Proses-proses Fisik dan Kimia Minyak di Laut

dipengaruhi oleh proses fisika, kimia dan biologi bergantung pada sifat minyak, kondisi hidrodinamika, meteorologi dan lingkungan Egberongbe et al. 2006 Terdapat dua proses utama yaitu proses pelapukan minyak yang merupakan suatu urutan proses fisik dan kimia karakteristik minyak yang akan berubah ketika minyak tumpah dan kedua adalah kelompok proses yang berkaitan dengan pergerakan minyak di suatu lingkungannya. Proses pelapukan dan pergerakan minyak merupakan proses yang terjadi saling tumpang tindih bersamaan. Proses pelapukan sangat mempengaruhi bagaimana minyak bergerak di suatu lingkungan dan sebaliknya. Proses-proses ini sangat tergantung jenis minyak yang tumpah dan kondisi cuaca sesaat dan setelah minyak tumpah.

2.4.1 Penyebarang

Sumber: ITOPF. 2007 tebal dari tiap band mengindikasikan berapa besar peranan dari tiap proses Gambar 3 Perubahan tumpahan minyak mentah oleh proses pelapukan terhadap waktu. Penyebaran tumpahan minyak di atas permukaan air dalam arah horizontal dipengaruhi oleh gravitasi, kelembaman, kekentalan dan gaya tegangan permukaan Njobuenwu 2008. Pada Gambar 3 warna biru menyajikan bahwa penyebaran adalah proses yang paling signifikan selama proses awal terjadinya tumpahan minyak di air yang meningkatkan luas daerah permukaan yang tergenang, dengan demikian meningkatkan transfer massa melalui penguapan dan proses dissolusi. Kecenderungan dari tumpahan minyak untuk menyebar bergantung pada dua gaya fisika yang bekerja beriringan yaitu gaya gravitasi yang menyebabkan minyak menyebar secara horizontal dan tegangan permukaan dari air laut. Gravitasi dan tegangan permukaan mempercepat proses penyebaran sedangkan kekentalan dan kelembaman memperlambat proses penyebaran.

2.4.2 Penguapan

Gambar 3 warna kuning menyajikan bahwa penguapan dominan mempengaruhi perubahan sejak awal tumpahan minyak dan efektif berlangsung dalam waktu satu minggu. Minyak mentah ringan dapat mengalami penguapan hingga 75, minyak mentah tengah mengalami penguapan hingga 40 sedangkan minyak mentah berat dapat mengalami pengupan hingga 10 beberapa hari setelah terjadinya tumpahan minyak Fingas 1994. Menurut Fingas 1994 menyatakan bahwa tingkat penguapan minyak meningkat dengan meningkatnya kecepatan angin sampai pada waktu tertentu dengan membentuk fungsi eksponensial Gambar 4 Gambar 4 Presentasi penguapan air dan minyak dalam berbagai variasi kecepatan angin Fingas 1994. Gambar 5 Konsentrasi penguapan dari hidrokarbon aromatik di dalam air Payne et al. 1983 Hasil eksperimen yang dilakukan oleh Payne et al. 1983 pada Gambar 4 memperlihatkan bahwa penguapan fraksi minyak dalam air laut di dominasi oleh fraksi benzene dan toluene dengan puncak konsentrasi yang mengalami penguapan pada jam ke 4 dengan konsentrasi mencapai 700 gl kemudian menurun dan mencapai kurang dari 100 gL setelah 40 jam di air laut. Meskipun pengaruh penguapan sangat penting namun sangat tidak signifikan dalam mengubah sifat fisik dan kimia dari tumpahan minyak. Penguapan pada minyak di dasarkan pada penguapan air walaupun terdapat perbedaan mendasar antara air dengan minyak dimana penguapan pada air bersifat linier terhadap waktu sedangkan minyak bersifat eksponensial.

