Pengantar Metode Gravitasi

10. Pengantar Metode Gravitasi

Metode Gravity adalah salah satu metode eksplorasi geofisika, yang memanfaatkan sifat daya tarik antar benda yang didapat dari densitasnya, jadi prinsip eksplorasi dengan metode gravity ini yaitu mencari anomali gravity pada subsurface. Metode Gravity dilakukan untuk menyelidiki keadaan bawah permukaan berdasarkan perbedaan rapat masa cebakan mineral dari daerah sekeliling (rho = gram/cm3). Metode ini adalah metode geofisika yang sensitive terhadap perubahan vertikal, oleh karena itu metode ini disukai untuk mempelajari. kontak intrusi, batuan dasar, struktur geologi, endapan sungai purba, lubang di dalam masa batuan, shaff terpendam dan lain-lain.

Eksplorasi biasanya dilakukan dalam bentuk kisi atau lintasan penampang. Perpisahan anomali akibat rapat masa dari kedalaman berbeda dilakukan dengan menggunakan filter matematis atau filter geofisika. Di pasaran sekarang didapat alat gravimeter dengan ketelitian sangat tinggi (mgal), dengan demikian anomali kecil dapat dianalisa. Hanya saja metode penguluran data, harus dilakukan dengan sangat teliti untuk mendapatkan hasil yang akurat.

Metode gravity merupakan metode geofisika yang didasarkan pada pengukuran variasi medan gravitasi bumi. Pengukuran ini dapat dilakukan dipermukaan bumi, dikapal maupun diudara. Dalam metode ini yang dipelajari adalah variasi medan gravitasi akibat variasi rapat massa batuan dibawah permukaan, sehingga dalam pelaksanaanya yang diselidiki adalah perbedaan medan gravitasi dari satu titik observasi terhadap titik observasi lainnya. Karena perbedaan medan gravitasi ini relatif kecil maka alat yang digunakan harus mempunyai ketelitian yang tinggi.

A.    Signifikansi dan Penggunaan Metode Gravitasi

Konsep – Panduan ini merangkum peralatan, prosedur lapangan, dan pengolahan serta metode interpretasi digunakan untuk penentuan kondisi bawah permukaan karena variasi densitas menggunakan metode gravitasi. Pengukuran gravitasi dapat digunakan untuk luasan area geologi lebih dari ratusan kilometer persegi, tetapi juga dapat untuk mendeteksi dangkal fitur yang lebih kecil di dalam tanah. Di beberapa daerah, metode gravitasi dapat mendeteksi rongga bawah permukaan. Manfaat lain dari metode gravitasi adalah bahwa pengukuran dapat dilakukan di daerah yang padat penduduk, dimana metode geofisika lainnya mungkin tidak bekerja.

Sebagai contoh, pengukuran gravitasi bisa dibuat di dalam bangunan, di daerah perkotaan dan di daerah yang terganggu oleh keramaian, listrik, dan elektromagnetik. Pengukuran kondisi bawah permukaan dengan metode gravitasi membutuhkan sebuah gravitymeter dan alat penentu posisi yang sangat akurat, terutama pengukuran elevasi dari stasiun gravitasi. Satuan (unit) pengukuran yang digunakan dalam metode gravitasi adalah gal, berdasarkan gaya gravitasi di permukaan bumi. Gravitasi rata-rata di permukaan bumi adalah sekitar 980 gal. Unit umum digunakan dalam survei gravitasi adalah milligal (10-3 gal ). Pada beberapa aplikasi, memerlukan pengukuran dengan akurasi sampai ke μgal (10-6 gals), mereka sering disebut sebagai survei mikrogravitasi.

Sebuah survei gravitasi rinci biasanya menggunakan stasiun pengukuran berjarak dekat (beberapa meter untuk beberapa ratus kaki) dan dilakukan dengan gravitymeter mampu membaca sampai μgals. Detil survei biasanya digunakan untuk melihat geologi lokal atau kondisi struktural. Sebuah survei gravitasi terdiri dari melakukan pengukuran gravitasi di stasiun sepanjang garis profil atau grid. Pengukuran diambil secara berkala di base station (lokasi referensi stabil noise-free) untuk mengoreksi drift instrumen. Data gravitasi berisi anomali yang terdiri dari dalam efek lokal regional dan dangkal. Dalam kasus pengukuran mikrogravitasi, maka efek lokal adalah efek yang sangat dangkal, yang terkadang sangat menarik untuk diamati. Rincian tambahan metode gravitasi banyak diberikan dalam Telford et al (4); Butler (5); Nettleton (6), dan Hinze (7).

