Seismologi Awal dan Perkembangannya
Pengertian Seismologi Seismologi berasal dari Bahasa Yunani,
yaitu seismos yang berarti getaran atau goncangan dan logos yang
berarti ilmu pengetahuan[1], maka seismologi adalah ilmu
pengetahuan yang mempelajari gempa bumi dan perambatan gelombang
elastik pada Bumi maupun planet lain[2] (Wikipedia). [1]
copetfisika05.wordpress.com/tag/sejarah-seismologi/ Seismologi
adalah cabang ilmu dalam bidang geofisika yang berinduk dari sains
kebumian. Seismologi mempelajari gelombang yang dihasilkan dari
gempa bumi yang dapat memberikan informasi kepada kita mengenai
struktur bumi dan fisik dari gempa bumi itu sendiri. Hal ini
menunjukkan bagi para ilmuan yang mempelajari struktur bumi bagian
dalam, bahwa tidak memungkinkan dilakukan observasi langsung, dan
informasi gelombang ini, menyediakan banyak penemuan penting
mengenai karakteristik planet kita. Pemahaman mengenai proses fisik
yang menyebabkan terjadinya gempa bumi menjadi jalan dalam usaha
mengurangi kerusakan yang berdampak pada manusia. Dalam mempelajari
seismologi, banyak aspek yang dapat dikaji, mulai dari struktur
interior bumi, mekanisme penjalaran gelombang seismik maupun sumber
gempa, mitigasi kebencanaan gempa bumi, hingga instrumentasi.
Berikut akan dipaparkan perkembangan seismologi berserta
perkembangan aspek-aspeknya. Seismologi Kuno Pada awalnya
seismologi merupakan ilmu yang bersifat takhayul dan sangat tidak
ilmiah. Berbagai negara memiliki mitologi atau kepercayaan nenek
moyang terkait peristiwa terjadinya gempa bumi. Di India, bumi
ditopang oleh empat gajah yang berdiri diatas cangkang kura-kura
raksasa. Kura-kura tersebut berada diatas kobra. Ketika hewan-hewan
ini bergerak, bumi bergetar ada terjadilah gempa bumi. Di Jepang,
hidup ikan lele raksasa bernama Namazu dibawah laut dimana pulau -
pulau Jepang berada diatasnya. Seorang manusia dewa menaruh batu
yang berat diatas kepalanya agar Namazu tidak bergerak. Suatu
ketika manusia dewa terganggu, Namasu bergerak dan menyebabkan bumi
berguncang. Kebudayaan Yunani pun mencoba mendefinisikan kejadian
gempa bumi, Thase (624 BC - 546 BC) mengungkapkan bumi (yang
dianggap datar) dianalogikan sebagai kapal besar yg mengapung
diatas lautan. Saat terjadi goncangan pada lautan, menyebabkan bumi
bergetar atau bahkan retak. Aristoteles (384 BC 322 BC), menyatakan
terdapat angin yang berhembus terjebak dibawah tanah dan
menyebabkan getaran saat keluar.
(a)
(b)
Gambar 1. Kepercayaan nenek moyang terhadap gempa bumi di India
(a) dan Jepang (b). Seismologi Modern Penelitian gempa bumi secara
ilmiah dilakukan pertama kali pada gempa Lisbon (1 November 1755
pukul 09.40 waktu setempat). Gempa tersebut diikuti oleh tsunami
dan kebakaran, yang menyebabkan kerusakan mendekati total di Lisbon
dan area sekitarnya. Ahli Geologis saat ini memperkirakan gempa
Lisbon mencapai magnitudo 9 Skala Richter, dengan episenter di
Samudra Atlantik sekitar 200 km dari barat daya Tanjung St.
Vincent. Diperkirakan total kematian antara 60.000 hingga 100.000
orang, yang menyebabkan gempa ini menjadi salah satu gempa paling
merusak dalam sejarah. Gempa ini memicu penelitian mengenai gempa
dan teorinya, J. Mitchel (1761) dan J. Drijhout (1765) mengemukakan
:-
Getaran yang terjadi disuatu tempat disebabkan oleh gelombang
yang merambat dari tempat tertentu Penyebab gempa adalah air yang
menguap secara tiba-tiba akibat kontak dengan underground fire
-
Gempa ini menandakan dimulainya era modern dari seismologi,
mendorong berbagi penelitian untuk mengetahui dampak, posisi, dan
waktu terjadinya gempa bumi.
a).
b).
a). Reruntuhan Biara Carmo, yang hancur akibat gempa Lisbon. b).
