Bioakumulasi PAH Pada Biota

Toksisitas PAH pada makhluk hidup tidak hanya mengakibatkan kerusakan fisiologi. Zedeck (1980) dan Varanasi (1989) dalam Bouloubassi et al. (2001) mengemukakan bahwa PAH merupakan kontaminan yang memiliki sifat mutagenic, carcinogenic, dan teratogenic. Mutagenic merupakan kerusakan fisiologi yang dapat mengakibatkan terjadinya mutasi pada sistem gen makhluk hidup. Carcinogenic merupakan kerusakan fisiologi yang mengakibatkan timbulnya kanker, sedangkan teratogenic adalah gangguan pada fisiologi yang mengakibatkan embrio dan janin tidak dapat tumbuh dan berkembang dengan baik  (http://www.medterms.com/script/main/hp.asp). Kerusakan secara fisiologi yang diakibatkan oleh PAH misalnya adalah menurunnya fungsi hati, biochemical disorder pada ikan.

PAH yang berada di sedimen kurang dapat bereaksi pada proses fotokimia atau pun oksidasi biologi, sehingga PAH memiliki sifat persiten dan tingkat akumulasi yang tinggi. Tingkat persistensi PAH meningkat seiring dengan meningkatnya berat  molekul PAH yang terakumulasi di sedimen. Hal tersebut dibuktikan oleh penelitian Meador et al. (1995) dengan menggunakan Rhepoxynius abronius (amphipoda) dan Armandia brevis  (polychaeta). Pada kedua invertebrate bentik tersebut tidak ditemukannya akumulasi PAH yang memiliki berat molekul kecil, namun untuk PAH yang berat molekulnya besar ditemukan adanya akumulasi (Tabel 4). Akumulasi PAH dalam tubuh organisme mampu mempengaruhi kerja beberapa organ tubuh dan fisiologi. Malins et al. (1988) dan Vethaak dan Rheinalt (1992) dalam UK Marine SACs Project (2001) mengemukakan bahwa konsentrasi PAH dalam sedimen dapat mengakibatkan adanya abnormalitas dan gangguan liver pada ikan yang hidup di sedimen.

Tabel 4. Konsentrasi LPAH (low molecul PAH) dan HPAH (high molecul PAH) pada amphipoda  dan polychaeta (Meador et al., 1995)

Sistem transport PAH dari sedimen menuju tubuh organisme belum diketahui dengan pasti, namun diduga transport tersebut terjadi melalui proses memakan substrat yang pada umumnya dilakukan organisme bentik. Meski demikian, transport PAH dengan berat molekul kecil berbeda dengan berat molekul besar. Meador et al. (1995) mengemukakan bahwa porewater menjadi media antara masuknya PAH dengan berat molekul kecil ke dalam tubuh organisme bentik, sedangkan PAH berat molekul besar masuk melalui proses pencernaan sedimen. 

