• Tidak ada hasil yang ditemukan

Pengolahan Sinyal Geomagnetik Sebagai prekursor

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2018

Membagikan "Pengolahan Sinyal Geomagnetik Sebagai prekursor "

Copied!
6
0
0

Teks penuh

(1)

PENGOLAHAN SINYAL GEOMAGNETIK SEBAGAI PREKURSOR

GEMPA BUMI DI REGIONAL JEPANG

Bulkis Kanata1), Teti Zubaidah1,3), Budi Irmawati2,4), Cipta Ramadhani1,5)

1

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Mataram 2

Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknik, Universitas Mataram Jl. Majapahit 62 Mataram 83125

1

uqinata@yahoo.co.id, 3tetizubaidah@yahoo.com, 4yzakodek@yahoo.com, 5ramadhani.cipta@gmail.com

Abstrak

Selama tahun 2000-2011 empat gempa besar dengan amplitude diatas 7SR terjadi di regional Jepang, yang paling terakhir diantaranya merupakan gempa besar di Jepang sepanjang sejarah. Tulisan ini mengupas kemungkinan kaitan antara kejadian gempa besar dengan fluktuasi sinyal geomagnetik yang bersifat anomali, dengan menerapkan prosedur diferensiasi dan moving average. Data geomagnetik per-menit yang hampir kontinyu selama rentang waktu sebelas tahun diambil dari tiga observatorium INTERMAGNET di wilayah regional Jepang. Hasil pengolahan sinyal menunjukkan fluktuasi geomagnetik dengan magnitude tinggi yang terlihat dari sejak 3 bulan sampai 1 bulan sebelum kejadian gempa, yang kemungkinan dapat dijadikan sebagai prekursor kejadian gempa bumi besar. Prosedur moving average yang diterapkan atas nilai diferensiasi geomagnetik total antar observatorium menunjukkan magnitude yang cukup tinggi, namun terdapat pula kejadian gempa yang tidak menunjukkan kecenderungan anomali dan hanya menunjukkan trend linear. Sementara itu, kondisi geomagnetik global pada saat kejadian gempa menunjukkan adanya semacam hubungan sebab-akibat antara gempa dan gangguan geomagnetik di lithosfer dan atmosfer dengan ditandai munculnya anomali sinyal geomagnetik tersebut. Sekalipun demikian, hubungannya secara fisis maupun matematis belum dapat didefinisikan dengan tegas.

Kata kunci : geomagnetic, gempa bumi, prekursor, diferensiasi, moving average, INTERMAGNET

1. Pendahuluan

Aktivitas seismik dapat dikaitkan dengan penyimpangan dari berbagai jenis parameter. Beberapa orang menghubungkan perilaku tidak wajar dari hewan pada gempa besar yang merusak [1] atau menunjukkan peningkatan ketegangan sosial beberapa tahun sebelum gempa bumi merusak [2]. Banyak makalah mengupas kejelasan dari fenomena magnetik, listrik dan elektromagnetik sebelum, selama atau setelah peristiwa tektonik [3, 4, 5]. Namun demikian, pengamatan anomali elektromagnetik cukup sulit, karena amplitudonya sangat tergantung pada intensitas seismik, mekanisme fisik yang terlibat, dan jarak titik pengamatan dari hiposenter gempa.Biasanya hanya gempa besar (M >= 5) yang menghasilkan anomali elektromagnetik jelas. Terlebih lagi, kadang-kadang waktu munculnya sinyal anomali tidak tepat bersesuaian dengan sinyal koseismik. Oleh karena itu, pengolahan sinyal geomagnetik untuk keperluan mendapatkan prekursor gempa harus melibatkan

banyak data yang diperoleh dari pengamatan dalam jangka waktu lama.

Selama tahun 2000-2011 empat gempa besar magnitude diatas 7 SR telah terjadi di regional Jepang sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 1.

Gambar 1 menunjukkan lokasi dan waktu kejadian

gempa, serta lokasi ketiga observatorium geomagnetik INTERMAGNET yang dipergunakan dalam pengolahan sinyal.

