PEMODELAN GELOMBANG TSUNAMI AKIBAT GEMPA BUMI TEKTONIK DASAR LAUT DI DAERAH PULAU NIAS DAN SEKITARNYA SKRIPSI METAR YOSEPLIN HUTAURUK 080801062 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
PEMODELAN GELOMBANG TSUNAMI AKIBAT GEMPA BUMI TEKTONIK DASAR LAUT DI DAERAH PULAU NIAS DAN SEKITARNYA SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi dan memenuhi syarat mencapai gelar sarjana sains METAR YOSEPLIN HUTAURUK 080801062 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
PERSETUJUAN Judul : PEMODELAN GELOMBANG TSUNAMI AKIBAT GEMPA BUMI TEKTONIK DASAR LAUT DI DAERAH PULAU NIAS DAN SEKITARNYA Kategori : SKRIPSI Nama : METAR YOSEPLIN HUTAURUK Nomor Induk Mahasiswa : 080801062 Program Study : SARJANA (S1) FISIKA Departemen : FISIKA Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Diluluskan di Medan, 07 Mei 2013 Diketahui/disetujui oleh: Pembimbing I Pembimbing II Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phill Retno Agung PK, M.Si NIP.195503161982031002 NIP. 198010032006041006 Ketua Departemen Fisika FMIPA USU Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003
PERNYATAAN PEMODELAN GELOMBANG TSUNAMI AKIBAT GEMPA BUMI TEKTONIK DASAR LAUT DI DAERAH PULAU NIAS DAN SEKITARNYA SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, 07 Mei 2013 METAR YOSEPLIN HUTAURUK 080801062 PENGHARGAAN
Takut akan TUHAN adalah permulaan Pengetahuan (Amsal 1:7) Terima kasih saya panjatkan kepada TUHAN YME Pemilik Alam Semesta atas TuntunanNYA dan Kasih Setia-NYA, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada orang orang yang menjadi bagian hidup penulis, Terimakasih yang sebesar besarnya kepada : 1. Kedua Orang tua saya B. Hutauruk dan A. Br. Sinaga; orangtua yang membimbing dan membesarkan dan setia mendoakan penulis sedari kecil, atas cinta kasih, teladan, dan semangat untuk selalu memberi yang terbaik kepada penulis. Dan juga saudara-saudara penulis dari kecil sampai sekarang ( Grace Kristin Hutauruk, Isra S Hutauruk, Mikka Patri Hutauruk) 2. Dr. Marhaposan Situmorang dan Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc, Ketua dan Sekretaris Departemen Fisika, serta seluruh staf pengajar dan pegawai Departemen Fisika yang selalu memperhatikan terutama proses studi di Departemen Fisika FMIPA USU. 3. Bapak Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phill sebagai dosen pembimbing yang memberikan waktu, tenaga, serta bimbingannya kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Ucapan terima kasih juga kepada Dr. Anwar Darma Sembiring selaku Dosen Wali penulis selama mengikuti perkuliahan dan semua dosen di Fisika USU. 4. Ibu Dr. Zuriah Sitorus MS. Kepala Laboratorium Instrumentasi Digital, yang membimbing penulis dan mempercayakan penulis di dalam menjalankan tugas di laboratorium Intrumentasi Digital dan juga rekan-rekan asisten di Laboratorium (Rieni K Sitanggang, Poltak Simarmata, Ferdi A) 5. Bapak Retno Agung PK, M.Si pegawai BMKG Medan yang membantu membimbing penulis selama penelitian 6. Tulang S. Sinaga yang mendukung penulis dalam menyelesaikan penelitian ini. 7. Tulang Patar & Patiar yang membantu penulis selama ini. 8. Untuk seluruh mahasiswa Fisika USU khususnya stambuk 2008 Yuni, Nyta, Nya, Bora, Elizabeth, Ervina, Putri, Theresia, Elda, Mangara, Donal, Eben, Asman, Bheng an, Andes, Indra, Perdana, Rolas, Zulkar, Martin, Hiras, Albert, Roni, teman seperjuagan penulis dalam menyelesaikan studi ini. 9. Semua Pribadi yang memberi dukungan dan semangat kepada penulis. Kasih karunia dan Damai Sejahtera Tuhan Yesus Kristus menyertai kita semuanya. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi pembaca. Medan 07 Mei 2013 Penulis
