PEMISAHAN ANOMALI GEOMAGNET TERKAIT GEMPA BUMI DARI PENGARUH AKTIVITAS MATAHARI DENGAN METODE POLARISASI SINYAL ULF.

(1)

Suciaty Fitriani Purba, 2013

Pemisahan Anomali Geomagnet Terkait Gempa Bumim Dari Pengaruh Aktivitas Matahari Dengan Metode Polarisasi Sinyal ULF

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

PEMISAHAN ANOMALI GEOMAGNET TERKAIT GEMPA

BUMI DARI PENGARUH AKTIVITAS MATAHARI DENGAN

METODE POLARISASI SINYAL ULF

SKRIPSI

Diajukan Sebagai Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains

Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI

Oleh:

SUCIATY FITRIANI PURBA

NIM 060176

PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

(2)

PEMISAHAN ANOMALI GEOMAGNET

TERKAIT GEMPA BUMI DARI PENGARUH

AKTIVITAS MATAHARI DENGAN

METODE POLARISASI SINYAL ULF

Oleh

Suciaty Fitriani Purba

Sebuah skripsi yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana pada Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Agustus 2013

Hak Cipta dilindungi undang-undang.

(3)

dengan dicetak ulang, difoto kopi, atau cara lainnya tanpa ijin dari penulis.

SUCIATY FITRIANI PURBA

PEMISAHAN ANOMALI GEOMAGNET TERKAIT GEMPA BUMI DARI PENGARUH AKTIFITAS MATAHARI DENGAN METODE POLARISASI

SINYAL ULF

DISETUJUI DAN DISAHKAN OLEH PEMBIMBING :

Pembimbing I,

Fitri Nuraeni M.Si NIP. 198007042006042003

Pembimbing II,

Judhistira Aria Utama. M.,Si NIP. 197703312008121001

Mengetahui,

(4)

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu Dr. Ida Kaniawati,M.Si

(5)

v

PEMISAHAN ANOMALI GEOMAGNET TERKAIT GEMPA BUMI DARI

PENGARUH AKTIVITAS MATAHARI DENGAN METODE POLARISASI

SINYAL ULF

Nama : Suciaty Fitriani Purba

NIM : 060176

Pembimbing : 1. Fitri Nuraeni, M.Si

2. Judhistira Aria Utama., M.Si.

Program Studi : S-1 Fisika FPMIPA UPI

ABSTRAK

Pengukuran geomagnet menggunakan magnetometer landas bumi sangat dipengaruhi oleh faktor eksternal, karena itu diperlukan suatu metode untuk memisahkan anomali akibat gangguan internal yang berasal dari dalam bumi maupun gangguan eksternal seperti aktifitas matahari. Dalam penelitian ini dipaparkan suatu metode identifikasi anomali geomagnet terkait gempa bumi yaitu polarisasi sinyal ULF geomagnet dari satu stasiun. Hipotesis yang akan diuji adalah jika gangguan eksternal bersifat global atau bahkan regional Indonesia, polarisasi sinyal ULF antara komponen Z H (Z/H) <1 sedangkan jika gangguannya berasal dari faktor internal (Z/H) >1. Selain itu filter yang digunakan dibagi tiga rentang periode, yaitu 10 – 45 detik, 45 – 150 detik dan 150 – 600 detik sehingga kita dapat melihat pada rentang periode mana precursor lebih mudah dikenali. Berdasarkan penelitian ini, disimpulkan bahwa perbedaan rentang periode filter lebih berpengaruh pada fluktuasi trend polarisasi dibandingkan dengan pada waktu terjadinya precursor. Dalam hal gangguannya bersifat lokal, seperti akibat dari fase persiapan gempa, kecenderungan akan terlihat naik. Metode ini dapat diharapkan didentifikasi prekursor untuk gempa-gempa besar secara visual sehingga dapat digunakan sebagai informasi tambahan untuk keperluan mitigasi bencana.

(6)

