Karakteristik dan Dinamika Sampah Laut di Pesisir Selatan Pulau Bali

Abstract

Bali dikenal sebagai daerah tujuan wisata domestik maupun internasional. Namun, keberlanjutan wisata di pesisir selatan Pulau Bali mendapat ancaman karena adanya fenomena sampah laut musiman yang menumpuk di sepanjang pantai. Studi sampah laut makro sebelumnya hanya difokuskan di Pantai Legian - Kuta, sedangkan informasi keberadaan sampah di pantai lain masih belum diketahui. Selain itu, informasi tentang keberadaan sampah mikro (khususnya mikroplastik) di permukaan air di wilayah estuari juga masih sangat terbatas. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengkaji karakteristik sampah laut dan dinamikanya yang berkaitan dengan pola sirkulasi dan transport sampah laut di pesisir selatan Pulau Bali. Adapun pertanyaan riset penting yang akan dijawab pada studi ini adalah bagaimanakah karakteristik spasial dan temporal mikroplastik di Teluk Benoa berdasarkan hasil observasi? Bagaimanakah karakteristik spasial dan temporal sampah makro yang terdampar di pesisir selatan Pulau Bali (pantai barat dan timur Bali)? Bagaimana model sirkulasi laut regional dan analisis trajektori dari pergerakan sampah di pesisir selatan Pulau Bali?. Sampling mikroplastik difokuskan di 8 titik sampling yang mewakili estuari dalam dan luar Teluk Benoa, sedangkan sampah makroplastik dilakukan di 14 pantai wisata (Pantai Pererenan, Petitenget, Legian, Jerman, Jimbaran, Bingin, Melasti, Gunung Payung, Geger, Samuh, Tanjung Benoa, Mertasari, Segara, dan Biaung). Sampling sampah laut dilakukan dari Maret 2018 sampai Januari 2021 pada kondisi musim yang berbeda. Pengambilan sampel mikroplastik dilakukan dengan menggunakan manta trawl net, sedangkan sampling sampah makro mengacu kepada program sampah laut National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Simulasi sirkulasi laut regional dilakukan dengan sistem model Coastal and Regional Ocean COmmunity (CROCO), dimana domain model dibatasi pada posisi geografis 3o LS 112 o BT sampai 11 o LS 120 o BT dengan resolusi horizontal 1/24 (~4.6 km). Hasil simulasi sirkulasi laut dipakai untuk eksperimen trajektori Lagrangian untuk analisis pergerakan sampah laut yang menggunakan perangkat lunak Ichthyop. Bagian pertama dari disertasi ini membahas distribusi mikroplastik di Teluk Benoa. Secara spasial didapatkan bahwa kelimpahan mikroplastik terendah ditemukan pada daerah inlet/outlet dan tengah Teluk Benoa. Hal ini disebabkan karena kedua lokasi tersebut jauh dari muara sungai yang umumnya menjadi sumber utama pencemaran plastik di lautan. Secara khusus, kelimpahan maksimum mikroplastik (1,41 – 1,88 item/m3) di permukaan perairan Teluk Benoa ditemukan di sekitar perairan kanal luar Teluk Benoa yang berdekatan dengan tempat pembuangan akhir sampah Suwung, yang diduga berkontribusi terhadap masukan mikroplastik ke perairan sekitarnya misalnya berupa air lindi. Karena sampling lapangan dilakukan bukan pada puncak monsun, tetapi pada periode monsun transisi, diduga pengaruh musim terhadap kelimpahan mikroplastik tidak berbeda secara signifikan. Misalnya, kelimpahan mikroplastik pada musim transisi satu (Maret-April) dan musim transisi dua (Oktober) masing-masing sekitar 0,61 item/m3 dan 0,62 item/m3. Pada skala-waktu pasang surut, variasi spasial kelimpahan mikroplastik di dalam dan kanal luar Teluk Benoa dipengaruhi oleh arus pasang yang mengalir ke arah utara dan timur teluk, serta arus surut ke arah selatan dan barat teluk. Studi ini juga mencatat bahwa mikroplastik di Teluk Benoa didominasi oleh partikel yang berbentuk fragmen, ukuran 