Logam berat di air dan sedimen

Tugas m.k Pencemaran Laut
Studi Kasus : Stratifikasi Logam Berat di Air laut dan Sedimen
Oleh
Waluyo1
C252140401
1)

Program Pascasarjana Pengelolaan Sumberdaya Pesisir dan Lautan, IPB

Abstrak
Seorang mahasiswa melakukan penelitian di wilayah pesisir yang aktif buangan industri dan
mendapatkan data bahwa konsentrasi logam terlarut sangat rendah di bawah baku mutu
dibandingkan dengan konsentrasi di cuplikan sedimen. Berikan suatu penjelasan/komentar
saudara terhadap masalah ini. Berikan ilustrasi data dan gambar jika diperlukan untuk
penjelasan ini serta pustaka yang diacu.

Logam berat adalah unsur-unsur yang memiliki berat atom antara 63,546 dan 200,590
(Kennish, 1992), dan berat jenis lebih besar dari 4,0 (Connell et al., 1984). Organisme
hidup membutuhkan jumlah jejak beberapa logam berat, termasuk kobalt, tembaga,
besi, mangan, molibdenum, vanadium, strontium, dan seng. Tingkat berlebihan logam
dapat merusak organisme. Logam berat non-esensial perhatian khusus untuk sistem

air permukaan adalah kadmium, kromium, merkuri, timbal, arsen, dan antimon
(Kennish, 1992).
Semua logam berat yang ada di permukaan air di koloid, partikulat, dan fase terlarut,
meskipun konsentrasi terlarut umumnya rendah (Kennish, 1992). Koloid dan partikel
logam dapat ditemukan dalam 1) hidroksida, oksida, silikat, atau sulfida; atau 2)
diserap ke tanah liat, silika, atau bahan organik. Bentuk larut umumnya ion atau kelat
organologam serikat atau kompleks. Jejak kelarutan logam di permukaan perairan
didominasi dikendalikan oleh pH air, jenis dan konsentrasi ligan yang logam dapat
menyerap, dan keadaan oksidasi komponen mineral dan lingkungan redoks dari sistem
(Connell et al., 1984).
Perilaku logam di perairan alami adalah fungsi dari komposisi substrat sedimen,
komposisi sedimen tersuspensi, dan kimia air. Sedimen terdiri dari pasir halus dan
lumpur umumnya akan memiliki tingkat yang lebih tinggi dalam menyerap logam dari
daripada kuarsa, feldspar, dan sedimen detrital yang kaya karbonat. Logam juga
memiliki afinitas tinggi untuk asam humat, organo-clay, dan oksida dilapisi dengan
bahan organik (Connell et al., 1984).
Sistem kimia air akan mengontrol laju adsorpsi dan desorbtion logam ke dan dari
sedimen. Adsorpsi menghilangkan logam dari kolom air dan menyimpan logam dalam
substrat. Desorpsi mengembalikan logam ke kolom air, dimana resirkulasi dan
bioassimilation mungkin terjadi. Logam dapat diserap dari sedimen jika salinitas air laut

meningkat, penurunan potensial redoks, atau penurunan pH.
1. Peningkatan salinitas : peningkatan konsentrasi salinitas air laut akan menciptakan
meningkatnya persaingan antara kation dan logam untuk mengikat. Seringkali,
logam akan didorong ke dalam air di atasnya.

1

2. Penurunan Redoks Potensial : penurunan redoks potensial seperti yang sering
terlihat dalam kondisi kekurangan oksigen, akan mengubah komposisi kompleks
logam dan melepaskan ion logam ke dalam air di atasnya.
3. Penurunan pH : pH rendah meningkatkan persaingan antara ion logam dan
hidrogen. Penurunan pH juga dapat melarutkan logam-karbonat kompleks,
melepaskan ion logam bebas ke dalam kolom air (Connell et al., 1984).
Untuk mengetahui bagaimaman proses sirkulasi logam berat di alut dan si sedimen,
maka perlu dipahami juga tentang bagaimana proses input/sumber logam berat,
proses yang terjadi di air laut serta sampai sedimen serta sifat dari logam berat itu
sendiri. Secara umum siklus logam berat di laut disajikan pada Gambar 1 dan secara
rinci dijelaskan pada Gambar 2.

