AIR SEBAGAI SUMBER KEHIDUPAN. Oleh. Tjutju Susana 1)

Transkripsi

1 Oseana, Volume XXVIII, Nomor 3, 2003: ISSN AIR SEBAGAI SUMBER KEHIDUPAN Oleh Tjutju Susana 1) ABSTRACT WATER AS A LIFE SOURCE. Pure water is one of the simplest compounds found on earth, yet its properties and behavior are remarkably complex. There are over 326 million cubic miles of water on the surface of the earth's crust Almost all, 97.2 % to be exact, of this water is contained in the oceans; % is contained in the oceans, glaciers, and ice caps. The water actually circulates between the oceans, the atmosphere, and the land. Its chemical composition is simply H 2 O, two parts hydrogen to one part oxygen. PENDAHULUAN Siapa yang tidak mengenal air. Semua mahluk hidup di dunia ini membutuhkan apa yang disebut air, mulai dari mikroorganisme sampai dengan mahluk paling mulia yaitu manusia. Tidak akan ada kehidupan seandainya di bumi ini tidak ada air, karena air merupakan kebutuhan utama bagi proses kehidupan. Air merupakan senyawa kimia yang paling berlimpah di alam, namun demikian sejalan dengan meningkatnya taraf hidup manusia, maka kebutuhan air pun meningkat pula, sehingga akhir-akhir ini air menjadi barang yang "mahal". Di kota-kota besar, tidak mudah mendapatkan sumber air bersih yang dipakai sebagai bahan baku air bersih yang bebas dari pencemaran, karena air banyak tersedot oleh kegiatan industri yang memerlukan sejumlah air dalam menunjang produksinya. Di sisi lain, tanah yang merupakan celengan air sudah banyak ditutup untuk berbagai keperluan seperti perumahan, dan industri tanpa mempedulikan fungsi dari tanah tersebut sebagai wahana simpanan air untuk masa datang. Jumlah air yang terdapat di muka bumi ini relatif konstan, meskipun air mengalami pergerakan arus, tersirkulasi karena pengaruh cuaca dan juga mengalami perubahan bentuk. Sirkulasi dan perubahan bentuk tersebut antara lain melalui air permukaan yang berubah menjadi uap (evaporasi), air yang mengikuti sirkulasi dalam tubuh tanaman (transpirasi) dan air yang mengikuti sirkulasi dalam tubuh manusia dan hewan (respirasi). Air yang menguap akan terkumpul menjadi awan kemudian jatuh sebagai air hujan. Air hujan ada yang langsung bergabung di permukaan, ada pula yang meresap masuk ke dalam celah batuan dalam tanah, sehingga menjadi air tanah. Air tanah dangkal akan diambil oleh tanaman, sedangkan air tanah dalam akan keluar sebagai mata air. Sirkulasi dan perubahan fisis akan berlangsung terus sampai akhir zaman (ROSS, 1970). 17

2 SIFAT-SIFAT KIMIA DAN FISIKA SIFAT KIMIA Air adalah suatu senyawa kimia berbentuk cairan yang tidak berwarna, tidak berbau dan tak ada rasanya. Air mempunyai titik beku 0 C pada tekanan 1 atm, titik didih 100 C dan kerapatan 1,0 g/cm 3 pada suhu 4 C (SCHROEDER, 1977). Ukuran satu molekul air sangat kecil, umumnya bergaris tengah sekitar 3 A (0,3 nm atau 3x10-8 cm). Wujud air dapat berupa cairan, gas (uap air) dan padatan (es). Air yang berwujud cairan merupakan elektrolit lemah, karena di dalamnya terkandung ion-ion dengan reaksi kesetimbangan sebagai berikut: 2H 2 O H3O + + OH - Di samping komposisinya yang sederhana, air juga memiliki sifat-sifat kimia yang tergolong unik. Keunikan ini terjadi sebagai akibat dari adanya ikatan hidrogen yang terjadi antar molekul-molekul air. Ikatan hidrogen dalam molekul air terjadi karena adanya sifat polar dalam air, sehingga tempat kedudukan atom hidrogen yang positif akan menarik tempat kedudukan oksigen yang negatif dari molekul air lainnya. Ikatan hidrogen terjadi dalam beberapa senyawa hidrogen, dimana atom