(2)

Gambar 1. Lokasi gempa besar (M>7 SR) di Jepang yang akan diinvestigasi dan letak tiga observatorium geomagnetik: Memambetsu (MMB), Kakioka (KAK) dan Kanoya (KNY).

Tabel 1. Gempa magnitude >=7 SR di Jepang tahun

2000-2011

2. Pengambilan dan Pengolahan data

Observatorium-observatorium geomagnetik INTERMAGNET di Memambetsu (MMB), Kakioka (KAK), dan Kanoya (KNY) merupakan observatorium di wilayah regional Jepang yang datanya akan digunakan untuk melakukan investigasi. Gambar 1 menunjukkan lokasi ketiga observatorium tersebut, sementara koordinat geografisnya ditampilkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Posisi geografis observatorium MMB,

KAK, dan KNY

IAGA

code Latitude Longitude

Elevation

Japan Meteorological Agency (JMA) mengoperasikan ketiga observatorium geomagnetik ini. Sejak tahun 1967, MMB telah dioperasikan sebagai salah satu dari 14 observatorium yang dipilih untuk menentukan indeks Kn, yang merupakan suatu indeks aktivitas geomagnetik di belahan bumi utara. Sejak tahun 1973, observatorium KAK telah didesain sebagai salah satu dari empat oservatorium didunia didedikasikan untuk mengukur indeks Dst, yang merupakan indeks geomagnetik yang memonitor tingkat badai magnetik di seluruh dunia, yang merupakan rata-rata komponen horisontal medan geomagnetik dari pertengahan garis lintang dan magnetograms khatulistiwa dari seluruh dunia. KNY telah dioperasikan sejak tahun 1975 sebagai salah satu

dari 10 observatorium yang mengklasifikasikan badai magnetik. Ketiga observatorium ini dilengkapi sistem perekaman data magnet real-time dan beroperasi dalam jaringan observatorium geomagnetik nearly real-time internasional (INTERMAGNET).

Data yang diolah dalam tulisan ini diambil langsung dari halaman web INTERMAGNET (www.intermagnet.org), merupakan data per-menit (one-minute values) yang telah diverifikasi (definitive) untuk medan magnet total (F). Untuk memperoleh data yang berkualitas, hanya data pada waktu malam hari (00:00 – 06:00 pada waktu lokal) yang akan digunakan dalam pengolahan data dan analisa.

3. Hasil prosedur diferensiasi

Prosedur diferensiasi dilakukan dengan mengurangkan nilai rerata harian geomagnetik total antara dua buah observatorium. Perbedaan rerata harian ini dihitung untuk menghilangkan variasi diurnal, mengurangi gangguan ionosfer dan magnetospheric, serta menghilangkan pengaruh kecenderungan medan geomagnetik sekuler. Dengan demikian, sinyal yang tersisa benar-benar disebabkan oleh variasi lokal akibat magnetisasi kerak yang kemungkinan berhubungan dengan aktivitas tektonik. Selanjutnya prosedur moving-average dilakukan untuk menghaluskan sinyal hasil prosedur diferensiasi untuk mendapatkan kejelasan trend fluktuasi.

Dengan melakukan prosedur tersebut, penulis menemukan beberapa anomali geomagnetik dari perbedaan medan magnetik total pada peristiwa tektonik yang bersesuaian. Hal ini dapat dipandang sebagai prekursor kejadian gempa bumi besar di regional Jepang, sebagaimana diuraikan di bawah.

3.1 Kejadian 25 September 2003

Gambar 2 menunjukkan sekumpulan data

geomagnetik dalam rentang waktu bulan Maret 2003–Februari 2004 dari ketiga observatorium MMB, KAK dan KNY. Gambar 2 (a) menunjukkan rerata harian data medan magnetik total, sedang Gambar 2(b) menunjukkan perbedaan rerata harian dan moving average dari ketiga observatorium MMB, KAK, dan KNY. Nilai sigma Kp harian disertakan pula dalam gambar tersebut, untuk mengetahui kondisi geomagnetik global, khususnya menjelang saat terjadinya gempa.

