BAB IV STUDI KHUSUS GEOKIMIA TANAH DAERAH KAWAH TIMBANG DAN SEKITARNYA IV.1 TINJAUAN UMUM Pengambilan sampel air dan gas adalah metode survei eksplorasi yang paling banyak dilakukan di lapangan geotermal. Namun, pada lapangan dengan sedikit kemunculan manifestasi di permukaan, survei tanah dan udara tanah dapat dilakukan untuk mengetahui sistem panas bumi. Beberapa manfaat dari survei ini adalah identifikasi zona permeabel dan kemungkinan zona upflow dan boiling, mendeliniasi batas sistem geotermal, dan melengkapi survei geofisika jika interpretasi data geofisika cukup sulit dilakukan, misalkan dikarenakan efek topografi (Nicholson, 1993). Anomali pada survei geokimia tanah dihasilkan oleh uap yang merembes dari reservoir geotermal di bawah permukaan. Rembesan uap ini akan membesar sepanjang zona permeabel, misalnya sesar, dan dapat mengindikasikan arah aliran bawah tanah atau kemungkinan zona upflow. Setiap survei tanah terbagi dalam tiga tahapan, yaitu: pengambilan sampel, analisis, dan interpretasi. Informasi dari ketiga tahapan ini digabungkan untuk memenuhi ketiga tujuan utama survei ini yaitu mengidentifikasi area target, mengeliminasi zona tidak prospek, dan mengeliminasi anomali yang salah. Target survei ini tentu saja zona permeabel dan batasan lapangan panasbumi. Anomali salah adalah nilai konsentrasi unsur tinggi tetapi terbentuk dari proses-proses yang tidak berhubungan dengan aktivitas geotermal. Metode survei udara tanah dan tanah memiliki perbedaan pada metode pengambilan sampel. Pada survei tanah, sampel yang diambil berupa tanah yang terdapat di dekat permukaan sedangkan pada survei udara tanah, sampel diambil dengan tujuan menghitung konsentrasi unsur pada udara yang terkandung di dalam tanah. Untuk hasil yang lebih dapat diandalkan, nilai konsentrasi pada sampel udara tanah sebaiknya merupakan hasil dari pengambilan sampel selama periode waktu tertentu (beberapa hari atau minggu), bukan hanya dari sekali pengambilan sampel saja. 29
Survei tanah sendiri memiliki kelebihan dibandingkan dengan survei udara tanah dimana nilai anomali berkembang seiring waktu karena penyerapan unsur pada uap ke dalam tanah, dan oleh karena itu tidak terpengaruhi oleh perubahan jangka pendek pada lingkungannya (Nicholson, 1993). Dengan kata lain survei udara tanah dapat dengan mudah dipengaruhi oleh perubahan iklim lokal dibandingkan survei tanah. Pengaruh ini meliputi temperatur udara dan tanah, tekanan barometrik, dan juga kelembaban tanah (Klusman dan Jaacks, 1987, op.cit., Nicholson, 1993). Unsur yang paling banyak digunakan dalam survei ini adalah merkuri, tetapi unsurunsur lain juga terbukti berhasil, termasuk arsenik, antimoni, boron, dan ammonia. Kebanyakan survei dilakukan pada lapangan panas bumi bertemperatur tinggi dan vulkanik, tetapi penelitian belakangan membuktikan bahwa survei ini juga efektif pada lapangan panas bumi bertemperatur rendah dan berbatuan dasar sedimen (Liu dan Nicholson, 1990, dan Nicholson et al., 1989, op.cit., Nicholson, 1993). IV.2 TUJUAN PENELITIAN Tujuan dari penelitian adalah membandingkan hasil analisis kimia sampel yang diambil pada horison tanah A dan B untuk unsur merkuri (Hg) dan boron (B) dan melihat pola penyebaran