hidrogen menjembatani dua atom yang cenderung menarik elektron lebih besar (keelektronegatifan). Ikatan hidrogen ini sifatnya lebih lemah dibandingkan dengan ikatan kovalen. Namun demikian, ikatan hidrogen antara dua molekul air yang berdekatan dan sifat terpolarisasi molekul air inilah yang berperan terhadap sifat-sifat kimia dan fisik air yang unik itu terjadi (WHITFIELD, 1975). Molekul-molekul dalam air dan es mempunyai banyak ikatan hidrogen dengan sesamanya. Gambar 1. Ikatan hidrogen dalam molekul air dan es Es yang merupakan wujud air dalam bentuk padat, terdiri dari jaringan terbuka dari molekul-molekul H 2 O yang terikat oleh ikatan hidrogen. Jaringan es ini sangat terbuka, sehingga jika es meleleh, maka ikatan-ikatan hidrogen itu putus dengan menghasilkan air yang kerapatannya lebih besar dari es. Jika suhu air bertambah, maka kerapatannya akan bertambah karena strukturnya lebih rapat sebagai akibat terjadinya pemutusan ikatan hidrogen. Pada waktu yang bersamaan kerapatannya berkurang karena cairan memuai. Pada suhu 4 C kedua pengaruh yang saling berlawanan itu seimbang dan memiliki kerapatan tertinggi yaitu 1 gram/cm 3. Di atas suhu 4 C pemuaian termal itu lebih menonjol dan kerapatan air berkurang. 18

3 SIFAT FISIKA Apabila dibandingkan dengan persenyawaan kimia lainnya, sifat-sifat fisika air tergolong unik, antara lain adalah dalam hal tegangan permukaan, kalor penguapan, kerapatan suhu, dan kapasitas melarutkan. 1. Tegangan permukaan Adanya ikatan hidrogen dalam molekul air menyebabkan air cenderung bersatu membentuk suatu kekuatan yang dinamakan kohesi. Daya kohesi ini diperlukan untuk melawan kekuatan dari luar molekul yang akan memecahkan ikatan-ikatan hidrogen. Kekuatan kohesi ini terjadi pada batas antara air dan udara, sehingga membentuk suatu "kulit" di permukaan air. "Kulit" ini cukup kuat untuk menyangga benda-benda kecil, kekuatan ini disebut tegangan permukaan. Di antara sekian banyak zat cair, air memiliki tegangan permukaan yang paling tinggi, hal ini memungkinkan terjadinya asosiasi organisme baik yang hidup di bawahnya maupun di atasnya. 2. Kalor penguapan Air memiliki kalor penguapan yang tinggi, hal ini nampak ketika air dipanaskan maka proses penguapanrnya akan berlangsung lebih lambat dibandingkan dengan cairancairan lainnya (SCHROEDER, 1977). Hal ini terjadi sebagai akibat dari kekuatan ikatan hidrogen di antara molekul air yang harus diputuskan agar molekul dapat terlepas. Tingginya kalor penguapan air ini menyebabkan tingginya pula titik didih air (100 C), oleh karena itu air di permukaan bumi berbentuk cairan dan bukan berbentuk gas. Sifat air yang demikian itu dapat menjadikan air sebagai bahan pendingin yang sangat baik, karena dapat menyerap sejumlah besar panas. 3. Kerapatan suhu Pada umumnya cairan akan semakin rapat dengan semakin dinginnya suhu. Jika cairan didinginkan sampai menjadi padat, maka wujud padat dari cairan ini menjadi lebih rapat dibandingkan dengan wujud cairnya. Kondisi demikian tidak terjadi pada air, karena air memiliki kerapatan suhu yang aneh. Air akan menjadi semakin rapat bila didinginkan sampai pada suhu 4 C dan dalam proses pendinginan selanjutnya, maka kerapatan air semakin menurun. Keunikan sifat fisik air inilah yang menyebabkan es lebih dingin dibandingkan dengan air dan dapat terapung di atas air. Sifat ini berperan penting dalam kehidupan di laut, karena jika tidak memiliki sifat tersebut maka sebagian besar volume lautan tidak dapat dihuni karena air laut menjadi berbentuk gumpalan-gumpalan es yang besar (HARVEY, 1974). 