Nama Kelas Tanggal

EARTH EXPLAINED · PANDUAN PELAJARAN

Gempa Bumi 201

Di dalam sebuah gempa bumi

Video 12:16Jenjang Kelas 9–12 · seismologi universitas tingkat pengantarStandar HS-ESS2-1, HS-ESS2-3, HS-ESS3-1, HS-ESS3-2, HS-PS4-1
Bahasa Bahasa Indonesia

English · Español · Português · Français · Deutsch · Italiano · Русский · Türkçe · Bahasa Indonesia · Tiếng Việt · 中文 · 日本語 · 한국어 · हिन्दी · বাংলা · اردو · العربية

Putar dariuntuk jaringan sekolah yang memblokir YouTube

Bagaimana sebuah sesar menimbun tegangan lalu patah, bagaimana para ilmuwan membaca gelombang sebuah gempa, bagaimana satu gempa berujung pada gempa berikutnya, dan apa yang diungkapkan gelombang-gelombang itu jauh di dalam planet?

Pada Juni 1929, gempa kuat mengguncang Pulau Selatan Selandia Baru, dan gelombang-gelombang lemah mencapai stasiun-stasiun di Rusia, di suatu zona yang, menurut semua teori pada masa itu, seharusnya tidak dapat dicapai gelombang karena terhalang oleh inti Bumi. Pada 1936, seismolog Denmark Inge Lehmann menjelaskannya: di dalam inti yang cair pasti ada inti kedua, yaitu inti dalam, tempat gelombang merambat lebih cepat. Pelajaran tingkat lanjut ini mengikuti sebuah gempa dari awal hingga akhir, dalam lima langkah. Bagaimana sesar menimbun tegangan: lempeng-lempeng terus bergerak sementara sesar tetap terkunci, sehingga batuan di sampingnya melengkung dan menyimpan regangan (pantulan elastis, Harry Fielding Reid, 1910); GPS, peristiwa slip lambat, dan parit yang digali melintang sesar memperlihatkan siklus gempa ini sedang berlangsung. Bagaimana sesar patah: retakan bermula di hiposentrum dan menjalar dengan kecepatan yang biasanya 2 hingga 3 km per detik, dan luas bidang yang bergeser, besar pergeseran, serta kekakuan batuan menghasilkan momen seismik, yang menjadi dasar magnitudo momen. Bagaimana para ilmuwan membaca gelombang: selang waktu antara gelombang P dan S memberikan jarak, dorongan atau tarikan pertama di setiap stasiun membentuk 'bola pantai' yang menunjukkan bagaimana sesar bergerak, dan satelit radar memetakan gerakan tanah. Bagaimana satu gempa berujung pada gempa berikutnya: hukum Gutenberg–Richter, Omori, dan Båth menggambarkan berapa banyak gempa dan gempa susulan yang dapat diperkirakan; perpindahan tegangan membuat gempa-gempa besar bergerak beruntun ke arah barat di sepanjang Sesar Anatolia Utara dari 1939 hingga 1999; injeksi air limbah memicu gempa di Oklahoma; dan Parkfield, Kalifornia, menunjukkan mengapa prakiraan memberikan peluang, tidak pernah tanggal. Dan apa yang diungkapkan gelombang: dasar kerak bumi (Moho), inti luar yang cair, dan inti dalam Lehmann yang padat.

Subtitel (.vtt)Subtitel (.srt)
Subtitel dalam 16 bahasa lain

Tujuan pembelajaran Setelah pelajaran ini, siswa mampu:

  1. Menggambarkan siklus gempa dan pantulan elastis, serta menjelaskan bagaimana pengukuran GPS, kopling, dan peristiwa slip lambat menunjukkan sesar yang sedang menimbun tegangan di antara gempa-gempa.
  2. Menjelaskan bagaimana parit yang digali melintang sesar merekam gempa-gempa masa lalu, dan bagaimana penentuan umur lapisan-lapisannya menunjukkan seberapa sering sebuah sesar patah.
  3. Menggambarkan bagaimana retakan bermula di hiposentrum dan menjalar, menghubungkan panjang dan lamanya dengan ukuran gempa, serta menghitung momen seismik (rigiditas × luas × pergeseran) dan magnitudo momen.
  4. Menggunakan selang waktu antara gelombang P dan S untuk memperkirakan jarak ke sebuah gempa, dan menjelaskan bagaimana banyak stasiun bersama-sama menentukan lokasinya.
  5. Mengenali sesar normal, sesar naik, dan sesar geser, menjelaskan bagaimana gerakan pertama di stasiun-stasiun ('bola pantai') mengungkapkan bagaimana sebuah sesar bergerak, dan menjelaskan mengapa magnitudo pertama yang dilaporkan untuk gempa besar bisa terlalu rendah.
  6. Menerapkan hukum Gutenberg–Richter, Omori, dan Båth pada jumlah gempa dan gempa susulan, serta menjelaskan perpindahan tegangan, gempa terinduksi, dan mengapa prakiraan memberikan probabilitas, bukan tanggal.
  7. Menjelaskan bagaimana gelombang seismik mengungkap lapisan-lapisan Bumi: Moho, bayangan gelombang S dan inti luar yang cair, serta inti dalam Inge Lehmann.

Sebelum menonton

Kosakata kunci ★ istilah pengayaan untuk siswa jenjang lebih tinggi

Siklus gempa
Riwayat berulang sebuah sesar: sesar tetap terkunci dan menimbun tegangan selama puluhan atau ratusan tahun sementara lempeng-lempeng terus bergerak, patah dalam hitungan detik hingga menit saat gempa, lalu terkunci dan mulai menimbun tegangan lagi.
Pantulan elastis
Penjelasan yang diberikan Harry Fielding Reid pada 1910, dari survei lahan yang dibuat sebelum dan sesudah gempa San Francisco 1906: batuan di samping sesar yang terkunci melengkung perlahan, menyimpan regangan, lalu melenting kembali ketika sesar bergeser.
Kopling
Seberapa erat sebuah sesar terkunci. Sesar yang terkopel penuh menyimpan hampir seluruh gerakan lempeng sebagai regangan, dari tahun ke tahun. Gempa 2011 di lepas pantai timur laut Jepang menunjukkan bahwa lempeng-lempeng di sana telah terkunci sampai ke palung.
Peristiwa slip lambat
Pergeseran pada sesar yang terlalu lambat untuk menimbulkan guncangan yang dapat dirasakan siapa pun, dan berlangsung selama beberapa hari hingga beberapa minggu. Di bawah bagian utara negara bagian Washington dan bagian barat daya British Columbia, sebagian batas lempeng yang dalam bergeser sekitar satu inci (beberapa sentimeter) kira-kira setiap 14 bulan; GPS mengungkap peristiwa-peristiwa ini sekitar tahun 2000.
Paleoseismologi★
Studi tentang gempa-gempa dari masa sebelum ada catatan tertulis, yang dibaca di parit-parit yang digali melintang sesar: lapisan-lapisan tanah yang terkoyak dan tergeser oleh gempa-gempa masa lalu, yang umurnya ditentukan untuk menunjukkan seberapa sering sebuah sesar patah selama ribuan tahun (seperti di Pallett Creek pada sesar San Andreas).
Hiposentrum dan retakan
Hiposentrum adalah titik pada sesar tempat gempa bermula, tempat tegangan pertama kali mengalahkan gesekan. Retakan adalah patahnya sesar yang menjalar dari sana melintasi bidang sesar, biasanya dengan kecepatan 2 hingga 3 km per detik; beberapa retakan melaju lebih cepat daripada gelombang S yang dipancarkannya.
Momen seismik
Ukuran sebuah gempa: rigiditas (kekakuan) batuan dikalikan luas sesar yang bergeser dikalikan rata-rata pergeseran, M₀ = μAD, dalam newton-meter. Skala magnitudo modern dibangun di atasnya.
Magnitudo momen (Mw)
Skala magnitudo standar, yang dihitung dari momen seismik (Hanks dan Kanamori, 1979). Setiap kenaikan satu tingkat penuh berarti energi yang dilepaskan sekitar 32 kali lebih besar, dan skala ini terus bertambah untuk gempa-gempa terbesar.
Saturasi magnitudo★
Keadaan ketika metode magnitudo cepat berhenti bertambah untuk gempa yang sangat besar sehingga hasilnya terlalu rendah. Peringatan tsunami pertama Jepang pada 2011 menggunakan magnitudo 7,9; magnitudo akhirnya 9,0.
Sesar normal, sesar naik, dan sesar geser
Tiga cara utama sebuah sesar patah. Sesar normal: kerak tertarik terpisah dan satu blok turun. Sesar naik: kerak tertekan dan satu blok naik menimpa blok lainnya. Sesar geser: kedua sisi bergeser melewati satu sama lain ke arah samping.
Mekanisme fokus (bola pantai)
Simbol yang menunjukkan bagaimana sebuah sesar bergerak, digambar berdasarkan apakah gerakan pertama tanah di setiap stasiun berupa dorongan atau tarikan. Simbol ini memberikan dua kemungkinan bidang sesar; gempa susulan atau retakan di permukaan menunjukkan bidang mana yang bergeser.
InSAR★
Interferometric synthetic aperture radar (radar apertur sintetis interferometrik): membandingkan citra radar permukaan tanah yang diambil dari satelit sebelum dan sesudah gempa. Setiap pita warna (frinji) mewakili gerakan beberapa sentimeter mendekati atau menjauhi satelit, sekitar 2,8 cm untuk radar pita C yang umum.
Hukum Gutenberg–Richter
Untuk setiap penurunan satu tingkat magnitudo, jumlah gempa sekitar sepuluh kali lebih banyak. Di seluruh dunia, dalam setahun rata-rata terjadi sekitar 1.500 gempa bermagnitudo 5 hingga 5,9, tetapi hanya sekitar satu yang bermagnitudo 8 atau lebih.
Hukum Omori
Gempa susulan mereda secara teratur, seperti yang digambarkan Omori di Jepang pada 1894: lajunya turun kira-kira sebanding dengan satu per waktu sejak gempa utama, sehingga sepuluh hari setelahnya, frekuensinya sekitar sepersepuluh dari frekuensi pada hari pertama.
Hukum Båth
Gempa susulan terbesar, rata-rata, sekitar 1,2 magnitudo lebih kecil daripada gempa utama (Båth, 1965).
Perpindahan tegangan
Gempa tidak hanya melepaskan tegangan, tetapi juga memindahkannya: batuan tepat di luar ujung-ujung sesar yang patah mendapat beban tambahan, sehingga segmen berikutnya terdorong makin dekat untuk patah.
Gempa terinduksi
Gempa yang dipicu oleh manusia, misalnya dengan memompa air limbah dalam volume besar jauh ke bawah tanah, yang menaikkan tekanan di dalam sesar-sesar tua hingga sesar itu bergeser.
Moho
Batas antara kerak dan mantel, yang ditemukan Andrija Mohorovičić pada 1909: sekitar 35 km di bawah permukaan di benua dan sekitar 5 hingga 10 km di bawah samudra.
Zona bayangan
Wilayah yang tidak dicapai gelombang langsung dari sebuah gempa. Gelombang S tidak pernah muncul lebih dari sekitar 104° keliling bola Bumi dari sebuah gempa, karena gelombang ini tidak dapat melewati inti luar yang cair; gelombang P langsung tidak ada dari sekitar 104° hingga 140°, lalu muncul kembali.
Inti dalam
Pusat Bumi yang padat dari besi dan nikel, berjari-jari sekitar 1.220 km dan bersuhu sekitar 6.000 °C, kira-kira sepanas permukaan Matahari. Inge Lehmann menyimpulkan keberadaannya pada 1936 dari gelombang P lemah di tempat yang seharusnya tidak ada gelombang sama sekali; bahwa inti ini padat baru dibuktikan kemudian.

