BAB II GEMPA BUMI DAN GELOMBANG SEISMIK
II.1 GEMPA BUMI
Seperti kita ketahui bahwa bumi yang kita pijak bersifat dinamis. Artinya bumi selalu bergerak setiap saat, baik itu pergerakan akibat gaya tarik menarik dengan matahari ataupun akibat aktifitas yang terjadi di dalam bumi itu sendiri. Aktifitas tersebut salah satunya dapat mengakibatkan guncangan-guncangan yang biasa kita kenal dengan gempa bumi dan mengirimkan gelombang seismik, baik itu di badan bumi maupun di permukaan bumi.
II.1.1.Struktur Internal Bumi Dan Fenomenanya
Struktur bumi terbagi atas 2 jenis, yakni struktur Internal dan struktur Eksternal. Struktur Internal bumi terdiri dari beberapa lapisan dengan 3 lapisan utama yaitu Inti, Selubung atau Mantel dan Kerak (Gambar 2.1).
Pada struktur Internal, bumi dapat dianalogikan sebagai telur. Kuning telur sebagai Inti, putih telur sebagai Selubung/Mantel dan cangkang telur sebagai Kerak.. Inti bumi memiliki ketebalan kira-kira 3475 km, untuk selubung tebal kira-kira 2870 km, sedangkan bagian paling luar bumi yaitu Kerak tebalnya kurang lebih 35 km.
6
Gambar 2.1 Struktur Internal Bumi (http://merapi.vsi.esdm.go.id/mod/vsi/static/gempabumi/pic3.gif)
Selubung bumi adalah batuan semi-cair dengan sifat plastis, sedangkan kerak bumi yang menjadi tempat hidup bersifat padat.
Lapisan paling atas bumi, yaitu litosfer, merupakan batuan yang relatif dingin dan bagian paling atas berada pada kondisi padat dan kaku. Di bawah lapisan ini terdapat batuan yang jauh lebih panas yang disebut mantel. Lapisan ini sedemikian panasnya sehingga senantiasa dalam keadaan tidak kaku, dapat bergerak sesuai dengan proses pendistribusian panas yang kita kenal sebagai aliran konveksi.
Gambar 2.2 Aliran konveksi di bawah lapisan bumi (http://news.bbc.co.uk/1/hi/world/asia-pacific/4388579.stm)
7
Gambar 2.2 memperlihatkan adanya aliran konveksi. Material yang panas naik menuju keluar dan material dingin turun menuju ke dalam. Gerakan massa batuan setengah cair inilah yang diperkirakan membuat kerak bumi yang 'mengapung' di atas selubung seperti digerakkan oleh 'conveyor belt'. Ketika potongan-potongan atau lempengan kerak bumi tergerakkan oleh sistem roda berjalan ini, mereka bisa saling bertabrakan.
Lempeng tektonik yang merupakan bagian dari litosfer padat dan terapung di atas mantel ikut bergerak satu sama lainnya. Ada tiga kemungkinan pergerakan satu lempeng tektonik relatif terhadap lempeng lainnya, yaitu saling menjauhi (spreading), saling mendekati (collision) dan saling geser (transform).
Gambar 2.3 Pergeseran Lempeng (http://merapi.vsi.esdm.go.id/mod/vsi/static/gempabumi/pic3.gif)
Umumnya gerakan lempeng tektonik berlangsung lambat dan tidak dapat dirasakan oleh manusia namun terukur sebesar 0-15 cm pertahun. Kadang-kadang, gerakan lempeng ini macet dan saling mengunci, sehingga terjadi pengumpulan energi yang berlangsung terus sampai pada suatu saat batuan pada lempeng tektonik tidak lagi kuat menahan gerakan sehingga terjadi pelepasan energi mendadak, yang kita kenal sebagai gempa bumi.
Indonesia merupakan daerah yamg sering mengalami guncangan gempa bumi tersebut. Agar dapat memahami pola serta perkembangan tektonik di Indonesia, lebih mudah apabila dijelaskan dengan menerapkan konsep tektonik global baru, yaitu
8
berdasarkan konsep tektonik lempeng. Berpijak pada teori ini, kepulauan Indonesia dianggap sebagai jalur yang lebar, merupakan produk dari pertemuan 3 lempeng besar (mega plates), yaitu [Hardjono, 2006] : •
Lempeng Samudera Hindia – Australia, bergerak ke utara.
•
Lempeng Pasifik bergerak ke barat.
•
Lempeng Asia Tenggara (Sunda) bergerak ke utara.
Kerak bumi terdiri dari dua macam yaitu kerak samudera dan kerak benua. Kerak benua lebih tebal dan ringan, sedang kerak samudera lebih tipis tetapi lebih berat. Pada saat kerak samudera bertabrakan dengan kerak benua, karena beratnya maka kerak samudera melesak ke bawah kerak benua. Lempengan kerak Indo-Australia yang memuat Australia, India dan Samudera Hindia melesak ke bawah lempeng Eurasia yang memuat benua Asia, termasuk Indonesia.
Gambar 2.4 Skema Subduksi (Kerak samudera menunjam ke bawah kerak benua) [USGS]
II.1.2 Gempa Bumi Dan Penyebabnya
Gempa adalah pergeseran tiba-tiba dari lapisan tanah di bawah permukaan bumi yang diakibatkan oleh pelepasan energi energi regangan elastis batuan pada litosfir. Terdapat dua teori yang menyatakan proses terjadinya atau asal mula gempa, yaitu
9
pergeseran sesar dan teori kekenyalan elastis. Gerak tiba-tiba sepanjang sesar merupakan penyebab yang sering terjadi.
Pergeseran ini disebabkan adanya patahan atau fault dimana patahan tersebut mencerminkan daerah yang relatif lemah atau sering disebut weak zone. Ketika pergeseran ini terjadi, timbul getaran yang disebut gelombang seismik. Gelombang ini menjalar menjauhi fokus gempa ke segala arah di dalam bumi. Rusak atau tidaknya struktur yang ada di permukaan bumi, tergantung pada kekuatan getaran yang diberikan oleh gelombang seismik.
Permukaan dimana dua blok bergeser disebut bidang patahan atau fault plane. Patahan dikelompokkan menjadi tiga jenis, yaitu patahan normal (normal fault), patahan naik (thrust fault), dan patahan geser (strike slip fault). Semua jenis patahan berpotensi menghasilkan gempa bumi. Titik tertentu di sepanjang patahan tempat dimulainya gempa disebut fokus atau hiposenter dan titik di permukaan bumi yang tepat di atasnya disebut episenter (Gambar 2.5).
Gambar 2.5 Penampang Gempa (http://www.glynn.k12.ga.us/BHS/Juniorprojects/Hopkins01/miguelo23724)
Ada beberapa klasifikasi mengenai gempa, yakni gempa berdasarkan sumber kejadiannya dan gempa berdasarkan kedalaman Fokus atau Hiposentrum. Klasifikasi gempa bumi secara umum berdasarkan sumber kejadian gempa menurut R.Hoernes
10
terdiri dari Gempa bumi runtuhan, Gempa bumi vulkanik dan Gempa bumi tektonik. Sedangkan klasifikasi gempa berdasarkan kedalaman fokus menurut Fowler adalah Gempa dangkal yang kurang dari 70 km, Gempa menengah yang kurang dari 300 km dan Gempa dalam yang lebih dari 300 km.
II.1.3 Tahapan Gempa Bumi
Dalam satu siklus gempa bumi (earthquake cycle) terdapat beberapa tahapan mekanisme terjadinya gempa bumi, yaitu tahapan interseismic, pre-seismic, coseismic, after slip, post-seismic, dan slow slip event [Andreas, 2005]. Gambar 2.6 memperlihatkan tahapan gempa bumi.
Gb 2.6 . Tahapan gempa bumi [Andreas, 2005]
Tahapan interseismic merupakan tahapan awal dari suatu siklus gempa bumi. Pada tahap ini energi dari dalam bumi menggerakkan lempeng, dan energi mulai terakumulasi di bagian-bagian lempeng tempat biasanya terjadi gempa bumi (batas antar lempeng dan sesar). Sesaat sebelum terjadinya gempa bumi dinamakan tahapan pre-seismic, dan ketika terjadinya gempa utama dinamakan tahapan co-seismic. Tahapan afterslip didefinisikan sebagai tahapan ketika sisa-sisa energi gempa terlepaskan melalui gempa susulan yang kekuatannya lebih kecil dari kekuatan gempa utama. Tahapan post-seismic didefinisikan sebagai tahapan ketika sisa-sisa energi gempa terlepaskan secara perlahan dan dalam kurun waktu yang lama sampai
11
kondisi kembali ke tahap kesetimbangan awal yang baru. Sementara itu, slow slip event atau dikenal juga dengan istilah silent earthquake secara bahasa populer di jelaskan sebagai fenomena pergerakan atau slip pada kerak bumi dengan tidak menyebabkan gempa bumi. Gempa bumi tipe ini berlangsung amat lambat dalam waktu beberapa hari sampai beberapa minggu.