4. Kapasitas melarutkan Air dapat melarutkan zat-zat kimia dan dapat digunakan sebagai medium yang di dalamnya berlangsung berbagai reaksi kimia. Kebanyakan proses-proses kimia yang berlangsung, menyangkut reaksi yang menggunakan air sebagai pelarutnya. Kemampuan air dalam proses melarutkan zatzat kimia disebut sebagai daya larut air, dan daya larut tersebut tergantung kepada sifat terpolarisasinya molekul air dan ikatan hidrogen. Sebagai pelarut polar air juga dapat melarutkan berbagai macam garam bergantung pada interaksi antara ion-ion garam dengan muatan listrik yang dimiliki oleh molekul air. KOMPOSISI KIMIA Air dengan rumus kimia H 2 O adalah suatu zat kimia berupa oksida hidrogen, yang merupakan produk dari reaksi antara unsur hidrogen dengan unsur oksigen : 19

4 2 H 2 (gas) + O 2 (gas) 2 H 2 O (larutan) Air yang dipergunakan untuk kebutuhan manusia sehari-hari di rumah bukan merupakan air murni, melainkan merupakan air yang berasal dari sumber-sumber tertentu yang kemudian diproses dengan penambahan zat-zat kimia, sehingga layak untuk digunakan. Air minum juga bukan merupakan air murni, melainkan selalu mengandung sedikit gas (misalnya oksigen dan karbon dioksida) serta mineral-mineral tertentu yang dibutuhkan manusia. Secara normal air yang dapat dimanfaatkan untuk suatu kehidupan pada umumnya tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa (kecuali air laut). Air yang mempunyai rasa biasanya mengandung garamgaram terlarut. Dalam kondisi tersebut telah terjadi pelarutan ion-ion logam yang dapat merubah konsentrasi ion hidrogen (H + ) yang terdapat dalam air, selanjutnya ph air akan berubah pula. Air murni adalah suatu persenyawaan kimia yang paling sederhana, komposisi kimianya terdiri dari dua atom hidrogen (H) dan satu atom oksigen (O) yang saling berikatan. Atomatom hidrogen terikat pada atom oksigen secara asimetris, sehingga kedua atom hidrogen berada di satu ujung, sedangkan atom oksigennya berada di ujung lainnya (Gambar 1). Gambar 2. Struktur molekul air yang terbentuk dari penggabungan satu atom oksigen dan dua atom hidrogen 20

5 Hidrogen merupakan unsur kimia yang sangat reaktif, atomnya dapat membentuk ikatan kovalen dengan penggunaan elektron secara bersamaan. Berdasarkan sifat unsur hidrogen ini, maka dalam molekul air terjadi ikatan kovalen antara unsur-unsur hidrogen dan oksigen. Dalam ikatan kovalen ini setiap atom hidrogen memiliki satu elektron yang dipakai secara bersamaan dengan atom oksigen, sedangkan atom oksigen mendapatkan dua elektron yang dibutuhkan untuk kebutuhan elektron terluarnya demikian juga halnya dengan atom hidrogen. MANFAAT AIR ROSS (1970) memperkirakan bahwa di permukaan bumi ini terdapat 326 juta kubik mil air, dan dari sejumlah itu 97,2 % terdapat di laut. Secara rinci dapat dilihat dalam Tabel 1. Tabel 1. Suplai air di dunia (ROSS, 1970) Sesungguhnya air merupakan sumber alam yang bernilai ekonomis sangat tinggi, apalagi bila ditinjau dari sudut biologis maupun budaya. Bila kita kaji setiap aspek kehidupan manusia yang berasal dari tingkat budaya manapun tidak dapat lepas dari keberadaan air. Selain itu terdapat kecenderungan bahwa semakin tinggi kebudayaan manusia, maka ketergantungan mereka terhadap air akan semakin tinggi pula, sejalan dengan kebutuhan yang semakin meningkat. Peranan air yang sangat menunjang dari sudut ekonomi adalah sebagai pembangkit energi (PLTA), media dalam bidang transportasi dalam berbagai skala, serta menyediakan berbagai wahana dalam bidang parawisata. Dalam dunia mahluk hidup, air identik dengan kehidupan itu sendiri. Tubuh hewan dan manusia