SEISMOLOGI GUNUNGAPI

I. Seismologi adalah ilmu yang mempelajari gempabumi yang terjadi karena proses alam maupun buatan, termasuk pengetahuan yang bertalian dengan kegempabumian.

II. Gempabumi (Earthquake)

Gempabumi adalah suatu fenomena alam yang dihasilkan oleh perubahan mendadak (pelepasan energi) di dalam bumi, yang dalam model fisika dan matematika merupakan transfer energi dalam bentuk gelombang elastik.

Mekanisme terjadinya gempa didasarkan pada konsep mekanisme fokus atau sumber gelombang, menurut teori elastik Rebound terdapat 5 mekanisme pokok, sebagai berikut ;

1. Gempa Tektonik, disebabkan oleh pecahnya batuan karena strain elastik yang melebihi daya tahan batuan yang menghasilkan perpindahan.
2. Perpindahan batuan disebabkan oleh akumulasi stress yang mencapai maksimum
3. Gerakan gempa dimulai dari keadaan elastik sampai keadaan tidak elastik.
4. Gelombang yang ditimbulkan oleh gempabumi berawal dari “Fault Surface” dan menyebar ke segala arah dengan cepat.
5. Pada saat terjadi gempa, energi yang teradiasi adalah energi strain elastik.

III. Gelombang Elastik

Terdapat 2 tipe gelombang elastik berdasarkan teori gelombang elastik dan deformasi elemen medium serta konsep displacement potensial, dimana pada medium homogen isotropik transfer energi dapat ditransmisikan. Kedua tipe tersebut yaitu ;

1. Gelombang elastik yang ditransfer melalui medium lapisan-lapisan bumi sering disebut gelombang body.
2. Transfer energi yang terjadi di permukaan bumi, akibat efek “free surface“ atau permukaan bebas, dikenal sebagai Ground Roll.

3.1. Gelombang Pressure / Gelombang Primer (P)

Disebut sebagai gelombang kompresi atau gelombang longitudinal. Gelombang ini menginduksi gerakan partikel medium dalam arah paralel dengan arah propagasi gelombang.

Pada rekaman seismogram gelombang ini selalu tiba lebih dulu, sehingga dikenal dengan nama gelombang primer (P). Gelombang ini dapat merambat pada media padat maupun cair.

3.2. Gelombang Shear / Gelombang Sekunder (S)

Disebut juga sebagai gelombang sekunder atau gelombang transversal (S-wave). Gelombang S menyebabkan gerakan partikel medium dalam arah tangensial terhadap arah propagasi gelombang. Pada rekaman seismogram gelombang ini tiba setelah gelombang P. Gelombang ini tidak dapat merambat pada media cair.

3.3. Gelombang Permukaan (Ground Roll)

Merupakan gelombang kompleks dengan frekuensi rendah dan amplituda besar yang menjalar pada „free surface“ media elastik semi infinite. Harga kecepatan antara 500 – 600 m/s. Sifat dan gerakan partikel media pada gelombang permukaan ada yang mirip gelombang P atau gelombang S. Terdapat dua tipe gelombang permukaan berdasarkan sifat gerakan partikel medium elastiknya.

3.3.1. Gelombang Rayleigh

Gelombang permukaan yang gerakan partikel medianya merupakan kombinasi gerakan partikel media yang disebabkan oleh gelombang P dan gelombang S. Orbit gerakan partikel merupakan gerakan eliptik dengan sumbu mayor elips tegak lurus dengan permukaan dan arah propagasi. Sumbu minor sejajar dengan arah propagasi. Gelombang merambat sepanjang media padat.

3.3.2. Gelombang Love

Merupakan gelombang permukaan yang menjalar dalam bentuk gelombang trasversal. Gerakan partikel akibat propagasi gelombang love sama atau mirip dengan gelombang S. Gelombang ini tidak mempunyai komponen tegak. Gelombang ini merambat sepanjang batas dua macam media.