500-1000 µm, dan tersusun oleh polmer sintesis polypropylene, polyethylene, dan polystyrene. Bagian kedua dari disertasi ini membahas distribusi, kelimpahan dan karakteristik sampah makro di sepanjang pantai barat, selatan, dan timur Pulau Bali. Sampling lapangan dilakukan di 14 titik sampling di sepanjang pantai di selatan Pulau Bali, Indonesia. Pada semua periode sampling, rata-rata kelimpahan sampah makro adalah 0,36 ± 0,37 item/m2, dan rata-rata berat adalah 4,06 ± 3,89 g/m2. Kelimpahan sampah makro ini sangat dipengaruhi oleh kehadiran sungai dan program pembersihan rutin pantai oleh petugas kebersihan lokal. Secara umum didapatkan bahwa rata-rata sampah terdampar saat puncak musim barat lebih tinggi (Sembilan kali berdasarkan kelimpahan dan 35 kali berdasarkan berat) dibandingkan saat puncak musim timur. Peningkatan kuantitas sampah laut terdampar saat musim barat (hujan) terkait dengan peningkatan potensi sampah makro yang bersumber dari limpasan sungai serta sampah laut yang terbawa oleh arus laut ke arah pantai Selat Bali melalui mekanisme Ekman drift oleh angin monsun barat laut. Studi ini mendapatkan bahwa kelimpahan dan berat sampah makro tertinggi di semua musim konsisten berada di zona pantai timur (0,566 ± 0,630 item/m2 dan 6,749 ± 8,767 g/m2) dibandingkan pantai barat (0,278 ± 0,241 item/m2 dan 2,811 ± 2,514 g/m2) dan pantai selatan (0,166 ± 0,116 item/m2 dan 2,064 ± 2,340 g/m2). Pantai timur Pulau Bali merupakan wilayah tempat bermuaranya beberapa sungai seperti Sungai Ayung, Bualu, Sama, Mati, Badung, Loloan, Buaji, dan Abianbasa, yang yang diduga sebagai sumber sampah laut terdampar. Plastik merupakan kategori sampah yang paling dominan ditemukan baik berdasarkan kelimpahan maupun berat. Diperkirakan bahwa dominasi sampah berasal dari aktivitas rekreasi dan pariwisata di Pulau Bali yang sengaja atau tidak meninggalkan sampahnya di pantai. Berdasarkan informasi yang tercetak pada objek dan skor probabilitas, didapatkan bahwa semua (100%) sampah makro yang ditemukan berasal dari Indonesia dan dominan berasal dari darat. Bagian ketiga disertasi ini membahas sumber dan mekanisme penyebaran sampah makroplastik yang terdampar di pantai barat dan timur Pulau Bali melalui pendekatan model regional sirkulasi laut CROCO dan analisis trajektori Ichthyop. Hasil simulasi menunjukkan bahwa pola sirkulasi laut dekat permukaan di wilayah studi dicirikan oleh pembalikan arah arus monsun secara musiman. Periode musim barat laut menjadi penting terkait dengan pergerakan sampah laut yang terbawa oleh arus monsun dan akhirnya terdampar di pantai barat Bali. Hasil model menunjukkan arus monsun barat laut mengalir ke arah timur di sepanjang Selatan Jawa, dimana arus ini dianggap sebagai media pembawa berbagai jenis sampah laut. Lebih lanjut, di pintu selatan Selat Bali, angin monsun ini menciptakan Ekman drift yang mengalir ke arah utara sebesar 0,0388 ± 0.0379 Sv. Sampah makroplastik yang ikut terbawa oleh transport ini bisa berlanjut ke dalam selat dan akhirnya bisa terdampar di pantai barat Bali. Proses ini dapat diajukan untuk menjawab sumber dan mekanisme kelimpahan maksimum sampah makroplastik yang terjadi pada musim barat di pantai barat Bali. Lebih lanjut, hasil analisis trajektori partikel dengan pelepasan awal di transek Selatan Jawa dengan mode-forward air membuktikan sebagian besar partikel yang dilepas telah terdampar di pantai barat Bali. Hal yang kontras terjadi pada musim tenggara, dimana partikel yang dilepas di transek selatan tidak ada yang masuk ke dalam Selat Bali karena arah Ekman drift ke lepas pantai, bukan ke