Biokonsetrasi PAH berbeda pada setiap organisme. Namun demikian, UK Marine SACs Project (2001) mengemukakan bahwa organisme yang tidak mencerna PAH sama sekali atau hanya dalam jumlah yang sangat kecil, seperti alga, oligochaeta, moluska, dan invertebrate sederhana (protozoa, porifera, dan cnidaria) dapat mengakumulasi PAH dalam jumlah yang tinggi dalam tubuh mereka. Organisme yang menggunakan PAH dalam sistem metabolism seperti arthropoda, echinoderm, dan annelid, justru sangat sedikit mengakumulasi PAH dalam tubuh mereka, bahkan pada beberapa studi kasus, tidak ditemukan PAH dalam tubuh organisme tersebut. Organisme yang bertindak sebagai deposit feeder mampu mengakumulasi PAH dalam konsentrasi yang lebih tinggi dibandingkan organisme suspension feeder (Kaag et al., 1997 dalam Morales-Caselles et al., 2008). Hal tersebut juga dipengaruhi oleh kemampuan organisme untuk mendepurasi PAH tersebut. Kemampuan mengakumulasi PAH non deposit feeder mengalami peningkatan hingga batas maksimal, kemudian kemampuan tersebut akan menurun hingga akhirnya stabil. Saat akumulasi berada pada tingkat stabil, kemampuan depurasi akan jauh menurun dibandingkan saat uptake PAH berada pada tingkat maksimum.Pada Tabel 4, ditemukan hal yang justru sebaliknya, yaitu pada Rhepoxynius abronius, amphipoda yang tidak mencerna sedimen, ditemukan sedikit PAH dengan berat molekul besar dalam tubuhnya. Namun pada lokasi yang sama, Armandia brevis, polychaeta yang menggunakan sedimen dalam sistem pencernaannya, ditemukan konsentrasi PAH yang jauh lebih besar. Hal ini diduga diakibatkan oleh proporsi PAH pada sedimen dan kolom air, serta perbedaan uptake porewater. Konsetrasi PAH pada porewater umumnya lebih  rendah, namun dominansi HPAH pada sedimen mengakibatkan konsetrasi HPAH pada porewater juga tinggi (Meador et al., 1995). Kemampuan mengakumulasi PAH oleh organisme ternyata dapat diteruskan dalam rantai makanan (biomagnefication). Semakin tinggi kemampuan organisme menggunakan PAH dalam metabolismenya, maka kemampuan biomagnefikasi akan makin menurun. 

Sources :

Bouloubassi, I., Fillaux, J., dan Saliot, A. 2001. Hydrocarbon in surface sediments from the Changjiang (Yangtze River) Estuary, East China Sea. Marine Pollution Bulletin (42) : 1335-1346

Meador, J. P., Casillas, E., Sloan, C. A., dan Varanasi, U. 1995. Comparative bioaccumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons from sediment by two infaunal invertebrates. Marine Ecology Progress Serries (123) :107-124

UK Marine SACs Project. 2001. PAHs (in general). http://www.ukmarinesac.org.uk/activities/water-quality/wq8_40.htm#a3  [1 Desember 2010]

Morales-Caselles, C., Ramos, J., Riba, I., dan DelValls, T. A. 2008. Using the polychaeta Arenicola marina to determine the toxicity             and bioaccumulation of PAHs bound to sediments. Environt Monit Assess (142) : 219-226

Diambil dari :

Tugas MK. Dinamika Polutan

with Prof. Dr. Harpasis S. Sanusi (2010)

Polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) - 2

Sumber dan Konsentrasi PAH di Sedimen 

PAH pada sedimen merupakan PAH yang lebih banyak berasal dari hasil pirolisis maupun masukkan antrophogenic, meskipun juga terdapat PAH yang berasal dari atmosfer. Hasil pirolisis mengakibatkan sedimen memiliki konsentrasi PAH secara alami, namun hal ini berbeda dengan PAH yang merupakan masukkan antrophogenic. Neff (1979) mengklasifikasikan PAH berdasarkan sumbernya menjadi 2, yaitu :

1.   Fosil yang tidak terbakar membentuk PAH dengan jumlah cincin kurang atau sama dengan (≤) 3 dengan proporsi alkyl tinggi

2.      Hasil pirolisi fosil berupa PAH dengan jumlah cincin lebih atau sama dengan (≥) 4

PAH berasal dari 3 proses, yaitu pirolisis, petrogenik (pembentukan batuan), dan sumber diagenetik yang berlangsung dalam jangka waktu pendek. Pirolisis dan petrogenik menghasilkan PAH yang memiliki 3, 4, dan 5-6 cincin PAH. PAH dengan 3 cincin dihasilkan oleh proses petrogenik, sedangkan PAH dengan 4 dan 5-6 cincin oleh proses pirolisis (Muri dan Wakeham, 2009).

