MODUL FISIKA BUMI METODE GAYA BERAT

Transkripsi

1 MODUL FISIKA BUMI METODE GAYA BERAT 1. TUJUAN - Memahami hukum dan prinsip fisika yang mendasari metode gaya erat - Mengetahui serta memahami faktor-faktor yang mempengaruhi nilai variasi gaya erat di permukaan - Mengenal prinsip kerja dan agian alat gravimeter - Memahami teknik akusisi metode gaya erat - Mengetahui dan memahami teknik pengolahan serta interpretasi data gaya erat. ALAT - Gravimeter (Tipe: Lacoste & Romerg G-98) - GPS - Altimeter dan arometer - Kompas geologi - Arloji - Peta topografi maupun geologi 3. TEORI DASAR Metode gaya erat merupakan metode eksplorasi dalam geofisika yang erdasarkan pada variasi medan gaya erat di permukaan umi pada setiap titik amat. Metode ini digunakan untuk mendeteksi rapat massa sumer anomali terhadap lingkungannya (kontras densitas) sehingga dapat menggamarkan struktur awah permukaan erdasarkan pada distriusi rapat massa atuan. Gamar 1. Gaya antara dua partikel dengan massa m 1 dan m. Hukum dasar untuk metode gaya erat adalah Hukum Gravitasi Newton yang menunjukkan ahwa sifat massa dari enda-enda di alam dimana esarnya massa terseut sangat menentukan esarnya gaya tarik menarik di antara enda terseut. Secara matematis esarnya gaya tarik menarik terseut dinyatakan dalam persamaan erikut, mm 1 F G rˆ 1 (1) r dimana F : Gaya tarik pada massa enda m akiat tarikan dari m 1 1ˆr : Vektor satuan yang erarah dari m menuju m 1 r : Jarak antara m 1 dan m

2 G : Konstanta gravitasi umum ( Nm /kg ) Percepatan pada massa enda m akiat adanya tarikan dari massa enda m1 dapat diperoleh dari hukum Newton II. F g () m m1 g G rˆ 1 (.a) r Jika massa enda m 1 adalah massa umi, m e, maka dalam hal ini g adalah percepatan gravitasi. m e g G r 1 (.) Re Re adalah jari-jari umi, dan 1ˆr erarah menuju ke pusat umi. Nilai percepatan gravitasi tidak ergantung massa enda m dan semakin erkurang dengan ertamahnya jarak. Nilai percepatan gravitasi pertama kali dilakukan pengukuran oleh Galileo pada eksperimen yang dilakukan menara Pisa. Nilai g yang diukur di permukaan umi esarnya sekitar 980 cm/s. Untuk menghormati jasa Galileo, maka satuan percepatan gravitasi seesar 1 cm/s diseut 1 galileo (1 Gal). Pada dasarnya tujuan metode gaya erat adalah mengukur variasi percepatan gravitasi di permukaan akiat adanya variasi distriusi rapat massa di awah permukaan. Karena nilai terukur juga dipengaruhi oleh efek-efek lain seperti efek apungan (drift), efek tarikan ulan (efek pasang-surut), peredaan nilai r di setiap titik di permukaan (pengaruh pepatan umi ergantung posisi lintang), pengaruh ketinggian dari permukaan serta pengaruh topografi permukaan. Oleh karena itu, perlu dilakukan koreksi untuk mereduksi pemacaan gaya erat menjadi harga yang seharusnya (hanya dipengaruhi oleh variasi densitas). Berikut ini merupakan tahapan koreksi dalam metode gaya erat: - Koreksi Pasang Surut Koreksi ini dilakukan untuk menghilangkan efek tarikan dari matahari dan ulan. Nilai koreksi ini ergantung pada waktu dan posisi lintang, tetapi erkisar sekitar 0.3 mgal. Namun demikian, karena variasi koreksi ini smooth dan peruahannya lamat, maka iasanya sudah dicakup pada koreksi drift dari alat. - Koreksi Drift Koreksi drift dilakukan untuk menghitung faktor kelelahan alat. Teknik pengukurannya dilakukan secara looping, yaitu dari titik amat awal kemali lagi ke titik amat awal. tn t Dn g ' g t ' t Dimana: g ' = acaan nilai gaya erat pada saat akhir looping (dalam mgal) g = acaan nilai gaya erat pada saat awal looping (dalam mgal) t ' = waktu pengamilan data pada saat akhir looping t = waktu pengamilan data pada saat awal looping t = waktu untuk data yang akan dihitung nilai koreksi drift-nya n

3 - Koreksi Lintang Rotasi umi dan tonjolan (ulge) umi di ekuator menyeakan semakin esarnya nilai gravitasi terhadap posisi lintang. Percepatan sentrifugal akiat rotasi umi, nilainya maksimum di ekuator dan nol di kutu. Hal ini erkealikan dengan percepatan gravitasi. Polar flattening menyeakan semakin esarnya nilai percepatan gravitasi di kutu, karena geoid-nya semakin mendekati pusat massa umi (nilai R semakin kecil). Koreksi lintang diturunkan dari: gl 1 gl 0.811sin mgal/km=1.305 sin mgal/mil s Re Dengan s = jarak horizontal N S = Re Re = jari-jari umi = 6398 Km Nilai koreksi ini akan maksimum pada lintang 45 (sekitar 0.01 mgal/ 13 m), dan erharga nol pada ekuator dan kutu. Koreksi lintang dapat dihitung dengan menggunakan rumus gaya erat normal yang dikemangkan oleh Geodetic Reference System 1967 (GRS67): 4 g sin sin mgal n dengan adalah posisi lintang (latitude). - Koreksi Udara Beas Karena nilai gravitasi eranding teralik terhadap kuadrat jarak, maka perlu dilakukan koreksi terhadap peruahan ketinggian antar stasiun dan permukaan datum. Koreksi ini tidak memperhitungkan keeradaan material yang mengisi ruang antara stasiun dan permukaan datum. Koreksi udara eas diperoleh dari diferensial persamaan percepatan gravitasi terhadap R, seagai erikut: g FA m e g G = mgal/m 3 R Re Re mgal/m h g FA - Koreksi Bouguer Koreksi Bouguer menghitung efek tarikan massa yang erada diantara stasiun pengukuran dan idang datum. Station R sla Average density Datum plane Gamar. Efek tarikan massa terhadap pemacaan nilai gaya erat. Seperti ditunjukkan pada gamar di atas, hasil pengukuran di stasiun akan ertamah esar akiat tarikan massa yang erada di atas idang datum. Koreksi Bouguer dihitung erdasarkan rumus: BC G h h

