PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-10 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBANGUNAN INFRASTRUKTUR DI 13 – 14 SEPTEMBER 2017; GRHA SABHA PRAMANA FORMASI DANAU SANGAT ASAM KAWAH , JAWA TIMUR

Sri Sumarti1 A. Zaennudin2 1Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi Jalan Cendana No. 15, Telp. 0274 514180 - 514192 Email: [email protected] 2Purna bakti dari Pusat Vulkanologi dan MItigasi Bencana Geologi Email: [email protected]

ABSTRAK Danau Kawah Ijen merupakan gunung api aktif berukuran 900 m x 600 m, kedalaman ~180 m memiliki air sangat asam (pH ~0,2) dengan volume 30 juta m3, secara administratif terletak di Kabupaten Bondowoso dan , Jawa Timur. Kawah Ijen merupakan salah satu dari 22 buah kerucut gunung api yang muncul paska pembentukan kaldera Ijen. Ancaman dan bahaya bila terjadi letusan besar maka air danau kawah yang tumpah akan mengakibatkan bencana yang sangat serius. Disamping itu, Air Danau Kawah Ijen merembes melalui dinding bagian Barat membentuk Sungai Banyupahit-Banyuputih sepanjang 40 km hingga Asembagus. Dampak tersier air irigasi, kualitas air sumur gali masyarakat terkontaminasi unsur F. Data survei air sumur menunjukkan bahwa 60 % mengandung F melebihi rekomendasi WHO yang berdampak adanya fluorosis gigi yang signifikan (~70 %). Formasi danau sangat asam Kawah Ijen setidaknya berhubungan dengan tiga kali letusan eksplosif besar yang membentuk tiga kawah utama yang saling memotong berbentuk ellips berukuran 900 m x 600 m. Berdasarkan umur endapan abu hasil erupsi Gunung Ijen paska kaldera, endapan paling tua berumur 5.920 + 200 B.P. terdapat di dinding sebelah Selatan, diikuti umur endapan aliran abu pada berumur 2.170 + 160 B.P. terdapat di dinding sebelah Timur, dan endapan aliran abu paling muda berumur 620 + 120 B.P. berada di sebelah Barat kawah G. Ijen. Stratigrafi endapan-endapan batuan tersebut didukung oleh analisis peta topografi dan morfologi, wilayah . G. Ijen ini yang telah mengalami beberapa kali perpindahan pusat erupsi dalam letusannya, tetapi masih berkisar di sekitar bagian puncak.

Kata kunci : Kawah Ijen, eksplosif, abu, fluorosis.

1. Pendahuluan Indonesia memiliki gunung api terbanyak di dunia yaitu sebesar 12 % atau berjumlah 127 gunung api aktif, dimana 63 diantaranya memiliki kaldera dan danau kawah. Delapan buah gunungapi memiliki danau kawah dengan air bersifat asam seperti (Jawa Barat), Telaga Warna (Jawa Tengah), Kawah Ijen (Jawa Timur), Kawah Mahawu ( Utara), Kawah (Nusa Tenggara Timur), Kawah Kaba, Kawah Dempo (Sumatera), dan Kawah Gunung Tompaluan atau Lokon (Sulawesi Utara) paska letusan 2003. Danau Kawah Ijen merupakan gunung api aktif berukuran 900 m x 600 m, kedalaman ~180 m memiliki air sangat asam (pH ~0,2) dengan volume 30 juta m3, secara administratif terletak di Kabupaten Bondowoso dan Banyuwangi, Jawa Timur. Formasi danau sangat asam Kawah Ijen di Jawa Timur tidak bisa dipisahkan dari pembentukan Kaldera Ijen. Kaldera Ijen terbentuk oleh letusan hebat gunungapi strato Ijen Tua atau Gunung Kendeng (ketinggian ~4.000 m d. p. l.), yang terjadi antara 300.000 dan 50.000 tahun yang lalu (Sitorus, 1990). Menurut Kemmerling (1921) Gunung Ijen tua ini memiliki satu vent saja yang didasarkan pada bentuk kaldera yang oval. Kaldera Ijen ini berdiameter 16 km berbentuk elips dimana dinding kaldera bagian utara melengkung ke arah selatan. Dinding kaldera selatan sebagian besar tertutupi endapan vulkanik hasil erupsi

1293

PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-10 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBANGUNAN INFRASTRUKTUR DI INDONESIA 13 – 14 SEPTEMBER 2017; GRHA SABHA PRAMANA sebanyak 22 kerucut gunung api yang aktif pasca kaldera (Gambar 1). G. Ijen merupakan salah satu gunung api aktif tipe A yang tumbuh paska Kaldera Ijen dengan ketinggian 2.443 m dpl, yang terletak di Kabupaten Banyuwangi dan Bondowoso, Jawa Timur.