(3)

medan magnetik total pada Gambar 2(a), observatorium MMB memiliki magnitude paling tinggi dan observatorium KNY memiliki magnitude paling rendah pada DOY yang bersesuain dengan kejadian anomali. Anomali tercatat sebanyak empat kali, yakni sebesar 30 nT pada 99 hari (kira-kira 3 bulan), 25 nT pada 76 hari (kira-kira 2,5 bulan), 39 nT pada 71 hari, dan 42 nT pada 38 hari sebelum kejadian gempa. Prosedur moving average yang diterapkan atas perbedaan medan magnet total masih sulit untuk menentukan adanya anomali karena trend data cenderung linear.

Nilai sigma Kp rata-rata diatas 40 nT pada kemunculan anomali tersebut, menandakan bahwa hari-hari tersebut bertepatan dengan terjadinya badai magnetik. Dengan demikian sinyal anomali yang muncul belum dapat dipastikan apakah hanya bersifat lokal di wilayah gempa dan terkait langsung dengan kejadian gempa.

3.2 Kejadian 5 September 2004

Gambar 3 menunjukkan sekumpulan data

geomagnetik dalam rentang waktu bulan Maret 2004–Februari 2005 dari ketiga observatorium MMB, KAK dan KNY. Gambar 3(a) menunjukkan rerata harian data medan magnetik total, sedangkan Gambar 3(b) menunjukkan perbedaan rerata harian dan moving average dari ketiga observatorium MMB, KAK, dan KNY. Nilai sigma Kp harian disertakan pula dalam gambar tersebut, untuk mengetahui kondisi geomagnetik global, khususnya menjelang saat terjadinya gempa.

Gambar 3(b) yang ditandai dengan lingkaran memperlihatkan pola anomali, sebagaimana dapat dikalkulasikan dalam Tabel 4. Anomali tertinggi terdapat pada perbedaan pada sinyal diferensiasi antara observatorium MMB dan KNY. Hal ini kemungkinan disebabkan salah satu observatorium jaraknya paling dekat dengan pusat gempa dan lainnya paling jauh dari pusat gempa. Anomali dengan magnitude yang paling tinggi tercatat pada observatorium MMB dan yang paling rendah pada observatorium KNY. Anomali tercatat sebanyak lima kali, yakni sebesar 8 nT pada 83 hari, 15 nT pada 43 hari, 36 nT pada 42 hari, 51 nT pada 40 hari, dan 22 nT pada 6 hari sebelum kejadian gempa. Prosedur moving average yang diterapkan atas perbedaan medan magnet total memperlihatkan suatu pola anomali yang besarnya 26 nT selama 12 hari, yang dimulai sejak 41 hari sebelum kejadian gempa.

Nilai sigma Kp rata-rata diatas 40 nT pada kemunculan anomali tersebut, menandakan bahwa hari-hari tersebut bertepatan dengan terjadinya badai magnetik. Dengan demikian sinyal anomali yang muncul belum dapat dipastikan apakah hanya bersifat lokal di wilayah gempa dan terkait langsung dengan kejadian gempa.

3.3 Kejadian 11 Maret 2011

Gambar 4 menunjukkan sekumpulan data

geomagnetik dalam rentang waktu bulan Oktober 2010–September 2011 dari ketiga observatorium MMB, KAK dan KNY. Gambar 4(a) menunjukkan rerata harian data medan magnetik total, sedangkan Gambar 4(b) menunjukkan perbedaan rerata harian dan moving average dari ketiga observatorium MMB, KAK, dan KNY. Nilai sigma Kp harian disertakan pula dalam gambar tersebut, untuk mengetahui kondisi geomagnetik global, khususnya menjelang saat terjadinya gempa.