Konsentrasi PAH di lingkungan perairan sangat dipengaruhi oleh tingkat solubilitas dan keberadaan gugus nonpolar yang bersifat hidrofobik. Solubilitas PAH cenderung rendah, sehingga PAH cenderung berikatan dengan partikel organik dan anorganik dibandingkan berada dalam bentuk terlarut.  Ikatan PAH dengan partikel mengakibatkan terjadi proses koagulasi, berat partikel makin bertambah dan kemudian jatuh ke sedimen. Semakin besar ukuran partikel maka makin banyak pula PAH yang berasosiasi dan makin tinggi konsentrasi PAH yang mengalami sedimentasi. Hal tersebut mengakibatkan konsentrasi PAH di sedimen lebih besar dibandingkan PAH di kolom air 

Selain koagulasi partikel, konsentrasi PAH juga dipengaruhi oleh musim. Bouloubassi et al. (2006) menjelaskan bahwa saat musim semi dan panas, distribusi PAH didominasi oleh PAH yang memiliki berat molekul kecil, seperti phenathrene dan turunan alkylnya, dan PAH berat molekul sedang (sekitar 202), seperti fluoranthene dan pyrene. Pengendapan koagulasi PAH pada musim dingin didominasi PAH dengan berat molekul tinggi (≥ 252), terutama benzofluoranthene dan indeno[1,2,3-cd]pyrene. Hal tersebut diakibatkan adanya perbedaan suhu saat proses pirolisis terjadi, dimana bila pirolisis terjadi pada suhu yang tinggi, proses tersebut akan membentuk PAH dengan struktur yang sederhana. Demikian pula sebaliknya, pada suhu yang rendah, PAH yang dihasilkan akan menghasilkan gugus alkyl yang lebih panjang dan banyak. Keberadaan gugus alkyl tersebut, akan mengakibatkan kemampuan PAH untuk agregasi semakin tinggi dan partikel asosiasi yang dihasilkan akan semakin besar, sehingga PAH yang terbentuk adalah PAH dengan berat molekul besar (Neff, 1979)

Spesiasi PAH di Sedimen

 Spesiasi PAH pada sedimen sangat dipengaruhi oleh kompleksitas sifat fisiokimia jenis PAH, sumber PAH, TOC (Total Organic Carbon), dan proses-proses yang mempengaruhi degradasi PAH. Sedimen yang terkena pengaruh runoff umumnya memiliki PAH dengan konsentrasi yang lebih tinggi dibandingkan sedimen yang tidak terkena runoff.  Peningkatan TOC dalam sedimen akan menyebabkan meningkatnya konsentrasi PAH dalam sedimen. Mengenai TOC, Opuene et al. (2007) menjelaskan bahwa terdapat hubungan linier antara TOC dan PAH pada sedimen, bahkan TOC mempengaruhi distribusi PAH dalam sedimen.

 Pada umumnya, PAH yang memiliki berat molekul besar akan memiliki proporsi yang besar pula dalam rasio total PAH di sedimen. PAH yang terdapat pada permukaan sedimen juga akan berbeda dengan PAH pada sedimen dalam, hal ini karena adanya perbedaan formasi diagenetik yang terjadi dalam sedimen. PAH yang terdapat dalam sedimen, merupakan PAH yang memiliki berat molekul lebih besar dibandingkan PAH pada kolom air. Hal tersebut karena makin ringan molekul PAH, maka makin mudah molekul tersebut mengalami degradasi. Selain itu, PAH pada sedimen cenderung sedikit atau bahkan tidak mengalami oksidasi biologi atau fotooksidasi yang dapat mengakibatkan berkurangnya berat molekul PAH (Qiu et al., 2009).