2. Metode Penelitian a. Pengambilan sampel Singkapan produk letusan Gunung Ijen teramati terdapat di sepanjang jalan antara Paltuding dan Kawah Gunung Ijen. Berdasarkan penyelidikan stratigrafinya, endapan- endapan piroklastik yang terdapat di wilayah ini ditemukan arang dari sisa-sisa tumbuhan atau ranting pohon. Oleh karena itu, untuk mempelajari formasi danau sangat asam Kawah Ijen akan dilakukan dengan pentarikhan berdasarkan analisis C14 dari arang pada masing-masing lapisan produk erupsi. Berdasarkan posisi stratigrafi endapan G. Ijen sedikitnya dapat dikelompokan menjadi empat kelompok endapan batuan. Dari empat kelompok tersebut, tiga kelompok lapisan yang dapat dianalisis umurnya. Masing-masing kelompok batuan dapat diwakili oleh satu sampel arang. Sampel 1, adalah kelompok endapan batuan berupa endapan piroklastika berwarna merah (Gambar 2). Lokasi pengambilan sampel endapan piroklastika merah ini dilakukan di tepi jalan antara Pondok Bunder dan kawah G. Ijen, di dinding Timur dan Barat kawah G. Ijen. Sampel 2 merupakan kelompok endapan piroklastika berwarna abu-abu, didominasi oleh endapan jatuhan piroklastik berukuran pasir halus, lapili sampai bongkah, berlapis baik dengan perlapisan antara 10 cm sampai 70 cm. Semakin jauh dari Kawah Gunung Ijen semakin tipis perlapisannya bahkan di sekitar Paltuding tebal lapisannya hanya sekitar 30 cm yang langsung ditindih oleh endapan jatuhan abu dan freatik. Endapan piroklastik abu-abu yang tersingkap di dinding Danau Kawah Gunung Ijen (Gambar 3). Sampel 3 merupakan kelompok endapan piroklastika yang didominasi oleh abu berwarna coklat muda, lepas, berlapis baik dengan tebal lapisan antara 6-17 cm. Endapan tersebut ditemukan membentuk dinding danau kawah bagian utara, timur laut, timur, dan tenggara. Lapangan solfatara yang sekarang berada di sisi Tenggara danau Kawah Ijen merupakan kubah lava yang dihasilkan oleh kawah ini. b. Penentuan umur mutlak endapan vulkanik G. Ijen Untuk mengetahui umur mutlak suatu endapan batuan vulkanik dapat diketahui dengan menggunakan analisis radiokarbon dan potasium argon dating yang terdapat pada lapisan tersebut. Umur endapan batuan yang dierupsikan oleh G. Ijen berumur kurang 20.000 tahun (Sitorus, 1990), maka penentuan umur yang dapat dilakukan dengan menggunakan metoda radiokarbon dating. Pentarikhan endapan karbon dari sampel tertentu dengan menggunakan metoda radiokarbon didasarkan atas anggapan bahwa proporsi isotop C14 terhadap karbon di udara “relatif tetap” sejak zaman purba hingga saat ini, sehingga sisa aktivitas radioaktif suatu sampel berkorelasi dengan umur semenjak sampel tersebut tidak lagi menunjukkan aktivitas kehidupan yang dapat dihitung atas penggunaan harga waktu paruh peluruhan isotop C14 (Libby, 1851; Karlen, 1966). Proses pentarikhan radiokarbon dilakukan di laboratorium Pusat Survey Geologi, Bandung. Teknik pengukuran dilakukan pada fasa gas yaitu gas asetilen (C2H2). Tahap reaksi pembentukan gas tersebut adalah sebagai berikut :

1294

PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-10 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBANGUNAN INFRASTRUKTUR DI INDONESIA 13 – 14 SEPTEMBER 2017; GRHA SABHA PRAMANA

Sampel (arang) + HCl pekat CO2 gas

CO2 gas + 2 NH4 OH (NH4)2CO3 + H2O

(NH4)2 CO3 + CaCl2 CaCO3 + 2 NH4Cl

CaCO3 + 2 HCl pekat CO2 gas + CaCl2 + H2O

CO2 gas + 2 NH4 OH (NH4)2 CO3 + H2O

(NH4)2 CO3 + SrCl2 SrCO3 + 2 NH4 Cl

2 Sr CO3 + 5 Mg Sr C2 + 5 MgO + SrO

Sr C2 + 2 H2O C2H2 gas + Sr (OH)2

(asetilen) (bebas tritium)

Gas asetilen yang terbentuk dialirkan ke dalam detektor “Multi Anoda Anticoinidence”, dengan menggunakan rumus dan konstanta-konstanta tertentu maka dapat dihitung umur dari sampel yang dinalisis.