Gambar 4(b) yang ditandai dengan lingkaran memperlihatkan pola anomali, sebagaimana dapat dikalkulasikan dalam Tabel 5. Anomali tertinggi terdapat pada perbedaan pada sinyal diferensiasi antara observatorium KAK dan KNY. Hal ini kemungkinan disebabkan salah satu observatorium jaraknya paling dekat dengan pusat gempa dan lainnya paling jauh dari pusat gempa. Anomali tercatat sebanyak empat kali, yakni sebesar 9.06 nT pada 33 hari, 25.74 nT pada 10 hari, 6.51 nT pada 4 hari, dan 16.8 nT pada 1 hari sebelum kejadian gempa. Sayang sekali, pada saat kejadian gempa dan sesudahnya data tidak terekam selama 3 hari. Prosedur moving average yang diterapkan atas perbedaan medan magnet total memperlihatkan suatu pola anomali yang besarnya 10.08 nT selama 8 hari (DOY 38 - DOY 45), yang dimulai sejak 32 hari sebelum gempa (DOY 70). Dalam kejadian ini, nilai sigma Kp rata-rata tidak terlalu tinggi, menandakan bahwa hari-hari tersebut tidak sedang bertepatan dengan terjadinya badai magnetik. Dengan demikian sinyal anomali yang muncul dapat dipastikan hanya bersifat lokal di wilayah gempa dan terkait langsung dengan kejadian gempa.

4. Analisa dan kesimpulan

Prekursor gempa bumi dengan magnitude besar dapat diperoleh melalui prosedur diferensiasi dan moving-average pada sinyal geomagnetik. Prosedur diferensiasi memperlihatkan anomali sinyal geomagnetik dengan magnitude tinggi, yang rata-rata terjadi 3–1 bulan sebelum kejadian gempa. Adapun prosedur moving average atas sinyal diferensiasi, hanya memperlihatkan anomali jika magnitude gempa sangat besar atau pusat gempa yang sangat dangkal. Untuk gempa besar namun pusat gempanya cukup dalam, magnitude anomali tidak terlalu tinggi atau bahkan sulit ditentukan karena trend data cenderung linear.

(4)

60 70 80 90 100 110 120 130140 150160 170 180 190 200210 220 230 240250 260 270280 290 300 310320 330 340 350360 5 15 25 35 45 55 7 hari Mov ing av erage

MMB-KNY 7 hari Mov ing av erage

KAK-KNY 7 hari Mov ing av erage

25/9/2003 8,3 SR DOY 268

menunjukkan adanya semacam hubungan sebab-akibat antara gempa dan gangguan geomagnetik di lithosfer maupun atmosfer dengan ditandai munculnya anomali sinyal geomagnetik tersebut dan tingginya nilai Kp. Sekalipun demikian, hubungan secara fisis maupun matematis belum dapat

didefinisikan dengan tegas, karena pola kemunculan sinyal anomali dan sigma Kp yang tinggi cenderung bersifatnya acak. Untuk itu, diperlukan studi lanjut di wilayah regional lain dengan rentang waktu pengambilan data yang lebih panjang.

Tabel 3. Anomali geomagnetik total observatorium MMB, KAK dan KNY sebelum gempa 25-09-2003

Gempa 25-09-2003 (DOY 268)

OBS

x 104 MMB Maret 2003-Februari 2004

nT

Gambar 2. Sekumpulan data geomagnetik bulan Maret 2003–Februari 2004 dari observatorim MMB, KAK

dan KNY

(a) Rerata harian medan magnetik total masing-masing observatorium,

(5)

61 71 81 91 101111121131141151161171 181191201211 221231241251 261271281291 301311321331 341351361 5 15 25 35 45 55 3150

3200 3250

nT

Maret 2004-Feb 2005

61 71 81 91 101111121131141151161171 181191201211 221231241251 261271281291 301311321331 341351361 5 15 25 35 45 55 3200

3250 3300

nT

61 71 81 91 101111121131141151161171 181191201211 221231241251 261271281291 301311321331 341351361 5 15 25 35 45 55 40

60 80

nT

61 71 81 91 101111121131141151161 171181191201211221231241 251261271281291301311321 331341351361 5 15 25 35 45 55 0

