Nama Kelas Tanggal

EARTH EXPLAINED · PANDUAN PELAJARAN

Hari ketika Jepang bergeser

Gempa dan tsunami Tōhoku 2011, dijelaskan mulai dari lempengnya

Video 9:27Jenjang Kelas 6–12 · geologi universitas tingkat pengantarStandar MS-ESS2-2, MS-ESS3-2, HS-ESS2-1, HS-ESS3-1, 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

Mengapa salah satu negara yang paling siap di Bumi masih begitu menderita pada 11 Maret 2011, padahal tanda-tanda peringatannya telah tertulis dalam sejarahnya dan terkubur di tanahnya selama lebih dari seribu tahun?

Pada 11 Maret 2011, lempeng Pasifik bergeser hingga 50 meter di bawah Jepang bagian utara di sepanjang Palung Jepang, dalam gempa bermagnitudo 9,0–9,1, yang terkuat yang pernah diukur di Jepang. Pelajaran ini mengikuti peristiwa itu mulai dari lempengnya: sesar subduksi terkunci yang menyimpan regangan selama berabad-abad, tsunami Jōgan tahun 869 yang pasirnya masih terkubur di bawah dataran Sendai, menit-menit pertama peringatan, tsunami yang naik hingga sekitar 40 meter dan melintasi Pasifik, dampaknya bagi manusia dan dampak fisiknya, serta perubahan yang dilakukan Jepang sesudahnya. Pelajaran ini ditutup dengan Palung Nankai, sesar berikutnya yang kini diawasi Jepang.

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

Tujuan pembelajaran Setelah pelajaran ini, siswa mampu:

  1. Mengidentifikasi empat lempeng yang bertemu di Jepang dan menjelaskan bagaimana subduksi lempeng Pasifik di Palung Jepang menyimpan regangan pada sesar yang terkunci dan melepaskannya dalam gempa-gempa besar.
  2. Menjelaskan bagaimana pengangkatan dasar laut yang tiba-tiba membangkitkan tsunami, dan mengapa tsunami bergerak cepat dan rendah di laut dalam tetapi melambat dan membesar saat mencapai pantai.
  3. Menggunakan catatan sejarah dan lapisan pasir tsunami untuk menjelaskan bagaimana tsunami Jōgan tahun 869 mengungkap bahaya itu, dan mengapa prakiraan yang mengantisipasi gempa sekitar magnitudo 8 tetap meremehkannya.
  4. Mendeskripsikan kinerja peringatan dini gempa dan peringatan tsunami pada 11 Maret 2011, termasuk mengapa perkiraan magnitudo pertama sebesar 7,9 terlalu kecil dan bagaimana pengamatan di lepas pantai mengoreksi peringatan.
  5. Menafsirkan hasil pengukuran dampak fisik peristiwa itu: panjang retakan dan besarnya pergeseran, ketinggian run-up, perpindahan menurut GPS dan amblesan pantai, serta perubahan panjang hari yang dihitung.
  6. Mengevaluasi apa yang melindungi orang dan apa yang gagal, dengan menggunakan batu tsunami Aneyoshi, latihan sekolah di Kamaishi, tembok laut yang terlampaui, dan pembangkit listrik tenaga nuklir Fukushima Daiichi.
  7. Menjelaskan bagaimana Jepang mengubah sistem peringatan dan pemantauannya setelah 2011, dan menafsirkan peluang jangka panjang seperti prakiraan 30 tahun untuk Palung Nankai.

Sebelum menonton

Kosakata kunci ★ istilah pengayaan untuk siswa jenjang lebih tinggi

Lempeng tektonik
Lempengan besar dari cangkang luar Bumi yang kaku, umumnya setebal sekitar 100 km, yang bergerak perlahan di atas mantel di bawahnya yang lebih panas dan lebih lunak. Jepang terletak di tempat bertemunya empat lempeng: lempeng Pasifik, Laut Filipina, Amerika Utara, dan Eurasia.
Subduksi
Proses ketika satu lempeng melengkung dan tenggelam di bawah lempeng lain, kembali turun ke dalam mantel. Di lepas pantai timur laut Jepang, lempeng Pasifik tenggelam di bawah Jepang.
Palung samudra
Lembah panjang dan dalam di dasar laut tempat satu lempeng melengkung turun ke bawah lempeng lain. Palung Jepang, tempat lempeng Pasifik mulai menunjam, sedalam sekitar 8 km.
Sesar terkunci
Bagian batas lempeng tempat gesekan menahan kedua lempeng tetap menyatu, sehingga gerakannya tersimpan sebagai regangan elastis di dalam batuan, seperti pegas yang diputar, sampai sesar itu tiba-tiba bergeser dalam sebuah gempa.
Tsunami
Serangkaian gelombang laut yang terbentuk ketika massa air yang besar tiba-tiba terdorong, dalam hal ini oleh dasar laut yang tersentak ke atas. Gelombang pertama sering kali bukan yang terbesar.
Magnitudo
Ukuran besarnya gempa. Setiap kenaikan satu angka bulat berarti pelepasan energi sekitar 32 kali lebih banyak. Gempa 2011 bermagnitudo 9,0 menurut perhitungan Japan Meteorological Agency (badan meteorologi Jepang) dan 9,1 menurut U.S. Geological Survey.
Endapan tsunami
Lapisan pasir yang terbawa ke daratan dari pantai dan dasar laut oleh tsunami dan tertinggal di atas tanah atau lumpur rawa. Mikrofosil laut di dalam pasir itu menunjukkan bahwa pasir tersebut berasal dari laut.
Tinggi run-up
Ketinggian di atas permukaan laut dari titik tertinggi di daratan yang dicapai air. Ketinggian ini bisa jauh lebih besar daripada tinggi gelombang di garis pantai, terutama di ujung teluk yang sempit dan bertebing curam.
Peringatan dini gempa
Sistem yang mendeteksi gelombang seismik pertama yang lebih cepat di dekat sumber gempa yang sedang berlangsung dan mengirimkan peringatan sebelum guncangan yang lebih lambat dan lebih kuat tiba di tempat yang lebih jauh. Sistem ini memberi peringatan beberapa detik hingga sekitar satu menit sebelumnya, bukan berjam-jam.
Amblesan
Turunnya permukaan tanah. Pada 2011, Semenanjung Oshika amblas sekitar 1,2 m dalam hitungan menit, membuat sebagian pantai menjadi lebih rendah secara permanen dan lebih terpapar laut.
Batu tsunami
Monumen batu di pantai Jepang yang mencatat tsunami masa lalu dan memperingatkan generasi berikutnya, seperti batu di Aneyoshi: jangan bangun rumahmu di bawah titik ini.
Panjang hari
Waktu yang dibutuhkan Bumi untuk berputar satu kali, sekitar 86.400 detik. Memindahkan massa lebih dekat ke sumbu Bumi membuat planet ini berputar sedikit lebih cepat, seperti seorang pemain seluncur es yang menarik lengannya ke dalam.
Gempa megathrust★
Gempa pada sesar landai antara lempeng yang menunjam dan lempeng di atasnya. Semua gempa bermagnitudo 9 atau lebih, termasuk gempa Tōhoku 2011, merupakan peristiwa megathrust.
Momen seismik★
Ukuran fisik sebuah gempa: kekakuan batuan × luas sesar yang bergeser × pergeseran rata-rata. Magnitudo momen dihitung darinya.
Paleoseismologi★
Ilmu yang mempelajari gempa dan tsunami yang terjadi sebelum adanya instrumen, dengan menggunakan bukti seperti lapisan pasir yang terkubur, perubahan mendadak ketinggian daratan, dan material tumbuhan yang telah diberi penanggalan.
Dasar desain★
Bahaya terbesar, seperti gempa, banjir, atau tsunami, yang menjadi acuan rekayasa agar suatu struktur mampu menahannya. Di Fukushima Daiichi, tsunami jauh melampauinya.

Daftar bab Pilih waktu untuk memutar dari sana

0:00Momen itu

Pada pukul 2:46 siang, hari Jumat, 11 Maret 2011, dasar laut sekitar 70 km di lepas pantai timur laut Jepang terlepas. Tanah berguncang selama beberapa menit, dan di banyak tempat di sepanjang pantai, orang-orang punya waktu kira-kira setengah jam sebelum air laut tiba.