vi

Kata kunci: Gelombang ULF, Gempa bumi, Geomagnet

PEMISAHAN ANOMALI GEOMAGNET TERKAIT GEMPA BUMI DARI

PENGARUH AKTIVITAS MATAHARI DENGAN METODE POLARISASI

SINYAL ULF

Nama : Suciaty Fitriani Purba

NIM : 060176

Pembimbing : 1. Fitri Nuraeni, M.Si

2. Judhistira Aria Utama., M.Si.

Program Studi : S-1 Fisika FPMIPA UPI

ABSTRACT

A Geomagnetic measurement by using a ground base magnetometer is very affected by the external factors from the sun activities. Therefore a method is needed to separate the anomaly caused by internal and external disturbance coming from the lithosphere. In this observation, we used the polarization method (Z/H) to compare one stasion. The hypothesis to be tested is if the external perturbation is global or even regional Indonesia, the polarization of ULF signals between components ZH (Z / H) <1, while if the interference comes from internal factors (Z / H)> 1. The filter used to find the ULF signal are divided inti three range of periods which are, 10 -45 sec, 45 – 150 sec and 150 – 600 sec, therefore, we can see in which period does the precursors easily recognize. Based on the case study, it is found that difference of the range periods of filters affected more to the fluctuation range of the polarization trend than to the time when the precursors appear. In terms of localized disturbances, as a result of the earthquake preparation phase, the tendency to look up. This method can be expected to identified precursors for large earthquakes visually so that it can be used as additional information for the purposes of disaster mitigation.

.

(7)

vii

(8)

vi

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ... i

LEMBAR PERNYATAAN ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

UCAPAN TERIMA KASIH ... iv

ABSTRAK ... v

2.1 Magnetosfer dan Badai Matahari ... 4

Index Dst ... 9

2.2 Mikropulsa Geomagnet ... 10

2.3 Gempa Bumi ... 13

2.4 Karakteristik Matahari ... 16

2.4.1. Fotosfer ... 17

2.4.2. Kromosfer ... 17

2.4.3. Korona ... 18

2.5 Aktifitas Matahari ... 18

2.5.1. Sunsspot ... 19

(9)

vii

2.5.3. prominensia ... 21

2.5.4. Flare ... 22

2.5.5. CME ... 23

2.6 Filter Butterworth dan Bandpass filter ... 25

2.7 FFT (Fast Fourier Transform) ... 26

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 27

3.1 Metode Penelitian... 27

3.2 Alur Proses Pengolahan Data ... 28

4.1 Tabel Daftar kejadian Gempa untuk studi kasus ... 34

4.2 Hasil Polarisasi sinyal ULF data 20 menit ... 34

4.3 Hasil Polarisasi sinyal ULF data 30 menit ... 37

4.4 Tabel Peristiwa kejadian gempa... 41

BAB V KESIMPULAN DAN REKOMENDASI ... 45

5.1 Kesimpulan ... 45

5.2 Saran ... 46

DAFTAR PUSTAKA ... 47 DAFTAR LAMPIRAN

(10)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Gempa bumi merupakan salah satu fenomena alam yang sewaktu-waktu mendadak

terjadi. Peristiwa gempa bumi berlangsung secara alami yang sifatnya lokal, muncul karena

adanya pelepasan energi yang terakumulasi akibat adanya perpindahan material dalam skala

besar di dalam bumi atau pergeseran elastik di daerah patahan untuk waktu dan tempat tertentu.

Gempa bumi ini sering menimbulkan kerugian harta dan menelan korban jiwa. Peristiwa ini sulit

untuk ditiadakan, di sisi lain usaha yang dilakukan untuk mengurangi akibat bencana alam ini

masih terbatas. Upaya tersebut antara lain pindah ke tempat yang jauh dari sumber gempa

dimana untuk kepentingan itu diperlukan informasi ramalan gempa bumi. Untuk meramalkan

gempa bumi perlu melakukan pengamatan yang berkesinambungan dari beberapa gejala

parameter fisis agar waktu kejadian gempa bumi dapat diketahui lebih awal.

Penelitan mengenai gempa bumi telah banyak dilakukan menggunakan berbagai metode.

Kushwah, dkk (2004) menyatakan bahwa, dari semua frekuensi yang terlibat, mulai ULF (Ultra

Low Frequency) sampai HF (High Frequency), hanya ULF-lah yang dapat menghasilkan

prekursor yang dapat dipercaya untuk gempa besar yang akan datang. Permasalahan yang timbul

adalah pengukuran geomagnet menggunakan magnetometer landas Bumi sangat dipengaruhi

oleh faktor eksternal. Oleh karena itu diperlukan suatu metode untuk memisahkan anomali

akibat gangguan internal yang berasal dari dalam Bumi dan eksternal . Aktivitas Eksternal yang

(11)

sedangkan aktivitas internal adalah aktivitas yang terkait dengan dinamika di magnetosfer dan

litosfer.

