Jenis-jenis Gelombang Seismik

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.   Latar belakang

Bumi terdiri atas lapisan padat (kerak) di bagian luar dan cairan (magma) di lapisan bagian dalam. Di lapisan lebih dalam lagi, para ilmuwan memperkirakan inti bumi terdiri atas nikel dan besi padat.

Tingginya temperatur dan besarnya tekanan di bagian dalam bumi tidak memungkinkan untuk di lakukannya pengamatan langsung. Para ilmuwan menggunakan metode tidak langsung dan menggunakan gelombang seismik (gelombang gempa) untuk memperkirakan struktur internal bumi kita. Analisis struktur internal bumi kita tersebut di mungkinkan karena gempa menghasilkan vibrasi (getaran) yang kemudian di sebut gelombang seismik. Gelombang-gelombang seismik tersebut merambat di dalam bumi dan dapat di ukur menggunakan detektor sensitif yang di sebut seismograf. Hasil deteksi oleh seismograf disebut seismogram. Para ilmuwan memasang seismograf di seluruh belahan bumi untuk mengamati pergerakkan lempeng kerak bumi.

Gelombang seismik di kelompokkan menjadi 2 jenis, body waves (gelombang tubuh) dan surface waves (gelombang permukaan). Gelombang tubuh mencakup gelombang tekanan atau gelombang primer P (pressure waves atau primary waves) dan gelombang S (shear waves). Gelombang S dan gelombang P inilah yang di gunakan untuk menentukan struktur internal bumi kita. Sebenarnya ada beberapa jenis gelombang seismik yang lain, tetapi hanya berhubungan dengan kerusakan di permukaan bumi, hanya merambat di kerak bumi, tidak di selurauh bagian bumi.

1.2.   Tujuan

Tujuan pada makalah ini adalah sebagai berikut :

1.      Pegertian gelombang seismic

2.      Jenis – jenis gelombang seismic

3.      Karakteristik gelombang seismic

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

A.    Pegertian  gelombang Seimik

Gelombang seismik adalah rambatan energi yang disebabkan karena adanya gangguan di dalam kerak bumi, misalnya adanya patahan atau adanya ledakan. Energi ini akan merambat ke seluruh bagian bumi dan dapat terekam oleh seismometer. Gelombang seismik merupakan gelombang mekanis yang muncul akibat adanya gempa bumi.Sedangkan gelombang secara umum adalah fenomena perambatan gangguan (usikan) dalam medium sekitarnya. Gangguan ini mula-mula terjadi secara lokal yang menyebabkan terjadinya osilasi (pergeseran) kedudukan partikel-partikel medium, osilasi tekanan maupun osilasi rapat massa. Karena gangguan merambat dari suatu tempat ke tempat lain, berarti ada transportasi energi.

Gelombang seismik disebut juga gelombang elastik karena osilasi partikel-partikel medium terjadi akibat interaksi antara gaya gangguan (gradien stress) malawan gaya-gaya elastik. Dari interaksi ini muncul gelombang longitudinal, gelombang transversal dan kombinasi diantara keduanya.Apabila medium hanya memunculkan gelombang longitudinal saja (misalnya di dalam fluida) maka dalam kondisi ini gelombang seismik sering dianggap sabagai gelombang akustik.

Energi ini akan merambat ke seluruh bagian bumi dan dapat terekam oleh seismometer. Efek yang ditimbulkan oleh adanya gelombang seismik adalah adanya gangguan alami seperti pergerakan lempeng (tektonik), bergeraknya patahan, aktivitas gunung api (vulkanik), dan sebagainya. Fenomena tersebut kita kenal sebagai fenomena gempa bumi. Ketika gempa bumi terjadi, maka gelombang akan diteruskan melalui materi disekelilingnya berupa rambatan getaran dalam bentuk gelombang

B.      Konsep Gelombang Seismik

Gangguan ini mula-mula terjadi secara lokal yang menyebabkan terjadinya osilasi (pergeseran) kedudukan partikel-partikel medium, osilasi tekanan maupun osilasi rapat massa. Karena gangguan merambat dari suatu tempat ke tempat lain, berarti ada transportasi energi.