B.     Parameter Terukur pada metode Gravitasi

Metode gravitasi tergantung pada variasi lateral dan kedalaman dalam kepadatan material bawah permukaan. Kepadatan dari tanah atau batuan merupakan fungsi dari densitas mineral pembentuk batuan, porositas medium, dan densitas dari cairan mengisi ruang pori. Rock kepadatan bervariasi dari kurang dari 1,0 g / cm 3 untuk beberapa batu vulkanik vesikuler lebih dari 3,5 g / cm 3 untuk beberapa batuan beku ultrabasa. Sebuah kontras densitas yang memadai antara kondisi latar belakang dan fitur yang sedang dipetakan harus ada untuk fitur yang akan terdeteksi. Beberapa geologi yang signifikan atau batas hidrogeologi mungkin tidak memiliki kontras densitas medan-terukur di antara mereka, dan karenanya tidak dapat dideteksi dengan teknik ini. Sedangkan metode gravitasi langkah-langkah variasi densitas bahan bumi, itu adalah penerjemah yang, berdasarkan pengetahuan tentang kondisi lokal atau data lain, atau keduanya, harus menginterpretasikan data gravitasi dan tiba di solusi geologi yang wajar.

Pengukuran percepatan gravitasi memberikan informasi mengenai densitas batuan bawah tanah. Terdapat rentang densitas yang amat lebar di antara berbagai jenis batuan bawah tanah, oleh karena itu seorang ahli geologi dapat melakukan inferensi atau deduksi mengenai strata atau lapisan-lapisan batuan berdasarkan data yang diperoleh. Patahan yang umumnya memicu lompatan pada penyebaran densitas batuan, dapat teramati dengan metode ini. Nilai g dapat diukur dengan berbagai metode. Bentuk-bentuk paling sederhana misalnya dengan menggunakan pegas atau bandul yang diketahui konstanta-konstantanya. Dengan melakukan pengukuran dapat ditentukan nilai percepatan gravitasi di suatu tempat, yang umumnya berbeda dengan tempat lain.

Dalam bidang fisika bumi dikenal pula metoda gravitasi yaitu suatu metode pengukuran perbedaan percepatan gravitasi suatu tempat untuk memperkirakan kandungan tanah yang berada di bawah titik pengukuran. Dengan cara ini dapat diduga (bersama-sama dengan pemanfaatan metode fisika bumi lainnya) struktur dan juga unsur-unsur pembentuk lapisan tanah yang tersusun atas elemen yang memiliki rapat massa yang berbeda-beda.

Metoda gravitasi merupakan salah satu metoda tidak langsung yang digunakan untuk mengetahui kondisi bawah permukaan bumi, yaitu dengan cara mengamati variasi distribusi lateral dari sifat fisis batuan (densitas). Gravitasi dapat didefinisikan sebagai suatu gaya yang bekerja antara 2 benda, seperti misalnya gaya interaksi antara tubuh kita dan bumi. Besarnya gaya tersebut tergantung pada massa dan jarak yang memisahkan kedua benda tersebut. Oleh karena itu besarnya gaya gravitasi di tiap-tiap tempat di permukaan bumi ini akan selalu berbeda.

Survei gravitasi dilakukan dengan memanfaatkan perubahan gaya gravitasi dari suatu tempat ke tempat lainnya. Biasanya perubahan yang terjadi relatif kecil sehingga dalam pengukuran gravitasi diperlukan suatu alat ukur yang memiliki kepekaan cukup tinggi. Secara umum tempat yang memiliki kandungan batuan bawah permukaan dengan densitas tinggi akan menyebabkan harga gravitasi terukur besar pula dan berlaku pula hal sebaliknya.

Informasi yang diharapkan dari survei gravitasi adalah mengetahui efek dari sumber yang tidak diketahui terhadap perubahan harga gravitasi atau variasi harga gravitasi. Untuk mengetahui besarnya efek dari sumber tersebut terhadap harga gravitasi diperlukan suatu proses reduksi terhadap faktor-faktor lainnya yang juga mempengaruhi harga gravitasi, diantaranya : efek lintang, efek ketinggian (elevasi), efek pasang surut, efek topografi, dan lain-lain. Besarnya harga gravitasi yang benar-benar ditimbulkan oleh sumber yang diketahui tersebut dikenal sebagai anomali gravitasi atau anomali Bouguer.