50 100

Si

gm

a

Kp

D O Y

MMB-KAK 7 hari Mov ing av erage

MMB-KNY 7 hari Mov ing Av erage

KAK-KNY 7 hari Mov ing av erage

5/9/2004 7,2 SR & 7,4 SR DOY 249

Tabel 4. Anomali geomagnetik total observatorium MMB, KAK dan KNY sebelum gempa 5-09-2004

Gempa 5-09-20043 (DOY 249) OBS

1 (DOY 166) 2 (DOY 206) 3 (DOY 207) 4 (DOY 209) 5 (DOY 243)

Anomali Kejadian Anomali Kejadian Anomali Kejadian Anomali Kejadian Anomali Kejadian (nT) (hari) (nT) (hari) (nT) (hari) (nT) (hari) (nT) (hari)

MMB-KAK 7 83 9 43 20 42 29 40 15 6

MMB-KNY 8 83 15 43 36 42 51 40 22 6

KAK-KNY 1.9 83 6.39 43 16.06 42 23.38 40 8.39 6

Sigma Kp 17.3 33.3 58.3 60.7 33.3

Tabel 5. Anomali geomagnetik total observatorium MMB, KAK dan KNY sebelum gempa 11-03-2011

Gempa 11-03-2011 (DOY 70)

OBS 1 (DOY 37) 2 (DOY 60) 3 (DOY 66) 4 (DOY 69) Anomali Kejadian Anomali Kejadian Anomali Kejadian Anomali Kejadian (nT) (hari) (nT) (hari) (nT) (hari) (nT) (hari) MMB-KAK 9.62 33 3.38 10 10.62 4 1.62 1

MMB-KNY 10 33 14 10 -3 4 10 1

KAK-KNY 9.06 33 25.74 10 6.51 4 16.8 1

Sigma Kp 23 29.7 17.3 25.7

61 71 81 91 101111121131141151161171181191201211 221231241251261271281291301311321331 341351361 5 15 25 35 45 55 4.945

4.95 4.955

4.96x 10

4 MMB Maret 2004-Februari 2005

nT

61 71 81 91 101111121131141151161171181191201211 221231241251261271281291301311321331 341351361 5 15 25 35 45 55 4.625

4.63 4.635 4.64

x 104 KAK

nT

61 71 81 91 101111121131141151161171181191201211 221231241251261271281291301311321331 341351361 5 15 25 35 45 55 4.61

4.62 4.63 4.64x 10

4

nT

KNY

D O Y

(a)

(b)

Gambar 3. Sekumpulan data geomagnetik bulan Maret 2004–Februari 2005 dari observatorim MMB,

KAK dan KNY

(a) Rerata harian medan magnetik total masing-masing observatorium,

(6)

274284 294 304 314 324334 344 354 364 9 19 29 39 49 59 69 79 89 99 109 119 129139 149159 169 179 189199 209 219 229 239249 259 269 3180

3200 3220

nT

OKTOBER 2010 - SEPTEMBER 2011

274284 294 304 314 324334 344 354 364 9 19 29 39 49 59 69 79 89 99 109 119 129139 149159 169 179 189199 209 219 229 239249 259 269 3250

3300 3350

nT

274284 294 304 314 324334 344 354 364 9 19 29 39 49 59 69 79 89 99 109 119 129139 149159 169 179 189199 209 219 229 239249 259 269 60

80 100 120

nT

274 284294 304 314 324334 344354 364 9 19 29 39 49 59 69 79 89 99 109119 129 139 149 159169 179 189 199209 219229 239249 259269 0

20 40

Si

gm

a

Kp

D O Y

MMB-KAK 7 hari Moving average

MMB-KNY 7 hari Moving average

KAK-KNY 7 hari Moving average

11/3/2011 9 SR DOY 70

274284294304314324334344354364 9 19 29 39 49 59 69 79 89 99 109119129139149159169179189199209219229239249259 269 4.964

4.966 4.968 4.97 4.972

x 104 MMB OKTOBER 2010-SEPTEMBER 2011

nT

274284294304314324334344354364 9 19 29 39 49 59 69 79 89 99 109119129139149159169179189199209219229239249259 269 4.644

