Hasi! Pene!itian P2PLR Tahun 2002

STUDt RADIOEKOLOGI,4C DI PERAIRAN TELUK JAKARTA DANSEMENANJUf.JG LErv1AH ABANG

Heny SusenoPusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif

ABSTRAKSTUDt RADIOEKOLOGI 1..C. DI PERAIRAN TELUK JAKARTA DAt~

SEMENANJUNG LEMAH ABANG. Telah dilakukan pengkajian absorsi CO2 ke dalam air lautberdasarkan studi 14C dan isotop stabil dalam air laut. Penelitian ini direncanakanmenggunakan hasil pengukuran 14C dan isotop stabil terkait, akan tetapi karena keterbatasankemampuan alat (preparasi dan limit deteksi pengukuran), maka dilakukan perhitunganmenggunakan data sekunder. Penelitian ini bertujuan untuk menghitung absorsi CO2 ke dalamair laut menggunakan berbagai pendekatan fisika kimia laut berbasis pada kajian radioisotop14C. Hasil penelitian menunjukkan kelarutan CO2 dalam air laut sebesar 2,61 mol. L-iatm-1pada suhu 30C dan kecepatan perpindahaan CO2 dalam air laut sebesar 0,001389 ms-1. FluksCO2 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.

ABSTRACTRADIOECOLOGYCAL 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 seawater. Firstly, this research was planed by using measurement result of 14C and related isotopebut unperformance of equipment (such as: preparation and detection limit of instrument) thisresearch was performanced by calculation that using of secondary datas. The researc,,; waspurposed to calculated CO2 absorption by using behavior of physical chemical of sea wat"r thatbase on of 14C. Result of this reseach was found that solubility of CO2 at sea water was 2,61mol. L -1.atm-1 at 30C. Tranfer velocit}' , flux and dehidration rate of CO2 at sea wa/'er are0;001389 ms-1, 0,726 mol.atm.m-2.s-1 and 5,14 X 10-3 [CO2l S-1.

PENDAHULUANEmisi gas karbon dioksida sangat berhubungan dengan tin:-1kat

pertumbuhan dan kegiatan ekonomi di suatu wilayah. Jakarta dan sekita, nyamerupakan sentra kegiatan ekonomi di Indonesia sehingga emisi gas CO2dalam jumlah yang sang at besar memasuki atmosfer setiap harir,ya.Berdasarkan hukum keseimbargan alam gas CO2 yang diemisikan dapatdifiksasi oleh tumbuhan hijau untuk proses fotosintesis. Oisis lain keberadnantanaman hijau di Jakarta sang3t sedikit sehingga laju fiksasi tersebut tidakseimbang dibandingkan dengan emisi gas CO2 yang dihasilkan daQpembakaran bahan fosil. Sisa dari ketidakseimbangan tersebut ekanmemasuki atmosfer dan sebagian diantaranya akan masuk ke dalam lautmelalui proses difusi. Proses penterapan ini sesuai dengan kemampuan :autberfungsi sebagai media pertukaran CO2 dari udara.

Gas CO2 yang masuk kedalam perairan laut Jakarta tersebutmemberikan kontribusi terhadap perubahan radioekologi lingkungan kelautanTeluk Jakarta. Hal ini berhubungan dengan CO2 yang diserap oleh permukaanlaut dalam berbagai bentuk isotop (12C, 13C dan 14C). Karbon dioksida dengan

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

kandungan 14C yang tertimbun didasar laut akan terbawa kembalikepermukaan melalui proses upwelling. Pengendapan karbon oleh organismelaut (karanglshe//) yang merefleksikan aktivitas 14C dan dapat digunakan

sebagai penentuan umur air laut .Pengendapan karbon sebagai karbonatdalam keadaan setimbang dengan air laut merupakan indikator perubahan CO2didalam laut. Konsentrasi 14C pada permukaan air bercampur dengan lapisanyang lebih dalam melalui gelombang dan proses pengendapan serta pelarutankembali dari !aut dalam.

