ANALISA ANOMALI MAGNETIK SEBAGAI STUDI PREKURSOR GEMPA BUMI

[Geotrivia 7]

Gempabumi merupakan peristiwa alam yang sampai saat ini belum dapat diprediksi secara pasti kapan, dimana terjadinya dan seberapa besar kekuatannya, namun bersifat merusak dalam waktu singkat sehingga dapat menimbulkan korban harta benda dan jiwa. Untuk itu berbagai studi berusaha dikembangkan untuk dapat meminimalisir dampak yang ditimbulkan akibat gempabumi. Salah satu cara adalah  pemahaman mengenai mekanisme kegempaaan dan fenomena alam yang muncul sebelum (prekursor) gempa bumi terjadi sangat diperlukan dalam langkah awal prediksi gempa bumi.

Metode magnetik merupakan salah satu metode yang dapat dimanfaatkan dalam prekursor gempa bumi. Gelombang Magnetik digunakan untuk mengindikasikan terjadinya gempa karena percepatan gerakan lempeng dan magma sehingga mengakibatkan perubahan formasi batuan di bawah permukaan bumi timbul lonjakan gelombang elektromagnet. Anomali ini dapat terlihat sebelum gempa terjadi. Penelitian hal serupa pun dilakukan oleh Hattori (2004) & Yumoto (2006). Hattori, dkk meneliti prekursor gempa bumi dengan menggunakan impedansi komponen listrik (E) dan komponen H (magnet) gelombang magnetik yang dipilih pada frekuensi 0,01 agar terhindar dari noise yang disebut dengan sinyal ULF (Hattori, 2004).

 

Medan Magnet Bumi

Nilai magnet bumi merupakan besaran vektor total magnet bumi (F) dan dapat dinyatakan dalam komponen-komponennya. Komponen medan magnet bumi dapat diuraikan sebagai berikut:

 

wa2

Gambar Komponen Kemagnetan Bumi

Keterangan:

  1. Vektor X, Y, dan H terletak pada bidang horizontal dimana komponen X berada disepanjang sumbu geografis, komponen Y pada timur geografis dan H pada komponen horizontal.
  2. Vektor Z merupakan komponen vertikal medan magnet bumi.
  3. Vektor F merupakan komponen total medan magnet yang terletak pada bidang vertikal yang memuat komponen H dan Z.
  4. Sudut D merupakan sudut deklinasi yang dibentuk oleh arah utara sebenarnya (X) dengan komponen horizontal (H).
  5. Sudut I merupakan sudut inklinasi yang besarnya ditentukan oleh vektor H dan F.

Hubungan medan magnet antar tiap komponennya dapat dinyatakan melalui persamaan berikut:

Z = F Sin I

H = F Cos I

X = H Cos D

Y = H Sin D

F² = H²+Z² = X²+Y²+Z²

Besarnya nilai komponen magnet X, Y, Z, D, dan H dapat diperoleh melalui hasil pengukuran baik secara manual maupun digital. Sedangkan besarnya komponen yang lain dapat diperoleh melalui hasil perhitungan. Hasil pengukuran medan magnet bumi di suatu tempat dapat digunakan sebagai parameter dalam mempelajari tentang precursor gempa bumi (tanda- tanda sebelum terjadinya gempa). Komponen- komponen ini dapat dijadikan sebagai parameter gempa bumi bila nilai-nilai komponen ini mengalami penyimpangan (anomali) dari nilai standarnya sebelum terjadinya gempa bumi.

Geomagnet Sebagai Prekursor Gempa Bumi

Mekanisme mengenai anomali magnet bumi yang berhubungan dengan aktivitas gempa bumi telah dijabarkan oleh Hayakawa dan Kamogawa (2004) dalam Hattori. Mereka mengilustrasikan ketiga model tersebut dalam gambar dibawah. Tiga model dari mekanisme gelombang ULF. Dua model menjelaskan tentang emisi ULF yang disebabkan oleh micro-fracturing dan gaya elektrokinrtis, dimana sebelum terjadi gempa bumi akan ada akumulasi energi di litosfer hingga terjadi retakan mikro (microfracturing) yang mengakibatkan lepasnya emisi ULF, emisi radon, serta perubahan konduktivitas. Dan satu model menjelaskan tentang perubahan amplitudo gelombang elektromagnetik yang dilihat dari Power Ratio (Z/H) dimana komponen H dan Z sangat berpengaruh terhadap perubahan medan magnet bumi. Jika terjadi konduktivitas perubahan pada komponen H signifikan dan komponen Z kecil maka diyakini berasal dari atmosfer atau ionosfer, tapi jika terjadi konduktivitas komponen Z yang besar dan komponen H kecil maka diyakini sebagai akibat dari aktivitas litosfer. Selanjutnya model ini digunakan oleh Yumoto (2009) untuk menentukan prekursor gempabumi.

Penjelasan sederhananya yaitu, jika material diberi tekanan atau stress, maka sifat material akan mengalami perubahan yang dapat diamati secara berkala (Sunardi dkk, 2015). Contohnya adalah sifat magnetik, radioaktifitas, resistivitas, komposisi elektron, suhu dan banyak lainnya. Dengan demikian, jika material dalam lapisan bumi mengalami tekanan akibat aktivitas seismik seperti microfracturing dan gaya elektrokinetis yang nantinya dapat diikuti dengan pelepasan energi dalam bentuk gempabumi maka sifat material tersebut akan berubah drastis menjadi lebih tinggi atau lebih rendah dari kondisi normal. Perubahan yang muncul akibat aktivitas seismik dalam litosfer dapat dimonitor karena berpengaruh hingga atmosfer, bahkan ionosfer.