Anomali gravitasi yang menggambarkan variasi lateral densitas batuan secara tidak langsung memberikan gambaran struktur geologi dibawah permukaan bumi dan hal ini menyebabkan metoda gravitasi merupakan suatu penyelidikan tahap awal dalam eksplorasi minyak bumi, eksplorasi bahan tambang atau mineral.

bumi lebih mendekati bentuk spheroid, relief permukaannya tidak rata, berotasi, ber-revolusi dalam sistem matahari serta tidak homogen, sehingga variasi gravity disetiap titik dipermukaan bumi dipengaruhi oleh berbagai faktor :

1. Lintang

2. Ketinggian

3. Topografi

4. Pasang surut

5. Variasi densitas bawah permukaan

Dalam melakukan survei gravity diharapkan satu faktor saja yaitu variasi densitas bawah permukaan. Sehingga pengaruh 4 faktor lainnya harus dikoreksi atau dihilangkan dari harga pembacaan alat. Untuk itu diperlukan berbagai koreksi : a. Koreksi Spheroid dan Geoid. Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa bentuk bumi lebih mendekati bentuk spheroid, sehingga digunakan spheroid referensi sebagai pendekatan untuk muka laut rata-rata (geoid) dengan mengabaikan efek benda diatasnya.

Prinsip dasar fisika yang mendasari metode gravitasi adalah hukum Newton tentang gaya tarik menarik antar partikel.

Dari besar gaya tarik-menarik yang kita dapatkan, kita dapat mengetahui besar medan yang mempengaruhi alat pengukur yang digunakan, hasil terukur ini disebut medan gravitasi.

Variasi persebaran nilai gravitasi dan hal-hal yang mempengaruhinya dapat dilihat

Hal-hal yang mempengaruhi persebaran nilai gravitasi di permukaan bumi antara lain:

1)      Adanya perbedaan jari-jari bumi. Jari-jari bumi cenderung lebih besar pada garis khatulistiwa. (mengurangi nilai gravitasi)

2)      Adanya kelebihan massa pada bagian khatulistiwa. (menambahkan nilai gravitasi)

3)      Adanya rotasi bumi yang berakibat adanya gaya sentripetal pada bagian khatulistiwa bumi. (mengurangi nilai gravitasi)

Dalam Metode gravitasi, jika suatu batuan berbeda tipe dengan batuan lainnya, makan akan berbeda pula densitasnya, dan jika suatu batuan yang mempunyai densitas lebih tinggi akan mempunyai daya gravitasi yang lebih besar.

Suatu bentuki formasi yang melengkung, seperti antiklin maka akan mempunyai densitas yang lebih tinggi, dan medan gravitasi bumi akan lebih besar disumbu, dibandingkan dengan disepanjang sayapnya. Selain antiklin juga terdapat Salt Dome, yang secara keseluruhan densitasnya lebih kecil daripada batuan yang diterobosnya, dapat dideteksi oleh rekaman gravitasi. Untuk mengukur kekuatan gravitasi dari suatu tempat ke tempat yang lain telah diciptakan suatu instrumen gravitasi yang dinamakan Gravitimeter. Gravitimeter modern adalah benda yang sangat sensitif, yang dapat mendeteksi variasi gravitasi.

Geodinamika bumi

9. GEODINAMIKA

Geodinamika adalah cabang ilmu geofisika yang menjelaskan mengenai dinamika bumi. Ilmu matematika, fisika dan kimia digunakan dalam geodinamika berguna untuk memahami arus konveksi yang ada di mantel bumi yang berperan dalam pergerakan lempeng yang ada di bumi. Dan juga berguna untuk memahami fenomena geologi seperti pemekaran samudra, pembentukan pegunungan, gunung api, patahan dan masih banyak lagi. Selain itu juga dapat digunakan untuk menyelidiki interior di bawah permukaan bumi dengan cara pengukuran medan magnet, gravitasi, gelombang seismic, dan mineral yang terkandung dalam batuan. Geodinamika tidak hanya berlaku dibumi saja melainkan dapat diaplikasikan di planet lain.

Geodinamika secara umum mempelajari tentang proses perpindahan material yang ada di bumi dan perpindahan yang terjadi ketika batuan meleleh atau terdeformasi. Deformasi dapat berupa brittle, elastik, dan plastis. Deformasi adalah perubahan bentuk, dimensi dan posisi dari suatu materi baik merupakan bagian dari alam ataupun buatan manusia dalam skala waktu dan ruang. Tergantung dari besarnya stress dan sifat fisik materialnya. Batuan dan geomaterial lainnya memiliki struktur dan komponen yang berbeda-beda. Serta mendapatkan stress yang berbeda-beda pula tergantung sifat fisiknya. Hal ini yang menyebabkan jenis deformasi batuan.
Data yang digunakan dalam studi geodinamika biasanya adalah data GPS, seismik, model numerik, dan data hasil studi mengenai interior bumi.

