Teknik Fingerprinting Tracer dengan menggunakan Fallout Radionuklir untuk Prediksi Erosi (khususnya 137Cs)

Pendahuluan 

Mendengar kata Nuklir merupakan momok tersendiri bagi masyarakat. Namun jangan salah, nuklir rupanya dapat kita manfaatkan menjadi sesuatu hal yang baik dan berguna. Bukan hanya di bidang energi, kesehatan dan pertanian, nuklir juga dapat kita manfaatkan keberadaannya untuk menanggulangi masalah-masalah lingkungan, salah satunya untuk penanggunangan akan konservasi tanah akibat erosi. Unsur nuklir atau radioaktif yang dapat kita manfaatkan adalah unsur yang mempunyai bilangan radio isotop.

Isotop adalah sebuah unsur dimana keadaan inti atom (nucleus) menjadi tidak stabil karena kehilangan atau kelebihan neutron (muatan negatif), sedangkan jumlah protonnya (muatan positif) sama. Contohnya adalah unsur Oksigen (16-O), pada kondisi yang stabil, Oksigen mempunyai jumlah proton dan neutron masing-masing 8. Namun, pada keadaan yang tidak stabil akibat sesuatu hal seperti reaksi nuklir, jumlah neutron pada Oksigen dapat berkurang atau bertambah menjadi 12-O (jumlah proton 8 dan neutron 4) atau 24-O (jumlah proton 8 dan neutron 16). Disebut radioisotop karena unsur-unsur tersebut bersifat radioaktif. Pada kenyataannya, oksigen mempunyai sifat radioaktif pada bilangan 13-O dan 15-O.

Gambar 1. Isotop dari Oksigen Sumber: https://sites.google.com/site/ellesmerealevelchemistry/module-2-foundations-in-chemistry/2-1-atoms-and-reactions/2-1-1-atomic-structure-and-isotopes/2-1-1-a-isotopes

Beberapa radioisotop yang dapat dimanfaatkan untuk keperluan penelitian dalam studi lingkungan salah satunya adalah unsur Caesium-137 (137-Cs). Pada dasarnya, Caesium merupakan unsur logam berat yang berwujud cair pada suhu ruangan dan merupakan salah satu unsur toksik berbahaya. Namun disisi lain, 137-Cs radioisotop banyak dimanfaatkan untuk keperluan penelitian di belahan bumi utara, yang mana daerah utara merupakan daerah yang banyak terdapat sumber radioisotop seperti di Chernobyl, Ukraina dan juga Fukushima, Jepang. Namun, 137-Cs juga terdeteksi di belahan bumi selatan seperti Australia dan Asia Tenggara. (Lougran, 1993; Martinez et al., 2009; Furuichi and Wasson, 2013). Dengan konsentrasi rendah dan data terbatas, 137-Cs hasil inventarisasi di belahan bumi selatan menunjukkan bahwa konsentrasi 137-Cs rupanya mencapai di atas batas bawah konsentrasi yang dapat digunakan untuk prediksi laju erosi. Selain 137-Cs, unsur lain yang banyak digunakan untuk prediksi laju erosi tanah adalah timbal-210 (210-Pb) dan berilium-7 (7-Be). Unsur-unsur tersebut bukan berasal dari kondisi reaksi fisika biasa yang terjadi pada kehidupan sehari-hari, khususnya pada timbal-210. 210-Pb tidak berasal dari pembakaran asap kendaraan bermotor seperti yang sering diduga oleh banyak masyarakat awam. Unsur-unsur radioisotop tersebut, terutama 137-Cs tercipta dan tersebar akibat dari peristiwa yang dinamakan Fallout Radio Nuclear (FRN). Peristiwa fallout atau kejatuhan radionuklir dimulai pada tahun 1954, dimana negara-negara barat memulai percobaan aktifitas nuklir. Kemudian mencapai puncaknya pada tahun 1960an setelah dilakukannya banyak pengujian bom nuklir hingga pada tahun 1963 disepakati penandatangan Perjanjian Pelarangan Uji Coba Nuklir.