0:34Empat lempeng

Jepang terletak di tempat bertemunya lempeng Pasifik, Laut Filipina, Amerika Utara, dan Eurasia. Lempeng Pasifik bergerak ke arah Jepang sekitar 8 cm per tahun dan menunjam di Palung Jepang; di tempat lempeng-lempeng saling mengunci, regangan menumpuk hingga sesar bergeser dan dasar laut tersentak ke atas. Inilah sebabnya Jepang mengalami sekitar satu dari lima gempa kuat di dunia dan memiliki lebih dari seratus gunung api aktif.

2:00Peringatan dari masa lalu

Tsunami Jōgan tahun 869 membanjiri dataran Sendai dan menenggelamkan sekitar 1.000 orang, dan sejak sekitar 1990 para ahli geologi menemukan pasirnya, dengan lapisan yang lebih tua di bawahnya, jauh di daratan; namun prakiraan resmi memperkirakan gempa sekitar magnitudo 8, bukan 9. Di pantai Sanriku, tsunami pada 1896 dan 1933 menewaskan sekitar 22.000 dan 3.000 orang, dan desa Aneyoshi mengukir peringatan pada batu.

3:19Pukul 2:46 siang

Retakan bermula sekitar 70 km di lepas Semenanjung Oshika pada kedalaman sekitar 30 km, merobek sekitar 400 km di sepanjang palung, dan bergeser hingga sekitar 50 m. Peringatan dini memberi Tokyo waktu sekitar satu menit; peringatan tsunami pertama, yang dikeluarkan tiga menit setelah gempa, didasarkan pada magnitudo 7,9 dan memprakirakan gelombang 3 hingga 6 m, lalu dinaikkan menjadi lebih dari 10 m setelah sensor di laut mendeteksi gelombang yang sebenarnya.

4:38Gelombang

Mengapa tsunami melintasi samudra dalam secepat pesawat jet dan menumpuk di dekat pantai. Air naik hingga sekitar 40 m di dekat Miyako, melampaui tembok laut, menyapu Bandara Sendai, dan membanjiri lebih dari 500 km², sementara Aneyoshi, yang dibangun di atas batunya, selamat. Di Fukushima Daiichi, gelombang setinggi sekitar 14 m membanjiri lokasi yang dirancang untuk sekitar 6 m, dan tiga reaktor meleleh; tsunami mencapai Hawaii dalam sekitar 7 jam, Kalifornia dalam sekitar 10 jam, dan Cile dalam sekitar satu hari.

6:16Dampaknya

Lebih dari 18.000 orang tewas atau tidak pernah ditemukan, sebagian besar karena tenggelam, dan sekitar 122.000 bangunan hancur; Bank Dunia memperkirakan kerugiannya hingga 235 miliar dolar. GPS menunjukkan Semenanjung Oshika bergeser 5,3 m dan amblas 1,2 m, dan sebuah perhitungan NASA menunjukkan bahwa hari menjadi lebih pendek sekitar 1,8 mikrodetik. Di Kamaishi, latihan selama bertahun-tahun membuat hampir semua dari hampir 3.000 anak sekolah di kota itu selamat.

7:22Apa yang diubah Jepang

Sejak 2013, ketika sebuah gempa terlalu besar untuk diukur dengan cepat, peringatan tsunami pertama menyatakan bahwa tsunaminya akan “sangat besar” alih-alih menebak sebuah angka. Jaringan 150 stasiun dasar laut yang terhubung kabel kini memantau palung Jepang dan Kuril, dan lebih dari 400 km tembok laut baru, sebagian lebih tinggi dari 12 m, berjajar di sepanjang pantai.

7:57Masih bergerak

Jepang masih merasakan sekitar 2.000 gempa per tahun. Pada 2025, pemerintah memperkirakan peluang 30 tahun terjadinya gempa besar di Palung Nankai sebesar 60–90% atau lebih menurut satu metode dan 20–50% menurut metode lain. Ringkasannya: tiga hal yang perlu diingat, dan pelajaran dari batu Aneyoshi.

Miskonsepsi umum Untuk guru

MiskonsepsiTsunami adalah satu dinding air raksasa yang sama tingginya di tengah laut dan di pantai.

Yang ditunjukkan buktiDi laut dalam, tsunami mungkin hanya setinggi kira-kira satu meter, meskipun bergerak sekitar 800 km/jam. Tsunami baru membesar ketika melambat di perairan dangkal, dan datang sebagai serangkaian gelombang. Pada 2011, pembacaan awal yang kecil di pantai membuat sebagian orang mengira tsunaminya akan kecil, dan karena itulah Japan Meteorological Agency kemudian mengubah cara mengumumkan pengamatan awal.

MiskonsepsiPeringatan tsunami pertama memberi tahu seberapa besar gelombangnya, jadi jika prakiraannya lebih rendah daripada tembok laut setempat, kamu aman.

Yang ditunjukkan buktiPrakiraan pertama pada 2011, 3 hingga 6 m, didasarkan pada perkiraan magnitudo 7,9 yang jauh terlalu kecil, dan badan meteorologi Jepang menyimpulkan bahwa hal itu mungkin telah menunda sebagian evakuasi. Respons yang aman terhadap guncangan kuat dan lama di pantai adalah segera pergi ke tempat tinggi, berapa pun angka pertama yang disebutkan.

MiskonsepsiPara ilmuwan sama sekali tidak mungkin tahu bahwa tsunami sebesar itu bisa melanda pantai ini.

Yang ditunjukkan buktiTsunami Jōgan tahun 869 digambarkan dalam catatan sejarah Jepang, dan sejak sekitar 1990 para ahli geologi menemukan pasirnya, beserta lapisan yang lebih tua, berkilo-kilometer ke daratan di dataran Sendai. Buktinya ada; prakiraan resmi masih mengantisipasi gempa sekitar magnitudo 8, karena catatan instrumen masih pendek dan hasil kerja geologi itu masih dalam proses diolah menjadi kajian bahaya.

MiskonsepsiPeringatan dini gempa memprediksi gempa sebelum gempa itu terjadi.

Yang ditunjukkan buktiPeringatan dini mendeteksi gempa yang sudah dimulai dan berpacu dengan gelombang yang lebih lambat dan lebih merusak. Sistem ini bisa memberi waktu puluhan detik hingga sekitar satu menit di tempat yang jauh dari sumber, seperti di Tokyo pada 2011, tetapi tempat yang paling dekat dengan retakan mungkin merasakan guncangan kuat sebelum peringatan apa pun tiba.

MiskonsepsiGempa 2011 membuat Bumi keluar dari porosnya dan mengubah panjang hari secara nyata.

Yang ditunjukkan buktiMenurut salah satu perhitungan NASA, hari menjadi lebih pendek sekitar 1,8 mikrodetik, dan sumbu tempat massa Bumi seimbang bergeser sekitar 17 cm; sumbu Bumi di ruang angkasa tidak bergerak. Perubahan itu dihitung, bukan dirasakan, dan jauh lebih kecil daripada variasi alami panjang hari yang disebabkan oleh angin, arus laut, dan inti Bumi.

