Rabu, 02 Juni 2010

ANALISA PERUBAHAN KELISTRIKAN BUMI SEBELUM TERJADI GEMPABUMI

OLEH :


SABAR ARDIANSYAH






A.PENDAHULUAN
1. LATAR BELAKANG
Istilah “Prediksi GempaBumi” mengacu pada pengetahuan pada parameter gempa prognosis yaitu lokasi, waktu kejadian dan besarnya. Menurut prognosis waktu, waktu kejadian dibedakan menjadi jangka panjang, menengah dan pendek. Jangka panjang mengacu pada beberapa decade tahun, jangka menengah mengacu pada beberapa tahun dan jangka pendek mengacu pada beberapa bulan. Hingga saat ini penerapan ilmu prediksi gempa bumi masih dalam tahap diskusi dan pengembangan. Artinya belum ada teori mutlak yang membenarkan tentang prediksi gempa bumi. Dalam kesempatan ini penulis mencoba memberikan gambaran hubungan antara gempa bumi dan perubahan sinyal-sinyal kelistrikan bumi sebelum terjadi gempa bumi. Dengan harapan dapat memperluas wawasan kita tentang precursor atau tanda-tanda umum sebelum gempa bumi terjadi.

2. RUMUSAN MASALAH
Rumusan masalah pada penulisan makalah ini adalah apakah ada perubahan kelistrikan bumi disekitar focus gempa sebelum terjadi gempa bumi baik gempa besar maupun gempa-gempa kecil?


3. TUJUAN PENULISAN
Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk melihat dan menganalisa perubahan kelistikan pada batuan saat akan terjadi gempa bumi.





B. LANDASAN TEORI

1.TEORI TEKTONIK LEMPENG

Menurut teori tektonik lempeng, kerak bumi terpecah-pecah menjadi beberapa bagian yang kemudian disebut Lempeng (Plate). Terdapat tujuh lempeng besar (Mega Plate), yaitu : Lempeng Eurasia, Lempeng Pasifik, Lempeng Amerika Utara, Lempeng Amerika Selatan, Lempeng Indo-Australia, Lempeng Afrika, dan Lempeng Antartika. Lempeng-lempeng tersebut bergerak dengan arah dan kecepatan yang berbeda antara lempeng satu dengan lempeng yang lainnya. Pergerakan lempeng-lempeng tersebut disebabkan oleh adanya arus konveksi di dalam mantel bumi.

Gambar 2.1 Lempeng Tektonik


Terdapat tiga jalur utama gempabumi yang merupakan batas pertemuan dari beberapa lempeng tektonik aktif, yaitu :

1. Jalur Gempabumi 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.
2. Jalur Gempabumi 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
3. Jalur Gempabumi Mid-Atlantic
Jalur ini mengikuti Mid-Atlantic Ridge yaitu Spits.

2.TEORI ELASTIK REBOUND
Seorang seismolog Amerika, Reid (Bullen, 1965 ; Bolt 1988) mengemukakan suatu teori yang menjelaskan mengenai bagaimana umumnya gempabumi terjadi. Teori ini dikenal dengan nama “Elastic Rebound theory”. Mekanisme sumber gempabumi dapat dijelaskan sebagai berikut, jika terdapat 2 buah gaya yang bekerja dengan arah berlawanan pada batuan kulit bumi, batuan tersebut akan terdeformasi, karena batuan mempunyai sifat elastis. Bila gaya yang bekerja pada batuan dalam waktu yang lama dan terus-menerus, maka lama-kelamaan daya dukung pada batuan akan mencapai batas maksimum dan akan mulai terjadi pergeseran. Akibatnya batuan akan mengalami patahan secara tiba-tiba sepanjang bidang sesar (fault) setelah itu batuan akan kembali stabil, namun sudah mengalami perubahan bentuk atau posisi. Pada saat batuan mengalami gerakan yang tiba-tiba akibat pergeseran batuan, energi stress yang tersimpan akan dilepaskan dalam bentuk getaran yang kita kenal sebagai gempabumi.