2.4.3 Entrainment Natural Dispersion

Dispersi alamiah minyak mentah dan produk olahan setelah mengalami tumpahan di laut adalah proses pembentukan partikel kecil yang bergabung dalam kolom air. Selain penguapan, tingkat dispersi alamiah juga menetukan keberadaan lapisan minyak dipermukaan laut. Dalam prakteknya, dispersi alamiah secara signifikan menghilangkan bagian utama dari tumpahan minyak di permukaan laut Sebastiao Guedes 1995. Studi menunjukkan bahwa dispersi alami adalah hasil dari tiga proses yaitu, proses awal globulation yang merupakan pembentukan tetesan minyak dari lapisan minyak karena pengaruh gelombang pecah, proses dispersi yang merupakan transportasi dari tetesan minyak ke kolom air sebagai hasil energi kinetik pada tetesan minyak yang disebabkan oleh gelombang pecah dan gaya yang meningkat, dan proses peleburan lapisan minyak dengan lapisan air CONCAWE 1983. Parameter lain yang penting mempengaruhi proses dispersi adalah tegangan antar muka air dengan minyak yang hanya mempengaruhi globulation dan peleburan, bukan transpor dari tetesan minyak ke dalam lapisan air. Berat jenis dan kekentalan juga mempengaruhi proses dispersi tumpahan minyak yang semakin tinggi tingkat kekentalan maka semakin kecil kemampuan dari minyak untuk membentuk tetesan minyak. Minyak mentah fraksi ringan dan diesel dapat terdispersi secara signifikan jika kandungan saturasinya besar dan kandungan aspaltin dan resin rendah serta terdapat aksi gaya gelombang yang cukup besar. Butiran minyak yang terdispersi ini akan berasosiasi dengan sedimen dan bersama-sama akan jatuh ke dasar perairan.

2.4.4 Pelarutan

Tingkat kelarutan minyak dalam air tergantung pada komposisi, penyebaran, suhu air laut, derajat dispersi dan turbulensi. Komponen minyak mentah berat pada dasarnya tidak larut dalam air sedangkan minyak mentah ringan terutama hidrokarbon aromatik seperti bensena dan toluen sedikit larut. Namun, senyawa ini juga yang paling stabil dan sangat cepat hilang oleh penguapan, biasanya 10 sampai 1.000 kali lebih cepat dibandingkan dengan kelarutan ITOPF 2007. Beberapa hidrokarbon larut dalam air umumnya senyawa molekul ringan yang bersifat beracun. Persentase kelarutan hidrokarbon kecil, kurang lebih 1 dari volume tumpahan minyak. Hal ini menyebabkan cepat terencerkan dan terdegradasi. Tumpahan minyak mengalami perubahan oleh gelombang menjadi butiran minyak dengan diameter 0.01-1 mm dan bertahan dalam kolom air sampai mengalami degradasi oleh bakteri Kingston 2002. Konsentrasi hidrokarbon yang terlarut dalam air laut jarang melebihi 1 ppm, dan kelarutan tidak memberikan kontribusi signifikan terhadap minyak dari permukaan laut

2.4.5 Emulsifikasi

Emulsifikasi adalah proses dimana air bercampur dengan minyak. Proses ini meningkatkan volume campuran minyak dengan air sehingga viskositas tumpahan minyak meningkat karena minyak dengan viskositas rendah bercampur dengan air dengan viskositas yang lebih tinggi. Pembentukan emulsi air-dalam- minyak tergantung pada komposisi minyak dan keadaan laut Egberongbe et al. 2006 Emulsifikasi minyak mentah dan produk turunannya terjadi oleh dispersi tetesan air kedalam medium minyak. Potensi emulsifikasi dan stabilitas emulsi minyak ditentukan oleh persentase surfaktan alami dalam tumpahan minyak. Meskipun minyak ringan seperi bensin dan minyak tanah dapat membentuk emulsi tapi tidak stabil dan akan tetap pada kondisi tenang. Kemampuan minyak mentah untuk teremulsi terkait dengan tingkat aspaltik dalam minyak dan stabilitas emulsi terkait dengan Kristal lilin. Minyak mentah dengan kandungan aspaltik yang relatif rendah akan lebih kecil kemungkinan untuk membentuk emulsi stabil dan emulsi satbil ini terkait dengan Kristal lilin yang tinggi atau titik tuang yang tinggi Sebastiao Guedes 1995. Pembentukan emulsi menyebabkan tumpahan minyak mengalami pelapukan jauh lebih lambat, minyak lebih kental dan lengket. Volume dari minyak meningkat karena emulsi dapat mencapai 70 persen air. Emulsifikasi hampir tidak terjadi selama terjadinya tumpahan minyak pada bensin, minyak tanah dan diesel kecuali pada kondisi yang sangat dingin Michel 2002