Pertanyaan diskusi

  1. Para ahli geologi telah menemukan pasir tsunami Jōgan di dataran Sendai lebih dari dua puluh tahun sebelum 2011, tetapi prakiraan resmi memperkirakan gempa sekitar magnitudo 8. Mengapa bukti geologi baru bisa butuh waktu lama untuk mengubah rencana resmi? Bagaimana seharusnya sebuah masyarakat bertindak berdasarkan bukti yang kuat tetapi belum pasti?
  2. Di Aneyoshi, sebuah batu yang dipahat setelah 1933 membuat setiap rumah tetap berada di luar jangkauan tsunami 2011. Di tempat lain, tembok laut yang dibangun untuk tsunami-tsunami sebelumnya terlampaui. Bandingkan kedua jenis perlindungan ini: apa kekuatan dan kelemahan sebuah aturan yang diingat dan sebuah tembok hasil rekayasa?
  3. Anak-anak sekolah di Kamaishi telah berlatih satu aturan selama bertahun-tahun: setelah gempa besar, segera lari ke tempat tinggi dan jangan menunggu siapa pun. Mengapa aturan sederhana seperti ini bisa menyelamatkan lebih banyak nyawa daripada menunggu peringatan resmi? Dapatkah kamu memikirkan situasi ketika aturan itu sulit diikuti?
  4. Peringatan tsunami pertama pada 2011 memberikan angka yang ternyata jauh terlalu rendah. Sejak 2013, ketika ukurannya belum pasti, peringatan pertama cukup menyatakan bahwa tsunaminya akan “sangat besar”. Apakah peringatan tanpa angka lebih baik atau lebih buruk daripada prakiraan yang tepat tetapi mungkin salah? Jelaskan alasanmu.
  5. Di Fukushima Daiichi, gelombang setinggi sekitar 14 m menghantam lokasi yang dirancang untuk sekitar 6 m. Bagaimana seharusnya para insinyur dan pemerintah memutuskan seberapa besar bahaya yang harus mampu ditahan oleh pembangkit nuklir, rumah sakit, atau sekolah, ketika peristiwa terbesar hanya terjadi setiap beberapa ratus atau beberapa ribu tahun?
  6. Untuk Palung Nankai, pemerintah Jepang memberikan dua peluang 30 tahun: 60–90% atau lebih menurut satu metode dan 20–50% menurut metode lain. Apa arti masing-masing angka bagi sebuah keluarga, sebuah kota, dan pemerintah nasional? Angka mana yang akan kamu tekankan dalam pesan kepada publik, dan mengapa?

Kuis Pilih jawaban; langsung diperiksa otomatis

1.Apa yang terjadi di tempat lempeng Pasifik bertemu Jepang bagian utara di Palung Jepang?

2.Mengapa sesar subduksi menghasilkan gempa besar yang tiba-tiba, alih-alih bergeser dengan mulus sepanjang waktu?

3.Bukti apa yang menunjukkan bahwa tsunami raksasa telah melanda dataran Sendai jauh sebelum 2011?

4.Tiga menit setelah gempa, peringatan tsunami pertama memprakirakan gelombang setinggi 3 hingga 6 meter. Mengapa prakiraan ini jauh terlalu rendah?

5.Di laut dalam, tsunami mungkin hanya setinggi kira-kira satu meter, tetapi bergerak sekitar 800 km/jam. Apa yang terjadi ketika tsunami mencapai perairan dangkal di dekat pantai?

6.Apa yang menyebabkan bencana di pembangkit listrik tenaga nuklir Fukushima Daiichi?

7.GPS menunjukkan bahwa Semenanjung Oshika bergeser sekitar 5,3 meter ke arah laut dan amblas sekitar 1,2 meter. Apa yang disampaikan hal ini kepada kita?

8.Hampir semua dari hampir 3.000 anak sekolah di Kamaishi selamat dari tsunami. Apa yang paling menentukan?

9.Sejak 2013, jika sebuah gempa terlalu besar untuk diukur dengan cepat, apa yang dilakukan peringatan tsunami pertama dari badan meteorologi Jepang?

10.Pada 2025, pemerintah Jepang memperkirakan peluang 30 tahun terjadinya gempa besar di Palung Nankai sebesar 60–90% atau lebih menurut satu metode dan 20–50% menurut metode lain. Tafsiran mana yang paling tepat?

Jawaban tertulis

1. Jelaskan, langkah demi langkah, bagaimana gempa 2011 menghasilkan tsunami yang mencapai pantai Jepang dalam sekitar setengah jam dan melintasi seluruh Pasifik. Gunakan istilah subduksi, sesar terkunci, regangan, pengangkatan dasar laut, dan perairan dangkal.

Isi jawaban yang baik

Lempeng Pasifik bergerak mendekati Jepang sekitar 8 cm per tahun dan menunjam di Palung Jepang. Di tempat kedua lempeng bersentuhan, sesar terkunci, sehingga tepi Jepang tertarik ke bawah dan tertekan, dan regangan elastis menumpuk. Pada 2011, regangan itu mengalahkan gesekan: sesar bergeser hingga sekitar 50 m pada zona sepanjang sekitar 400 km, tepi yang tertekan melenting kembali, dan dasar laut tersentak ke atas, mengangkat seluruh kolom air di atasnya. Gravitasi menarik air yang terangkat itu kembali turun, mengirimkan gelombang ke segala arah. Di laut dalam, gelombang itu bergerak sekitar 800 km/jam dengan tinggi hanya kira-kira satu meter; di perairan dangkal dekat pantai, gelombang melambat dan membesar, mencapai pantai terdekat dalam kira-kira setengah jam dan naik hingga sekitar 40 m di beberapa tempat. Melintasi Pasifik yang terbuka, gelombang itu mencapai Hawaii dalam sekitar 7 jam dan Cile dalam sekitar satu hari.

2. Dengan tsunami Jōgan tahun 869 sebagai contoh, jelaskan bagaimana geologi dapat mengungkap bahaya yang terlewat oleh catatan instrumen, dan mengapa gempa 2011 tetap lebih besar daripada yang diperkirakan prakiraan resmi.

Isi jawaban yang baik

Seismograf baru merekam gempa di Jepang selama sekitar satu abad, jauh lebih singkat daripada selang waktu antara peristiwa-peristiwa terbesar. Catatan sejarah Jepang menggambarkan tsunami tahun 869 yang membanjiri dataran Sendai dan menenggelamkan sekitar 1.000 orang. Sejak sekitar 1990, para ahli geologi menemukan pasirnya, yang terbawa dari laut, berkilo-kilometer di daratan, dengan lapisan pasir yang lebih tua di bawahnya, yang menunjukkan bahwa tsunami raksasa telah melanda berulang kali dengan selang berabad-abad. Namun prakiraan resmi sebagian besar disusun berdasarkan gempa-gempa baru yang lebih dikenal dan memperkirakan peristiwa sekitar magnitudo 8. Kajian geologi masih memperkirakan seberapa besar gempa Jōgan itu, dan pelajaran lengkapnya, yaitu bahwa bagian sesar yang jauh lebih besar dapat patah sekaligus, belum dimasukkan ke dalam rencana penanggulangan bahaya ketika gempa bermagnitudo 9 itu terjadi.

3. Bandingkan tiga jenis perlindungan yang digambarkan dalam episode: batu Aneyoshi, latihan sekolah di Kamaishi, serta tembok laut bersama pembangkit Fukushima Daiichi. Mana yang melindungi orang, mana yang gagal, dan mengapa?

Isi jawaban yang baik

Batu Aneyoshi berhasil karena aturannya tidak bergantung pada prediksi besarnya gelombang berikutnya: setiap rumah dibangun di atasnya, dan gelombang 2011 berhenti sekitar 90 m di bawahnya di lereng bukit. Latihan di Kamaishi berhasil karena aturan yang sederhana dan terlatih, yaitu segera lari ke tempat tinggi dan jangan menunggu, tidak bergantung pada peringatan atau perkiraan; sekitar 99,8% siswa di kota itu selamat. Tembok laut yang dibangun untuk tsunami-tsunami sebelumnya, dan lokasi Fukushima Daiichi yang dirancang untuk gelombang sekitar 6 m, gagal karena direkayasa untuk ketinggian rancangan yang tetap, yang terlampaui oleh tsunami 2011, sekitar 14 m di pembangkit itu. Pelajarannya, pertahanan yang ukurannya disesuaikan dengan peristiwa masa lalu bisa terlampaui, sedangkan aturan yang memindahkan orang ke luar jangkauan air tetap berhasil berapa pun besarnya gelombang; rencana terbaik menggunakan keduanya.

Pendalaman Universitas dan SMA tingkat lanjut

Seberapa cepat tsunami melintasi Pasifik, dan mengapa ia membesar?

Panjang gelombang tsunami (ratusan kilometer) jauh lebih panjang daripada kedalaman samudra, sehingga tsunami berperilaku sebagai gelombang air dangkal yang kecepatannya hanya bergantung pada kedalaman d: c = √(g·d), dengan g = 9.81 m/s². Saat bergerak ke perairan yang lebih dangkal, kekekalan fluks energi membuat tingginya bertambah kira-kira sebanding dengan 1 ÷ ⁴√d, kebalikan akar pangkat empat dari kedalaman (hukum Green), sebelum gelombang itu pecah atau membanjiri daratan.