Penerimaan CO2 oleh laut dapat dijelaskan oleh fisika sirkulasi laut dankimia CaCO3 dan CO2. Secara kuantitatif CO2 yang dilepaskan dari daratanakan diserap oleh permukaan laut yang disitilahkan sebagai invasi CO2. Skalawaktu invasi ditentukan o!eh skla waktu sirkulasi laut dan kapasitas penyangga

permukaan laut mengikuti kesetimbangan atmosfir dengan air. Karbon dioksidaakan bereaksi dengan CaCO3 yang disebut sebagai proses netralisasi.Terdapat dua proses netralisasi :

(1)(2)

Transportasi CO3= dari CaCO3 dari dasar lautKetidak setimbangan antara kecepatan pelarutan pada daratan danakumulasi CaCO3 pada de.sar laut

Pengukuran perubah-=in CO2 dilaut dapat digunakan untukmemperkirakan penerimaan CO2 dan dampaknya secara global. Lautmerupakan reservoir panas, a;;- dan CO2 dan memberikan efek komplek pad amusim. Keberhasilan penciltuan kapasitas reservoir laut terhadappenyerapan CO2 :

(1)

(2)

Dokumentasi perubahan konsentrasi karbon anorganik (DIC), pH, rasio13C/12C dan nutrien untuk t~ dnsisi masuknya CO2 ke dalam lautMembandingkan perubaha~ dengan model yang telah dikembangkan

Monitoring kandun~an CO2 di. dalam laut lebih sulit dibandingkan dengan didaratan. Jumlah 1 C dilaut ~;R~\gat kecil dibandingkan dengan 12C, dengan

rasio 1 atom 14C berbanding dengan atom 12C. Konsentrasi 14C l1alam airlaut 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 untukmemperkirakan aliran CO2 yang didasarkan pada transportasi 14C dan transisitracer !ainnya seperti rasio 12C,13C. Profil radiokarbon 14C dan tracer transisi

(antropogenik klorofluoro karbon, tritium dari percobaan born) tidak hanyamenjelasakan kecepatan pertukaran udara-laut tetapi percampuran antaralapisan-lapisan air di dalam laut dan proses uptake antropogenik CO2.

196

Hasif Penelitian P2PLR Tahun 2002

Metoda isotop karbon didasarkarl pada kecenderungan uptake CO2sebagai karbon yang lebih ringan yaitlJ 12C dilaukan oleh tanaman. Gas CO2yang dihasikan dari pembakaran bahan fosil selanjutnya dengan fraksi yanglebih besar (13C) selanjutnya diserap oleh laut. Berdasarkan perbandingan12C/13C dapat diketahui seberapa cepatnya 13C dapat masuk ke dalam laut.

Pada penelitian ini seharusnya dilakukan pengukuran 14C dan isotop-isotop karbon untuk mempelajari secara detail pengaruh emisi CO2 di Jakartaterhadap radioekologi lingkunbgan kelautan Teluk Jakarta. Data tersebutdibandingkan dengan pengukuran di Semenanjung Muria Jawa Tengah.Namum demikian, mengingat keterbatasan dana sehingga proses pengadaanalat dan bahan sangat terbatas, maka pada lingkup laporan hasil penelitian inihanya dibahas secara teoritis sehingga diperolet-, estimasi pengaruh emisi gasCO2 terhadap radioekologi dan lingkungan kelautan di Teluk Jakarta.

SISTEM KIMIA KARBONAT DALAM AIR LAUTGas CO2 bereaksi dengan air membentuk asam karbonat. Karbonat

kehilangan sebuah proton membentuk ion bikarbonat dan kehilangan satuproton lagin akan membentuk ion karbonat. Kesetimbangan thermodinamikproses pelarutan gas CO2 ditunjukan pada persamaan berikut :

(2)

(3)

CO2(aq) + H2O ~ H2CO3

H2CO3== HC03- K1 = 10-6 mol L-1,

HCO3- === CO32- + H+ K2 = 10-10 mol.L-1

H2O === H+ + 0:;- 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 antaralapisan perc~mpuran dall air dalam. Kecepatan transfer ditentukan oleh difusimolekular sepanjang lapisan tipis yang tidak berubah. Batas bagian bawah daristagnan lapisan tipis ini r',emberikan cara pencal"!)puran. Ukuran lapisan tipisdan difusi berhubungan dengan kecepatan perpindahan yang dirumuskansebagai berikut : .

kw = OIl

dimana :

kw .kecepatan perpindahan (ms-1)0 .difusiZ .ketebalan lapisan tipis (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 secepatanangin 8 cm per jam.

