GEMPABUMI AKIBAT UJICOBA NUKLIR KOREA UTARA AWAL 2016 Supriyanto Rohadi, Bambang Sunardi, Pupung Susilanto, Jimmi Nugraha, Drajat Ngadmanto Pusat Penelitian dan Pengembangan BMKG
[email protected]
The Democratic People's Republic of Korea, (DPRK) atau lebih dikenal Korea Utara telah beberapa kali melakukan ujicoba nuklir, yaitu pada tahun 2006, 2009, 2013, dan 2016. Ledakan nuklir tersebut terdeteksi oleh jaringan seismograf di dunia, seperti jaringan milik the Comprehensive Test Ban Treaty Organization (CTBTO) dan juga jaringan seismograf Indonesia. Sebuah televisi Korea Utara menyiarkan bahwa mereka telah sukses melakukan uji bom hidrogen pertama pada 6 Januari 2016. Bom hidrogen atau bom-H adalah senjata yang membangkitkan energi besar yang berasal dari reaksi fusi nuklir isotop hidrogen. Sebagai gambaran, bom hidrogen yang diuji oleh Amerika pada tahun 1954 kekuatannya adalah 1000 kali kekuatan bom nuklir Hiroshima. Gempabumi atau ledakan di bawah tanah akan membangkitkan gelombang elastik yang merambat melalui bumi yaitu gelombang badan (body wave) dan juga sepanjang permukaan bumi yaitu gelombang permukaan. Gelombang badan (body wave) terdiri dari gelombang P (longitudinal) dan gelombang S (transversal). Gelombang permukaan terdiri dari gelombang Love (L) dan gelombang Rayleigh (R). Gelombang permukaan pada dasarnya bukan merupakan bentuk gelombang tersendiri, tetapi gelombang ini terbentuk dari hasil superposisi gelombang badan. Gelombang permukaan biasanya memiliki periode yang lebih panjang dan amplitudo yang lebih besar daripada gelombang badan. Permasalahan selanjutnya adalah bagaimana untuk membedakan apakah getaran yang terekam berasal dari gempabumi atau ledakan. Terdapat beberapa cara untuk membedakan sumber dari gelombang yang terekam seismograf, diantaranya menggunakan impuls awal gelombang, keberadaan gelombang permukaan, dan perbandingan magnitudo gelombang permukaan (Ms) dengan magnitudo gelombang badan (Mb). Karakter impuls awal dari sinyal gelombang yang berasal dari ledakan adalah kompresi atau berarah keatas pada awal fase gempabumi yang terekam sedangkan sinyal gelombang gempabumi memiliki impuls awal bervariasi bisa kompresi atau dilatasi (berarah kebawah) bergantung posisi relatif stasiun terhadap sumber gempabumi. Apabila dilihat dari tipe gelombang yang dihasilkan, ada pendapat bahwa ledakan nuklir tidak membangkitkan gelombang permukaan, berbeda dengan gempabumi, dengan kekuatan yang sama dan jarak sumber menuju stasiun yang sama, mampu membangkitkan gelombang permukaan. Oleh karena itu, selain dilihat dari keberadaan gelombang permukaan, suatu ledakan dapat diidentifikasi menggunakan perbandingan magnitudo gelombang permukaan dan magnitudo gelombang badan.
Pada kasus ujicoba nuklir Korea Utara tahun 2016, terlihat bahwa semua rekaman seismograf adalah kompresi sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 1. Bila dilihat dari karakteristik ini, jelas bahwa rekaman gelombang seismik pada tanggal 6 Januari 2016 sekitar pukul 01.30.01 UTC berasal dari ledakan. Namun uniknya rekaman seismograf dari ujicoba nuklir 2016 ini mencatat gelombang permukaan yang besar. Hal ini dapat dilihat secara visual pada waveform, spektral dari waveform serta spektrogram sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Gambar 1. Posisi sumber ujicoba nuklir Korea Utara 2016 yang terekam dengan magnitudo 5,1 (lingkaran merah), stasiun seismograf (segitiga merah) dan sinyal rekaman seismograf yang menunjukan kompresi (tanda garis warna merah). Penjelasan lebih lanjut dikemukakan oleh ahli seismologi sekaligus Deputi Geofisika BMKG Dr. Masturyono bahwa secara teori mekanisme ledakan nuklir menghasilkan gelombang S yang lemah karena dominasinya kompresi. Penjelasam lebih rinci disampaikan ahli seismologi STMKG, Ibnu Purwana menyatakan ledakan nuklir meskipun sumbernya sangat dangkal, tidak dapat menghasilkan gelombang permukaan yang kuat. Ini berkebalikan dengan gempabumi dengan mekanisme sesar yang dapat menghasilkan gelombang permukaan kuat jika sumbernya dangkal. Hal ini disebabkan karena gelombang permukaan (gelombang Love) merupakan interferensi konstruktif gelombang SH, sedangkang untuk gelombang permukaan Rayleigh merupakan kombinasi antara gelombang P dan SV. Persyaratan untuk membangkitkan gelombang permukaan diperlukan stress geser yang bersumber dari mekanisme sesar, sedangkan ledakan nuklir didominasi oleh stress kompresi, sehingga magnitudo gelombang permukaan Ms lebih kecil daripada magnitudo gelombang badan (Mb). Ahli seismologi lain yang juga analis kegempaan di BMKG, Nova Herdiyanto menambahkan bahwa shear wave yang kuat hanya bisa ditimbulkan oleh terjadinya slip pada sumber.