4.646 4.648 4.65 4.652

x 104 KAK

nT

274284294304314324334344354364 9 19 29 39 49 59 69 79 89 99 109119129139149159169179189199209219229239249259 269 4.635

4.64 4.645x 10

4

nT

KNY

D O Y

(a)

(b)

Gambar 4. Sekumpulan data geomagnetik bulan Oktober 2010–September 2011 dari observatorim MMB,

KAK dan KNY

(a) Rerata harian medan magnetik total masing-masing observatorium,

(b) Diferensiasi dan moving average untuk stasiun MMB-KAK, MMB-KNY, KAK-KNY serta Sigma Kp.

Ucapan Terima kasih

Hasil-hasil yang disajikan dalam makalah ini berdasarkan data yang dikumpulkan pada observatorium-observatorium geomagnetik. Kami berterima kasih kepada lembaga-lembaga yang mendukungnya dan INTERMAGNET yang telah mempromosikan observatorium geomagnetik dengan standar tinggi (www.intermagnet.org). DIKTI telah menyediakan dukungan finansial melalui hibah “Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi/Unram 2012”.

Daftar Pustaka:

[1] Tributsch, H.,1983, When the snakes awake, Cambridge, MIT Press.

[2] Molchanov, O., 2008, Social tension as precursor of large damaging earthquake: legend or reality?, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 8, 1259-1265, http://www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/8/1259/2008/.

[3] Stacey, F. D., 1964, The seismomagnetic effect, Pure Appl. Geophys.,58,5-22.

[4] Hayakawa, M. and Fujinawa, Y. (Eds.), 1994, Electromagnetic Phenomena Related to Earthquake Prediction, Terra Scientific Publishing Co., Tokyo, 677 pp.

Gambar

Gambar 1. Lokasi gempa besar (M>7 SR) di Jepang yang akan diinvestigasi dan letak tiga observatorium geomagnetik: Memambetsu (MMB), Kakioka (KAK) dan Kanoya (KNY)
Tabel 3. Anomali geomagnetik total observatorium MMB, KAK dan KNY sebelum gempa 25-09-2003
Gambar 3.    Sekumpulan data geomagnetik bulan Maret 2004–Februari 2005 dari observatorim MMB,
Gambar 4.    Sekumpulan data geomagnetik bulan Oktober 2010–September 2011 dari observatorim MMB,

Referensi

Dokumen terkait

Creative service merupakan layanan jasa yang dilakukan oleh perusahaan apabila client hanya menginginkan jasa dari bagian Creative dan Production untuk melakukan

Tujuan Dari Penelitian Ini Adalah Untuk Mengetahui Pengaruh Penambahan Polyethylene Fiber Dan Serat Sisal Dengan Konsentrasi 1,6% Berat Terhadap Kekuatan Fleksural Dan Impak

Pengajaran mata pelajaran fisika di SMA dimaksudkan sebagai sarana untuk melatih para siswa agar dapat menguasai pengetahuan, konsep dan prinsip fisika, memiliki kecakapan

Sahabat seteknik industri dari awal sampai saat ini Widya Nur Azizah yang kayak anak kecil, suka minta traktir, terimah kasih sudah menjadi sahabat yang

Pembagian kuesiuner pada penelitian ini dibagikan kepada calon penumpang pada terminal keberangkatan dan pada terminal kedatangan bandar udara Adi Soemarmo, dengan

Berdasarkan pendapat di atas dapat disimpulkan bahwa kohesi adalah hubungan bentuk dalam sebuah wacana yang menciptakan keserasian antar unsur satu dengan yang lainnya

Menimbang, bahwa berdasarkan bukti P.1 dan dihubungkan dengan bukti P.12 dan dihubungkan dengan tidak adanya bantahan dari Tergugat, maka harus dinyatakan terbukti

Rataan jumlah cacing yang ditemukan pada hati sapi Bali dan Madura 36 minggu setelah diinfeksi dengan 15 metaserkaria Fasciola gigantica 2 kali/minggu... Rataan telur cacing