Gelombang seismik disebut juga gelombang elastik karena osilasi partikel-partikel medium terjadi akibat interaksi antara gaya gangguan (gradien stress) malawan gaya-gaya elastik. Dari interaksi ini muncul gelombang longitudinal, gelombang transversal dan kombinasi diantara keduanya. Apabila medium hanya memunculkan gelombang longitudinal saja (misalnya di dalam fluida) maka dalam kondisi ini gelombang seismik sering dianggap sebagai gelombang akustik.

Dalam eksplorasi minyak dan gas bumi, seismik refleksi lebih lazim digunakan daripada seismik refraksi. Hal tersebut disebabkan karena siesmik refleksi mempunyai kelebihan dapat memberikan informasi yang lebih lengkap dan baik mengenai keadaan struktur bawah permukaan.

Penyelidikan seismik dilakukan dengan cara membuat getaran dari suatu sumber getar. Getaran tersebut akan merambat ke segala arah di bawah permukaan sebagai gelombang getar. Gelombang yang datang mengenai lapisan-lapisan batuan akan mengalami pemantulan, pembiasan, dan penyerapan. Respon batuan terhadap gelombang yang datang akan berbeda-beda tergantung sifat fisik batuan yang meliputi densitas, porositas, umur batuan, kepadatan, dan kedalama batuan. Galombang yang dipantulkan akan ditangkap oleh geophone di permukaan dan diteruskan ke instrument untuk direkam. Hasil rekaman akan mendapatkan penampang seismik.

C.     Sumber Gelombang Seismik

Sumber gelombang seismik pada mulanya berasal dari gempa bumi alam yang dapat berupa gempa vulkanik maupun gempa tektonik, akan tetapi dalam seismik eksplorasi sumber gelombang yang digunakan adalah gelombang seismik buatan. Ada beberapa macam sumber gelombang seismik buatan seperti dinamit, benda jatuh, air gun, water gun, vaporchoc, sparker, maupun vibroseis. Sumber gelombang seismik buatan tersebut pada hakekatnya membangkitkan gangguan sesaat dan lokal yang disebut sebagai gradien tegangan (stress).

Gradien tegangan mengakibatkan terganggunya keseimbangan gaya-gaya di dalam medium sehingga terjadi pergeseran titik materi yang menyebabkan deformasi yang menjalar dari suatu titik ke titik lain. Deformasi ini dapat berupa pemampatan dan perenggangan partikel-partikel medium yang menyebabkan osilasi densitas/tekanan maupum pemutaran (rotasi) partikel-partikel medium. Apabila medium bersifat elastis sempurna maka setelah mengalami deformasi sesaat tadi medium kembali ke keadaan semula.

D.    Tipe – Tipe Gelombang Seismik

Secara garis besar gelombang seimiki dibagi menjadi 3 jenis yaitu :

1.      Menurut cara bergetarnya

2.      Menurut tempat berjalarnya

3.      Menurut bentuk gelombangnya

a.       Gelombang Seismik Menurut Cara Bergetarnya

Menurut cara bergetarnya gelombang seismik dibagi menjadi dua macam yaitu:     

1.       Gelombang Primer (longitudinal/compussional wave)

Gelombang primer dalah gelombang yang arah getarannya searah dengan arah bergetarnya gelombang tersebut. Gelombang ini mempunyai kecepatan rambat paling besar diantara gelombang seismic yang lain, Gelombang P dapat merambat melalui batuan padat maupun zat cair. Gelombang ini mendorong dan menarik medium yang dilewatinya sejajar dengan arah rambatnya. Jadi, gelombang P merupakan gelombang longitudinal. Beberapa hewan kadang dapat mendeteksi adanya gelombang ini. Persamaan dari kecepatan gelombang P adalah sebagai berikut :

Dengan :

l  : Konstanta Lame

m   : Rigiditas

r : densitas

Penjalaran gelombang P

            Gelombang P memiliki keceaptan gelombang 1,4 hingga 6,4 km/s. Gelombang P akan menjalar lebih cepat pada medium padat, dan akan meningkat kecepatan rambatnya pada zona yang memiliki densitas lebih besar. Gelombang P sesuai dengan sifatnya, yakni longitudinal maka apabila dilewatkan pada medium fluid, gelombang ini tetap masih akan bisa menjalar dengan baik. Hal ini diakarenakan medium fluid bisa berearksi dengan kompresi.