1.      Manfaat Mempelajari Geodinamika

Dalam pengembangannya, geodinamika dapat berguna untuk :

a.       Mengetahui model deformasi material geologi termasuk brittle atau ductile

b.      Memprediksikan pola continental akresi dan apa yang terjadi pada lithosfer

c.       Mencari dan memahami mekanisme pergerakan lempeng tektonik

Geodinamika mempelajari proses-proses fisika yang mengatur gerakan kerak bumi (atau kerak dari suatu planet lain)  yang membentuk pegunungan tinggi dan fenomena di permukaan bumi. Ilmu ini termasuk bidang multidisiplin yang memberikan hubungan antara bidang-bidang tektonika, paleomagnetisme, seismologi, fisika mineral, geokimia dan gedesi. Banyak hal yang berkaitan erat antara bidang-bidang ilmu ini. Hubungan ini disebabkan oleh adana fenomena konveksi di dalam mantel bumi dan inti bumi yang menjadi sumber aktifitas geologi di planet kita ini. Konveksi yang terjadi di dalam bumi merefleksikan fenomena kehilangan panas secara gradual, seiring dengan bertambah dinginnya material bumi sebagai fungsi waktu.

Metode yang digunakan dalam Geodinamika secara prinsip didasari pada konsep dalam fisika, utamanya mekanika medium kontinyu. Seiring dengan kemajuan dalam bidang komputasi dan komputasi parallel berunjuk kerja tinggi, pemodelan di bidang geodinamik menjadi semarak dan menghasilkan banyak termuan baru yang berhubungan dengan struktur bagian dalam bumi.

geodinamika ialah studi tentang proses - proses dasar fisika untuk memahami lempengan tektonik dan berbagai fenomena geologi (D.L. Turcotte dan G. Schubert, 2002).

Ilmu geodinamika lebih banyak mempelajari sejarah terbentuknya bumi dengan didukung adanya teori - teori lempeng tektonik.

a)      Teori Lempengan Tektonik

Lempengan tektonik : gerakan hipotesis lempengan kerak bumi yaitu suatu teori yang menjelaskan pergeseran benua, aktivitas seismik dan vulkanik, dan pembentukan jalur pegunungan hingga gerakan lempengan kerak bumi di atas lithosfer (bantuan mantel yang kurang rigid) (microsft encarta reference libary 2005) .

Tahun 1912, Alfred Wegener mencetuskan teori pengapungan benua, yang “menduga” bahwa pada mulanya benua Amerika Selatan dan Afrika bersatu, dan kemudian berpisah menjadi seperti saat sekarang yang terpisah oleh samudra Atlantik. Sejak tahun 1960 berkembanglah Teori Pengapungan Benua (Continental Drift)  yang sekarang di kenal dengan Teori Tektonik Lempeng. Teori ini dapat menjelaskan dan menyederhanakan banyak hal mengenai gejala-gejala alam yang semula di anggap misterius. Seperti gempa bumi yang datangnya secara tiba-tiba dan gunung api yang tiba-tiba meletus.

Teori ini menyatakan bahwa lapisan terluar bumi terbuat dari suatu lempengan tipis dan keras yang masing-masing saling bergerak relatif terhadap yang lainnya. Setiap lempeng tektonik adalah kaku dan bergerak sebagai unit mekanis tunggal. Hal ini mengakibatkan bila sebagian bergerak maka satu unit lempeng akan bergerak. Perubahan kecil akan terjadi pada bagian tengah dan tentu saja kerusakan besar timbul pada bagian tepi karena bersinggungan langsung dengan lempeng yang lain (Gina Andriyani, 2012).

Model tektonik lempeng ini menyebutkan bahwa kerak bumi ini disusun oleh lempeng lempeng yang besar dan kaku. Lempeng lempeng yang menyusun kerak bumi tersebut dapat dibedakan menjadi lempeng kerak benua (continental crust), yaitu lempeng yang menyusun daratan atau benua (kontinen), dan kerak samudera (oceanic crust), yaitu lempeng yang menyusun lantai dasar samudera. Lempeng-lempeng tersebut selalu bergerak walaupun sangat lambat. Pergerakan ini disebabkan karena, adanya perbedaan distribusi panas di bawah kerak bumi (mantel bumi). Panas yang sangat tinggi yang terdapat pada tempat yang lebih dalam akan bergerak naik ke tempat yang temperatumya lebih rendah dan akan menyebar secara lateral. Penyebaran panas secara lateral inilah yang mengakibatkan bergeraknya lempeng-lempeng penyusun kerak bumi. Pergerakan dari lempeng lempeng kerak bumi ini menyebabkan terjadinya gempabumi, aktivitas gunungapi, dan deformasi batuan penyusun kerak bumi yang membentuk pegunungan.