210-Pb adalah produk alami dari peluruhan Uranium-238 (238-U) yang berasal dari peluruhan gas Radon-222 (222-Rn), yaitu anakan dari unsur Radium-226 (226-Ra). 210-Pb dapat ditemukan secara alami di tanah dan batu yang mengalami peluruhan. Sedangkan 7-Be adalah radionuklida kosmogenik alami yang diproduksi di stratosfer dan troposfer sebagai akibat dari reaksi spallation dari nitrogen dan oksigen yang kemudian kemudian mengendap dan jatuh ke bumi. Waktu paruh 137-Cs, 210-Pb dan 7-Be masing-masing adalah 30,1 tahun; 22,3 tahun dan 53,12 hari. Oleh karena waktu paruhnya yang lama, juga ketersediaannya di tanah, 137-Cs dan 210-Pb adalah unsur-unsur yang paling banyak dimanfaatkan untuk pelacak jejak dan prediksi laju erosi (Guzman et.al., 2013). Akibat dari peristiwa tersebut, unsur radioaktif secara mikroskopis terbang dan tersebar ke udara dan terbawa angin menyebar dan jatuh ke seluruh belahan bumi. Namun, unsur-unsur radioaktif mempunyai waktu paruh yang akan membuatnya rusak dan menghilang. Pada tahun 1980an, hampir semua unsur radioisotop yang jatuh ke permukaan bumi hampir mengalami kerusakan hingga ke konsentrasi nol. Namun, akibat dari persitwa meledaknya pembangkit nuklir di Chernobyl pada tahun 1986, jumlah konsentrasi unsur radioaktif yang tersebar meningkat kembali (Zapata ed., 2010). Karena setiap unsur radioisotop mempunyai waktu paruh, maka pada prinsipnya unsur-unsur tersebut dapat menjadi acuan perbandingan konsentrasi pada aktivitas erosi. Inilah yang menjadi prinsip dasar metode prediksi laju erosi dengan memanfaatkan unsur radioisotop. Radioisotop ini telah digunakan di berbagai lingkungan pengendapan untuk menentukan tingkat erosi dan sedimentasi untuk skala menengah (puluhan tahun) di berbagai skala spasial (daerah berbukit, padang rumput, tanah datar dll).

 

Penggunaan Teknik Fingerprinting untuk Prediksi Erosi

Seperti disebutkan sebelumnya, prinsip dasar penggunaan FRN adalah dengan membandingkan persediaan FRN di daerah terkikis dan daerah yang tidak terkikis, begitu juga dengan teknik fingerprinting menggunakan 137-Cs. (Zapata, 2010). Daerah tidak terkikis didefinisikan sebagai lokasi pembanding yang mana tanahnya tidak mempunyai catatan sejarah erosi baik pengikisan atau pun deposisi. Daerah terkikis didefinisikan sebagai daerah dengan erosi, baik itu terkikis atau pun mengalami pengendapan, utamanya terjadi setelah fallout nuklir pertama (akhir tahun 1960-an) sampai saat ini. Gambar 2 menunjukkan pola distribusi vertikal 137-Cs pada profil tanah yang dikembangkan dari bahan induk yang berbeda pada dua jenis penggunaan lahan.

Walling (1991) pada Zapata (2010) menentukan penggunaan lahan menjadi dua jenis besar, tanah tidak terganggu dan tanah terganggu, yang terkadang didefinisikan juga sebagai tanah bebas dan tanah pertanian. Tanah terganggu adalah lahan dengan banyak tujuan pengembangan, misalkan pertanian, pelatihan militer, industri, pengolahan sampah kota dll. (Bhattarai et al., 2011). Tanah tidak terganggu didefinisikan sebagai tanah tanpa bebas, contohnya padang rumput, sabana, stepa dll. (Walling, 1991; Zapata, 2010). Beberapa peneliti masih sulit untuk membedakan lokasi pembanding dengan tanah terganggu dan tanah tergarap karena tidak ada penjelasan yang cukup jelas mengenai hal tersebut. Namun, Tang et al. (2006) pada Gambar 2 menekankan bahwa tanah yang digunakan sebagai pembanding, atau yang disebut dengan lokasi pembanding, dapat berasal dari tanah terganggu dan tanah tidak terganggu selama tidak ada bukti catatan erosi.