            Dari perbedaan inilah, gelombang P identik untuk mendeteksi material yang dilaluinya.Hal ini dapat terbaca dari cepat rambat gelombang pada masing masing medium yang dilewati.

2.         Gelombang Sekunder (transversal/shear wave)

Gelombang sekunder adalah gelombang yang raah getarannya tegak lurus terhadap arah perambatan gelombang. Gelombang ini hanya dapat merambata pada material padat saja dan mempunyai kecepatan gelombang yan lebih kecil dibandingkan gelombang primer.Gelombang S tegak lurus terhadap arah rambatnya. Gelombang ini menggerakkan batuan ke atas dan ke bawah. Persamaan dari kecepatan Gelombang S(V_s)  adalah sebagai berikut :

Persamaan gelombang S

Penjalaran Gelombang S

            Ilustrasi gambar 2 menunjukkan bahwa Gelombang S menjalar berupa pergerakan yang tranversal dan tegak lurus terhadap arahnya.Hal ini menuntut medium yang dilewatinya mbersifat plastis (dapat dipuntir).Atas dasar konsep inilah, maka gelombang S hanya dapat merambant pada medium padat, dan tidak bisa merambat pada medium fluid.Hal ini dikarenakan medium fluid tidak bisa dieberi sebuah puntiran.

b.       Gelombang Seismik Menurut Tempat Menjalarnya

Berdasarkan tempat menjalarnya, gelombang seismik dapat dibedakan menjadi dua bagian, yaitu gelombang tubuh (body wave) yang menjalar masuk menembus medium dan gelombang permukaan (surface wave) dimana amplitudonya melemah bila semakin masuk ke dalam medium. Beberapa tipe gelombang permukaan yaitu:

1.      Gelombang Rayleigh

Gelombang Rayleigh adalah gelombang yang merambat pada batas permukaan saja dan hanya dapat merambat pada media padat serta arah getarannya berlawanan arah dengan arah perambatannya.

2.      Gelombang Love

Gelombang love adalah gelombang yang hanya merambat pada batas lapisan saja dan bergerak pada bidang yang horisontal saja.

3.      Gelombang Tabung

Gelombang tabung merupakan gerak/aliran fluida di sepanjang sumur pengeboran. Gerakan fluida ini diakibatkan oleh getaran dinding sumur yang merambat dalam arah axial. Gelombang tabung mempunyai tiga proses yaitu pertama adalah kontraksi dinding sumur, kedua adalah merenggangnya dinding sumur, dan ketiga adalah aliran fluida di dalam lubang sumur.

c.       Gelombang Seismik Menurut Bentuk Muka Gelombang

Muka gelombang adalah suatu bidang permukaan yang pada suatu saat tertentu membedakan medium yang telah terusik dengan medium yang belum terusik. Muka gelombang merupakan potret dari penjalaran usikan. Berdasarkan bentuk muka gelombang (wave front) , gelombang seismik dapat dibedakan atas empat macam yaitu:

1.      Gelombang Bidang

Gelombang bidang/datar ditimbulkan oleh sumber terkomilasi. Gelombang bidang menjalar sepanjang satu arah tertentu dengan muka gelombang yan berupa bidang datar tegak lurus pada arah perambatan.

2.      Gelombang Silinder

Gelombang silinder ditimbulkan oleh sumber usikan yang seragam dan terletak di sepanjang suatu garis lurus. Gelombang silinder menjalar ke semua arah tegak lurus pada garis sumbu dengan kecepatan yang sama.

3.        Gelombang Bola

Gelombang bola/sferis ditimbulkan oleh sumber berupa titik (point source) yang menjalar ke segala arah menuju ke pusat bola atau menjauhi pusat bola dengan kecepatan yang sama.

4.      Gelombang Kerucut

Gelombang kerucut ditimbulkan oleh adanya sumber yang bergerak. Dalam hal ini sumber bergerak lebih cepat dari pada sepat rambat gelombang itu sendiri dan muka gelombangnya berupa kerucut-kerucut bersumbu.