Karena setiap lempeng bergerak sebagai unit yang berbeda, maka interaksi yang sangat besar terjadi pada pertemuan antara lempeng lempeng tersebut. Batas-batas antara lempeng lempeng penyusun kerak bumi merupakan jalur aktivitas gunungapi (vulkanik) dan gempa bumi. Ada tiga macam batas pertemuan lernpeng-lempeng tersebut yang dipisahkan berdasarkan jenis pergerakannya dan setiap lempeng akan dibatasi oleh kombinasi ketiga macam batas tersebut.

1)      Batas divergen, zona dimana lempeng-lempeng saling memisahkan diri (saling menjauh), meninggalkan ruang diantaranya.

2)      Batas konvergen zona dimana lempeng-lempeng bergerak saling mendekati sehingga terjadi tumbukan antara keduanya. Kejadian ini dapat menyebabkan lempeng yang satu menunjam di bawah lempeng lainnya atau hanya tumbukan yang menyebabkan bagian ini akan terangkat bersama-sama.

3)      Batas transform fault, zona dimana, lempeng-lempeng bergerak saling melewati antara satu lempeng dengan lempeng lainnya (bergeseran).

Sebagaimana diketahui bahwa Bumi adalah suatu planet yang dinamis dimana material penyusunnya terdiri dari berbagai jenis lapisan, berada dalam kondisi yang bergerak. Sifat bumi yang dinamis disebabkan oleh adanya 2 sistem yang bekerja di Bumi, yaitu Sistem Hidrologi dan Sistem Tektonik. Dampak dari adanya sistem tersebut secara dramatis terekspresikan pada citra satelit wilayah Amerika Utara (gambar 2-1). Pada citra, pergerakan yang terlihat paling jelas adalah pergerakan fluida yang ada dipermukaan Bumi, yaitu air dan udara. Siklus yang sangat rumit dimana air berpindah dari lautan ke atmosfir kemudian ke daratan dan kembali lagi ke lautan adalah hal yang paling mendasar yang terdapat dalam sistem hidrologi. Sumber energi yang menggerakan sistem ini adalah energi yang berasal dari matahari. Energi panas matahari menguapkan air yang ada di lautan dan juga mengakibatkan atmosfir bersirkulasi sebagaimana diperlihatkan oleh awan badai Dennis pada citra satelit. Uap air yang ada di atmosfir kemudian dibawa bersama atmosfir yang bersirkulasi dan secara teratur uap air terkondensasi yang kemudian jatuh sebagai hujan atau salju. Turunnya hujan atau salju dipengaruhi oleh gaya gravitasi (gayaberat) didalam menarik air kembali kepermukaan bumi. Gayaberat juga berperan dalam mengalirkan air kembali ke lautan melalui beberapa sub-sistem (sungai, air bawah tanah dan gletser). Dalam setiap subsistem tersebut, gayaberat yang menyebabkan air mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah.

Litosfir Bumi mungkin kelihatan seperti diam ditempat, akan tetapi sebagaimana hidrosfir, litosfir Bumi secara konstan bergerak dengan pergerakan yang sangat lambat (1-10 cm pertahun). Saat ini telah terbukti bahwa seluruh litosfir Bumi saling bergerak, dimana benua-benua saling memisahkan diri dan bagian-bagian dari benua tersebut mengapung bergeser hingga ribuan kilometer melalui permukaan Bumi yang memungkinkan satu dan lainnya saling bertabrakan. Rangkaian pegunungan Appalahian yang terlihat sebagai penjajaran dari punggungan bukit dan lembah terbentuk ketika 2 benua bertabrakan ratusan juta tahun yang lalu. Lapisan-lapisan batuan yang terlipat dan terpatahkan membentuk jalur pegunungan yang tinggi dan kemudian secara berlahan dierosi oleh jaringan sungai yang terdapat di wilayah tersebut. Bersamaan dengan tabrakan ini, dibagian pinggir lempeng Amerika Utara terjadi pembentukan palung (rifting) yang mengakibatkan terpisahnya benua Afrika dengan Amerika. Fakta-fakta yang memperlihatkan bahwa seluruh bentuk-bentuk struktural yang terdapat di planet Bumi kita adalah hasil dari sistem yang sederhana yaitu dari pergerakan lempeng-lempeng litosfir. Gerakan dari sistem tektonik lempeng ini dipicu oleh energi panas yang dilepaskan dari dalam Bumi.

A.    KONSEP KONSEP UTAMA SISTEM BUMI

1)      Sistem alamiah adalah sekumpulan dari komponen komponen yang mandiri (tidak saling tergantung satu dengan lainnya) yang saling berinteraksi membentuk suatu keteraturan terpadu dan berada dalam pengaruh gaya yang saling berhubungan. Material yang berada dalam suatu sistem dapat berubah dalam rangka mencapai dan mempertahankan keseimbangan.