unsur boron (B) pada daerah sekitar Kawah Timbang. Horison tanah A adalah horison tanah yang mengandung material organik tinggi dan diduga memiliki kemampuan menyerap boron dan merkuri yang lebih tinggi dibanding horison tanah B. Horison tanah B merupakan horison dengan kandungan fraksi berukuran lempung yang tinggi. Hasil perbandingan analisis unsur dari kedua horison ini akan berguna untuk menentukan sumber pengambilan sampel yang sesuai untuk survei geotermal. IV.3 ANALISIS DATA IV.3.1 Lokasi studi khusus Lokasi pengambilan sampel untuk analisis unsur Hg dan B berada pada sekitar Kawah Timbang, bagian utara daerah penelitian, yaitu pada koordinat 109 0 50 30 109 0 50 45 BT dan 07 0 11 49 07 0 11 53 LS, secara geografis daerah ini terletak di daerah yang meliputi 2 kabupaten yaitu Wonosobo dan Banjarnegara, Provinsi Jawa Tengah (gambar 4.1). Lokasi penelitian dipilih dengan pertimbangan daerah ini memiliki sistem geotermal bertemperatur rendah-menengah dan batuan dasar berupa batuan sedimen. Hal ini berbeda 30
dengan kebanyakan survei sejenis yang dilakukan pada sistem bertemperatur tinggi dengan batuan dasar berupa batuan vulkanik. Gambar 4.1 Lokasi pengambilan sampel tanah (Google Earth, 2010). IV.3.2 Manifestasi permukaan. Dari pengamatan di lapangan terdapat 2 manifestasi panasbumi yang teridentifikasi pada daerah penelitian diantaranya : a. Kawah Candradimuka Berada di Gunung Jimat, Kabupaten Banjarnegara, Jawa Tengah. Temperatur air di lapangan sekitar 71,6 o C dan ph 7,4-7,5. Secara fisik menunjukan air jernih, berbau belerang, dan mengeluarkan gelembung gas. b. Kawah Timbang Berada di Gunung Jimat, Kabupaten Banjarnegara, Jawa Tengah. Secara terus menerus mengeluarkan gas dari lubang kawah. Pada tahun 1979 terjadi tragedi Kawah Timbang yang memakan korban akibat pelepasan gas CO yang tidak disadari penduduk setempat yang melintas. Untuk mencegah tragedi yang sama terulang lagi, dipasang alat 31
pendeteksi gas di pinggir kawah yang terhubungkan secara real time ke Pos Pengamatan Gunung Api di Karang Tengah dan Bandung. IV.3.3 Geokimia Tanah Pengambilan sampel tanah dilakukan pada 64 titik lokasi yang berada di sekitar Kawah Timbang (gambar 4.2). Penentuan titik pengambilan sampel dilakukan melalui pola grid dimana jarak antara satu titik dengan titik lain adalah 50 m. Jarak antara titik sampel ini ditentukan oleh ukuran target, topografi, dan geologi area tersebut. Pemilihan arah grid ini juga disesuaikan agar memotong pola struktur geologi yang ada di daerah tersebut seperti kawah dan tidak paralel terhadap struktur itu (Nicholson, 1993). Untuk keperluan analisis, berat sampel yang diambil dari tiap titik berkisar 500 gr. Dari setiap lokasi, diambil 2 sampel mewakili horison tanah A dan B. Sebanyak 12 sampel dari horison A diambil untuk dianalisa unsur merkuri (Hg), dan 22 sampel pada horison yang sama untuk boron (B) dan ph. Untuk horison B, dianalisis 12 sampel untuk ph dan boron. Selain itu, dilakukan juga pengukuran temperatur tanah secara langsung di lapangan. Lokasi pengambilan sampel tanah dapat dilihat pada gambar 4.2. IV.3.4 Analisis Geokimia Tanah Sampel tanah yang telah diambil pada tahap pengambilan 1 dan 2 selanjutnya dianalisis di