Dalam laporan ini akan dipaparkan suatu metode identifikasi anomali geomagnet terkait

gempa bumi yaitu polarisasi sinyal ULF geomagnet dari satu stasiun. Hipotesis yang akan diuji

adalah jika gangguan eksternal yang bersifat global atau bahkan regional Indonesia, polarisasi

sinyal ULF antara komponen Z dengan H (Z/H) <1 sedangkan jika gangguannya berasal dari

faktor internal (Z/H) >1. Jika gangguannya bersifat lokal, seperti akibat dari fase persiapan

gempa, kecenderungannya akan terlihat naik. Untuk memperoleh sinyal ULF akan digunakan

metode polarisasi sebagaimana dilakukan oleh Hayakawa, dkk. (2007). Diharapkan metode ini

dapat mengidentifikasi precursor untuk gempa-gempa besar secara visual sehingga dapat

digunakan sebagai informasi tambahan untuk keperluan mitigasi bencana.

1.2Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat dirumuskan permasalahannya yaitu, “Bagaimana memisahkan anomali geomagnet yang berasal dari gempa bumi dengan pengaruh

yang muncul dari aktivitas matahari?”.

1.3Batasan Masalah

Adapun batasan masalah yang diambil adalah penentuan precursor gempa bumi pariaman

dan kep.Mentawai pada tahun 2012 dengan menggunakan data geomagnet stasiun Kototabang

(12)

1.4Tujuan

Tujuan dari skripsi ini adalah untuk memisahkan dan mengetahui pola anomali

geomagnet terkait gempa bumi dengan aktivitas matahari atau faktor eksternal pada gempa bumi

Pariaman Sumbar Mag 5,3Mw dan Kep.mentawai-Sumbar Mag 5,3Mw.

1.5Manfaat

Manfaat yang dapat diambil dari skripsi ini adalah untuk mengetahui pola anomali

geomagnet terkait gempa di Pariaman Sumbar Mag 5,3 Mw dan Kep.mentawai-Sumbar Mag 5,3

Mw. sehingga dapat memberikan tambahan pengetahuan mengenai pola anomali geomagnet

(13)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1Metode Penelitian

Penelitian ini hanya akan menganalsis data sekunder yang didapatkan dari SPD yang

dilakukan oleh Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN), oleh karena itu metode

penelitian yang digunakan adalah metode deskripsi analitik.

Metode khusus yang akan diolah dalam penelitian ini adalah metode polarisasi sinyal

ULF. Untuk memperoleh sinyal ULF geomagnet dilakukan langkah-langkah sebagai berikut,

data geomagnet komponen H dan Z yang masih dalam domain waktu dirubah kedalam domain

frekuensi menggunakan FFT (Fast Fourier Transform). Data yang sudah dalam domain

frekuensi kemudian di filter sesuai rentang periode yang diperlukan yaitu 10-45 detik, 45-150

detik, dan 150-600 detik menggunakan filter butterworth. Hasil filtering tersebut kemudian

dirata-ratakan 30 menit. Selanjutnya dilakukan metode polarisasi dengan cara membandingkan

data hasil filter komponen Z terhadap data hasil filter komponen H (Z/H) antara komponen Z

dengan H (Z/H) <1 sedangkan jika gangguannya berasal dari faktor internal (Z/H) >1

(Hayakaawa et al, 2007). Hasil dari polarisasi tersebut di cari kecenderungan polanya (trend)

menggunakan running average 10 harian.

3.2Alur Proses Pengolahan Data

Secara ringkas alur penelitian dapat dilihat dalam bagan di bawah ini:

(14)

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu Gambar 3.2 Diagram Alur Pengambilan Data

Berdasarkan data yang diperoleh, maka langkah-langkah penelitian yang dilakukan yaitu

sebagai berikut :

1. Raw Data geomagnet yang didapat dari 1 stasiun berupa variasi harian yaitu data aktivasi

magnetosfer dan litosfer.

2. Setelah raw data diperoleh lalu dilakukan reduksi noise, untuk menghilangkan noise dari

lingkungan, agar data yang tersisa adalah yang berasal dari dinamika medan magnet bumi

yang dipengaruhi oleh aktivitas matahari, magnetosfer dan litosfer. Rajah dalam grafik Polarisasi ULF

(10-45 detik) (45-150 detik) (150-600 detik)

Analisis

Selesai Data Variasi

harian (Tiap detik)

(15)

3. Sesudah reduksi noise selesai maka data di Filtering menggunakan bandpass rentang

ULF (10-45 detik) (45-150 detik) (150-600 detik).

4. Setelah itu dilakukan smoothing data rata-rata 30 menit/hari dan 20 menit/hari

5. Dilakukan lagi smoothing data untuk melihat kecenderungan (anomalinya) dengan

running average 10 harian.

6. Setelah data selesai di olah maka dilakukan perbandingan anomali pada kejadian gempa

satu dan gempa dua.