IV. Skala Intensitas

Konsep kekuatan gempa dinyatakan sebagai skala intensitas berdasarkan akibat yang ditimbulkannya atau dirasakan oleh manusia, yang ditetapkan pertama kalinya di Eropa oleh Rossi-Frrel (1883), yang terdiri dari 10 skala. Selanjutnya Mercalli, Cancani, Sieberg memperluas skala intensitas menjadi 12 derajat skala intensitas, yang lebih dikenal sebagai skala Mercalli. Wood dan Newman (1931), melakukan modifikasi skala Mercalli di USA yang disebut sebagai skala intensitas Mecalli yang dimodifikasi (Modified Mercalli Scale) atau MM versi 1931 (lampiran 1). Richter (1956) di USA menyempurnakan beberapa pernyataan dalam skala bentuk ringkasan dan menambahkan penjelasan mengenai tipe bangunannya, yang dikenal sebagai skala MM versi 1956.

V. Jenis Gempabumi

Berdasarkan kejadiannya gempabumi dibagi menjadi dua jenis, yaitu ;

1. Gempabumi Tektonik
2. Gempabumi vulkanik

5.1. Gempabumi Tektonik

Gempa yang diakibatkan oleh pelepasan energi yang ditimbulkan atau berkaitan dengan peristiwa tektonik (deformasi lapisan batuan atau kerak bumi).

a. Berdasarkan jarak sumber gempanya, gempabumi tektonik dikelompokkan menjadi :

1. Teleseismik : gempa yang jarak sumbernya lebih besar dari 500 km.

2. Gempa Tektonik-Jauh : gempa yang jarak sumbernya antara 100 – 500 km.

3. Gempa Tektonik-Lokal: gempa yang jarak sumbernya lebih kecil dari 100 km, termasuk di sekitar gunungapi.

b. Berdasarkan kedalaman sumber gempanya, gempa tektonik dikelompokkan menjadi :

1. Gempa Normal : gempa yang kedalamaan sumbernya lebih kecil dari 60 km.

2. Gempa Medium : gempa yang kedalaman sumbernya antara 60 – 300 km.

3. Gempa Dalam : gempa yang kedalaman sumbernya antara 300 – 700 km.

c. Berdasarkan besaran magnitudanya, gempa tektonik dikelompokkan menjadi 5 jenis , yaitu :

1. Gempa Besar (major earthquake) dengan M>7

2. Gempa Sedang (moderate earthquake) dengan 5 <>

3. Gempa Kecil (small earthquake) dengan 3 <>

4. Gempa renik (micro earthquake) dengan 1 <>

5. Gempa sangat renik (ultra micro earthquake) dengan M <>

5.2. Gempabumi Vulkanik

Gempa yang disebabkan oleh gejala kegiatan gunungapi. Misalnya karena kegiatan magma atau gas, pembentukan retakan/rekahan, letusan gunungapi atau kegiatan hidrotermal. Berdasarkan kedalaman dan sifat-sifat gelombangnya, maka gempa vulkanik dikelompokkan menjadi :

a. Gempa Vulkanik-Dalam (tipe A)

Gempa yang mempunyai frekuensi sekitar 4 – 7 Hz, durasi yang pendek (Koyanagi, 1984). Berdasarkan penyebabnya gempa tipe A dibagi menjadi dua macam, pertama gempa yang disebabkan oleh tekanan dari bawah ke atas saat sebelum terjadi letusan, kedua gempa yang terjadi karena adanya penurunan tekanan sesudah letusan berlangsung. Kedua gempa tersebut dibedakan dari gerakan awalnya. Ciri-ciri lainnya sebagai berikut :

1. selisih waktu tiba gelombang P dan S atau (S-P) sampai 5 detik.