Laboratorium Buangan Padat dan B3, Program Studi Teknik Lingkungan ITB sehingga didapat hasil seperti pada tabel 4.1. Berdasarkan pada hasil analisis didapat bahwa nilai B berkisar antara 106,8 dan 557,02 ppm, temperatur pengukuran lapangan antara 12,4 dan 16,5 C, dan ph antara 4,98 dan 6,72. Sedangkan untuk merkuri, kebanyakan berada di bawah limit deteksi (not detected/nd). Disamping analisis pada horison A, juga dilakukan analisis tanah unsur B pada horison B yang diambil pada titik yang sama dengan lokasi pengambilan sampel horison A (tabel 4.2). Hal ini dilakukan untuk membandingkan nilai kandungan pada horison yang berbeda di titik yang sama untuk unsur yang sama. Adapun merkuri tidak dianalisis untuk sampel horison B karena pada analisis sebelumnya (horison A) menunjukkan nilai yang umumnya di bawah limit deteksi. Hasil perbandingan menunjukkan bahwa nilai konsentrasi 32
unsur B pada horison A selalu lebih tinggi daripada hasil analisis horison B. Hal ini dikarenakan oleh karakteristik masing-masing horison tanah tersebut. Horison tanah A merupakan horison tanah yang kaya akan material organik yang menyerap lebih banyak unsur logam berat (boron) daripada horison B yang kaya akan oksida besi dan mineral lempung (Nicholson, 1993). 33
Gambar 4.2 Lokasi pengambilan sampel tanah. 34
Tabel 4.1 Hasil pengukuran lapangan dan laboratorium Temperatur Hasil Analisis Laboratorium Koordinat ( C) B (ppm) Hg (ppm) Lintang No Sampel Bujur Timur Selatan (Lapangan) ph Horison A Horison B Horison A 1 A 1 109⁰ 50' 28,3" 7⁰ 11' 51,9" 13,7 6,12 328,3 na na 2 A 2 109⁰ 50' 29,9" 7⁰ 11' 51,4" 13,4 na na na na 3 A 3 109⁰ 50' 31,5" 7⁰ 11' 51,8" 13,1 na na na na 4 A 4 109⁰ 50' 33,1" 7⁰ 11' 51,3" 16,3 na na na na 5 A 5 109⁰ 50' 34,8" 7⁰ 11' 51,5" 16,5 6,45 318,8 na na 6 A 6 109⁰ 50' 36,3" 7⁰ 11' 51,0" 16,3 na na na na 7 A 7 109⁰ 50' 37,9" 7⁰ 11' 50,5" 16,6 na na na na 8 A 8 109⁰ 50'39,5" 7⁰ 11' 50,4" 16,2 na na na na 9 A 9 109⁰ 50' 41,2" 7⁰ 11' 50,0" 16,1 na na na na 10 A 10 109⁰ 50' 42,8" 7⁰ 11' 49,9" 15,7 6,22 218,7 na na 11 A 11 109⁰ 50' 43,4" 7⁰ 11' 51,4" 14,9 na na na na 12 A 12 109⁰ 50' 41,8" 7⁰ 11' 51,7" 15,2 na na na na 13 A 13 109⁰ 50' 40,2" 7⁰ 11' 52,0" 15,5 na na na na 14 A 14 109⁰ 50' 38,6" 7⁰ 11' 52,2" 15,9 na na na na 15 A 15 109⁰ 50' 36,9" 7⁰ 11' 51,4" 16,2 na na na na 16 A 16 109⁰ 50' 35,3" 7⁰ 11' 51,7" 16,2 na na na na 17 A 17 109⁰ 50' 33,7" 7⁰ 11' 52,3" 16,3 na na na na 18 A 18 109⁰ 50' 32,2" 7⁰ 11' 51,7" 15,3 na na na na 19 A 19 109⁰ 50' 30,6" 7⁰ 11' 52,3" 15,7 na na na na 20 D 1 109⁰ 50' 26,3" 7⁰ 11' 52,5" 12,9 na na na na 21 D 2 109⁰ 50' 25,8" 7⁰ 11' 54,0" 13,6 5,97 213,4 na na 22 D 3 109⁰ 50' 25,8" 7⁰ 11' 50,9" 13,6 na na na na 23 D 4 109⁰ 50' 26,1" 7⁰ 11' 49,3" 12,8 6,41 216 na na 24 D 5 109⁰ 50' 27,9" 7⁰ 11' 49,9" 13,6 na na na na 25 D 6 109⁰ 50' 29,6" 7⁰ 11' 50,0" 13,3 na na na na 26 D 7 109⁰ 50' 31,2" 7⁰ 11' 49,6" 12,9 na na na na 27 D 8 109⁰ 50' 32,8" 7⁰ 11' 50,2" 13,7 na na na na 28 D 9 109⁰ 50' 34,4" 7⁰ 11' 50,5" 16,2 na na na na 29 D 10 109⁰ 50' 36,0" 7⁰ 11' 50,2" 15,3 6,72 557,02 493 1,6 x 10-3 30 D 11 109⁰ 50' 37,5" 7⁰ 11' 49,7" 15,7 na na na na 31 D 12 109⁰ 50' 39,2" 7⁰ 11' 49,4" 14,6 6,46 159,9 na na 32 D 13 109⁰ 50' 40,9" 7⁰ 11' 49,1" 14,8 6,13 540,6 477 nd 33 D 14 109⁰ 50' 42,6" 7⁰ 11' 48,9" 14,7 na na na na 34 D 15 109⁰ 50' 43,2" 7⁰ 11' 50,5" 16,3 6,19 518,13 331 6 x 10-4 35 D 16 109⁰ 50' 41,7" 7⁰ 11' 51,0" 15,7 na na na na 36 D 17 109⁰ 50' 40,1" 7⁰ 11' 51,1" 16,4 na na na na 37 D 18 109⁰ 50' 38,5" 7⁰ 11' 51,0" 16,3 na na na na 35