3. Hasil 3.1. Stratigrafi G. Ijen Dari hasil pengamatan stratigrafi di G. Ijen dapat dinyatakan bahwa secara umum produk erupsinya dibedakan menjadi empat kelompok yaitu kelompok endapan piroklastik merah, endapan piroklastik abu-abu, kelompok endapan piroklastik yang didominasi oleh endapan jatuhan abu, dan kelompok endapan freatik. Kelompok endapan piroklastika merah terdiri atas endapan piroklastika berwarna merah dan lava andesit. Kelompok endapan piroklastik abu-abu terdiri atas endapan piroklastik dan lava andesitik. Kelompok endapan piroklastika abu didominasi oleh endapan jatuhan abu dan surge. Dan kelompok endapan freatik yang diduga berasal dari danau kawah sekarang. Dari pengamatan stratigrafi tersebut digunakan untuk menentukan lokasi untuk pengambilan sampel untuk analisis Radiohidrokarbon. 3.2. Hasil Analisis Radiohidrokarbon Radiokarbon dating dilakukan pada tiga sampel arang yang terdapat pada tiga lapisan endapan piroklastika yang berbeda yaitu Sampel 1, Sampel 2, dan Sampel 3. Lapisan-lapisan tersebut dapat mewakili masing-masing kelompok endapan hasil letusan Gunung Ijen. Kelompok pertama merupakan kelompok endapan piroklastik merah (Sampel 1), kelompok kedua adalah kelompok piroklastik abu-abu yang menutupi secara tidak selaras kelompok pertama (sampel 2). Kelompok ketiga yaitu kelompok piroklastik abu yang berwara coklat muda (Sampel 3). Di atas dari kelompok-kelompok tersebut ditutupi oleh endapan freatik hasil letusan dari danau kawah sekarang yang menyelimuti morfolofi rendah. Kelompok pertama (Sampel 1) diwakili oleh endapan aliran piroklastik abu yang terdapat pada bagian atas dari kelompok tersebut. Pada lapisan ini banyak terdapat arang dari ranting pohon dan rerumputan. Hasil analisis radiokarbon dari arang tersebut berumur sekitar 5920 ± 200 tahun y. l. Kelompok kedua endapan piroklastik Gunung Ijen (Sampel 2) berupa endapan jatuhan piroklastik berwarna abu-abu dengan fragmen batu apung maksimum 1295

PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-10 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBANGUNAN INFRASTRUKTUR DI INDONESIA 13 – 14 SEPTEMBER 2017; GRHA SABHA PRAMANA berukuran 4 cm, berlapis baik, struktur graded terdapat sangat baik, lepas. Hasil analisis radiokarbon dari arang yang terdapat pada lapisan ini (Sampel 2) berumur sekitar 2170 ± 160 tahun y.l. Sedangkan endapan magmatik erupsi Gunung Ijen berupa endapan jatuhan piroklastik abu berwarna coklat muda, lepas, berlapis baik dengan tebal lapisan antara 6-17 cm (Sampel 3) diperoleh hasil analisis radiokarbon arang tersebut berumur sekitar 620 ± 120 tahun y. l. 3.3. Geokimia Air Danau kawah Ijen Air danau Kawah Ijen bersifat sangat asam (pH sebesar 0,09) dan unsur-unsur terlarut yang tinggi seperti kadar Al sekitar 6.000 ppm, Fe sebesar sekitar 3.000 ppm, Ca sekitar 1.000 ppm, Cl sekitar 22.000 ppm, SO4 sekitar 85.000 ppm, dan F sekitar 1.200 ppm. Air Danau Kawah Ijen merembes melalui dinding bagian Barat membentuk Sungai Banyupahit- Banyuputih sepanjang 40 km hingga Asembagus. Meskipun air Kawah Ijen telah mengalami pengenceran dari “acid spring”, Kali Sat dan kali Sengon yang bersifat netral, di hilir air sungai masih bersifat asam dan mengandung kadar F yang tinggi. Dampak tersier air irigasi, kualitas air sumur gali masyarakat terkontaminasi unsur F. Data survei air sumur menunjukkan bahwa 60 % mengandung F melebihi rekomendasi WHO yang berdampak adanya fluorosis gigi yang signifikan (~70 %).

