Buku Ajar Prekursor Alami & Hewani Gempa Bumi 18 Feb 2020

Bagaimana tahapan reaksi Oksidasi air menjadi
Hidrogen Peroksida?

Reaksi oksidasi air oleh radikal O terjadi melalui tahapan sebagai berikut:
1) Satu ion H+ bergerak pada satu arah, elektron melompat menuju arah yang

berlawanan. Pada Gambar 7 terlihat 5 partikel ion H+ berpindah ke arah kanan dan
5 elektron berpindah ke arah kiri.
2) Molekul O2- secara perlahan berganti menjadi O-.
3) H+ berubah menjadi OH di area interface air-udara dan terjebak di permukaan
batuan.
4) Pada saat yang bersamaan, molekul H2O berubah peran menjadi radikal OH. Dua
radikal OH bergabung membentuk Hidrogen Peroksida.
Reaksi lain yang mungkin terjadi dalam area interface-air dan udara adalah reaksi
oksidasi parsial pada senyawa organik terlarut. Reaksi tersebut menyebabkanperubahan
spektrum frekuensi senyawa yang teroksidasi sehingga senyawa tersebut bersifat toksin
atau penyebab iritasi (irritant ) bagi spesies hewan tertentu.

Para ahli telah menemukan sejumlah bukti anomali Radon di atmosfer sebelum
gempabumi beserta faktor-faktor fisika yang berasosiasi dengan emanasi gas tersebut.
Pada tahun 2018, anomali Radon terjadi sebelum gempabumi berkekuatan lebih besar
dari 4 di India Timur (Deb dkk., 2018). Data anomali Radon yang dicatat adalah data
tahun 2012 dan 2013 untuk gempabumi yang terjadi dalam radius 500 km dari stasiun
pemantauan. Hasil analisis menunjukkan bahwa suhu udara harian dan kelembaban
relatif berkorelasi positif dengan konsentrasi Radon yang diamati di kedua lokasi.

Pengamatan Oh & Kim (2015) terhadap anomali Radon sebelum gempabumi
berkekuatan 9,11 SR di Jepang pada 11 Maret 2011 menunjukkan bahwa masa
pelepasan gas (degassing) mencapai puncak pada 1 Maret 2011, lalu perlahan
berkurang dan berhenti persis pada hari terjadinya gempabumi Tohoku dengan
menggunakan teknik kombinasi isotop Radon-Thoron. Teknik tersebut berhasil
membedakan antara anomali Radon pra gempabumi dan anomali radon akibatanomali
musim panas. Hal ini disebabkan kombinasi isotope 220Rn- 222Rn melibatkan jaringan
global. Emanasi Radon juga diketahui berkorelasi dengan faktor waktu. Omori et al.
(2007) telah menunjukkan bahwa nilai konsentrasi Radon berkorelasi terhadap waktu

51

terjadinya gempabumiKobe. Selain itu, emanasi Radon juga mempengaruhi ionisasi
atmosfer, medan listrik dan medan elektromagnetik.

Ada dua faktor yang menentukan bisa atau tidaknya fakta anomali Radon
mengindikasikan prekursor gempabumi. Pertama, ketersediaan jumlah data. Data
pengamatan tunggal memiliki keterbatasan untuk menginformasikan prekursori
gempabumi, karena emanasi Radon dapat dipengaruhi oleh aktivitas industri
pertambangan dan gaya-gaya dinamika fluida di litosfer, seperti yang ditemukan
sebelum gempabumi Amatrice, Itali, 24 Agustus 2016. Selain itu, emanasi Radon juga
dipengaruhi oleh variasi parameter meteorologi terutama suhu dan endapan, seperti
yang terekam dalam data Radon sejak tahun 2013 sampai 2016 sebelum gempabumi
Yammouneh, Lebanon. Kedua, karakteristik daerah patahan. Anomali Radon belumtentu
ditemukan di daerah patahan, karena tidak semua daerah patahan mengalami stress
tektonik akibat adanya area diskontinuitas (Kobeissi dkk., 2015, Cannelli dkk., 2016).

Emanasi Radon adalah pemancaran gas Radon dari daerah aktivasi patahandibawah
permukaan tanah menuju udara. Radon merupakan gas mulia, bersifat radio aktif dan
memiliki 3 isotop dengan waktu peluruhan yang berbeda-beda. Radon banyak
digunakan dalam bidang kesehatan dan industri. Gas Radon bersifat sangat mudah
bergerak ke udara melalui retakan batuan melalui mekanisme kompresi dari batuan-
batuan yang mengalami stresss tektonik dan mekanisme Kopling Atmosfer.

Oksidasi Hidrogen Peroksida merupakan suatu reaksi kimia pelepasan atom H dari
molekul H2O menjadi H2O2. Dalam gempabumi, oksidasi juga terstimulasi oleh aktivasi
daerah patahan, dimana bebatuan yang mengalami stress melepaskan pembawa
muatan positif yang bergerak sangat cepat meninggalkan sumber retakan. Perpindahan
pembawa muatan positif menuju udara menyebabkan ionisasi atmosfer. Perpindahan
pembawa muatan positif menuju daerah interface air dan udara, menyebabkan
terjadinya oksidasi saat pembawa muatan berkontak dengan molekul air di daerah
interface.

Kehadiran Radon dan Hidrogen Peroksida dalam air tanah merupakan salah satu
parameter yang lazim digunakan untuk mengetahui anomali fenomena kimia dalam
sejumlah gempabumi. Namun demikian, pengukuran dalam rangka deteksi Radon yang
muncul sebelum gempabumi sangat perlu mempertimbangkan berbagai faktor, antara
lain suhu harian, kelembaban relatif, penggunaan isotop, dan karakteristik geologi serta
morfologi lainnya yang berasosiasi dengan proses aktivasi seismik.

52

Menurut Pullinet, fenomena fisika kimia yang diilustrasikan dalam Model Kopel LAI
merupakan prekursor jangka pendek dalam peristiwa gempabumi.

Apakah pernyataan tersebut juga berlaku untuk fenomena emanasi
gas Radon? Kemukakan jawaban Anda dengan menyertakan penjelasan
tentang karakteristik Radon.

53

Bab ketiga buku ajar ini mendeksripsikan tentang karakteristik ionosfer di atmosfer,
ionisasi atmosfer, karakteristik fenomena kelistrikan bumi dan atmosfer, anomali kelistrikan
atmosfer dan fakta anomali ionosfer serta kelistrikan atmosfer. Bacalah konteks masalah
berikut terlebih dahulu.

Anomali ionosfer sebelum
Tohoku 2011, 9,0 SR

Prediksi gempa adalah masalah dunia. Untuk dapat membuat prediksi yang andal,
para peneliti telah mengeksplorasi banyak prekursor gempa, seperti deformasi kerak,
anomali hidro-kimia, efek geolistrik dan geomagnetik. Anomali ionosfer adalahtipebaru
dari prekursor seismik yang telah menjadi topik berbagai penelitian dalam beberapa

54

tahun terakhir. Mantan penelitian tentang anomali seismo-ionosfer berfokus pada variasi
VTEC, yang mewakili variasi keseluruhan dalam kerapatan elektron dalam arah vertikal
tetapi tidak dapat memberikan rincian tiga dimensi dari anomali ionosfer.

Dalam tulisan ini, kami memperkenalkan CIT (Computerized Ionospheric
Tomography) untuk memeriksa struktur tiga dimensi ionosfer. Kami menggunakan
pengamatan GPS (Global Positioning System) dari CMONOC (Crustal Movement
Observation Network of China) untuk merekonstruksi distribusi kerapatan elektron 15
hari di atas Tiongkok sebelum gempa bumi Tohoku. Dengan membandingkan distribusi
kerapatan elektron yang berbeda pada waktu universal yang sama dengan koordinat 10:
00 pada tanggal yang berbeda, kami menemukan bahwa ionosfer meningkat secaratidak
normal pada 8 Maret 2011. Analisis indeks Dst dan Kp geomagnetik sekitar waktugempa
Tohoku diindikasikan bahwa anomali ionosfer sangat mungkin terkait dengan gempa
bumi. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa CIT memiliki potensi untuk diterapkan
secara luas di bidang prediksi gempa.

Penelitian sebelumnya tentang anomali seismo-ionosfer telah mengkonfirmasi
bahwa anomali ionosfer selalu muncul di dekat episentrum gempa bumi. Tidak seperti
penelitian sebelumnya, dalam tulisan ini, kami menggunakan pengamatan dari situs
referensi GPS di Cina untuk menganalisis anomali ionosfer yang dikaitkan dengangempa
bumi di Jepang dan memperoleh hasil yang signifikan. Hasil kami menunjukkan bahwa
anomali ionosfer dapat melayang dari timur ke barat. Aliran anomali ionosfer juga telah
diamati untuk gempa bumi lainnya. Dengan demikian, drift tersebut tampaknya
merupakan fitur dari anomali ionosfer, dan mekanisme fisik drift ini memerlukan
penelitian lebih lanjut (Jian, Yiyan, & Fanfan, 2012).

55

Perhatikan Gambar 8.

Sumber: Jian, Yiyan, & Fanfan (2012)

Gambar 8. Distribusi elektron di atmosfer China sebelum gempabumi
Tohoku, Jepang
56

Penggunaan buku ajar ini diharapkan menjadikan mahasiswa mampu menggunakan
pengetahuan ionisasi atmosfer dan anomali kelistrikan pra gempa bumi untuk
membangun kesiapsiagaan bencana gempa bumi di Sumatera Barat.

Indikator Pembelajaran dalam Bab III ini adalah:
1 Menjelaskan mekanisme ionisasi atmosfer dan anomali kelistrikan yang

memunculkan anomali fenomena fisika alam pra gempabumi dengan tepat
2 Menjelaskan asumsi peningkatan jumlah TEC dan GPS dalam waktu tertentu

sebelum gempabumiyang digunakan oleh para peneliti untuk menentukan
terjadinya anomali ionosfer dengan tepat
3 Menganalisis secara kritis asumsi-asumsi/teori-teori ilmiah yang digunakan oleh
peneliti dalam menjelaskan fenomena anomali ionosfer dalam kasus Gempabumi
Jepang 11 Maret 2011 berdasarkan kasus yang dipaparkan (terdapat dalam
konteks)
4 Menginterpretasikan visualisasi data pencitraan anomali termal untuk
menjelaskan hubungan antara ilustrasi dengan prekursor gempabumi Tibet,2010
secara jujur, cermat dan objektif berdasarkan kasus (terdapat dalam latihan
kasus).