Lokasi episenter gempa, diperkirakan bermagnitudo 8.5 9 Momen
magnitude. Perkembangan Seismologi Bidang Teori Perkembangan teori
elastisitas dan instrumentasi menjadi cikal bakal ilmu seismologi.
Tahun 1660, Hooke menemukan suatu hubungan antara tegangan dan
regangan yang kemudian dikenal sebagai Hukum Hooke. Hukum ini
adalah hukum dasar dalam penjalaran gelombang seismik.
Ilustrasi Hukum Hooke yang menunjukkan hubungan antara regangan
dan tegangan
Tahun 1830, Poisson menggunakan persamaan gerak dan hukum
elastisitas untuk menunjukkan bahwa hanya terdapat dua tipe dasar
gelombang, yaitu gelombang P dan S. Tahun 1887, Lord Rayleigh
mendemonstrasikan adanya solusi tambahan dari persamaan gerak
elastik untuk gelombang P dan SV yang berinteraksi dengan permukaan
bebas. Gelombang ini disebut gelombang Rayleigh yang merambat
sepanjang permukaan medium.
Tahun 1911, tipe kedua gelombang permukaan yang dihasilkan dari
interaksi gelombang SH pada suatu medium terbatas dengan sifat
material berlapis dikarakterisasikan oleh Love dan karenanya
disebut gelombang Love.
Tipe-tipe gelombang elastik yang menjalar diBumi beserta arah
pergerakan partikelnya. (Atas) menunjukkan gelombang body yang
merupakan gelombang yang melintasi perut bumi. Gel. P memiliki
pergerakan partikel yang searah dengan penjalaran gelombang, gel.S
memiliki pergerakan partikel yang tegak lurus dengan arah
penjalaran gelombangnya. (Bawah) merupakan jenis-jenis gelombang
permukaan, gelombang merambat pada permukaan bumi, gelombang ini
bersifat destruktif terhadap bangunan yang tidak memenuhi standar.
Gel. Rayleigh merupakan gelombang yang terdiri atas komponen gel. P
dan gel. SV, sedangkan gel.Love memiliki komponen gel.SH.
Bidang Instrumen Perkembangan instrumentasi dimulai dari alat
yang berdasarkan pada pendulum tanpa damping. Namun jauh sebelum
itu, Cina pada kisaran tahun 132, C. Heng telah membuat seismoscope
alat ini mampu mendeteksi getaran tanah yang disebabkan gempa dan
arah datangnya. Pada tahun 1875, Filippo Cecchi menemukan cara
perekaman gelombang yang merupakan fungsi terhadap waktu. Observasi
pertama gempa berjarak jauh, atau telesism, terekam di Postdam pada
tahun 1889 untuk gempa Jepang. Pada 1898 E. Wiechert memperkenalkan
seismometer pertama dengan menggunakan peredam, hal ini
memungkinkan untuk merekam semua fase gelombang yang ditimbulkan
oleh suatu gempa. Seismograf elektromagnetik pertama dikembangkan
pada awal 1900 oleh B. B. Galitzen, pergerakan pendulum digunakan
untuk menghasilkan arus. Saat ini semua seismograf bersistem
elektromagnetik, sehingga dapat merekam gelombang seismik yang
berpita frekuensi lebar dan beramplitudo tinggi. Perkembangan
teknologi sekarang ini membuat
sistem perekaman yang semakin canggih, seperti real time
seismometer yang bisa diakses lewat satelit. Struktur Interior Bumi
Kemampuan seismogram merekam berbagai fase gelombang dari gempa,
memicu perkembangan dalam bidang penentuan struktur kecepatan
gelombang seismik bumi. Tahun 1900, Richard Oldham menginformasikan
identifikasi gelombang P, S dan permukaan dari seismogram, yang
akhirnya pada tahun 1906, dia mendeteksi keberadaan inti bumi dari
ketiadaan gelombang P dan S langsung pada jarak sumber dan penerima
lebih dari 100. Tahun 1909, Adrija Mohorovicic menemukan keberadaan
discontinuity kecepatan antara kerak dan mantel berdasarkan data
observasi. Batas lapisan tersebut disebut Moho. Tahun 1907,
Zoeppritz membuat table waktu tempuh pertama yang dipakai secara
luas. Tahun 1914, Beno Gutenberg mempublikasikan tabel fasa-fasa