dalam selat. Eksperimen Lagrangian pada studi ini mengabaikan inputan sampah dari beberapa sungai besar di Bali, sehingga peranannya terhadap terhadap sampah terdampar di pantai timur Bali tidak dapat tergambarkan dengan baik. Dari bahasan ketiga bagian disertasi yang tidak terpisahkan di atas dapat dirangkum bahwa: 1) sumber mikroplastik yang tinggi di Teluk Benoa diduga berasal dari kebocoran air lindi dari tempat pembuangan sampah akhir Suwung yang dapat menyebar di kanal luar dan dalam teluk sejalan dengan pola pergerakan arus pasang dan surut; 2) variasi spasial-temporal terungkap bahwa kelimpahan sampah makro mencapai maksimum di pantai timur Bali pada musim barat. Sumber sampah makro diduga berasal sebagian besar dari laut, serta sebagian dari sungai untuk kasus di pantai timur Bali; 3) hasil simulasi sirkulasi laut dan analisis trajektori membuktikan sumber dan mekanisme persebaran makroplastik yang terdampar maksimal di pantai barat Bali berasal utamanya dari perairan pantai Selatan Jawa yang terbawa oleh Arus Pantai Jawa ke arah timur, kemudian dengan Ekman drift sampah makro tersebut terangkut ke utara Selat Bali dan akhirnya terdampar di pantai barat Bali. Pada musim tenggara, baik observasi lapangan dan model secara konsisten tidak menemukan kelimpahan sampah makro yang signifikan di pantai selatan Bali, dimana Ekman drift yang terbentuk oleh angin monsun tenggara mengarah ke selatan – menjauhi pantai selatan Bali. Berdasarkanpenelitian ini, ditemukan beberapa perspektif riset ke depan yang akan segera dilakukan. Pada studi mikroplastik, perlu studi lebih lanjut tentang variasi musiman pada puncak musim barat (penghujan) dan musim timur (kemarau) di kawasan ini, sehingga hipotesa peran sungai sebagai sumber utama pencemar mikroplastik ke kawasan estuari dapat dikuantifikasi secara tegas. Selain itu, perlu adanya kajian yang fokus mengkaji karakteristik mikroplastik dalam skala pasang surut (high tide vs low tide), masukan mikroplastik dari sungai dan TPA (khususnya air lindi sebagai suspek sumber mikroplastik), serta eksistensi mikroplastik di sedimen dan biota laut. Untuk sampah makro diperlukan studi lebih lanjut untuk mengkaji karakteristik dan inputan sampah di muara/mulut sungai. Jumlah sampah dari sungai ini dapat dijadikan inputan pada eksperimen lagrangian, khususnya skenario forward, yang tidak diperhitungkan dampaknya terhadap sampah terdampar dalam studi ini. Selain itu, studi ini hanya fokus pada karakteristik sampah makro di bagian selatan Pulau Bali, sementara itu informasi keberadaan sampah di keseluruhan Selat Bali tepi timur (sisi Pulau Bali) dan barat (sisi Pulau Jawa) masih belum tersedia. Studi ini juga mencatat bahwa sampah yang berakhir di pesisir selatan Pulau Bali berasal dari Pulau Bali sendiri dan pulau sekitarnya (Jawa dan Lombok). Hasil model juga suggests partikel sampah terdampar maksimal di utara pesisir Bali (Laut Bali) yang perlu dikonfirmasi dari observasi lapangan secara langsung. Selain itu, eksperimen Lagrangian pada studi ini hanya dilakukan selama tiga tahun sehingga efek anomali iklim antar-tahunan terhadap pergerakan sampah belum dapat digambarkan dengan baik. Eksperimen Lagrangian dengan bentuk partikel yang beragam dan skala 3-dimensi belum digambarkan pada studi ini, padahal laju degradasi, fragmentasi, agregasi, dan biofouling akan merubah perilaku partikel dan menyebabkan plastik ditransportkan secara vertikal. Inputan sampah laut dari sungai di skenario forward tidak diperhitungkan sehingga kontribusinya terhadap sampah terdampar di pesisir selatan Pulau Bali belum diketahui.

Bali is a popular tourism destination for both domestic and international visitors. However, due to the periodic marine debris phenomenon that accumulated along the coast, the sustainability of tourism on the southern coast of Bali Island is threatened. Previous studies of macro debris only focused on Legian - Kuta Beach, while information on marine debris in other areas is still unknown. Information about microdebris (especially microplastic) on the estuary system's surface water is also still limited. Therefore, this study aims to examine the characteristics of marine debris and its dynamics related to ocean circulation and marine debris transport on the southern coast of Bali Island. The research question that will be answered in this study is how the spatial and temporal characteristics of microplastics in Benoa Bay are based on the observations? What are the spatial and temporal characteristics of stranded macro debris on the south coast of Bali Island (west and east coasts of Bali)? How the regional ocean circulation model and trajectory analysis of debris movement on the south coast of Bali Island?. Microplastic sampling was focused on 8 sampling points representing the inner and outer estuaries of Benoa Bay, while macroplastic waste was carried out at 14 tourist beaches (Pererenan, Petitenget, Legian, Germany, Jimbaran, Bingin, Melasti, Gunung Payung, Geger, Samuh, Tanjung Benoa, Mertasari, Segara, Biaung beaches). Marine debris sampling was carried out from March 2018 to January 2021 under different seasonal conditions. Microplastic sampling was carried out using a manta trawl net, while macro debris sampling was adapted from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) marine debris program. Regional ocean circulation simulations were carried out using the Coastal and Regional Ocean COmmunity (CROCO) model system. The model domain is limited to geographic positions 3o S 112 o E to 11o S 120 o E with a horizontal resolution of 1/24 (~4.6 km). Ocean circulation simulation results are used for the Lagrangian trajectory experiment to analyze the movement of marine debris using Ichthyop software. The first part of this dissertation discusses the distribution of microplastics in Benoa Bay. Spatially, it was found that the lowest microplastic abundance was found in the inlet/outlet and central areas of Benoa Bay. It is because the two locations are far from river mouths, which generally became the primary source of ocean plastic pollution. In particular, the maximum abundance of microplastics (1.41 – 1.88 items/m3) in the surface waters of Benoa Bay was found around the Benoa Bay outer canal, which is adjacent to the Suwung landfill. Its landfill is thought to contribute significantly to the input of microplastics into the surrounding waters, for example, from leachate. Microplastic abundance is not significantly different between seasons because field sampling was not carried out at the monsoon's peak (transitional monsoon period). For example, the microplastic abundance in the first transition season (March-April) and the second transition season (October) is around 0.61 item/m3 and 0.62 item/m3, respectively. On the tidal time scale, the spatial variations of microplastic abundance in and out of the Benoa Bay canal are influenced by flood currents flowing towards the north and east of the bay and ebb currents towards the south and west of the bay. The study also noted that microplastics in Benoa Bay are dominated by fragments, 500-1000 µm in size, and composed of synthetic polymers of polypropylene, polyethylene and polystyrene. The second part of this dissertation discusses the distribution, abundance, and characteristics of macro debris along the west, south, and east coasts of Bali Island. Field sampling was carried out at 14 sampling points along the south coast of Bali Island, Indonesia. In all sampling periods, macro debris's average abundance and weight were 0.36 ± 0.37 items/m2 and 4.06 ± 3.89 g/m2, respectively. The presence of rivers and routine beach cleaning programs by local cleaners greatly influence the abundance of this debris. In general, it was found that the average stranded marine debris during the peak of the western season was higher (nine times based on abundance and 35 times based on weight) compared to the peak of the eastern season. The increase of stranded marine debris quantity during the western (rainy) season is associated with macro debris emission that originates from the river and marine debris carried by ocean currents towards the coast of the Bali Strait through the Ekman drift mechanism by the northwestern monsoon winds. This study found that the highest abundance and weight of macro debris in all seasons were consistent on the east coast (0.566 ± 0.630 item/m2 and 6.749 ± 8.767 g/m2) compared to the west coast (0.278 ± 0.241 item/m2 and 2.811 ± 2.514 g/m2) and the south coast (0.166 ± 0.116 item/m2 and 2.064 ± 2.340 g/m2). The east coast of Bali Island is the estuary of several rivers, such as the Ayung, Bualu, Sama, Mati, Badung, Loloan, Buaji, and Abianbasa Rivers, which are suspected as sources of stranded marine debris. Plastic is the most dominant debris category based on abundance and weight. It is estimated that the dominance of debris comes from recreational and tourism activities on the island of Bali, which intentionally or not leave their waste on the beach. Based on the information printed on the object and the probability score, it was found that all (100%) of the macro waste found came from Indonesia, and the dominant came from the land. The third part of this dissertation discusses the sources and distribution mechanisms of stranded macroplastic on the west and east coasts of Bali Island through the CROCO ocean circulation regional model and Ichthyop trajectory analysis approach. The simulation shows that a seasonal reversal of monsoon currents characterizes the near-surface ocean circulation pattern in the study area. The northwestern monsoon period is essential due to the movement of marine debris carried by monsoon currents and eventually stranded on the west coast of Bali. The model shows the northwest monsoon current flows eastward along South Java, where this current is considered a carrier for various types of marine debris. Furthermore, at the southern entrance of the Bali Strait, this monsoon wind creates an Ekman drift that flows northward as much as 0.0388 ± 0.0647 Sv. The macroplastic carried along by this mechanism can continue into the strait and finally get stranded on the west coast of Bali. This process can be proposed to answer the source and mechanism of the maximum abundance of macroplastic waste that occurs in the western seasoon on the west coast of Bali. Furthermore, the particle trajectory analysis with the initial release on the South Java transect with forward mode proved that most released particles had been stranded on the west coast of Bali. On the other hand, during the southeast monsoon, no particles released on the southern transect enter the Bali Strait because the direction of Ekman drifts offshore, not into the strait. In this study, the Lagrangian experiment ignores the waste emission from rivers in Bali, so its role in stranded debris on the east coast of Bali cannot be adequately described. From the discussion of the three inseparable parts of the dissertation above, it can be summarized that: 1) the high source of microplastics in Benoa Bay is thought to originate from leachate leaks from the Suwung landfill, which can spread in the outer canal and the bay, which is in line with the flood and ebb current; 2) spatial-temporal variations reveal that the abundance of macro debris reaches a maximum on the east coast of Bali during the west monsoon. The macro debris source mainly comes from the sea, as well as parts from rivers for cases on the east coast of Bali; 3) the results of the sea circulation simulation and trajectory analysis prove that the source and mechanism for the maximum distribution of stranded macroplastic on the west coast of Bali originate mainly from the south coast of Java, which the Java Coastal Current carries to the east. With Ekman drift, these macro wastes are transported to the north of the Bali Strait and finally stranded on the west coast of Bali. In the southeast monsoon, both field observations and models consistently do not find a significant abundance of macro debris on the south coast of Bali, where the Ekman drift formed by the southeast monsoon winds heads south – away from the south coast of Bali. Based on this study, several future research perspectives could be carried out. In microplastic studies, more in-deep studies are needed to understand seasonal variations in the peak of the western (rainy) and eastern (dry) monsoons in this area so that the hypothesis of the role of rivers as the main source of microplastic pollutants in the estuary area can be unequivocally quantified. In addition, another study that focuses on examining the characteristics of microplastics on a tidal scale (high tide vs low tide), the input of microplastics from rivers and landfills (particularly leachate as a suspected source of microplastics), as well as the presence of microplastics in sediments and marine biota are needed shortly. Further studies are needed to examine the characteristics and input of debris in estuaries/river mouths for macro debris. The amount of waste from this river can be used as input in the lagrangian experiment, especially the forward scenario, which neglects the impact on stranded marine debris in this study. In addition, this study only focuses on the characteristics of macro debris in the southern part of the island of Bali; meanwhile, information on the presence of waste throughout the eastern (Bali Island) and western (Java Island) of the Bali Strait is still unknown. This study also notes that the stranded marine debris on the south coast of Bali Island comes from Bali Island itself and the surrounding islands (Java and Lombok). The model also suggests that the maximum strand debris particles on the north coast of Bali (Bali Sea) need to be confirmed from direct field observations. In addition, the Lagrangian experiment in this study was only carried out for three years, so the effects of inter-annual climate anomalies on the movement of marine debris cannot be appropriately described. This study has not described lagrangian experiments with various particle shapes and 3-dimensional scales. In contrast, the rates of degradation, fragmentation, aggregation, and biofouling will change the particles' behaviour and stimulate the plastic to be transported vertically. The input of marine debris from the river in the forward scenario is not taken into account so that its contribution to the waste stranded on the south coast of Bali Island is unknown.