SoalHitung kecepatan untuk kedalaman khas 5.000 m, dalam m/s dan km/jam. Jarak lingkaran besar dari episentrum 2011 ke Honolulu sekitar 5.960 km: prakirakan waktu tempuhnya dan bandingkan dengan sekitar tujuh jam dalam episode. Lalu perkirakan seberapa besar gelombang setinggi 1 m di atas air sedalam 4.000 m akan membesar saat mencapai air sedalam 10 m, dan berapa kecepatannya di sana. Mengapa run-up di daratan, sekitar 40 m pada 2011, bisa jauh lebih besar lagi?

Pembahasan

c = √(9.81 × 5000) ≈ 221 m/s ≈ 800 km/jam, kecepatan yang disebut dalam episode. 5.960 km ÷ 800 km/jam ≈ 7,5 jam, mendekati waktu tiba yang teramati, sekitar tujuh jam (gelombang yang sebenarnya mengikuti dasar laut yang nyata, yang sebagian lebih dalam dari 5.000 m). Pembesaran: ⁴√(4000 ÷ 10) = ⁴√400 ≈ 4,5, sehingga gelombang 1 m menjadi setinggi sekitar 4,5 m, bergerak dengan kecepatan √(9.81 × 10) ≈ 10 m/s, atau sekitar 36 km/jam, lebih cepat daripada lari kebanyakan orang. Run-up adalah ketinggian yang didaki air di daratan, bukan tinggi gelombang di lepas pantai: di pantai Sanriku, teluk-teluk sempit berbentuk V menyalurkan aliran air dan air yang bergerak membawa momentumnya mendaki lereng, sehingga run-up di sana mencapai sekitar 40 m.

Magnitudo, energi, dan pergeseran

Energi yang dipancarkan naik dengan faktor sekitar 101.5 ≈ 32 untuk setiap kenaikan satu angka bulat magnitudo. Magnitudo momen didefinisikan dari momen seismik M₀ (dalam newton-meter) melalui M₀ = 101.5·Mw + 9.1, dan M₀ = μ·A·D, dengan μ adalah kekakuan batuan, A luas yang bergeser, dan D pergeseran rata-rata. USGS memodelkan retakan 2011 sepanjang sekitar 400 km dan selebar 150 km, dengan pergeseran puncak 50 hingga 60 m.

SoalBerapa kali lebih banyak energi yang diwakili magnitudo akhir, 9,1 (USGS), dibandingkan perkiraan pertama sebesar 7,9? Seberapa penting perbedaan antara nilai 9,0 dari JMA dan 9,1 dari USGS? Dengan μ = 4 × 1010 Pa, hitung pergeseran rata-rata untuk Mw 9.0 dan Mw 9.1, lalu bandingkan dengan pergeseran puncaknya.

Pembahasan

101.5 × 1.2 = 101.8 ≈ 63 kali lebih banyak energi daripada perkiraan pertama, itulah sebabnya prakiraan tsunami pertama begitu rendah. 101.5 × 0.1 = 100.15 ≈ 1,4: nilai kedua badan itu berbeda sekitar 40% dalam hal energi, kecil dibandingkan kesalahan pertama. Untuk Mw 9.0, M₀ = 1022.6 ≈ 4.0 × 1022 N·m, sehingga D = 4.0 × 1022 ÷ (4 × 1010 × 4 × 105 m × 1.5 × 105 m) ≈ 17 m; untuk Mw 9.1, M₀ ≈ 5.6 × 1022 N·m dan D ≈ 23 m. Pergeseran rata-rata kira-kira 17 hingga 23 m itu kurang dari separuh puncak 50 hingga 60 m, yang terpusat di dekat palung, tempat pergeseran itu paling banyak mengangkat dasar laut dan memicu tsunami terbesar.

Seberapa lama peringatan yang bisa diberikan peringatan dini?

Gelombang P merambat melalui kerak dengan kecepatan kira-kira 6 hingga 7 km/s dan gelombang S, yang membawa sebagian besar guncangan kuat, kira-kira 3,5 hingga 4 km/s. Sistem peringatan dini mendeteksi gelombang P di stasiun-stasiun dekat sumber, memperkirakan gempanya, dan mengirimkan peringatan, yang kemudian merambat dengan kecepatan komunikasi elektronik. Retakan 2011 bermula di kedalaman sekitar 30 km; Tokyo berjarak sekitar 376 km dari episentrum dan ujung Semenanjung Oshika sekitar 76 km.

SoalMisalkan peringatan dikirim 30 detik setelah retakan bermula. Perkirakan berapa lama waktu yang dimiliki Tokyo sebelum gelombang S pertama tiba. Lalu perkirakan jari-jari “zona buta”, yaitu area tempat gelombang S tiba sebelum peringatan, dan tentukan apakah Semenanjung Oshika berada di dalamnya. Mengapa guncangan terkuat pada gempa besar bisa tiba lebih lambat daripada yang ditunjukkan perhitungan sederhana ini?

Pembahasan

Waktu tempuh gelombang S ke Tokyo ≈ 376 km ÷ 3,5 hingga 4 km/s ≈ 94 hingga 107 s, sehingga waktu peringatannya sekitar 64 hingga 77 s, kira-kira satu menit, seperti dalam episode. Dalam 30 s, gelombang S menempuh sekitar 105 hingga 120 km dari hiposentrum; pada kedalaman 30 km, jarak itu mencapai permukaan hingga √(105² − 30²) ≈ 100 km sampai √(120² − 30²) ≈ 116 km dari episentrum. Semenanjung Oshika, sekitar 82 km dari hiposentrum, merasakan gelombang S hanya setelah sekitar 20 hingga 23 s, sebelum peringatan seperti itu dikirim. Pada gempa besar, retakan itu sendiri terus membesar selama beberapa menit dan memancarkan gelombang kuat dari bagian-bagian sesar yang patah belakangan dan letaknya lebih dekat ke kota-kota yang jauh, sehingga waktu peringatan yang sebenarnya bergantung pada keseluruhan retakan, bukan hanya pada titik awalnya.

Anggaran regangan dan perulangan tsunami seperti Jōgan

Lempeng Pasifik bergerak mendekati Jepang bagian utara sekitar 83 mm per tahun (USGS). Minoura dan rekan-rekannya (2001) menemukan tiga lapisan pasir tsunami di dataran Sendai dan memperkirakan bahwa tsunami terbesar terjadi sekitar setiap 1.000 tahun; Sawai dan rekan-rekannya (2012), dengan menggunakan umur radiokarbon dari banyak lokasi, mengusulkan selang 500 hingga 800 tahun. Cara sederhana untuk mengubah selang perulangan T menjadi peluang adalah dengan menganggap peristiwa terjadi secara acak: P = 1 − exp(−t/T) untuk rentang waktu t tahun.

SoalBerapa tahun pergerakan lempeng yang diwakili oleh pergeseran 50 m? Bagaimana dengan pergeseran rata-rata sekitar 20 m? Berapa banyak pergerakan lempeng yang terkumpul antara 869 dan 2011? Lalu hitung peluang terjadinya tsunami seperti Jōgan dalam 30 tahun dan dalam 50 tahun untuk T = 1.000 tahun dan T = 500 tahun. Apa makna angka-angka ini bagi perancangan pembangkit atau kota pesisir terhadap peristiwa “sekali dalam seribu tahun”?

Pembahasan

50 m ÷ 0.083 m/yr ≈ 600 tahun; 20 m ÷ 0.083 m/yr ≈ 240 tahun. Dari 869 hingga 2011 (1.142 tahun), terkumpul sekitar 95 m pergerakan, lebih besar daripada pergeseran pada 2011, sehingga tidak semua pergerakan tersimpan sebagai regangan pada bagian yang terkunci: sebagian dilepaskan oleh pergeseran lambat yang senyap dan oleh banyak gempa yang lebih kecil di batas lempeng ini. Ozawa dan rekan-rekannya (2011) menunjukkan sisi lain dari anggaran itu: sebelum 2011, GPS menunjukkan regangan menumpuk di lepas pantai Tōhoku jauh lebih cepat daripada rata-rata pelepasannya oleh gempa-gempa sebelumnya di batas lempeng itu, yang memunculkan pertanyaan bagaimana regangan itu pada akhirnya akan dilepaskan. Peluang: untuk T = 1.000 tahun, 1 − exp(−0.03) ≈ 3% dalam 30 tahun dan 1 − exp(−0.05) ≈ 5% dalam 50 tahun; untuk T = 500 tahun, sekitar 6% dan 10%. Beberapa persen selama masa pakai sebuah pembangkit listrik atau sebuah kota jauh dari dapat diabaikan ketika akibatnya katastrofik, itulah sebabnya peristiwa langka perlu menjadi bagian dari perancangan, bukan dikesampingkan.

