Fibusi (JoF) Vol.1 No.3, Desember 2013 PENERAPAN METODE POLARISASI SINYAL ULF DALAM PEMISAHAN PENGARUH AKTIVITAS MATAHARI DARI ANOMALI GEOMAGNET TERKAIT GEMPA BUMI S.F. Purba 1, F. Nuraeni 2,*, J.A. Utama 1,* 1 Jurusan Pendidikan Fisika, Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pendidikan Indonesia (UPI) 2 Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN) ucie_ciepurba@ymail.com, fitrinuraeni@yahoo.com, j.aria.utama@upi.edu ABSTRAK Penerapan Metode Polarisasi Sinyal ULF dalam Pemisahan Pengaruh Aktivitas Matahari dari Anomali Geomagnet Terkait Gempa Bumi Telah dilakukan penerapan metode polarisasi sinyal ULF terhadap anomali geomagnet terkait gempa Bumi dari pengaruh eksternal seperti aktivitas Matahari berdasarkan data dari Stasiun Kototabang, Sumatera Barat. Berdasarkan dua kejadian gempa yang terjadi pada 6 Maret dan 7 April 2012 sebagai studi kasus, diperoleh bahwa dengan metode polarisasi sinyal ULF ini untuk kejadian gempa pertama, amplitudo anomali terbesar dari ketiga rentang periode pemfilteran yang digunakan dalam penelitian ini, terjadi pada 21 hari sebelum kejadian. Untuk kejadian gempa ke dua, anomali tersebut terjadi 17 hari sebelum kejadian gempa. Dengan metode ini diharapkan dapat diidentifikasi prekursor untuk gempa-gempa besar secara visual sehingga dapat digunakan sebagai informasi tambahan guna keperluan prediksi dan mitigasi bencana gempa Bumi. Kata kunci : Anomali Geomagnet, Gelombang ULF, Gempa Bumi. ABSTRACT Application of ULF Signal Polarization Method in Solar Activity Influence Separation from Geomagnet Anomaly Related to Earthquake We have applied ULF signal polarization method to separate geomagnetic anomalies related to earthquakes from external influences such as solar activity, based on data from Kototabang Station, West Sumatera. Based on the two earthquakes that occurred on March 6 and April 7 2012 as a case study, we have found that the largest amplitude anomaly of the three period spans filtering used in this study, occurred 21 days prior to the event. For the second earthquake, the anomaly occurred 17 days before the earthquake. By using this method we can identify precursors to large earthquakes visually for prediction and mitigation purposes of earthquakes disaster. Keywords : Geomagnet Anomaly, ULF Wave, Earthquake. * Penulis penanggung jawab
2 S.F. Purba, dkk, -Penerapan Metode Polarisasi Gempa Bumi merupakan salah satu fenomena alam yang dapat terjadi sewaktuwaktu. Secara umum dikenal tiga macam gempa berdasarkan penyebabnya, yaitu gempa tektonik, vulkanik, dan runtuhan. Penelitan mengenai gempa Bumi menggunakan berbagai metode telah banyak dilakukan. Menurut Kushwah dan Singh (2004), dari semua frekuensi yang terlibat (ULF - Ultra Low Frequency hingga HF - High Frequency), hanya frekuensi rendahlah yang dapat menjadi prekursor yang dipercaya untuk kasus gempa-gempa besar berikutnya. Kendala yang dihadapi adalah pengukuran geomagnet menggunakan magnetometer landas Bumi sangat dipengaruhi oleh faktor eksternal. Oleh karenanya diperlukan suatu metode untuk memisahkan anomali akibat gangguan internal yang berasal dari dalam Bumi dan gangguan yang berasal dari faktor eksternal. Dalam penelitian ini akan diterapkan suatu metode identifikasi anomali geomagnet terkait gempa Bumi yaitu metode 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 dan H (Z/H) bernilai < 1, sedangkan jika gangguannya berasal dari faktor internal (Z/H) bernilai > 1. Prosedur untuk memperoleh sinyal ULF seperti yang dilakukan oleh Hayakawa et al. (2007) dilakukan dalam penelitian ini. Melalui