 

wa3

Gambar Model ULF yang berasosiasi dengan gempa bumi (Hattori,2006

Untuk menentukan karakteristik tanda (signature) dari prekursor gempabumi dengan data magnet bumi dibutuhkan teknik prekursor dengan waktu yang singkat (30 hari) karena apabila digunakan pengamatan dalam waktu yang panjang akan sangat sulit dilakukan untuk mencari tanda dari prekursor gempabumi tersebut yang mungkin bercampur dengan anomali dari gempa lainnya. Data magnet bumi dipakai untuk menentukan prekursor gempabumi pada emisi gelombang elektromagnetik spektrum Ultra Low Frequency, ULF( f ≤ 1 Hz) yang dianggap paling prospektif untuk prekursor gempabumi. Pemantauan prekursor tersebut sangat memungkinkan untuk mendukung prekursor gempabumi dengan orde waktu pendek (Hattori,2006).

 

Indeks Dst (Disturbance Storm Time)

Indeks DST (Disturbance Storm Time) ialah indeks nilai yang digunakan untuk mengkarakterisasi ukuran badai geomagnetik. Kita menyebut Dst sebagai medan gangguan (disturbance field), yang simetris secara axial terhadap sumbu axis kutub, dan dilihat sebagai fungsi dari waktu badai. Jika index monitoring Dst dalam H diturunkan secara kontinyu sebagai fungsi dari UT, variasi akan sangat jelas mengindikasikan terjadinya badai magnetik dan tingkat keparahannya saat badai itu terjadi.

Tahapan dalam Penelitian ini diantaranya :

  1. Study Literatur
  2. Pengumpulan Data.

Pada penelitian ini, data yang digunakan ada 3 jenis yaitu; Data Gempa Bumi, Data Magnetik, dan Data Indeks Dst.

  1. Pengolahan Data
  2. Analisa Data.

Pada tahap analisa data, dilakukan 2 analisa, yaitu analisa badai magnetik dengan Dst Indeks dan juga analisa data Polarisasi Power Rasio Z/H

 

 

Analisis Badai Magnetik dengan Dst Indeks

Analisa parameter magnetik sebagai prekursor gempa bumi sebelumnya di integrasikan terlebih dahulu dengan Dst Indeks. Pengamatan Dst Indeks dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui adanya peningkatan atau penurunan intensitas variasi medan magnetik yang diakibatkan oleh aktivitas matahari atau yang bersifat global. Umumnya gangguan medan magnet atau badai magnet dinyatakan dengan nilai negatif yang menunjukkan penurunan medan magnet bumi (Gonzales dkk, 1994). Intensitas gangguan geomagnet diklasifikasikan menjadi 3 (tiga) kelas seperti yang ditunjukkan dibawah ini :

wa1

Analisa Polarisasi Power Rasio Z/H

Berdasarkan penelitian sebelumnya (Hayakawa, Hattori, and The Magdas Group, 2007), kenaikan maupun penurunan nilai polarisasi komponen vertikal dan komponen horizontal medan magnetik dijadikan acuan untuk melihat apakah benar sinyal ULF geomagnet dapat digunakan sebagai parameter untuk melihat gejala fisis sebelum terjadinya gempa bumi. Secara pendekatan statistik pendukung, konsep yang digunakan adalah jika nilai polarisasi magnetik melebihi standart deviasi dari rata-rata harian, maka dapat disebut anomali selanjutnya dalam rentang waktu tertentu dapat diduga sebagai tanda awal (prekursor) gempa bumi.

Anomali/prekursor dapat terlihat dari pola (trend) yang cenderung meningkat secara lokal. Untuk memastikan atau mengkonfirmasi apakah kenaikan trend yang terjadi bersifat global atau tidak, dapat digunakan indeks DST (Day Strom Time). Jika berdasarkan indeks Dst tidak terdapat gangguan/aktivitas eksternal, maka analisis dapat dilanjutkan dengan membandingkan data tersebut dengan grafik spektrumnya.

 

wa

Gambar diatas merupakan contoh dari hasil anomali magnetik yang dicocokkan dengan arah azimuth dan even gempa. Dimana yang ditandai dengan warna merah sebagai nilai polarisasi power rasio Z/H, sedangkan warna biru adalah nilai standart deviasi dari rata-rata harian.

Pembuktian Anomali Magnetik dengan Dst Indeks

Untuk lebih memastikan bahwa anomali tersebut tidak  disebabkan oleh adanya anomali matahari yang mengakibatkan badai magnetik, dikoreksilah hasil dari polarisasi power rasio Z/H tersebut dengan Dst Indeks. Terdapat anomali polarisasi Z/H yang diduga sebagai prekursor gempa bumi Sehingga dapat diartikan bahwa anomali yang terjadi bukan karena badai magnetik yang disebabkan oleh anomaly matahari.

Berdasarkan penelitian yang sudah dilakukan, disimpulkan bahwa parameter elektromagnetik berupa magnetik mempunyai anomali yang dapat dijadikan bahan analisa untuk prekursor gempabumi.

 

 

Sumber :

Suaidi, A. dkk. (2013). “Prekursor Gempa Bumi Padang 2009 Berbasis Hasil Analisis Polarisasi Power Rasio dan Fungsi Transfer Stasiun Tunggal. Jurnal Ilmiah Geomatika. 19 No 1 Agustus 2013: 49-56

Prasetyo, Dwiyanto Hadi. 2017. Analisa Anomali Magnetik Sebagai Studi Prekursor Gempa Bumi Di Wilayah Sulawesi Utara. Tugas Akhir Departemen Teknik Geofisika. ITS. Surabaya

 

Penulis : Almira Mahsa, ITS.

Himpunan Mahasiswa Geofisika Indonesia

HMGI

Shares