II.2 GELOMBANG SEISMIK
Seperti telah dijelaskan, gempa bumi mengakibatkan gelombang gempa bumi yang ditimbulkan dari pergeseran pada patahan (fault). Gelombang Seismik merupakan gelombang periodik yang bergerak secara berurutan dengan kecepatan yang konstan dan juga merupakan gelombang yang elastis.
Gelombang seismik adalah gelombang energi yang disebabkan oleh gerakan batuan tiba-tiba yang ada di dalam bumi, selain itu bisa juga disebabkan oleh ledakan yang ada di dalam bumi. Sebagai contoh, pada gerakan magma ataupun ledakan dinamit dapat memicu terjadinya guncangan batuan ataupun ledakan tersebut. Gelombang seismik dapat bergerak dengan kecepatan beberapa km per detik. Berdasarkan tempat medium perambatannya, gelombang seismik dapat dibedakan menjadi 2 bagian yaitu gelombang badan (body waves) dan gelombang permukaan (surface waves).
Gelombang badan adalah gelombang yang merambat di bebatuan di bawah permukaan bumi. Kecepatan gelombang badan tergantung dari densitas dan elastisitas medium yang dilewatinya, gelombang ini terdiri dari gelombang Primer dan gelombang Sekunder.
12
II.2.1 Gelombang Primer (Primer Wave)
Gelombang Primer adalah gelombang yang tercepat diantara gelombang seismik dengan kecepatan 6-7 km /s. Gelombang primer merupakan gelombang longitudinal yang partikel-partikel getarannya bergerak dalam arah yang sejajar dengan arah penjalaran gelombang, maka sebagai respons daerah kecil berkontraksi dan mengembang. Kemudian gelombang tersebut juga dapat melewati batuan padat, pegunungan granite dan lapisan cairan dibawah permukaan bumi seperti magma bahkan dapat mendorong dan menarik batuan secara berurutan.
Gambar 2.7 Gelombang Primer [Braile, 2005]
II.2.2 Gelombang Sekunder (Secondary Wave)
Gelombang Sekunder merupakan gelombang transversal yang arah gerakannya tegak lurus dengan arah perambatan gelombang. Gelombang ini lebih lambat daripada gelombang Primer. Kecepatan gelombang Sekunder sekitar 3,5 km/s dan hanya dapat melewati batuan padat, tidak pada lapisan cairan seperti samudra atau danau.
13
Partikel-partikel yang ditimbulkan oleh gelombang Sekunder bergerak ke arah propagasi dari gelombang dan tegak lurus terhadap arah propagasi dari gelombang tersebut, menyebabkan deformasi putaran di daerah-daerah kecil. Gelombang Sekunder
menggerakan naik-turun dan menggeser sisi ke sisi bagian bawah
permukaan bumi.
Gambar 2.8 Gelombang Sekunder [Braile, 2005]
Gelombang permukaan adalah gelombang seismik yang merambat pada permukaan bumi saja, dan bergerak lebih lambat dibandingkan dengan gelombang badan. Kecepatannya tergantung dari frekuensi propagasi gelombang yang dihasilkan oleh gempa bumi. Esensi pegerakan gelombang permukaan hampir sama dengan gelombang badan, namun yang membedakannya adalah gelombang permukaan hanya bergerak pada permukaan bumi. Gelombang permukaan terdiri dari gelombang Love dan gelombang Rayleigh.
14
II.2.3 Gelombang Love
Gelombang Love merupakan gelombang tercepat diantara gelombang permukaan dengan kecepatan 2.0 - 4.4 km/s. Partikel-partikelnya bergerak tegak lurus ke arah propagasi dari gelombang tersebut oleh karena itu penyerbaran gelombang hanya terjadi pada arah horisontal, mirip dengan propagasi gelombang Sekunder. Gelombang ini dapat mengguncangkan permukaan air sepanjang tepian danau dan perairan pantai dan merupakan gelombang yang paling berpotensi merusak bangunan yang ada di permukaan bumi.
Gambar 2.9 Gelombang Love [Braile, 2005]
II.2.4 Gelombang Rayleigh
Gelombang Rayleigh merupakan gelombang terlambat diantara gelombang seismik lainnya (2.0 - 4.2 km/s). Partikel-partikel bergerak horisontal ke arah propagasi dari gelombang dan dengan gerakan berputar pada permukaan, gerakan vertikal tegak lurus terhadap arah propagasi dari gelombang tersebut dengan demikian gelombang ini bergerak secara vertikal dan horisontal. Dengan kalimat sederhana gelombang Rayleigh mengerakan permukaan bumi naik-turun dan menggeser dari sisi ke sisi.