2)      Sistem yang menggerakan dan memindahkan air dikenal sebagai sistem hidrologi, Sistem ini memindahkan air dari sungai, air bawah tanah, gletser, lautan dan uap air di atmosfer. Bersamaan dengan perpindahan air maka air tersebut akan mengerosi, mengangkut, dan mengendapkan sedimen sedimen yang diangkutnya membentuk bentuk-bentuk bentangalam tertentu dan tubuh batuan tertentu.

3)      Radiasi matahari merupakan sumber energi dari sistem hidrologi yang terjadi di bumi sedangkan energi panas yang berasal dari dalam bumi adalah energi yang menggerakan dan memindahkan lempeng-lempeng litosfer (sistem tektonik lempeng). Sistem tektonik menjelaskan kenampakan-kenampakan utama dari bentangalam struktural yang ada di bumi.

4)       Tempat dimana lempeng-lempeng bergerak saling menjauh satu dengan lainnya (divergence), maka material panas yang berasal dari dalam mantel akan naik kepermukaan bumi mengisi ruang kosong yang ditinggalkan oleh lempeng tersebut dan akan membentuk litosfer baru. Kenampakan lempeng-lempeng litosfer yang baru yang diakibatkan oleh lempeng-lempeng yang saling menjauh dapat dilihat pada palung benua (continent rift), punggung samudra dan cekungan samudra yang baru.

5)    Tempat-tempat dimana lempeng saling mendekat (convergence), yaitu salah satu lempeng menyusup dibawah lempeng lainnya dan menunjam kedalam mantel. Fitur utama dari kenampakan pada tepi lempeng yang konvergen akan berupa jalur pegunungan lipatan, busur gunungapi dan palung laut dalam.

6)      Tempat dimana lempeng-lempeng saling bergeser secara horizontal satu dan lainnya, maka akan berkembang menjadi batas-batas lempeng transforms, sesar-sesar mendatar dan umumnya dicirikan oleh pusat-pusat kegempaan dengan epicentrum gempa dangkal.

7)       Lempengan kerak bumi yang terletak jauh dari pinggir lempeng dapat menyebabkan material mantel yang berdensitas rendah naik ke permukaan sehingga memungkinkan terbentuknya gunung-gunungapi yang bersumber dari lempeng.

8)    Kerak bumi mengambang diatas mantel bumi yang berdensitas lebih besar yang terletak dibawah kerak bumi. Kerak bumi akan naik dan tenggelam dalam usahanya mempertahankan keseimbangan isostasi.

Seismologi

8. Seismologi

Seismologi pada mulanya merupakan ilmu yang mempelajari tentang gempabumi ( seismos = gempabumi ), tetapi karena perkembangan dari pengetahuan dan teknologi seismologi telah tumbuh menjadi sangat luas dengan bertambahnya beberapa cabang lain, maka definisi dari Seismologi adalah ilmu yang mempelajari gempabumi dan getaran tanah lainnya. Studi tentang gempabumi itu sendiri tetap menjadi inti dari ilmu seismologi. Pada saat terjadi gempabumi, dari sumbernya akan memancar gelombang elastik yang menjalar ke segala arah melalui badan dan permukaan bumi, dan bertolak dari sini dapat diketahui keadaan fisik di dalam bumi. Cabang seismologi selain yang khusus mempelajari tentang gempa bumi antara lain adalah seismologi teknik (earthquake engineering), seismologi prospecting, seismologi nuklir, seismologi forcasting. Seismologi sendiri merupakan cabang dari Solid earth physics yang merupakan cabang ilmu geofisika. Sedang geofisika sendiri merupakan cabang dari geosains. Untuk jelasnya posisi seismologi dari anak cabang geofisika dapat dilihat pada skema berikut:

 

Seperti halnya geofisika, aktivitas yang terkait dengan seismologi meliputi kegiatan kegiatan pengamatan, eksperimen dan penelitian di laboratorium serta penelitian secara teoritis.

Obyek Penelitian bidang seismologi adalah bagian dalam bumi sedangkan pengamatannya dilakukan di permukaan, sehingga sering mengalami kendala, dimana hasil interpretasinya antara peneliti yang satu dengan yang lain sering berbeda. Hal ini karena disamping penelitian tidak pada obyeknya langsung, tetapi juga menggunakan asumsi-asumsi yang berbeda. Untuk menghasilkan interpretasi yang lebih akurat penelitian seismologi harus seiring dengan penelitian geofisika yang lain seperti, geomagnit, geolistrik, dan gravitasi. Disamping itu yang lebih utama adalah eksperimen dan penelitian yang dilakukan di laboratorium dan juga analisis teoritis yang didukung dengan ilmu penunjang yang lain seperti fisika, matematika, statistik dan geologi.