Gambar 2.2. Mekanisme gempabumi yang menjadi sumber gempa tekton




3.TEORI DILATANSI
Saat batuan terkena stress akibat gaya-gaya tektonik maka akan timbul retakan-retakan mikro yang mengakibatkan adanya pertambahan volume batuan (ΔV/V). Pertambahan volume batuan inilah yang disebut dengan dilatancy (Reynolds, 1886). Sebagian besar retakan mikro ini berarah sejajar dengan sumbu kompresi maksimum.


Gambar 6. Perubahan parameter fisis batuan granit dengan tekanan kompresi. Data untuk Westerly Granite dibawah tekanan b eberapa kilobar. Data retakan mikro berasal dari Scholz (1976).
Gambar 6 menunjukkan adanya perubahan fisis batuan dibawah tekanan kompresi. Perubahan fisis terlihat dramatis pada 50% dari tekanan total sebelum patah. Proses dilatancy batuan sendiri tergantung dari seberapa basah atau kering batuan tersebut. Model dilatancy dapat diklasifikasikan ke dalam dua jenis yaitu dilatancy basah (dilatancy-diffusion model) dan diltancy kering (dry dilatancy).

3.1. Model Dilatancy Basah (Dilatancy-diffusion Model)

Model Dilatancy-diffusion pertama kali dikemukakan oleh Scholz dkk. pada tahun 1973 dalam tulisannya ”Earthquake Prediction: a physical basis”. Model Dilatancy-diffusion dapat dijelaskan dalam 5 tahap, yaitu:
1. Terjadi peningkatan regangan elastik (elastic strain).
2. Regangan elastik ini menyebabkan batuan mengalami dilatansi (kenaikan volume batuan) saat stress yang bekerja batuan mencapai 50% dari kekuatan batuan tersebut. Muncul retakan-retakan mikro disertai dengan aktivitas gempa mikro.
3. Terjadi perembesan air tanah mengisi celah-celah retakan mikro yang telah terbentuk sehingga terjadi kenaikan tekanan fluida. Hal ini akan menurunkan kekuatan batuan sehingga memfasilitasi patahan.
4. Batuan patah sehingga tekanan fluida dan tekanan tektonik pada batuan dilepaskan.
5. Terjadi aktivitas aftershock.

3.2 Model Dilatancy Kering (Dry dilatancy)

Mogi (1974), Stuart (1974) dan Brady (1974) mengatakan bahwa model dilatancy kering juga dapat diikutsertakan dalam berbagai gejala prekurso gempa bumi. Hal ini hampir sama dengan model dilatancy-diffusion, hanya saja pada tahap ketiga tidak diikuti dengan perembesan air.
Pada tahap ketiga model dilatancy kering dijelaskan dengan adanya pemusatan stress pada daerah yang sangat terbatas. Hal ini menyababkan adanya pengungarangan stress di daerah lainnya kecuali daerah yang terbatas tadi dimana kemungkinan patah terjadi pada derah tersebut.

Pada model dilatancy kering ini cukup bagus untuk menjelaskan dasar fisis yang terjadi pada batuan sebelum terjadi gempa bumi. Namun pada model ini tidak dapat menjelaskan besarnya magnitude berdasarkan lama waktu prekursornya. Hal ini karena rembesan air tidak memegang peranan penting seperti dalam model dilatancy-diffusion.

3.3 Hubungan Model Dilatancy Dengan Beberapa Prekursor Gempa

Model dilatancy telah memberikan kerangka kerja fisis untuk mengetahui perilaku prekursor sebelum gempa terjadi. Dalam model tersebut terdapata perubahan fisis baik dilatancy basah maupun kering. Sehingga terdapat beberapa perubahan yang harus diukur yang telah diprediksikan oleh para seismologis.