2. Kedalaman sumbernya antara 1 – 20 km dibawah kerucut gunungapi (Minakami 1974).

3. Berdasarkan sifat fisisnya, gempa ini bentuknya mirip dengan gempa Tektonik-Lokal.

b. Gempa Vulkanik-Dangkal (tipe B)

Gempa tipe B sering ditemukan pada gunungapi yang mempunyai tipe letusan Volcano. Ciri-ciri lainnya, yaitu :

1. Gelombang P tidak tegas, sedangkan gelombang S sulit dikenal atau tidak muncul sehingga nilai (S-P) sulit ditentukan.

2. Kedalaman sumbernya kurang atau sama dengan 1 km (Minakami, 1974)

c. Gempa Fase-Banyak (tipe C)

Gempa yang sumbernya dangkal yang terdiri dari banyak fase gelombang dan kedalaman sumbernya <>

d. Gempa Letusan

Gempa yang berasosiasi atau terjadi karena letusan/erupsi gunungapi yang umumnya berlangsung di kawah. Dari hasil pengamatan seismik, gerakan pertama gempa letusan adalah “push“ atau “up“, dengan kata lain gempa letusan ditimbulkan oleh mekanisme sebuah sumber tunggal yang positif.

e. Tremor Vulkanik

Getaran yang terjadi secara terus-menerus dalam beberapa menit atau beberapa jam. Gerakan awal dan akhirnya tidak jelas. Terjadi karena kegiatan vulkanik berupa gerakan magma/gas dan leleran lava. Berdasarkan bentuk gelombangnya, tremor vulkanik dibagi menjadi dua jenis :

1. Tremor Harmonik, bentuknya menerus serta simetris

2. Tremor Spasmodik, bentuknya menrus tidak beraturan

f. Gempa Guguran

Getaran yang diakibatkan oelh guguran atau longsoran material dari tubuh gunungapi, tergolong gelombang permukaan.

g. Getaran Banjir

Diakibatkan oleh banjir air atau lahar, tergolong gelombang permukaan.

h. Rentetan gempabumi (swarm)

Ditandai oleh rentetan gempa (sejenis) tanpa berlangsung gempa utama. Terjadi dalam jumlah relatif banyak dalam jangka waktu dan daerah tertentu.

VI. Magnitude Gempa

Pendekatan perhitungan energi gempa telah banyak dilakukan oleh para ahli seismologi. Pendekatanyang paling terkenal dilakukan oleh Guttenberg – Richter (1956). Merumuskan kekuatan gempa dengan suatu besaran yang disebut “Magnituda Gempa“. Informasi gempabumi yang diperoleh dari rekaman seismograf berupa amplituda gelombang dan perioda. Diharapkan dari kedua parameter ini dapat memberikan informasi tentang energi yang terlepas dari sumbernya berupa energi yang terpancar sebagai gelombang seismik (Eo).

Magnituda gempa pada dasarnya merupakan karakteristik gempa yang berhubungan dengan jumlah energi total seismik yang dilepaskan gempabumi. Anggapan tersebut bisa berlaku selama semua energi total seismik ditransfer dalam bentuk energi gelombang. Karena tidak semua energi gempa ditransfer dalam bentuk energi gelombang, maka magnituda pada dasarnya merupakan karakteristik dari jumlah total energi gelombang elastik. Sehingga magnituda hanya merupakan harga karakteristik untuk menggambarkan energi gelombang, bukan karakteristik tunggal untuk menggambarkan energi seismik.

Magnituda dan energi gempa bergantung pada besarnya Amplituda dan lama gempa getaran gempa. Banyak perumusan Magnituda dan Energi yang dikemukakan para ahli, namun yang banyak dipakai yaitu perumusan yang dikemukakan Guttenberg – Richter (1956), yaitu :

Definisi awal Magnituda (M), yaitu sebagai Logaritma amplituda maksimum (dalam mm) rekaman komponen horisontal pada seismograf standar (perioda bebas (To) = 0,8 dt, Perbesaran (Vo) = 2800 dan faktor redaman (h) = 0,8.

M = Log(A) – Log(Ao) (1)

Gempa kecil mungkin dapat tercatat dengan amplituda lebih kecil atau sama dengan getaran standar, yang memberikan magnituda negatif atau nol.