Temperatur Hasil Analisis Laboratorium Koordinat ( C) B (ppm) Hg (ppm) Lintang No Sampel Bujur Timur Selatan (Lapangan) ph Horison A Horison B Horison A 38 D 19 109⁰ 50' 36,7" 7⁰ 11' 51,6" 16,5 6,15 482,52 332 nd 39 D 20 109⁰ 50' 35,1" 7⁰ 11' 52,1" 16,3 na na na na 40 D 21 109⁰ 50' 33,1" 7⁰ 11' 52,2" 16,4 6,51 481,59 328 4 x 10-4 41 D 22 109⁰ 50' 31,6" 7⁰ 11' 51,5" 15,2 na na na na 42 D 23 109⁰ 50' 29,9" 7⁰ 11' 51,4" 15,9 na na na na 43 D 24 109⁰ 50' 28,4" 7⁰ 11' 51,9" 14,9 na na na na 44 E 1 109⁰ 50' 27,0" 7⁰ 11' 53,3" 13,6 na na na na 45 E 2 109⁰ 50' 28,9" 7⁰ 11' 53,4" 13,3 na na na na 46 E 3 109⁰ 50' 30,6" 7⁰ 11' 53,7" 14,7 6,14 123,6 na na 47 E 4 109⁰ 50' 31,7" 7⁰ 11' 50,1" 15,2 5,96 106,8 na na 48 E 5 109⁰ 50' 33,3" 7⁰ 11' 50,4" 16,4 6,3 423,01 359 nd 49 E 6 109⁰ 50' 34,9" 7⁰ 11' 50,8" 16,3 na na na na 50 E 7 109⁰ 50' 36,5" 7⁰ 11' 50,4" 16,3 na na na na 51 E 8 109⁰ 50' 14,1" 7⁰ 11' 50,1" 14,4 4,98 577,37 212 nd 52 E 9 109⁰ 50' 39,7" 7⁰ 11' 50,1" 13,8 na na na na 53 E 10 109⁰ 50' 43,6" 7⁰ 11' 51,8" 13,6 5,98 526,47 157 4 x 10-4 54 E 11 109⁰ 50' 43,0" 7⁰ 11' 50,3" 16,4 5,25 400,77 183 nd 55 E 13 109⁰ 50' 42,1" 7⁰ 11' 52,4" 13,5 na na na na 56 E 14 109⁰ 50' 40,5" 7⁰ 11' 52,9" 12,9 5,51 336,26 119 nd 57 E 15 109⁰ 50' 38,9" 7⁰ 11' 53,1" 15,9 na na na na 58 E 16 109⁰ 50' 37,2" 7⁰ 11' 53,5" 14,4 6,45 308,45 105 nd 59 E 17 109⁰ 50' 35,6" 7⁰ 11' 54,1" 12,9 na na na na 60 E 18 109⁰ 50' 34,0" 7⁰ 11' 54,4" 12,9 6,51 210,95 109 nd 61 E 19 109⁰ 50' 32,5" 7⁰ 11' 55,0" 13,5 na na na na 62 E 20 109⁰ 51' 30,8" 7⁰ 11' 55,3" 14,4 5,74 203 na na 63 E 21 109⁰ 50' 29,1" 7⁰ 11' 55,0" 12,9 na na na na 64 E 22 109⁰ 50' 27,5" 7⁰ 11' 54,9" 12,4 6,05 156,2 na na Ket: na=tidak dianalisis; nd=di bawah limit deteksi Tabel 4.2 Perbandingan nilai boron pada horison A dan B (dalam ppm). B (ppm) B (ppm) No Sampel Horison A Horison B No Sampel Horison A Horison B 1 D 10 557.02 493 7 E 8 577.37 212 2 D 13 540.60 477 8 E 10 526.47 157 3 D 15 518.13 331 9 E 11 400.77 183 4 D 19 482.52 332 10 E 14 336.26 119 5 D 21 481.59 328 11 E 16 308.45 105 6 E 5 423.01 359 12 E 18 210.95 109 36
IV.3.5 Pengolahan Data Geokimia Tanah Hasil analisis dari laboratorium selanjutnya diolah untuk mendapatkan nilai ambang yang berlaku untuk daerah penelitian. Untuk penentuan nilai ambang, digunakan metode seperti yang dijelaskan oleh Rose et al. (1979) yang mengelompokkan konsentrasi hasil analisis menjadi 10 kelas yang selanjutnya diplot seperti dalam gambar 4.3. Gambar 4.3 Nilai persentase kumulatif yang telah diplot pada kertas log probabilitas, diperoleh kelompok anomali (biru) dan latar belakang (merah). Nilai anomali diperoleh pada persen kumulatif 2,5% sebesar 2,59 log ppm atau sama dengan 389 ppm. Dari hasil pengeplotan pada kertas log probabilitas, didapat bahwa nilai ambang boron di daerah penelitian adalah 389 ppm. IV.3.6 Peta Penyebaran Boron, Temperatur, dan ph Berdasarkan pada nilai ambang boron yang didapat sebelumnya yaitu 389 ppm, maka berikutnya dibuat peta penyebaran pada Kawah Timbang (gambar 4.6). 37