Dari gambar 7 dapat dilihat perubahan beberapa parameter fisis yang diperkirakan terjadi pada model dilatancy baik dilatancy-diffusion maupun dilatancy kering.sehingga hal ini mendasari pengukuran beberapa parameter dalam prekursor gempa bumi. Terlihat ada perubahan pada rasio Vp dan Vs, porositas dan emisi gas radon, gerakan vertikal tanah, aktivitas seismik sebelum, saat dan setelah gempa serta adanya perubahan nilai resistivitas atau kelistrikan batuan.




Gambar 7. Model perubahan parameter fisis untuk model dilatancy. (a) model dilatancy basah. (b) model dilatancy kering. [Kasahara, 1981]

C. PEMBAHASAN

1. RESISTIVITAS BATUAN
Seperti yang kita tahu bahwa resisitivitas batuan sangat dipengaruhi oleh kandungan air dalam batuan tersebut. Semakin besar kandungan air maka resisitivitasnya makin kecil. Pada model dilatancy-diffusion sendiri rembesan air sangat memegang peranan penting. Sehingga diperkirakan nilai resistivitas batuan akan mengalami penurunan sebelum terjadi gempa (lihat gambar 7 dan gambar 9). Sedangkan pada model dilatancy kering tidak terjadi penurunan nilai resistivitas batuan.



Gambar 9. Perubahan potensial listrik di satsiun Yang Kou (Δ= 15 km) sebelum gempa Haicheng tahun 1976.

2.CONTOH KASUS DAN ANALISA
Variemezis (1997) menyimpulkan bahwa monitoring rekaman kelistrikan Bumi sebagai prekursor gempa masih memerlukan diskusi yang panjang karena tingkat gempa yang tinggi dari daerah penelitian (Thessaly, Yunani Tengah). Ia menyarankan bahwa sinyal SES harus direkam oleh kelompok VAN pada situs Volos dan pemantauan terkait dengan gempa Aigion (M = 6.2, 1995), mungkin dihasilkan oleh sebuah sumber yang terletak dekat lokasi pemantauan. Sekitar 100 km jauhnya , dengan menganalisa lebih jauh apakah ada korelasinya dengan gempa. (1998) menunjukkan bahwa sumber SES pada tanggal 30 April 1995 yang direkam oleh kelompok VAN sangat tidak mungkin berada di zona hypocentral dari Aigion, Yunani. Gempa bumi pada tahun 1995 yang terjadi, setelah menganalisis sinyal SES yang terekam di daerah Ioannina, Yunani, menyimpulkan bahwa perubahan kelistrikan bumi mungkin berasal dari deformasi batuan. secara fisik, yang dapat menyebabkan perubahan kelistrikan bumi adalah karena adanya perubahan medan listrik di bumi saat batuan mengalami stres. Ini terutama dipicu oleh dilatancy daerah focus gempabumi. Beberapa mekanisme fisik utama yang dapat menghasilkan perubahan arus listrik antara lain sebagai berikut:

a.Model potensial elektrokinetik (Mizutani 1976 Corwin, RF, dan Morrison, HF 1977, Fitterman 1978, Dobrovolsky 1989, Gershenzon 1989 Jerman-shenzon 1990).


Dalam model ini, fenomena-elektrokinetik streaming dipostulasikan sebagai mekanisme fisik potensial yang menghasilkan listrik disebabkan oleh difusi cairan yangb terjadi di daerah focus gempa. Rincian mekanisme ini ditunjukkan dalam gambar berikut :


Gambar.. Skema Diagram lapisan ganda listrik dan profil kecepatan digunakan, dalam kapiler (setelah Mizutani et al) 1976.

E potensi streaming diberikan oleh persamaan:


E = -εζ/ησ


di mana: (σ) dan (P) adalah konduktivitas listrik dan tekanan fluida, (ε) adalah konstanta dielektrik fluida, (ζ) adalah potensial zeta dan (η) adalah viskositas fluida.