Apakah gempa itu benar-benar mengubah panjang hari?

Tanpa torsi dari luar, momentum sudut Bumi L = I·ω kekal, dengan I adalah momen inersia dan ω laju rotasi. Jika gempa memindahkan massa sedikit lebih dekat ke sumbu, I berkurang, ω bertambah, dan hari T = 2π/ω menjadi lebih pendek: ΔT/T = ΔI/I. Richard Gross dari NASA menghitung bahwa gempa 2011 memperpendek hari sekitar 1,8 mikrodetik. Dalam jangka panjang, gesekan pasang surut dari Bulan memperpanjang hari; pengukuran dari gerhana-gerhana kuno menunjukkan pertambahan rata-rata sekitar 1,8 milidetik per abad (Stephenson dan rekan-rekannya, 2016).

SoalHitung perubahan relatif momen inersia Bumi yang tersirat dari hari yang lebih pendek 1,8 µs. Berapa hari tren pemanjangan jangka panjang yang dibutuhkan untuk menghapusnya? Jika perubahan itu permanen, berapa banyak jam yang berdasarkan rotasi Bumi akan lebih cepat dibandingkan jam atom dalam satu tahun?

Pembahasan

ΔI/I = ΔT/T = −1.8 × 10−6 s ÷ 86.400 s ≈ −2.1 × 10−11. Tren 1,8 ms per abad sama dengan 1.8 × 10−3 s ÷ 36.525 hari ≈ 4.9 × 10−8 s per hari per hari, sehingga tren itu akan menghapus perubahan tersebut dalam sekitar 1.8 × 10−6 ÷ 4.9 × 10−8 ≈ 37 hari. Dalam setahun, 365 × 1,8 µs ≈ 0,66 ms. Efeknya nyata tetapi sangat kecil, jauh lebih kecil daripada fluktuasi alami panjang hari yang disebabkan oleh angin, arus laut, dan inti Bumi, itulah sebabnya efek itu dihitung, bukan diukur.

Keselarasan dengan standar

Next Generation Science Standards (NGSS, Amerika Serikat)

MS-ESS2-2

Menyusun penjelasan berdasarkan bukti tentang bagaimana proses-proses geosains telah mengubah permukaan Bumi pada berbagai skala waktu dan ruang.

Dalam episode ini: Pergerakan lempeng yang lambat, sekitar 8 cm per tahun, dibandingkan pergeseran yang berlangsung beberapa menit, pengangkatan dasar laut, dan amblesan pantai.

MS-ESS3-2

Menganalisis dan menafsirkan data tentang bencana alam untuk memprakirakan peristiwa bencana di masa depan dan mendasari pengembangan teknologi untuk mengurangi dampaknya.

Dalam episode ini: Lapisan pasir tsunami dan perulangannya, peringatan dini, peringatan tsunami, kabel dasar laut, tembok laut, dan prakiraan Palung Nankai.

HS-ESS2-1

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

Dalam episode ini: Model zona subduksi: palung, sesar terkunci, penumpukan regangan, dan pantulan elastis lempeng di atasnya.

HS-ESS3-1

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

Dalam episode ini: Batu Aneyoshi, latihan di Kamaishi, pembangunan kembali pesisir dan tembok laut baru, serta penempatan dan desain Fukushima Daiichi.

HS-PS4-1

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

Dalam episode ini: Kecepatan tsunami c = √(g·d) di air dengan kedalaman berbeda, dan mengapa gelombang melambat, memendek, dan membesar saat mencapai pantai.

Advanced Placement (AP, Amerika Serikat)

Mata kuliah universitas

Geologi fisik

Batas lempeng dan mikrolempeng di sekitar Jepang; zona subduksi dan palung; siklus gempa dan pantulan elastis

Bencana alam

Gempa megathrust; pembangkitan, perambatan, pendangkalan, dan run-up tsunami; paleoseismologi dan endapan tsunami; perulangan dan peluang jangka panjang; sistem peringatan dan evakuasi

Geofisika

Momen seismik dan magnitudo momen; saturasi magnitudo; peringatan dini gempa; geodesi GPS dan perpindahan koseismik; gempa dan rotasi Bumi

Manajemen risiko bencana

Dasar desain dan peristiwa langka dalam rekayasa; komunikasi risiko dan perumusan kata-kata peringatan; latihan komunitas dan ingatan akan bencana masa lalu

Transkrip Narasi dalam bahasa Indonesia, seperti pada subtitel

0:00Momen itu

Pada 11 Maret 2011, pukul 2:46 siang pada hari Jumat, dasar laut 70 kilometer di lepas pantai timur laut Jepang tiba-tiba terlepas.

0:10Tanah berguncang selama beberapa menit, dan di banyak tempat di sepanjang pantai, orang-orang hanya punya waktu kira-kira setengah jam sebelum air laut tiba.

0:18Inilah kisah gempa terkuat yang pernah diukur di Jepang. Kita akan melihat mengapa gempa ini terjadi, mengapa peringatannya sudah berusia 1.000 tahun, dan apa yang diubah Jepang sesudahnya.

0:34Empat lempeng

Untuk memahami hari itu, kita harus mulai dari bawah tanah, karena Jepang terletak di tempat bertemunya empat lempeng tektonik Bumi.

0:41Keempatnya adalah lempeng Pasifik, lempeng Laut Filipina, lempeng Amerika Utara, dan lempeng Eurasia. Masing-masing adalah lempengan batuan setebal sekitar 100 kilometer, yang bergerak perlahan di permukaan planet.

0:54Tidak satu pun dari lempeng itu pernah berhenti bergerak. Lempeng Pasifik merayap ke arah Jepang sekitar 8 sentimeter per tahun, kira-kira dua kali lebih cepat daripada pertumbuhan kuku Anda.

1:05Di lepas pantai timur laut, lempeng Pasifik bertemu Jepang bagian utara di Palung Jepang, sebuah celah di dasar laut sedalam sekitar 8 kilometer.

1:14Di palung itu, lempeng Pasifik melengkung dan menukik ke bawah Jepang, perlahan tenggelam ke dalam mantel panas di bawahnya.

1:22Namun, lempeng itu tidak bergeser dengan mulus. Di tempat kedua lempeng bersentuhan, keduanya saling mengunci, sehingga dari tahun ke tahun tepi Jepang tertarik ke bawah dan tertekan, seperti pegas yang diputar makin lama makin kencang.

1:34Akhirnya, regangan itu mengalahkan gesekan. Dalam beberapa menit, sesar itu bergeser, tepi lempeng yang tertekan melenting kembali, dan dasar laut tersentak ke atas, mengangkat seluruh lautan di atasnya.

1:47Proses itulah yang menjelaskan mengapa Jepang mengalami sekitar satu dari lima gempa kuat di dunia, dan mengapa negara itu memiliki lebih dari 100 gunung api aktif.

2:00Peringatan dari masa lalu

Jepang memiliki catatan tertulis tentang gempa bumi sejak lebih dari 1.000 tahun lalu, dan salah satunya menggambarkan suatu malam pada tahun 869.

2:09Malam itu, gempa besar mengguncang dekat wilayah yang kini menjadi kota Sendai, dan air laut menerjang jauh ke daratan melintasi dataran pantai. Sekitar 1.000 orang tewas tenggelam.

2:19Mulai sekitar tahun 1990, para ahli geologi yang menggali di dataran yang sama menemukan jejak khas tsunami itu. Jejak itu berupa lapisan pasir laut, berkilo-kilometer dari pantai, dengan lapisan pasir yang lebih tua di bawahnya, yang ditinggalkan oleh gelombang raksasa yang lebih awal lagi.

2:35Bukti itu menunjukkan bahwa tsunami raksasa telah melanda pantai ini berulang kali, dengan selang waktu berabad-abad. Prakiraan resmi memang memperkirakan akan ada gempa besar di sini, tetapi yang diperkirakan sekitar magnitudo 8, bukan sembilan.

2:49Lebih jauh ke utara, di pantai Sanriku yang terjal, ingatan akan bencana masih lebih baru. Pada 1896, sebuah tsunami naik hingga setinggi 38 meter di sana, dan menewaskan sekitar 22.000 orang.

3:02Pada 1933, tsunami lain menewaskan sekitar 3.000 orang lagi. Sesudahnya, penduduk sebuah desa kecil bernama Aneyoshi mengukir peringatan pada sebuah batu.

3:12Tulisannya berbunyi: Jangan bangun rumah Anda di bawah titik ini.

3:19Pukul 2:46 siang

Pada 11 Maret 2011, pukul 2:46 siang, sesar itu akhirnya terlepas. Retakan bermula sekitar 70 kilometer di lepas Semenanjung Oshika, kira-kira 30 kilometer di bawah permukaan.

3:32Dari sana, retakan merobek sepanjang palung sejauh kira-kira 400 kilometer, dan di beberapa tempat kedua lempeng bergeser hingga 50 meter satu sama lain.

3:41Sistem peringatan dini gempa Jepang menjalankan tugas utamanya. Sensornya mendeteksi gelombang pertama yang lebih cepat, dan peringatan dikirimkan sebelum guncangan terkuat tiba.

3:53Tokyo, sekitar 370 kilometer jauhnya, menerima peringatan itu sekitar satu menit lebih awal, meskipun peringatan itu sangat meremehkan kuatnya guncangan di sana.

4:02Tiga menit setelah gempa, badan meteorologi Jepang mengeluarkan peringatan tsunami tingkat tertinggi. Namun, perkiraan pertama kekuatan gempa jauh terlalu kecil, yaitu magnitudo 7,9, sehingga prakiraan gelombang pertama juga terlalu rendah, yaitu 3 hingga 6 meter.

4:21Kemudian sensor di laut lepas mendeteksi gelombang yang sebenarnya, dan peringatan dinaikkan menjadi lebih dari 10 meter. Magnitudo akhirnya adalah 9 menurut perhitungan Jepang, dan 9,1 menurut U.S. Geological Survey.

4:38Gelombang

Di laut dalam, tsunami bergerak hampir secepat pesawat jet, sekitar 800 kilometer per jam, meskipun tingginya mungkin hanya sekitar satu meter.

4:50Saat air makin dangkal di dekat pantai, gelombang melambat, dan karena air di belakangnya terus berdatangan, gelombang itu tidak punya jalan lain selain naik.

4:59Tsunami ini menyebar ke segala arah, melintasi seluruh Pasifik.

5:04Di dekat Miyako, air naik di lereng bukit hingga 40 meter di atas permukaan laut, dan tembok laut yang dibangun untuk tsunami-tsunami sebelumnya begitu saja terlampaui.

5:14Kapal-kapal terseret jauh ke daratan. Feri di Miyako ini tertinggal terdampar di antara rumah-rumah.

5:21Di dataran Sendai, tanah yang sama yang pernah terendam pada 869, laut menyapu Bandara Sendai dan terus melaju berkilo-kilometer ke daratan.

5:30Secara keseluruhan, lebih dari 500 kilometer persegi wilayah Jepang terendam air, dan seluruh kota nelayan di sepanjang pantai hancur.

5:39Di Aneyoshi, gelombang berhenti sekitar 90 meter di bawah batu tua itu, di lereng bukit. Setiap rumah di desa itu dibangun di atasnya, dan semuanya selamat.

5:49Di pembangkit listrik tenaga nuklir Fukushima Daiichi, gelombang setinggi sekitar 14 meter membanjiri lokasi yang dirancang untuk sekitar enam meter. Pembangkit itu kehilangan daya listrik, tiga reaktor meleleh, dan peristiwa itu menjadi kecelakaan nuklir terburuk sejak Chernobyl.

6:04Sementara itu, tsunami terus bergerak. Tsunami itu mencapai Hawaii sekitar tujuh jam kemudian dan Kalifornia sekitar sepuluh jam kemudian, menghancurkan perahu-perahu di pelabuhan, dan sekitar sehari setelah gempa, tsunami itu mencapai Cile.

6:16Dampaknya

Lebih dari 18.000 orang tewas atau tidak pernah ditemukan, sebagian besar karena tenggelam, dan lebih dari 120.000 bangunan hancur.

6:25Bank Dunia memperkirakan kerugiannya mencapai hingga 235 miliar dolar, yang pada saat itu menjadikannya bencana alam termahal yang pernah tercatat.

6:36Gempa itu bahkan mengubah bentuk daratan itu sendiri. Semenanjung Oshika bergeser lebih dari 5 meter ke arah laut, dan amblas lebih dari satu meter.

6:46Gempa itu juga memindahkan begitu banyak massa Bumi sehingga, menurut salah satu perhitungan NASA, planet ini kini berputar sedikit lebih cepat. Setiap hari menjadi lebih pendek sekitar 1,8 mikrodetik, terlalu kecil untuk disadari siapa pun.

7:01Ada pula kisah-kisah tentang keselamatan. Di kota Kamaishi, anak-anak sekolah telah bertahun-tahun melatih satu aturan sederhana: setelah gempa besar, segera lari ke tempat tinggi, dan jangan menunggu siapa pun.

7:14Hampir seluruh siswa di kota itu, yang berjumlah hampir 3.000 orang, selamat.

7:22Apa yang diubah Jepang

Jepang membangun kembali sistem peringatan tsunaminya. Kini, ketika sebuah gempa terlalu besar untuk diukur dengan cepat, peringatan pertama tidak lagi menebak-nebak angkanya. Peringatan itu cukup memberi tahu orang-orang bahwa tsunaminya akan sangat besar.

7:35Di sepanjang palung Jepang dan Kuril, 150 stasiun dasar laut kini memantau gempa dan tsunami, terhubung ke daratan oleh kabel sepanjang sekitar 5.500 kilometer.

7:47Lebih dari 400 kilometer tembok laut baru kini berjajar di sepanjang pantai, dan sebagian di antaranya lebih tinggi dari 12 meter.

7:57Masih bergerak

Lempeng-lempeng itu belum berhenti bergerak. Dalam setahun biasa, Jepang merasakan sekitar 2.000 gempa, atau lima hingga enam setiap hari. Sebagian besar begitu lemah sehingga hanya orang yang sedang duduk diam di dalam ruangan yang menyadarinya, tetapi masing-masing adalah tanda dari lempeng-lempeng yang sama, yang masih terus bergerak.

8:13Para ilmuwan juga mengawasi sesar lain, Palung Nankai, di lepas pantai barat daya Jepang. Pada 2025, pemerintah Jepang memperkirakan peluang terjadinya gempa besar di sana dalam 30 tahun. Menurut satu metode, peluangnya 60 hingga 90% atau lebih; menurut metode lain, 20 hingga 50%.

8:32Jadi, ada tiga hal yang perlu diingat. Pertama, gempa 2011 berasal dari lempeng Pasifik yang bergeser hingga 50 meter di bawah Jepang bagian utara, di Palung Jepang. Hal itu menjadikannya gempa bermagnitudo 9, yang terkuat yang pernah diukur di Jepang. Kedua, tsunamilah yang paling banyak menimbulkan kerusakan: gelombangnya naik hingga 40 meter, dan lebih dari 18.000 orang tewas atau tidak pernah ditemukan. Dan ketiga, peringatannya sudah ada, dalam banjir tahun 869, dan pada batu-batu seperti yang ada di Aneyoshi.

9:05Batu di Aneyoshi masih berdiri, dan pesannya adalah pelajaran dari seluruh kisah ini. Bumi memiliki kalendernya sendiri, dan ia mengingat apa yang kita lupakan. Terima kasih telah menonton Earth Explained. Berlangganan untuk kisah berikutnya, dan saksikan planet ini secara langsung, kapan saja, di EarthWatch 24-7.

