Nama : Hendra Ardi LesmanaNIM: D111 12 110GELOMBANG SEISMIK
Gelombang seismik merupakan gelombang yang merambat melalui
bumi. Perambatan gelombang ini bergantung pada sifat elastisitas
batuan. Gelombang seismik dapat ditimbulkan dengan dua metode yaitu
metode aktif dan metode pasif. Metode aktif adalah metode
penimbulan gelombang seismik secara aktif atau disengaja
menggunakan gangguan yang dibuat oleh manusia, biasanya digunakan
untuk eksplorasi. Metode pasif adalah gangguan yang muncul terjadi
secara alamiah, contohnya gempa. Gelombang seismik termasuk dalam
gelombang elastik karena medium yang dilalui yaitu bumi bersifat
elastik. Oleh karena itu sifat penjalaran gelombang seismik
bergantung pada elastisitas batuan yang dilewatinya. Teori lempeng
tektonik telah menjelaskan bagaimana pergerakan dari lempeng bumi.
Pergerakan lempeng bumi menyebabkan batuan terdeformasi atau
berubah bentuk dan ukuran karena adanya pergerakan antar lempeng.
Deformasi akibat bergerakan lempeng ini berupa tegangan (stress)
dan regangan (strain).Tegangan (Stress) didefinisikan sebagai gaya
persatuan luas. Gaya merupakan perbandingan dari besar gaya
terhadap luas dimana gaya tersebut dikenakan. Gaya yang dikenakan
tegak lurus terhadap benda maka tegangan tersebut normal, jika gaya
berarah tangensial terhadap luas maka tegangan tersebut tegangan
geser, dan jika tidak tegak lurus maupun paralel maka gaya tersebut
dapat diuraikan kekomponen yang paralel dan tegak lurus terhadap
elemen luas. Benda elastis yang mengalami stess maka akan
terdeformasi atau mengalami perubahan bentuk maupun dimensi.
Perubahan tersebut disebut dengan regangan atau strain.strain
adalah jumlah deformasi material persatuan luas. Hukum hooke
menyatakan bahwa stress akan sebanding dengan strain pada batuan
(antara gaya yang diterapkan dan besarnya deformasi).
Strain dan Stress merupakan besaran tensor, sedangkan adalah
konstanta yang berupa matriks (tensor) yang menentukan sifat dasar
elastisitas dari batuan, parameter merupakan parameter elastik
bebas yang dapat mencirikan sifat elastisitas batuan.
Jenis Gelombang SeismikGelombang seismik ada yang merambat
melalui interior bumi disebut sebagai body wave, dan ada juga yang
merambat melalui permukaan bumi yang disebut surface wave. Sumber
gelombang seismik ada dua yaitu alami dan buatan. Sumber alami
terjadi karena adanya gempa tektonik, gempa vulkanik dan runtuhan/
longsoran, sedangkan buatan menggunakan gangguan yang
disengaja.
1. Gelombang Badan/ Body Wave
Gelombang badan adalah gelombang yang menjalar dalam media
elastik dan arah perambatannya keseluruh bagian di dalam bumi.
Berdasarkan gerak partikel pada media dan arah penjalarannya
gelombang dapat dibedakan menjadi gelombang P dan gelombang
S.Gelombang P disebut dengan gelombang kompresi/gelombang
longitudinal. Gelombang ini memiliki kecepatan rambat paling besar
dibandingkan dengan gelombang seismik yang lain, dapat merambat
melalui medium padat, cair dan gas.
Gelombang S disebut juga gelombang shear/ gelombang transversal.
Gelombang ini memiliki cepat rambat yang lebih lambat bila
dibandingkan dengan gelombang P dan hanya dapat merambat pada
medium padat saja. Gelombang S tegak lurus terhadap arah rambatnya.