Gambar 1. Input dan proses

logam berat (Chester, 2000)

Gambar 2. Detail input dan
proses logam berat

Sumber logam berat
Rute utama serta sumber bahan logam berat yang mencapai laut adalah dari sungai,
atmosfer dan transportasi glasial. Air sungai mengandung berbagai macam komponen
anorganik dan organik baik dalam bentuk terlarut maupun dalam bentuk partikel.
Beberapa sumber logam berat dapat dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu sumber alami
dan sumber non-alami. Sumber alami logam berat berasal dari sungai, laut dan
atmosfer. Sungai merupakan sumber utama alamiah melalui proses weathering
batuan, sedangkan sumber logam berat dari laut dalam berasal dari aktifitas gunung
api dan proses hidrotermal, serta yang berasal dari atmosfer melalui turunnya partikel
debu ke air laut. Sumber logam berat non alami berasal dari kegiatan industri seperti
penambangan, peleburan, dan refinery, kegiatan industri pengolahan, serta kegiatan
transportasi.

Sifat logam berat
Sifat logam berat secara umum dibagi menjadi 2, yaitu bersifat esensial dan logam

berat yang bersifat racun. Logam berat yang bersifat esensial diperlukan dalam proses
metabolisme, terutama berikatan dengan protein (metalloprotein dan komplek logam
protein). Contoh logam berat esensial adalah Fe, Cu, Zn, Co, Mn, Cr, Mo, V, Se, Ni dan
Sn.

2

Contoh metalloprotein:





haemoglobin (Fe) dan haemocyanin (Cu),
karbonat anhidrase, karboksipeptidase, karbon dehidrogenases (Zn),
pyruvate carboxylase (Mn), Vit B12 (Co),
xanthine oxidase (Fe dan Mo), cytochrome oxidase (Fe dan Cu).

Logam berat yang bersifat racun adalah logam membentuk senyawa penghambat
enzym dengan membentuk mercaptides dengan senyawa grup sulfidril yang berfungsi

untuk aktifitas katalisator. Contoh logam berat yang bersifat racun adalah Ag, Hg, Cu,
Cd, dan Pb. Urutan daya racun logam berat dari yang tinggi ke rendah menurut
Darmono (2001) adalah sebagai benkut : Hg2+ > Cd2+ > Ag2+ > Ni2+ > Pb2+ > As2+
> Cr2+ > Cu2+ > Zn2+. Logam Pb dan Cd di dalam perairan mudah terikat dengan
bahan organik lalu mengendap dan bersatu dengan sedimen.

Logam Berat di Estuari
Dalam perairan logam berat ditemukan dalam bentuk :
a. Terlarut, yaitu ion logam berat dan logam yang berbentuk kompleks dengan
senyawa organik dan anorganik.
b. Tidak terlarut, terdiri dari partikel dan senyawa kompleks metal yang
teradsorpsi pada zat tersuspensi (Razak 1980).
Daya larut logam berat dapat menjadi lebih tinggi atau lebih rendah tergantung pada
kondisi lingkungan perairan. Pada daerah yang kekurangan oksigen misalnya akibat
kontaminasi bahan organik, daya larut logam berat akan menjadi lebih rendah dan
mudah mengendap. Logam berat seperti Zn, Cu, Cd, Pb, Hg, dan Ag akan sulit terlarut
dalam kondisi perairan yang anoksik (Ramlal, 1987). Mengendapnya logam berat
bersama-sama dengan padatan tersuspensi akan mempengaruhi kualitas sedimen di
dasar perairan serta perairan di sekitarnya. Kadar normal dan maksimum logam berat
dalam air laut ditampilkan pada Tabel 1.