Untuk menghitung besaran magnituda dengan seismograf yang digunakan, harus dilakukan penyesuaian terhadap seismograf standar. Sehingga persamaannya menjadi :

M = Log(Ar) – Log(Ao) (2)

Dimana : M : Magnituda gempa

Ar : Amplituda terkoreksi terhadap seismigraf standar

(Wood – Anderson standar torsion seismometer).

Ar = Ap-p x (2800/I)

Ap-p adalah Amplituda peak to peak dibagi dua

I adalah perbesaran seismograf yang digunakan

Log(Ao) : - Logaritma variabel amplituda gempa khusus fungsi dari jarak episenter. Untuk gempa dangkal (<>

Sehingga persamaan 2 dapat ditulis sebagai brikut :

M = 1,4 + Log(Ar) (3)

Hasil perhitungan magnituda diplot terhadap lama gempa untuk mendapatkan estimasi magnituda yang terjadi bila lama gempa diketahui. Persamaan umum linier antara magnituda dan lama gempa adalah ;

M = a + b Log(T) (4)V

Dimana T adalah lama gempa (det).

VII. Energi Gempa

Perumusan energi telah banyak dilakukan oleh para ahli, diantaranya Jeffreys (1911), Bath (1925, Shebalin (1955) yang merumuskan hubungan energi dengan intensitas dan kedalaman sumber gempa, Richter (1956) dan lain-lain. Persamaan yang sering digunakan untuk mengestimasi Energi gempa vulkanik, yaitu perumusan energi oleh Guttenberg – Richter (1956) yang merumuskan energi berdasarkan harga magnituda.

Dasar dalam menentukan magnituda gelombang body (m), adalah jumlah total energi gelombang elastik yang ditransfer dalam bentuk gelombang P dan Gelombang S. Jumlah energi total yang ditimbulkan oleh gelombang body adalah :

Log Eo = a + b m (5)

Dimana m didefinisikan sebagai magnituda gelombang bodi :

m = Log A/T + f(∆,h) + Cr + Cs (6)

Suku pertama yang merupakan bagian konstanta dikumpulkan menjadi a

Bagian yang memuat semua perubah dikumpulkan dalam b m

Fungsi f(∆,h) disebut faktor kalibrasi magnituda. Untuk gelombang P, S dan PP harganya telah ditabelkan oleh Guttenberg – Richter (1956).

Cr adalah koreksi regional menyangkut pola radiasi

Cs adalah koreksi stasiun menyangkut penerimaan di stasiun.

Secara empiris Guttenberg – Richter (1956) menentukan konstanta a dan b dengan menentukan magnituda m dan Log Eo, dimana Log Eo ditentukan langsung dengan mengintegrasi gelombang yang terekam. Sehingga diperoleh hubungan :

Log Eo = 5,8 +2,4 m (7)

Sedangkan magnituda gelombang body (m) dan magnituda gelombang permukaan (M) mempunyai hubungan secara linier sebagai :

m = 2,5 + 0,63 M (8)

Dengan mensubstitusikan persamaan (8) terhadap (7) diperoleh persamaan energi :

Log Eo = 11,8 + 1,5 M (9)

Dalam hal ini satuan energi dalam erg. Persamaan ini sering dipakai dalam menentukan energi karakteristik gempa vulkanik karena persamaan ini cocok dipakai untuk gempa-gempa lokal seperti gempa vulkanik.

Daftar Pustaka

· Bathm, M., Introduction to Seismology, Basel, : Birkhauser Verlag, 1979.

· Bolt, B.A., Earthquakes, University of California, Berkeley, 1993

· Richter, C.F., Elementary Seismoloy, Freeman, San Fransisco, California, 1958

· Sabry M., Mekanisme Letusan G. Kelut 10 Februari 1990 Berdasarkan Analisa seismik, GM-ITB, 1993

· Siswowijoyo, S., Seismologi Gunungapi, Analisa Gempa dan Hubungannya dengan Tingkat Kegiatan Gunungapi, Direktorat Vulkanologi, 1981

· Triyoso, W., Konsep-konsep Dasar Seismologi (Suatu Pendahuluan), GM-ITB, 1991

· Wittiri, S.R., Pardyanto, L., Pengertian Istilah Seismik Gunungapi, Direktorat Vulkanologi, 1989

Lampiran 1.