E.     Pengukuran Gelombang Seismik

Seismometer

Jika suatu gempa mengguncang lapisan kerak bumi, guncangan itu akan diteruskan oleh getaran yaitu gelombang seismik. Gelombang ini merambat ke segala arah dan berasal dari sumber gempa di bawah permukaan tanah. Dengan menggunakan alat pencatat gempa, yaitu seismograf atau seismometer, para ahli geologi dapat mengelompokkan tipe - tipe gelombang seismik.

Seismometer berasal dari bahasa Yunani yaitu seismos yang berarti gempa bumi dan metero yang berarti mengukur. Seismometer adalah alat atau sensor getaran, yang biasanya dipergunakan untuk mendeteksi gempa bumi atau getaran pada permukaan tanah. Hasil rekaman dari alat ini disebut Seismogram.

Prototip dari alat ini diperkenalkan pertama kali pada tahun 132 SM oleh matematikawan dari Dinasti Han yang bernama Chang Heng. Dengan alat ini orang pada masa tersebut bisa menentukan dari arah mana gempa bumi terjadi.Dengan perkembangan teknologi dewasa ini maka kemampuan seismometer dapat ditingkatkan, sehingga bisa merekam getaran dalam jangkauan frekuensi yang cukup lebar. Alat seperti ini disebut seismometer broadband.

Seismometer atau Seismograf adalah sebuah perangkat yang mengukur dan mencatat gempa bumi. Pada prinsipnya, seismograf terdiri dari gantungan pemberat dan ujung lancip seperti pensil. Dengan begitu, dapat diketahui kekuatan dan arah gempa lewat gambaran gerakan bumi yang dicatat dalam bentuk seismogram.

F.    Hukum Fisika Gelombang Seismik

Gelombang seismik mempunyai kelakuan yang sama dengan kelakuan gelombang cahaya, sehingga hukum-hukum yang berlaku untuk gelombang cahaya berlaku juga untuk gelombang seismik. Hukum-hukum tersebut antara lain:

a.       Hukum Snellius

Ketika gelombang seismik melalui lapisan batuan dengan impedansi akustik yang  berbeda dari lapisan batuan yang dilalui sebelumnya, maka gelombang akan terbagi. Gelombang tersebut sebagian terefleksikan kembali ke permukaan dan sebagian diteruskan merambat dibawah permukaan. Penjalaran gelombang seismik mengikuti Hukum Snellius yang dikembangkan dari Prinsip Huygens, menyatakan bahwa sudut pantul dan sudut bias merupakan fungsi dari sudut datang dan kecepatan gelombang. Gelombang P yang datang akan mengenai permukaan bidang batas antara dua medium berbeda akan menimbulkangelombang refraksi dan refleksi (Hutabarat, 2009). 

Gambar 1 Pemantulan dan Pembiasan Gelombang

Hukum Snellius dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :

Sebagian energi gelombang akan dipantulkan sebagai gelombang P dan gelombang S, dan sebagian lagi akan diteruskan sebagai gelombang P dan gelombang S (Hutabarat, 2009).

b.      Prinsip Huygens
Prinsip Huygens menyatakan bahwa setiap titik pada muka gelombang merupakan sumber bagi gelombang baru.Posisi dari muka gelombang dalam dapat seketika ditemukan dengan membentuk garis singgung permukaan untuk semua wavelet sekunder. Prinsip Huygens mengungkapkan sebuah mekanisme dimana sebuah pulsa seismik akan kehilangan energi seiring dengan bertambahnya kedalaman (Asparini, 2011).

Gambar 2. Prinsip Huygens

c.        Prinsip Fermat

Gelombang menjalar dari satu titik ke titik lain melalui jalan tersingkat waktu penjalarannya. Dengan demikian jika gelombang melewati sebuah medium yang memiliki variasi kecepatan gelombang seismik, maka gelombang tersebut akan cenderung melalui zona-zona kecepatan tinggi dan menghindari zona-zona kecepatan rendah (Jamady, 2011).

G.    Dampak terjadinya gelombang seismic

1.      Gempa Bumi

Gempa bumi adalah perisitiwa pelepasan energi dari terakumulasinya gaya akibat stress (tekanan) dalam bumi dalam bentuk gelombang seismik. Pusat gempa bumi, merupakan titik (tepatnya  area karena merupakan luasan) di dalam bumi di mana gempa terjadi disebut hiposenter dan titik di permukaan bumi tepat di atas hiposenter disebut episenter.