Pada Bab kedua telah dijelaskan bahwa akumulasi stresss tektonik pada batuan
penyusun lempeng di zona seismik menginduksi emanasi Radon dan Oksidasi Peroksida,
sehingga Radon dan Peroksida melimpah di tanah, air dan udara. Dua proses ini
menginduksi keberlimpahan ion-ion bermuatan positif dan negatif ke atmosfer, disebut
dengan ionisasi atmosfer. Modifikasi parameter ionosfer pertama kali dikemukakanoleh
Davies dan Baker berdasarkan informasi gempabumi yang sangat kuat di Alaska pada
tahun 1964.

Mobilisasi aktif ion-ion dari litosfer menuju atmosfer menimbulkan fenomena
kelistrikan. Dua fenomena ikutan dari ionisasi atmosfer adalah perubahan konduktivitas
udara dan pembentukan aerosol yang menyebabkan perubahan kelistrikan atmosfer.

57

Perubahan kelistrikan berhubungan erat dengan perubahan kandungan elektron
atmosfer dan aktivitas radioaktif alami yang telah lama dipelajari pada awal 60-an.

Apakah yang dimaksud dengan ionosfer? Masih ingatkah Anda posisi lapisan
ionosfer di atmosfer? Perhatikan Gambar 9 berikut.

I
O
N
O
S
F
E
R

Sumber: Ahrens, 2003 dalam Bayong, 2019

Gambar 9. Lapisan-lapisan Atmosfer Bumi

Atmosfer pada ketinggian 60 km sampai diatas 500 km dapat mengalami ionisasi
akibat molekul udara terionisasi oleh radiasi ultraviolet (UV) dari matahari yang
menghasilkan gas terionisasi (plasma). Ionisasi adalah proses dimana elektron-elektron
yang bermuatan listrik negatif terkelupas (stripped) dari atom atau molekul netraluntuk
membentuk ion-ion bermuatan positif dan elektron-elektron bebas (Bayong, 2019).
Bagian lapisan atmosfer tersebut dapat menjadi bermuatan, dan disebut denganlapisan
ionosfer.

Lapisan ionosfer dapat dibedakan menjadi tiga daerah yaitu daerah D, E dan F.
Perhatikan Gambar 10. Daerah D terletak di atas ketinggian 50 km sampai 80 km.
konsentrasi electron bervariasi antara 103 dan 104 elektron/cm3. Daerah ini memantulkan
gelombang panjang kilometrik (λ=1000 m atau lebih) dan menyerap gelombang

58

pendek. Daerah E terletak antara ketinggian 80 km dan 160 km. Konsentrasi elektron
bervariasi dari 105 elektron/cm3 pada siang hari sampai 103 elektron/cm3 pada malam
hari. Daerah ini memantulkan gelombang hektometrik. Daerah F terletak di atas
ketinggian 160 km dan terbagi atas dua lapisan yaitu F1 dan F2. Daerah F1 cukup tipis
dengan ketebalan sekitar 60 km, sedangkan daerah F2dapat mempunyai ketebalanlebih
besar. Konsentrasi elektron di daerah F mencapai 2 x 106 elektron/cm3 pada ketinggian
400 km. Daerah ini memantulkan gelombang metrik.

Sumber: Bayong, 2019

Gambar 10. Nomenklatur lapisan atmosfer berdasarkan sifat radio elektrik
Keberadaan lapisan ionosfer penting bagi kehidupan manusia karena mampu
melindungi bumi dari gerakan meteoroid yang cenderung bergerak menuju bumi
akibat tertarik oleh gravitasi bumi. Meteor akan terbakar dan terurai dalam lapisan
atmosfer. Peran lain lapisan ionosfer adalah memantulkan gelombang radio ke
permukaan bumi sehingga dapat digunakan sebagai media komunikasi dan kesehatan.

59

Secara alami, ionisasi atmosfer disebabkan karena matahari. Ada dua jenis radiasi
yang menyebabkan ionisasi (Bayong, 2015). Pertama, radiasi sinar X. Sinar X
mengionisasi gas dalam daerah D dan dasar daerah E. Kedua, radiasi EUV (extreme ultra
violet). EUV dihasilkan dalam khromosfer matahari pada daerah gangguanyangmelapisi
kelompok noda matahari (sunspot). Radiasi EUV diserap oleh atom-atom dan molekul-
molekul oksigen dan nitrogen (O, O2, N, dan N2) pada ketinggian 100-400 km dan
mengionisasi dalam daerah E, F1 dan F2. Radiasi matahari UV (Ultraviolet) mempunyai
panjang gelombang lebih panjang daripada radiasi EUV. Radiasi UV tidak menyebabkan
ionisasi, tetapi diserap oleh ozon (O3) pada ketinggian sekitar 30 km. PerhatikanGambar
11.

Gambar 11. Penetrasi radiasi matahari

60

Selain faktor radiasi matahari, ionisasi atmosfer terbukti berkaitan dengan peristiwa
gempa bumi berkekuatan diatas 6,0 SR (Muslim, 2015). Anomali ionosfer sebelum
gempa bumi berhubungan dengan aktivitas Radon di zona persiapan gempa. Proses
ionisasi atmosfer dimulai dari peluruhan Radon. Energi peluruhan Radon melibatkan
penggunaan electron (Bricard, 1968) Peluruhan radon menghasilkan energi yang
mengionisasi atom di atmosfer dan menyebabkan perubahan komposisi ion di ionosfer
(Pulinets dan Legen’ka, 2003; Pulinets dan Boyarchuck, 2004).

Elektron bersifat sangat mudah berpindah dan setiap perpindahan menyisakan satu
lubang yang bermuatan positif, disebut dengan positive holes atau ion H+(Perhatikan
kembali Gambar 6 ). Positive holes merupakan pembawa electron karena lubang positif
selalu diisi oleh elektron terdekat. Setiap kali positive holes terisi oleh elektron, maka
molekul terdekat akan kembali menjadi positive holes. Dengan demikian, saat peluruhan
Radon, jumlah ion H+ sangat banyak dihasilkan.

Ion H+ holes berpindah dengan velositas 100–300 m/s dan berdifusi secara cepat ke
permukaan batuan, melakukan propagasi melalui lapisan-lapisan antara blok-blok
batuan dan lapisan air (Liperovsky dkk., 2011). Penyebaran ion H+terjadi secara vertikal
dan horizontal, sehingga sangat mungkin sampai ke bebatuan yang tidak mengalami
stress. Penyebaran ion H+ didukung oleh sifat saling tolak menolak sehingga ion H+
cenderung berjarak karena menghindar satu sama lainnya.

Ion H+ dapat mencapai jarak terjauh hingga ke permukaan tanah. Akumulasi Ion H+
di permukaan tanah menyebabkan terbentuknya membentuk lapisan muatan sub-
permukaan dengan ketebalan d (sekitar 10 nm). Lapisan muatan ini dicirikan olehadanya
potensial permukaan V. Saat batuan semakin tertekan oleh aktivitas tektonik di bawah
permukaan, jumlah ion H+ di permukaan semakin banyak dan menekan lapisan muatan
sub permukaan sehingga d menurun. Ketika proses ini terjadi, udara di dekat permukaan
menjadi sarat dengan ion H+. Proses ini pada akhirnya menyebabkan injeksi ion H+ ke
atmosfer yang lebih rendah (dekat dengan permukaan bumi).

Ionosfer memiliki kuat medan listrik yang dipengaruhi oleh intensitas cahaya
Matahari. Saat cuaca cerah, medan listrik berkisar antara 0,1 s/d 0,5 kV/m dan pada saat
cuaca mendung, kuat medan berkisar antara 3 s/d 30 kV/m.

61

Benarkah bumi memiliki fenomena listrik?
Darimana asal listrik bumi?

Kandungan kelistrikan bumi secara keseluruhan disajikan dalam konsep Global
Circuit Electric (GCE). GCE adalah lintasan listrik atmosfer yang terdiri dari serangkaian
pergerakan berkelanjutan listrik antara ionosfer dan bumi.

Semua fenomena alami di atmosfer seperti radiasi matahari, badai
petir, dan kondisi cuaca yang cerah, mengikuti ketetapan
pembentukkan rangkaian arus listrik atmosfer. Perhatikan tayangan
berikut (VE-6).

Selain listrik atmosfer, fenomena kelistrikan bumi secara temporal bersumber dari
kelistrikan batu-batuan. Bumi disusun oleh lapisan batuan yang tersebar secara tidak
homogen antara satu daerah dengan daerah lainnya. Kelistrikan yang bersumber dari
batuan dipengaruhi oleh tahanan jenis (resistivitas), ketebalan lapisan batuan dan
konduktansi. Resistivitas mampu menunjukkan kemampuan batuan menghantarkan
listrik. Semakin besar nilai resistivitas suatu bahan maka semakin sulit bahan tersebut
menghantarkan arus listrik, begitu pula sebaliknya.

Selain bebatuan, sifat kelistrikan suatu area di bumi tergantung pada kandungan
logam/non logam, komposisi mineral, kandungan air, permeabilitas batuan, tekstur
batuan, suhu dan umur geologi. Pada batuan berpori di dekat permukaan bumi,
konduktivitas dipengaruhi oleh distribusi air garam. Pada lapisan sedimen, konduktivitas

62

lebih dipengaruhi oleh batuan keras karena adanya tekanan yang terlalu kuat sehingga
menutupi pori-pori batuan. Batuan beku dan batuan metamorf memiliki konduktivitas
lebih rendah daripada konduktivitas di formasi sedimen.

Fenomena listrik adalah sejumlah gejala yang muncul terkait dengan adanya benda
atau partikel bermuatan listrik. Salah satu parameter kelistrikan bumi adalah medan
listrik. Medan listrik merupakan ruang atau daerah di sekitar partikel bermuatan listrik.
Medan listrik dapat dihasilkan dari benda bermuatan dalam keadaan diam danbergerak.
Partikel bermuatan juga memberikan gaya ke daerah sekitarnya. Gaya pada muatan
listrik positif bergerak meninggalkan sumber muatan sedangkan gaya pada muatan
negatif bergerak menuju sumber muatan.

Fenomena listrik dalam medan listrik digambarkan dalam bentuk garis-garis medan.
Jika partikel bermuatan positif, arah garis medan dilukiskan menjauhi sumber muatan
positif dan mendekati sumber negatif. Jumlah garis medan listrik yang meninggalkan
muatan positif sama dengan jumlah garis medan listrik yang masuk ke muatan negatif.
Pada posisi terdekat dengan sumber muatan, garis-garis medan sangat rapat dan
tersebar dalam pola radial. Kerapatan garis-garis medan menunjukkan kekuatan medan
listrik, yang berangsur melemah jika semakin jauh dari sumber muatan. Arah dan
kerapatan garis medan diilustrasikan pada Gambar 12.

Gambar 12. Ilustrasi arah medan listrik pada dua jenis sumber muatan yang berbeda

63

Dampak dari ionisasi atmosfer adalah perubahan fenomena kelistrikan atmosfer.
Perhatikan urutan proses fisika pada litosfer hingga atmosfer dalam skema pada
Gambar 13.

Gambar 13. Tahapan ionisasi atmosfer sampai terjadinya fenomena kelistrikan
Skema pada Gambar 10 merangkumkan hubungan antara fenomena

litosferik dan atmosferik yang memunculkan Ionisasi di atmosfer dan gejala
kelistrikannya. Secara detail, proses ionisasi yang memunculkan Kelistrikan dapat
dijelaskan melalui tahapan sebagai berikut:
1. Pembentukan ion O+2 di atmosfer

Ion O+2 merupakan hasil ionisasi langsung sekaligus hasil pertukaran muatan ion
N+2 dan elektron yang melekat cepat ke atom oksigen, karena oksigen memiliki
energi afinitas ke elektron, membentuk ion negatif ion O− and O−2.

64

2. Hidrasi ion troposferik dengan O+2
Ion troposferik merupakan ion-ion yang sudah terdapat secara alami di lapisan
atmosfer dekat permukaan (troposfer) yaitu O−, O−2, NO−2, NO−2 NO−3, CO3− and
O2+, NO+, H3O+. Hidrasi merupakan proses di mana ion dikelilingi oleh molekul-
molekul air yang tersusun dalam keadaan tertentu. Hidrasi sangat mudah terjadi
di troposfer karena dua hal, yaitu
a) Konsentrasi electron sangat signifikan sehingga tak dapat diabaikan.
b) Jumlah molekul uap air yang terkandung dalam troposfer sangat besar yaitu
sekitar 1017 cm−3 dengan momen dipol p=1,87D,

3. Pembentukan pembentukan ion kompleks secara cepat
Ion kompleks yang terbentuk antara lain
- NO−2·(H2O)n dan NO− 3·(H2O)n,
- NO−3·(HNO3)n(H2O)m dan O+2·(H2O),
- NO+·(H2O)n,
- H+·(H2O)m dan H3O+·(H2O)n

Perubahan fenomena kelistrikan di atmosfer merupakan dampak dari ionisasi
atmosfer. Gelembung udara yang berisi ion bermuatan positif yang berasal dari dalam
tanah bergerak ke permukaan (menuju atmosfer) sehingga menciptakan polarisasi di
ionosfer dan mempengaruhi elektron di bagian bawah ionosfer (Freund, 2013). Sampai
di atmosfer, gas oksigen membentuk ion negatif yaitu ion O- dan O-2 karena oksigen
memiliki energi afinitas ke elektron. Perhatikan Gambar 14.

65

Sumber: Sulastri, dkk.,2017

Gambar 14. Pergerakan ion-ion yang menimbulkan anomali kelistrikan

Hidrasi merupakan kunci terjadinya anomali kelistrikan dan dapat terjadi dalam
berbagai kondisi, tanpa tergantung pada kelembaban relatif udara. Dalam kondisi pra
gempabumi, konsentrasi ion udara di daerah preparasi gempabumi mencapai 105–106
cm−3 . Konsentrasi tersebut dapat mengubah sifat kelistrikan lapisan atmosfer dekat
permukaan. Perubahan sifat kelistrikan menyebabkan perubahan (anomali) lokal
kelistrikan atmosfer, yang pada akhirnya merubah variabilitas konsentrasi elektron-
elektron yang terinduksi di ionosfer.

Dari penjelasan sebelumnya, dapat disimpulkan bahwa pembentukkan ion-ion di
atmosfer dan kelistrikan atmosfer merupakan dua dari fenomena atmosfer pra
gempabumi yang saling berasosiasi. Medan listrik vertikal yang kuat di permukaanbumi
sebelum gempabumi dapat menembus hingga ionosfer dan memodifikasi distribusidan
dinamika kerapatan elektron. Pengukuran anomali ionosfer dan kelistrikan dapat
dilakukan dengan berbagai metode, salah satunya Total Electron Content (TEC). TEC
menggambarkan suatu deskripsi ionosfer bumi berdasarkan jumlah total elektrondalam
tabung dan kerapatan jumlah kolumnar elektron. Satuan TEC disebut dengan TEC Unit
(TECU) dengan nilai 1016el/m2.

Variasi TEC di ionosfer berkaitan dengan fenomena gempabumi yang disebabkan
oleh mekanisme LAIC. Sunardi, Muslim,& Pakpahan meneliti anomali TEC sebelum
gempabumi bermagnitude > 6 di Indonesia yang terjadi selama tahun 2014. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa ditemukan variasi anomali TEC muncul sebelum
gempabumi Jawa 25 Januari 2014 (6,2 SR), gempabumi Banda 6 Agustus 2014 (6,2 SR),

66

gempabumi Maluku Selatan 10 September 2014 (6,2 SR), gempabumi Maluku Utara 15
November 2015 (7,2 SR), gempabumi Banda 6 Desember 2014 (6,1 SR) sertagempabumi
Maluku Utara 21 Desember 2014 (6,3 SR). Secara umum anomali TEC muncul kurangdari
10 hari sebelum kejadian gempabumi, kemungkinan terkait dengan proses persiapan
gempabumi maupun faktor-faktor lainnya. Hasil ini sejalan dengan beberapa
pengamatan prekursor gempabumi dari data TEC yang telah dilakukan beberapapeneliti
sebelumnya.

Anomali ionosfer juga terbukti muncul sebelum gempabumi besar di dunia. Anomali
TEC ditemukan pada 32 dari 43 kejadian gempabumi (Romanovskaya dan Namgaladze,
2014). Dalam gempabumi Tohoku, Jepang, 2011, nilai TEC sebelum
gempabumimeningkat 10% lebih banyak dibandingkan nilai TEC dalam kondisi normal.
Bahkan pada kejadian gempabumi lain, ditemukan peningkatan nilai TEC mencapai 25-
30% dibanding rata-rata TEC dalam sebulan sebelumnya.

Waktu kemunculan anomali TEC berbeda-beda, antara lain 1-5 hari (Liu dkk., 2004)
dan 6 hari sebelum gempabumi Alaska 24 Juni 2014 bermagnitude 7.9. Anomali TEC
tersingkat terjadi mulai 40 menit sebelum gempabumi. Menurut Pulinets dan Boyarchuk
(2004), pengukuran waktu kemunculan anomali juga dapat didukung dengan data bunyi
vertikal dan data satelit.

Anomali ionosfer juga dapat diukur dengan metode GPS. Hal ini disebabkan karena
ionosfer yang berisi ion-ion, elektron-elektron dan partikel bermuatan merupakanmedia
dispersif untuk sinyal GPS. Anomali ionosfer menyebabkan sinyal GPS mengalami
penundaan (delay) sebanding dengan TEC, di sepanjang jalur dari satelit GPS ke
penerima (Sunardi & Sulastri, 2016).

Ionisasi udara disebabkan oleh pertambahan tak biasa kandungan ion-ion udara
akibat keberlimpahan muatan positif yang dihasilkan saat terbentuknya celah bebatuan
yang mengalami stresss tektonik, yang terjadi dalam waktu tertenti sebelum
gempabumi. Ion positif yang bersifat sangat aktif berpindah secara cepat seiringsemakin
berjalannya stress tektonik. Kumpulan ion terjebak di permukaan bumi, membentuk
lapisan ion di permukaan dan menimbulkan perubahan potensial. Penambahan secara
signifikan akan menyebabkan terjadi perubahan komposisi ion di atmosfer.

Fenomena kelistrikan bumi dapat bersumber dari kelistrikan bebatuan dan kelistrikan
atmosfer. Gejala kelistrikan atmosfer berhubungan dengan ionisasi atmosfer, yang
terinduksi oleh aktivitas Radon di batuan bawah permukaan bumi. Konsentrasi ionudara
di daerah preparasi gempabumiyang mencapai 105–106 cm−3 merupakan suatu pemicu
anomali listrik. Medan listrik merupakan salah satu parameter kelistrikan yang dapat

67

diukur dengan berbagai teknik. Rekaman TEC dan data GPS merupakan sumber data
yang paling lazim digunakan sebagai penanda terjadinya fenomena fisika tak biasa di
atmosfer yang mendahului gempabumi. Data ini telah banyak dilaporkan dalam banyak
kejadian gempabumi di berbagai belahan dunia, dan menginformasikan kemunculan
anomali sejak 6 hari hingga 40 menit menjelang goncangan.

Berikut ini adalah tayangan hasil perekaman GPS tentang
anomali ionosfer (VE-7). Simaklah dengan seksama, lalu jawablah
pertanyaan dibawah ini.

a) Berdasarkan video, fenomena apakah yang sedang diilustrasikan?
b) Uraikan beberapa lokasi daerah yang Anda taksir sebagai area munculnya

fenomena !
c) Jelaskan perubahan yang sedang diilustrasikan dan faktor-faktor yang

menyebabkan perubahan !

68

Bab keempat buku ajar ini membahas anomali termal bumi meliputi kondisi temperatur
dan termal udara di bumi dalam kondisi biasa dan kondisi pra gempa, mekanisme dan
parameter anomali termal gempabumi, meliputi infra-red dan awan gempabumi(luminous).
Bacalah konteks masalah berikut terlebih dahulu.

Apakah awan gempa itu ada?

Istilah "awan gempa atau Earthquake Cloud (EQ)", cukup kontroversial. Seorang peneliti
melaporkan fenomena awan sebelum gempabumi di Italia dan Iran. Anomali awan ini
biasanya menunjukkan pola linear, tinggal di sana selama berjam-jam dan tidak bergerak
dengan angin.

Dikatakan bahwa ada hubungan yang signifikan antara gempa bumi yang akan segera
terjadi dan keberadaan jenis awan tertentu yang anomali dalam hal cuaca lokal. Bahkan,

69

pengamatan satelit terhadap awan EQ ini bahkan dapat digunakan sebagai prediktor andal
dari gempa bumi besar. Penjelasan yang paling popular mekanisme kemunculan awan
gempa antara lain akibat ventilasi uap air bawah tanah super panas, dan awan yang
dihasilkan secara khas "berbentuk garis" "berbentuk ular" atau terjadi dalam kelompok
"garis paralel", dan fitur linear kadang-kadang terjadi di dalam lubang besar di sekitarnya
awan cuaca. Tingkat keberhasilan prediksi EQ diklaim berdasarkan awan yang tidak biasa,
dan letusan uap, yang telah teterbukti di beberapa gempa besar.

Komentar Tim Peneliti A
Kesan kami adalah bahwa beberapa "awan EQ" merupakan awan yang jatuhesatauyang
disebut awan "hole punch" (yang disebabkan oleh kristal es yang jatuh dari ketinggian yang
lebih tinggi - mungkin dari contrails jet - ke lapisan altocumulus yang sangat dingin) dan
memicu penyebaran presipitasi. Ada jenis prekursor yang terbukti lebih baik - dan lebih
sesuai untuk keperluan kita - daripada awan gempa.
Komentar Tim Peneliti B
Menurut tim peneliti, anomali awan dapat memberikan perkiraan kasar tentangkegiatan
gempabumi yang akan terjadi, antara lain perkiraan tanggal dan kekuatan gempa. Hanya
saja, ditemukan satu faktor yang perlu dipertimbangkan yaitu faktor error akibat jarak.
Dalam pengamatan, jarak fenomena anomali awan gempabumimencapai 100-300km. Oleh
sebab itu, diperlukan penggabungan data geofisika dan data satelit bersama -sama untuk
memperkirakan pusat gempabumidan meningkatkan akurasi prediksi.

Menggunakan pengetahuan anomali termal pra gempa bumi untuk membangun
kesiapsiagaan bencana gempa bumi di Sumatera Barat.

Indikator pembelajaran pada Bab IV ini adalah:
1 Menjelaskan mekanisme perubahan termal dan fenomena relevan yang
memunculkan anomali fenomena fisika alam pra gempabumi dengan tepat
2 Menjelaskan asumsi/latar belakang peningkatan termal/parameter termal yang
digunakan oleh para peneliti untuk menjudge terjadinya anomali termal dengan
tepat
3 Menginterpretasikan Teori Kekenyalan Elastis yang digunakan ahli untuk
menjelaskanmekanisme anomali termal dengan tepat

70

4 Menggunakan/mengadopsi gagasan inkuiri ilmiah skala laboratorium tentang
pergerakan ion positif dan fenomena awan gempabumidi alam secara objektif

5 Menilai akurasi parameter Land Surface Temperature (LST) untuk menentukan
anomali termal sebelum gempabumi secara tepat dan objektif

Termal, atau panas, merupakan suatu bentuk energi di bumi. Level panas suatu
benda atau kondisi dinyatakan dengan ukuran temperatur. Kenaikan atau penurunan
temperatur udara salah satunya diketahui dari peningkatan panas. Namun, perubahan
panas tidak selalu langsung menyebabkan perubahan temperatur, karena temperatur
udara dipengaruhi oleh banyak faktor lainnya, selain radiasi energi panas matahari.

Temperatur merupakan tingkat panas suatu benda. Panas berbeda dengan suhu.
Panas adalah energi yang dialirkan ke suatu benda dan merupakan jumlah semua energi
yang dimiliki benda tersebut. Sedangkan istilah suhu digunakan untuk ukuran energi
kinetik benda tersebut. Ukuran panas yang dibutuhkan untuk mencapai satu ukuran
suhu yang sama bisa berbeda antara dua benda yang berbeda atau benda yang sama
namun berbeda jumlahnya.

Temperatur udara berarti level panas yang terdapat dalam lingkup atmosfer. Panas
yang terkandung dalam atmosfer dapat dibedakan atas 3, yaitu:
1) Panas terasa

Panas terasa merupakan aliran energi panas dari kondisi suhu tinggi ke suhu rendah.
2) Panas laten

Panas laten merupakan panas yang berhubungan dengan pergerakan molekul uap
air, dalam bentuk proses evaporasi dan kondensasi.
3) Panas ke lapisan tanah
Panas ke lapisan tanah merupakan panas yang dirasakan akibat adanya konduksi
atau konveksi.
Di area yang dekat dengan permukaan bumi, udara terasa panas karena permukaan
tanah mampu menyerap kemudian memanaskan udara yang berdekatan di area
permukaan. Udara yang dipanaskan akan mengalami pemuaian dan begerak naik
(konveksi), dan membagikan panas ke sekitarnya. Sehingga jika posisi semakin jauh dari

71

permukaan bumi, maka suhu di permukaan bumi akan terukur makin rendah, karena
gas-gas yang mengandung panas semakin berkurang.

Dalam rentang ketinggian troposfer, suhu udara diperkirakan dapat mengalami
penurunan hingga 6,50C per 100 m atau 6,50C per km. Peristiwa ini disebut dengan susut
temperatur. Pada stratosfer, temperatur mengalami kenaikan terhadap ketinggian,yang
disebut dengan inversi temperatur. Temperatur pada puncak stratosfer, yang disebut
stratopause, memiliki temperatur berorde 00C pada ketinggian 60 km dpl. Pada
mesosfer, gradien temperature berorde 0,40C per 100 m. Mesosfer mengalami
penurunan temperatur, bahkan mencapai temperature terendah di atmosfer, yaitu -
1000C. Penurunan temperatur disebabkan mesosfer mempunyai keseimbangan relatif
negative (Bayong, 2019).

Lapisan paling atas atmosfer, termosfer, merupakan lapisan panas yang menyelimuti
bumi pada ketinggian 85 km sampai 300 km dpl. Termosfer dapat mengalami inversi
temperatur dari -1000C sampai ratusan bahkan ribuan derajat. Puncak termosfer disebut
termopause dari ketinggian 300 km meluas ribuan km dpl sampai berbaur dengan
atmosfer matahari. Dalam perluasannya sebagian gas terionisasi. Temperatur
termopause adalah konstan terhadap ketinggian tetapi berubah terhadap aktivitas
matahari. Temperatur malam berosilasi antara 600 dan 1500 K, dan siang hari antara
1000 dan 2000 K. kenaikan temperatur disebabkan termosfer menyerap radiasi EUV.
Karena semakin ke atas densitas/konsentrasi atmosfer makin kecil, maka perpindahan
panas menjadi sulit, sehingga temperatur konstan (Bayong, 2019)..

Pada saat atmosfer menyerap energi, suhu udara menjadi meningkat. Hubungan
antara energi dan suhu mengikuti formula berikut:

∆E = ρc ∆T

∆E = perubahan energi
ρ = kerapatan benda
c = panas spesifik
∆T = perubahan suhu

Dalam pola harian normal, temperatur udara mencapai titik maksimum sekitarpukul
14.00. Namun, temperatur udara tidak sama di berbagai tempat, karena dipengaruhi
oleh berbagai faktor, yaitu posisi lintang, ketinggian, lama dan intensitas cahaya
matahari, angin, tekanan udara, dan kelembaban. Temperatur udara menggambarkan
adanya pengaruh radiasi matahari dan modifikasi energi dari sumber lainnya.

72

Anomali termal merupakan kondisi pergeseran panas permukaan tanah atau laut di
atas rata-rata pada hari-hari sebelum terjadinya gempa. Dey and Singh (2003)
memberikan istilah anomali panas laten untuk fenomena kenaikan termal. Panas laten
adalah jumlah panas yang diperlukan oleh suatu zat untuk merubah wujudnya. Dalam
konteks perubahan udara, panas laten adalah jumlah panas yang dibutuhkan oleh zat
cair agar semua molekulnya berubah menjadi uap (gas) pada temperatur yang sama.

Bagaimana mekanisme terjadinya anomali termal?

Tahapan terbentuknya panas laten sebelum terjadinya gempabumi adalah:
1. Gerakan lempeng menimbulkan gesekan batuan dan pembentukan celah (fraktur)
2. Batuan mengalami tekanan menghasilkan tegangan yang melepaskan panas
3. Pembentukkan celah mempengaruhi sifat hidrodinamika air tanah dan perubahan

temperature debit air.
4. Peningkatan temperature permukaan tanah (Land Surface Temperature atau LST)
5. Kelimpahan ion positif ke atmosfer memicu pelekatan molekul air (reaksi hidrasi) di

atmosfer membentuk aerosol
6. Reaksi hidrasi menyebabkan kelembaban udara berkurang
7. Penurunan kelembaban udara menyebabkan aerosol membentuk pusat kondensasi
8. Proses kondensasi merupakan proses perubahan fasa air, yang melepaskan panas

laten. Semakin besar jumlah panas laten yang dilepaskan untuk kondensasi, semakin
menimbulkan anomali termal di atmosfer. Sepanjang aktivitas tektonik di pusat
seismik terus berlangsung, maka anomali termal terus terjadi.
Kenaikan termal di permukaan dapat terjadi dalam waktu singkat karena kuatnya
tekanan tektonik. Besarnya tekanan tektonik pada batuan mempercepat pembentukkan
pori-pori mikro pada kerak bumi, akibatnya pelepasan gas-gas di daerah retakan juga
lebih cepat (Saraf, dkk., 2009).

73

Parameter yang sering diukur sebagai indikator anomali termal antara lainperubahan
temperatur tanah, radiasi infra red, dan fenomena cahaya.

Anomali termal dapat dideteksi berdasarkan perubahan temperatur permukaan
(Land Surface Temperature atau LST). LST dapat disebabkan oleh Radon dangasrumah
kaca seperti CO2, CH4, NO, CFC (chloro fluoro carbon), HFC (hidro fluoro carbon), PFC
(perfluoro carbon) dan SF6 (sulphur heksafluoro), yang dilepaskan ke atmosfer setelah
terbentuknya retakan kecil seiring peningkatan stress (Bhardwaj dkk., 2017). Fenomena
LST berkaitan dengan gempa, yaitu pemanasan berasal dari permukaan yang
bergesekan. Selain itu, anomali LST juga disumbangkan oleh perubahan kelembaban
tanah, yang merubah sifat edafis (faktor yang berhubungan dengan keadaan tanah) dan
temperatur tanah.

Koreksi: Radiasi Infra Merah (Infra Red Radiation)
Infra red adalah salah satu spektrum gelombang elektromagnetik yang memiliki
panjang gelombang lebih besar daripada spektrum cahaya tampak namun lebihpendek
daripada gelombang radio (Gambar 15). Infra red tidak dapat dilihat kasatmata,namun
dapat dirasakan sebagai panas atau termal oleh manusia dan makhluk hidup lainnya.
Hampir 80 persen cahaya matahari jatuh dalam interfal spektrum ini.

74

Gambar 15. Gelombang infra red dalam spektrum gelombang
elektromagnetik.

Infra Red dapat dibedakan menjadi tiga, berdasarkan panjang gelombang.
a) Infra Red jarak dekat memiliki panjang gelombang 0.75 – 1.5 µm,
b) Infra Red jarak menengah dengan panjang gelombang 1.50 – 10 µm,
c) Infra Red jarak jauh dengan panjang gelombang 10 – 100 µm.
Dalam kehidupan sehari-hari, infra red banyak digunakan dalam bidang kesehatan.
Infra red dapat mengaktifkan molekul air dalam tubuh karena memiliki getaran yang
sama dengan molekul air. Infra red dapat meningkatkan sirkulasi mikro, karena mampu
menghasilkan panas yang menyebabkan pembuluh kapiler membesar, yang pada
akhirnya akan memperbaiki metabolism tubuh, termasuk distribusi pengeluaran racun
di hati dan ginjal.
Selain itu, infra red digunakan dalam bidang teknologi komunikasi berbasis sistem
penginderaan jarak jauh menggunakan sensor. Aplikasi seperti pengiriman sinyal pada
telepon seluler, alarm, kamera CCTV, remote TV menggunakan infra red. Karakteristik
infra red yang relatif mudah digunakan juga terpakai dalam pemetaan ruangan dan
industri kelistrikan, seperti lampu pijar untuk pemanasan dalam area industri.

Radiasi infra red sebagai bagian dari fenomena termal juga terukur melalui
fenomena luminous (Liperovsky dkk., 2011). Melalui penggunaan sistem sensor remote
termal, fenomena ini teramati dalam dalam bentuk cahaya berpendar. Fenomena
luminous (cahaya) muncul terkait dengan ionisasi udara yang dapat menghasilkan efek

75

seperti percikan api, emisi plasma, kabut, dan awan. Fenomena luminous dikenaldengan
EqL atau Earthquake Light (cahaya gempa).

Proses pada lempeng tektonik memunculkan kontraksi, penggerusan, dan
pemecahan lempengan batuan dan butiran mineral dalam skala besar, sehingga sangat
memungkinkan munculnya fenomena listrik. Beberapa mekanisme untuk menjelaskan
cahaya gempabumi antara lain:

1) Streaming potential,
Cairan yang menekan dinding celah-celah kecil retakan seismik menghasilkan
muatan listrik, meskipun tidak mencapai tegangan tinggi. Efek muatan muncul
dalam bentuk cahaya.

2) Piezoelectricity
Cahaya gempabumiberasal dari mineral yang berlimpah yang menghasilkan
muatan saat mengalami tekanan dalam masa pra seismik.

3) Vaporization in shear zone,
Cahaya berasal dari stresss kuat di zona patahan yang menyebabkan pemisahan
muatan dan peningkatan Konduktivitas.

4) Sono luminescence,
Cahaya berasal dari pemecahan gelembung gas yang terbentuk akibat
gelombang suara rapat.

Bagaimana cara pengukuran anomali termal?

Proses-proses yang menyebabkan munculnya anomali termal melibatkan sejumlah
transformasi energi yang menyebabkan peningkatan emisi infrared termal (Thermal
Infra-Red atau TIR). Anomali termal diukur melalui teknik pencitraan berbasis satelit
(Satelite-Based), berbasis udara (Airborne-based), dan berbasis informasi lintasan
permukaan (Circuit-Surface Based ). Teknik pencitraan satelit merupakan teknik yang
paling banyak diterapkan untuk pengukuran karena menyediakan informasi yang dapat
diamati secara visual. Metode yang digunakan antara lain Metode STI (SatelliteThermal
Image), penggunaan sensor modern luar angkasa, penggunaan data TBB ( Brightness
Temperatur) and radiasi gelombang panjang (Outgoing Longwave Radiation) yang
diperoleh dari satelit meterorologis, dan penggunaan Satelit Citra Termal NOAA/AVHRR.

Perubahan termal dapat dideteksi dengan berbagai satelit yang dilengkapi sensor
termal (Zoran dkk., 2016), antara lain: Satelit MODIS Terra/Aqua (Moderate Resolution

76

Imaging Spectroradiometer), Satelit NOAA (National Oceanic and Atmospheric
Administration), Satelit AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer), Satelit
TRMM TMI (Tropical Rainfall Measuring Mission Microwave Imager) dan Satelit AMSR-E
(Advanced Microwave Scanning Radiometer). Contoh penggunaan satelit dan target
pengukurannya ditampilkan pada Gambar 16.

Gambar 16. Mekanisme anomali termal dan pengukurannya
77

Fenomena anomali temperatur pertama kali terdeteksi di atas daerah patahan aktif
sebelum gempabumi di Asia Tengah pada tahun 1980-an. Gempa-gempa yang
terdeteksi didahului anomali temperatur antara lain gempabumi di Jepang, China,
Aljazair dan India (Tronin, dkk. 2002; Saraf dan Choudhury, 2004; 2005). Besarnya
peningkatan temperatur udara yang pernah terukur sebelum gempabumi adalah 2-4K
(Wei, 2008) dan peningkatan temperatur permukaan tanah sebesar 2,50C (Tronin dkk.,
2002). Anomali termal dalam bentuk cahaya gempabumi juga pernah didokumentasikan
sebelum gempabumi di Jerman, Jepang, China dan Meksiko, yang ditampilkan pada
Gambar 17.

ab

cd
c

Gambar 17. Macam-macam visualisasi cahaya gempa
a) Gempabumi Ebingen, Jerman, 1911
b) Gempabumi Jepang, 1968
c) Gempabumi Sichuan, 2008
d) Gempabumi Meksiko, 2017

78

Efek atmosferik yang cukup fenomenal sebagai prekursor gempabumi adalah awan
gempa.

Bagaimana karakteristik awan gempa?
Apa bedanya dengan awan hujan?

Awan merupakan suatu bentukan visual di lapisan atmosfer bagian atas yang
mengandung uap air, berkelompok, bergumpal atau memanjang pada ketinggian
tertentu. Dalam ilmu Fisika, awan adalah kumpulan butiran air dan kristal es yang sangat
kecil dengan konsentrasi ber orde 100/cm3 dan mempunyai radius sekitar 10 µm. Awan
terbentuk jika volume udara lembab mengalami pendinginan sampai di bawah
temperature titik embunnya (Bayong, 2019).

Awan memiliki tiga bentuk dasar, yaitu bentuk berserat, bentuk lapisan dan bentuk
gumpalan. Awan berbentuk serat disebabkan kristal es yang jatuh, dan disebut dengan
Awan Cirrus. Awan berbentuk lapisan disebabkan karena pertumbuhan awan terjadi
secara horizontal, disebut dengan Awan Stratus. Awan Cumulus, yaitu awan berbentuk
gumpalan, disebabkan oleh pertumbuhan vertical yang sangat besar pada konveksi
local. Lebih lanjut, Bayong (2019) mendeskripsikan sepuluh golongan (genus) awanyaitu
Cirrus, Cirrocomulus, Cirrostratus, Altocumulus, Altostratus, Nimbostratus,
Stratocumulus, Stratus, Cumulus dan Cumulonimbus. Dari penamaan sepuluh genus
awan tersebut, kategori posisi awan dapat diketahui. Genus yang memiliki unsur kata
stratus, merupakan kelompok awan rendah, yang memiliki ketinggian dasar awan
kurang dari 2 km. Awan menengah, yaitu awan yang memiliki ketinggian dasar antara 2
dan 6 km, dan ditandai dari unsur kata awal alto . Awan tinggi, yaitu awan yang memiliki
ketinggian dasar awan lebih dari 6 km, dan ditandai dengan awalan kata cirro.

Awan juga diklassifikasikan menjadi varitas berdasarkan pada tata letak unsur
makroskopik awan dan pada kejernihan atau transparansinya. Awan translusidus yaitu
varitas awan jernih dan tipis yang memungkinkan untuk menentukan lokasi matahari,
dan awan opakus merupakan varitas awan yang tebal, rapat sehingga tidak dapat
digunakan untuk menentukan posisi matahari.

Bagaimana pembentukkan awan?

79

Ada dua macam proses pengintian dalam pembentukan awan, yaitu pengintian
homogen dan pengintian heterogen. Pengintian homogen adalah proses pembentukkan
tetes air dari uap dalam lingkungan murni yang memerlukan supersaturation tinggidan
tidak terjadi di troposfer. Di atmofer tidak terjadi pengintian homogen, karena atmosfer
bebas selalu mengandung partikel aerosol yang bertindak sebagai inti kondensasiawan
(IKA) atau inti es (IES) atau inti pembeku. Butiran awan terbentuk melalui pengintian
heterogen, dimana pembentukkan tetes air terjadi melalui inti kondensasi awan (IKA).

Pembentukkan awan berhubungan dengan radiasi sinar kosmik. Carslaw (2000)
menggunakan istilah mekanisme ‘ion-aerosol clear-air’.

Bagaimana mekanisme mikrofisika
penggabungan ion-ion menjadi aerosol?
Perhatikan Gambar 18.

Partikel sinar kosmik bergerak dengan kecepatan dan energi tinggi sehingga dapat
bertumbukan dengan molekul atmosfer lainnya seperti NO2. Tumbukan berintensitas
kuat mampu memecahkan molekul-molekul di atmosfer menjadi ion-ion sekunder
sebagai inti kondensasi awan (IKA) pada awan tinggi (dasar awan lebih dari 6 km).
Pembentukan IKA terjadi secara bertahap melalui beberapa proses kondensasi. Dalam
hal ini, inti kondensasi halus (Ultrafine Condensation Nuclei, UCN) dan kehadiran uap
perunut (misal H2SO4) merupakan sumber penting dalam pembentukkan aerosol baru.
Pada gambar, IKA ditunjukkan oleh CCN (Cloud Condensation Nuclei) dan butiran
awan ditunjukkan oleh Cloud Droplets. IKA bergabung membentuk populasi berukuran
sekitar 0,1 mikrometer dan dapat bertumbuh menjadi butiran awan.

80

Sumber: Carslow dkk.,, 2002 dalam Bayong, 2017

Gambar 18. Proses pembentukkan awan
Proses berikutnya adalah pembentukkan tetes awan dari butiran awan. Untuk dapat
menjadi tetes awan, butiran awan harus mencapai ukuran melebihi jari-jari kritis, yaitu
20 mikrometer. Jika ukuran ini terpenuhi, maka pembentukkan tetes hujan akan terjadi
dengan cepat. Namun, mekanisme kondensasi saja tidak mampu memperbesar butiran
awan untuk menjadi tetes hujan. Bayong (2019) menjelaskan mekanisme dasar dalam
perubahan tetes awan menjadi tetes hujan, yaitu mekanisme awan panas, yang
didalamnya terjadi mekanisme tumbukan (collision)-tangkapan (coalescence).
Mekanisme awan panas terjadi dalam awan panas tropis yang mengandung tetes air.
Untuk awan dingin atau awan campuran, mekanisme pembentukkan tetes hujan terjadi
melalui fasa uap air, melalui pembekuan tetes, dan melalui penggabungan.

Bagaimana pembentukkan awan gempa?

81

Pembentukkan awan gempabumi berhubungan dengan fenomena termal. Termal
akibat hidrasi ion akan meningkatkan ion-ion gugus besar dan menyebabkan perubahan
pada lapisan pembatas yang disebut PBL (Planetary Boundary Layer) atau disebutjuga
dengan ABL (Atmospheric Boundary Layer). Dalam Bahasa Indonesia, PBL/ABLdisebut
dengan Lapisan Batas Planeter (LBP) atau Lapisan Batas Atmosfer (LBA).

Gambar 19. Struktur Lapisan Batas Atmosfer
LBA merupakan bagian dari troposfer yang mendapat pengaruh secara langsungdari
permukaan bumi dan terbentuk oleh interaksi antara atmosfer dan permukaan (tanah
dan laut) dengan skala waktu satu hari atau kurang. Pada permukaan LBA terjadi
transformasi utama energi misalnya dari radiasi menjadi panas/termal. Faktor panas
permukaan tanah akan mempengaruhi lapisan batas atmosfer. LBA yang mendapat
pengaruh langsung dari permukaan tanah memiliki peranan penting dalam proses fisis
atmosfer atau pencemaran udara atau kualitas udara.
LBA berkaitan dengan awan gempa sebagai prekursor gempabumi. LBA mengalami
perubahan konduktivitas karena pembentukkan (formasi) gugus ion (ion cluster) yang
berukuran sebesar aerosol, sekitar 1000 nm. Gugus ion memiliki mobilitas yang sangat

82

rendah, sehingga konduktivitas LBA turun drastis, sebaliknya potensial ionosfer
meningkat dan menghasilkan anomali medan listrik di ionosfer di area ketingggian
rendah. Efek dari fenomena ini di permukaan bumi terdekat adalah perubahan
kelembaban udara dan temperatur.

Kelembaban dan temperature udara merupakan faktor pendukung terbentuknya
awan. Pembentukkan awan gempa dimulai dari terjadinya retakan akibat pergesekan
lempeng bumi di litosfer dan ionisasi di atmosfer (Liperovsky dkk., 2005). Kelimpahan
ion dari kedua kondisi tersebut mempercepat pembentukan awan, akan tetapi awan
gempa tidak dapat diidentikkan dengan awan hujan dalam hal proses dan struktur. Awan
gempa menampilkan karakteristik yang berbeda dari awan hujan, yaitu:
1. Awan berbentuk lurus

Awan gempa memiliki kecenderungan menyerupai struktur linear arah vertikal di
sekitar daerah tektonik (Morozova, 2005). Arah vertikal disebabkan oleh pergerakannaik
ion-ion positif hasil emanasi Radon dan pergerakan turun ion-ion negatif dari radiasi
sinar kosmik. Ion positif terus bergerak naik menuju troposfer dan mempercepat
pembentukkan awan. Pergerakan ion positif diiringi oleh pergerakan awan ke arah yang
berlawanan, yaitu menuju permukaan bumi. Dengan demikian terjadi arah bolak balik
medan listrik sehingga terbentuk formasi awan yang relatif lurus (vertikal).
2. Awan diam (tidak bergerak)

Pembentukan tetes awan menjadi tetes hujan membutuhkan waktu tertentu
tergantung pada ukuran butir awan yang terbentuk. Sebagai contoh, jika ukuran butiran
awan sebesar 0,75 mikrometer, maka dibutuhkan waktu sekitar 12 jam atau lebih.,
sedangkan ukuran tetes hujan paling kecil saja memiliki jari-jari 100 mikrometer.Kembali
mempelajari skema diatas, ukuran aerosol yang terbentuk melalui kondensasi ion jauh
lebih kecil dari syarat ukuran jari-jari kritis untuk tetes awan dapat berubah menjaditetes
hujan. Dengan demikian, tetes awan dalam awan gempa tidak tumbuh, melainkan akan
menghilang secara perlahan dalam waku 1 hari. Awan akan terlihat tetap, tidak
bertambah besar dan tidak bergerak.

Secara umum, tampakan awan gempa dapat dibedakan menjadi tiga kategori,yaitu:
a) Awan linear di langit yang cerah,
b) Awan linear di langit yang mendung,
c) Batas linear antara langit mendung dan langit cerah yang menyerupai struktur

tektonik.
Perhatikan Gambar 20. Gambar bagian kiri merupakan contoh awan lurus di langit
cerah, teramati di gempabumi Sakhalin berkekuatan 6,4 SR pada 02 August 2007
(Pulinets dkk., 2009). Awan linear ini terbentuk sepanjang patahan tektonik aktif dan
menunjuk lurus menuju episenter gempa, terlihat muncul pada 31 Juli 2007. Morozova
(2012) menemukan suatu struktur translucent (tembus cahaya) yang teramati
sepanjang batas antara lempeng tektonik Amur dan Okhotsk pada 1 hari sebelum

83

gempabumi Hokkaido berkekuatan 7 SR pada 28 November 2004, dan tercatatbertahan
1 hari sebelum getaran gempabumi. Sifat translucent pada awan gempa menunjukkan
bahwa awan gempa termasuk varitas awan translusidus.

Gambar 20. Pencitraan awan gempabumidi dua lokasi tektonik berbeda

Pakar geologi, Morozova, mengatakan bahwa awan gempa memiliki batas pinggir
yang jelas (clear-cut boundary), dapat diperhatikan pada Gambar 21. Inilah yang
membedakan antara awan gempa dan awan normal. Hal inilah yang memperkuat
informasi anekdotal atau sains tradisional yang digali dari pengalaman masyarakat di
daerah rawan gempabumi, bahwa masyarakat sering melihat awan gempa berupa
cahaya menyerupai awan yang memanjang tegak lurus terhadap permukaan bumi.

84

Gambar 21. Awan gempabumidi Jepang

Pada Gambar 21 terlihat adanya kecenderungan garis batas yang jelas (merah) pada
beberapa posisi awan di daerah tektonik. Foto awan dengan batas sudut yang jelas
diambil dari satelit Terra pada 30 April 2009. Setelah kemunculan awan gempa tersebut,
terjadi gempabumi di bagian utara Kepulauan Kuril terjadi pada tanggal 2 Mei2009dan
di kepulauan Hokkaido pada tanggal 3 Mei 2009.

Panas (termal) bumi merupakan energi yang terukur dalam tingkat panas tertentu,
yang terbagi atas panas terasa, panas laten, dan panas permukaan atau lapisan tanah.
Panas yang berkaitan dengan prekursor gempabumi adalah panas atmosfer yang
dilepaskan sebagai dampak dari anomali emanasi gas Radon akibat stress tektonik.
Anomali panas berhubungan dengan pelekatan molekul air terhadap ion-ion atmosfer
sehingga terbentuk aerosol tersuspensi. Fenomena anomali termal banyak terungkap
dari gempa-gempabumidi China, Jepang dan India mulai dari 14 hari sebelum
gempabumi.

85

Pengukuran anomali termal umumnya menggunakan citra satelit terhadap 3
parameter, yaitu LST, Radiasi Infra Merah, dan Fenomena Luminous. Fenomena lainyang
berhubungan dengan kenaikan panas termal bumi adalah awan gempa. Awan
gempabumimuncul karena perubahan kelembaban dan temperatur yang distimulasi
oleh anomali termal. Awan gempa umumnya terlihat sebagai fenomena transiludasi
linear, baik vertikal ataupun horizontal, sebagai bentuk menyesuaikan dengan arah
medan listrik yang dihasilkan dari pergerakan ion di atmosfer.

Lu dkk., (2016) menggunakan Temperatur Brightness dan Out-going Longwave
Radiation untuk mendeteksi anomali termal pada 20 gempabumi Tibet. Hasil rekaman
anomali dideskripsikan dalam Gambar 22.

Gambar 22. Anomali Termal yang berasosiasi dengan gempabumi Tibet,
Magnitude 8, pada 26 Februari 2010.

Berdasarkan Gambar 22, jelaskan fenomena yang terjadi. Kemukakan alasan
kenapa ilustrasi tersebut berkaitan dengan prekursori gempabumi.

86

Bab kelima ini membahas tentang medan magnet bumi meliputi sifat dan sumber
medan magnet bumi, pembentukan gelombang elektromagnetik, dan hubungan
gelombang elektromagnetik dengan waktu, kekuatan gempa, jarak dan arah episenter.
Bacalah konteks masalah berikut terlebih dahulu.

Sinyal elektromagnetik "dapat memprediksi
gempabumi"(oleh David Appel)

Selama beberapa tahun, seismolog memperdebatkan apakah gempabumi dapat
diperkirakan dari sinyal elektromagnetik yang dipancarkan oleh batuan di bawahtekanan.
Dua bulan sebelum gempabumibesar melanda Jepang, peneliti Uyeda mendeteksi sinyal

87

elektromagnetik yang aneh. Kemunculan sinyal-sinyal tersebut mendukung pemikiran
kontroversial para peneliti Yunani, yang mengatakan suatu hari sinyal elektromagnetik
dapat digunakan untuk memprediksi gempabumi. Para pendukung gagasan tersebut
antara lain Panayiotis Varotsos, Kessar Alexopoulos dan Konstantine Nomicos, dan
seluruh Universitas di Athena, mempertahankan pendapat bahwa aktivitas listrik dan
magnetik di tanah dapat memprediksi lokasi, waktu dan besarnya beberapa gempabumi.
Peneliti lain mengalami kesulitan mengulangi hasil tim Yunani tersebut.

Tapi sekarang tim Seiya Uyeda dari Pusat Penelitian Prediksi Gempabumi di
Universitas Tokai di Jepang melaporkan pengukuran perubahan anomali di medan listrik
dan magnet Bumi di pulau Izu Jepang, dari akhir Maret 2000. Beberapa bulan kemudian,
serangkaian gempabumi dimulai pada 26 Juni. Para peneliti menggunakan kabel telepon
sebagai antena, untuk mengukur gelombang elektromagnetik frekuensi sangat rendah
setiap 10 detik. Hasil pembacaan bidang geolistrik menunjukkan adanya "perubahan
yang jelas dan tidak biasa". Kekuatan sinyal meningkat dari waktu ke waktu, mencapai
puncak tepat sebelum gempabumi besar pertama berkekuatan 6.4 pada skala Richter
pada 1 Juli 2000. Setelah aktivitas seismik mereda, area pengamatan kembali normal.

Peneliti ini juga melihat perubahan kekuatan medan magnet Bumi selama periode
yang sama. Peneliti tidak lupa menganalisis kemungkinan lain penyebab kebisingan
magnetik, seperti curah hujan atau sumber buatan manusia, dan tetap melihat distorsi
kecil namun tidak dapat dijelaskan. Variasi itu sekitar satu juta kali lebih kecil daripada
medan magnet alami Bumi. Penangkapan sinyal hanya terbatas pada dua antenna dan
cukup membingungkan peneliti. Sementara, peneliti menjawab bahwa sinyal yang hanya
dapat dideteksi pada area tertentu ini disebabkan oleh faktor error seperti genangan air
pada batuan, sedangkan sinyal elektromagnetik dapat tersebar melalui saluran yang
sangat konduktif.

Dua kelompok ahli merespon berbeda terhadap temuan penelitian Uyeda. Varotsos
mengatakan bahwa hasil eksperimen Uyeda sangat mengesankan, dan mengkonfirmasi
sinyal yang telah dia lihat di Yunani selama 20 tahun terakhir. Sedangkan Max Wyss dari
University of Alaska Fairbanks, menolak hasil penelitian tersebut. Phil Reppert dari
Clemson University di South Carolina mengatakan bahwa sementara pekerjaan Uyeda
tidak membuktikan akan pernah mungkin untuk memprediksi gempabumi, itu
menunjukkan perlunya penelitian lebih lanjut dan menyetujui bahwa tipis kemungkinan
sinyal tersebut dapat dikenali oleh manusia.

88

Penggunaan buku ajar ini diharapkan menjadikan mahasiswa mampu menggunakan
pengetahuan prekursor anomali elektromagnetik yang muncul sebelum gempabumi
untuk membangun kesiapsiagaan bencana gempabumi di Sumatera Barat.

Indikator pembelajaran pada Bab V ini adalah:
1 Menjelaskan mekanisme fenomena kemagnetan yang memunculkan anomali

fenomena fisika alam pra gempabumi dengan tepat
2 Menggunakan reliabilitas hasil-hasil studi tentang anomali elektromagnet

sebelum gempabumi di Indonesia untuk menyimpulkan informasi prekursori
kesiapsiagaan bencana secara objektif
3 Mendeskripsikan cara mengeliminasi variabel-variabel yang mempengaruhi
bias interepretasi anomali elektromagnetik di litosfer secara kritis
4 Menginterpretasikan data dari grafik hasil pengukuran gelombang
elektromagnetik secara jujur, cermat dan objektif untuk menghasillkan
eksplanasi, kesimpulan, dan generalisasi berdasarkan kasus yang diberikan
(terdapat dalam latihan kasus).

Elektromagnetik merupakan sebuah terminologi yang menunjukkan hubungan
antara fenomena kelistrikan dan kemagnetan. Anomali elektromagnetik menjadi salah
satu topik bahasan dalam gempabumi yang mengindikasikan bahwa fenomena magnet
berhubungan dengan bumi. Salah satunya adalah adanya kesamaan magnet dan bumi
yaitu sama-sama memiliki kutub utara dan selatan.

89

Bagaimana keterkaitan antara magnet dan
gempabumi?

Fenomena anomali medan magnet sebelum gempabumi telah lama dikajidalamstudi
tentang gempabumi di berbagai negara. Fenomena medan magnet dikenali dalam
bentuk anomali gelombang elektromagnetik frekuensi rendah atau Ultra LowFrequency
(ULF). Bagaimana mekanisme perubahan medan magnet sehingga dapat digunakan
sebagai prekursor untuk prediksi gempabumi?

Medan magnet adalah medan dipol yang kutubnya terletak di dekat kutub geografis.
Medan magnet bumi diilustrasikan berupa garis-garis yang keluar dari permukaan bumi
di kutub Antartika (kutub Selatan), kemudian melengkung dan kembali masuk ke
permukaan bumi di kutub Arktik (kutub Utara), seperti pada Gambar 23. Jika dilukiskan
sebagai vektor, maka vektor magnetik mengarah ke atas di belahan bumi selatan dan
mengarah ke bawah di belahan bumi utara, sejajar dengan permukaan bumi di
khatulistiwa.

Sudut antara vektor magnet dan cakrawala disebut kemiringan atau inklinasi. Inklinasi
adalah sudut yang menunjukkan perbedaan kutub utara magnet bumi dan kutub bumi.
Besarnya inklinasi dinyatakan dalam jumlah derajat tertentu. Penyimpangan tersebut
(deklinasi atau variasi), mungkin cukup besar di dekat kutub magnet, tetapi dapat
diabaikan di lintang yang lebih rendah. Sebagian besar belahan dunia memilikigaris-garis
medan membentang arah selatan-utara. Intensitas total medan berkurang secara
bertahap - secara kasar simetris di kedua belahan - dari nilai maksimum sekitar 60.000
nano Tesla di kutub ke nilai sekitar 30.000 nano Tesla di dekat khatulistiwa.

90

(a) (b)

Gambar 23. Medan magnet bumi sebagai vector

Menurut fisikawan William Gilbert (1540-1603), bumi adalah sebuah magnet raksasa
dengan sebuah kutub magnet utara dan sebuah kutub magnet selatan. Sumber medan
magnet diduga berasal dari inti yang sebagian besar terdiri dari Besi dan Nikel. Selainitu,
medan magnet bumi mungkin dihasilkan oleh berbagai sumber, baik yang berasal dari
atas dan dari bawah permukaan planet.

Medan magnet bumi terdiri dari 3 bagian yaitu medan magnet utama (main field),
medan magnet luar (external field) dan medan magnet anomali. Medan magnet utama
dapat didefinisikan sebagai medan rata-rata hasil pengukuran dalam jangka waktu yang
cukup lama mencakup daerah dengan luas lebih dari 106 km2. Medan magnet luarberasal
dari pengaruh luar bumi yang merupakan hasil ionisasi di atmosfir yang ditimbulkanoleh
sinar ultraviolet dari matahari. Karena sumber medan luar ini berhubungan dengan arus
listrik yang mengalir dalam lapisan terionisasi di atmosfir, maka perubahan medan ini
terhadap waktu jauh lebih cepat. Medan magnet anomali, yang sering juga disebut
medan magnet lokal (crustal field), dihasilkan oleh batuan yang mengandung mineral
bermagnet seperti magnetit (Fe7S5), titanomagnetite (Fe2TiO4) dan lain-lain yang berada
di kerak bumi. Dalam survei dengan metode magnetik yang menjadi target dari
pengukuran adalah variasi medan magnetik yang terukur di permukaan (anomali
magnetik).

91

Bagaimana bumi bisa menghasilkan medan magnet? Simaklah
tayangan berikut (VE-8).

Secara garis besar magnetisasi disebabkan oleh medan magnetik induksi dan medan
magnetik remanen. Medan magnet Induksi adalah medan magnet yang terbentuk karena
adanya arus listrik yang mengalir dalam konduktor. Medan magnet bumi termasuk
medan magnet induksi karena kemagnetan bumi (geomagnetisme) terjadi karena ada
arus listrik dalam inti bumi (karena keadaan cair dan mudah bergerak), yang
menghasilkan medan magnet seperti dalam elektromagnet (Bayong, 2006).
Pembentukan magnet (magnetisasi) terinduksi terjadi saat dipole magnet dasar dari
material lempeng diseimbangkan/disesuaikan oleh medan magnet utama, sepertihalnya
jarum kompas disesuaikan.

Magnet remanen adalah suatu bahan yang hanya dapat menghasilkan medan
magnet yang bersifat sementara. Medan magnet remanen dihasilkan dengan cara
mengalirkan arus listrik atau digosok-gosokkan dengan magnet alam. Magnetisasi
remanen hampir mirip dengan magnetisasi yang dihasilkan dalam suatu material oleh
medan magnet primer, namun sekali terbentuk akan bertahan meski medan magnet
primer sudah menghilang. Fenomena ini tergantung pada ada tidaknya material
feromagnetik yang membentuk “domain magnetic”. Medan magnet remanen
mempunyai peranan yang besar terhadap magnetisasi batuan yaitu pada besar dan arah
medan magnetiknya serta berkaitan dengan peristiwa kemagnetan sebelumnyasehingga
sangat rumit untuk diamati.

92

Medan magnet anomali adalah medan magnet yang dihasilkan batuan
termagnetisasi pada kerak bumi akibat induksi medan utama magnet bumi. Anomali
medan magnet merupakan hasil gabungan medan magnetik remanen dan induksi. Bila
arah medan magnet remanen sama dengan arah medan magnet induksi maka
anomalinya bertambah besar. Besarnya anomali magnetik berkisar ra tusan sampai
dengan ribuan nano Tesla (nT), tetapi ada juga yang lebih besar dari 100.000 nT yang
berupa endapan magnetik.

Bagaimana anomali medan magnet yang muncul
sebelum gempabumi?

Anomali medan magnet terjadi saat pergerakan lempeng sebelum gempabumi,
berasosiasi dengan perubahan konduktivitas udara yang disebabkan oleh ionisasi
atmosfer. Injeksi ion-ion ke atmosfer yang merubah konduktivitas udara menyebabkan
peningkatan medan listrik di atmosfer. Merujuk pada hipotesa Maxwell, fenomena
kelistrikan dan kemagnetan saling berhubungan. Perubahan medan magnet dapat
menimbulkan medan listrik, maka sebaliknya perubahan medan listrik pun akan dapat
menimbulkan medan magnet. Energi dari kedua fenomena ini dipancarkan melalui
perambatan gelombang elektromagnetik.

Bagaimana mekanisme dihasilkannya gelombang elektromagentik dari
gempabumi ? Perhatikan tayangan berikut (VE-9).

93

Berdasarkan model prekursor medan magnet Merzer dan Klemperer (1997),
gelombang medan eksternal yang terdapat pada suatu kawat panjang tak hinggadengan
medan listrik insidental yang paralel dengan kawat, dapat menginduksi arus dalamkawat.
Pada akhirnya akan menghasilkan suatu medan magnet sirkumferensial (keliling). Analog
dengan model prekursor tersebut, jika suatu area tipis panjang dan berkonduktivitas
tinggi dihasilkan dibawah atau di dekat magnetometer sebelum terjadinya gempa, akan
menghasilkan anomali medan magnet yang signifikan. Oleh sebab itu, zona patahanyang
bersifat menghantarkan arus (konduktif) berperan sebagai antena untuk berpasangan
dengan medan magnet elektromagnetik. Dengan demikian, dapat dihasilkan suatu
medan elektromagnetik eksternal yang memunculkan anomali magnetik yang dapat
teramati (terekam datanya).

Berdasarkan paparan di atas, fenomena anomali medan magnet sebelum gempabumi
diindikasikan oleh anomali gelombang elektromagnetik berfrekuensi rendah, Ultra Low
Frequency atau ULF. Bagaimana pembentukan gelombang elektromagnetik ULF
tersebut? Yumoto dkk., (2009) mengajukan mekanisme microfracturing untuk
menjelaskan anomali ULF. Menjelang getaran dirasakan di permukaan bumi, dihasilkan
muatan listrik pada dinding jalur retakan mikro serta terjadi gangguan elektromagnetik
(EM noise) yang berhubungan dengan relaksasi muatan. Pada kondisi tersebut, ULF
diemisikan pada zona utama aktivitas seismik. Emisi gelombang elektromagnetik dapat
terjadi pada batuan yang mengalami stress tektonik karena batuan tersebut mudah
dipengaruhi oleh permitivitas dielektrik makroskopik dan tingkat konduktivitas batuan
(Molchanov dan Hayakawa, 1998). Batuan yang memiliki skala waktu perubahan muatan
di bagian eksternal lebih lama dibanding fluktuasi muatan atau medan elektromagnetik,
maka akan mempercepat emisi gelombang elektromagnetik. Jika laju terbentuknya
patahan mikro cukup tinggi di daerah seismik, maka pembentukkan EM Noise akan lebih
cepat dan meluas keluar dari area fokus seismik. Dengan demikian, menjadi emisi ULF
akan terdeteksi di permukaan bumi dengan frekuensi cut-off atas ~ 1 Hz akibat atenuasi
kedalaman kulit.

Fenomena anomali gelombang elektromagnetik dapat terjadi dalam kondisi
normal/harian atau saat tidak terjadi gempabumi. Anomali ini disebabkan salah satunya
oleh badai matahari. Pada kedua kondisi gempabumiatau tidak terjadi gempa, sinyal
elektromagnetik menunjukkan kenaikan signifikan (Ahadi & Pribadi, 2014). Untuk
memastikan anomali tersebut merupakan prekursor gempabumi, para peneliti biasanya
melakukan analisis tambahan seperti mengukur indeks DST (Disturbance Storm Time).
Data DST dapat dipergunakan untuk memastikan anomali TEC sekaligus klarifikasiadanya

94

anomali elektromagnetik yang disebabkan oleh badai geomagnetik atau badaimatahari.
Bila analisis sinyal anomali ULF menunjukkan anomali (ketika tidak terjadi badai
magnetik), maka diasumsikan memiliki hubungan dengan aktivitas litosfer yang
berasosiasi dengan gempabumi (Hayakawa, dkk, 2000).

Emisi ULF digunakan dalam pemantauan aktivitas kerak bumi sebagai prekursor
gempabumi. Hal ini karena ULF hanya sedikit mengalami atenuasi sehingga mampu
merambat ke permukaan bumi (Ahadi dkk. 2013; Hayakawa dkk. 2000; Kopytenko dkk.
2001). Pendeteksian anomali emisi ULF biasanya dilakukan dengan menggunakan data
anomali frekuensi <0.1 Hz. Pada frekuensi tersebut aktivitas seismogenik sebelum, saat
dan setelah gempabumidapat diamati (Fraser-Smith dkk., 1990; Hayakawa dkk., 2000).

Informasi prekursori apa yang bisa diketahui dari
anomali gelombang elektromagnetik?

Dalam penentuan waktu kemunculan prekursor, dikenal dua istilah, yaitu onset time
dan lead time. Onset time merupakan waktu pertama kali kemunculan prekursor
terhadap suatu kejadian gempabumi, sedangkan lead time adalah durasi atau lamanya
suatu prekursor muncul dan bertahan. Berdasarkan temuan sejumlah penelitian, nilai lead
time anomali ULF untuk gempabumi ber-magnitude kecil adalah lebih pendek
dibandingkan gempabumi dengan magnitude besar yang pernah terjadi di Pulau
Sumatera. Lead time anomali ULF tersebut dipengaruhi oleh magnitude dan jarak
hiposenter gempabumike sensor magnet. Perhatikan Tabel 3.

95

Tabel 3. Penelitian Anomali Emisi ULF sebelum kejadian gempabumiIndonesia

No Peneliti Objek kajian Hasil Penelitian

1 Saroso et al., (2009) GempabumiSumatera- Prilaku anomali ULF teramati

Andaman 26 Desember beberapa minggu sebelum

2004, 9,0 SR kedalaman 30 gempa, pada periode 32 s

km dan

GempabumiSumatera-Nias

28 Maret 2005 8,7 SR dan

kedalaman 30 km

2 Ibrahim, Ahadi, & Karakterisasi sinyal ULF pada Lamanya anomali dari sinyal

Saroso (2012) peristiwa gempabumi prekursor untuk kedua

Padang 2009 7,6 SR dan gempabumi tersebut adalah

Gempabumi Mentawai 2010 gempabumi Padang sebesar 23

7,8 SR hari dan gempabumi Mentawai

5 hari

3 Riani, Kanata, dan Gempabumi Lombok 2011, 5 Ditemukan polarisasi magnetik

Zubaidah (2016) SR prekursor gempabumiyang

muncul dalam rentang 1 sampai

3 minggu sebelum gempabumi

4 Sintia, Ta, Gempabumi Sabang, 2014, Anomali medan magnet

Tamuntuan, dan 5,5 SR ditemukan pada 2 dan 8 hari

Tongkukut (2016) sebelum gempabumi

5 Hamidi et al., (2018) Gempabumi Nias September Sebagian besar anomali medan

2016– Juni 2017 magnet dapat digunakan

sebagai prekursor. Salah satu

gempabumimenunjukkan

waktu anomali 4 hari sebelum

gempabumi.

Berdasarkan temuan sejumlah penelitian, lead time anomali ULF untuk gempabumi
berkekuatan kecil memiliki durasi yang lebih pendek dibandingkan gempabumi dengan
magnitude besar yang pernah terjadi di Pulau Sumatera. Lead time anomali ULF tersebut
dipengaruhi oleh magnitude dan jarak hiposentrum gempabumike sensor magnet.
Temuan tersebut didukung oleh hasil studi Ahadi, Puspito, & Ibrahim (2015) yang
mengkaji anomali ULF yang berasosiasi dengan 8 gempabumibesar di Sumatera sejak

96

tahun 2007-2012. Lead time berkorelasi positif dengan besarnya emisi ULF, magnitude
gempa, indeks seismic, dan berkorelasi negatife dengan jarak hiposenter. Dapat
disimpulkan bahwa anomali ULF memiliki karakteristik yaitu semakin besar magnitude
gempabumimaka lead time anomali ULF akan semakin semakin lama, semakin jauh
(besar) jarak hiposentrum gempabumike sensor maka lead time ULF akan semakin kecil,
dan berlaku untuk gempabumiyang memiliki magnitude besar dan kecil.

Koreksi: Judul seharusnya : Hubungan Emisi Gelombang Elektromagnetik dan arah (azimuth)
Episenter

Apa yang dimaksud dengan azimuth?
Perhatikan Gambar 24

Gambar 24. Skema penentuan azimuth
97

Azimuth merupakan salah satu metode militer yang dipakai untuk menentukan arah
atau posisi suatu objek. Penentuan azimuth menggunakan arah mata angin utara
sebagai referensi sudut nol. Azimuth adalah sudut antara satu titik dengan arah Utara
dari pengamat (observer). Besarnya azimuth adalah besar sudut putar dari arah Barat
sampai dengan Timur. Azimuth bernilai positif jika jika arah putar bermula dari sudutnol
dan sebaliknya.

Perkembangan studi prekursor gempabumi menunjukkan bahwa anomali medan
magnet berhubungan dengan arah (azimuth) dari yang bersesuaian dengan lokasi
episenter gempabumi. Secara teoritis, azimut anomali medan magnetik merupakan
representasi dari zona persiapan gempabumi. Untuk kasus ini, ditetapkan batasanstandar
deviasi azimut anomali yang dianggap relevan dengan episenter gempabumi, yaitu
sebesar ± 22,5o. Jika rata-rata nilai azimut suatu gempabumimasih berada dalam kisaran
standar deviasi yang ditetapkan, maka nilai azimut tidak mencerminkan kemungkinan
arah sumber titik gempabumi (hiposenter dan episenter).

Dalam kasus gempabumi di Selat Sunda, pernah ditemukan nilai standar deviasi
azimuth berada dibawah batas standar deviasi yang ditetapkan. Nilai tersebut dianggap
sebagai representasi episenter gempabumi Selat Sunda. Hal serupa juga terjadi saat
gempabumi berkekuatan kecil di Kabupaten Jayapura (Armansyah dkk., 2016), dimana
anomali magnetik juga dipelajari dapat memetakan arah episenter gempabumi.

Akan tetapi, penggunaan data anomali magnetik untuk perkiraan arah episenter
belum bisa diterapkan secara konsisten. Berdasarkan hasil penelitian Hamidi dkk.,(2018),
dari tiga gempabumi yang diamati di Kepulauan Nias, hanya salah satu onset time
anomali yang menunjukkan episenter gempabumi 16 April 2017 secara tepat, dengan
azimut sebesar adalah sebesar 94,613o . Namun demikian, untuk kepentingan mitigasi,
informasi tentang jarak episenter dapat digunakan, karena Hayakawa dkk., (2007)
menemukan emisi ULF dapat diobservasi dari jarak 60 km dari sumber gempabumi
bermagnitudo 6, dan menjadi lebih jauh mencapai 100 km untuk kasus gempabumi
dengan magnitude 7.

Sebuah studi yang lebih spesifik telah dilakukan oleh Yulita, et al. (2017) yang
mengidentifikasi anomali geomagnetik gempabumi Sumatera Barat magnitude>4sejak
Juli 2016 hingga Maret, 2017. Hanya anomali tanggal tertentu pada Juli 2016, Juni 2017,
Januari 2017 yang diikuti dengan kejadian gempa. Lebih lanjut, sebagian besar anomali
geomagnetik bersesuaian dengan dengan azimuth gempabumi dengan onset time
terdini adalah 6 hari sebelum gempa.

98

Gempabumi merupakan efek dari proses normal bumi dari yaitu pergerakan
lempeng bumi. Lempeng senantiasa bergerak. Selama pergerakan lempeng, batuan
mengalami stresss. Akumulasi stress menimbulkan gelombang elektromagnetik, sampai
pada saat terjadinya tumbukan yang menimbulkan getaran di permukaan bumi.
Peningkatan sinyal elektromagnetik pada area pergerakan lempeng memungkinkan
sinyal berfrekuensi rendah sampai kepermukaan bumi dan menimbulkan anomali.
Penelitian mencatat bahwa anomali medan magnet dalam bentuk emisi ULF terjadi dari
hitungan hari hingga hitungan jam sebelum gempabumi.

Selain itu, rekaman fenomena anomali magnet juga menginformasikan waktu
pertama kali munculnya anomali (onset time) dan lamanya anomali terjadi sebelum
gempabumi(lead time), biasanya dalam hitungan hari. Riset terkait juga menemukan
peluang dimanfaatkannya untuk mengindikasikan arah episenter melalui informasi
azimuth gempa. Dengan demikian, fenomena geomagnetic berkontribusi dala m
memberikan abaaba tentang peningkatan aktivitas gerakan lempeng yang mendekati
kejadian gempabumi serta arah pusat gempabumi. Informasi ini sangat bermanfaat
dalam memberikan peringatan yang jauh lebih dini tentang gempabumi yang akan
terjadi dalam waktu dekat.

99

Simaklah kutipan informasi berikut:
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
GempabumiPadang, 30 September 2009 (Mw=7.6) tampak lebih jelas pada
stasiun KTB (Kototabang, Padang) menggunakan sensor magnetometer.
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 SZ 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 nano Tesla) dianggap sebagai selisih nilai saatsebelum
dan ketika gempabumi. Hasil ditampilkan pada Gambar 25.

Gambar 25. Grafik pengukuran gelombang elektromagnetik frekuensi
rendah sebelum gempabumi Padang.
100