4. Hasil dan Pembahasan Telah dilakukan analisis Radiokarbon dating terhadap tiga sampel arang yang terdapat pada tiga lapisan endapan piroklastika produk erupsi G. Ijen yang berbeda yaitu Sampel 1, Sampel 2, dan Sampel 3. Hasil analisis Radiokarbon dating kelompok pertama (sampel 1) adalah kelompok piroklastika berwarna merah menunjukkan berumur sekitar 5.920 + 200 tahun y.l.; kelompok kedua (Sampel 2) adalah kelompok batuan dari endapan piroklastika berwarna abu-abu berumur 2.170 + 160 tahun y.l.; dan kelompok ketiga (sampel 3) adalah kelompok endapan piroklastika abu berumur sekitar 620 + 120 tahun y.l. Secara keseluruhan stratigrafi endapan batuan G. Ijen dapat dilihat pada Gambar 5. Menurut Kemmerling, 1921, G. Ijen berdasarkan peta topografinya memiliki tiga kawah. Kawah yang paling tua adalah K III, kemudian disusul oleh K II dan K I adalah kawah yang paling muda (Gambar 6), demikian juga berdasarkan peta topografi puncak yang dibuat oleh BAKOSURTANAL (2000), Gambar 7. Oleh karena itu, berdasarkan kenampakan secara visual di sekitar puncak, analisis peta topografi dan morfologi puncak G. Ijen ini, dan berdasarkan hasil analisis radiokarbon dating terhadap tiga sampel arang yang terdapat pada tiga lapisan endapan piroklastika produk erupsi G. Ijen yang berbeda menunjukkan bahwa G. Ijen telah mengalami erupsi besar sedikit tiga kali. Pusat erupsi berpundah-pindah tetapi masih berkisar di sekitar bagian puncak. Hal ini dapat dilihat dari morfologi puncak G. Ijen yang terbentuk. Formasi danau sangat asam (pH ~0,5) Kawah Ijen setidaknya berhubungan dengan tiga kali letusan eksplosif besar yang membentuk tiga kawah utama yang saling memotong berbentuk ellips berukuran 900 m x 600 m dengan dasar terdalam mencapai 180 m (Takano dan kawan-kawan, 2004). Formasi Kawah Ijen dimulai sejak 5.920 + 200 tahun y.l. hingga 620 + 120 tahun y.l. Oleh karena material vulkanik di dasar kawah dan dindingnya kedap air maka air hujan menumpuk dan membentuk danau kawah. Injeksi gas vulkanik yang kaya gas CO2, CO, SO2, H2S, HCl, dan HF secara terus menerus dalam kurun waktu yang panjang dari lapangan solfatara yang berada di dasar danau kawah menyebabkan air bersifat ektrem asam dan berwarna hijau toska.

1296

PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-10 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBANGUNAN INFRASTRUKTUR DI INDONESIA 13 – 14 SEPTEMBER 2017; GRHA SABHA PRAMANA 5. Kesimpulan Danau Kawah Ijen merupakan gunung api aktif yang secara administratif terletak di Kabupaten Bondowoso dan Banyuwangi, Jawa Timur. Formasi danau sangat asam (pH ~0,5) Kawah Ijen setidaknya berhubungan dengan tiga kali letusan eksplosif besar yang membentuk tiga kawah utama yang saling memotong berbentuk ellips berukuran 900 m x 600 m dengan dasar terdalam mencapai 180 m. Formasi Kawah Ijen, berdasar data radiohidrokarbon dimulai sejak 5.920 + 200 tahun y.l. hingga 620 + 120 tahun y.l. Oleh karena material vulkanik di dasar kawah dan dindingnya kedap air maka air hujan menumpuk dan membentuk danau kawah.

Injeksi gas vulkanik yang kaya gas CO2, CO, SO2, H2S, HCl, dan HF secara terus menerus dalam kurun waktu yang panjang dari lapangan solfatara yang berada di dasar danau kawah menyebabkan air bersifat ektrem asam dan berwarna hijau toska.

Acknowledgements Pada kesempatan ini, Saya menyampaikan penghargaan khusus kepada Kepala BPPTKG yang yelah memberikan kesempatan untuk melakukan kegiatan survey di G. Ijen. Kepada Kepala Seksi Pengelolaan Laboratorium, saya memberikan penghargaan yang sebesar- besarnya yang telah memberikan pemikiran inspirasi dalam kegiatan ini. Saya juga mengucapkan terima kasih yang mendalam kepada teman-teman di lingkungan BPPTKG yang telah bekerja sama dengan baik. Di samping itu, Saya mengucapkan terima kasih kepada BKSDA, Jawa Timur, pengamat Kawah Ijen, Dinas Pengairan Situbondo, dan semua pihak yang telah membantu kegiatan survey di G. Ijen ini.