Di samping membuat peta penyebaran boron, dibuat juga peta temperatur (gambar 4.7) dan ph (gambar 4.8) sebagai peta pengontrol penyebaran boron. Gambar 4.4 Peta distribusi boron pada horizon A di sekitar Kawah Timbang. Gambar 4.5 Peta distribusi temperatur di sekitar Kawah Timbang. Gambar 4.6 Peta distribusi ph di sekitar Kawah Timbang. 38
IV.4 PEMBAHASAN Hasil analisis boron pada horison A dan B menunjukkan nilai yang berbeda; nilai konsentrasi pada horison A selalu lebih tinggi daripada horison B. Hal ini dikarenakan perbedaan karakteristik dari kedua horison tanah tersebut. Horison A yang terdekat ke permukaan merupakan lapisan kaya organik dan horison B dibawahnya merupakan horison yang kaya akan mineral lempung dan oksida besi. Dalam survei geotermal, hasil terbaik diperoleh dari pengambilan sampel tanah kaya material organik, atau horison A, dimana unsur-unsur volatil terakumulasi lebih banyak pada material organik daripada mineral lempung dan oksida besi. Meski survei tanah pada lapangan geotermal biasanya juga berhasil dilakukan pada horison B, tetapi nilai anomali latar belakangnya lemah dan dapat berakibat hilangnya beberapa anomali (Nicholson, 1993). Di daerah penelitian, hal ini dibuktikan dengan tidak terdeteksinya kandungan Hg pada horison B. Terdapat beberapa penyebab mengapa logam berat pada horison A lebih tinggi daripada horison B. Logam berat seperti B dan Hg dapat terikat pada material organik dalam beberapa cara, diantaranya adalah dengan asam organik berisikan COOH, -OH, atau beberapa kelompok lain yang mirip yang dapat membentuk garam organik. Logam berat akan menempati posisi dari H + yang dapat terionisasi dari garam tersebut. Ikatan ini biasanya cukup kuat. Logam dapat terikat langsung ke atom karbon, membentuk senyawa organometallic, atau terikat ke N, O, P, atau S atau atom donor elektron lain dalam senyawa organik. Ikatan pada senyawa ini biasanya cukup kuat (Rose et al., 1979). Dari peta distribusi unsur B dapat dilihat adanya pola konsentrasi tinggi di bagian utara dan timurlaut daerah penelitian dengan arah utara-selatan. Tingginya nilai konsentrasi boron ini juga didukung oleh peta distribusi temperatur dan ph yang juga menunjukkan adanya peningkatan konsentrasi masing-masing parameter di lokasi yang sama dengan arah yang sama juga. Tingginya nilai konsentrasi boron di daerah utara dan timur laut daerah penelitian menunjukkan adanya kemungkinan dua rekahan tersembunyi. Rekahan ini memiliki arah kelurusan yang berbeda dengan arah kelurusan yang ditunjukkan Kawah Sendringo, Sinila, Jalatunda, Timbang, dan Candradimuka (gambar 3.10). Arah dari rekahan ini juga dapat menunjukkan permeabilitas dan arah aliran bawah tanah. 39
Penyebaran boron dan kemungkinan kehadiran dari kedua rekahan tersebut juga dapat memberikan indikasi adanya lokasi bahaya yang potensial. Jika mengingat bencana gas Kawah Timbang dan Sinila sebelumnya dimana gas beracun keluar dari rekahan yang ditunjukkan oleh kelurusan kawah-kawah yang ada, maka ada kemungkinan keluarnya gas beracun dari rekahan tak tampak yang ditunjukkan oleh anomali distribusi boron ini. 40