Gambar. 2 ketersediaan 137-Cs pada lokasi pembanding di atas bahan induk yang berbeda, termasuk Kuarter tanah liat merah (QRC), batu pasir merah (RSS), argillaceous shale (ARS) dan granit (GRA) pada penggunaan lahan yang berbeda, termasuk uncultivated crest (U1) dan sawah (P1). a -d: QRC-U1, RSS-U1, ARS-U1, dan GRA-U1. e -h: QRC-P1, RSS-P1, ARS-P1, GRA-P1 (Tang et al., 2006).

Ada perbedaan besar antara persediaan konsentrasi 137-Cs di lahan tidak terganggu dan lahan terganggu pada Gambar 2. Gambar 3 mendukung penjelasan Gambar 2 a-d dimana tanah yang tidak terganggu memiliki pola yang mana lapisan permukaan tanahnya mengandung konsentrasi 137-Cs yang tinggi. Konsentrasi tersebut akan berangsur-angsur menurun seiring dengan kedalaman tanah. Semakin dalam tanah, semakin rendah konsentrasinya. Hal ini berhubungan dengan sifat tanah dimana semakin dalam tanah, semakin rendah kandungan tanah liat (clay)-nya. Persediaan pada lokasi pembanding ini mewakili akumulasi 137-Cs dari dampak pertama sampai hari pengambilan sampel.

Gambar 3. Ketersediaan 137-Cs diambil dari lokasi pembanding lahan tidak terganggu, di DAS Kaleya, Zambia (Collins et al., 2001).

Gambar 4 dan 5 menunjukkan daerah yang diamati baik pengikisan maupun pengendapan. Grafik kiri menunjukkan pengikisan dan di sebelah kanan adalah pengendapan. Dengan melihat jumlah total konsentrasi, jenis erosi bisa ditentukan apakah itu pengikisan ataukah pengendapan. Pengikisan terjadi apabila total persediaan 137-Cs di daerah pengamatan lebih rendah dari total persediaan di lokasi pembanding. Sebaliknya, pengendapan terjadi bila persediaan di daerah pengamatan lebih tinggi dari pada lokasi pembanding. Perbedaan antara lahan yang tidak terganggu (Gambar 4) dan lahan yang terganggu (Gambar 5) dapat dilihat dari pola persediaan dan juga ditunjukkan pada Gambar 2.

Pola pada gambar 2 a-d serta Gambar 4 secara bertahap menurun dari permukaan ke batuan tempat tidur. Kedalaman. Gambar 4 (kanan), dari 0-14 cm mewakili bagian pengendapan. Inventaris 137-Cs akan selalu lebih tinggi pada lapisan permukaan (0-5 cm) karena proses kejatuhan mencapai lapisan permukaan sebelum diangkut secara vertikal ke lapisan yang lebih dalam. Kemudian lahan yang terganggu ditunjukkan pada Gambar 2 e-h, serta Gambar 5, memiliki pola serupa. Persediaan per kedalaman hampir serupa membentuk garis vertikal. Itu adalah hasil aktivitas yang dilakukan oleh manusia seperti pembajakan tanah dan budidaya tanaman. Kedalaman pengolahan tanah (Gambar 5) mengacu pada kegiatan pengolahan tanah sampai kedalaman 18 cm; hal ini membuat persediaan 137-Cs tercampur.

Gambar 4. ketersediaan 137-Cs yang diambil dari lahan tidak terganggu berupa padang rumput dengan aktivitas penggembalaan, bertempat di DAS Kaleya, Zambia (Collins et al., 2001).Keuntungan dan Kelemahan Penggunaan Teknik Fingerprinting

Gambar. 5 ketersediaan 137-Cs yang diambil dari lahan terganggu yang berupa lahan budidaya tanaman komersil, bertempat di DAS Kaleya, Zambia (Collins et al., 2001). Catatan: kiri: pengikisan, kanan: pengendapan