sendiri sebagian besar terdiri dari air, walaupun kadar air dalam tiap jaringannya berbeda-beda. Secara keseluruhan tubuh manusia mengandung % air. Variasinya tergantung kepada umur manusia, semakin tua jaringan tubuh banyak mengalami hidrasi (pelepasan molekul air yang terikat dalam tubuh). KUALITAS AIR Semua orang di bumi ini merasakan dan menghayati betapa pentingnya peranan air untuk berbagai aspek kehidupan di dunia ini. Sebagaimana diketahui bahwa ketergantungan manusia terhadap air banyak sekali jumlahnya, terutama yang berhubungan dengan kesehatan. Gambaran tentang berapa banyak air bersih yang diperlukan orang Indonesia yang tinggal di perkotaan untuk setiap orang per hari, dapat dilihat dalam Tabel 2 berikut. 21

6 Tabel 2. Kebutuhan air per orang per hari (WARDHANA, 1999) Air memiliki sifat sebagai pelarut universil yang di dalamnya selalu terlarut unsur dan senyawa kimia lainnya selain hidrogen dan oksigen sebagai unsur utamanya. Oleh karena itu, tidak ada air dan perairan alami yang murni di bumi ini. Dengan terlarutnya unsur dan senyawaan kimia di dalamnya, maka air merupakan komponen ekologis yang berperan penting bagi hidup dan kehidupan organisme. Kualitas air yang diperlukan dalam berbagai aspek kehidupan manusia tergantung pada kriteria penggunaan air tersebut. Penggunaan air pada umumnya adalah diperuntukkan sebagai: 1. Air minum 2. Keperluan rumah tangga 3. Industri 4. Pengairan 5. Pertanian, perikanan, dll. Untuk menetapkan standar air bersih tidaklah mudah karena, tergantung pada banyak faktor tertentu yang menyangkut kegunaan air dan sumber air. Walaupun demikian ada kesepakatan bahwa air yang bersih tidak ditetapkan pada kemurnian air namun didasarkan pada keadaan normalnya. Apabila terjadi penyimpangan dari keadaan normal maka hal itu berarti air tersebut telah mengalami pencemaran. Pada tahun 1988, Gubernur Kepala Daerah Khusus Ibukota Jakarta telah mengeluarkan peraturan mengenai kriteria baku mutu air untuk berbagai keperluan, demikian juga Kantor Menteri Negara Kependudukan dan Lingkungan Hidup dan Menteri Kesehatan RI telah mengeluarkan peraturan yang sama sehubungan dengan penggunaan air. Menurut WARDHANA (1999) indikator bahwa air lingkungan telah tercemar adalah ditandai dengan adanya perubahan atau tanda yang dapat diamati melalui: 1. Adanya perubahan suhu air. 2. Adanya perubahan nilai ph atau konsentrasi ion hidrogen. 3. Adanya perubahan warna, bau dan rasa air. 4. Timbulnya endapan, koloidal, bahan terlarut. 5. Adanya mikroorganisme. 6. Meningkatnya radioaktivitas air lingkungan. SUMBER AIR Untuk memenuhi kebutuhan hidup manusia, air dapat diperoleh dari berbagai sumber seperti air hujan (rain water), air permukaan (surface water), air tanah (ground water) dan air laut (seawater). Air tersebut tidak dapat langsung dimanfaatkan, karena tercampur dengan pengotor-pengotor tertentu yang berasal dari bermacam-macam sumber pengotor (industri, rumah tangga, pertanian dan lain-lain). a. Air hujan (rain water) Pemanfaatan sumber air yang berasal dari air hujan biasa dilakukan di daerah-daerah yang tidak mendapatkan air tanah, atau walaupun tersedia air tapi tidak dapat digunakan. Air hujan yang akan dimanfaatkan 22