metode ini diharapkan berhasil diidentifikasi prekursor untuk gempagempa besar yang akan terjadi secara visual sehingga mampu menyediakan informasi tambahan guna keperluan mitigasi bencana. METODE Data geomagnet dari stasiun Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN) Kototabang, Sumatera Barat tahun 2012 telah digunakan dalam penelitian ini. Selain itu juga digunakan data kejadian gempa sepanjang tahun 2012 yang bersumber dari USGS (United States Geological Survey) dan diakses di situs http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqi nthenews/2012/ serta data indeks aktivitas geomagnet (Dst Disturbance Storm Time Index) yang tersedia on line di laman http://www.swde.kugi.kyoto-u.ac.jp/. Untuk kejadian gempa sebagai studi kasus ditetapkan gempa yang terjadi di Pariaman pada 6 Maret 2012 dan gempa di Kepulauan Mentawai pada 7 April 2012. Kedua kejadian gempa tersebut terjadi di Sumatera Barat. Prosedur yang ditempuh dalam pengolahan data diawali dengan menerapkan FFT (Fast Fourier Transform) untuk mengubah data geomagnet komponen Z dan H yang masih dalam domain waktu menjadi domain frekuensi. Data yang telah ditransformasi tersebut selanjutnya mengalami proses penyaringan menggunakan filter Butterworth sesuai rentang periode yang dikehendaki (10 45 detik, 45 150 detik, dan 150 600 detik). Data yang telah disaring berikutnya akan dirata-ratakan per 20 menit dan per 30 menit untuk selanjutnya dilakukan metode polarisasi dengan membandingkan data hasil penyaringan, yaitu komponen Z dan komponen H (Z/H). Kecenderungan pola (trend) diperoleh dengan melakukan proses running average. Anomali geomagnet yang dapat berperan sebagai prekursor diketahui dari kecenderungan pola yang secara lokal meningkat. Di tahap ini diperlukan informasi indeks DST guna mengetahui apakah anomali yang terjadi bersifat global ataukah hanya lokal. Indeks Dst adalah indeks aktivitas geomagnet yang mengukur intensitas equatorial electrojet (ring current) dengan resolusi 1 jam. Indeks Dst diperoleh dari nilai rata-rata pengukuran komponen horisontal medan magnet Bumi yang diukur dari 4 observatorium geomagnet di dekat khatulistiwa.
Fibusi (JoF) Vol.1 No.3, Desember 2013 3 Pembelokan negatif dari indeks Dst ditimbulkan oleh arus cincin pada waktu badai yang mengalir dari timur ke barat di bidang khatulistiwa. Ketika berlangsung badai geomagnet kuat, terjadi penurunan atau pelemahan kuat medan magnet yang mengarah ke utara. Oleh karena itu, indeks Dst mengalami penurunan saat terjadi badai geomagnetik. Badai geomagnet sangat kuat ditandai dengan indeks Dst di bawah -300 nt dan lazimnya ditimbulkan oleh lontaran massa korona (CME Coronal Mass Ejection) tipe halo yang mengarah ke Bumi. HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar 1a hingga 1c berikut memperlihatkan adanya kenaikan kecenderungan pola pada plot polarisasi Stasiun Kototabang rataan 20 menit. Untuk gempa pertama (6 Maret 2012) dengan filter 10 45 detik kenaikan kecenderungan pola terjadi pada 22 hari sebelum kejadian gempa, yaitu pada tanggal 13 Febuari 2012. Untuk filter 45 150 detik kenaikan terjadi 17 hari sebelumnya, yaitu pada tanggal 18 Febuari 2012 dan dengan filter 150 600 detik kenaikan teridentifikasi 12 hari sebelum gempa (23 Febuari 2012). Sementara untuk gempa ke dua (7 April 2012, masih dalam gambar yang sama), dengan filter 10 45 detik kenaikan kecenderungan pola terjadi 13 hari sebelum kejadian gempa, yaitu pada tanggal 25 Maret 2012. Untuk filter 45 150 detik kenaikan terjadi 15 hari sebelumnya, yaitu pada tanggal 23 Maret 2012 dan dengan filter 150 600 detik kenaikan teridentifikasi 15 hari sebelum gempa (25 Maret 2012). Kekosongan data yang teramati dari hasil rajah dikarenakan stasiun Kototabang tidak dapat merekam data geomagnet. a b c Gambar 1. Rajah nilai ULF polarisasi rataan 20 menit untuk beragam rentang periode penyaringan
