2 + OH- ====
(10)
HCO3"
k'OH
198
HasiJ PeneJitian P2PLR Tahun 2002
Kecepatan reaksi dehidrasi keseluruhan
Ktotal [CO2]
(11)
Ktotal = kCO2+ kOH [OH-]
(12)
Harga kCO2 pad a suhu 0 sampai dengan 30°C adalah 0,002 sampai dengan
0,005 s-1 [2] .Harga kOH pada SL!hu 0 sampai dengan 30°C adalah 850 sampai
dengan
1400s-1 mol-1 [2],
PERHITUNGAN
INV ASI CO2 KE DALA_M PERMUKAAN
LAUT
Kecepatan
perpindahan
CO2 antara
laut dan udara dihitung
menggunakan persamaan (6) .Bolin (1960) seperti yang dikutip oleh pustaka
(2), menggunakan
pengukuran fluks 14C antara udara dan laut untuk
menghitung lapisan tipis stagnan don diperoleh sebesar 35~m. Kelarutan CO2
dalam air laut dihitung menggunakan persamaan (7). Menurut Weiss (1974)
seperti yang dikutip oleh pustaka (2), nilai a pada suhu 30°C sebesar 0,65.
Penyesuaian satuan parameter-parameter
pada persamaan (7) sebagai
berikut :
Konstanta gas (R) adalah 8,206 X 10-2 L.atm. K-1.mol-1
Suhu (T) 30°C adalall 303K
dan hasil perhitungan djperoleh
2,61 mol. L-1.atm-1.
nilai kelarutan CO2 (Ko) da!am air laut sebesar
Kecepatan perpindahaan CO2 dalam air laut (kw) yang telah disesuaikan
satuannya adalah sebe~3r 0,001389 ms-1. Kecepatan pertukaran melibatkan
difusi gas ke dalam air dan pengaruh proses fisik pad.a lapisan batas (boundary
layer). Flux CO2 yang masuk ke dalam laut perunit area dihitung menggunakan
perSamaan (8). Menurut Broecer (1974) seperti dikutip pada pustaka (2), nilai
~pCO2 pada tahun 1970an adalah 330 dan saat ini umumnya adalah 200.
Nilai kecepatan perpindahan CO2 dan kelarutan CO2 di dalam air laut masingmasing sebesar 0,001389 ms-1dan 2,61 mol. L-1.atm-1. Menga<.'lJpad a tekanan
parsial CO2 (~pCO2) dalam air laut sebesar 200, maka fiuks CCJ2yang masuk
ke dalam permukaan laut perunit area menggunakan persamaan (8) adalah
sebesar 0,726 mol.atm m-2.s-1.
.
Reaksi hidrasi air laut ditunjukkan pada persamaan berikllt :
H20 ====
H+ + OH.
Nilai konstanta kesetimbangan hidrasi ditunjukkan pada persamaan berikut
Kw = [H+] [OH-]/[H2O]
= 10-14
199
Has!1 Penelitian P2PLR Tahun 2002
Mengacu pad a persamaan (14), maka diperoleh nilai [OH] pada
dehidrasi air laut sebesar = 10-7. r-v1enggunakanpersamaan (10)
reaksi
ktotal pad a 30°C= {0,005 + 1400 X 10-) = 5,14 X 10-35-1
Perhitungan kecepatan dehidrasi berdasarkan persamaan (11)
Kecepatan ieaksi dehidrasi keseluruhan = 5,14 X 10-3 [CO2] S.1
KESIMPULAN
30°C
Fluks
0,726
[CO2]
Kelarutan CO2 dalam air laut sebesar 2,61 mol. L-1.atm-1 pada suhu
dan kecepatan perpindahaan
CO2 dalam air laut sebesar 0,001389 ms-1.
CO2 yang masuk ke dalam permukaan laut perunit area adalah sebesar
mol.atm.m-2.s-1. Kecepatan reaksi dehidrasi keseluruhan
= 5,14 X 10-3
S-1.
DAFTARPUSTAKA
1. Spennemann,
H,R,D;
et.al
(1999)
" Reservoir
Modification
of
14-C
Signature in Coastal Water of E. Australia: The State Play", Australian
Ocean Reservoir Correction Research Project, Charles Sturt University,
Australia.
2. Annom
(2000),
"The
Rate
of
Air-Sea
CO2
Exchange",
www.chooseclimate.ora
3. Archer, D., (1999), "The Dinamic of Fossil Fuel CO2 Netralizatioi1 by Marine
CaCO3", Max Plank Institut Fuer Meteorologie, germany
4. Taft, 8, et.al (1999) "NOM Ocean Carbon Dioxide and Tracl~1 Program",
An Integrated Approach to Decadal Ocean Climate Change Studies, Pacific
Marine Environmental Laboratories, Seattle
200