Daftar bab Pilih waktu untuk memutar dari sana

0:00Pendahuluan

Pada Juni 1929, gempa kuat mengguncang Pulau Selatan Selandia Baru. Di Kopenhagen, seismolog Inge Lehmann mempelajari rekaman yang ditinggalkan gempa itu di stasiun-stasiun di seluruh dunia: gelombang-gelombang lemah telah mencapai stasiun-stasiun di Rusia, di suatu zona yang, menurut semua teori pada masa itu, seharusnya tidak dapat dicapai gelombang karena terhalang oleh inti Bumi. Pada 1936 ia menerbitkan jawabannya: jauh di dalam inti yang cair pasti ada inti kedua, yaitu inti dalam, tempat gelombang merambat lebih cepat, dan inti dalam itulah yang telah membelokkan gelombang-gelombang tersebut ke zona terlarang. Kuliah ini mengikuti sebuah gempa dari awal hingga akhir: bagaimana sesar menimbun tegangan lalu patah, bagaimana para ilmuwan membaca gelombangnya, bagaimana satu gempa berujung pada gempa berikutnya, dan apa yang diungkapkan gelombang-gelombang itu jauh di dalam planet.

1:00Penimbunan tegangan

Lempeng-lempeng bergerak beberapa sentimeter per tahun, tetapi di sepanjang sebagian besar sesar kedua sisinya tetap terkunci. Batuan di dekatnya melengkung seperti papan loncat yang menahan beban yang makin berat; Harry Fielding Reid menunjukkan hal ini pada 1910 dari survei lahan yang dibuat sebelum dan sesudah gempa besar San Francisco, dan menyebutnya pantulan elastis. Itulah siklus gempa: menimbun tegangan selama puluhan atau ratusan tahun, patah dalam hitungan detik atau menit, lalu terkunci lagi. Di Kalifornia, penerima GPS yang ditambatkan ke tanah melacak posisinya hingga ketelitian sepersekian inci (beberapa milimeter), dan di dekat sesar yang terkunci, stasiun-stasiun yang paling dekat dengannya tertinggal: tanah sedang melengkung. Kopling adalah seberapa erat sebuah sesar terkunci; di lepas pantai timur laut Jepang, gempa 2011 menunjukkan bahwa lempeng-lempeng di sana telah terkunci sampai ke palung, dan di beberapa tempat dasar laut bergeser sekitar 50 m (lebih dari 150 kaki). Di bawah negara bagian Washington dan British Columbia, peristiwa slip lambat menggeser sebagian batas lempeng yang dalam sekitar satu inci (beberapa sentimeter) selama kira-kira dua minggu, kurang lebih setiap 14 bulan, tanpa guncangan yang terasa, dan setiap peristiwa menambah beban pada bagian terkunci di atasnya. Parit yang digali melintang sesar memperlihatkan lapisan-lapisan yang terkoyak dan tergeser oleh gempa-gempa masa lalu; penentuan umurnya menunjukkan seberapa sering sebuah sesar patah selama ribuan tahun.

3:20Patahnya sesar

Gempa bermula di satu titik, yaitu hiposentrum, tempat tegangan pertama kali mengalahkan gesekan, lalu retakan melesat ke luar melintasi sesar, biasanya dengan kecepatan 2 hingga 3 km per detik; beberapa retakan bahkan melaju lebih cepat daripada gelombang S yang dipancarkannya. Gempa sedang selesai dalam beberapa detik; pada gempa Sumatra 2004, retakan merobek ke arah utara selama sekitar 8 menit di sepanjang lebih dari 1.300 km sesar. Ukuran sebuah gempa, yaitu momen seismiknya, adalah luas sesar yang patah dikalikan seberapa jauh sesar itu bergeser dikalikan kekakuan batuan, dan skala magnitudo modern dibangun di atasnya; setiap kenaikan satu tingkat penuh berarti energi yang dilepaskan sekitar 32 kali lebih besar. Sebagian besar gempa bermula dalam jarak sekitar 70 km dari permukaan, tetapi di tempat satu lempeng menukik ke bawah lempeng lain, gempa-gempa mengikuti lempengan yang tenggelam itu ke bawah hingga sekitar 700 km. Pada 1994, gempa bermagnitudo 8,2, salah satu gempa dalam terbesar yang pernah tercatat, bermula sekitar 630 km di bawah Bolivia dan terasa hingga sejauh Kanada.

4:44Membaca gelombang

Gelombang P memampatkan dan meregangkan batuan dan merambat paling cepat; gelombang S mengguncangnya ke kiri dan ke kanan dan tiba lebih lambat; gelombang permukaan adalah yang paling lambat dan menyebabkan banyak kerusakan. Untuk gempa yang dekat, setiap detik antara tibanya gelombang P dan S berarti jarak sekitar 8 km, dan ratusan stasiun bersama-sama menentukan lokasinya dalam hitungan detik. Sesar patah dengan tiga cara utama: normal (tertarik terpisah), naik (terdorong bersama), dan geser (ke samping). Apakah gerakan pertama di setiap stasiun berupa dorongan atau tarikan membentuk 'bola pantai' yang menunjukkan bagaimana sesar bergerak: untuk gempa bermagnitudo 7,8 di Turki pada Februari 2023, bola pantai itu menunjukkan patahan jenis sesar geser, dengan gempa-gempa susulan yang menelusurinya di sepanjang Sesar Anatolia Timur. Memastikan ukurannya butuh waktu lebih lama: pada 2011, peringatan tsunami pertama Jepang, sekitar tiga menit setelah gempa dimulai, menggunakan magnitudo 7,9, karena metode cepat mencapai batas atasnya untuk gempa-gempa terbesar; perkiraannya dinaikkan secara bertahap menjadi 9,0. Angka akhirnya, yaitu magnitudo momen, berasal dari luas dan pergeseran sesar dan tidak berhenti bertambah untuk gempa-gempa terbesar. Satelit radar membandingkan citra yang diambil sebelum dan sesudah gempa dan menggambar pita-pita warna, masing-masing mewakili gerakan tanah beberapa sentimeter, yang menelusuri sesar yang patah.

7:07Gempa bumi saling berbicara

Untuk setiap penurunan satu tingkat magnitudo, jumlah gempa sekitar sepuluh kali lebih banyak: di seluruh dunia, lebih dari seribu gempa bermagnitudo 5 atau lebih dalam setahun biasa, tetapi hanya sekitar satu yang bermagnitudo 8 atau lebih (Gutenberg–Richter). Gempa susulan mereda secara teratur, seperti yang ditemukan di Jepang pada tahun 1890-an (hukum Omori): sepuluh hari setelah gempa utama, frekuensinya sekitar sepersepuluh dari frekuensi pada hari pertama, dan seratus hari setelahnya, sekitar seperseratus. Gempa susulan terbesar rata-rata sekitar 1,2 magnitudo lebih kecil daripada gempa utama (hukum Båth), sehingga bangunan yang rusak harus tetap dikosongkan sampai diperiksa. Gempa juga memindahkan tegangan ke batuan di luar ujung-ujung retakan. Di sepanjang Sesar Anatolia Utara di Turki, gempa-gempa besar bergerak beruntun dari timur ke barat mulai tahun 1939; sebuah studi terhadap sepuluh gempa terbesar menemukan bahwa sembilan di antaranya telah terdorong makin dekat untuk patah oleh gempa-gempa sebelumnya, dan pada Agustus 1999 rangkaian itu mencapai Izmit, dekat Istanbul. Manusia juga dapat membuka kunci sesar: di Oklahoma, air limbah yang dipompa jauh ke bawah tanah menaikkan jumlah gempa bermagnitudo 3 atau lebih dari sekitar dua kali setahun menjadi lebih dari 900 pada 2015, dan yang terbesar, bermagnitudo 5,8 di dekat Pawnee pada 2016, terasa di beberapa negara bagian. Prakiraan memberikan peluang, tidak pernah tanggal: Parkfield, Kalifornia, mengalami enam gempa sedang antara 1857 dan 1966, kira-kira satu setiap 22 tahun, tetapi gempa yang diprakirakan terjadi sebelum 1993 baru datang pada 2004. Prakiraan modern menggabungkan siklus itu, catatan parit, dan perpindahan tegangan menjadi peluang untuk setiap sesar selama puluhan tahun; U.S. Geological Survey juga menerbitkan prakiraan satu tahun untuk gempa yang disebabkan manusia.

10:04Melihat ke dalam Bumi

Gelombang umumnya makin cepat saat bergerak makin dalam, sehingga lintasannya melengkung perlahan kembali ke arah permukaan, seperti kilau fatamorgana di atas jalan yang panas. Pada 1909, Andrija Mohorovičić memperhatikan bahwa gelombang dari sebuah gempa di dekatnya tiba dalam dua kelompok, sebagian melalui jalur yang lebih cepat dan lebih dalam, dan menemukan dasar kerak bumi, yaitu Moho: sekitar 35 km di bawah permukaan di benua. Lebih dari seperempat keliling bola Bumi dari sebuah gempa, gelombang S lenyap dan tidak pernah muncul kembali, sedangkan gelombang P muncul kembali di sisi seberang: gelombang S tidak dapat melewati zat cair, jadi inti luar berada dalam keadaan meleleh. Gelombang lemah yang diamati Lehmann telah menyeberangi inti cair dan dibelokkan oleh sesuatu yang lebih cepat di dalamnya: inti dalam berjari-jari sekitar 1.220 km, yang kemudian terbukti berupa besi dan nikel padat, kira-kira sepanas permukaan Matahari. Belum ada yang mengebor lebih dalam dari sekitar 12 km; sebagian besar yang kita ketahui tentang segala sesuatu di bawahnya berasal dari pengukuran waktu tiba gelombang gempa, dan jaringan modern memetakan bagian dalam Bumi dalam tiga dimensi dari jutaan rekaman.

11:32Tiga hal

Sesar menimbun tegangan selama puluhan tahun, patah dalam hitungan menit, lalu terkunci lagi: siklus gempa. Gelombang mengungkapkan di mana sesar patah, bagaimana sesar itu bergerak, dan seberapa besar bagian yang patah, dan setiap gempa meneruskan tegangan ke gempa berikutnya. Dan gelombang-gelombang yang sama itu telah memetakan bagian dalam planet, hingga ke intinya yang padat. Setiap gempa adalah pesan dari dalam planet.

Miskonsepsi umum Untuk guru

MiskonsepsiGempa terjadi sekaligus, di episentrum.

Yang ditunjukkan buktiGempa bermula di satu titik pada sesar, yaitu hiposentrum, dan retakan menjalar dari sana, biasanya dengan kecepatan 2 hingga 3 km per detik. Gempa kecil selesai dalam hitungan detik, tetapi retakan Sumatra 2004 terus berlanjut selama sekitar 8 menit di sepanjang lebih dari 1.300 km sesar. Episentrum hanya menandai titik di permukaan di atas titik awal; guncangan berasal dari seluruh bagian yang patah.

MiskonsepsiBanyak gempa kecil melepaskan tekanan dan mencegah gempa besar.

Yang ditunjukkan buktiSetiap kenaikan satu tingkat magnitudo berarti energi sekitar 32 kali lebih besar, tetapi jumlah gempanya hanya sekitar sepersepuluh. Di seluruh dunia, sekitar 1.500 gempa bermagnitudo 5 hingga 5,9 dalam setahun rata-rata secara bersama-sama hanya melepaskan sekitar seperempat energi dari satu gempa bermagnitudo 8. Gempa kecil tidak dapat mengimbangi penimbunan regangan, dan setiap gempa memindahkan tegangan ke batuan di luarnya, yang dapat mendorong bagian-bagian sesar di sekitarnya makin dekat untuk patah.

MiskonsepsiBegitu gempa utama berakhir, bahayanya berakhir dalam beberapa hari.