Seismologi menjadi ilmu pengetahuan sendiri sejak permulaan abad 20, tetapi dasar teorinya seperti teori elastisitas telah berkembang sejak pertengahan abad 19 oleh Cauchy dan Poisson. Sedang pengamatan gempabumi dengan akibat-akibatnya telah dimulai sejak permulaan jaman sejarah, terutama di tempat gempabumi tersebut sering terjadi dan mengganggu kepentingan manusia. Alat pengamat gempa pertama dalam bentuk yang sangat sederhana dibuat di Cina pada abad pertama yang disebut dengan seismoscope. Sedangkan di Indonesia pengamatan gempa bumi secara instrumental dilakukan pertama kali pada tahun 1898 dengan seismograf Ewing yang dioperasikan oleh pemerintah Belanda, kemudian pada tahun 1908 dipasang seismograf Wichert yang sampai saat ini masih terawat dengan baik dan berada di Stasiun Geofisika Jakarta. Alat ini menggunakan sistem pendulum dimana berat pendulumnya sendiri sekitar satu ton.

1)      Gempabumi

Setiap tahun planet bumi digoyang oleh lebih dari 10 gempa bumi besar yang membunuh ribuan manusia, merusak bangunan dan infra struktur serta menjadi bencana alam yang menimbulkan dampak negatif terhadap perekonomian dan sosial pada daerah di sekitar yang diakibatkannya. Pada masyarakat tradisional dan awam gempabumi disebabkan oleh bermacam-macam hal sesuai dengan kepercayaan masyarakat setempat. Sebagian masyarakat Jawa tradisional mempercayai bahwa gempa bumi disebabkan karena suatu mahluk besar yang membebani bumi sedang bergerak. Masyarakat Jepang kuno mempercayai gempa bumi disebabkan oleh semacam ikan lele (cat fish) yang sedang bergerak, dan banyak kepercayaan lain yang disebabkan karena hal-hal yang misterius. Lalu apa yang sebenarnya menyebabkan terjadi gempabumi ? Jawabannya ada pada teori pergerakan lempeng tektonik.

Menurut teori tektonik lempeng, bagian luar bumi merupakan kulit yang tersusun oleh lempeng-lempeng tektonik yang saling bergerak. Di bagian atas disebut lapisan litosfir merupakan bagian kerak bumi yang tersusun dari material yang kaku. Lapisan ini mempunyai ketebalan sampai 80 km di daratan dan sekitar 15 km di bawah samudra. Lapisan di bawahnya disebut astenosfir yang berbentuk padat dan materinya dapat bergerak karena perbedaan tekanan.

Litosfir adalah suatu lapisan kulit bumi yang kaku, lapisan ini mengapung di atas astenosfir. Litosfir bukan merupakan satu kesatuan tetapi terpisah-pisah dalam beberapa lempeng yang masing-masing bergerak dengan arah dan kecepatan yang berbeda-beda. Pergerakan tersebut disebabkan oleh adanya arus konveksi yang terjadi di dalam bumi. Bila dua buah lempeng bertumbukan maka pada daerah batas antara dua lempeng akan terjadi tegangan. Salah satu lempeng akan menyusup ke bawah lempeng yang lain, masuk ke bawah lapisan astenosfir. Pada umumnya lempeng samudra akan menyusup ke bawah lempeng benua, hal ini disebabkan lempeng samudra mempunyai densitas yang lebih besar dibandingkan dengan lempeng benua. Apabila tegangan tersebut telah sedemikian besar sehingga melampaui kekuatan kulit bumi, maka akan terjadi patahan pada kulit bumi tersebut di daerah terlemah. Kulit bumi yang patah tersebut akan melepaskan energi atau tegangan sebagian atau seluruhnya untuk kembali ke keadaan semula.

Peristiwa pelepasan energi ini disebut gempabumi. Gempabumi terjadi di sepanjang batas atau berasosiasi dengan batas pertemuan lempeng tektonik. Pada kenyataannya pergerakan relatif dari lempeng berjalan sangat lambat, hampir sama dengan kecepatan pertumbuahan kuku manusia (0-20 cm pertahun). Hal ini menimbulkan adanya friksi pada pertemuan lempeng, yang mengakibatkan energi terakumulasi sebelum terjadinya gempa bumi. Kekuatan gempa bumi bervariasi dari tempat ke tempat sejalan dengan perubahan waktu. Batas lempeng tektonik dapat dibedakan atas tiga bentuk utama, konvergen, divergen, dan sesar mendatar. Bentuk yang lainnya merupakan kombinasi dari tiga bentuk batas lempeng ini.