Kondisi ini menggambarkan adanya gangguan dari arus listrik oleh anomali resistivitas (Honkura, 1976). Dalam model ini diasumsikan bahwa spasial saat seragam diinduksi dalam dinyatakan, dan bumi diaanggap homogen. Perubahan resistivitas menengah (karena dilatancy di daerah fokus) serta aliran arus seragam.Oleh karena itu, dapat menimbulkan anomali kelistrikan. Perubahan amplitudo dan arah medan magnetotellurik dapat diamati dan dapat digunakan untuk metodologi precursor gempa.

a. Model induksi ionosfer(Meyer, K., dan Teisseyre, R., 1988).

Dalam model ini, ionosfer berasosiasi dan osilasi menginduksi arus di dalam tanah. Bumi potensial dikembangkan (V = I * R) meningkat amplitudo, dampaknya lama kelamaan resistivitas meningkat sebagai akibat dari di daerah dilatant karena proses persiapan yang berlangsung sebelum gempabumi yang kuat. Hasilnya adalah bidang berosilasi dengan amplitudo terus meningkat menuju waktu terjadinya gempabumi dekat. Mekanisme ini disajikan secara skematis dalam gambar berikut :


Gambar. Amplitude Medan listrik meningkat (grafik tengah) Terimbas karena osilasi ionosfir (grafik atas) dan meningkatkan resistivitas (grafik bawah) dari wilayah fokus gempa (Meyer dan Teisseyre, 1988).
Dalam makalah ini, penulis mengambil beberapa contoh kasus hasil rekaman (monitoring) perubahan kelistrikan bumi sebelum terjadi gempabumi. Contoh kasus yang terjadi antara lain :

Gempabumi yang didahului oleh sinyal listrik

Sebuah langkah logis, di samping apa yang telah disajikan dan tentang mekanisme dari preseismic sinyal listrik dan sinyal itu sendiri untuk menyajikan sampel rekaman listrik berkelanjutan di lapangan selama jangka waktu yang agak lama. Dengan cara ini, seluruh masalah normal "medan listrik bumi itu", serta gempa-gempa yang didahului oleh anomaly kelistrikan, akan menjadi lebih jelas.
Presentasi contoh yang khas kelistrikan bumi direkam oleh Athena (ATH), Pyrgos (pyr), Volos (VOL) dan Xios (Hio) yang memantau rekaman yang beroperasi di Yunani. berikut penjelasan untuk setiap gambar yang diberikan dari hasil rekaman :


Gambar. Variasi harian listrik di lapangan (29 Desember 2006), dicatat oleh ATH untuk rekaman 1 hari .
Medan listrik yang tercatat ini dianggap sebagai perubahan kelistrikan bumi yang mendahului gempabumi sebesar 4 SR. perubahan dari kelistrikan bumi sebelum terjadi gempa hanya beberapa milivolt saja. Garis merah menujukkan waktu terjadinya gempa bumi dengan kekuatan 4 SR yang terjadi di Athena 29 desember 2009 pukul 09. 02.01 UTC.
Berikut ini diberikan hasil rekaman kelistrikan bumi untuk jangka waktu tujuh hari.


Gambar. Variasi kelistrikan Bumi selama tujuh hari (10-16 Januari 2007), dicatat oleh ATH.
Dalam hal ini, besarnya bumi yang terjadi adalah sebesar = 4.5 SR ditunjukan oleh garis merah.Jelas bahwa karakter bising/noise meningkat sebagai mana terekam, meningkat dari kiri ke kananr, setelah terjadinya gempa relative kembali mendekati normal. Selain itu, tiba-tiba offset besar medan listrik yang ada di rekaman, dilapiskan beberapa periode yang lebih singkat cepat pulsations listrik (14-15 Januari 2007).
Rekaman untuk jangka waktu lebih lama (tiga puluh (30) hari) disajikan dalam gambar dibawah ini.