Yang ditunjukkan buktiGempa susulan mereda perlahan (hukum Omori): sepuluh hari setelah gempa utama, frekuensinya masih sekitar sepersepuluh dari frekuensi pada hari pertama, dan seratus hari setelahnya, sekitar seperseratus. Gempa susulan terbesar rata-rata hanya sekitar 1,2 magnitudo lebih kecil daripada gempa utama (hukum Båth), sehingga setelah gempa bermagnitudo 7, gempa susulan sekitar magnitudo 6 bukanlah hal yang mengejutkan. Bangunan yang rusak harus tetap dikosongkan sampai diperiksa.

MiskonsepsiMagnitudo pertama yang diumumkan adalah magnitudo yang sebenarnya; jika berubah, berarti para ilmuwan keliru.

Yang ditunjukkan buktiMetode cepat memberikan angka pertama dalam hitungan menit agar peringatan dapat dikeluarkan, tetapi metode ini mencapai batas atasnya (jenuh) untuk gempa-gempa terbesar. Pada 2011, peringatan tsunami pertama Jepang menggunakan magnitudo 7,9; perkiraannya dinaikkan secara bertahap menjadi 9,0 (USGS memberikan 9,1). Magnitudo momen akhir berasal dari seluruh rekaman, sehingga beberapa angka pada jam pertama adalah revisi yang memang sudah diperkirakan, bukan kesalahan.

MiskonsepsiSesar yang patah secara teratur dapat diramalkan hingga tahunnya, dan sesar yang sudah lama tidak patah sudah 'terlambat'.

Yang ditunjukkan buktiParkfield, Kalifornia, mengalami gempa sedang pada 1857, 1881, 1901, 1922, 1934, dan 1966, kira-kira setiap 22 tahun. Pada 1985 para ilmuwan memprakirakan gempa berikutnya akan terjadi sebelum 1993; gempa itu datang pada 2004, sebelas tahun setelah jendela prakiraan berakhir. Sesar cukup teratur untuk diprakirakan, tetapi tidak cukup teratur untuk mengikuti jadwal, sehingga prakiraan memberikan peluang dalam rentang tahun dan dekade, tidak pernah tanggal.

MiskonsepsiPara ilmuwan tahu apa yang ada di dalam Bumi karena mereka telah mengebor ke bawah untuk melihatnya.

Yang ditunjukkan buktiLubang terdalam yang pernah dibor hanya mencapai sekitar 12 km, kira-kira sepertiga tebal kerak benua, yang tebalnya sekitar 35 km. Sebagian besar yang kita ketahui tentang bagian dalam Bumi berasal dari pengukuran waktu tiba gelombang gempa: Mohorovičić menemukan dasar kerak pada 1909, bayangan gelombang S menunjukkan bahwa inti luar cair, dan Inge Lehmann menyimpulkan keberadaan inti dalam pada 1936, yang kemudian terbukti padat.

Pertanyaan diskusi

  1. GPS menunjukkan tanah di samping sesar yang terkunci melengkung beberapa milimeter per tahun. Apa yang dapat diungkapkan pengukuran itu kepada para ilmuwan tentang gempa berikutnya pada sesar itu, dan apa yang tidak dapat diungkapkannya?
  2. Bola pantai memberikan dua kemungkinan bidang sesar. Untuk gempa 2023 di Turki, gempa-gempa susulan menunjukkan bidang mana yang patah. Bukti lain apa yang dapat kamu gunakan, dan mengapa penting untuk mengetahui bidang mana yang bergeser?
  3. Di sepanjang Sesar Anatolia Utara, sembilan dari sepuluh gempa terbesar sejak 1939 telah terdorong makin dekat untuk patah oleh gempa-gempa sebelumnya. Jika kamu sedang mempersiapkan Istanbul untuk gempa berikutnya, bagaimana kamu akan menggunakan temuan itu, dan apa yang akan kamu sampaikan kepada masyarakat?
  4. Di Oklahoma, pembuangan air limbah dari kegiatan minyak dan gas memicu ratusan gempa per tahun. Siapa yang seharusnya memutuskan seberapa besar risiko gempa yang boleh ditimbulkan oleh sebuah industri, dan data apa yang ingin kamu miliki sebelum memutuskannya?
  5. Gempa Parkfield datang sebelas tahun setelah jendela prakiraannya berakhir. Apakah eksperimen itu gagal? Apa yang diperoleh para ilmuwan dengan memenuhi kawasan itu dengan instrumen sebelum gempa terjadi?
  6. Inge Lehmann menyimpulkan keberadaan seluruh inti dalam dari beberapa gelombang lemah yang tiba di tempat yang seharusnya tidak ada gelombang sama sekali. Apa yang membuat penjelasan tentang tempat yang tidak akan pernah dapat dikunjungi siapa pun menjadi meyakinkan? Bukti apa yang kemudian memperkuat penjelasannya?

Kuis Pilih jawaban; langsung diperiksa otomatis

1.Stasiun-stasiun GPS berada di kedua sisi sesar yang terkunci. Apa yang ditunjukkan stasiun-stasiun yang paling dekat dengan sesar di antara gempa-gempa?

2.Retakan Sumatra 2004 menjalar lebih dari 1.300 km dalam sekitar 8 menit. Kira-kira seberapa cepat retakan itu menjalar?

3.Momen seismik, dasar skala magnitudo modern, dihitung dari tiga hal apa?

4.Sebuah stasiun merekam gelombang S dari gempa yang dekat 10 detik setelah gelombang P. Kira-kira seberapa jauh gempa itu?

5.Berdasarkan apa 'bola pantai' (mekanisme fokus) digambar?

6.Peringatan tsunami pertama Jepang pada 2011 didasarkan pada magnitudo 7,9; magnitudo akhirnya 9,0. Mengapa angka pertama itu rendah?

7.Menurut hukum Omori, kira-kira seberapa sering gempa susulan datang sepuluh hari setelah gempa besar, dibandingkan dengan hari pertama?

8.Terjadi gempa bermagnitudo 7,0. Menurut hukum Båth, rata-rata berapa kemungkinan magnitudo gempa susulan terbesarnya?

9.Apa yang menunjukkan bahwa inti luar Bumi cair?

10.Apa yang disimpulkan Inge Lehmann pada 1936 dari gelombang-gelombang lemah yang terekam di Rusia setelah gempa Selandia Baru 1929?

Jawaban tertulis

1. Jelaskan siklus gempa pada sesar yang terkunci. Lalu jelaskan bagaimana tiga jenis bukti (GPS, peristiwa slip lambat, dan parit yang digali melintang sesar) memungkinkan para ilmuwan mengamatinya, dan mengapa peristiwa slip lambat di bawah negara bagian Washington dan British Columbia penting bagi bagian sesar yang terkunci di atasnya.

Isi jawaban yang baik

Pada sesar yang terkunci, lempeng-lempeng terus bergerak tetapi kedua sisinya tetap terkunci, sehingga batuan di samping sesar melengkung dan menyimpan regangan selama puluhan atau ratusan tahun. Ketika tegangan mengalahkan gesekan, sesar patah dalam hitungan detik hingga menit dan batuan yang melengkung melenting kembali (pantulan elastis, Reid, 1910); lalu sesar terkunci dan mulai menimbun tegangan lagi. Penerima GPS yang ditambatkan ke tanah melacak posisinya hingga ketelitian beberapa milimeter: di dekat sesar yang terkunci, stasiun-stasiun yang paling dekat dengannya tertinggal dari gerakan lempeng, yang menunjukkan tanah sedang melengkung. Peristiwa slip lambat, yang diungkap GPS sekitar tahun 2000, adalah pergeseran sekitar satu inci (beberapa sentimeter) selama kira-kira dua minggu, terlalu lambat untuk dirasakan; di bawah negara bagian Washington dan British Columbia, peristiwa ini terjadi pada batas lempeng yang dalam kira-kira setiap 14 bulan. Parit yang digali melintang sesar memperlihatkan lapisan-lapisan tanah yang terkoyak dan tergeser oleh gempa-gempa masa lalu, dan penentuan umur lapisan-lapisan itu menunjukkan seberapa sering sesar itu patah selama ribuan tahun. Slip lambat penting karena setiap peristiwa menambah beban pada bagian sesar yang terkunci di atasnya, sehingga bagian itu sedikit lebih dekat dengan gempa berikutnya.

2. Sebuah gempa besar terekam di stasiun-stasiun di seluruh dunia. Jelaskan bagaimana para seismolog menentukan (a) di mana gempa itu, (b) bagaimana sesar bergerak, dan (c) seberapa besar gempa itu. Gunakan gempa 2023 di Turki dan gempa 2011 di lepas pantai Jepang, dan jelaskan mengapa magnitudo pertama untuk gempa besar bisa terlalu rendah.

Isi jawaban yang baik

(a) Gelombang P merambat paling cepat dan tiba lebih dulu; gelombang S tiba kemudian. Untuk gempa yang dekat, setiap detik di antara keduanya berarti sekitar 8 km, dan jarak-jarak dari banyak stasiun berpotongan di satu titik, yang ditemukan dalam hitungan detik. (b) Di sebagian stasiun gerakan pertama tanah berupa dorongan, di stasiun lain berupa tarikan; jika dipetakan di sekitar sumber gempa, keduanya membentuk bola pantai yang menunjukkan jenis pensesaran dan dua kemungkinan bidang sesar. Untuk gempa bermagnitudo 7,8 di Turki pada Februari 2023, bola pantai menunjukkan patahan jenis sesar geser, dan gempa-gempa susulan di sepanjang Sesar Anatolia Timur menunjukkan bidang mana yang bergeser. (c) Ukuran akhirnya adalah magnitudo momen, yang dihitung dari momen seismik: luas yang bergeser dikalikan pergeseran dikalikan rigiditas batuan. Metode cepat memberikan angka pertama dalam hitungan menit, tetapi metode ini jenuh untuk gempa-gempa yang paling besar: peringatan tsunami pertama Jepang pada 2011, sekitar tiga menit setelah gempa dimulai, menggunakan magnitudo 7,9, yang kemudian dinaikkan secara bertahap menjadi 9,0. Retakan besar juga terus patah selama beberapa menit (sekitar 8 menit untuk Sumatra pada 2004), sehingga seluruh rekaman diperlukan sebelum angka akhirnya diketahui.

3. Jelaskan perpindahan tegangan, dengan menggunakan Sesar Anatolia Utara di Turki. Lalu gunakan eksperimen Parkfield di Kalifornia untuk menjelaskan mengapa prakiraan gempa memberikan probabilitas, bukan tanggal.

Isi jawaban yang baik

Ketika satu segmen sesar patah, tegangannya tidak hanya dilepaskan tetapi juga dipindahkan: batuan tepat di luar ujung-ujung retakan mendapat beban tambahan, sehingga segmen berikutnya terdorong makin dekat untuk patah. Di sepanjang Sesar Anatolia Utara, mulai tahun 1939, serangkaian gempa besar bergerak beruntun dari timur ke barat selama enam puluh tahun; sebuah studi terhadap sepuluh gempa terbesar (magnitudo 6,7 atau lebih) menemukan bahwa sembilan di antaranya telah didorong makin dekat untuk patah oleh gempa-gempa sebelumnya. Pada Agustus 1999 rangkaian itu mencapai Izmit (magnitudo 7,6), dekat Istanbul, dan perhitungan tegangan yang dipindahkan menaikkan peluang terjadinya gempa kuat di dekat kota itu. Di Parkfield, pada sesar San Andreas, gempa sedang terjadi pada 1857, 1881, 1901, 1922, 1934, dan 1966, kira-kira setiap 22 tahun. Pada 1985 para ilmuwan memprakirakan gempa berikutnya akan terjadi sebelum 1993 dan memenuhi kawasan itu dengan instrumen, tetapi gempa itu datang pada 2004, sebelas tahun setelah jendela prakiraan berakhir. Sesar cukup teratur untuk diprakirakan tetapi tidak untuk mengikuti jadwal, sehingga prakiraan modern, seperti UCERF3 Kalifornia yang disusun sesar demi sesar, menggabungkan siklus gempa, catatan parit, dan perpindahan tegangan menjadi probabilitas selama puluhan tahun, tidak pernah tanggal.