Table 1. Kadar normal dan kadar maksimum logam berat di laut

Parameter kimia dan fisika yang turut mempengaruhi kandungan logam berat dalam
perairan adalah arus, suhu, salinitas, padatan tersuspensi total, dan derajat keasaman
(pH). Pada umumnya faktor oseanografi yang paling berperan dalam penyebaran
bahan cemaran adalah arus, pasang surut, gelombang dan keadaan bathimetri. Arus di
perairan estuari dipengaruhi oleh lingkungan yang khas seperti pengaruh masukan air
sungai, pasang surut, gelombang laut, angin di permukaan laut serta pergerakan dan
pencampuran massa air. Perilaku logam berat di perairan sangat dipengaruhi oleh
interaksi antara fase larutan dan padatan, khususnya perairan itu sendiri dan sedimen.
Konsentrasi logam terlarut secara cepat hilang dari larutan pada saat berhubungan
dengan permukaan materi partikulat melalui beberapa fenomena ikatan permukaan
yang berbeda (ikatan koloid, adsorpsi, dan presipitasi). Pembentukan partikulat logam
berat menyebabkan dekomposisi dan penambahan konsentrasinya di dalam sedimen

3

(proses sedimentasi). Setelah proses pengendapan atau sedimentasi, unsur-unsur
logam berat tersebut akan mengalami proses diagenesis, melibatkan peningkatan
bobot molekul dan hilangnya gugus fungsi. Sebagai akibatnya terbentuknya cadangan

logam berat pada sedimen perairan yang relatif stabil dan kurang reaktif. Namun
demikian karena adanya berbagai proses fisika, kimia, dan biologi di estuari, komponen
tersebut dapat kembali ke kolom air (Maslukah, 2006).
Logam berat di perairan khusunya di estuari memiliki sifat konservatif dan non
konservatif (Chester 2000). Sifat konservatif menunjukkan kestabilan konsentrasi suatu
komponen. Konsentrasinya tidak dipengaruhi proses - proses kimia dan biologi. Teknik
yang paling umum yang digunakan untuk melihat ke-konservatif-an suatu elemen
terlarut dengan menggunakan mixing graph atau diagram mixing. Dengan diagram ini,
konsentrasi setiap komponen terlarut dari setiap sampel dapat diplotkan dengan
beberapa elemen yang konservatif. Nilai salinitas di estuari bersifat konservatif, karena
keberadaannya tidak dipengaruhi oleh proses kimia dan biologi. Jika distribusi logam
terlarut di estuari lebih banyak dikontrol oleh proses fisika (proses percampuran antara
air sungai dan laut), konsentrasi akan linier terhadap salinitas. Arah kemiringan (slope)
akan ditentukan oleh kelimpahan relatif logam dalam air sungai dan air laut (Libes
1992). Slope yang berupa garis lurus ini sering disebut theoritical dilution line (TDL).
Apabila sumber elemen logam terlarut relatif melimpah di sungai (air tawar) daripada
di air laut maka bentuk TDL ini menurun sepanjang gradien salinitas (Gambar 3a ii)
dan sebaliknya apabila logam terlarut relatif melimpah di air laut daripada air tawar,
maka TDL ini akan naik sepanjang gradien salinitas (Gambar 3a i). Jika logam terlarut
bersifat non konservatif, logam ini akan mengalami removal atau addition oleh adanya

proses-proses kimia di estuari. Logam mengalami removal apabila konsentrasinya
berada di bawah TDL dan kebalikannya mengalami addition, apabila konsentrasinya
berada di atas TDL.

Gambar 3. Mixing graph di estuary (Chester, 2000)

4

(lanjutan dari Gambar 3) (Chester, 2000)

Daftar Pustaka
Chester, 2000. Marine Geochemistry. Second edition. Department of Earth Sciences,
University of Liverpool. Blackwell Science Ltd. London
Connel, B.S., Cox, M. and Singer, I. 1984. Nickel and Chromium In: Brunner, F. and
Coburn, J.W. (eds): Disorders of minerals metabolism. Academic press, New
York. Pp. 472 – 532.
Kennish, L. 1992. Toxicity of heavy metals: effects of Cr and Se on humans health.
Journal of Indian Public Health Education, India. 2:36 – 64.
Libes SM. 1992. An Introduction to Marine Biogeochemestry. Toronto: John Wiley &
Sons Inc.

Maslukah, L. 2006. Konsentrasi Logam Berat Pb, Cd, Cu, Zn dan Pola Sebarannya di
Muara Banjir Kanal Barat, Semarang. (Tesis). Bogor. Program Pascasarjana,
Intitut Pertanian Bogor
Ramlal, PS. 1987. Mercury Methylation Dimethylation Studies at Southern India Lake.
Canada : Minister of supply and serveces

5