Modified Mercalli Intensity Scale (MMI), 1991

Skala

Keterangan

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Getaran tidak dirasakan kecuali dalam keadaan luar biasa oleh orang tertentu Benda-benda ringan yang digantung goyang. Getaran dirasakan nyata di dalam rumah, terasa seakan-akan ada truk lewat. Pada siang hari dirasakan oleh banyak orang di dalam rumah, di luar hanya oleh orang tertentu saja. Barang pecah belah, jendela, pintu gemerincing, dinding berbunyi karena pecah belah. Getaran dirasakan hampir oleh semua penduduk. Barang-barang pecah belah, barang-barang terpelanting, pohon, tiang dan lain-lain tampak goyang. Bandul lonceng dapat berhenti. Getaran dirasakan oleh semua orang, kebanyakan terkejut dan lari ke luar, plester dinding jatuh dan cerobong asap pabrik rusak. Kerusakan ringan. Semua orang ke luar rumah, kerusakan ringan pada rumah dan bangunan yang konstruksinya tidak baik maupun yang baik. Cerobong asap pecah atau retak-retak. Getaran dapat dirasakan oleh orang yang naik kendaraan. Kerusakan ringan pada bangunan yang konstruksinya baik. Retak-retak pada bangunan yang kuat. Dinding dapat lepas dari kerangka rumah, cerobong asap pabrik dan monumen-monumen roboh. Air menjadi keruh. Kerusakan pada bangunan yang rangkanya kuat, rumah menjadi tidak tegak/lurus. Banyak retakan pada bangunan yang konstruksinya kuat. Bangunan rumah bergeser dari pondasinya. Pipa di dalam tanah putus. Bangunan dari kayu yang sangat kuat rusak, rangka rumah lepas dari pondasinya, tanah terbelah, rel melengkung, tanah longsor di tebing dan di tanah yang curam. Terjadi gelombang pasng atau tsunami. Konstrusi bangunan dari batu rusak ringan dan tetap berdiri. Jembatan dihancurkan. Tanah terbelah lebar. Pipa bawah tanah rusak total. Terjadi pergeseran tanah. Rel kereta api bengkok. Hancur sama sekali. Gelombang gempa tampak pada permukaan tanah. Pemandangan gelap. Benda-benda terlempar ke udara.

Lampiran 2.

Logaritma amplituda (Ao) dalam mm yang tercatat oleh seismograf „Wood – Anderson“ sebagai suatu fungsi dari jarak episenter (∆), dimana To = 0,8, V = 2800, dan h = 0,8.

∆ (Km)	- Log Ao	∆ (Km)	- Log Ao	∆ (Km)	- Log Ao	∆ (Km)	- Log Ao
0	1,4	100	3,1	300	4,1	500	4,7
5	1,4	110	3,1	310	4,1	510	4,8
10	1,5	120	3,2	320	4,2	520	4,8
15	1,6	130	3,2	330	4,2	530	4,8
20	1,7	140	3,3	340	4,3	640	4,8
25	1,9	150	3,3	350	4,3	550	4,8
30	2,1	160	3,4	360	4,3	560	4,9
35	2,3	170	3,4	370	4,4	570	4,9
40	2,4	180	3,5	380	4,4	580	4,9
45	2,5	190	3,5	390	4,5	590	4,9
50	2,6	200	3,6	400	4,5	600	4,9
55	2,7	210	3,65	410	4,5
60	2,8	220	3,7	420	4,6
65	2,8	230	3,7	430	4,6
70	2,8	240	3,8	440	4,6
75	2,9	250	3,8	450	4,6
80	2,9	260	3,9	460	4,7
85	3,0	270	3,9	470	4,7
90	3,0	280	4,0	480	4,7
95	3,0	290	4,0	490	4,7