15
Gambar 2.10 Gelombang Rayleigh [Braile, 2005]
Pada Seismograph gelombang seismik divisualisasikan secara 2 dimensi yang mencakup pergeseran komponen Northing-South (utara-selatan), komponen EastWest (timur-barat) dan Z untuk komponen tinggi. Gambar 2.10 merupakan visualisasi 2 dimensi gelombang seismik seimograpah di Nana, Peru yang direkam pada saat terjadi gempa di Cili 3 September 1998.
Pada gambar 2.10 dapat dilihat pergeseran ketiga komponen dan gelombang Primer (P), Sekunder (S), Love dan Rayleigh dapat diidentifikasikan dari hasil rekaman seismograph tersebut.
16
Gambar 2.11 Rekaman Gelombang Seismik Pada Seismograph [http://web.ics.purdue.edu/~braile/edumod/waves/WaveDemo.htm]
Dari gambar 2.11 dapat terlihat bahwa gelombang Badan datang lebih dahulu, yang diawali dengan datangnya gelombang Primer. Lalu gelombang Sekunder tiba secara signifikan, karena kecepatan gelombang S lebih lamban dibandingkan dengan gelombang P. Ini bisa dikarenakan faktor medium propagasi yang dilalui gelombang badan tersebut. Kemudian gelombang Permukaan datang setelah gelombang Badan, urutan kedatangan gelombang seismik ini berdasarkan kecepatannya masing-masing.
II.3 GEMPA YOGYAKARTA MEI 2006 Gempa bumi Yogyakarta Mei 2006 adalah peristiwa gempa bumi tektonik kuat yang mengguncang Daerah Istimewa Yogyakarta dan Jawa Tengah pada 27 Mei 2006 kurang lebih pukul 05.53.58 WIB selama 57 detik [USGS, 2006]. Lokasi gempa menurut Badan Geologi Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia terjadi di koordinat 8,007° LS dan 110,286° BT pada kedalaman 17,1 km. Sedangkan menurut BMG, posisi episenter gempa terletak di koordinat 8,26° LS dan
17
110,31° BT pada kedalaman 33 km. USGS memberikan koordinat 7,962° LS dan 110,458 BT pada kedalaman 10 km. Hasil yang berbeda tersebut dikarenakan metode dan peralatan yang digunakan berbeda-beda.
Gempa ini disebabkan oleh pergerakan sesar Opak akibat penujaman lempeng Tektonik pada daerah subduksi antara lempeng Australia dan lempeng Eurasian di Laut Selatan Yogyakarta. Getaran yang diakibatkan oleh penujaman tersebut mengakibatkan patahnya Sesar Opak yang terletak di daerah Bantul.
Gempa ini mengakibatkan timbulnya kerusakan gedung, bangunan dan infrastruktur lainnya yang cukup parah di daerah Jogjakarta, Bantul dan sekitarnya, serta cukup banyak menelan korban jiwa. Kerusakan bangunan paling parah terdapat disekitar Bantul, Imogiri, Piyungan, dan Klaten. United States Geological Survey (USGS) melaporkan magnitude gempa adalah 6,3 pada skala Richter.
Melihat catatan sejarah, telah terjadi beberapa kali gempa di daerah Yogyakarta dan sekitarnya dengan kekuatan yang cukup merusak. Pada tahun 1867 terjadi gempa yang memberi catatan korban meninggal dan luka-luka yang cukup banyak, dan meninggalkan kerusakan pada bangunan dan infrastruktur pada daerah yang cukup luas. Pada tahun 1943 terjadi lagi gempa bumi yang menimbulkan korban jiwa sebanyak 213 orang (31 korban meninggal di Yogyakarta), 2800 rumah hancur, dan daerah yang mengalami kerusakan paling parah yaitu Kebumen dan Purworejo. Pada tahun 1981 terjadi kembali gempa di daerah Jogjakarta dan sekitarnya, meskipun tidak sampai menimbulkan korban jiwa dan kerusakan parah pada bangunan [http://geodesy.gd.itb.ac.id/kkgd/].
18
Gambar 2.12 Kerusakan Bangunan Akibat Gempa Yang Melanda Yogyakarta [www.ciptakarya.pu.go.id/dok/gempa]
Gb 2.13 Peta Gempa Bumi Yogyakarta Mei 2006 [www.wikipedia.org]
19