Pada bentuk konvergen lempeng yang satu relatif bergerak menyusup di bawah lempeng yang lain. Zona tumbukan ini diindikasikan dengan adanya palung laut (trench), dan sering disebut juga dengan zona subduksi atau zona Wadati-Benioff. Zona penunjaman ini menyusup sampai kedalaman 700 km dibawah permukaan bumi di lapisan astenosfir.

 Bentuk konvergen berasosiasi terhadap sumber gempa dalam dan juga gunung api. Pada bentuk divergen kedua lempeng saling menjauh sehingga selalu terbentuk material baru dari dalam bumi yang menyebabkan munculnya pegunungan di dasar laut yang disebut punggung tengah samudra (mid oceanic ridge). Sedang pada tipe jenis sesar mendatar kedua lempeng saling bergerak mendatar. Sketsa jenis pertemuan lempeng tektonik dapat dilihat pada gambar berikut:

 

Gambar1.1: Sketsa jenis pertemuan lempeng tektonik

Akibat pergerakan lempeng tektonik, maka di sekitar perbatasan lempeng akan terjadi akumulasi energi yang disebabkan baik karena tekanan, regangan ataupun gesekan. Energi yang terakumulasi ini jika melewati batas kemampuan atau ketahanan batuan akan menyebabkan patahnya lapisan batuan tersebut.

Jadi gempa bumi tidak lain merupakan manifestasi dari getaran lapisan batuan yang patah yang energinya menjalar melalui badan dan permukaan bumi berupa gelombang seismik. Energi yang dilepaskan pada saat terjadinya patahan tersebut dapat berupa energi deformasi, energi gelombang dan lain-lain.

Energi deformasi ini dapat terlihat pada perubahan bentuk sesudah terjadinya patahan, misalnya pergeseran. Sedang energi gelombang menjalar melalui medium elastis yang dilewatinya dan dapat dirasakan sangat kuat di daerah terjadinya gempabumi tersebut . Pusat patahan didalam bumi dimana gempabumi terjadi disebut fokus atau hiposenter, sedang proyeksi fokus yang berada di permukaan bumi disebut episenter.

Gempabumi selain terjadi pada perbatasan lempeng juga terjadi pada patahan-patahan lokal yang pada dasarnya merupakan akibat dari pergerakan lempeng juga. Gempabumi yang terjadi di sekitar perbatasan lempeng biasa disebut gempa interplate, sedang yang terjadi pada patahan lokal yang berada pada satu lempeng disebut gempa intraplate. Karena bentuk pertemuan lempeng ada tiga macam, dengan demikian gempa interplate juga bisa terjadi tiga macam, yaitu:

a)      Gempa bumi yang terjadi di sepanjang sistem rift dimana lempeng samudra terbentuk.

b)      Gempa bumi yang terjadi di sepanjang sistem subduksi dimana lempeng samudra menyusup di bawah lempeng kontinen.

c)      Gempa bumi yang terjadi di sepanjang patahan transform atau sesar geser dimana pertemuan lempeng tektonik saling menggeser secara horizontal.

2)      Jenis Gempabumi

Gempabumi yang merupakan fenomena alam yang bersifat merusak dan menimbulkan bencana dapat digolongkan menjadi empat jenis, yaitu:

 a. Gempabumi Vulkanik ( Gunung Api )

Gempa bumi ini terjadi akibat adanya aktivitas magma, yang biasa terjadi sebelum gunung api meletus. Apabila keaktifannya semakin tinggi maka akan menyebabkan timbulnya ledakan yang juga akan menimbulkan terjadinya gempabumi. Gempabumi tersebut hanya terasa di sekitar gunung api tersebut.

b. Gempabumi Tektonik

Gempabumi ini disebabkan oleh adanya aktivitas tektonik, yaitu pergeseran lempeng lempeng tektonik secara mendadak yang mempunyai kekuatan dari yang sangat kecil hingga yang sangat besar. Gempabumi ini banyak menimbulkan kerusakan atau bencana alam di bumi, getaran gempa bumi yang kuat mampu menjalar keseluruh bagian bumi.

c. Gempabumi Runtuhan

Gempabumi ini biasanya terjadi pada daerah kapur ataupun pada daerah pertambangan, gempabumi ini jarang terjadi dan bersifat lokal.

d. Gempabumi Buatan

Gempa bumi buatan adalah gempa bumi yang disebabkan oleh aktivitas dari manusia, seperti peledakan dinamit, nuklir atau palu yang dipukulkan ke permukaan bumi.