7 biasanya ditampung dari atap rumah, kemudian ditampung dalam tong, bak, atau kolam. Sumber air tersebut mengandung banyak bahan-bahan yang berasal dari udara seperti gas-gas (oksigen, nitrogen, karbon dioksida), asamasam kuat yang berasal dari gas buangan industri tertentu dan partikel-partikel radioaktip (SCHROEDER, 1977). Dari atap penampungan sendiri dicemari oleh partikel-partikel debu, kotoran burung, dan berbagai kotoran lainnya. Sumber air yang berasal dari air hujan ini walaupun tidak murni termasuk dalam kategori air lunak, sehingga apabila akan dimanfaatkan untuk air minum perlu direbus dulu atau disucihamakan. b. Air permukaan (surface water) Semua air yang berada di atas permukaan bumi seperti air parit, selokan, sungai dan danau adalah air permukaan. Pada umumnya air tersebut mengandung kotorankotoran berupa benda-benda terapung yang berasal dari lingkungan sekitarnya, bendabenda padat tersuspensi, bakteri, buangan bahan, kimia, dan sebagainya. Kumpulan berbagai kotoran tersebut menimbulkan berbagai bau dan rasa, sehingga bila air tersebut akan digunakan untuk kepentingan hidup manusia perlu perlakuan / tindakan pembersihan lengkap secara bertahap, teknik pembersihannya tergantung dari macam dan jumlah kotoran yang dikandungnya (SCHROEDER, 1977). Air permukaan yang terdapat di daerah pegunungan umumnya relatif tidak begitu kotor dibandingkan dengan air sungai, sehingga melalui penyimpanan yang lama serta proses klorinasi saja air sudah dapat dimanfaatkan. c. Air tanah (ground water) Air tanah ialah air yang terdapat di dalam tanah, tepatnya di bawah permukaan air tanah. Pada umumnya air tanah mengandung bahan mineral larut yang terdiri dari kation (Ca, Mg, Mn, dan Fe) dan anion (SO 4, CO 3, HCO 3 dan C 1 ). Kadar ion-ion tersebut bervariasi, tergantung kepada sifat dan kondisi tanah setempat, semakin dalam air tanah yang diambil semakin tinggi kadar ion-ion tersebut (BOLT, 1967). Air tanah ini banyak dipakai untuk berbagai keperluan, karena tidak banyak terkontaminasi oleh lingkungan sekitarnya dibandingkan sumber-sumber air lainnya, kontaminasi yang terjadi antara lain disebabkan oleh teknik pengambilan yang kurang baik, adanya kebocoran sistim pipa, dan keretakan tanah. Perlakuan pembersihan air tanah yang kadang diperlukan adalah proses pelunakan untuk menghilangkan kesadahan air dan aerasi untuk menghilangkan bau dan rasa yang tidak dikehendaki. d. Air laut Jumlah air yang terdapat di bumi ini cukup banyak, prosentasenya mencapai 71 % dari luas permukaan bumi. Dari sejumlah itu permukaan bumi sebagian besar ditutupi oleh air laut, yaitu sekitar dua-per-tiga (70 %) permukaan bumi. Luas keseluruhan wilayah laut yang menutupi bumi adalah 3,61 x 108 km2, dengan kedalaman rata-rata 3800 m. Jadi air laut merupakan 97 % dari jumlah air yang ada di bumi dan bagian terbesarnya terdapat di belahan bumi Selatan (ROSS, 1970). Pada umumnya air laut relatif murni, sehingga dapat berfungsi sebagai pelarut bagi zat kimia, baik yang berwujud padat, cair maupun gas. Penggunaan air laut sebagai sumber air tawar dilakukan bilamana sumbersumber air tawar seperti air hujan, air permukaan dan air tanah tidak dapat diperoleh lagi. Untuk itu dilakukan proses desalinasi yang dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain adalah destilasi, elektro dialisa, osmosis / hiperfiltrasi dan sebagainya. Sesuai dengan fungsinya sebagai pelarut, maka 96,5 % air murni yang terdapat 23

8 dalam air laut dapat melarutkan 3,5 % zat-zat kimia. Secara kimiawi dalam air laut terdapat sekitar 80 unsur kimia, dengan nilai keasaman (ph) antara 7,5-8,5. ROSS (1970) membagi komposisi kimia air laut menjadi empat golongan, yaitu senyawa anorganik terlarut, senyawa organik terlarut, gas terlarut dan senyawa partikulat. d.l. Senyawa anorganik terlarut Dalam air laut terdapat tiga kelompok senyawa kimia anorganik. Kelompok pertama adalah komponen utama yang konsentrasinya lebih besar dari 100 ppm, kelompok kedua adalah komponen kecil yang konsentrasinya antara ppm, dan kelompok ketiga adalah unsur-unsur runutan yang konsentrasinya kurang dari 1 ppm (ROSS, 1970). Unsur-unsur kimia yang termasuk dalam kelompok-kelompok tersebut dicantumkan dalam Gambar 4. Yang termasuk dalam komponen utama adalah unsur-unsur khlor (Cl), natrium (Na), magnesium (Mg), belerang (S), kalsium (Ca) dan kalium (K). Keenam unsur tersebut dalam air laut konsentrasinya bervariasi, yaitu antara 380 ppm ppm. Komponen yang lebih rendah konsentrasinya > 1 ppm dan < 100 ppm, terdiri dari unsur-unsur brom (Br), karbon (C), stronsium (Sr), boron (B), silikon (Si) dan fluor (F). Sisanya adalah komponen kecil yang konsentrasinya < 1 ppm, biasa disebut sebagai unsur runutan (trace element) yang terdiri dari unsur-unsur nitrogen (N), litium (Li), rubidium (Rb), fosfor (P), yod (I), besi (Fe), seng (Zn), dan molibden (Mo). Di samping ke tiga komponen tersebut, terdapat 50 unsur yang konsentrasinya < 10 ppb, antara lain adalah helium (He), kobal (Co), sesium (Cs), mangan (Mn), raksa (Hg), timbal (Pb) dan Iain-lain. bahan organik yang terdapat dalam air laut adalah nitrogen dan fosfor yang secara kimia bergabung dalam senyawa organik seperti, karbon organik, karbohidrat, protein, asamasam amino, asam-asam organik dan vitamin (HARVEY, 1974) d.3. Gas terlarut Keberadaan gas terlarut dalam air laut umumnya berasal dari atmosfir, namun ada juga yang berasal dari proses peluruhan radioaktif yang terjadi dalam sedimen dasar laut (ROSS, 1970). Gas-gas yang terdapat dalam air laut terbagi dalam tiga kelompok, yaitu kelompok pertama adalah gas yang yang kadarnya tinggi meliputi gas-gas nitrogen, oksigen dan karbon dioksida; kelompok kedua adalah gas yang kadarnya lebih rendah yaitu gas helium; dan ketiga gas inert yang terdiri dari gas-gas neon, argon, kripton dan xenon. Di antara sejumlah gas tersebut di atas yang reaktif adalah oksigen dan karbon dioksida. d.2. Senyawa organik terlarut Secara alamiah bahan organik terlarut yang terdapat dalam air laut jumlahnya tidak terlalu banyak, kadarnya bervariasi antara 0-6 mg/1. Sumbernya berasal dari pembuangan dan organisme yang telah mati. Bentuk-bentuk 24

9 Kelarutan atau kemampuan gas-gas tersebut untuk masuk ke dalam larutan tergantung kepada tiga faktor, yaitu temperatur gas dan larutan, tekanan partial atmosfir gas dan kandungan garam dalam larutan. d. 4. Senyawa partikulat Yang termasuk dalam senyawa ini adalah detritus organik, senyawa kompleks yang terbentuk antara material organik dan anorganik, serta mineral-mineral yang berjaringan halus. Konsentrasi senyawa ini dalam air laut sangat bervariasi, karena dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti geografi lokal, kondisi atmosfir dan kondisi lain yang tidak diketahui. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terimakasih kepada Ibu. Dra. Ricky Rositasari yang telah memberikan dorongan dalam pembuatan tulisan ini, dan Sdri. Suci Lastrini yang telah membantu dalam penggambaran. DAFTAR PUSTAKA BOLT, G. H Adsorption of anions by soils. In : "Soil Chemistry" (G.H. Bolt & M. G. M. Bruggenwert, eds.). Amsterdam :91-95 HARVEY, H. W The chemistry and vertility of sea waters. Cambridge University Press. ROSS, D. A Introduction to Oceanography. Meredith Corporation, New York: SCHROEDER,E.D Water and wastewater treatment. Mc Graw-Hill: 357 pp. WHITFIELD, M Sea water as an electrolyte solution. In : "Chemical Oceanography" (J. P. Riley and G. Skirrow eds.) Academic Press WARDHANA, W. A Dampak Pencemaran Lingkungan. Andi Offset Yogyakarta. 284 hal. 25