ABSTRAK PEMODELAN GELOMBANG TSUNAMI AKIBAT GEMPA BUMI TEKTONIK DASAR LAUT DI DAERAH PULAU NIAS DAN SEKITARNYA ABSTRAK Pulau Nias merupakan tempat pertemuan lempeng Indo Australia dengan Eurasia. Karena Pulau Nias terletak di pantai barat Sumatera dan berbatasan langsung samudera Indonesia, maka gempa bumi yang terjadi berpotensi membangkitkan tsunami. Bencana tsunami yang pernah terjadi di pantai barat Sumatera ini telah memicu berbagai pihak di Indonesia maupun dari dunia internasional untuk memprediksi terjadinya tsunami serta melakukan mitigasi bencana untuk mengurangi dampak dan kerugian akibat bencana tersebut. Penelitian ini dilakukan di BMKG Wilayah I Medan. Penelitian ini menggunakan model tsunami WinITDB ( Windows Integrated Tsunami Data Base ). Model tsunami ini salah satu model tsunami yang dapat memprediksi waktu tiba gelombang tsunami (Tsunami Travel Time) dari sumber pembangkit gelombang tsunami ke daerah pesisir pantai yang terkena tsunami. Data gempa dan tsunami seperti panjang patahan, lebar patahan, episenter gempa diperlukan sebagai input model. Data tersebut diperoleh dari USGS (Survey Geologi Amerika Serikat) dan data tersebut diolah dan hasilnya berupa sebaran gelombang tsunami dari sumber ke semua daerah pesisir pantai yang terkena terjangan tsunami. Kata kunci : gempabumi, tsunami, lempeng tektonik, waktu tiba tsunami, WinITDB
ABSTRACT TSUNAMI MODELING CAUSED BY THE SEA TECTONICS EARTHQUAKE IN NIAS ISLAND AND IN THE REGION AROUND ABSTRACT Nias Island is the region of confluence of Indo Australia plate with Eurasia plate. Because Nias island is situated on the west coast of Sumatra and the adjacent Indonesia ocean, so the earthquake has the potensial to generated tsunami. Tsunami disaster that has ever happened on the west coast of Sumatra has triggered various parties in Indonesia as well as from the international community as well as to predict the occurrence of tsunami disaster mitigation to reduce impacts and losses caused by the disaster. The research was conducted in BMKG Regional I Medan. This study uses a model of tsunami WinITDB (Windows Integrated Tsunami Data Base). Tsunami model is one model that can predict tsunami wave arrival time of tsunami (Tsunami Travel Time) of tsunami wave generation sources to the coastal areas affected by tsunami. Data of earthquake and tsunami included length rupture, width rupture and epicentrum required as input model. Data obtained from the USGS (United States Geoloical Survey) and data are processed and the results of the distribution of tsunami waves from the source to all the coastal areas affected by the tsunami. Keywords : earthquake, tsunami, tectonics plate, arrival time of tsunami, WinITDB
DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran halaman i ii iii iv v vi ix x xi BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Perumusan Masalah 3 1.3. Batasan Masalah 4 1.4. Tujuan Penelitian 4 1.5. Manfaat Penelitian 5 1.6. Sistematika Penulisan 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Bencana Geologis di Indonesia 6 2.2. Sumatra Subduction Zone (Zona Subduksi Sumatra) 7 2.3. Kondisi Tektonik Pulau Nias 9 2.4. Lempeng Tektonik 10 2.5. Ring Of Fire 12 2.6. Tsunami 13 2.7. Penyebab Terjadinya Gelombang Tsunami 17 2.7.1. Gempa Bumi Bawah Laut (Undersea Earthquake) 17 2.7.2. Longsoran Lempeng Bawah Laut ( Undersea Landslides) 18 2.7.3. Aktivitas Vulkanik ( Volcanic Activities ) 18 2.7.4. Tumbukan Benda Angkasa Yang Jatuh 18 2.8. Gempa Bumi Penyebab Gelombang Tsunami 19 2.9. Besar Skala Tsunami 19 2.9.1. Magnitudo Tsunami 19 2.9.2. Intensitas Tsunami 20 2.9.3. Hubungan Magnitudo Gempa Dengan Magnitudo Tsunami 20 2.9.4. Skala Imamura 21 2.9.5. Hubungan Magnitudo Dengan Kedalaman Pusat Gempa 21
2.10. Karakteristik Dan Kecepatan Tsunami 22 2.11. Ciri-Ciri Terjadinya Tsunami 25 2.12. Dampak Terjadinya Tsunami 26 2.13. Pemodelan Tsunami 28 2.14. Model Deformasi Patahan Dan Parameter Gempa Bumi 29 2.15. Sistem Sesar (Fault System) 31 2.16. Dasar Pemodelan Tsunami 33 2.17. Penentuan Parameter Sumber Tsunami 38 2.18. Instrumentasi Dalam Sistem Peringatan Dini Tsunami 41 BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian 43 3.2. Metode penelitian 43 3.3. Alat dan bahan Yang Digunakan 44 3.3.1. Alat Penelitian 44 3.3.2. Bahan Penelitian 44 3.4. Prosedur penelitian 45 3.4.1. Studi literatur 45 3.4.2. Pengambilan data gempa 47 3.4.3. penentuan sumber pembangkit tsunami 49 3.4.4. parameter Gempa 49 3.4.5. Model WinITDB 50 3.4.6. Daerah Nias dan Sekitar yang terimbas tsunami 51 3.4.7. Waktu tiba Tsunami (Tsunami Travel Time/TTT) 52 3.4.8. Menjalankan Aplikasi WinITDB 52 3.5. Proses Analisis 54 3.5.1. proses analisa data dengan WinITDB 54 3.6. Diagram Blok Penelitian 60 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisi Hasil 63 4.1.1. Parameter Gempa Berpotensi Membangkitkan Tsunami 64 4.2. Model Penjalaran Waktu Tiba Tsunami 65 (Tsunami Travel Time) di Pulau Nias Pantai Barat Sumatra 4.2.1. Gempa Bumi Dan Tsunami Nias 28 Maret 2005 66 4.2.1.1 Analisa Tsunami Travel Time Gempa 67 Nias 28 Maret 2008 4.2.1.2 Analisa Tsunami Travel Time Gempa 68 Nias 28 Maret 2008
4.3. Gempa Bumi Dan Tsunami Mentawai 25 Oktober 2010 70 4.3.1. Mekanisme Gempa bumi 70 4.3.2. Model penjalaran Waktu Tiba Tsunami 72 (Tsunami Travel Time) Gelombang Tsunami Mentawai 25 Oktober 2010 4.3.3. Analisa Pengaruh Jarak Terhadap Waktu Tempuh 74 4.3.4. Observasi Tsunami Pada Tide Gauge Padang 76 4.3.5. Perbandingan hasil waktu tiba tsunami antara 79 laporan BMKG dan Hasil Penelitian Untuk Tsunami Mentawai 4.4. Variasi Data Parameter Gempa Berpotensi Tsunami 80 4.4.1. Variasi Kedalaman Pusat Gempa 80 4.4.2.. Variasi Besar Magnitudo Gempa 84 4.4.3. Variasi Titik Pusat (Episenter) Gempa 88 4.4.4. Variasi Panjang Dan Lebar Patahan Sesar 89 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 92 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Tabel Nama Lempeng yang Membentuk Litosfer. 12 Tabel 2.2 Magnitudo Tsunami dan Ketinggian Tsunami 20 Tabel 2.3 Skala Tsunami 21 Tabel 2.4 Tabel kecepatan tsunami bergantung kedalaman laut 24 Tabel 2.5 Sejarah peristiwa tsunami di samudera Indonesia 27 Tabel 3.1 Daftar Kejadian Tsunami Di Pantai Barat Sumatra 45 Tabel 3.2 Kejadian Tsunami dari Tahun 1979 s/d 2008 48 Tabel 3.3 Tabel Parameter Gempa Bumi Untuk Model Tsunami 50 Tabel 3.4 Titik Daerah Terimbas Tsunami 51 Tabel 4.1 Tabel Parameter Gempa Model Tsunami Nias 28 Maret 2005 66 Tabel 4.2 Tsunami Travel Time gempa Nias 28 Maret 2005 69 Tabel 4.3 Tsunami Travel Time gempa