7. Dilakukan lagi perbandingan dengan data Dst data yang digunakan yaitu tahun 2012.

Data ini diperoleh dari http://www.swde.kugi.kyoto-u.ac.jp/

3.3Data yang digunakan

Data yang digunakan antara lain:

1. Data gempa dari USGS untuk studi kasus Kep.Mentawai dan Pariaman-Sumbar.

http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqinthenews/2012/

2. Data geomagnet dari SPD (Stasiun Pengamatan Dirgantara) stasiun Kototabang. Lapan.

3. Data indeks aktivitas geomagnet (Dst) diperoleh dari World Data Center For

Geomanetism. http://www.swde.kugi.kyoto-u.ac.jp/

3.4Teknik Pengambilan Data

Data gempa dari USGS yaitu untuk mencari lokasi kejadian gempa untuk studi kasus

(16)

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu Gambar 3.4.1 tampilan utama mencari data USGS

(Sumber : http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqarchives/epic/)

Setelah mendapatkan lokasi gempa USGS selanjutnya, data geomagnet dari SPD

(Stasiun Pengamatan Dirgantara) stasiun Kototabang. Ini merupakan data geomagnet yang akan

diolah menjadi variasi harian hingga memperoleh pola anomalinya.

Setelah itu mencari data badai geomagnet berupa indeks Dst yang dapat diperoleh dari

http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/dst_provisional/index.html. maka akan muncul tampilan di bawah

(17)

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu Gambar 3.4.2 tampilan utama mencari data

(Sumber :http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/dst_realtime/index.html)

Selanjutnya pada bulan April tahun tahun 2012 akan dililat nilat Dst yang akan

dibandingkan dengan data gempa.

Gambar 3.4.3 Data indeks Dst

(Sumber : http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/dst_realtime/201204/index.html)

3.5Teknik pengolahan data

Data geomagnet dari stasiun Kototabang berupa data variasi harian. Setelah data diolah

(18)

FIG dalam bentuk grafik sinyal ULF, grafik rentang 30menit/hari dan 20 menit/hari, dan grafik

running average 10 harian hingga diperoleh anomali 2 gempa. Setelah itu data indeks Dst akan

dibandingkan dengan anomali 2 gempa.

Raw data geomagnet yang didapat dari 1 stasiun berupa variasi harian yaitu data aktivasi

magnetosfer dan litosfer. Setelah raw data diperoleh lalu dilakukan reduksi noise, untuk

menghilangkan noise dari lingkungan, agar data yang tersisa adalah yang berasal dari dinamika

medan magnet bumi yang dipengaruhi oleh aktivitas Matahari, magnetosfer dan litosfer.

Sesudah reduksi noise selesai maka data di Filtering menggunakan bandpass rentang ULF 10-45

detik) (45-150 detik) (150-600 detik). Setelah itu dilakukan smoothing data rata-rata 30

menit/hari atau 20 menit/hari Dilakukan lagi smoothing data untuk melihat kecenderungan (pola

anomalinya) dengan running average 10 harian. Setelah data selesai di olah maka dilakukan

perbandingan pola anomaly 1 stasiun dan dilakukan lagi perbandingan dengan data indeks Dst

data yang digunakan yaitu tahun 2012.

(19)

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu Bagan 3.6 Diagram alur penelitian.

Raw Data Geomagnet

Reduksi Noise

Smoothing Data Rata-rata 20

menit/hari dan 30 menit/hari

Filtering menggunakan Bandpass Rentang ULF

(10-45 detik) (45-150 detik) (150-600 detik)

Polarisasi ULF Z/H

Smoothing Data running

average 10harian

Perbandingan dengan Data Dst

(20)

BAB V

KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan pengolahan untuk gempa pertama untuk data 20 menit anomali terlihat jelas

pada rentang 150-600 detik dengan nilai amlitude anomaly 0,2250 pada tanggal 23 Febuari 2012.

Sehingga delay time sebanyak 12 hari. Untuk Data rata-rata 30 menit anomali terlihat jelas pada

rentang 45-150 detik dengan nilai amlitude anomaly sebesar 0,3037. Sehingga delay time 24 hari

dari tanggal 11 Febuari 2012.

Untuk pengolahan gempa kedua rata-rata 20 menit anomali terlihat jelas pada rentang

ULF 45-150 detik nilai anomaly amplitude sebesar 0.0794 pada tanggal 23 Maret 2012.

Sehingga delay time sebesar 15 hari. Untuk rata-rata 30 menit anomali terlihat jelas pada rentang

45-150 detik dengan nilai amplitude anomaly sebesar 0,1495. Delay time 16 hari dari tanggal 22

Maret 2012.