Distribusi jenis-jenis PAH secara vertikal pada sedimen tidak hanya menunjukkan proses yang terjadi dalam sedimen, namun juga menunjukkan sumber PAH dan waktu akumulasi PAH terjadi. Penelitian Okuda et al. (2002) menunjukkan adanya dominasi benzo(ghi)perylene pada permukaan sedimen yang menunjukkan adanya dominasi sumber polutan PAH dari asap otomotif. Jenis PAH ini dianalisa dengan menggunakan bantuan isotop yang memberikan hasil bahwa akumulasi PAH tersebut terjadi pada tahun 1990. 

 Secara vertikal, dominasi PAH terjadi pada kedalaman tertentu dan jenis tertentu pula. Meski demikian, PAH terbanyak ditemukan pada permukaan hingga kedalaman 12 cm, dan PAH paling sedikit pada kedalaman 90-93 cm. Setiap jenis PAH mampu menunjukkan tingkat akumulasi, sumber pencemar maupun proses yang terjadi dalam sedimen, contohnya adalah perylene. Perylene merupakan hasil diagenesis alami melalui transformasi akhir pada awal diagenesis. Kawka dan Simoneit (1990), Jenkins et al. (1996), dan Simoneit dan Fetzer (1996) dalam Bakhtiari et al. (2009) menjelaskan bahwa hanya perylene yang berukuran kecil yang berasal dari pemaparan bahan organik pada suhu tinggi. Konsentrasi perylene meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman, menunjukkan bahwa perylene terbentuk dalam kondisi anoxic dan perylene tidak mengalami transpor menuju dan dari sedimen, melainkan terbentuk setelah terjadi deposisi (Orr dan Grady, 1967; Brown et al., 1972; Aizenshtat, 1973; Ishiwatari et al., 1980; Wakeham et al., 1980a,b; Heit et al., 1981; Gschwend et al., 1983; Wilcock dan Northcott, 1995; Lipiatou et al., 1996; Fernández et al., 1996; Silliman et al., 1998,2000,2001; Soclo et al., 2000; Grimalt et al., 2004; Luo et al., 2006; Unlu dan Alpar, 2006; dalam Bakhtiari et al., 2009)

 Pada umumnya, PAH yang terdiri dari 5 cincin mendominasi komposisi PAH pada sedimen secara vertikal, menandakan bahwa jenis PAH ini lebih bersifat resisten terhadap degradasi microbial, selain disebabkan karena rendahnya solubilitas PAH yang memiliki berat molekul kecil (Bakhtiari et al., 2009).

Dominasi PAH yang memiliki 5 cincin, juga dikemukakan oleh Mohammed et al. (2009) yaitu konsentrasi PAH terendah pada sedimen adalah PAH yang memiliki 2 cincin (naphthalene, acenaphthalene) dan konsentrasi tertinggi adalah PAH dengan 5 cincin (benzo[b]fluoranthene, benzo[k]fluoranthene, benzo[a]pyrene). Bila dilakukan pengurutan, dominasi jenis PAH pada sedimen dari yang terbanyak adalah PAH 5 cincin, 4 cincin (fluoranthene, pyrene, benzo[a]anthracene, chrycene), 6 cincin (dibenzo[a,h]anthracene, benzo[ghi]pyrelene, dan indeno[1,2,3-cd]pyrene), 3 cincin (acenaphthene, fluorine, phenanthrene, anthracene), 2 cincin (naphthalene, acenaphtalene).

Meskipun demikian, dominasi jenis-jenis PAH secara vertikal dalam sedimen tidak sama satu daerah dengan daerah lainnya, mengingat kompleksitas proses alam yang terjadi juga berbeda di setiap daerah. Selain itu, komposisi PAH tersebut juga tergantung pada sumber masukkan PAH, jarak sumber dengan lokasi PAH, dna musim yang mempengaruhi fotooksidasi, volatilisasi, dan tingkat degradasi (Mohammed et al., 2009), dan jenis sedimen pada daerah tersebut (Witt, 1995). Sebagian besar PAH berasosiasi dengan sedimen yang memiliki ukuran partikel kecil dan sedang,