Gambar. Rekaman Variasi kelistrikan bumi, untuk jangka waktu lima minggu (16 Desember 2006-17 Januari 2007), oleh stasiun pemantau ATH .
Dalam hal ini, besarnya batas bawah dari gempa bumi ditunjukkan adalah: M = 5,0 R. karakter pasang surut dari osilasi medan listrik bumi ini adalah jelas disajikan, terutama di komponen EW itu. Selain itu, diberikan juga hasil rekaman perubahan kelistrikan bumi dengan catatan yang lebih lama yaitu periode enam bulan. Rekaman itu disajikan dalam gambar berikut :


Gambar.. Variasi perubahan kelistrikan bumi untuk jangka waktu 6 (enam) bulan (18 Juli 2006 - 17 Januari 2007), oleh situs pemantauan AHT.
Dalam hal ini, besarnya batas bawah dari gempa bumi ditunjukkan adalah: M = 5,6 R. anomali besar, diamati, pada awal bulan November 2006, diikuti oleh gempa M = 4.0R yang terjadi sebuah 118 Km jauhnya dari ATH situs lokasi pemantauanSebuah karakteristik yang menarik dari perekaman, dalam presentasi ini, adalah penurunan bertahap medan listriknya amplitudo's Bumi.
Pada gambar dibawah ini, memperlihatkan hasil rekaman anomaly kelistrikan bumin untuk rekaman selama dua belas (12) bulan .Ini mencakup keseluruhan data dari 25 Desember 2005 sampai 17 Januari 2007.


Gambar. Variasi kelistrikan bumi untuk jangka waktu 12 (dua belas) bulan (25 Desember 2005 - 17 Januari 2007), oleh situs pemantau AHT.
Besarnya batas bawah, sebagai M R = 6.0, telah diadopsi dalam kasus ini, untuk menunjukkan gempa bumi. Sebenarnya, salah satu yang ditunjukkan, adalah Kythira Timur, gempa bumi (M = 6.9R) di Yunani. Paruh pertama periode rekaman listrik lapangan Bumi ini kebanyakan stabil, sementara pada babak kedua meningkat secara bertahap diamati. Pada akhir periode ini rekaman, kecenderungan penurunan amplitudo lebih terlihat dalam komponen EW. Akhirnya, seluruh rekaman itu medan listrik bumi disajikan (fig.3.16.6) untuk total waktu pengoperasian ATH situs monitoring (15 April 2003 - 17 January 2007), bahwa hampir selama empat tahun beroperasi.


Gambar Variasi bidang kelistrikan bumi untuk jangka waktu sekitar 4 (empat) tahun (15 April 2003 - 17 Januari 2007), oleh situs pemantau ATH.












D.PENUTUP

1. KESIMPULAN

Dari hasil pemantauan alat pencatat perubahan kelistrikan bumi oleh situs pemantau ATH, memperlihatkan ada perubahan nilai resistivitas/kelistrikan bumi beberapa jam sebelum terjadi gempabumi. Perubahan ini tercatat baik saat akan terjadi gempa-gempa kecil, menengah maupun gempa besar. Perubahan kelistrikan bumi mencapai nilai 12,7 mV (milli volt)

2. SARAN

Melihat adanya perubahan nilai kelistrikan bumi sebelum terjadi gempabumi, sebaiknya data perubahan kelistrikan bumi yang dipantau terus menerus ini bisa dijadikan salah satu rujukan untuk menganalisa precursor gempa.

























E.DAFTAR PUSTAKA


Krisbudianto, Malik “Analisa pola subduksi daerah beBengkulu” tugas akhir 2009 : Jakarta
Dr Thanassoulas, ”Prediksi gempabumi jangka pendek” : 2000
http://http://www.pirba.ristek.go.id/det.php?id=4
http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1030986000&34



PROGRAM PENDIDIKAN DIPLOMA III
JURUSAN GEOFISIKA
AKADEMI METEOROLOGI DAN GEOFISIKA
Juni, 2010

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar