Seismologi

SEISMOLOGI

1.        Gempa bumi

salah satu dampak dari gempa bumi

a.    Pengertian Gempa Bumi

Gempa bumi merupakan suatu getaran atau guncangan yang terjadi di permukaan bumi karena pelepasan energi dari dalam bumi secara tiba-tiba sehingga menciptakan gelombang seismik.

Gempa bisa saja terjadi karena ada pergerakan lempeng atau kerak bumi. Gempa bumi yang terjadi mampu mengakibatkan perubahan, perombakan, bahkan perusakan pada permukaan bumi.

Seperti yang kita tahu, gempa bumi dengan skala yang besar mampu merusak bangunan, dari yang kecil hingga gedung-gedung besar.

Memang kekuatan gempa diukur berdasarkan kerusakan yang terjadi. Skala yang biasa digunakan untuk mengukur kekuatan gempa adalah Skala Omari, Skala Richter, Skala Cancani, dan Skala Mercalli. Skala Richter merupakan skala yang digunakan, namun skala Richter adalah yang paling popular untuk mengukur kekuatan gempa bumi yang disebut dengan magnitude (M). Berdasarkan skala-skala ini orang dapat mengenali kekuatan gempa yang pada akhirnya berguna untuk mengantisipasinya seperti desain konstruksi bangunan dan jalan raya.

Menurut skala Richter kekuatan gempa bumi dapat dilihat sebagai berikut :

·           <3,5 Umumnya tidak terasa, tetapi terekam.

·           3,5-5,4 Seringkali terasa, tetapi jarang mengakibatkan kerusakan.

·           < 6,0 Dapat menyebabkan kerusakan besar pada bangunan yang kurang kuat dan meliputi daerah yang kecil.

·           6.1-6.9 Dapat menimbulkan kerusakan pada fisik dan menimbulkan korban jiwa manusia pada radius sampai 100 kilometer.

·           7.0-7.9 Pada skala ini termasuk gempa bumi besar. Dapat menyebabkan kerusakan serius pada daerah yang lebih luas.

·           > 8 Gempa bumi besar. Dapat menyebabkan kerusakan serius pada daerah yang meliputi beberapa ratus kilometer.

Sebagai contoh, gempa bumi di Aceh mencapai kekuatan 9,0 skala Richter yang mengakibatkan kerusakan fisik yang amat besar dan menimbulkan korban yang banyak.

Jika kalian tertarik dengan terjadinya gempa bumi, kalian bisa belajar tentang seismologi, yakni ilmu yang mempelajari gempa bumi.

b.    Penyebab Gempa Bumi

Gempa bumi itu terjadi karena beberapa faktor, berikut ini adalah faktor atau penyebab terjadinya gempa bumi itu.

·      Gempa Bumi Tektonik

gempa tektonik 

Gempa bumi tektonik disebabkan karena adanya pergeseran lempeng-lempeng tektonik secara tiba-tiba dengan kekuatan yang sangat kecil hingga sangat besar. Apabila sudah terjadi gempa tektonik, maka akan terjadi kerusakan atau bencana alam di bumi. Karena getaran gempa yang kuat bisa menjalar ke seluruh bagian bumi. Gempa tektonik juga bisa disebabkan karena pelepasan tenaga disebabkan pergeseran lempengan plat tektonik.

·      Gempa Bumi Vulkanik

proses terjadinya gempa vulkanik

Gempa ini terjadi karena aktivitas magma yang biasa terjadi sebelum meletusnya gunung berapi. Semakin tinggi aktivitas dari gunung berapi tersebut, maka semakin besar pula ledakan yang akan terjadi dan menyebabkan terjadinya gempa bumi. Ketika gempa terjadi, hanya akan terasa disekitar tempat ledakan gunung berapi tersebut saja.

·      Gempa Bumi Tumbukan

Gempa yang terjadi diakibatkan oleh tumbukan atau hantaman meteor maupun asteroid yang jatuh ke bumi. Gempa Bumi Tumbukan ini sangat jarang terjadi.

·      Gempa Bumi Runtuhan

Gempa bumi ini biasa terjadi di daerah kapur atau di daerah pertambangan. Jika gempa ini terjadi, lebih bersifat lokal. Akan tetapi Gempa Bumi Runtuhan ini pun jarang sekali terjadi.

·      Gempa Bumi Buatan

Gempa ini disebabkan karena aktivitas manusia, seperti peledakan dinamit, nuklir maupun palu yang dipukulkan ke permukaan bumi.

Gempa bumi pun dapat terjadi karena letaknya yang jauh di kedalaman bumi atau biasa disebut dengan hiposentrum.

·      Gempa Bumi Dalam

Gempa bumi yang disebabkan karena hiposentrum-nya berada lebih dari 300 km di dalam kerak bumi atau di bawah permukaan bumi. Gempa bumi dalam tidak begitu berbahaya untuk kelangsungan hidup manusia karena pusat gempa sangat jauh di permukaan bumi.

·      Gempa Bumi Menengah

Gempa bumi ini hiposentrum-nya berada antara 60 km hingga 300 km di bawah permukaan bumi. Dampak yang diakibatkan dari gempa bumi menengah masih ringan dengan getaran yang lebih terasa dibanding dengan gempa bumi dalam.

·      Gempa Bumi Dangkal

Inilah gempa bumi yang mampu menimbulkan kerusakan besar. Hiposentrum gempa bumi dangkal berada kurang dari 60 km dari permukaan bumi.

4Berdasarkan Gelombang atau Getaran Gempa

Ada dua getaran atau gelombang yang merambat di badan bumi dengan kecepatannya masing-masing.

·         Gelombang Primer

Gelombang ini disebut juga gelombang longitudinal yang berarti gelombang atau getaran ini merambat ke badan bumi dengan kecepatan antara 7-14 km/detik. Getaran pada gelombang primer berasal dari hiposentrum.

·      Gelombang Sekunder

Gelombang sekunder atau gelombang transversal merupakan gelombang atau getaran yang merambat dengan kecepatan yang lebih kecil, sekitar 4-7 km/detik. Gelombang sekunder tidak mampu merambat pada lapisan yang cair.

Gempa Bumi Berdasarkan Kekuatannya

Dari pengamatan yang dilakukan oleh para ahli, gempa bumi pun dapat diketahui dari intensitas atau kekuatannya. Kemudian gempa bumi yang terjadi berdasarkan kekuatannya pun dibagi menjadi dua.

·      Gempa Makroseisme

Gempa makroseisme merupakan gempa dengan intensitas kekuatan besar dan dapat diketahui secara langsung meskipun tanpa alat.

·      Gempa Mikroseisme

Gempa dengan intensitas kekuatan yang lebih kecil disebut dengan gempa mikroseisme. Gempa jenis ini hanya dapat diketahui dengan alat ukur gempa saja.

Sumber Gempa bumi

Akibat pergerakan lempeng maka di sekitar perbatasan lempeng akan terakumulasi energi, dan jika lapisan batuan telah tidak mampu manahannya maka energi akan terlepas yang menyebabkan terjadinya patahan ataupun deformasi pada lapisan kerak bumi dan terjadilah gempabumi tektonik. Disamping itu akibat adanya pergerakan lempeng tadi terjadi patahan (sesar) pada lapisan bagian atas kerak bumi yang merupakan pembangkit kedua terjadinya gempabumi tektonik. Berikut adalah tiga jalur utama gempabumi yang merupakan batas pertemuan dari beberapa lempeng tektonik aktif: 

a.    Jalur Gempa bumi Sirkum Pasifik

Jalur ini dimulai dari Cardilleras de los Andes (Chili, Equador dan Caribia), Amerika Tengah, Mexico, California British Columbia, Alaska, Alaution Islands, Kamchatka, Jepang, Taiwan, Filipina, Indonesia, Polynesia dan berakhir di New Zealand.

b.    Jalur Gempa bumi Mediteran atau Trans Asiatic

Jalur ini dimulai dari Azores, Mediteran (Maroko, Portugal, Italia, Balkan, Rumania), Turki, Kaukasus, Irak, Iran, Afghanistan, Himalaya, Burma, Indonesia (Sumatra, Jawa, Nusa Tenggara, dan Laut Banda) dan akhirnya bertemu dengan jalur Sirkum Pasifik di daerah Maluku

c.    Jalur Gempa bumi Mid-Atlantic

Jalur ini mengikuti Mid-Atlantic Ridge yaitu Spitsbergen, Iceland dan Atlantik selatan.

Sebanyak 80 % dari gempa di dunia, terjadi di jalur Sirkum Pasifik yang sering disebut sebagai Ring of Fire karena juga merupakan jalur Vulkanik. Sedangkan pada jalur Mediteran terdapat 15 % gempa dan sisanya sebanyak 5 % tersebar di Mid Atlantic dan tempat-tempat lainnya.

2.        Pengertian Seismologi

salah satu contoh alat untuk merekam gempa 

Seismologi berasal dari dua kata dalam bahasa Yunani, yaitu “seismos” yang berarti getaran atau goncangan dan “logos” yang berarti risalah atau ilmu pengetahuan. Orang Yunani menyebut gempa bumi dengan kata-kata seismos tes ges yang berarti bumi bergoncang atau bergetar. Dengan demikian, secara sederhana seismologi dapat diartikan sebagai ilmu yang mempelajari fenomena getaran pada bumi, atau dengan kata sederhana, ilmu mengenai gempa bumi. Seismologi merupakan bagian dari ilmu geofisika. Sebagian besar orang menganggap seismologi hanya berguna untuk menentukan parameter sumber gempa seperti episenter, hiposenter, waktu asal, besar kekuatan dan mekanisme gempa, dan lain-lain, padahal tak terhitung banyaknya jasa-jasa seismologi dalam perkembangan ilmu kebumian selain di bidang kegempaan. Jasa-jasa tersebut antara lain penentuan struktur dalam bumi, eksplorasi sumber daya alam, dan pengukuran kedalaman batuan dasar untuk keperluan pembangunan.

Gelombang seismik yang dipelajari dalam seismologi adalah gelombang elastik yang menjalar dalam bumi, seperti gelombang suara. Gelombang seismik dapat dikategorikan dalam dua kelompok besar yaitu gelombang badan dan gelombang permukaan. Energi seismik merambat sebagai gelombang badan dalam medium dan gelombang permukaan sepanjang permukaan yang bebas. Gelombang badan dapat dibagi menjadi dua, yaitu gelombang P (pressure/compressional), yang dapat menjalar di segala medium dengan gerakan partikel searah dengan perambatan gelombang dan gelombang S (shear), yang hanya menjalar di medium padat dengan gerakan partikel tegak lurus dengan arah perambatan gelombang. Gelombang S dapat dibagi menjadi gelombang SV (gerakan partikelnya vertikal) dan gelombang SH (gerakan partikelnya horizontal). Interaksi antara gelombang SV, SH, dan gelombang-gelombang lain menghasilkan gelombang permukaan. Gelombang permukaan dapat dibagi menjadi tiga, yaitu gelombang rayleigh, gelombang love, dan gelombang stoneley. Dari semua gelombang kecepatan gelombang P adalah yang terbesar diikuti gelombang S, gelombang Love, dan gelombang Rayleigh.

Berdasarkan teori di atas seismologi telah membuktikan bahwa struktur dalam bumi terdiri dari inti dalam bumi yang padat, inti luar bumi yang cair, mantel bumi, dan kerak bumi. Fenomena gelombang S yang tidak dapat melalui medium cair muncul pada inti luar bumi, kemudian muncul kembali pada inti dalam bumi, sedangkan gelombang P dapat melewati semua medium yang ada. Hal ini membuktikan bahwa inti luar bumi adalah cair. Studi lebih lanjut tentang struktur dalam bumi ini membuktikan hal lain yaitu adanya bidang diskontinuitas mohorovicic antara kerak dan mantel bumi, serta studi terbaru menunjukkan adanya inti di dalam inti dalam bumi.

Preliminary Reference Earth Model (PREM), (Dziewonski & Anderson, 1981)

Peranan Seismologi

Seismologi gempa bumi yang berkembang pada akhir abad ke-19 dan berperan dalam penentuan struktur dalam bumi pada awal abad ke-20 membuat para ahli kebumian menerapkannya untuk kepentingan eksplorasi sumber daya alam, khususnya minyak dan gas bumi. Maka muncullah seismik eksplorasi atau seismic prospecting, yaitu penyelidikan menggunakan metode seismik untuk mengetahui keberadaan sumber daya alam di bawah permukaan bumi dengan memberi sumber gelombang buatan. Metode Seismik secara umum dibagi menjadi dua yaitu Metode Seismik Refleksi dan Metode Seismik Refraksi. Prinsip metode ini sesuai dengan hukum snellius dan hukum-hukum elastisitas seperti hukum hooke. Parameter yang diukur adalah waktu tiba gelombang seismik pantul atau bias, amplitudo dan frekuensi gelombang seismik. Sifat fisika yang terlibat adalah densitas dan modulus elastisitas yang menentukan kecepatan rambat gelombang seismik.

Ketika terjadi gempa, getaran gempa yang terekam adalah gelombang primer karena kecepatan rambatnya paling tinggi, lalu diikuti oleh rekaman gelombang sekunder yang memiliki kecepatan rambat lebih rendah dari gelombang primer. Gelombang permukaan datang paling akhir karena memiliki kecepatan rambat paling rendah. Seismograf mencatat semua getaran dan kecepatan rambat gempa bumi dalam bentuk seismogram dengan kata lain hasil rekaman dari getaran yang dicatat oleh seismograf dinamakan seismogram. Alat ini sangat sensitif terhadap gelombang seismik yang ditimbulkan karena gempa bumi, ledakan nuklir dan sumber gelombang seismik lainnya. hasil rekaman dari alat tersebut dinamakan seismogram. Prinsip kerja dari alat ini yaitu mengembangkan kerja dari bandul sederhana. ketika mendapatkan usikan atau gangguan dari luar seperti gelombang seismik maka bandul akan bergetar dan merekam datanya seperti grafik.

Pada bandul matematis, berat tali diabaikan dan panjang tali jauh lebih besar dari pada ukuran geometris dari bandul. Pada posisi setimbang, bandul berada pada titik A. Sedangkan pada titik B adalah kedudukan pada sudut di simpangan maksimum (θ). Kalau titik B adalah kedudukan dari simpangan maksimum, maka gerakan bandul dari B ke A lalu ke B’ dan kemudian kembali ke A dan lalu ke B lagi dinamakan satu ayunan. 

Gaya pemulih yang bekerja pada bandul yaitu -mg sin θ. Sehingga persamaannya dapat ditulis sbb :

F = – mg sin θ

Tanda negatif diatas menunjukkan bahwa gaya mempunyai arah yang berlawanan dengan simpangan sudut θ.

Karena gaya pemulih F berbanding lurus dengan sin θ bukan dengan θ, maka gerakan tersebut bukanmerupakan Gerak Harmonik Sederhana.  Jika sudut θ kecil, maka panjang busur x (x = L kali θ) hampir sama dengan panjang L sin θ.

Dengan demikian untuk sudut yang kecil, menggunakan pendekatan :

Sin θ ≈ θ

Sehingga persamaan gaya pemulih menjadi :

F = – mg Sin θ ≈ -mg θ

Karena :

x = Lθ

maka persamaan diatas menjadi persamaan yang sama seperti dengan hukum Hooke :

F = -kx

Karena percepatan gravitasi bernilai tetap, maka periode sepenuhnya hanya bergantung pada panjang tali (L). Dengan kata lain, periode dan frekuensi pendulum tidak bergantung pada massa beban alias bola pendulum.

Dari prinsip tersebut terciptanya alat seperti ini,                                          

hasil rekamannya seperti dibawah ini,

Dari grafik yang dihasilkan tersebut maka institusi yang berwenang dapat mengeluarkan peringatan akan adanya bencana gunung meletus. Tentunya grafik tersebut telah dikalibrasi sehingga peringatannya juga akurat..

Sumber:

Bullen,K.E.,1963, An Introduction to the Theory of Seismology, 3th, Cambridge, University Press, Cambridge

http://www.tandapagar.com/pengertian-gempa-bumi/. Diakses pada 28 Oktober 2016

http://www.prinsipkerja.com/peralatan/seismograf/. Diakses pada tanggal 29 Oktober 2016

Wahyu Triyoso, 1991. Konsep-Konsep Dasar Seismologi, ITB Bandung