Pendalaman Universitas dan SMA tingkat lanjut

Menentukan lokasi gempa dari selisih waktu S dikurangi P

Di kerak, gelombang P merambat dengan kecepatan kira-kira VP = 6 km/s dan gelombang S kira-kira VS = 3,5 km/s. Keduanya meninggalkan hiposentrum pada saat yang sama, sehingga selang waktu antara tibanya keduanya di sebuah stasiun bertambah seiring jarak d: tS − tP = d/VS − d/VP. Jika diselesaikan untuk jarak, diperoleh d = (tS − tP) × VP·VS ÷ (VP − VS).

SoalTunjukkan bahwa, dengan kecepatan-kecepatan ini, setiap detik selisih waktu S dikurangi P berarti sekitar 8 km. Tiga stasiun merekam selisih waktu S dikurangi P sebesar 5,0 s, 8,0 s, dan 12,0 s untuk gempa dekat yang sama: seberapa jauh gempa itu dari masing-masing stasiun? Mengapa kamu memerlukan setidaknya tiga stasiun untuk menetapkan episentrum pada peta, dan mengapa aturan sederhana ini hanya berlaku untuk gempa yang dekat?

Pembahasan

VP·VS ÷ (VP − VS) = (6 × 3,5) ÷ 2,5 = 8,4 km per detik selang waktu, sekitar 8 km. Jaraknya adalah 5,0 × 8,4 ≈ 42 km, 8,0 × 8,4 ≈ 67 km, dan 12,0 × 8,4 ≈ 100 km (sekitar 40, 64, dan 96 km dengan aturan 8 km). Satu jarak hanya menyatakan bahwa gempa terletak di suatu tempat pada lingkaran di sekeliling stasiun itu; dua lingkaran biasanya berpotongan di dua titik; lingkaran ketiga memilih salah satunya. (Tepatnya, lingkaran-lingkaran itu adalah bola, dan dengan lebih banyak stasiun, kedalamannya juga dapat ditemukan.) Untuk gempa yang jauh, gelombang menukik jauh ke dalam mantel, tempat keduanya merambat lebih cepat, dan lintasannya melengkung, sehingga para seismolog menggunakan tabel waktu tempuh yang dihitung untuk seluruh Bumi, bukan sepasang kecepatan kerak saja.

Momen seismik, pergeseran, dan magnitudo momen

Momen seismik adalah M₀ = μ·A·D: rigiditas batuan μ (sekitar 3 × 1010 Pa untuk batuan kerak), dikalikan luas yang bergeser A, dikalikan rata-rata pergeseran D. Magnitudo momen adalah Mw = (2/3)(log₁₀M₀ − 9.1), dengan M₀ dalam newton-meter; jika disusun ulang, M₀ = 101.5 Mw + 9.1. Bentuk asli Hanks dan Kanamori, Mw = (2/3)log₁₀M₀ − 10.7 dengan M₀ dalam dyne-sentimeter, memberikan nilai yang selisihnya tidak lebih dari sekitar 0,03 dari nilai bentuk ini.

Soal(a) Sebuah sesar model sepanjang 50 km dan selebar 20 km bergeser rata-rata 1,3 m. Hitung M₀ dan Mw. (b) Sebuah retakan subduksi model sepanjang 500 km dan selebar 200 km bergeser rata-rata 10 m (gunakan μ yang sama). Hitung Mw, dan berapa kali lebih besar momennya dibandingkan dengan (a). (c) Jika setiap retakan menjalar dari satu ujung dengan kecepatan 2,5 km/s, kira-kira berapa lama waktu yang dibutuhkan masing-masing untuk patah? Bandingkan dengan retakan Sumatra 2004, lebih dari 1.300 km dalam sekitar 8 menit.

Pembahasan

(a) A = 5 × 104 m × 2 × 104 m = 1 × 109 m², sehingga M₀ = 3 × 1010 × 1 × 109 × 1,3 ≈ 3,9 × 1019 N·m; log₁₀M₀ ≈ 19,59, dan Mw = (2/3)(19,59 − 9,1) ≈ 7,0. Gempa bermagnitudo 7 mematahkan sesar sepanjang sekitar 50 km, seperti dalam kuliah. (b) A = 5 × 105 m × 2 × 105 m = 1 × 1011 m², sehingga M₀ = 3 × 1010 × 1 × 1011 × 10 = 3 × 1022 N·m; log₁₀M₀ ≈ 22,48, dan Mw = (2/3)(22,48 − 9,1) ≈ 8,9. Momennya 3 × 1022 ÷ 3,9 × 1019 ≈ 770 kali lebih besar, yang sesuai dengan selisih magnitudo sekitar 1,93: 101.5 × 1.93 ≈ 780. (c) 50 km ÷ 2,5 km/s = 20 s; 500 km ÷ 2,5 km/s = 200 s, lebih dari 3 menit. Sumatra: 1.300 km ÷ 480 s ≈ 2,7 km/s, jadi aturan yang sama berlaku, dan gempa-gempa terbesar berguncang selama beberapa menit karena retakannya membutuhkan beberapa menit untuk selesai.

Berapa banyak gempa untuk setiap ukuran: Gutenberg–Richter dan Båth

Hukum Gutenberg–Richter adalah log₁₀N = a − b·M, dengan N adalah jumlah gempa bermagnitudo M atau lebih di suatu wilayah dalam suatu rentang waktu, dan b biasanya mendekati 1: sekitar sepuluh kali lebih banyak untuk setiap penurunan satu tingkat. Setiap kenaikan satu tingkat melepaskan energi sekitar 101.5 ≈ 32 kali lebih besar. Hukum Båth menyatakan bahwa gempa susulan terbesar rata-rata sekitar 1,2 magnitudo lebih kecil daripada gempa utama; gempa-gempa susulan itu sendiri juga mengikuti hukum Gutenberg–Richter.

Soal(a) Di seluruh dunia, dalam setahun rata-rata terjadi sekitar 1.500 gempa bermagnitudo 5 hingga 5,9, dan sekitar satu gempa bermagnitudo 8 atau lebih. Dengan b = 1, berapa banyak gempa bermagnitudo 6 hingga 6,9, dan 7 hingga 7,9, yang dapat kamu perkirakan setiap tahun? (b) Anggaplah masing-masing dari 1.500 gempa itu bermagnitudo 5,0. Bagaimana total energinya dibandingkan dengan satu gempa bermagnitudo 8? Dapatkah gempa-gempa kecil melepaskan regangan yang menghasilkan gempa-gempa besar? (c) Setelah gempa utama bermagnitudo 7,0, berapa magnitudo gempa susulan terbesar yang diperkirakan, dan, dengan b = 1, kira-kira berapa banyak gempa susulan bermagnitudo 4,8 atau lebih dan 3,8 atau lebih yang akan menyusul?

Pembahasan

(a) Setiap kenaikan satu tingkat memiliki jumlah sekitar sepersepuluhnya: sekitar 150 gempa bermagnitudo 6 hingga 6,9 dan sekitar 15 gempa bermagnitudo 7 hingga 7,9 setiap tahun, lalu sekitar 1,5 gempa bermagnitudo 8 atau lebih, sesuai dengan 'sekitar satu'. (Katalog USGS untuk 2000 hingga 2019 rata-rata mencatat sekitar 140 dan 14 per tahun.) (b) Tiga tingkat berarti 101.5 × 3 = 104.5 ≈ 32.000 kali energinya, sehingga 1.500 gempa bermagnitudo 5,0 hanya melepaskan sekitar 1.500 ÷ 32.000 ≈ 1/20 energi satu gempa bermagnitudo 8. Jika sebaran sebenarnya dari 5,0 hingga 5,9 diperhitungkan, angka itu naik menjadi sekitar seperempat, tetap jauh lebih kecil daripada satu gempa besar: energi didominasi oleh gempa-gempa terbesar, sehingga gempa-gempa kecil tidak dapat melepaskan regangan itu. (c) 7,0 − 1,2 = 5,8. Jika sekitar satu gempa susulan mencapai 5,8, maka dengan b = 1 sekitar 10 mencapai 4,8 atau lebih dan sekitar 100 mencapai 3,8 atau lebih. Ini adalah nilai rata-rata; rangkaian gempa yang sebenarnya sangat bervariasi.

Bagaimana gempa susulan mereda: hukum Omori

Omori (1894) menemukan bahwa laju gempa susulan turun kira-kira sebanding dengan satu per waktu sejak gempa utama. Bentuk termodifikasi yang digunakan para seismolog adalah n(t) = K ÷ (c + t)ᵖ, dengan n adalah jumlah gempa susulan per hari, t waktu sejak gempa utama dalam hari, c suatu waktu yang singkat (biasanya jauh di bawah satu hari), dan p mendekati 1. Dengan p = 1 dan c jauh lebih kecil daripada t, n(t) ≈ K ÷ t, dan jumlah total gempa susulan antara hari t₁ dan t₂ adalah K·ln(t₂ ÷ t₁).

SoalSatu hari setelah gempa besar, gempa susulan di atas magnitudo tertentu datang dengan laju 200 per hari (jadi K = 200). (a) Perkirakan lajunya pada hari ke-10 dan hari ke-100. (b) Berapa banyak gempa susulan yang datang antara hari ke-1 dan hari ke-10, antara hari ke-10 dan hari ke-100, dan antara hari ke-100 dan hari ke-1.000? (c) Apa arti jawaban (b) bagi sebuah kota yang memutuskan kapan warga boleh kembali ke bangunan yang rusak?

Pembahasan

(a) n(10) ≈ 200 ÷ 10 = 20 per hari, sepersepuluh dari laju hari pertama; n(100) ≈ 200 ÷ 100 = 2 per hari, seperseratus, seperti dalam kuliah. (b) K·ln 10 = 200 × 2,30 ≈ 460 dalam setiap selang: sekitar 460 dari hari ke-1 hingga hari ke-10, sekitar 460 dari hari ke-10 hingga hari ke-100, dan sekitar 460 dari hari ke-100 hingga hari ke-1.000 (hampir tiga tahun). Setiap rentang waktu sepuluh kali lipat membawa gempa susulan yang kira-kira sama banyaknya dengan rentang sebelumnya, hanya tersebar lebih jarang. (c) Rangkaian itu mereda dengan cepat tetapi berlangsung lama, dan menurut hukum Båth salah satu gempa susulan yang datang belakangan masih bisa kuat. Bangunan yang rusak harus tetap dikosongkan sampai diperiksa, dan prakiraan gempa susulan diperbarui selama berminggu-minggu hingga berbulan-bulan, bukan hanya beberapa hari. (Pada rangkaian yang sebenarnya, p sering sedikit di atas 1, sehingga rentang-rentang berikutnya agak lebih tenang, dan pada akhirnya laju itu turun kembali ke tingkat latar normal wilayah tersebut.)

Zona bayangan dan ukuran inti

Jarak di sekeliling bola Bumi diukur sebagai sudut di pusat Bumi antara gempa dan stasiun. Gelombang S tidak pernah tiba lebih dari sekitar 104° dari sebuah gempa, karena gelombang ini tidak dapat menyeberangi inti luar yang cair. Gelombang P langsung tidak ada dari sekitar 104° hingga sekitar 140°: gelombang ini melambat ketika memasuki inti luar yang cair dan dibelokkan, lalu muncul kembali lebih jauh. Jari-jari Bumi sekitar 6.371 km.

Soal(a) Ubah 104° menjadi jarak di sepanjang permukaan. (b) Anggaplah, secara terlalu sederhana, bahwa gelombang merambat dalam garis lurus. Gelombang S terakhir yang lolos dari inti hanya menyerempet inti itu; lintasan lurusnya dari gempa ke stasiun yang berjarak 104° adalah sebuah tali busur yang titik terdekatnya ke pusat adalah R·cos(52°). Perkirakan jari-jari inti. (c) Jari-jari inti yang terukur adalah sekitar 3.480 km. Lintasan yang sebenarnya melengkung kembali ke arah permukaan karena gelombang makin cepat seiring kedalaman. Apakah hal itu membuat perkiraan garis lurus terlalu besar atau terlalu kecil? (d) Gelombang P lemah yang diamati Lehmann mencapai stasiun-stasiun di Rusia pada sekitar 111° dan 135°, di dalam bayangan gelombang P. Mengapa gelombang itu menunjukkan adanya sesuatu di dalam inti?