Persamaan dari kecepatan Gelombang S adalah sebagai berikut :
2. Gelombang Permukaan
Gelombang permukaan merupakan salah satu gelombang seismik
selain gelombang badan. Gelombang ini ada pada batas permukaan
medium. Berdasarkan pada sifat gerakan partikel media elastik,
gelombang permukaan merupakan gelombang yang kompleks dengan
frekuensi yang rendah dan amplitudo yang besar, yang menjalar
akibat adanya efek free survace dimana terdapat perbedaan sifat
elastik (Susilawati, 2008). Jenis dari gelombang permukaan ada dua
yaitu gelombang Reyleigh dan gelombang Love.Gelombang Reyleigh
merupakan gelombang permukaan yang Orbit gerakannya elips tegak
lurus dengan permukaan dan arah penjalarannya. Gelombang jenis ini
adalah gelombang permukaan yang terjadi akibat adanya interferensi
antara gelombang tekan dengan gelombang geser secara
konstruktif.Persamaan dari kecepatan gelombang Reyleigh adalah
sebagai berikut :
Gelombang Love merupakan gelombang permukaan yang menjalar dalam
bentuk gelombang transversal yang merupakan gelombang S horizontal
yang penjalarannya paralel dengan permukaannya (Gadallah and
Fisher, 2009).
Mekanisme Penjalaran Gelombang Seismik
Mekanisme penjalaran gelombang seismik didasarkan pada hukum
Snellius, Prinsip Huygens dan Prinsip Fermat. Penjelasan dari hukum
Snellius, Prinsip Huygens dan Prinsip Fermat dijelaskan sebagai
berikut :a. Hukum Snellius
Ketika gelombang seismik melalui lapisan batuan dengan impedansi
akustik yang berbeda dari lapisan batuan yang dilalui sebelumnya,
maka gelombang akan terbagi. Gelombang tersebut sebagian
terefleksikan kembali ke permukaan dan sebagian diteruskan merambat
dibawah permukaan. Penjalaran gelombang seismik mengikuti Hukum
Snellius yang dikembangkan dari Prinsip Huygens, menyatakan bahwa
sudut pantul dan sudut bias merupakan fungsi dari sudut datang dan
kecepatan gelombang. Gelombang P yang datang akan mengenai
permukaan bidang batas antara dua medium berbeda akan menimbulkan
gelombang refraksi dan refleksi (Hutabarat, 2009).
Gambar 2.6. Pemantulan dan Pembiasan Gelombang
Sebagian energi gelombang akan dipantulkan sebagai gelombang P
dan gelombang S, dan sebagian lagi akan diteruskan sebagai
gelombang P dan gelombang S (Hutabarat, 2009).Hukum Snellius dapat
dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :
b. Prinsip Huygens
Prinsip Huygens menyatakan bahwa setiap titik pada muka
gelombang merupakan sumber bagi gelombang baru. Posisi dari muka
gelombang dalam dapat seketika ditemukan dengan membentuk garis
singgung permukaan untuk semua wavelet sekunder. Prinsip Huygens
mengungkapkan sebuah mekanisme dimana sebuah pulsa seismik akan
kehilangan energi seiring dengan bertambahnya kedalaman (Asparini,
2011).
Gambar 2.7. Prinsip Huygen(Asparini, 2011)c. Prinsip
FermatGelombang menjalar dari satu titik ke titik lain melalui
jalan tersingkat waktu penjalarannya. Dengan demikian jika
gelombang melewati sebuah medium yang memiliki variasi kecepatan
gelombang seismik, maka gelombang tersebut akan cenderung melalui
zona-zona kecepatan tinggi dan menghindari zona-zona kecepatan
rendah (Jamady, 2011).
Mengenal Gelombang Gempa dan Manfaatnya Bagi MasyarakatKetika
terjadi gempa bumi di suatu tempat yang dekat tempat kita tinggal,
maka kita akan merasakan goncangan tanah yang disebabkan oleh
gelombang gempa bumi. Secara definisi, gelombang gempa adalah
gelombang-gelombang yang merambat/menjalar baik di atas atau di
dalam permukaan bumi yang berasal dari sumber gempa seperti sumber
gempa bumi, ledakan, letusan gunungapi, longsoran, dan lain-lain
(Afnimar, 2009). Mengenal gempa bumi ternyata juga akan
menyelamatkan jiwa kita, bagaimana ini bisa terjadi, simak
pembahasan penulis berikut ini.Ketika kita mengentakkan kaki kita
ke tanah atau kita menjatuhkan batu ke tanah maka akan menghasilkan
gelombang getar/seismik ke segala arah dan berbagai jenis gelombang
getar/seismik. Secara umum gelombang getar/seismik dibagi kepada
dua yaitu;Gelombang BadanPrimer (P), Sekunder (S) dan interferensi
gelombang badan ini akan menghasilkanGelombang PermukaanRayleigh
dan Love. Berikut ini penjelasan masing-masing jenis gelombang
tersebut.1. Gelombang Primer/Pressure(P)merupakan gelombang yang
pertama sekali kita rasakan ketikagempa bumiterjadi karena
gelombang ini merambat paling cepat diantara gelombang-gelombang
yang lain, kecepatannya sekitar 4600 7000 m/s di batuan beku dan
makin lambat apabila batunya makin lunak,kalau di tanah sekitar
100-500 m/s (Kohnen, 1974). Gelombang P ini merambat seperti
gelombang longitudinal atau gelombang pegas sehingga akan terjadi
kompresi (pemampatan) dan dilatasi (perenggangan) partikel medium
yang dilewatinya. Mungkin kawan-kawan pernah merasakan
hentakan/goncangan kecil sebelum terjadi gempa bumi dan beberapa
detik kemudian baru merasakan gelombang gempa yang besar. Hentakan
pertama yang dirasakan tadi adalah hentakan/goncangan akibat
gelombang P. Animasi di bawah ini menunjukkan cara perambatan
gelombang P.
2. Gelombang Sekunder/Shear(S)Merupakan gelombang yang ke-dua
setelah gelombang P, kecepatan gelombang S ini sekitar 60% dari
gelombang P. Kecepatan gelombang P di batuan beku sekitar 5000 m/s
maka gelombang S sekitar 3000 m/s. Gelombang S ini merambat seperti
gelombang tranversal atau gelombang tali. Arah pergerakan partikel
dalam tanah akibat gelombang S akan tegak lurus terhadap arah
perambatan gelombang dan terjadi perubahan bentuk (shear) tanpa ada
perubahan volume. Para seismologi membagi gelombang S ini menjadi
dua; gelombang S vertical (SV) dan gelombang S horizontal (SH).
Goncangan akibat gelombang S ini lumanyan juga bila dibandingkan
dengan gelombang P sehingga kita sedikit merasakan seperti
digoncang ke arah atas-bawah (vertikal) dan kiri-kanan
(horizontal). Animasi di bawah ini menunjukkan cara perambatan
gelombang S.
GelombangLoveGelombang ini ditemukan oleh oleh A.E.H. Love pada
tahun 1911, gelombang ini datangnya paling terlambat dibandingkan
gelombang P dan S, namun walaupun datang terlambat cinta bisa
membuat kita pusing karena goyangan dan goncangannya yang hebat.
Gelombang love ini adalah gelombang permukaan yang terbentuk akibat
interferensi gelombang pantul dari gelombang SH pada lapisan dekat
permukaan bumi (Afnimar, 2009). Gerakan gelombang ini hampir sama
dengan gelombang SH dan gelombang ini sangat merusak bangunan.
Gelombang love ini juga dikenal dengan sebutan gelombang Q karena
Pak Love berasal dari Jerman dan huruf Q berasal dariqueryang
berarti lateral. Animasi perambatan gelombang love ini seperti di
bawah ini.
3. Gelombang RayleighGelombang Rayleigh merupakan gelombang
permukaan, artinya dia menjalar di atas permukaan tanah sama dengan
gelombang love. Gelombang Rayleigh ini pertama sekali ditemukan
oleh Lord Rayleigh pada tahun 1887, gelombang ini terbentuk akibat
interferensi gelombang-gelombang pantul P dan SV yang sudut
datangnya melebihi sudut kritis. Gerakan partikel di dalam medium
(tanah) ketika dilewati gelombang ini akan berbentuk elips yang
merupakan kombinasi dari gerak partikel gelombang P dan SV
(Afnimar, 2009). Bentuk gelombang hampir sama dengan gelombang air
laut sehingga apabila ada beberapa badan badan jalan atau tanah
yang berlipat atau beriak seperti gelombang air, maka itu
disebabkan oleh gelombang Rayleigh. Karena merambat di atas
permukaan tanah, maka gelombang ini sangat merusak bangunan.
Kecepatan gelombang ini sekitar 90% dari kecepatan gelombang S.
Animasinya seperti gambar di bawah ini.
4. Manfaat Gelombang gempa BumiBagi seorang seismologis,
gelombanggempa bumiyang terjadi di seluruh dunia sangat bermanfaat
untuk mempelajari keadaan lapisan-lapisan bawah permukaan. Hal ini
pernah saya jelaskan sebelumnya pada tulisanMempelajari Lapisan
Bumi Dengan Data Gempa. Beda waktu sampainya gelombang P dengan
gelombang S juga dimanfaat untuk rekan-rekan BMKG untuk mendapat
episenter gempa. Dari beda waktu sampai gelombang tersebut mereka
bisa mendapatkan jarang stasiun pengamatan BMKG ke sumber gempa.
Untuk mendapat episenter gempa, mereka memerlukan minimal 3 stasiun
pengamatan. Dengan menggunakan prinsip triangulasi, mereka bisa
menentukan dimana episenter gempa tersebut.
Gambara: seismogram hasil rekaman dari seismograf.Gambarb:
grafik jeda waktu antara gelombang P dan S terhadap jarak sumber
gempa (sumber: hxxp://ohhs.ohsd.net)Bagi kita masyarakat awam tentu
ada juga manfaat mengenal gelombang gempa bumi ini. Seperti yang
saya jelaskan di atas bahwa ada jeda beberapa detik antara
sampainya gelombang P dengan gelombang S. Jeda waktu ini bisa
masyarakat kita manfaatkan untuk segera keluar dari ruangan apabila
kita merasakan gelombang pertama atau gelombang P yang besar.
Karena setelah kita merasakan gelombang P yang besar juga menjadi
indikasi bahwa gelombang S, Rayleigh dan love yang datang juga akan
besar. Perbedaan jeda waktu antara gelombang P dengan gelombang
yang lain sangat bergantung pada jarak kita ke pusat gempa.
Misalnya saja ada gempa di sekitar kepulauan Simeulue, jarak antara
Banda Aceh dengan Simeulue sekitar 300 Km, maka beda waktu antara
gelombang P dengan gelombang S sekitar 30 detik, artinya warga
Banda Aceh punya waktu sekitar 30 detik untuk keluar dari ruangan,
namun apabila sumber gempanya sekitar Aceh Jaya tentu jeda waktunya
makin pendek. Jeda waktu antara gelombang P dan S dapat dilihat
pada grafik di samping kiri. Makin jauh jarak dengan sumber gempa
maka makin lama jeda waktunya, makin dekat maka makin pendek jeda
waktunya.Semoga denganmengenal gelombang gempa bumi, kita bisa tahu
harus berbuat apa ketika gempa bumi terjadi. Keluar dari ruangan
merupakan hal yang mutlak kita lakukan karena sampai saat ini gempa
tidak pernah membunuh, yang membunuh adalah reruntuhan bangunan,
jendela, kaca, tiang listrik, papan iklan dan lain-lain.