dari inti bumi dan estimasi akurat pertama kedalaman inti fluida
bumi sekitar 2900 km. Tahun 1936, Inge Lehman menemukan inti dalam
bumi yang padat. Tahun 1940, Harold Jeffrey dan K. E. Bullen
mempublikasikan versi terakhir tabel waktu tempuh dengan jumlah
fasa-fasa seismik yang besar. Dari data waktu tempuh ini dapat
ditentukan penentuan kecepatan rata-rata (refereni) bumi terhadap
kedalaman, kemudian dapat digunakan untuk menduga profil densitas
bumi. Peningkatan jumlah stasiun seismik pada awal 1900
memungkinkan untuk menentukan lokasi lokasi gempa, dan memperoleh
penemuan bahwa distribusi lokasi gempa tidaklah acak, melainkan
cenderung berada pada daerah tertentu yang sekarang dikenal dengan
wilayah ring of fire. Pada awalnya penemuan ini belum diapresiasi
sampai tahun 1960 sebagai bukti yang mendukung teori tektonik
lempeng. Mekanisme Fokus H. F. Reid mempelajari survey yang
melintasi sesar sebelum dan sesudah gempa San Francisco 1906. 1910
ia mengusulkan teori bingkas elastic yang merupakan teori sumber
seismik yang sangat penting. Tahun 1923, H. Nakano mengusulkan
teori sumber doublecouple, yang sesuai dengan tinjauan teoritis
maupun observatif. Seismologi dalam Perang Tahun 1946, rekaman
seismik mampu merekam kejadian bom nuklir dekat Bikini Atoll. Hal
ini memicu pendanaan dari Militer Amerika Serikat pada bidang
seismologi untuk mendeteksi aktivitas nuklir Uni Soviet. Pendanaan
yang besar, menemukan perbaikan instrumen dan pendirian penelitian
seismologi di kampus maupun badan penelitian. Sampai saat ini,
jaringan seismogram global sudah mencakup seluruh bumi, sehingga
menghasilkan lokasi gempa yang lebih akurat dan observasi pola
radiasi gelombang yang konsisten dengan konsep double-couple.
Dengan adanya jaringan seismik global, aktivitas nuklir suatu
negara dapat diidentifikasi.
Seismologi Bukan Bumi Antara tahun 1969 dan 1972, seismometer
ditempatkan di Bulan melalui misi Apollo, dan gempa bulan pertama
terekam. Dengan data-data gempa bulan, struktur interior bulan
terpetakan hingga kedalaman 1000 km. Lapisan kerak dan mantel bulan
teridentifikasi, dengan ketebalan kerak berkisar 60 km. Pemasangan
Seismometer juga dilakukan di Mars melalui proyek Viking 2 pada
tahun 1976, dan hanya terekam satu gempa Mars, akibat terhambat
oleh wind noise. Walaupun tidak praktis menempatkan seismometer
pada Matahari, namun memungkinkan untuk mendeteksi getaran dari
permukaan matahari dengan melakukan pengukuran pergeseran Doppler
dari garis spectral (the Doppler shift of spectral line). Getaran
seperti ini diobservasi pertama kali oleh Robert Leighton pada
tahun 1960, dia menemukan bahwa permukaan Matahari bergetar secara
terus-menerus dengan perioda sekitar lima menit dan sangat
bervariasi sepanjang spasial kecil panjang gelombang. Pada awalnya
getaran ini diinterpretasi sebagai hasil dari pergerakan gas lokal
dekat permukaan matahari, namun akhir 1960 beberapa peneliti
mengajukan bahwa getaran tersebut dihasilkan dari gelombang akustik
yang terperangkap didalam matahari. Ide ini dikonfirmasi pada 1975
ketika ditunjukkan pola gelombang yang terobservasi, konsisten
dengan prediksi pada getaran bebas pada Matahari, dan munculah
bidang helioseismologi.
Model kecepatan seismik bulan (Goins et al., 1981)
Model kecepatan suara dalam matahari (adaptasi dari Harvey,
1995)
Perkembangan Komputasi Kemajuan komputer pada tahun 1960
memungkinkan pengolahan maupun analisis data dalam jumlah yang
besar maupun kompleks, dan menghitung lokasi hiposenter harian.
Pada era ini kemajuan secara cepat terjadi pada bidang teknik
pencitraan seismik menggunakan sumber buatan yang digunakan secara
luas dalam industri minyak dalam memetakan struktur kerak dangkal.
Tahun 1976, data seismograf global tersedia dalam bentuk digital,
sehingga memungkinkan dilakukan perbandingan antar dua
waveform.
Kemajuan komputasi memunculkan metoda tomografi yang
dianalogikan teknik pencitraan dalam bidang kedokteran. Metoda
tomografi mampu menampilkan struktur kerak dan mantel dalam dengan
resolusi tinggi.
Variasi lateral dalam kecepatan S pada kedalaman 150, 550, 1000,
1600, 2200, dan 2800 km pada mantel (Manners dan Masters, 2008).
Ditunjukkan kontur perturbasi kecepatan dengan warna hitam
menunjukkan daerah dengan kecepatan 1.4% lebih cepat dari model
rata-rata dan warna putih menunjukkan kecepatan 1.8% lebih lambat
dari model rata-rata.
Magnitudo Pengukuran ukuran gempa secara luas pertama kali
adalah skala magnitudo yang dikembangkan pada gempa-gempa di
California bagian Selatan oleh Charles Richter dan Beno Gutenberg
pada tahun 1935. Karena skala Richter bersifat logaritmik,
magnitudo Richter dalam selang kecil mampu mendeskripsikan ukuran
gempa yang bervariasi. Gempa ukuran terkecil yang dirasakan
dipermukaan bermagnitudo 3, dan gempa besar seperti gempa San
Francisco 1906 memiliki magnitudo 8 atau lebih. Namun skala ini
secara empirical tidak memiliki hubungan dengan propertis sumber.
Pengukuran ukuran gempa
yang lebih bersifat fisik adalah momen seismic yang dirumuskan
oleh Keiiti Aki pada tahun 1966. Hal ini memicu definisi magnitudo
momen, yang menunjukkan skala gempa walau lebih besar dari
magnitudo 8. Seismologi Saat Ini Distribusi seismisitas global
menunjukkan adanya hubungan perbatasan antar lempeng dengan lokasi
hiposenter, telah teungkap bahwa gempa tidak terdistribusi secara
acak, melainkan adanya penyebab mekanisme yang menimbulkan gempa.
Hal ini dapat terungkap tanpa adanya jaringan seismogram global.
Perkembangan instrumentasi berupa ketersediaan seismogram portable
juga memungkinkan untuk menghasilkan pencitraan kerak yang detail
baik menggunakan sumber pasif, maupun aktif. Dengan sumber pasif
(data gempa-gempa mikro) dapat digunakan untuk menghasilkan
penampang tomografi bawah pwemukaan, menggunakan sumber aktif mampu
menghasilkan penampang seismik refleksi dibawah permukaan yang
detail. Saat ini, kemajuan dalam bidang telekomunikasi dan jaringan
dimanfaatkan untuk membangun sistem peringatan gempa atau tsunami
dini agar mengurangi jumlah korban yang dapat ditimbulkan. Peran
Seismologi Kedepan Karena gempa dahsyat jarang muncul disuatu
wilayah, manusia sering melupakan betapa dampak kerusakan yang
ditimbilkan kejadian ini. Namun, sejarah mengingatkan kita
kekuatannya dalam menelan korban jiwa hingga puluhan ribu jiwa
secara tiba-tiba dan pentingnya struktur bangunan tahan gempa.
Pertumbuhan populasi yang tinggi pada wilayah seismik aktif,
menunjukkan bahwa gempa yang timbul dimasa yang akan datang akan
menelan korban jiwa yang lebih banyak. Sepanjang beberapa dekade
yang lalu, jaringan seismometer telah tersebar secara luas di
daerah seismik aktif untuk memetakan pola aktivitas gempa, dan
instrument srong motion telah digunakan untuk merekam kejadian
gempa besar. Hal ini memungkinkan untuk memetakan rekaman jejak
distribusi slip pada suatu sesar saat terjadi gempa. Walaupun ini
merupakan kemajuan, namun beberapa pertanyaan dasar mengenai fisis
dari gempa belum terjawab, seperti terjadinya gempa pada kedalaman
yang dalam, proses bermula, penjalaran, dan berhentinya rupture
pada suatu sesar. Mungkin ini adalah penemuan yang penting dalam
bidang seismologi dimasa yang akan datang.