Pembahasan

(a) Kelilingnya adalah 2π × 6.371 ≈ 40.030 km, sehingga 104° adalah 104/360 × 40.030 ≈ 11.560 km, lebih dari seperempat keliling (90°, sekitar 10.000 km), seperti dalam kuliah. (b) 6.371 × cos 52° ≈ 6.371 × 0,616 ≈ 3.920 km. (c) Terlalu besar. Karena gelombang makin cepat seiring kedalaman, lintasan yang sebenarnya antara dua titik melengkung lebih dalam daripada tali busur lurus di antara keduanya, sehingga gelombang yang menyerempet inti dan muncul 104° jauhnya telah turun lebih dalam daripada titik 3.920 km pada tali busur itu: intinya lebih kecil, berjari-jari sekitar 3.480 km, dengan batas atasnya sekitar 2.890 km di bawah permukaan. (d) Pada inti yang cair seluruhnya, gelombang P akan dibelokkan sehingga tidak ada yang muncul antara sekitar 104° dan 140°. Gelombang yang memang tiba di sana pasti telah dibelokkan kembali oleh suatu bagian di dalam inti tempat gelombang merambat lebih cepat: inti dalam Lehmann, berjari-jari sekitar 1.220 km.

Keselarasan dengan standar

Next Generation Science Standards (NGSS, Amerika Serikat)

HS-ESS2-1

Mengembangkan model untuk menggambarkan bagaimana proses-proses internal dan permukaan Bumi bekerja pada berbagai skala ruang dan waktu untuk membentuk kenampakan benua dan dasar samudra.

Dalam episode ini: Siklus gempa: gerakan lempeng beberapa sentimeter per tahun yang tersimpan selama puluhan hingga ratusan tahun dan dilepaskan dalam hitungan detik hingga menit; slip lambat; sesar normal, sesar naik, dan sesar geser; gempa di sepanjang lempengan yang tenggelam hingga sekitar 700 km.

HS-ESS2-3

Mengembangkan model berdasarkan bukti tentang bagian dalam Bumi untuk menggambarkan siklus materi melalui konveksi termal.

Dalam episode ini: Bukti seismik untuk lapisan-lapisan Bumi: Moho, bayangan gelombang S dan inti luar yang cair, inti dalam Lehmann yang padat, serta peta tiga dimensi mantel dari jutaan rekaman gelombang.

HS-ESS3-1

Menyusun penjelasan berdasarkan bukti tentang bagaimana ketersediaan sumber daya alam, terjadinya bahaya alam, dan perubahan iklim telah memengaruhi kegiatan manusia.

Dalam episode ini: Hukum-hukum gempa susulan dan anjuran untuk tetap mengosongkan bangunan yang rusak; perpindahan tegangan dan meningkatnya peluang gempa di Istanbul; prakiraan sebagai probabilitas (Parkfield, prakiraan Kalifornia sesar demi sesar).

HS-ESS3-2

Mengevaluasi solusi rancangan yang saling bersaing untuk mengembangkan, mengelola, dan memanfaatkan sumber daya energi dan mineral berdasarkan rasio biaya-manfaat.

Dalam episode ini: Pendukung: gempa yang diinduksi oleh pembuangan air limbah dari kegiatan minyak dan gas di Oklahoma, dan prakiraan satu tahun yang mulai diterbitkan USGS untuk gempa-gempa itu.

HS-PS4-1

Menggunakan representasi matematis untuk mendukung klaim tentang hubungan antara frekuensi, panjang gelombang, dan kecepatan gelombang yang merambat di berbagai medium.

Dalam episode ini: Gelombang P, S, dan permukaan beserta kecepatannya; jarak dari selisih waktu S dikurangi P; gelombang yang makin cepat seiring kedalaman dan membelok, yang mengungkap Moho, zona-zona bayangan, dan inti dalam.

Advanced Placement (AP, Amerika Serikat)

AP Environmental Science, Unit 4

Earth Systems and Resources (sistem dan sumber daya Bumi): tektonika lempeng, sesar dan gempa bumi, serta struktur Bumi.

Dalam episode ini: Batas lempeng dan jenis-jenis sesar, siklus gempa, dan lapisan-lapisan Bumi yang ditemukan melalui gelombang seismik.

AP Environmental Science, Unit 6

Energy Resources and Consumption (sumber daya dan konsumsi energi): bahan bakar fosil dan dampak lingkungan dari ekstraksinya.

Dalam episode ini: Pendukung: gempa yang diinduksi oleh pembuangan air limbah minyak dan gas di Oklahoma.

Mata kuliah universitas

Introductory seismology

Siklus gempa dan pantulan elastis; retakan, momen seismik, dan magnitudo momen; penentuan lokasi gempa; jenis-jenis sesar dan mekanisme fokus; statistik gempa (Gutenberg–Richter, Omori, Båth); perpindahan tegangan; struktur Bumi dari gelombang seismik.

Dalam episode ini: Pelajaran ini mencakup topik-topik utama mata kuliah seismologi pertama, dengan soal-soal latihan tentang penentuan lokasi, magnitudo momen, jumlah gempa, peluruhan gempa susulan, dan zona-zona bayangan.

Natural hazards

Paleoseismologi dan perulangan; bahaya gempa susulan; seismisitas terinduksi; prakiraan gempa jangka panjang dan satu tahun.

Dalam episode ini: Parit, hukum Omori dan Båth, Oklahoma, Parkfield, dan prakiraan Kalifornia sesar demi sesar.

Transkrip Narasi dalam bahasa Indonesia, seperti pada subtitel

0:00Pendahuluan

Pada Juni 1929, gempa kuat mengguncang Pulau Selatan Selandia Baru. Di Kopenhagen, seorang seismolog bernama Inge Lehmann mempelajari rekaman yang ditinggalkan gempa itu di stasiun-stasiun di seluruh dunia. Gelombang-gelombang lemah telah mencapai stasiun-stasiun di Rusia, di suatu zona yang, menurut semua teori pada masa itu, seharusnya tidak dapat dicapai gelombang karena terhalang oleh inti Bumi.

Ia menghabiskan bertahun-tahun untuk memecahkan teka-teki itu. Pada 1936, ia menerbitkan jawabannya. Jauh di dalam inti yang cair, pasti ada inti kedua, yaitu inti dalam, tempat gelombang merambat lebih cepat. Inti dalam itulah yang telah membelokkan gelombang-gelombang tersebut ke zona terlarang. Belum pernah ada seorang pun yang sampai ke sana. Sebuah gempa memperlihatkannya kepadanya, dan di akhir kuliah ini, Anda akan melihat bagaimana caranya.

Dalam kuliah ini, kita akan mengikuti sebuah gempa dari awal hingga akhir. Kita akan melihat bagaimana sebuah sesar menimbun tegangan lalu patah, dan bagaimana para ilmuwan membaca gelombangnya. Lalu kita akan melihat bagaimana satu gempa berujung pada gempa berikutnya, dan apa yang diungkapkan gelombang-gelombang itu jauh di dalam planet.

1:00Penimbunan tegangan

Cangkang luar Bumi terpecah menjadi lempeng-lempeng yang bergerak beberapa sentimeter per tahun. Di tempat dua lempeng bertemu, batas di antara keduanya adalah sesar, dan hampir sepanjang waktu kedua sisinya saling terkunci, meskipun lempeng-lempeng itu terus bergerak.

1:13Batuan di dekat sesar yang terkunci perlahan melengkung, seperti papan loncat yang menahan beban yang makin berat. Pada 1910, seorang ahli geologi bernama Harry Fielding Reid menunjukkan hal ini dari survei lahan yang dibuat sebelum dan sesudah gempa besar San Francisco tahun 1906. Ia menyebutnya pantulan elastis: puluhan tahun melengkung perlahan, lalu tiba-tiba melenting kembali.

1:34Itulah siklus gempa. Sesar menimbun tegangan selama puluhan atau ratusan tahun, patah dalam hitungan detik atau menit, lalu terkunci dan mulai menimbun tegangan lagi. Setiap gempa besar adalah satu putaran dari siklus itu.

1:48Para ilmuwan dapat menyaksikan penimbunan tegangan itu berlangsung. Penerima GPS yang ditambatkan ke tanah melacak posisinya sendiri hingga ketelitian sepersekian inci, beberapa milimeter. Jauh dari sesar yang terkunci, stasiun-stasiun ikut terbawa bersama lempengnya, tetapi stasiun yang dekat dengan sesar itu tertinggal. Tanah sedang melengkung.

2:06Seberapa erat sebuah sesar terkunci disebut kopling sesar itu. Sesar yang terkopel penuh menyimpan hampir seluruh gerakan lempeng, dari tahun ke tahun. Di lepas pantai timur laut Jepang, gempa besar Maret 2011 menunjukkan bahwa lempeng-lempeng di sana telah terkunci sampai ke palung, tempat lempeng Pasifik menukik ke bawah Jepang. Ketika batas itu terlepas, dasar laut bergeser, di beberapa tempat sekitar 50 meter, lebih dari 150 kaki.

2:33Tidak semua sesar diam sempurna selama menimbun tegangan. Di bawah negara bagian Washington dan British Columbia, bagian dalam batas lempeng bergeser sekitar satu inci, beberapa sentimeter, selama kira-kira dua minggu, kurang lebih setiap 14 bulan. Tak seorang pun merasakannya. GPS mengungkap peristiwa slip lambat ini sekitar tahun 2000. Para ilmuwan mengamatinya dengan cermat, karena setiap peristiwa menambah beban pada bagian sesar yang terkunci di atasnya.

3:00Siklus itu meninggalkan catatan di dalam tanah. Para ahli geologi menggali parit melintang sesar dan membaca lapisan-lapisan tanah seperti halaman-halaman sebuah buku. Di tempat sebuah lapisan terkoyak dan tergeser, gempalah yang mematahkannya. Penentuan umur lapisan-lapisan itu menunjukkan seberapa sering sebuah sesar patah selama ribuan tahun.

3:20Patahnya sesar

Gempa tidak mematahkan seluruh sesar sekaligus. Gempa bermula di satu titik, yaitu hiposentrum, tempat tegangan pertama kali mengalahkan gesekan. Dari sana, patahnya sesar, atau retakan, melesat ke luar melintasi sesar, biasanya dengan kecepatan 2 hingga 3 kilometer setiap detik. Beberapa retakan bahkan melaju lebih cepat daripada sebagian gelombang yang dipancarkannya.

3:39Makin besar gempanya, makin lama retakan itu terus menjalar. Gempa sedang selesai dalam beberapa detik. Pada gempa besar Sumatra tahun 2004, retakan terus merobek ke arah utara selama sekitar delapan menit, sepanjang lebih dari 1.300 kilometer sesar.

3:56Seberapa luas sesar yang patah, dan seberapa jauh ia bergeser, menentukan ukuran sebuah gempa. Para ilmuwan mengalikan tiga hal: luas bidang sesar yang patah, seberapa jauh kedua sisinya bergeser, dan seberapa kaku batuannya. Hasilnya, yaitu momen seismik, adalah dasar skala magnitudo modern. Setiap kenaikan satu tingkat penuh pada skala itu berarti energi yang dilepaskan sekitar 32 kali lebih besar.

4:18Sebagian besar gempa bermula dalam jarak sekitar 70 kilometer dari permukaan. Tetapi di tempat satu lempeng menukik ke bawah lempeng lain, gempa-gempa mengikuti lempeng yang tenggelam itu ke bawah, hingga sedalam sekitar 700 kilometer. Pada 1994, salah satu gempa dalam terbesar yang pernah tercatat terjadi sekitar 630 kilometer di bawah Bolivia. Gempa itu terasa hingga sejauh Kanada.