4 S.F. Purba, dkk, -Penerapan Metode Polarisasi Gambar serupa namun untuk rataan 30 menit ditunjukkan dalam gambar 2a hingga 2c. a b c Gambar 2. Rajah nilai ULF polarisasi rataan 30 menit untuk beragam rentang periode penyaringan Untuk menentukan apakah kenaikan kecenderungan pola yang terjadi bersifat global/regional ataukah lokal, digunakan indeks Dst. Aktifitas geomagnet yang tenang ditandai dengan indeks Dst di atas -50 nt. Pada bulan Maret dijumpai badai geomagnet yang cukup kuat, yakni mencapai -150 nt yang terjadi pada tanggal 7 dan 9 Maret 2012. Sementara untuk bulan April badai geomagnet sebesar -100 nt terjadi sekitar dua pekan (24 April 2012) setelah kejadian gempa pada tanggal 7 April 2012. Meski dekat dengan waktu kejadian badai geomagnet, anomali geomagnet terkait kejadian gempa 6 Maret belum cukup untuk bisa dikatakan muncul karena faktor eksternal (aktivitas Matahari). Dari gambar 1a 1c di atas dapat diamati pula nilai amplitudo anomali yang diperoleh dari kenaikan pertama kali yang cenderung meningkat tajam dari anomali geomagnet sebelum kejadian gempa. Dihasilkan 3 nilai amplitudo anomali untuk gempa pertama (6 Maret 2012) dan gempa ke dua (7 April 2012) dari ketiga rentang periode penyaringan. Nilai amplitudo anomali tertinggi dapat digunakan untuk menentukan waktu kejadian gempa terbaik. Pada gempa 6 Maret, nilai amplitudo anomali terbaik terjadi pada rentang periode penyaringan 10 45 detik dengan
Fibusi (JoF) Vol.1 No.3, Desember 2013 5 nilai 0,2611 (kenaikan kecenderungan pola 22 hari sebelum gempa, yaitu pada tanggal 13 Febuari 2012). Untuk gempa 7 April, nilai amplitudo anomali terbaik pada rentang periode penyaringan 45 150 detik dengan nilai sebesar 0,5062 (kenaikan kecenderungan pola 17 hari sebelumnya). Sementara dari gambar 2a 2c diperoleh nilai amplitudo anomali terbaik pada gempa 6 Maret sebesar 0,4878 pada rentang periode penyaringan 150 600 detik. Kenaikan kecenderungan pola terjadi 21 hari sebelum kejadian gempa. Untuk gempa 7 April nilai amplitudo anomali sebesar 0,3317 untuk rentang periode penyaringan 45 150 detik (kenaikan kecenderungan pola teramati 16 hari sebelum gempa). Dengan demikian, prediksi untuk kejadian gempa Pariaman pada 6 Maret dapat menggunakan amplitudo anomali sebagai prekursornya yang terjadi 21 hari sebelumnya dari rataan 30 menit data ULF. Sementara untuk gempa di Kepulauan Mentawai prekursor terbaik terjadi 17 hari sebelum gempa dari rataan 20 menit data ULF. berupa aktivitas Matahari. Pada kejadian gempa 6 Maret 2012, amplitudo anomali yang menjadi prekursor tampak secara visual 21 hari sebelumnya. Pada kejadian gempa 7 April 2012, amplitudo anomali sebagai prekursor terjadi 17 hari sebelum kejadian. DAFTAR PUSTAKA Hayakawa, M., Hattori, K., & Ohta, K. (2007). Monitoring of ULF (ultralow-frequency) Geomagnetic Variations Associated with Earthquakes. Sensors, 7, 1108-1122. Kushwah, V.K. & Singh, B. (2004). Initial Result of Ultra Low Frequency Magnetic Field Observations at Agra and Their Relation with Seismic Activities. Current Science, 87, 332-339. KESIMPULAN Telah diterapkan metode polarisasi sinyal ULF pada dua kejadian gempa di Sumatera Barat dan dengan metode tersebut berhasil diperoleh prekursor gempa setelah anomali geomagnet yang terjadi dipisahkan dari faktor eksternal