Dari seluruh kejadian gempa, yaitu Kep. Mentawai dan Pariaman-Sumbar tidak diketahui

faktor terjadinya gangguan Matahari atau faktor eksternal. Hal ini disebabkan dari data indeks

Dst bulan Febuari, Maret dan April tahun 2012 dengan kejadian kenaikan Trend masing-masing

gempa tidak terdapat badai matahari, karena nilai Dst <-50nT. Maka berdasarkan hasil analisis

dari 2 gejadian gempa anomali pada sinyal ULF ditimbulkan oleh faktor internal.

Data tampilan grafik pada stasuin Kototabang seharusnya grafik cenderung datar, tidak

terlalu curam kenaikan fluktuasi-nya, ini kemungkinan pada tahun 2012 sedang mendekati

puncak Matahari. Sebab dari itu grafik Stasiun Kototabang cenderung curam. Oleh sebab itu data

(21)

sebenarnya terlalu sediki, diperlukan data geomagnet satu siklus Matahari yang diolah supaya

data yang dihasilkan dapat terpisahkan dengan baik.

5.2Saran

Hasil penelitian ini bisa menjadi referensi untuk penentuan kejadian-kejadian gempa yang

akan datang datang jika metode ini dikembangkan secara optimal. Beberapa metode telah

diujicoba untuk memprediksi gempa bumi. Untuk meramalkan gempa bumi perlu melakukan

pengamatan yang berkesinambungan dari beberapa gejala parameter fisis agar waktu kejadian

gempa dapat diketahui sejak awal.

Magnitudo dan jarak episenter gempa yang akan terjadi terhadap stasiun geomagnet,

lebih mempengaruhi waktu mulai terlihatnya anomali/prekursor dibandingkan amplitudo

kenaikan trend-nya. Hanya saja karena perbedaan sensitifitas alat yang berakibat pada perbedaan

rentang kenaikan trend polarisasinya, maka perlu dikembangkan suatu skala kenaikan trend

(22)

1

DAFTAR PUSTAKA

Hayakawa, M., Hattori, K., and Ohta, K., 2007. Monitoring of ULF (Ultra Low

Frequency) Geomagnetic Variations Associated with Earthquakes,

Sensors

Indra Satria, Eddy, dkk. 2009. Penentuan ONSET Pulsamagnet PI2 di Lintang

Rentah. Bandung: Pusat pemanfaataan Sains Antariksa-LAPAN

Kuswah, V.K, Singh, B., 2004. Initial results of Ultra Low Frequency Magnetic.

Field Observations at Agra and Their Relation with seismic Activities,

Current Science, Vil.87, no.3, 10 August

Maspupu, John. Multifraftal dan Singularitas Sinyal ULF Geomagnet. Bandung :

Pusat pemanfaataan Sains Antariksa-LAPAN

Nuraeni, Fitri , dkk. 2010. Penentuan Prekursor Gempa Bumi Menggunakan Data

Geomagnet Near Real Time dengan Metode Perbandingan 2 Stasiun.

Bandung: Bidang Aplikasi Geomagnet dan Magnet Antariksa,

Pusatsains-LAPAN

Nuraeni, Fitri. 2012. Study Anomali Geomagnet Terkait Precursor Gempa Bumi.

Bandung: Tesis, ITB.

Nuraeni, Fitri , dkk. 2010. Penentuan Prekursor Gempa Bumi Menggunakan Data

Geomagnet Near Real Time dengan Metode Perbandingan 2 Stasiun

(laporan Evaluasi III). Bandung: Bidang Aplikasi Geomagnet dan Magnet

(23)

2

Pradipta, Nandra. Implementasi Algoritma FFT (Fast Fourier Ttransform) pada

Digital Signal Processor (DSP). Semaramg : Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Dipenogoro

Rachyany, Siti. 2010. Analisis Indeks Disturbance Strom&Kompenen H

Tangerang saat Badai Geomagnet. Bandung : Pusat pemanfaataan Sains

Antariksa-LAPAN

Ruhimat, Mamat, dkk. Analisis Perubahan Medan Magnrt Bumi Menjelang

(24)

3

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu http://id.wikipedia.org/wiki/geomagnet [Online] [05 Desember 2012]

http://id.wikipedia.org/wiki/geomagnet [Online] [05 Desember 2012]

http://id.wikipedia.org/wiki/matahari[Online] [05 Desember 2012]

http://id .wikipedia.org/wiki/Litosfer [Online] [20 Agustus 2013]

http://langitselatan.com/2009/03/26/tidak-ada-flare-matahari-pembunuh-di-tahun-2012/ [online] [26 Agustus 2013]

http://poleshift.ning.com/profiles/blogs/magnetosphere-turbulence [online] [11