Kannan et al. (1999) menemukan bahwa di Jepang, benzo[b]fluoranthene mendominasi pada daerah permukaan sedimen hingga kedalaman 10 cm, dengan proporsi 15-20% dari total PAH yang ditemukan. Pada kedalaman 10-70 cm, lebih didominasi oleh jenis indeno(1,2,3-cd)pyrene, dan pada kedalaman di bawah 70 cm didominasi oleh PAH jenis phenanthrene. Komposisi vertikal tersebut tidak dijelaskan penyebabnya oleh Kannan et al. Komposisi tersebut berbeda dengan komposisi PAH di sedimen Danau Chini, Malaysia, dimana hingga kedalaman 6 cm naphthalene lebih mendominasi, kemudian perylene hingga sedimen dalam.

Rata-rata konsentrasi perylene bertambah seiring dengan bertambahnya kedalaman menunjukkan sumber perylene pada sedimen adalah dari erosi hujan dan transportasi hasil digesti mikroba, selain adanya tambahan pembentukan perylene secara diagenesis pada bagian bawah sedimen. Secara umum, hasil komposisi ini berbeda dengan komposisi PAH di sedimen pada lintang tinggi, namun untuk daerah tropis dan subtropics, komposisi PAH cenderung serupa (Bakhtiari et al.,2009)

DAFTAR PUSTAKA

Bakhtiari, A. R., Zakaria M. P., Yaziz M. I., Lajis M. N. Hj., Bi, X., dan Rahime, M. C. A. 2009. Vertical distribution and source identification of polycyclic aromatic hydrocarbons in anoxic sediment cores of Chini Lake, Malaysia : Perylene as indicator of land plant-derived hydrocarbons. Applied Geochemistry (24) : 1777–1787

Bouloubassi, I., Fillaux, J., dan Saliot, A. 2001. Hydrocarbon in surface sediments from the Changjiang (Yangtze River) Estuary, East China Sea. Marine Pollution Bulletin (42) : 1335-1346

Kannan, K., Yamashita, N., Villeneuve, D. L., Hashimoto, S., Miyazaki, A., dan Giesy, J. P. 1999. Vertical profile of dioxin-like and estrogenic potencies in a sediment core from Tokyo Bay, Japan. Organohalogen Compounds (42) :33 – 37

Mohammed, A. B., Al–Taee, M. M. S., dan Hassan, F. M. 2009. The study of some PAHs compounds in Euphrates River sediment from Al-Hindiya  Barrageto Al- Kifil City – Iraq. CSASC English Ver. (4) : 216-230

Muri, G., dan Wakeham, S. G. 2009. Source assessment and sedimentary record of pyrolytic polycyclic aromatic hydrocarbons in Lake Bled (NW Slovenia). Acta Chim. Slov. (56) : 315-321 

Neff, J. M. 1979. Polycyclic aromatic hydrocarbons in the aquatic environment. London, Applied Science Publishers Ltd. 

Opuene, K., Agbozu, I. E., Ekeh, L. E. 2007. Identification of perylene in sediments : occurance and diagenetic evolution. Int. J. Environ. Sci. Tech (4) : 457-462

Okuda, T., Kumata, H., Naraoka, H., Ishiwatari, R., dan Takada, H. 2002. Vertical distributions and δ13C isotopic compositions of PAHs in Chidorigafuchi Moat sediment, Japan. Organic Geochemistry (7) :  843-848

Qiu, Y. W., Zhang, G., Liu, G. Q., Guo, L. L., Li, X. D., Wai, O. 2009. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the water column and sediment core of Deep Bay, South China. Estuarine, Coastal and Shelf Science (83) : 60–66

Witt, H. 1995. Polycyclic aromatic hydrocarbons in water and sediment of the Baltic Sea. Marine Pollution Bulletin (4-12) : 237-248

Diambil dari :

Tugas MK. Dinamika Polutan

Pengampu : Prof. Dr. Harpasis S. Sanusi (2010)