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, co-

seismic, 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 East-

West (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