Perpustakaan Digital ITB

Danau Maninjau merupakan danau vulkanik di Sumatra Barat yang berperan penting sebagai sumber perikanan, pembangkit listrik tenaga air, dan pariwisata. Dalam beberapa dekade terakhir, kualitas air Danau Maninjau mengalami penuruan seperti: peningkatan nutrien yang ditandai oleh eutrofikasi, peningkatan bahan organik, penipisan lapisan oksik, dan meningkatnya frekuensi fenomena tubo belerang, yaitu naiknya sulfida dari lapisan dasar ke permukaan yang sering memicu kematian massal ikan di Keramba Jaring Apung (KJA). Fenomena tersebut diduga merupakan hasil interaksi antara proses biogeokimia, kondisi meteorologis, dan dinamika hidrodinamika. Keberadaan sulfida di Danau Maninjau telah menjadi perhatian dalam sejumlah penelitian sebelumnya. Beberapa studi mengaitkan pembentukan sulfida dengan aktivitas biotik, terutama proses reduksi sulfat oleh bakteri pada kondisi anoksik, sedangkan studi lainnya mengindikasikan adanya kontribusi faktor abiotik yang berasosiasi dengan aktivitas vulkanik. Meskipun demikian, hingga saat ini belum terdapat kesimpulan yang komprehensif mengenai faktor utama yang berpotensi menjadi sumber sulfida. Selain itu, mekanisme transport sulfida dari lapisan hipolimnion menuju lapisan permukaan yang menjadi pemicu langsung terjadinya tubo belerang juga masih belum dikaji secara khusus. Berdasarkan kondisi tersebut, penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi sumber sulfida di Danau Maninjau serta mengkaji mekanisme pergerakannya di dalam kolom air secara terpadu, sehingga dapat memberikan dasar ilmiah bagi pemahaman proses terjadinya tubo belerang dan pengembangan strategi mitigasi dampaknya. Penelitian dilakukan melalui survei lapangan, analisis hidrogeokimia, dan pemodelan numerik. Survei kualitas air dilaksanakan pada November 2022 dan Agustus 2023 di tujuh stasiun dengan pengukuran suhu, pH, TDS (Total Dissolved Solid), ORP (Oxidation Reduction Potential) dan DO (Dissolved Oxygen) serta analisis sulfida, sulfat, klorida, bikarbonat, besi, mangan, dan bahan organik pada air dan sedimen. Sumber sulfida diidentifikasi melalui karakteristik ion utama serta hubungan karbon–sulfur dalam sedimen. Dinamika kolom air dianalisis menggunakan data suhu kolom air dan meteorologi tahun 2015–2017, sedangkan proses fisik dan dinamika sulfida masing-masing disimulasikan menggunakan model hidrodinamika tiga dimensi HAMSOM dan model reaksi–difusi satu dimensi. Hasil analisis hidrogeokimia menunjukkan bahwa sistem perairan Danau Maninjau tidak dipengaruhi oleh aktivitas vulkanik aktif. Perairan memiliki pH netral hingga basa (6,5 – 8,9), TDS rendah (<0,105 g/L), dan didominasi ion bikarbonat yang mencerminkan sistem penyangga karbonat. Sulfida terakumulasi di lapisan hipolimnion dengan konsentrasi maksimum 0,425 mg/L. Korelasi positif antara karbon dan sulfur (r = 0,73, p = 0,016) dalam sedimen menunjukkan bahwa sulfida terutama dihasilkan oleh reduksi sulfat secara biotik yang memanfaatkan bahan organik dari aktivitas KJA, bukan dari sumber magmatik. Stratifikasi termal kolom air dikendalikan oleh kondisi meteorologis, terutama suhu udara, radiasi matahari, dan kecepatan angin. Peningkatan suhu udara dan masukan panas dari radiasi matahari memperkuat stratifikasi, sedangkan penurunan suhu udara dan peningkatan angin mendorong pencampuran vertikal. Secara musiman, stratifikasi umumnya menguat pada pertengahan tahun dan melemah pada awal serta akhir tahun. Nilai Indeks stratifikasi (SI/Stratification index)) tertinggi terjadi pada Juni 2015, Mei 2016, dan Juni 2017, masing-masing sebesar 1962,20 J/m2, 2393,22 J/m2, dan 1181,84 J/m2. Rata-rata tahunan menunjukkan kecenderungan melemah dari 1416,57 J/m2 (2015) menjadi 1038,00 J/m2 (2016) dan 788,38 J/m2 (2017). Analisis lebih lanjut menunjukkan bahwa pada kecepatan angin rendah, suhu udara menjadi pengendali utama pembentukan stratifikasi, sedangkan pencampuran lebih mudah terjadi ketika Tmax ? 25,7 °C dan kecepatan angin ? 2 m/s. Simulasi hidrodinamika menunjukkan bahwa distribusi suhu dan arus sangat dipengaruhi oleh angin. Model mampu mereproduksi suhu hasil observasi dengan baik, dengan Root Mean Square Error (RMSE) 0,052–0,095 °C dan skill score (SS) 0,890–0,984. Stratifikasi terkuat terjadi pada Mei–Juni, ditandai gradien suhu permukaan barat–timur hingga 0,18 °C dan termoklin pada kedalaman sekitar 30 m. Sebaliknya, pada Oktober dan Desember stratifikasi melemah dengan gradien suhu maksimum sekitar 0,04 °C. Angin dominan yang berhembus dari barat ke timur mendorong arus permukaan ke arah yang sama. Pada Oktober dan Desember, kondisi ini menyebabkan distribusi stratifikasi menjadi tidak merata secara spasial. Bagian barat danau menunjukkan suhu kolom air yang lebih homogen, sehingga berpotensi lebih tinggi mengalami umbalan sulfida. Simulasi dinamika sulfida menunjukkan bahwa faktor biogeokimia, terutama bahan organik, berperan dominan dalam mengontrol konsumsi oksigen dan akumulasi sulfida Keluaran model umumnya lebih rendah dibandingkan hasil pengamatan, dengan RMSE DO 0,11 mg/L, Fe 0,38 mg/L, dan Mn 0,77 mg/L. Dekomposisi bahan organik menyumbang 98,899–99,290% dari total konsumsi oksigen, sehingga menjadi penyebab utama terbentuknya kondisi anoksik di kolom air. Namun, naiknya sulfida ke lapisan atas dihambat oleh proses oksidasi, terutama oleh MnO? (89,974–90,658%), sedangkan kontribusi FeOOH lebih kecil (8,283 8,938%). Oleh karena itu, penurunan oksigen terlarut tidak selalu diikuti oleh kemunculan sulfida di permukaan. Secara spasial, wilayah dengan kepadatan KJA tinggi menunjukkan risiko peningkatan sulfida yang lebih besar akibat tingginya beban bahan organik. Secara keseluruhan, fenomena tubo belerang di Danau Maninjau merupakan hasil interaksi antara produksi sulfida secara biotik, dinamika stratifikasi yang dikendalikan faktor meteorologis, dan proses hidrodinamika yang mengatur pergerakan massa air. Hasil penelitian ini menegaskan pentingnya pengendalian beban bahan organik serta pemahaman terhadap dinamika cuaca dan proses fisik danau sebagai dasar mitigasi kejadian kematian massal ikan di Danau Maninjau.