IC MDJ Station -4
1
x 10
2006 0
-1 200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
-4
1
x 10
2009 0
Volt
-1 200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
-4
1
x 10
2013 0
-1 200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
-4
1
x 10
2016
Gelombang Permukaan 0
-1 200
220
240
260
280
300
320
340
360
Time (s)
380
400
@Puslitbang BMKG
Power Spectrum IC MDJ Station 0.6
2006
0.4 0.2 0 -3 10
-2
10
-1
0
10
10
1
2
10
0.6
10
2009
0.4
Power Amplitude
0.2 0 -3 10
-2
10
-1
0
10
10
1
2
10
0.6
10
2013
0.4 0.2 0 -3 10
-2
10
-1
0
10
10
1
0.6 0.4
2
10
10
2016
Gelombang Permukaan
0.2 0 -3 10
-2
10
-1
0
10
10
Frequency (Hz)
1
10
2
10
@ Puslitbang BMKG
Gambar 2. Atas adalah seismogram rekaman gempabumi yang diduga sebagai uji coba ledakan nuklir Korea Utara, dari atas ke bawah masing-masing ledakan nuklir tahun 2006 (biru), 2009 (hijau), 2013 (biru muda), dan 2016 (merah). Gambar bawah adalah spektral untuk masing-masing rekaman gempabumi tersebut.
Gambar 3. Spektral daya (spektogram) dari rekaman ujicoba nuklir Korea Utara, masing-masing dari atas ke bawah adalah spektogram dari ledakan nuklir pada tahun 2006, 2009, 2013, dan 2016. Penjelasan para ahli seismologi tersebut diatas secara teoritis adalah benar, namun mengapa rekaman seismograf dari ujicoba nuklir Korea Utara tahun 2016 kali ini memperlihatkan gelombang permukaan yang besar? Hal ini cukup menarik karena bertentangan dengan pendapat bahwa ledakan tidak dapat menimbulkan gelombang permukaan ataupun jika menimbulkan gelombang permukaan tidak akan terlalu besar. Gelombang permukaan terutama Rayleigh (ground roll) dapat terbentuk oleh ledakan dinamit pada seismik refleksi untuk eksplorasi. Oleh karena itu, analogi dengan kasus tersebut, apabila kekuatan sumber makin besar tentu juga dapat membangkitkan gelombang permukaan yang semakin besar pula. Dugaan atau spekulasi lain, yaitu kemungkinan gelombang permukaan tercatat cukup besar akibat adanya gempabumi induksi yang menyertai ujicoba nuklir itu sendiri, tentu ini memerlukan penelitian lebih lanjut.
Ujicoba nuklir terdeteksi pada lokasi yang tidak jauh berbeda atau pada area yang sama, ledakan yang terjadi kemungkinan akan mempengaruhi struktur geologi dan kekuatan batuan di wilayah tersebut. Ujicoba nuklir yang dilakukan pada kedalaman tertentu dengan energi yang sangat besar kemungkinan membentuk cavity atau rongga bawah tanah, dengan adanya perubahan volume ini berarti pula terjadi displacement statik uniform pada sumber ledakan. Pergeseran atau slip memungkinkan terbentuk sebagai konsekuensi ujicoba nuklir Korea Utara tahun 2016, displacement statik inilah yang menjadi kunci mengapa gelombang permukaan terbentuk dengan cukup besar. Spekulasi lain adalah tidak harus terjadi slip di lokasi sumber untuk membangkitkan gelombang permukaan, namun superposisi atau interferensi kontruksif gelombang badan pada kondisi ruang tententu menjadi penentu terbentuknya gelombang permukaan. Terbentuknya gelombang permukaan kemungkinan juga bisa dipengaruhi oleh adanya wave guide berupa tunel atau terowongan bawah yang mampu mengamplifikasi gelombang. Lokasi ledakan terutama kedalaman sumber menjadi rahasia pihak Korea Utara tentu saja. Hal ini yang menjadi sulit bagi para ahli untuk memperkirakan seberapa kuat sebenarnya ujicoba nuklir yang terjadi.