Kelebihan penggunaan teknik fingerprinting adalah mudah dilakukannya pengambilan sampel dan hemat biaya serta efisien waktu. Pengambilan sampel hanya dibutuhkan satu kali pengambilan sampel tanpa harus dilakukan berulang kali. Selain itu, dengan teknik fingerprinting ini, kita dapat mengetahui pola perpindahan tanah dalam jangka waktu selama waktu paruh unsur yang digunakan dalam analisa (Mabit et al., 2008). Teknik ini juga dapat diterapkan di daerah tangkapan air dari skala kecil hingga skala luas (Theocaropaulos et al., 2003). Unsur radionuklir tersebut diserap ke dalam partikel tanah tanpa membuat perubahan pada sifat fisik dan biologis. Namun, proses perpindahannya sangat didominasi oleh proses fisika tanah (Ritchie dan Henry, 1990). Dengan metode ini pula, kita dapat mengintegrasikan data perpindahan tanah dengan pembuatan peta, sehingga dapat di dapat peta sejarah perpindahan tanah seumur dengan waktu paruh unsur yang digunakan.

Menilik dari penambahan konsentrasi radionuklir dari peristiwa ledakan di Chernobyl dan Fukushima, ketersediaan radionuklir dapat berubah. Namun, hingga saat ini, tidak ada cukup bukti untuk memperkuat hipotesis tersebut. Hal ini menjadi sulit untuk dilakukan analisis, terlebih tentang bagaimana pergerakan pola fallout seiring waktu tanpa adanya penelitian secara terus menerus pada titik pengambilan sampel yang sama. Sebagian besar peneliti telah melakukan prediksi berdasarkan teknologi simulasi komputer (Yasunari et al., 2011). Sayangnya, pergerakan yang terjadi sesungguhnya tidak dapat diprediksi dengan 100% akurat. Penelitian yang berkesinambungan untuk area tertentu mungkin diperlukan untuk memahami karakteristik lengkap dari ketersediaan FRN mengenai sumber fallout tambahan.

Di sisi lain, Collins et al., (2001) menyatakan bahwa jumlah total laju erosi tanah per waktu yang diukur berdasarkan pada sampel yang dilakukan di penampang lintang lahan terpilih. Dengan kata lain, kelemahannya adalah bahwa sampel yang didapat belum dapat mewakili daerah tangkapan air secara keseluruhan. Namun, hal inijustru akan menjadi kesempatan bagus untuk mengembangkan metode ini untuk mendapatkan validasi penggunaan metode fingerprinting yang dapat mencakup daerah tangkapan air secara keseluruhan. Metode fingerprinting ini berjalan sukses di Eropa. Namun, beberapa negara , khususnya Asia, memerlukan penelitian lebih lanjut untuk menemukan metode dan unsur yang sesuai dengan daerahnya masing-masing dalam menentukan tingkat erosi tanah.

Parson dan Foster (2011) berpendapat bahwa masih terlalu sulit untuk menentukan hasil akhirnya, yaitu laju erosi per tahunnya. Banyak asumsi yang digunakan dalam metode ini, seperti dampak pertama yang diperkirakan terjadi pada tahun 1960, tidak ada sejarah erosi untuk lokasi pembanding terpilih, dan lain-lain. Dengan demikian, tampaknya tidak cukup meyakinkan untuk menindaklanjuti langkah selanjutnya, yaitu konservasi tanah. Sedangkan, metode konservasi sangat bergantung pada tingkat erosi. Namun, Mabit et al., (2013) menepis argumen tersebut dengan menekankan bahwa metode ini harus diterapkan dengan terampil dan dalam perencanaan dan pengetahuan ahli yang cermat. Selain itu, metode ini dapat digunakan untuk memprediksi besarnya erosi, bukan untuk menentukan tingkat bahaya erosi secara mutlak. Selain itu, metode ini dapat diterapkan di daerah yang sulit untuk diakses dan daerah yang sulit untuk dilakukan pengambilan sampel dengan metode pengukuran erosi yang konvensional.

 

Oleh : Diana Hapsari dan Siti Horiah – Tim Kajian Nuklir PPI Dunia

 

(AASN)

Share on LinkedInShare on FacebookEmail this to someoneTweet about this on TwitterShare on Google+Pin on Pinterest

You May Also Like

Leave a Reply

%d bloggers like this: