Fisika Gunung Api JENIS SKALA DAN FREKUENSI LETUSAN

JENIS SKALA DAN

FREKUENSI LETUSAN

PENDAHULUAN

Erupsi dari gunungapi

memperlihatkan berbagai

macam karakter, seperti :

 Tipe Erupsi

 Produk yang dihasilkan

Karakter/tipe Erupsi dan Produk Erupsi akan bergantung pada :

Komposisi yang terkandung dari magma

.



Skala dan Frekuensi Erupsi

Endapan Piroklastik, Aliran Lava

Chemical

Composition

and Styles

Of Volcanic

Activity

Letusan bersifat sementara atau berkelanjutan

sangat pada setiap tipe letusan gunungapi

dipengaruhi oleh kecepatan munculnya magma.

Hal ini terjadi, akibat adanya pengaruh

komposisi viskositas, yang mengontrol

kecepatan munculnya gelembung gas di dalam

magma dan kemampuan fluida yang bergerak

untuk bercampur

 Peningkatan volume gas dari magma sangat kecil, terjadi exsolution, fraksi gas

menyebabkan fregmnentasi magma

 Keadaan dimana magma kehilangan gas pada saat naik ke permukaan dan

menurun hingga dapay terjadi fragmentasi

Lingkungan submarine

effusive terjadi bukan karena fragmentasi lagi akan tetapi exsolution gas dari magma yang mendapat tekanan Hidrostatis, bisa dijelaskan !!!

 Effusif juga dapat terjadi jika viskositas magma besar yang menghambat

fragmentasi magma, range dacite – rhyolit. Chiling membuat magma menjadi lebih

kental, akan tetapi reruntuhankubah membuat gas terbuang dan terjadi

Transient

and sustained

explosive activity

Letusan bersifat sementara atau berkelanjutan

sangat pada setiap tipe letusan gunungapi

dipengaruhi oleh kecepatan munculnya magma.

Hal ini terjadi, akibat adanya pengaruh

komposisi viskositas, yang mengontrol

kecepatan munculnya gelembung gas di dalam

magma dan kemampuan fluida yang bergerak

untuk bercampur

Transient

and sustained

explosive activity

1. Viskositas magma mempengaruhi kemampuan gelembung bergerak ke atas . Besar viskositas magma semakin lambat munculnya

gelembung relatif terhadap magma.

2. Viskositas magma juga mempengaruhi kecepatan kenaikan dari magma itu sendiri, viskositas yang lebih besar cenderung mengurangi kecepatan kenaikan. Hal ini akan meningkatkan waktu yang tersedia gelembung naik relatif terhadap

magma.

3. Isi gas dari magma juga mempengaruhi kemungkinan

gelembung tercampur terjadi. Isi gas cenderung lebih besar untuk lebih kaya silika.

Sehingga magma ini cenderung akan meningkatkan kesempatan untuk

Komposisi

kimia dan

aktivitas

letusan transien

Dua tipe erupsi transien:

Strombolian (magma basaltic)

Komposisi

kimia dan

aktivitas

letusan transien

Strombolian

pemisah (gap) antar letusan terlalu

pendek untuk mencegah banyak magma

yg mendingin diatas kolom magma dan

‘kulit’ yg dingin tsb mengembang keluar

dgn mudah sebagai gelembung gas yang

terakumlasi dibawahnya lalu

Komposisi

kimia dan

aktivitas

letusan transien

Vulcanian

• magma yg berada diatas kolom magma mendingin jauh lebih banyak diantara letusan2 membentuk ‘cap’ yg solid dan maka tekanan dibawahnya harus dibuat jauh lebih besar levelnya sebelum terjadi letusan

• Hal ini terjadi karena perbedaan viskositas magma yg keluar. Magma basaltic viskositasnya rendah sehingga kenaikan gelembung gas yg relative cepat dan

merusak permukaan kolom magma (keluar)

• Magma intermediate viskositasnya tinggi sehinnga kenaikan gelembung gas lambat dan memberikan banyak waktu untuk magma mendingin. Ini berarti tekanan yg dibutuhkan untuk merusak kolom magma lebih besar

Sustained explosive eruptions atau erupsi eksplosif

yang berkelanjutan terjadi ketika kecepatan kenaikan

magma cukup besar untuk mencegah pemisahan yang

signifikan dari gelembung gas magmatik yang dari

magma dimana mereka berasal.

CHEMICAL

COMPOSITION

AND SUSTAINED

EXPLOSIVE

Macam Sustained Explosive Eruption

Letusan tipe Hawaiian

Macam Sustained Explosive Eruption

Letusan tipe Plinian

• Perbedaan utama antara erupsi tipe Hawaiian dan tipe Plinian adalah derajat fragmentasi dari erupsi klastik.

• Erupsi tipe Hawaiian menghasilkan klastik kasar dimana dapat dilontarkan umumnya hanya beberapa ratus meter diatas vent dan selanjutnya terjatuh disekitar vent membentuk kerucut dan aliran lava.

• Pada erupsi tipe Plinian, derajat fragmentasi dari magma lebih besar dan klastika nya lebih kecil. Hal ini memungkinkan transportasi daerah penyebarannya lebih luas.

• Fragmentasi dapat terjadi melalui dua mekanisme utama yaitu percepatan atau dekompresi yang cepat dari magma.

• Dekompresi secara cepat merupakan pemicu untuk fragmentasi dan aktivitas eksplosif dalam situasi dimana ada pengurangan tekanan secara cepat pada magma, seperti ketika kubah lava runtuh contohnya pada letusan Gunung St Helens di Mei 1980.

• Kandungan gas pada magma juga memainkan peran penting untuk mengatur style dari erupsi eksplosif yang berkelanjutan. Misalnya, magma basaltik berbeda dari yang lainnya dengan kandungan gas rendah (viskositas rendah). Ada kemungkinan bahwa kandungan gas yang rendah dari magma basaltik juga mempengaruhi proses fragmentasi.

• Jumlah gas dalam magma mempengaruhi energi yang dilepaskan selama proses naiknya magma, dengan demikian kemungkinan akan mempengaruhi jumlah percepatan yang terjadi sebelum fragmentasi dan mempengaruhi tingkat regangan yang dialami oleh magma, dengan isi gas yang lebih tinggi menyebabkan tingkat regangan yang lebih tinggi dan fragmentasi yang lebih besar.

• Kandungan gas pada magma juga mempengaruhi kecepatan material yang keluar dalam

sustained explosive eruptions dengan mempengaruhi kedalaman dimana fragmentasi terjadi

dan energi total dilepaskan, dengan kandungan gas yang lebih rendah menyebabkan kecepatan keluar juga rendah.

• Kecepatan keluar letusan tipe Hawaiian, dimana kandungan gas rendah yaitu ~100 ms-1_,

sedangkan pada letusan Plinian ~300 ms-1_.

• Perbedaan ini mempengaruhi kemampuan dari letusan untuk membentuk Volcanic Plume. Kandungan gas rendah dari magma basaltik membuat perkembangan Volcanic Plume yang stabil, dan lava fountain yang mencirikan letusan Hawaiian.

compositional

controls on

eruption

character

Transient explosion dan sustained explosion

sangat ditentukan oleh kecepatan munculnya

magma dan kemampuan gelembung gas naik

dan memisahkan dari magma.

Transient explosion terjadi ketika gas dapat

memisahkan, dan naik melalui magma dalam

bentuk gelembung besar sedangkan sustained

explosion terjadi ketika kandungan gas dalam

magma tidak dapat memisahkan diri dari

magma tersebut ditandai dengan gelembung

kecil.

compositional

controls on

eruption

character

2 main type of transient explosion:

Strombolian

Low viscosity – rapid rise of gas bubble – little

time to cooling – weak explosion

Vulcanian

Intermediet viscosity – rise speed of gas

slower – more explosive

compositional

controls on

eruption

character

Sustained explosion:

Hawaiian

Memproduksi gumpalan lava besar - viskositas

rendah magma menyebabkan tingkat

regangan yang relatif rendah selama

pendakian dan fragmentasi progresif terjadi

Plinian

tingkat regangan lebih tinggi dan fragmentasi

bersifat brittle sehingga menghasilkan clast

yang kecil.

• Para ahli vulkanologi selalu merekam jejak aktivitas vulkanik semenjak dahulu.

• Salah satu institusi yang merekam / menyimpan data aktivitas vulkanik terdapat di Washington DC.

(http://www.volcano.si.edu/gvp/index.htm).

• Disitu terdapat data aktivitas vulkanik seperti erupsi mulai dari 10.000 tahun yang lalu. • Mereka membuat skala atau mengklasifikasikan erupsi gunung api di dunia dengan

menggunakan index VEI (Volcanic Explosivity Index).

• VEI merupakan metode untuk mengklasifikasikan aktivitas erupsi vulkanik berdasarkan magnitude dan intensitasnya. • Mangnitude pada sebuah erupsi didefinisikan sebagai jumlah

total volume atau massa material yang dikeluarkan pada saat erupsi.

• Sedangkan intensitas adalah ukuran rata-rata volume atau massa material erupsi.

• Terdapat 9 skala VEI, yaitu dari skala 0 sampai 8 :

Semakin besar magnitude dan intensitas maka semakin besar pula skala VEI-inya

VEI

Volcanic

Explosivity

Index

Tabel

Skala

VEI

Volcanic

Explosivity

Index

Magnitude letusan gunung berapi dalam catatan geologi

Frekuensi Letusan Gunung Berapi

• Setiap gunung berapi memiliki ciri frekuensi letusan yang

berbeda-beda

• Ada yang berfrekuensi dengan cepat seperti gunung stromboli yaitu

setiap + 12 menit

• Ada yang berfrekuensi dengan waktu yang lama seperti Mt St

Helens dan Gunung Tambora

Dapur Magma dan Besarnya Letusan Gunung Berapi

 Besar kecilnya volume dalam dapur magma dapat menentukan

seberapa besarnya letusan

 Material pada magma juga dapat mempengaruhi besarnya letusan

karena berpengaruh pada ruang penyimpanan di dalam magma

Siklus Gunung Api yang Elastis

Magma chamber dipasok oleh magma baru  dinding magma chamber membesar  gunung api mengembang (ukuran) 

inflasi pada puncak magma chamber  tilt meningkat  letusan dalam volume tertentu  deflasi puncak magma

chamber  tilt menurun  reinflasi magma chamber (dipompa kembali oleh magma)  kembali ke awal.

Elastic

and

Inelastic

Eruption

Sifat Elastis Gunung Api

• Tipe GA yang elastis adalah tipe GA yang memiliki siklus inflasi dan deflasi. Deformasinya tidak menimbulkan

deformasi permanen yang signifikan. • Dipengaruhi oleh :

1. Dinding magma chamber

Menampung magma (volume yang akan dierupsikan) dan mempengaruhi tekanan keatas dari Gunung Api.

2. Pasokan magma

Yang mempengaruhi tilt gunung api, inflasi magma chamber, variasi waktu istirahat gunung api.

3. Kandungan magma

Yang menyebabkan tipe erupsi Gunung Api dan

menghasilkan volume letusan atau deflasi tersendiri.

Elastic

and

Inelastic

Eruption

Erupsi Gunung Api yang Tidak Elastis

• Deformasi tubuh vulkanik signifikan, menyebabkan

tidak terjadinya siklus inflasi-deflasi (irreversible).

• Deformasi biasanya menghasilkan suatu runtuhan

tubuh vulkanik yang membentuk suatu kaldera.

Contohnya Gunung Krakatau dan St. Helens (tipe

GA Plinian); dan calon erupsi yang tidak elastis

adalah letusan tipe Hawaii.

Elastic

and

Inelastic

Eruption

Siklus Gunung Api yang Tidak Elastis

Magma chamber dipasok oleh magma  magma

chamber mengembang hingga melewati batas

elastisnya dan tekanan terus membesar  tilt terus

meningkat  erupsi besar; bagian atas gunung api

terlontar hampir keseluruhan; ambles  terbentuknya

kaldera.

Elastic

and

Inelastic

Eruption

Tipe letusan ini merupakan letusan terbesar yang berhubungan dengan pembentukan kaldera.

Letusan terbesar memiliki skala minimal sekitar 10 km3_{. Skala letusan dikontrol oleh ukuran dapur magmanya,}

dimana dapur magma yang lebih besar memiliki lebih banyak volume magma pada saat meletus.

Mengapa letusan ini dapat membentuk Ignimbrite?

Umumnya, letusan diawali dengan aktivitas Plinian yang juga

seiring pembentukan Ignimbrite, sebagian besar volume material letusan terbentuk dalam fase ini.

Pada tipe letusan Plinian dapat terjadi proses pembentukan Ignimbrite jika kandungan gas pada magma turun, atau jika flux

massa meningkat secara signifikan selama letusan.

Pada kasus ini, magma tidak selalu memiliki kandungan gas yang tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa proses exsolution gas dari

magma terus berlanjut melampaui critical point dimana tekanan tinggi dalam dapur magma dilepaskan.

Large

ignimbrite

-forming

eruptions

Hal ini menunjukkan bahwa patahan mulai terbentuk pada batuan penutup dan caldera mulai runtuh.

Istilah "super-volcano" menggambarkan gunungapi dengan reservoir magma bervolume besar dan meletus dengan tipe ini,

tapi pada dasarnya tidak ada yang membedakan antara mekanisme letusannya.

Large

ignimbrite

-forming

eruptions

• Merupakan letusan yang terjadi ketika magma secara langsung muncul dari dasar litosfer tanpa adanya

penyimpanan magma di kerak terlebuh dahulu.

• Volume magma yang besar yang dihasilkan di dalam kepala

plume diakumulasi di dasar litosfer yang kemudian terjadi

letusan secara langsung menuju permukaan melalui sistem

dike.

Flood

Basalt

Terdapat opini berbeda tentang mekanisme letusan:

1. Letusan terjadi pada tingkat letusan yang sangat tinggi tetapi berlangsung tidak lebih dari hitungan hari.

2. Letusan mungkin terjadi pada tingkat yang jauh lebih lambat selama periode tahun untuk beberapa dekade.

Flood

Basalt

Kenapa itu bisa terjadi?

Letusan dipengaruhi oleh ukuran dari area penyimpanan magma di dasar litosfer.

Letusan akan dipengaruhi oleh berapa lama magma bisa terus dipasok melalui sistem dike dari zona sumber mantel, ketika pasokan berhenti maka terjadi pembekuan pada dike yang menyebabkan berhentinya letusan.

Flood

Basalt

Flood

Basalt

Eruptions

Terdapat tiga ciri mendasar dari perilaku sistem vulkanik: 1. Terdapat hubungan antara magnitude dan frekuensi

aktivitas erupsi bahwa erupsi kecil terjadinya sering sedangkan erupsi besar terjadi lebih jarang.

2. Volume erupsi magma dipengaruhi oleh ukuran dapur magma. Semakin besar dapur magma semakin besar erupsinya.

3. Erupsi terbesar dalam catatan geologi terdiri dari dua jenis yang berbeda: Large ignimbrite-forming eruptions dan

Flood basalt eruptions.

http://mste.illinois.edu/courses/ci407su01/students/south/magrini/finalproject/lavatypes.htm http://volcano.oregonstate.edu/book/export/html/587

http://elements.geoscienceworld.org/content/1/5/283/F3.expansion.html

Parfitt, Elisabeth A. and Lionel Wilson. 2008. Fundamentals Of Physical Volcanology. Oxford : Blackwell Science Ltd.