Nias 28 Maret 2005 70 Tabel 4.4 Tsunami Travel Time Ke Daerah Terimbas 74 Tabel 4.5 Waktu Tempuh Model Tsunami Saat Gempa 75 Mentawai 25 oktober 2010 Tabel 4.6 Laporan Waktu Tiba Tsunami (Laporan BMKG) 79 Tabel 4.7 Waktu Tiba Tsunami ( Hasil Penelitian) 80 Tabel 4.8. Waktu Tempuh Gelombang Tsunami Dari Sumber Tsunami Ke 82 Daerah Pantai Dengan Kedalaman Pusat Berbeda. Tabel 4.9 Jarak Episenter Ke Titik Pengamatan 84 Tabel 4.10 parameter gempa dengan magnitudo berbeda pada kedalaman sama 85 Tabel 4.11 Waktu Tiba Tsunami Dengan Magnitudo Berbeda Dan posisi Episenter Sama 85 Tabel 4.12. Hasil waktu tempuh variasi panjang patahan 91
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Peta sumber gempa di Indonesia 6 Gambar 2.2. Lapisan Dalam Inti Bumi 7 Gambar 2.3. Kondisi tektonik pulau Sumatra dan Nias 8 Gambar 2.4. Zona Subduksi di Pantai barat Sumatera 9 Gambar 2.5. Peta Lempeng tektonik bumi 12 Gambar 2.6. Peta ring of fire / cincin api 13 Gambar 2.7. Zona Ancaman Bencana Tsunami Di Indonesia 15 Gambar 2.8. Proses Terjadinya tsunami 17 Gambar 2.9. Asteroid jatuh ke samudra 19 Gambar 2.10. Peristiwa Tsunami 23 Gambar 2.11. Parameter Patahan/ Sesar Pembangkit Tsunami 29 Gambar 2.12. Jenis-jenis Sesar 33 Gambar 3.1. Peta Sumber historis tsunami di Pantai barat Sumatra 46 Gambar 3.2. Peta Sumber Gempa Yang Menimbulkan Tsunami 47 Gambar 3.3. Parameter Patahan 49 Gambar 3.4. Daerah Titik Pengamatan Sebaran Tsunami 52 Gambar 3.5. Tampilan Program Hubungan Empiris Wells Dan Coppersmith 55 Gambar 3.6. Tampilan WinITDDB dalam Dekstop 55 Gambar 3.7. Tampilan Awal WinITDB 56 Gambar 3.8. Tabel Source Parameter 56 Gambar 3.9. Tampilan Menu Untuk Kalkulasi Data Input 57 Gambar 3.10. Menu Star Modeling 57 Gambar 3.11. Tampilan Menu Modeling Data Input 58 Gambar 3.12. Proses Simulasi Gelombang Tsunami 59 Gambar 3.13. Tampilan Progres Modeling Tsunami 59 Gambar 3.14. Diagram Alir Penelitian 60 Gambar 4.1 Mekanisme Terjadinya Tsunami (COMET Program) 65 Gambar 4.2 Sebaran Gelombang Tsunami Dari Titik Pusat pembangkit Tsunami. 68 Gambar 4.3 Sebaran Gelombang Tsunami Dari Titik Pusat pembangkit Tsunami 70 Gambar 4.4. Peta Distribusi Gempabumi Susulan Mentawai, 25 Oktober 2010 72 Gambar 4.5. Hasil Laporan Survey (BMKG) 73 Gambar 4.6 Sebaran Tsunami Dengan WinITDB Pada Tsunami Mentawai 2010 74 Gambar 4.7. Grafik Waktu Tiba Ke Daerah Terimbas 76 Gambar 4.8. visualisasi tsunami mentawai 2010 77
Gambar 4.9. Rekaman tide gauge pada Stasiun Padang 78 Gambar 4.10 Rekaman Tide Gauge pada Stasiun Padang 78 Gambar 4.11 Rekaman tide gauge pada stasiun Enggano 79 Gambar 4.12 Time Line Tsunami Mentawai 79 Gambar 4.13. Peta Lokasi Episentrum Gempa Nias 28 Maret 2005 82 Gambar 4.14. Tampak Melintang Kedalaman Pusat Gempa 82 Gambar 4.15. Model Penyebaran Dan Penjalaran Gelombang Tsunami 83 Gambar 4.16. Grafik Waktu Tiba Tsunami Dari Sumber Ke Titik Pantai Dengan Sumber Berbeda Dan Posisi Sumber Tetap 83 Gambar 4.17. Titik merah menunjukkan episenter gempa 84 Gambar 4.18. Grafik Waktu Tiba Tsunami Ke Pantai Dengan Magnitudo Berbeda Dengan Posisi Pusat Gempa Yang Sama 86 Gambar 4.19. Visualisasi Penyebaran Gelombang Tsunami 87 Gambar 4.20. Peta Seismisitas Pulau Nias 88 Gambar 4.21. Posisi Sumber Gempa 89 Gambar 4.22. grafik hubungan panjang patahan dengan waktu tiba tsunami ke daerah barus 91 LAMPIRAN A LAMPIRAN B LAMPIRAN C LAMPIRAN D LAMPIRAN E LAMPIRAN F DAFTAR LAMPIRAN