Sumber

  1. U.S. Geological Survey. M 9.1 – 2011 Great Tohoku Earthquake, Japan. Earthquake Hazards Program event page, with tectonic summary. earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/official20110311054624120_30/executiveDigunakan untuk: Magnitudo 9,1, lokasi dan kedalaman, gerakan lempeng 83 mm per tahun, ukuran retakan dan pergeseran
  2. 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 pertama pukul 14:49 (M7.9, 3 hingga 6 m), kenaikan menjadi lebih dari 10 m, magnitudo akhir 9,0, dan peringatan “sangat besar” sejak 2013
  3. National Police Agency of Japan. (2021). Police countermeasures and damage situation associated with 2011 Tohoku district – off the Pacific Ocean Earthquake (March 10, 2021). www.npa.go.jp/news/other/earthquake2011/pdf/higaijokyo_e.pdfDigunakan untuk: Korban tewas, orang hilang, dan bangunan yang hancur
  4. Ozawa, S., Nishimura, T., Suito, H., Kobayashi, T., Tobita, M., & Imakiire, T. (2011). Coseismic and postseismic slip of the 2011 magnitude-9 Tohoku-Oki earthquake. Nature, 475, 373–376. doi.org/10.1038/nature10227Digunakan untuk: Pengukuran GPS (GEONET) tentang seberapa jauh daratan bergeser, dan pergeseran pada sesar sepanjang sekitar 400 km di sepanjang palung
  5. The 2011 Tohoku Earthquake Tsunami Joint Survey Group. 現地調査結果 (Field survey results). In Japanese. coastal.jp/ttjt/index.php?%E7%8F%BE%E5%9C%B0%E8%AA%BF%E6%9F%BB%E7%B5%90%E6%9E%9CDigunakan untuk: Ketinggian tsunami dan run-up sekitar 40 m
  6. Minoura, K., Imamura, F., Sugawara, D., Kono, Y., & Iwashita, T. (2001). The 869 Jōgan tsunami deposit and recurrence interval of large-scale tsunami on the Pacific coast of northeast Japan. Journal of Natural Disaster Science, 23(2), 83–88. www.jsnds.org/jnds/23_2_3.pdfDigunakan untuk: Tsunami Jōgan, pasirnya sekitar 3 hingga 4 km di daratan, sekitar 1.000 korban jiwa, dan perulangan sekitar 1.000 tahun
  7. Sawai, Y., Namegaya, Y., Okamura, Y., Satake, K., & Shishikura, M. (2012). Challenges of anticipating the 2011 Tohoku earthquake and tsunami using coastal geology. Geophysical Research Letters, 39, L21309. doi.org/10.1029/2012GL053692Digunakan untuk: Endapan Jōgan di sepanjang pantai, perulangannya, dan mengapa bukti itu tidak mengantisipasi magnitudo 9
  8. Fackler, M. (2011, April 20). Tsunami warnings, written in stone. The New York Times (reprinted by NBC News). www.nbcnews.com/id/wbna42688590Digunakan untuk: Batu Aneyoshi dan tempat gelombang 2011 berhenti
  9. International Atomic Energy Agency. (2015). The Fukushima Daiichi Accident: Report by the Director General. IAEA, Vienna. www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1710-ReportByTheDG-Web.pdfDigunakan untuk: Gelombang setinggi 14 hingga 15 m, asumsi desain pembangkit, serta hilangnya daya listrik dan pendinginan
  10. NASA Jet Propulsion Laboratory. (2011, March 14). Japan quake may have shortened Earth days, moved axis. News release (Richard Gross), as reprinted by Geology.com. geology.com/nasa/japan-earthquakeDigunakan untuk: Perubahan panjang hari sebesar 1,8 mikrodetik dan pergeseran sumbu figur sebesar 17 cm
  11. Stephenson, F. R., Morrison, L. V., & Hohenkerk, C. Y. (2016). Measurement of the Earth's rotation: 720 BC to AD 2015. Proceedings of the Royal Society A, 472, 20160404. doi.org/10.1098/rspa.2016.0404Digunakan untuk: Pemanjangan hari dalam jangka panjang, sekitar 1,8 ms per abad
  12. Japan Science and Technology Agency. Educational activities for disaster prevention backed by scientific evidence behind a 'miracle' (Toshitaka Katada, Kamaishi). www.jst.go.jp/EN/achievements/research/toshitaka_katada2016.htmlDigunakan untuk: Kamaishi: 99,8% dari sekitar 3.000 siswa selamat
  13. Cabinet Office, Government of Japan. (2013). 平成25年版 防災白書 (White Paper on Disaster Management 2013), Part 1, Introduction. In Japanese. www.bousai.go.jp/kaigirep/hakusho/h25/honbun/1b_0s_01_00.htmDigunakan untuk: Sekitar 20% gempa bermagnitudo 6 atau lebih di dunia terjadi di sekitar Jepang
  14. Headquarters for Earthquake Research Promotion, Earthquake Research Committee. (2025). 南海トラフの地震活動の長期評価（第二版一部改訂） (Long-term evaluation of the Nankai Trough, second edition, partial revision). In Japanese. jishin.go.jp/evaluation/long_term_evaluation/subduction_fault/summary_nankaiDigunakan untuk: Peluang 30 tahun sebesar 60–90% atau lebih dan 20–50%

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). Hari ketika Jepang bergeser: Gempa dan tsunami Tōhoku 2011, dijelaskan mulai dari lempengnya [Pelajaran video]. Earth Explained, episode 1. https://earthwatch247.com/learn/japan-2011/id/

Kunci jawaban

  1. C. Inilah subduksi: lempeng Pasifik, yang bergerak ke arah Jepang sekitar 8 cm per tahun, melengkung turun di Palung Jepang dan tenggelam di bawah Jepang.
  2. A. Lempeng-lempeng terus bergerak saling mendekat, tetapi kontak yang terkunci menyeret dan menekan tepi Jepang seperti pegas yang diputar. Ketika regangan mengalahkan gesekan, sesar bergeser dan tepi yang tertekan melenting kembali.
  3. D. Catatan sejarah Jepang menggambarkan tsunami tahun 869, dan para ahli geologi yang menggali sejak sekitar 1990 menemukan pasirnya jauh di daratan, dengan lapisan pasir yang lebih tua di bawahnya dari gelombang raksasa yang lebih awal lagi.
  4. B. Metode magnitudo cepat meremehkan gempa yang sangat besar, sehingga perkiraan pertama adalah 7,9, bukan 9,0. Setelah sensor di laut mendeteksi gelombang yang sebenarnya, peringatan dinaikkan menjadi lebih dari 10 meter.
  5. A. Kecepatan tsunami bergantung pada kedalaman air. Ketika bagian depannya melambat di perairan dangkal, air di belakangnya menyusul dan tidak punya jalan lain selain naik.
  6. C. Banjir itu memutus pasokan listrik pembangkit, sebuah pemadaman total (station blackout), sehingga reaktor tidak dapat didinginkan. Peristiwa itu menjadi kecelakaan nuklir terburuk sejak Chernobyl.
  7. B. Sesar yang terkunci telah menyeret pantai ke arah darat dan ke bawah; ketika sesar bergeser, lempeng di atasnya melenting kembali ke arah palung, dan pantai di dekat retakan amblas.
  8. D. Aturannya sederhana dan dilatih selama bertahun-tahun: setelah gempa besar, segera lari ke tempat tinggi dan jangan menunggu. Sekitar 99,8% siswa di kota itu selamat.
  9. C. Jepang mengubah sistem peringatannya agar angka pertama yang terlalu rendah tidak lagi membuat orang merasa aman. Angka ditambahkan setelah kekuatan gempa diketahui.
  10. A. Peluang bukanlah tanggal atau kepastian. Kedua nilai itu tinggi untuk rentang 30 tahun, dan pemerintah meminta masyarakat dan pemerintah daerah bersiap dengan mengacu pada angka yang lebih tinggi.