Karena perambatan gelombang gempa merupakan gelombang seismik maka alat untuk merekamnya disebut seismograf dan hasil rekaman disebut seismogram. Dari rekaman tersebut maka dapat disimpulkan penyebab terjadinya, lokasi asalnya, kekuatannya, jenisnya serta sifat-sifatnya. Bahkan dari gelombang gempa tersebut dapat diketahui struktur bagian bumi.

2.      Tsunami

Tsunami berasal dari bahasa Jepang yaitu tsu yang berarti pelabuhan dan nami yang berarti gelombang. Secara harafiah berarti "ombak besar di pelabuhan". Tsunami adalah perpindahan badan air yang disebabkan oleh perubahan permukaan laut secara vertikal dengan tiba-tiba. Perubahan permukaan laut tersebut bisa disebabkan oleh gempa bumi yang berpusat di bawah laut, letusan gunung berapi bawah laut, longsor bawah laut, atau atau hantaman meteor di laut. Gelombang tsunami dapat merambat ke segala arah. Tenaga yang dikandung dalam gelombang tsunami adalah tetap terhadap fungsi ketinggian dan kelajuannya.

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Gelombang seismik adalah rambatan energi yang disebabkan karena adanya gangguan di dalam kerak bumi, misalnya adanya patahan atau adanya ledakan. Energi ini akan merambat ke seluruh bagian bumi dan dapat terekam oleh seismometer. Gelombang seismik merupakan gelombang mekanis yang muncul akibat adanya gempa bumi.

Jenis-jenis gelombang seismic adalah Gelombang bodi terbagi menjadi dua, yaitu gelombang P (primer) dan gelombang S (sekunder). Gelombang P merupakan gelombang seismik tercepat, paling dulu sampai di lokasi gempa. Gelombang P dapat merambat melalui batuan padat maupun zat cair. Gelombang ini mendorong dan menarik medium yang dilewatinya sejajar dengan arah rambatnya. Jadi, gelombang P merupakan gelombang longitudinal. Beberapa hewan kadang dapat mendeteksi adanya gelombang ini.Gelombang S lebih lambat daripada gelombang P dan hanya dapat merambat melalui medium padat, tidak bisa merambat melalui medium cair. Gelombang ini menggerakkan batuan ke atas dank e bawah, tegak lurus perambatannya. Jadi, gelombang S merupakan gelombang transversal. Gelombang permukaan juga terbagi menjadi dua, yaitu gelombang Love dan gelombang Reyleigh. Istilah gelombang Love diambil dari nama matematikawan Inggris A.E.H. Love, sedangkan istilah gelombang Reyleigh diambil dari nama Lord Reyleigh yang meramalkan keberadaan gelombang ini secara teoretis. Gelombang love mengguncang tanah dalam arah menyamping menghasilkan gerak horizontal. Gelombang Reyleigh bergulung seperti gulungan ombak di lautan, mengguncang tanah ke atas dan ke bawah serta mendatar. Hampir seluruh guncangan yang terasa saat gempa bumi merupakan gelombang Reyleigh yang memang kadang jauh lebih besar daripada jenis gelombang seismik yang lain.

efek yang ditimbulkan oleh adanya gelombang seismik adalah adanya gangguan alami seperti pergerakan lempeng (tektonik), bergeraknya patahan, aktivitas gunung api (vulkanik), dan sebagainya. Fenomena tersebut kita kenal sebagai fenomena gempa bumi. Ketika gempa bumi terjadi, maka gelombang akan diteruskan melalui materi disekelilingnya berupa rambatan getaran dalam bentuk gelombang.

DAFTAR PUSTAKA

Asparini, Dewi. 2011. Penerapan Metode Stacking dalam Pemrosesan Sinyal Seismik Laut di Perairan Barat Aceh.Bogor. IPB

Munadi, Suprajitno.2000.Aspek Fisis Seismologi Eksplorasi.Depok:UI.

Tjasono Hk, Bayong.2003.Geosains.Bandung:ITB.

www.arifkristanta.wordpress.com

www.biketocampus-biketocampus.blogspot.com

www.dayant.blogspot.com

www.edelweistretno.wordpress.com

www.juanita.blog.uns.ac.id

www.staklim-manado.bmkg.go.id

www.wikipedia.com