4 - Koreksi Terrain Koreksi medan menghitung pengaruh ketidakeraturan permukaan atau induksi di sekitar titik (station) pengukuran. Bukit yang erada di atas ketinggian statiun pengukuran akan erpengaruh menarik gravimeter ke atas (upward). Lemah atau jurang yang erada di awah ketinggian statiun pengukuran akan erpengaruh menarik gravimeter ke awah (downward). Bukit Upward Stasiun pengukuran Downward Lemah Gamar 3. Pengaruh ketidakeraturan topografi umi terhadap nilai pemacaan gaya erat. Untuk menghitung koreksi medan kita memutuhkan peta topografi dengan interval kontur 10 m atau kurang dan Hammer chart transparan yang memagi daerah sekitar titik amat di atas eerapa zone dan sector yang merupakan agian dari silinder konsentris. Chart yang sesuai dengan skala peta topografi diletakkan di atas posisi titik amat yang akan dihitung nilai koreksinya, ketinggian sector adalah rata-rata kontur topografi yang dilalui dikurangi ketinggian titik amat. Bentuk topografi dianggap dapat diwakili oleh entuk silinder konsentris yang teragi atas sector atau segmen dengan ketinggian yang ereda-eda. Efek gravitasi yang diakiatkan oleh satu sektor dapat dihitung dengan rumus: 1 1, 0 0 dg r G r r r z r z z z s z r r a 0 i T i i = sudut sektor (rad) = ( z s z a ) = ketinggian stasiun pengukuran = ketinggian rata-rata di dalam sektor = jari-jari luar sektor = jari-jari dalam sektor - Anomali Bouguer Apaila semua koreksi sudah dilakukan terhadap pemacaan gravitasi pengamatan, maka akan diperoleh anomali Bouguer untuk stasiun pengukuran seagai erikut: BA Asolut gos Gn FAC BC TC dimana: g = acaan dalam mgal + koreksi tidal koreksi drift (yang kemudian diikat os G n FAC BC TC dengan nilai gaya erat asolut) = gravitasi teoritis/ normal = koreksi udara eas = koreksi Bouguer = koreksi medan

5 4. AKUISISI DATA a. Menentukan lokasi titik pengukuran terleih dahulu, kemudian mencatat nama operator, tipe alat gravimeter yang digunakan, nama stasiun, koordinat, elevasi, serta waktu di lokasi titik pengukuran.. Menempatkan piringan esi pada posisi datar. c. Memastikan kunci pegas gravimeter terkunci dengan aik! Jika elum, putar kunci (arrestment kno) searah jarum jam hingga pada atas kunci sudah tidak dapat diputar lagi. d. Mengeluarkan gravimeter secara hati-hati dan menempatkannya di atas piringan esi kemudian nyalakan lampu. e. Mengatur posisi gravimeter sehingga posisi nivo yang memanjang dan melintang (gelemung pada waterpass) tepat erada di tengah. Caranya adalah dengan memutar kno waterpass (cross level dan long level adjustment). f. Memuka kunci pegas. g. Mengatur reading line sehingga cross hair tepat erada pada nilai.7 dengan cara memutar nulling dial. Pastikan jarum pengatur pegas tepat erada ditengah. h. Mengunci pegas kemali seelum melakukan pemacaan. i. Mencatat acaan alat eserta skala noniusnya. j. Menyimpan kemali gravimeter pada tas penyimpanan secara hati-hati. Gamar 4. Gravimeter Lacoste & Romerg tipe G-98 serta komponen agian dalamnya. 5. TUGAS PENDAHULUAN a. Jelaskan hukum yang mendasari metode gaya erat serta prinsip kerja alat gravimeter!. Jelaskan faktor-faktor koreksi yang mempengaruhi nilai variasi medan gaya erat yang terukur di permukaan umi! Tuliskan perumusan pada setiap koreksi! c. Mengapa nilai gaya erat di sekitar daerah kutu leih esar diandingkan di sekitar daerah khatulistiwa? Jelaskan! d. Turunkan persamaan untuk model anomali Bouguer ola dan silinder! 6. TUGAS LAPORAN a. Lakukan koreksi-koreksi terhadap data gaya erat yang diperoleh di lapangan hingga mendapatkan nilai anomali Bouguer!. Proyeksikan nilai anomali Bouguer terseut ke dalam entuk peta! c. Lakukan analisis dan interpretasi terhadap peta anomali Bouguer terseut! 7. MATA KULIAH TERKAIT a. Metode Fisika Bumi. Fisika Matematika I dan Fisika Matematika II

6 8. REFERENSI [1] Telford, W. M., et al Applied Geophysics nd Edition, Camridge University Press. [] Reynold, J. M An Introduction to Applied and Environmental Geophysics, John Wiley & Sons Ltd.