2.4.6 Sedimentasi

Proses sedimentasi terjadi ketika berat jenis minyak meningkat melebihi air laut. Beberapa proses yang menyebabkan sedimentasi adalah: pelapukan evaporasi, pelarutan dan emulsifikasi, pemangsaan oleh zooplankton, adhesi atau penyerapan ke partikel, atau interaksi dengan garis pantai. Minyak juga dapat tersedimentasi oleh organisme plankton yang memakan partikel minyak dan tenggelam kedasar laut sebagai fases. Sedimentasi biasanya tidak penting untuk perhitungan neraca massa kecuali konsentrasi padatan tersuspensi cukup tinggi 100mgl Egberongbe et al. 2006; ITOPF 2007. Beberapa jenis tumpahan minyak dapat mengalami sedimentasi sampai 10-30. Hal ini terutama terjadi di daerah pantai sempit dan perairan dangkal dengan intensitas percampuran yang tinggi sedangkan daerah-daerah yang lebih jauh dari pantai proses sedimentasi berjalan sangat lambat Patin 1999. Tabel 3 menunjukkan bahwa fraksi minyak yang banyak mengalami sedimentasi adalah C2-flarine sedangkan bensena merupakan fraksi yang sedikit mengalami sediementasi dengan konsentrasi di sedimen 0.035 ppm sedangkan fraksi toluen, sikloheksana dan silena tidak mengalami sedimentasi Tabel 3 Fraksi tersedimentasi tumpahan minyak Subtansi Hasil Satuan Benzene 35 ugKg C3-Chrysenes 1800 ugKg C2-Fluorenes 4900 ugKg C2-Naphthalenes 130 ugKg Fluoranthene 1050 ugkg Diesel range organics 2890 ugKg Oil Range Organics 2310 ugKg Total Organic Carbon 273 mgkg sumber: dimodifikasi dari EPA 2010

2.4.7 Biodegradasi

Air laut mengandung berbagai mikro-organisme laut yang mampu menguraikan senyawa minyak. Mereka adalah bakteri, jamur, ragi, alga uniseluler dan protozoa yang dapat menggunakan minyak sebagai sumber karbon dan energi. organisme tersebut didistribusikan secara luas di seluruh lautan di dunia walaupun mereka cenderung lebih berlimpah di perairan pesisir yang tercemar, seperti yang di alur lalu lintas kapal atau buangan limbah industri yang tidak diolah. Faktor utama yang mempengaruhi laju dan tingkat biodegradasi adalah karakteristik minyak, ketersediaan oksigen, nutrisi terutama senyawa nitrogen dan fosfor dan suhu ITOPF 2007. Setiap jenis mikroorganisme yang terlibat dalam proses cenderung menguraikan suatu hidrokarbon jenis tertentu dengan berbagai mikroorganisme, bertindak bersama-sama agar degradasi terjadi. Sebagai hasil degradasi, sebuah komunitas mikroorganisme kompleks berkembang. Meskipun mikroorganisme yang diperlukan hadir dalam jumlah yang relatif kecil di laut lepas, mereka berkembang biak dan cepat ketika minyak tersedia dan degradasi akan terus terjadi sampai proses ini dibatasi oleh nutrian dan oksigen yang berkurang. Sementara mikroorganisme mampu menurunkan sebagian besar senyawa dalam minyak mentah, beberapa molekul besar dan kompleks resisten terhadap penguraian. Karena mikroorganisme hidup di air, yang mana oksigen dan nutrisi penting, biodegradasi hanya dapat terjadi pada lapisan antar muka minyak dengan air. Di laut, pembentukan butiran minyak, baik melalui dispersi alami atau kimia, meningkatkan luas antarmuka air dengan minyak yang dibutuhkan untuk aktivitas biologis dalam meningkatkan degradasi Varadaraj et al. 1988. Jumlah minyak yang dapat biodegradasi berkisar 11 sampai 90. variabilitas ini karena variasi organisme untuk lokasi yang berbeda, dan variasi dalam komponen minyak Patin 1999.

3. METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Lokasi

Penelitian ini berlangsung dari bulan Januari 2009 hingga Pebruari 2011 dengan perincian waktu disajikan pada Tabel 4. Tabel 4 Matriks waktu penelitian Uraian kegiatan Bulan pelaksanaan Studi Pustaka Januari 2009 Penyusunan proposal Maret-April 2009 Pengumpulan data Maret-Juni 2009 Perancangan model Mei- September 2009 Eksekusi model september 2009-Juni 2010 Validasi model Juni-November 2010 Penulisan hasil penelitian Desember 2010-Januari 2011 Presentase akhir Pebruari 2011 Model skenario tumpahan minyak disimulasikan untuk satu priode musim pada tahun 2008 yang terdiri atas musim barat yang diwakili oleh Bulan Januari dan musim timur yang diwakili oleh Bulan Juli. Lokasi kegiatan penilitian ini berada di Perairan Kepulauan Seribu dengan 3 batas terbuka yaitu lintang 5°4012LS di sebelah utara di sebelah timur dibatas oleh bujur 106.40BT di sebelah barat berbatasan dengan garis bujur 106.2148 BT dan batas tertutup Pantai Utara Jawa yang rentang terhadap kejadian tumpahan minyak seperti disajikan pada Gambar 6. Penelitian ini dilakukan dengan membuat hidrodinamika pada jalur pelayaran di Kepulaun Seribu kemudian divalidasi dengan data hasil pengukuran yang selanjutnya digunakan sebagai pembangkit pergerakan tumpahan minyak yang diskenariokan terjadi pada jalur pelayaran di Kepulauan seribu. Skenario tumpahan yang terjadi disebabkan oleh tiga hal yaitu tumpahan oleh tabrakan kapal tanker, tumpahan minyak oleh kapal yang kandas di perairan dangkal dan tumpahan kinyak oleh kebocoran pipa distribusi bahan bakar minyak. Gambar 6 Lokasi penelitian daerah Perairan Kepulauan Seribu B A N T E N KE P UL A UA N S E R IB U P . P a r i P . T i d u n g B e sa r P . L a k i P . P r a m u ka P . L a n c a n g B e s a r P . S e k a ti P . P a y u n g B e s a r P . K o to k B e s a r P . A i r P . L a n c a n g K e c i l P . K a r ya P . B u r u n g P . K a r a n g b e r a s P . P a n g g a n g P . T i d u n g K e ci l P . T i ku s P . T e n g a h 6 °0 5 °5 5 5 °5 5 °4 5 6 ° 5 ° 5 5 5 ° 5 5 ° 4 5 1 0 6 °2 5 1 0 6 ° 3 0 1 0 6 ° 3 5 1 0 6 °2 5 1 0 6 ° 3 0 1 0 6 ° 3 5 5 5 K M D a ra t P e r ai ra n D a n g k a l G ar is pa n ta i N E W S P eta Lok as i P ene litian K e te ra n g a n : LA MPU NG BAN TEN DKI J A KAR TA LA U T J A W A S A M U D E R A H IN D IA P . J A W A 9 ° 7 ° 5 ° 9 ° 7 ° 5 ° 1 0 5 ° 1 0 7 ° 1 0 9 ° 1 1 1 ° 1 1 3 ° 1 0 5 ° 1 0 7 ° 1 0 9 ° 1 1 1 ° 1 1 3 °