4:44Membaca gelombang

Patahnya sesar memancarkan gelombang. Gelombang P memampatkan dan meregangkan batuan, seperti dorongan di sepanjang pegas, dan gelombang inilah yang merambat paling cepat. Gelombang S mengguncangnya ke kiri dan ke kanan, dan tiba lebih lambat. Di tempat gelombang-gelombang itu mencapai permukaan, gelombang permukaan bergulung ke luar di sepanjang tanah. Gelombang inilah yang paling lambat, dan menyebabkan banyak kerusakan.

5:03Selang waktu antara gelombang P dan S memberi tahu sebuah stasiun seberapa jauh gempa itu. Untuk gempa yang dekat, setiap detik selang itu berarti sekitar 8 kilometer. Tiga stasiun sudah cukup untuk menentukan lokasinya dengan tepat, dan jaringan berisi ratusan stasiun melakukannya dalam hitungan detik.

5:19Sesar patah dengan tiga cara utama. Pada sesar normal, kerak meregang dan satu blok turun. Pada sesar naik, kerak tertekan dan satu blok naik menimpa blok lainnya. Pada sesar geser, kedua sisinya bergeser melewati satu sama lain ke arah samping.

5:34Gelombang itu sendiri mengungkapkan ke arah mana sebuah sesar patah. Di sebagian stasiun, gerakan pertama tanah berupa dorongan; di stasiun lain, berupa tarikan. Jika dipetakan di seluruh dunia, dorongan dan tarikan itu membentuk pola yang oleh para seismolog dijuluki “bola pantai”. Pada Februari 2023, gempa bermagnitudo 7,8 mengguncang Turki. Bola pantainya menunjukkan patahan jenis sesar geser, dan gempa-gempa susulannya menelusuri patahan itu di sepanjang Sesar Anatolia Timur.

6:02Ukurannya butuh waktu lebih lama untuk dipastikan. Pada 2011, peringatan tsunami pertama Jepang, sekitar tiga menit setelah guncangan dimulai, didasarkan pada magnitudo 7,9. Metode cepat itu mencapai batas atasnya untuk gempa-gempa yang paling besar, dan perkiraannya dinaikkan, secara bertahap, menjadi 9. Angka-angka cepat itu melayani peringatan; angka akhirnya berasal dari seluruh rekaman.

6:27Angka akhir itu adalah magnitudo momen, yang dihitung dari luas dan pergeseran sesar. Berbeda dengan skala-skala lama, magnitudo ini tidak berhenti bertambah untuk gempa-gempa terbesar. Jadi, sebuah gempa besar dapat menunjukkan beberapa magnitudo pada jam pertamanya, seiring perkiraan-perkiraan cepat digantikan oleh magnitudo momen.

6:45Satelit radar dapat memetakan seluruh gempa sekaligus. Dengan membandingkan citra yang diambil sebelum dan sesudahnya, satelit itu menggambar pita-pita warna di tempat tanah bergerak; setiap pita mewakili sekitar 3 sentimeter, kira-kira satu inci, gerakan ke arah satelit. Pola itu menelusuri sesar yang patah, bahkan di tempat yang tidak dapat dijangkau siapa pun.

7:07Gempa bumi saling berbicara

Gempa bumi mengikuti aturannya sendiri. Untuk setiap penurunan satu tingkat magnitudo, jumlahnya sekitar sepuluh kali lebih banyak. Di seluruh dunia, dalam setahun biasa terjadi lebih dari 1.000 gempa bermagnitudo 5 atau lebih, tetapi hanya sekitar satu yang bermagnitudo 8 atau lebih.

7:22Setelah gempa besar datang gempa susulan, dan gempa susulan itu mereda secara teratur, pola yang ditemukan seismolog Fusakichi Omori di Jepang pada tahun 1890-an. Sepuluh hari setelah gempa utama, frekuensinya sekitar sepersepuluh dari frekuensi pada hari pertama. Seratus hari setelahnya, sekitar seperseratus.

7:40Gempa susulan terbesar, rata-rata, sekitar 1,2 lebih kecil magnitudonya daripada gempa utama. Jadi, setelah gempa bermagnitudo 7, gempa susulan kuat sekitar magnitudo 6 bukanlah hal yang mengejutkan, dan bangunan yang rusak harus tetap dikosongkan sampai diperiksa.

7:59Gempa tidak hanya melepaskan tegangan. Gempa juga memindahkannya. Di ujung sesar yang patah, tegangan pada batuan tepat di luarnya meningkat, dan segmen berikutnya terdorong makin dekat untuk patah.

8:11Sesar Anatolia Utara di Turki menunjukkannya dengan jelas. Mulai tahun 1939, serangkaian gempa besar bergerak beruntun di sepanjang sesar itu dari timur ke barat selama 60 tahun. Sebuah studi terhadap sepuluh gempa terbesar menemukan bahwa sembilan di antaranya telah terdorong makin dekat untuk patah oleh gempa-gempa sebelumnya. Pada Agustus 1999, rangkaian itu mencapai Izmit, dekat Istanbul, dan meningkatkan peluang terjadinya gempa kuat di bawah Istanbul.

8:38Manusia juga dapat membuka kunci sesar. Di Oklahoma, kegiatan minyak dan gas memompa air limbah asin dalam volume sangat besar jauh ke bawah tanah, yang menaikkan tekanan di dalam sesar-sesar tua hingga sesar itu bergeser. Gempa bermagnitudo 3 atau lebih melonjak dari sekitar dua kali setahun menjadi lebih dari 900 pada 2015. Gempa terbesar di Oklahoma, bermagnitudo 5,8 di dekat Pawnee pada 2016, terasa di beberapa negara bagian.

9:07Semua ini digunakan dalam prakiraan, yang memberikan peluang, tidak pernah tanggal. Kota kecil Parkfield, Kalifornia, terletak di atas sesar San Andreas. Antara 1857 dan 1966, enam gempa sedang terjadi di sana, kira-kira satu setiap 22 tahun.

9:24Pada 1985, para ilmuwan memprakirakan gempa berikutnya akan terjadi sebelum 1993, dan memenuhi kawasan itu dengan instrumen untuk merekamnya. Gempa itu datang pada 2004, 11 tahun setelah jendela prakiraan berakhir. Sesar cukup teratur untuk diprakirakan, tetapi tidak cukup teratur untuk mengikuti jadwal.

9:43Jadi, prakiraan modern menggabungkan siklus itu, catatan di dalam parit, dan pengukuran GPS atas penimbunan tegangan, menjadi peluang untuk setiap sesar selama beberapa dekade mendatang. Setelah lonjakan di Oklahoma, U.S. Geological Survey juga mulai menerbitkan prakiraan satu tahun untuk gempa yang disebabkan manusia.

10:04Melihat ke dalam Bumi

Gelombang yang sama yang mengguncang tanah merambat menembus seluruh planet. Batuan yang lebih dalam berada di bawah tekanan yang luar biasa besar, dan gelombang umumnya makin cepat saat bergerak ke bawah. Karena itu, lintasannya melengkung perlahan kembali ke arah permukaan, seperti kilau fatamorgana di atas jalan yang panas.

10:19Pada 1909, seorang ilmuwan Kroasia bernama Andrija Mohorovičić memperhatikan bahwa gelombang dari sebuah gempa di dekatnya tiba dalam dua kelompok. Sebagian telah menempuh jalur yang lebih cepat melalui batuan yang lebih dalam. Ia telah menemukan dasar kerak bumi, sebuah batas yang hingga kini dinamai menurut namanya: Moho.

10:38Jauh lebih dalam lagi, gelombang-gelombang itu mengungkap inti Bumi. Lebih dari seperempat keliling bola Bumi dari sebuah gempa, gelombang S lenyap, dan tidak pernah muncul kembali. Gelombang P juga memudar, lalu muncul kembali di sisi seberang. Gelombang S tidak dapat melewati zat cair. Inti luar berada dalam keadaan meleleh.

10:55Dan itu membawa kita kembali kepada Inge Lehmann. Gelombang lemah di Rusia itu telah menyeberangi inti cair, lalu dibelokkan oleh sesuatu yang lebih cepat di dalamnya. Sesuatu itu adalah inti dalam, dengan jari-jari sekitar 1.200 kilometer. Penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa inti dalam itu berupa besi dan nikel padat, kira-kira sepanas permukaan Matahari. Jaringan modern memetakan bagian dalam Bumi dalam tiga dimensi, dari jutaan rekaman semacam ini.

11:19Belum ada yang mengebor lebih dalam dari sekitar 12 kilometer. Sebagian besar yang kita ketahui tentang segala sesuatu di bawahnya berasal dari pengukuran waktu tiba gelombang gempa di stasiun-stasiun di seluruh dunia.

11:32Tiga hal

Jadi, ada tiga hal yang perlu diingat. Pertama, sesar menimbun tegangan selama puluhan tahun, patah dalam hitungan menit, lalu terkunci lagi: siklus gempa. Kedua, gelombang mengungkapkan di mana sesar patah, bagaimana sesar itu bergerak, dan seberapa besar bagian yang patah, dan setiap gempa meneruskan tegangan ke gempa berikutnya. Dan ketiga, gelombang-gelombang yang sama itu telah memetakan bagian dalam planet, hingga ke intinya yang padat.

11:54Setiap gempa adalah pesan dari dalam planet. Inge Lehmann membaca satu pesan dari tahun 1929, dan menemukan dunia yang tidak akan pernah dikunjungi siapa pun. Terima kasih telah menonton Earth Explained. Berlanggananlah untuk kuliah berikutnya, dan saksikan planet ini secara langsung, sepanjang waktu, di EarthWatch 24-7.