Kelarutan (Ko) dan kelarutan tak berdimensi (a) dirumuskan sebagaiberikut

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 mengacupada prinsip-prinsip :

1)

(2)

Perbedaan tekanan parsial CO2 antara udara dan bulk air (/1pCO2) yangdipertimbangkan sebagai gaya dorong thermodinamikKecepatan pertukaran gas adalah kecepatan transfer yang merupakanparameter 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 cepatdibandingkan reaksinya d..:,ngan H2O. Kecepatan reaksi direpresentasikanberdasarkan reaksi berikut :

kCO2

H2CO3 ==== HCO3- + H+CO2 + H2O ==== (9)

k'CO2

kOH

CO2 + OH- ==== HCO3" (10)

k'OH

198

HasiJ PeneJitian P2PLR Tahun 2002

Kecepatan reaksi dehidrasi keseluruhan

Ktotal [CO2] (11)

(12)Ktotal = kCO2 + kOH [OH-]

Harga kCO2 pad a suhu 0 sampai dengan 30C adalah 0,002 sampai dengan0,005 s-1 [2] .Harga kOH pada SL!hu 0 sampai dengan 30C 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 dihitungmenggunakan persamaan (6) .Bolin (1960) seperti yang dikutip oleh pustaka(2), menggunakan pengukuran fluks 14C antara udara dan laut untukmenghitung lapisan tipis stagnan don diperoleh sebesar 35~m. Kelarutan CO2dalam air laut dihitung menggunakan persamaan (7). Menurut Weiss (1974)seperti yang dikutip oleh pustaka (2), nilai a pada suhu 30C sebesar 0,65.Penyesuaian satuan parameter-parameter pada persamaan (7) sebagaiberikut :

Konstanta gas (R) adalah 8,206 X 10-2 L.atm. K-1.mol-1Suhu (T) 30C adalall 303K

dan hasil perhitungan djperoleh nilai kelarutan CO2 (Ko) da!am air laut sebesar2,61 mol. L-1.atm-1.

Kecepatan perpindahaan CO2 dalam air laut (kw) yang telah disesuaikansatuannya adalah sebe~3r 0,001389 ms-1. Kecepatan pertukaran melibatkandifusi gas ke dalam air dan pengaruh proses fisik pad.a lapisan batas (boundarylayer). Flux CO2 yang masuk ke dalam laut perunit area dihitung menggunakanperSamaan (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 masing-masing sebesar 0,001389 ms-1dan 2,61 mol. L -1.atm-1. Menga

Has!1 Penelitian P2PLR Tahun 2002

Mengacu pad a persamaan (14), maka diperoleh nilai [OH] pada reaksidehidrasi air laut sebesar = 10-7. r-v1enggunakan persamaan (10)

ktotal pad a 30C= {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

KESIMPULANKelarutan CO2 dalam air laut sebesar 2,61 mol. L-1.atm-1 pada suhu

30C dan kecepatan perpindahaan CO2 dalam air laut sebesar 0,001389 ms-1.Fluks CO2 yang masuk ke dalam permukaan laut perunit area adalah sebesar0,726 mol.atm.m-2.s-1. Kecepatan reaksi dehidrasi keseluruhan = 5,14 X 10-3[CO2] S-1.

DAFTARPUSTAKA1. Spennemann, H,R,D; et.al (1999) " Reservoir Modification of 14-C

Signature in Coastal Water of E. Australia: The State Play", AustralianOcean 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 MarineCaCO3", 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, PacificMarine Environmental Laboratories, Seattle

200