Daftar Pustaka Kemmerling, G.L.L., 1921, De Geologie en geomorphologie van den Ijen. Uitgegeven Door De Koninklijke Natuurkundige Vereeniging Bij G. Kolff & Co., Batavia-Weltevreden. Karlen, I., Olsson, I. U., Kallberg, P., and Kilicci, S., 1966, Absolut determniation of the activity of two C14 dating standards. Arkiv Geofysik, 6., 465- 471. Kurie, F.N.D., 1993, A new mode of disintegration induced by neutrons. Phys. Rev., 45, 904 905. Libby, W.F., 1951, Radiocarbon dating, the university of Chicago press, Chicago. Sitorus, K., 1990. Volcanic stratigraphy and geochemistry of the Ijen Complex, East , Indonesia, Thesis, Victoria University of Wellington, New Zealand.

1297

PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-10 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBANGUNAN INFRASTRUKTUR DI INDONESIA 13 – 14 SEPTEMBER 2017; GRHA SABHA PRAMANA

Kaldera Ijen

G. Blau

Kawah G. Merapi Ijen

G. Rante G. Suket

G. Raung

Gambar 1. Kaldera Ijen terletak Kabupaten Bondowoso, Kabupaten Situbondo dan Kabupaten Banyuwangi, Jawa Timur merupakan kompleks gunungapi yang memiliki 22 kerucut baik di dinding maupun di bagian dalam kaldera.

Endapan Aliran Abu

Arang

Endapan Jatuhan Piroklastika

Gambar 2. Endapan piroklastika merah tersingkap di tepi jalan antara Pondok Bunder dan kawah G. Ijen (Sampel 1). Foto: Akhmad Zaennudin, PVMBG.

Gambar 3. Endapan piroklastik abu-abu yang tersingkap di dinding Danau Kawah Gunung Ijen. Foto : Sri Sumarti. 1298

PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-10 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBANGUNAN INFRASTRUKTUR DI INDONESIA 13 – 14 SEPTEMBER 2017; GRHA SABHA PRAMANA

Gambar 4. Komposisi air Kawah Ijen, hulu Kali Banyupahit (BYP-9) melewati BYP-8, BYP-7, BYP-4, BYP-3, hingga ke hilir di lokasi BYP-1 yang menunjukkan perubahan yang signifikan.

Ketebalan (Cm) >30 Freatik, putih - putih keabu-abuan, lumpur -bongkah, agak loose

Jatuhan piroklastika, putih kekuning-kuningan, abu-pasir kasar, didominasi 37 oleh abu, struktur graded nampak, loose. Bagian bawah terdapat surge jingga, terdapat arang berumur 620 th y.l..

30 Jatuhan piroklastika, kuning - coklat, didominasi oleh abu ,loose,

70 Jatuhan piroklastika, abu-abu, berukuran lapili, loose, struktur graded kurang baik. Bagian bawah terdapat aliran piroklastika setebal 10 cm terdapat arang berumur 2170 th y.l.. 10 Jatuhan piroklastika, coklat kemerah-merahan, abu, lunak. 20 Aliran piroklastika, merah, didominasi abu, agak padu,terdapat arang berumur 5920 th y.l..

>1000 Selang-seling antara aliran dan jatuhan piroklastika, berwarna merah agak padu, perlapisan antara 20 - 40 cm,

Gambar 5. Susunan stratigrafi endapan batuan G. Ijen.

1299

PROCEEDING, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-10 PERAN PENELITIAN ILMU KEBUMIAN DALAM PEMBANGUNAN INFRASTRUKTUR DI INDONESIA 13 – 14 SEPTEMBER 2017; GRHA SABHA PRAMANA

Gambar 6. Peta topografi puncak G. Ijen pada tahun 1921 (Kemmerling, 1921) yang dikelompokan menjadi tiga kawah. Kawah yang paling tua adalah K III, kemudian disusul oleh K II dan K I adalah kawah yang paling muda.

Gambar 7. Peta topografi puncak yang dibuat oleh BAKOSURTANAL (2000). Urutan pembentukan kawah di danau Kawah Ijen. Kawah II terjadi lebih dulu dari Kawah III.

Tabel 1: Umur endapan piroklastika hasil erupsi G Ijen

No. Kode sampel Litologi Umur (tahun y. l.) 1. Sampel 1 Endapan aliran 5920 ± 200 piroklastika G. Ijen 2. Sampel 2 Endapan aliran abu G. 2170 ± 160 Ijen 3. Sampel 3 Endapan abu G. Ijen 620 ± 120 1300