Sumber

  1. Lehmann, I. (1936). P′. Publications du Bureau Central Séismologique International, Série A, Travaux Scientifiques, 14, 87–115. As described in: American Physical Society (2023). September 1936: Seismologist Inge Lehmann Concludes That Earth Has an Inner Core. APS News. www.aps.org/apsnews/2023/08/seismologist-lehmann-earth-inner-coreDigunakan untuk: Gempa Selandia Baru 1929, stasiun-stasiun di Rusia, dan inti dalam Lehmann tahun 1936
  2. European Geosciences Union, Seismology Division blog. In Lehmann's Terms: the Story of the Singular Seismic-Wave Spotter. blogs.egu.eu/divisions/sm/?p=10703Digunakan untuk: Rekaman Lehmann dan tafsirannya bahwa gelombang-gelombang itu dibelokkan oleh inti dalam yang lebih cepat
  3. Dziewonski, A. M., & Gilbert, F. (1971). Solidity of the inner core of the Earth inferred from normal mode observations. Nature, 234, 465–466. doi.org/10.1038/234465a0Digunakan untuk: Bahwa inti dalam itu padat
  4. Anzellini, S., Dewaele, A., Mezouar, M., Loubeyre, P., & Morard, G. (2013). Melting of iron at Earth's inner core boundary based on fast X-ray diffraction. Science, 340, 464–466. doi.org/10.1126/science.1233514Digunakan untuk: Suhu inti dalam, sekitar 6.000 °C
  5. Lawson, A. C., et al. (1908–1910). The California Earthquake of April 18, 1906: Report of the State Earthquake Investigation Commission. Carnegie Institution of Washington. Vol. 2: H. F. Reid, The Mechanics of the Earthquake (1910). archive.org/details/californiaearthq872caliDigunakan untuk: Pantulan elastis, dari survei sebelum dan sesudah gempa
  6. Fujiwara, T., Kodaira, S., No, T., Kaiho, Y., Takahashi, N., & Kaneda, Y. (2011). The 2011 Tohoku-Oki earthquake: Displacement reaching the trench axis. Science, 334, 1240. doi.org/10.1126/science.1211554Digunakan untuk: Pergeseran dasar laut sekitar 50 m; sesar yang terkunci sampai ke palung
  7. Dragert, H., Wang, K., & James, T. S. (2001). A silent slip event on the deeper Cascadia subduction interface. Science, 292, 1525–1528. doi.org/10.1126/science.1060152Digunakan untuk: Slip lambat yang ditemukan dengan GPS
  8. Rogers, G., & Dragert, H. (2003). Episodic tremor and slip on the Cascadia subduction zone: The chatter of silent slip. Science, 300, 1942–1943. doi.org/10.1126/science.1084783Digunakan untuk: Slip lambat kira-kira setiap 14 bulan di bawah bagian utara Washington dan bagian barat daya British Columbia
  9. Brudzinski, M. R., & Allen, R. M. (2007). Segmentation in episodic tremor and slip all along Cascadia. Geology, 35, 907–910. doi.org/10.1130/G23740A.1Digunakan untuk: Seberapa sering slip lambat berulang di berbagai bagian Cascadia
  10. Sieh, K. E. (1978). Prehistoric large earthquakes produced by slip on the San Andreas Fault at Pallett Creek, California. Journal of Geophysical Research, 83(B8), 3907–3939. doi.org/10.1029/JB083iB08p03907Digunakan untuk: Parit yang digali melintang sesar (paleoseismologi)
  11. Bao, H., Ampuero, J.-P., Meng, L., Fielding, E. J., et al. (2019). Early and persistent supershear rupture of the 2018 magnitude 7.5 Palu earthquake. Nature Geoscience, 12, 200–205. doi.org/10.1038/s41561-018-0297-zDigunakan untuk: Retakan yang lebih cepat daripada gelombang S (sekitar 4,1 km/s di Palu)
  12. Lay, T., Kanamori, H., Ammon, C. J., Nettles, M., et al. (2005). The great Sumatra-Andaman earthquake of 26 December 2004. Science, 308, 1127–1133. doi.org/10.1126/science.1112250Digunakan untuk: Retakan 2004: lebih dari 1.300 km dalam sekitar 8 hingga 10 menit
  13. Ammon, C. J., Ji, C., Thio, H.-K., Robinson, D., et al. (2005). Rupture process of the 2004 Sumatra-Andaman earthquake. Science, 308, 1133–1139. doi.org/10.1126/science.1112260Digunakan untuk: Panjang dan lama retakan 2004
  14. Hanks, T. C., & Kanamori, H. (1979). A moment magnitude scale. Journal of Geophysical Research, 84(B5), 2348–2350. doi.org/10.1029/JB084iB05p02348Digunakan untuk: Momen seismik dan magnitudo momen
  15. Wells, D. L., & Coppersmith, K. J. (1994). New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement. Bulletin of the Seismological Society of America, 84(4), 974–1002. doi.org/10.1785/BSSA0840040974Digunakan untuk: Panjang retakan untuk magnitudo 5, 7, dan 9
  16. U.S. Geological Survey. Earthquake Magnitude, Energy Release, and Shaking Intensity. www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards/earthquake-magnitude-energy-release-and-shaking-intensityDigunakan untuk: Energi sekitar 32 kali lipat untuk setiap kenaikan satu tingkat penuh magnitudo
  17. U.S. Geological Survey. M 8.2 – Bolivia, June 9, 1994. Event page. earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/usp0006dzcDigunakan untuk: Gempa dalam Bolivia: magnitudo, kedalaman sekitar 631 km, terasa hingga sejauh Toronto
  18. U.S. Geological Survey. Focal mechanisms, or 'beachballs'. www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards/focal-mechanisms-or-beachballsDigunakan untuk: Jenis-jenis sesar dan mekanisme fokus; dua kemungkinan bidang sesar
  19. U.S. Geological Survey. M 7.8 – Pazarcık earthquake, Kahramanmaraş earthquake sequence, Türkiye, February 6, 2023. Event page. earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us6000jllzDigunakan untuk: Magnitudo gempa 2023 dan mekanisme sesar gesernya
  20. Reitman, N. G., Tan, M. M., Bürgi, P., Hatem, A. E., DuRoss, C. B., & Briggs, R. W. (2026). High-resolution surface deformation and slip distribution observations for the 2023 Kahramanmaraş, Türkiye, earthquake sequence help constrain the rupture process. Bulletin of the Seismological Society of America. pubs.usgs.gov/publication/70277053Digunakan untuk: Retakan pada Sesar Anatolia Timur
  21. Japan Meteorological Agency (2013). Lessons learned from the tsunami disaster caused by the 2011 Great East Japan Earthquake and improvements in JMA's tsunami warning system. www.data.jma.go.jp/eqev/data/en/tsunami/LessonsLearned_Improvements_brochure.pdfDigunakan untuk: Peringatan tsunami pertama pada 14:49, sekitar tiga menit setelah gempa dimulai, berdasarkan magnitudo 7,9; saturasi
  22. Hoshiba, M., Iwakiri, K., Hayashimoto, N., Shimoyama, T., et al. (2011). Outline of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake (Mw 9.0): Earthquake Early Warning and observed seismic intensity. Earth, Planets and Space, 63, 547–551. doi.org/10.5047/eps.2011.05.031Digunakan untuk: Bagaimana perkiraan magnitudo pertama bertambah
  23. IRIS / EarthScope Consortium. Educational animations and classroom resources, including 'Seismic shadow zones and P waves'. www.iris.edu/hq/inclassDigunakan untuk: Gelombang P, S, dan permukaan; jarak dari selisih waktu S dikurangi P; lintasan gelombang yang melengkung; zona-zona bayangan
  24. U.S. Geological Survey. ANSS Comprehensive Earthquake Catalog (ComCat): earthquake search. earthquake.usgs.gov/earthquakes/searchDigunakan untuk: Jumlah tahunan gempa untuk setiap magnitudo (Gutenberg–Richter)
  25. Utsu, T., Ogata, Y., & Matsu'ura, R. S. (1995). The centenary of the Omori formula for a decay law of aftershock activity. Journal of Physics of the Earth, 43, 1–33. doi.org/10.4294/jpe1952.43.1Digunakan untuk: Hukum Omori (1894) dan bentuk termodifikasinya
  26. Båth, M. (1965). Lateral inhomogeneities of the upper mantle. Tectonophysics, 2, 483–514. doi.org/10.1016/0040-1951(65)90003-XDigunakan untuk: Hukum Båth: gempa susulan terbesar sekitar 1,2 magnitudo lebih kecil
  27. Stein, R. S., Barka, A. A., & Dieterich, J. H. (1997). Progressive failure on the North Anatolian fault since 1939 by earthquake stress triggering. Geophysical Journal International, 128, 594–604. pubs.usgs.gov/publication/70019873Digunakan untuk: Perpindahan tegangan: sembilan dari sepuluh retakan besar terdorong makin dekat untuk patah oleh retakan-retakan sebelumnya
  28. Parsons, T., Toda, S., Stein, R. S., Barka, A., & Dieterich, J. H. (2000). Heightened odds of large earthquakes near Istanbul: An interaction-based probability calculation. Science, 288, 661–665. pubs.usgs.gov/publication/70022614Digunakan untuk: Meningkatnya peluang gempa di Istanbul setelah Izmit, 1999
  29. U.S. Geological Survey. Myths and Misconceptions About Induced Earthquakes. www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards/myths-and-misconceptions-about-induced-earthquakesDigunakan untuk: Gempa-gempa Oklahoma yang terkait dengan pembuangan air limbah; magnitudo 3 atau lebih, dari sekitar dua per tahun menjadi lebih dari 900 pada 2015
  30. U.S. Geological Survey. M 5.8 – 14 km NW of Pawnee, Oklahoma, September 3, 2016. Event page. earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us10006jxsDigunakan untuk: Gempa Pawnee
  31. Petersen, M. D., et al. (2016). 2016 one-year seismic hazard forecast for the Central and Eastern United States from induced and natural earthquakes. U.S. Geological Survey Open-File Report 2016–1035. pubs.usgs.gov/publication/ofr20161035Digunakan untuk: Prakiraan satu tahun untuk gempa yang disebabkan manusia
  32. Bakun, W. H., Aagaard, B., Dost, B., Ellsworth, W. L., et al. (2005). Implications for prediction and hazard assessment from the 2004 Parkfield earthquake. Nature, 437, 969–974. doi.org/10.1038/nature04067Digunakan untuk: Parkfield: gempa-gempa tahun 1857–1966, prakiraan 1985, dan gempa 2004
  33. Field, E. H., & 2014 Working Group on California Earthquake Probabilities (2015). UCERF3: A New Earthquake Forecast for California's Complex Fault System. U.S. Geological Survey Fact Sheet 2015–3009. pubs.usgs.gov/fs/2015/3009Digunakan untuk: Prakiraan sesar demi sesar untuk Kalifornia selama puluhan tahun
  34. Dziewonski, A. M. (1984). Mapping the lower mantle: Determination of lateral heterogeneity in P velocity up to degree and order 6. Journal of Geophysical Research, 89(B7), 5929–5952. doi.org/10.1029/JB089iB07p05929Digunakan untuk: Peta tiga dimensi mantel dari waktu tempuh gelombang (tomografi seismik)

Gambar dalam episode: USGS, NOAA, dan NASA (domain publik), dengan peta NASA/USGS Landsat melalui NASA GIBS; animasi oleh EarthWatch 24-7. Kredit lengkap: earthwatch247.com/credits.html.

Kutip pelajaran ini

EarthWatch 24-7. (2026). Gempa Bumi 201: Di dalam sebuah gempa bumi [Pelajaran video]. Earth Explained: Gempa bumi 201. https://earthwatch247.com/learn/earthquakes-201/id/

Kunci jawaban

  1. C. Stasiun yang jauh dari sesar bergerak bersama lempengnya, tetapi stasiun yang paling dekat dengan sesar yang terkunci tertinggal: batuan sedang melengkung dan menyimpan regangan, yaitu paruh penimbunan tegangan dari siklus gempa.
  2. A. 1.300 km ÷ (8 × 60 s) = 1.300 km ÷ 480 s ≈ 2,7 km per detik, masih dalam kisaran kecepatan retakan yang khas, yaitu 2 hingga 3 km per detik. Makin panjang sesar yang patah, makin lama guncangannya berlangsung.
  3. D. M₀ = rigiditas × luas × pergeseran (Hanks dan Kanamori, 1979). Simpangan pada satu seismogram menjadi dasar skala-skala lama, yang berhenti bertambah untuk gempa-gempa terbesar.
  4. B. Untuk gempa yang dekat, setiap detik antara tibanya gelombang P dan S berarti sekitar 8 km: 10 × 8 ≈ 80 km. Jarak-jarak dari tiga stasiun atau lebih berpotongan di episentrum.
  5. A. Dorongan dan tarikan yang dipetakan di sekitar sumber gempa menunjukkan bagaimana sesar bergerak. Untuk gempa bermagnitudo 7,8 di Turki pada 2023, bola pantainya menunjukkan patahan jenis sesar geser.
  6. C. Metode cepat melayani peringatan, tetapi mencapai batas atasnya untuk gempa-gempa terbesar. Magnitudo momen, yang dihitung dari luas dan pergeseran sesar, tidak demikian, sehingga perkiraannya dinaikkan secara bertahap menjadi 9,0 (USGS memberikan 9,1).
  7. B. Lajunya turun kira-kira sebanding dengan satu per waktu sejak gempa utama: sepuluh hari kemudian, sekitar sepersepuluh; seratus hari kemudian, sekitar seperseratus.
  8. D. Gempa susulan terbesar rata-rata sekitar 1,2 magnitudo lebih kecil daripada gempa utama: 7,0 − 1,2 = 5,8. Itulah sebabnya bangunan yang rusak harus tetap dikosongkan sampai diperiksa.
  9. C. Gelombang S tidak dapat melewati zat cair, sehingga inti luar menimbulkan bayangan gelombang S; gelombang P dapat melewatinya, dan muncul kembali di sisi seberang. Belum ada lubang yang lebih dalam dari sekitar 12 km.
  10. A. Inti dalam yang lebih cepat telah membelokkan gelombang-gelombang itu ke zona yang seharusnya tidak dapat dicapai gelombang karena terhalang oleh inti. Bahwa inti dalam, yang berjari-jari sekitar 1.220 km, itu padat baru dibuktikan kemudian.

