Metode Magnet Sebagai Prekursor Gempabumi

Suaidi Ahadi, ST, MT¹ & Dr. Sugeng Pribadi²

 ¹ Peneliti BMKG & Kandidat Doktor Magnet Bumi ITB

² Doktor Bidang Seismologi dan Tsunami BMKG

Atmosfer mempunyai sifat dinamis dalam hal pemantauan pergerakan bumi seperti pada pengamatan iklim global. Ketika terjadi gempabumi, gaya stress batuan memancarkan gelombang elektromagnetik dan sejumlah ion listrik saat melintasi lapisan bumi atau dikenal dengan LAI (Lithosphere Atmosphere Ionosphere) coupling seperti pada Gambar 1. Perubahan densitas elektron di atmosfer dijadikan dasar prekursor gempabumi menggunakan metode elektromagnetik (Kamogawa, 2006).

Sebelum terjadinya gempabumi, batuan di kedalaman sumber mengalami peningkatan gaya-gaya stress sampai akhirnya pecah sehingga menimbulkan pergeseran pada bidang litosfer serta getaran di permukaan (Johnston, 2002). Efek gempabumi juga mengakibatkan perubahan ion kemagnetan bumi atau dikenal dengan piezomagnetisme. 

Gambar 1.     LAI coupling menunjukkan stress gempabumi menyebabkan perubahan elektron hingga ke ionosfer (Kamogawa, 2006)

Sinyal elektromagnetik (EM) menunjukkan kenaikan signifikan secara kualitas dan kuantitas pada saat sebelum dan sedang berlangsung gempabumi. Tanda-tandanya adalah naiknya polaritas listrik di hiposenter  yang disebut piezoelektrik. Fenomena ini bisa terukur melalui frekuensi rendah ULF (Ultra low Frequency, f<0.5 Hz). Induksi magnet di permukaan menimbulkan juga kenaikan fluida. Ion-ion listrik yang berkumpul memancarkan suhu tinggi sehingga menimbulkan penguapan air di sekitarnya. Ketika gempabumi terjadi di sekitar subduksi di wilayah samudera, uap air akan segera terkumpul membentuk kondensasi awan yang terkadang diiringi sambaran petir. Beberapa saat sebelum Gempabumi Pembangkit Tsunami Pangandaran, 17 Juli 2006, orang-orang sekitar pantai Parangtritis Yogyakarta menyaksikan awan konvektif  di Laut Selatan Jawa.

Prekursor atau tanda-tanda awal sebelum terjadinya gempa bumi, merupakan topik yang selalu menarik diperbincangkan. Metode magnet bumi akhir-akhir ini telah memberikan harapan baru dimana gempabumi berkekuatan besar (M>7) dapat memberikan hasil prekursor cukup menyakinkan (Gambar 2). Perbedaan nilai magnet berjendela waktu tahunan menunjukkan selisih magnet lebih besar 3 nT (Johnston, 2002). Tanda-tanda prekursor magnet dengan frekuensi tinggi f>1 Hz ditemukan juga pada gempabumi sedang (M>6) menggunakan rekaman sensor jarak jauh. Walaupun demikian, pengamatan rekaman di sekitar episenter akan memberikan prekursor magnetik lebih menyakinkan. Gempabumi Chilie, 16 Mei 1960 (M=9,5) memberikan tanda prekursor berupa munculnya puncak amplitudo gelombang pada saat 15 menit sebelum gempabumi.

Gambar 2.          (a) Selisih sinyal magnet antara OCHM dan LSBM saat sebelum dan sesudah penghalusan dengan jendela waktu bulanan senilai 2 nT. (b) Perbedaan nilai magnet berjendela waktu tahunan menunjukkan selisih magnet lebih besar 3 nT dibandingkan pengamatan bulanan (Johnston, 2002).

Selama empat tahun, BMKG telah melakukan studi prekursor gempabumi menggunakan parameter magnet bumi. Hasil yang diperoleh masih berupa pengenalan karakteristik sinyal magnet ketika terjadi gempabumi. Prekursor Gempa Padang, 30 September 2009 (M_w=7,6) tampak lebih jelas pada stasiun KTB (Kototabang, Padang) menggunakan sensor magnetometer (Gambar 3). Sinyal KTB (garis merah) menunjukkan anomali signifikan ditandai dengan puncak amplitudo lebih tinggi dibandingkan stasiun referensi DAV (Davao, Filipina - garis biru) dan DAW (Darwin, Australia - garis hijau) (Ahadi dkk., 2014). Lebih jelas lagi pada panel C dengan komponen pengamatan vertikal S_Z pada stasiun KTB, prekursor gempabumi ditandai dengan tiga puncak gelombang magnet sebagai indikasi pelepasan ion-ion elektromagnetik. Puncak gelombang pertama KTB sekitar tanggal 7 September 2009 dapat ditetapkan sebagai onset time awal prekursor tepatnya 23 hari menjelang gempabumi utama. Puncak gelombang tertinggi (1,5 nT) dianggap sebagai selisih nilai saat sebelum dan ketika gempabumi.

 Gambar 3.     Prekursor Gempabumi Padang, 30 September 2009 (M_w=7,6). Panel A, B, C menunjukkan indeks geomagnet Dst, spektrum komponen horizontal (S_H) serta vertikal (S_Z) Stasiun KTB (Kototabang, Padang - garis merah) dan stasiun referensi DAV (Davao, Filipina - garis biru) dan DAW (Darwin, Australia - garis hijau) (Ahadi dkk., 2014)

BMKG dan Jepang melalui Universitas Kyushu, Nagoya dan Chiba telah melakukan riset seismic gap Mentawai dengan penambahan enam magnetometer di wilayah Sumatera dan Pelabuhan Ratu, Jawa Barat. Adapun prekursor gempabumi menggunakan menggunakan satelit-GPS perlu dilakukan dengan memanfaatkan gelombang frekuensi tinggi (VHF, Very High Frequency) di atmosfer.  BMKG telah bekerja sama dengan BIG dan NTU Singapura melalui SUGAR (Sumatran GPS Array) untuk prekursor kegempaan Sumatera berdasarkan parameter TEC (Total Electro Contents) pada lapisan Ionosfer. Analisis TEC terbukti dapat mendeteksi Gempabumi Aceh, 26 Desember 2004 menggunakan sinyal TIDs (Tsunamis Ionospheric Disturbance) yang tercatat selama 10–20 menit bertepatan dengan propagasi gelombang tsunami berkecepatan 700 km/jam (Liu dkk., 2006).

Metode magnet telah memberikan sumbangsih berharga bagi prekursor gempabumi dengan menunjukkan karakteristik gelombang saat onset-time. Sekalipun demikian, penelitian ini masih belum memadai karena hanya terbatas pada daerah Sumatera dengan batasan gempabumi berskala besar. Penambahan sensor magnetometer dan jaringan GPS yang lebih luas mutlak diperlukan untuk meningkatkan presisi prekursor di masa mendatang.

Referensi:

Ahadi, S, Puspito N.T, Saroso S., Ibrahim G., Siswoyo dan Suhariyadi (2014): Prekursor gempa bumi Padang berbasis hasil analisis polarisasi power rasio dan fungsi transfer stasiun tunggal. Geomatika. On press.

Johnston, MJS., (2002): Electromagnetic Field Generated by Earthquakes, International Handbook of Earthquake and Eangineering Seismology (IASPEI), Academic Press.

Kamogawa M., (2006): Preseismic Lithosphere-Atmosphere-Ionosfer Coupling, EOS Trans. American Geophysic Union.Vol.87.Issue 40.417-424. DOI:10.1029/2006EO400002.

Liu J-Y., Tsai Y-B, Ma K-f, Chen Y-I,Tsai H-F, Lin C-H, Kamagawa M., dan Lee C-P (2006): Ionospheric GPS total electron content (TEC) disturbances triggered by the 26 December 2004 Indian Ocean tsunami. J. Geophys. Res., 111, A05303, doi:10.1029/2005JA011200.