Jawaban tertulis

  1. Lempeng Pasifik bergerak mendekati Jepang sekitar 8 cm per tahun dan menunjam di Palung Jepang. Di tempat kedua lempeng bersentuhan, sesar terkunci, sehingga tepi Jepang tertarik ke bawah dan tertekan, dan regangan elastis menumpuk. Pada 2011, regangan itu mengalahkan gesekan: sesar bergeser hingga sekitar 50 m pada zona sepanjang sekitar 400 km, tepi yang tertekan melenting kembali, dan dasar laut tersentak ke atas, mengangkat seluruh kolom air di atasnya. Gravitasi menarik air yang terangkat itu kembali turun, mengirimkan gelombang ke segala arah. Di laut dalam, gelombang itu bergerak sekitar 800 km/jam dengan tinggi hanya kira-kira satu meter; di perairan dangkal dekat pantai, gelombang melambat dan membesar, mencapai pantai terdekat dalam kira-kira setengah jam dan naik hingga sekitar 40 m di beberapa tempat. Melintasi Pasifik yang terbuka, gelombang itu mencapai Hawaii dalam sekitar 7 jam dan Cile dalam sekitar satu hari.
  2. Seismograf baru merekam gempa di Jepang selama sekitar satu abad, jauh lebih singkat daripada selang waktu antara peristiwa-peristiwa terbesar. Catatan sejarah Jepang menggambarkan tsunami tahun 869 yang membanjiri dataran Sendai dan menenggelamkan sekitar 1.000 orang. Sejak sekitar 1990, para ahli geologi menemukan pasirnya, yang terbawa dari laut, berkilo-kilometer di daratan, dengan lapisan pasir yang lebih tua di bawahnya, yang menunjukkan bahwa tsunami raksasa telah melanda berulang kali dengan selang berabad-abad. Namun prakiraan resmi sebagian besar disusun berdasarkan gempa-gempa baru yang lebih dikenal dan memperkirakan peristiwa sekitar magnitudo 8. Kajian geologi masih memperkirakan seberapa besar gempa Jōgan itu, dan pelajaran lengkapnya, yaitu bahwa bagian sesar yang jauh lebih besar dapat patah sekaligus, belum dimasukkan ke dalam rencana penanggulangan bahaya ketika gempa bermagnitudo 9 itu terjadi.
  3. Batu Aneyoshi berhasil karena aturannya tidak bergantung pada prediksi besarnya gelombang berikutnya: setiap rumah dibangun di atasnya, dan gelombang 2011 berhenti sekitar 90 m di bawahnya di lereng bukit. Latihan di Kamaishi berhasil karena aturan yang sederhana dan terlatih, yaitu segera lari ke tempat tinggi dan jangan menunggu, tidak bergantung pada peringatan atau perkiraan; sekitar 99,8% siswa di kota itu selamat. Tembok laut yang dibangun untuk tsunami-tsunami sebelumnya, dan lokasi Fukushima Daiichi yang dirancang untuk gelombang sekitar 6 m, gagal karena direkayasa untuk ketinggian rancangan yang tetap, yang terlampaui oleh tsunami 2011, sekitar 14 m di pembangkit itu. Pelajarannya, pertahanan yang ukurannya disesuaikan dengan peristiwa masa lalu bisa terlampaui, sedangkan aturan yang memindahkan orang ke luar jangkauan air tetap berhasil berapa pun besarnya gelombang; rencana terbaik menggunakan keduanya.

Pendalaman

  1. Seberapa cepat tsunami melintasi Pasifik, dan mengapa ia membesar?: c = √(9.81 × 5000) ≈ 221 m/s ≈ 800 km/jam, kecepatan yang disebut dalam episode. 5.960 km ÷ 800 km/jam ≈ 7,5 jam, mendekati waktu tiba yang teramati, sekitar tujuh jam (gelombang yang sebenarnya mengikuti dasar laut yang nyata, yang sebagian lebih dalam dari 5.000 m). Pembesaran: ⁴√(4000 ÷ 10) = ⁴√400 ≈ 4,5, sehingga gelombang 1 m menjadi setinggi sekitar 4,5 m, bergerak dengan kecepatan √(9.81 × 10) ≈ 10 m/s, atau sekitar 36 km/jam, lebih cepat daripada lari kebanyakan orang. Run-up adalah ketinggian yang didaki air di daratan, bukan tinggi gelombang di lepas pantai: di pantai Sanriku, teluk-teluk sempit berbentuk V menyalurkan aliran air dan air yang bergerak membawa momentumnya mendaki lereng, sehingga run-up di sana mencapai sekitar 40 m.
  2. Magnitudo, energi, dan pergeseran: 101.5 × 1.2 = 101.8 ≈ 63 kali lebih banyak energi daripada perkiraan pertama, itulah sebabnya prakiraan tsunami pertama begitu rendah. 101.5 × 0.1 = 100.15 ≈ 1,4: nilai kedua badan itu berbeda sekitar 40% dalam hal energi, kecil dibandingkan kesalahan pertama. Untuk Mw 9.0, M₀ = 1022.6 ≈ 4.0 × 1022 N·m, sehingga D = 4.0 × 1022 ÷ (4 × 1010 × 4 × 105 m × 1.5 × 105 m) ≈ 17 m; untuk Mw 9.1, M₀ ≈ 5.6 × 1022 N·m dan D ≈ 23 m. Pergeseran rata-rata kira-kira 17 hingga 23 m itu kurang dari separuh puncak 50 hingga 60 m, yang terpusat di dekat palung, tempat pergeseran itu paling banyak mengangkat dasar laut dan memicu tsunami terbesar.
  3. Seberapa lama peringatan yang bisa diberikan peringatan dini?: Waktu tempuh gelombang S ke Tokyo ≈ 376 km ÷ 3,5 hingga 4 km/s ≈ 94 hingga 107 s, sehingga waktu peringatannya sekitar 64 hingga 77 s, kira-kira satu menit, seperti dalam episode. Dalam 30 s, gelombang S menempuh sekitar 105 hingga 120 km dari hiposentrum; pada kedalaman 30 km, jarak itu mencapai permukaan hingga √(105² − 30²) ≈ 100 km sampai √(120² − 30²) ≈ 116 km dari episentrum. Semenanjung Oshika, sekitar 82 km dari hiposentrum, merasakan gelombang S hanya setelah sekitar 20 hingga 23 s, sebelum peringatan seperti itu dikirim. Pada gempa besar, retakan itu sendiri terus membesar selama beberapa menit dan memancarkan gelombang kuat dari bagian-bagian sesar yang patah belakangan dan letaknya lebih dekat ke kota-kota yang jauh, sehingga waktu peringatan yang sebenarnya bergantung pada keseluruhan retakan, bukan hanya pada titik awalnya.
  4. Anggaran regangan dan perulangan tsunami seperti Jōgan: 50 m ÷ 0.083 m/yr ≈ 600 tahun; 20 m ÷ 0.083 m/yr ≈ 240 tahun. Dari 869 hingga 2011 (1.142 tahun), terkumpul sekitar 95 m pergerakan, lebih besar daripada pergeseran pada 2011, sehingga tidak semua pergerakan tersimpan sebagai regangan pada bagian yang terkunci: sebagian dilepaskan oleh pergeseran lambat yang senyap dan oleh banyak gempa yang lebih kecil di batas lempeng ini. Ozawa dan rekan-rekannya (2011) menunjukkan sisi lain dari anggaran itu: sebelum 2011, GPS menunjukkan regangan menumpuk di lepas pantai Tōhoku jauh lebih cepat daripada rata-rata pelepasannya oleh gempa-gempa sebelumnya di batas lempeng itu, yang memunculkan pertanyaan bagaimana regangan itu pada akhirnya akan dilepaskan. Peluang: untuk T = 1.000 tahun, 1 − exp(−0.03) ≈ 3% dalam 30 tahun dan 1 − exp(−0.05) ≈ 5% dalam 50 tahun; untuk T = 500 tahun, sekitar 6% dan 10%. Beberapa persen selama masa pakai sebuah pembangkit listrik atau sebuah kota jauh dari dapat diabaikan ketika akibatnya katastrofik, itulah sebabnya peristiwa langka perlu menjadi bagian dari perancangan, bukan dikesampingkan.
  5. Apakah gempa itu benar-benar mengubah panjang hari?: ΔI/I = ΔT/T = −1.8 × 10−6 s ÷ 86.400 s ≈ −2.1 × 10−11. Tren 1,8 ms per abad sama dengan 1.8 × 10−3 s ÷ 36.525 hari ≈ 4.9 × 10−8 s per hari per hari, sehingga tren itu akan menghapus perubahan tersebut dalam sekitar 1.8 × 10−6 ÷ 4.9 × 10−8 ≈ 37 hari. Dalam setahun, 365 × 1,8 µs ≈ 0,66 ms. Efeknya nyata tetapi sangat kecil, jauh lebih kecil daripada fluktuasi alami panjang hari yang disebabkan oleh angin, arus laut, dan inti Bumi, itulah sebabnya efek itu dihitung, bukan diukur.