Jawaban tertulis

  1. Pada sesar yang terkunci, lempeng-lempeng terus bergerak tetapi kedua sisinya tetap terkunci, sehingga batuan di samping sesar melengkung dan menyimpan regangan selama puluhan atau ratusan tahun. Ketika tegangan mengalahkan gesekan, sesar patah dalam hitungan detik hingga menit dan batuan yang melengkung melenting kembali (pantulan elastis, Reid, 1910); lalu sesar terkunci dan mulai menimbun tegangan lagi. Penerima GPS yang ditambatkan ke tanah melacak posisinya hingga ketelitian beberapa milimeter: di dekat sesar yang terkunci, stasiun-stasiun yang paling dekat dengannya tertinggal dari gerakan lempeng, yang menunjukkan tanah sedang melengkung. Peristiwa slip lambat, yang diungkap GPS sekitar tahun 2000, adalah pergeseran sekitar satu inci (beberapa sentimeter) selama kira-kira dua minggu, terlalu lambat untuk dirasakan; di bawah negara bagian Washington dan British Columbia, peristiwa ini terjadi pada batas lempeng yang dalam kira-kira setiap 14 bulan. Parit yang digali melintang sesar memperlihatkan lapisan-lapisan tanah yang terkoyak dan tergeser oleh gempa-gempa masa lalu, dan penentuan umur lapisan-lapisan itu menunjukkan seberapa sering sesar itu patah selama ribuan tahun. Slip lambat penting karena setiap peristiwa menambah beban pada bagian sesar yang terkunci di atasnya, sehingga bagian itu sedikit lebih dekat dengan gempa berikutnya.
  2. (a) Gelombang P merambat paling cepat dan tiba lebih dulu; gelombang S tiba kemudian. Untuk gempa yang dekat, setiap detik di antara keduanya berarti sekitar 8 km, dan jarak-jarak dari banyak stasiun berpotongan di satu titik, yang ditemukan dalam hitungan detik. (b) Di sebagian stasiun gerakan pertama tanah berupa dorongan, di stasiun lain berupa tarikan; jika dipetakan di sekitar sumber gempa, keduanya membentuk bola pantai yang menunjukkan jenis pensesaran dan dua kemungkinan bidang sesar. Untuk gempa bermagnitudo 7,8 di Turki pada Februari 2023, bola pantai menunjukkan patahan jenis sesar geser, dan gempa-gempa susulan di sepanjang Sesar Anatolia Timur menunjukkan bidang mana yang bergeser. (c) Ukuran akhirnya adalah magnitudo momen, yang dihitung dari momen seismik: luas yang bergeser dikalikan pergeseran dikalikan rigiditas batuan. Metode cepat memberikan angka pertama dalam hitungan menit, tetapi metode ini jenuh untuk gempa-gempa yang paling besar: peringatan tsunami pertama Jepang pada 2011, sekitar tiga menit setelah gempa dimulai, menggunakan magnitudo 7,9, yang kemudian dinaikkan secara bertahap menjadi 9,0. Retakan besar juga terus patah selama beberapa menit (sekitar 8 menit untuk Sumatra pada 2004), sehingga seluruh rekaman diperlukan sebelum angka akhirnya diketahui.
  3. Ketika satu segmen sesar patah, tegangannya tidak hanya dilepaskan tetapi juga dipindahkan: batuan tepat di luar ujung-ujung retakan mendapat beban tambahan, sehingga segmen berikutnya terdorong makin dekat untuk patah. Di sepanjang Sesar Anatolia Utara, mulai tahun 1939, serangkaian gempa besar bergerak beruntun dari timur ke barat selama enam puluh tahun; sebuah studi terhadap sepuluh gempa terbesar (magnitudo 6,7 atau lebih) menemukan bahwa sembilan di antaranya telah didorong makin dekat untuk patah oleh gempa-gempa sebelumnya. Pada Agustus 1999 rangkaian itu mencapai Izmit (magnitudo 7,6), dekat Istanbul, dan perhitungan tegangan yang dipindahkan menaikkan peluang terjadinya gempa kuat di dekat kota itu. Di Parkfield, pada sesar San Andreas, gempa sedang terjadi pada 1857, 1881, 1901, 1922, 1934, dan 1966, kira-kira setiap 22 tahun. Pada 1985 para ilmuwan memprakirakan gempa berikutnya akan terjadi sebelum 1993 dan memenuhi kawasan itu dengan instrumen, tetapi gempa itu datang pada 2004, sebelas tahun setelah jendela prakiraan berakhir. Sesar cukup teratur untuk diprakirakan tetapi tidak untuk mengikuti jadwal, sehingga prakiraan modern, seperti UCERF3 Kalifornia yang disusun sesar demi sesar, menggabungkan siklus gempa, catatan parit, dan perpindahan tegangan menjadi probabilitas selama puluhan tahun, tidak pernah tanggal.

Pendalaman

  1. Menentukan lokasi gempa dari selisih waktu S dikurangi P: VP·VS ÷ (VP − VS) = (6 × 3,5) ÷ 2,5 = 8,4 km per detik selang waktu, sekitar 8 km. Jaraknya adalah 5,0 × 8,4 ≈ 42 km, 8,0 × 8,4 ≈ 67 km, dan 12,0 × 8,4 ≈ 100 km (sekitar 40, 64, dan 96 km dengan aturan 8 km). Satu jarak hanya menyatakan bahwa gempa terletak di suatu tempat pada lingkaran di sekeliling stasiun itu; dua lingkaran biasanya berpotongan di dua titik; lingkaran ketiga memilih salah satunya. (Tepatnya, lingkaran-lingkaran itu adalah bola, dan dengan lebih banyak stasiun, kedalamannya juga dapat ditemukan.) Untuk gempa yang jauh, gelombang menukik jauh ke dalam mantel, tempat keduanya merambat lebih cepat, dan lintasannya melengkung, sehingga para seismolog menggunakan tabel waktu tempuh yang dihitung untuk seluruh Bumi, bukan sepasang kecepatan kerak saja.
  2. Momen seismik, pergeseran, dan magnitudo momen: (a) A = 5 × 104 m × 2 × 104 m = 1 × 109 m², sehingga M₀ = 3 × 1010 × 1 × 109 × 1,3 ≈ 3,9 × 1019 N·m; log₁₀M₀ ≈ 19,59, dan Mw = (2/3)(19,59 − 9,1) ≈ 7,0. Gempa bermagnitudo 7 mematahkan sesar sepanjang sekitar 50 km, seperti dalam kuliah. (b) A = 5 × 105 m × 2 × 105 m = 1 × 1011 m², sehingga M₀ = 3 × 1010 × 1 × 1011 × 10 = 3 × 1022 N·m; log₁₀M₀ ≈ 22,48, dan Mw = (2/3)(22,48 − 9,1) ≈ 8,9. Momennya 3 × 1022 ÷ 3,9 × 1019 ≈ 770 kali lebih besar, yang sesuai dengan selisih magnitudo sekitar 1,93: 101.5 × 1.93 ≈ 780. (c) 50 km ÷ 2,5 km/s = 20 s; 500 km ÷ 2,5 km/s = 200 s, lebih dari 3 menit. Sumatra: 1.300 km ÷ 480 s ≈ 2,7 km/s, jadi aturan yang sama berlaku, dan gempa-gempa terbesar berguncang selama beberapa menit karena retakannya membutuhkan beberapa menit untuk selesai.
  3. Berapa banyak gempa untuk setiap ukuran: Gutenberg–Richter dan Båth: (a) Setiap kenaikan satu tingkat memiliki jumlah sekitar sepersepuluhnya: sekitar 150 gempa bermagnitudo 6 hingga 6,9 dan sekitar 15 gempa bermagnitudo 7 hingga 7,9 setiap tahun, lalu sekitar 1,5 gempa bermagnitudo 8 atau lebih, sesuai dengan 'sekitar satu'. (Katalog USGS untuk 2000 hingga 2019 rata-rata mencatat sekitar 140 dan 14 per tahun.) (b) Tiga tingkat berarti 101.5 × 3 = 104.5 ≈ 32.000 kali energinya, sehingga 1.500 gempa bermagnitudo 5,0 hanya melepaskan sekitar 1.500 ÷ 32.000 ≈ 1/20 energi satu gempa bermagnitudo 8. Jika sebaran sebenarnya dari 5,0 hingga 5,9 diperhitungkan, angka itu naik menjadi sekitar seperempat, tetap jauh lebih kecil daripada satu gempa besar: energi didominasi oleh gempa-gempa terbesar, sehingga gempa-gempa kecil tidak dapat melepaskan regangan itu. (c) 7,0 − 1,2 = 5,8. Jika sekitar satu gempa susulan mencapai 5,8, maka dengan b = 1 sekitar 10 mencapai 4,8 atau lebih dan sekitar 100 mencapai 3,8 atau lebih. Ini adalah nilai rata-rata; rangkaian gempa yang sebenarnya sangat bervariasi.
  4. Bagaimana gempa susulan mereda: hukum Omori: (a) n(10) ≈ 200 ÷ 10 = 20 per hari, sepersepuluh dari laju hari pertama; n(100) ≈ 200 ÷ 100 = 2 per hari, seperseratus, seperti dalam kuliah. (b) K·ln 10 = 200 × 2,30 ≈ 460 dalam setiap selang: sekitar 460 dari hari ke-1 hingga hari ke-10, sekitar 460 dari hari ke-10 hingga hari ke-100, dan sekitar 460 dari hari ke-100 hingga hari ke-1.000 (hampir tiga tahun). Setiap rentang waktu sepuluh kali lipat membawa gempa susulan yang kira-kira sama banyaknya dengan rentang sebelumnya, hanya tersebar lebih jarang. (c) Rangkaian itu mereda dengan cepat tetapi berlangsung lama, dan menurut hukum Båth salah satu gempa susulan yang datang belakangan masih bisa kuat. Bangunan yang rusak harus tetap dikosongkan sampai diperiksa, dan prakiraan gempa susulan diperbarui selama berminggu-minggu hingga berbulan-bulan, bukan hanya beberapa hari. (Pada rangkaian yang sebenarnya, p sering sedikit di atas 1, sehingga rentang-rentang berikutnya agak lebih tenang, dan pada akhirnya laju itu turun kembali ke tingkat latar normal wilayah tersebut.)
  5. Zona bayangan dan ukuran inti: (a) Kelilingnya adalah 2π × 6.371 ≈ 40.030 km, sehingga 104° adalah 104/360 × 40.030 ≈ 11.560 km, lebih dari seperempat keliling (90°, sekitar 10.000 km), seperti dalam kuliah. (b) 6.371 × cos 52° ≈ 6.371 × 0,616 ≈ 3.920 km. (c) Terlalu besar. Karena gelombang makin cepat seiring kedalaman, lintasan yang sebenarnya antara dua titik melengkung lebih dalam daripada tali busur lurus di antara keduanya, sehingga gelombang yang menyerempet inti dan muncul 104° jauhnya telah turun lebih dalam daripada titik 3.920 km pada tali busur itu: intinya lebih kecil, berjari-jari sekitar 3.480 km, dengan batas atasnya sekitar 2.890 km di bawah permukaan. (d) Pada inti yang cair seluruhnya, gelombang P akan dibelokkan sehingga tidak ada yang muncul antara sekitar 104° dan 140°. Gelombang yang memang tiba di sana pasti telah dibelokkan kembali oleh suatu bagian di dalam inti tempat gelombang merambat lebih cepat: inti dalam Lehmann, berjari-jari sekitar 1.220 km.