PENGGUNAAN RADIOSOTOP UNTUK MENDAPATKAN SUATU INFORMASI PERMASALAHAN HIDROLOGI TERTENTU

Penggunaan radioisotop sebagai perunut untuk suatu penyelidikan bertujuan untuk mendapatkan suatu informasi atau jawaban suatu permasalahan hidrologi tertentu. Data atau informasi yang diperoleh akan menjadi masukan untuk tindak lanjut perbaikan (problem solving) dari masalah yang dihadapi. Prinsip dasar dari teknik perunut adalah penandaan (pelabelan) terhadap suatu sistem (hidrologi) atau bagian dari sistem yang akan diselidiki, segala kelakuan dan peristiwa yang dialami oleh sistem tersebut diketahui dari hasil pemonitoran perunut yang memberikan informasi tentang kelakuan dari sistem secara keseluruhan. Untuk dapat dipakai sebagai perunut, suatu bahan harus memenuhi kriteria tertentu dimana bahan perunut tersebut harus dapat menyatu atau menjadi bagian dari sistemnya, dan kehadirannya dalam sistem tidak boleh mengganggu, mengubah atau mempengaruhi sistem yang diselidiki.

1. Aplikasi isotop buatan (Artificial radioisotopes).
Dalam bidang hidrologi banyak dijumpai masalah yang menyangkut dinamika air dimana teknik perunut dengan radioisotop sering sangat berperanan dalam memberikan informasi tentang masalah yang menyangkut dinamikanya dan mengungkapkan anomali yang terjadi. Masalah utama dalam bidang hidrologi yang sering dijumpai dapat dikelompokkan ke dalam 3 kegiatan sebagai berikut:

a. Pengukuran kecepatan aliran
Prinsip dari teknik pengukuran ini adalah metoda pengenceran isotop, yaitu larutan isotop dengan aktivitas tertentu di-injeksikan ke dalam aliran sungai pada segmen yang akan ditentukan debitnya. Kemudian dilakukan pengukuran terhadap tingkat aktivitas isotop di bagian hilir dari tempat injeksi. Ada dua metoda pengukuran yaitu constant rate injection dan instantinuous injection.

b. Kebocoran dan rembesan
Masalah yang sering timbul pada suatu reservoir air, misalnya bendungan, waduk dan lain-lain adalah adanya kekhawatiran adanya kebocoran yang melebihi toleransi yang keluar dari suatu reservoir. Untuk mengetahui apakah bocoran itu berasal dari air waduk ataukah dari sumber lain (misalnya dari air tanah), teknik perunut radioisotop dapat membantu memberikan jawaban yang pasti dan lebih lanjut dapat memberikan informasi dimana lokasi daerah bocorannya. Radioisotop yang digunakan sebagai perunut harus memenuhi persyaratan tertentu, antara lain: tidak berbahaya bagi manusia atau mahkluk hidup lain di sekelilingnya, aktivitasnya rendah, waktu paronya pendek, larut dalam air, tidak diserap oleh tanah atau tubuh bendungan/dam dan oleh tumbuhan. Radioisotop dilepaskan pada tempat tertentu di reservoir (air dam) yang diperkirakan sebagai tempat terjadinya rembesan/bocoran pada dam/bendungan. Apabila terjadi kebocoran pada bendungan tersebut, maka air yang telah diinjeksi/dilepas, radioisotop akan masuk mengikuti arah bocoran. Dengan mengikuti/mencacah air yang keluar dari mata air, sumur-sumur pengamat yang terdapat di daerah downstream, maka akan dapat diketahui adanya bocoran/rembesan dan arah dari rembesan dam tersebut.

c. Inter-koneksi
Inter-koneksi ini adalah masalah di lapangan minyak dan lapangan panas bumi, dimana ingin diketahui apakah ada hubungan antara satu sumur (sumur minyak/panas bumi) dengan sumur lainnya lapangan tertentu. Di bidang perminyakan informasi tentang inter-koneksi antara sumur-sumur minyak diperlukan dalam usaha meningkatkan produksi minyak bumi yang dinamakan kegiatan enhanced oil recovery yaitu suatu kegiatan peng-injeksian air secara terus menerus kedalam salah satu sumur untuk meningkatkan tekanan reservoir minyak sehingga memudahkan pemompaan dari sumur produksi yang lain. Test dengan perunut radioaktif yang dilakukan ini berguna untuk mendapatkan informasi tentang hubungan antar sumur injeksi dengan sumur produksi di sekitarnya serta time breakthrough-nya. Pada lapangan panas bumi inter-koneksi antar sumur produksi uap perlu diketahui, terutama antara sumur re-injeksi kondensat uap dan sumur-sumur produksi uap. Perunut radioaktif yang digunakan untuk penelitian inter-koneksi di lapangan panas bumi ini terutama adalah Tritium dan Xenon-133

2. Aplikasi isotop alam
Untuk studi suatu sistem hidrologi yang mencakup daerah yang luas tersebut dapat memanfaatkan isotop alam, baik yang radioaktif maupun yang stabil. Isotop alam yang dimaksud disini ialah isotop alam yang dapat berasosiasi dengan molekul air atau menjadi bagian dari molekul air itu sendiri (H-2, H-3, O-18, C-13, C-14). Deuterium (H-2) dan O-18 keberadaan dan konsentrasinya di dalam sistem hidrologi di alam dipengaruhi oleh variabel fisis yang terjadi di alam ini, misalnya suhu udara, tekanan udara, kelembaban udara, lokasi geografis dan ketinggian (altitude). Kedua isotop tersebut merupakan perunut yang sangat ideal karena merupakan bagian dari molekul air itu sendiri, sedang C-14 biasanya terdapat dalam persenyawaan karbonat yang larut dalam air. Prinsip studi tentang fenomena hidrologi dengan isotop stabil H-2 dan O-18 adalah mempelajari adanya variasi komposisi isotop stabil dari molekul air dari sampel-sampel yang diambil dari berbagai tempat pada sistem hidrologi yang diselidiki. Karena variasi kandungan isotop stabil ini berkaitan dengan variabel fisis dan proses yang dialami dalam sistem hidrologinya (evaporasi dan kondensasi) maka interpretasi dari fenomena-fenomena yang dijumpai dapat dikaitkan dengan faktor yang mempengaruhi perubahan fisis yang menyertai sistem hidrologinya. Untuk analilsis isotop stabil H-2 dan O-18 digunakan spektrometer masa.Tritium (H-3) dan C-14 yang ada di alam ini terjadi dari radiasi sinar kosmik pada atom nitrogen di atmosfer. Kedua isotop alam yang bersifat radioaktif ini berguna untuk menentukan umur air tanah. Dari data tentang umur air tanah maka dapat di-interpretasikan residence time dari masa air tanah ini berada dalam sistem akuifernya.

a. Studi daerah resapan
Faktor utama yang mempengaruhi fraksinasi isotop stabil dalam proses evaporasi dan kondensasi yang terjadi dalam suatu sistem hidrologi adalah suhu udara. Fenomena ini digunakan untuk studi mengetahui lokasi daerah resapan dari suatu akuifer. Dari membandingkan nilai komposisi isotop stabil dari akuifer dengan nilai komposisi isotop stabil air hujan yang dikumpulkan dari berbagai ketinggian maka daerah resapan air hujan dapat diketahui. Dengan demikian dapat diketahui asal-usul dari suatu sumber air.

b. Inter-koneksi antara air tanah dan air permukaan
Pada contoh kasus diatas dikemukakan bahwa pengisisan sumber air tanah terjadi atau berasal dari lokasi yang lebih tinggi. Dalam kasus lainnya, misalnya apakah sungai yang mengalir dalam suatu daerah tertentu, atau suatu danau pada suatu lokasi mempunyai kontribusi mengisi sumber air tanah dibawahnya? Hal ini dapat dipastikan dengan menganalisis konsentrasi isotop stabil air tanah dan konsentrasi isotop stabil dari air sungai, danau. Apabila komposisi isotop stabilnya mempunyai korelasi maka dapat dipastikan adanya hubungan antara air tanah dengan air permukaan tersebut.

c. Penanggalan (dating) air tanah.
Isotop alam radioaktif C-14 dan H-3 dialam terlarut sebagai senyawa karbonat dan senyawa air dalam atmosfer. Air hujan yang membawa kedua unsur radioaktif tersebut meresap dalam lapisan tanah menjadi air tanah sehingga aktivitas unsur radioktifnya akan meluruh (decay) sesuai dengan umur parohnya. Dengan menganalisis aktivitas sisa dari unsur radioisotop sample air tanah akan diperoleh data berapa lama air tanah berada dalam system akuifernya sejak ia meresap didaerah resapannya. Dengan kata umur air tanah tersebut dapat diketahui.

d. Penentuan Gerakan Sedimen di Pelabuhan dan Daerah Pantai.
Pendangkalan pelabuhan dan alur pelayaran yang menyangkut kelangsungan pelayaran perhubungan laut merupakan masalah yang cukup serius. Pergerakan dan pengendapan lumpur tanah ini merupakan peristiwa alam, oleh karena itu tidak dapat dihentikan, namun hanya diusahakan mengurangi dampaknya terhadap alur dan kolam pelabuhan. Terjadinya pendangkalan alur pelabuhan dan kolam pelabuhan, mengakibatkan kapal-kapal besar tidak dapat merapat ke dermaga, sehingga bongkar muat barang akan terganggu, sedangkan untuk mengeruk lumpur itu membutuhkan biaya yang cukup besar.Salah satu usaha untuk memperkecil kecepatan terjadinya pendangkalan (endapan lumpur) adalah dengan cara mengetahui dari mana asal dan kemana arah gerakan sedimen tersebut. Untuk estimasi laju pendangkalan alur pelabuhan dapat diterapkan teknik nuklir dengan menggunakan teknik perunut radioisotop. Radioisotop yang digunakan berupa pasir tiruan, bentuk dan ukurannya menyerupai pasir yang terdapat pada pelabuhan yang akan diteliti. Radioisotop yang sering digunakan adalah Iridium-192, Aurum-198, dan Scandium-46.Setelah radioisotop diinjeksikan ke dasar laut, kemudian radiasi yang dipancarkan dilacak dengan detektor dan responnya akan dicatat dengan mesin pencatat radiasi (recorder). Pemantauan terhadap radioisotop yang dilepas ke dasar laut dilakukan beberapa kali dengan jangka waktu tertentu. Dari hasil pemantauan itu secara kumulatif dapat ditentukan arah gerakan sedimen, tebal lapisan sedimen, dan kecepatan rata-rata lapisan sedimen. Data yang diperoleh ini dapat pula digunakan untuk menentukan pembangunan pelabuhan baru yang sesuai dan tidak memerlukan biaya pengerukan yang tinggi.