TUGAS 

SISTEM FISIS BUMI 

DINAMIKA BUMI, PATAHAN DAN GEMPABUMI 

EL BASTHOH / 1021220004 

MELI MUCHLIAN / 1021220005 

PROGRAM STUDI FISIKA 

PASCASARJANA UNIVERSITAS ANDALAS 

PADANG 

2011

DINAMIKA BUMI, PATAHAN DAN GEMPABUMI 

Bumi terbentuk 4,7 juta tahun lalu akibat adanya tenaga endogen dan eksogen. 

Tenaga  endogen  dari  dalam  bumi  mengubah  bentuk  bumi  dengan  perpindahan 

lempeng­lempeng  beberapa  sentimeter  tiap  tahunnya.  Tapi  yang  dapat  dilihat 

manusia  dari  aktivitas  tenaga  endogen  tersebut  hanyalah  kejadian  gempabumi  dan 

gunung berapi. 

1.  Dinamika Dalam Bumi 

Berdasarkan teori  tektonik  lempeng, pada kerak bumi terdapat  lempeng bumi 

yang secara garis besar terbagi 2 yaitu lempeng benua dan lempeng samudera. Di 

bawah lapisan litosfer terdapat lapisan astenosfer yang mana pada bagian atasnya 

(antara  litosfer  dan  astenosfer)  ada  lapisan  diskontinuitas  yang  disebut 

Mohorovicic.  Lapisan  moho  inilah  yang  selalu  mengakibatkan  pergerakan  dari 

tiap­tiap  lempeng  dengan  energy  endogennya  sekitar  2  –  15  cm/tahun.  Arah 

pergerakan lempeng­lempeng tersebut dapat dilihat pada Gambar 1. 

Gambar 1. Arah pergerakan lempeng 

Batas antar lempeng terlihat pada Gambar 2 dapat didefinisikan sebagai daerah 

dengan  zona  aktif  terhadap  aktivitas  tektonik  dan  vulkanik.  Secara  umum, 

pergerakan pada batas antar  lempeng ada tiga macam yaitu divergen, konvergen 

dan transform. Model batas antar lempeng dapat dilihat pada Gambar 3.

a.  Divergen  adalah  pergerakan  lempeng  yang  saling  menjauh,  disebabkan 

adanya  magma  yang  menyusup  naik  ke  permukaan  bumi  dan  mengalami 

pendinginan  membentuk  punggung  tengah  samudra  (jika  terjadi  di  batas 

lempeng  samudra).  Dan  bila  terjadi  di  batas  lempeng  benua  akan 

menghasilkan cekungan. 

Contoh: terjadi divergensi di lautan Atlantik dan Samudra Hindia 

b.  Konvergen adalah pergerakan  lempeng  yang saling mendekat  sehingga atau 

salah satunya menyusup akibat perbedaan massa jenis. 

Contoh: Penyusupan lempeng Indo­Australia  terhadap Eurasia,  terbrntuknya 

pegunungan Himalaya. 

Gambar 2. Batas antar lempeng yang merupakan sumber terjadinya 

gempabumi 

c.  Transform  adalah  pergerakan  lempeng  yang  saling  mendatar  secara 

horizontal. Biasanya terjadi di lempeng benua. 

Contoh: patahan transform San Andreas dan North Anatolian 

Gambar 4. Model pergerakan lempeng

Selain  gempa  bumi,  pergerakan  antar  lempang  juga  menimbulkan  adaya 

patahan­patahan kecil yang disebut dengan sesar. Setiap sesar  juga memiliki 

model pergerakan masing­masing seperti yang terlihat pada Gambar 4. 

Gambar 4. Model pergerakan sesar 

2.  Penyebab Gempabumi 

Gaya tektonik gempa bumi ada 2. 

a.  Stress/  tekanan  yaitu  gaya  persatuan  luas.  Stress  diakibatkan  oleh 

retakan­retakan dan atau perubahan volume batuan. 

b.  Strain/ regangan adalah perubahan bentuk dari batuan. 

Gambar  5  menjelaskan  bahwa  telah  terjadi  tekanan  pada  batuan  (5a), 

akumulasi  regangan  yang mengakibatkan perpindahan batuab  (5b), saat  tekanan 

mencapai batas elastis batuan sehingga mengakibatkan adanya patahan (5c). Saat 

terjadi patahan maka energy gempabumi akan menjalar dari sumbernya. 

3.  Patahan: Sumber Gempabumi 

Keterangan  Gambar  6  bahwa  macam­macam  patahan  sesar  yaitu  dip­slip 

(sesar  normal  dan  sesar  turun),  strike­slip  (sesar  mnendatar)  dan  oblique­slip 

(sesar turun lateral). Tipe patahan normal adalah ketika dinding batas sesar turun 

kebawah.  Kebalikannya  dari  sesar  normal  adalah  sesar  naik.  Pada  strike­slip 

terlihat dua blok patahan bergerak saling horizontal. Berdasarkan arah slip maka 

tipe ini dapat dibagi atas dextra (kanan­datar) dan sinistral (kiri­datar). Sedangkan 

sesar turun lateral adalah kombinasi dari strike­slip dan dip­slip.

Gambar 5. Proses terjadinya gempabumi 

Contoh  dari  sesar  normal  adalah  seperti  pada  Gambar  9.  Kemiringan  sudut 

patahan sekitar 50­70 0 . Tetapi sudut  ini semakin berkurang ketika bertambahnya 

kedalaman. Rata­rata pergerakan sesar normal ini adalah 0,5 – 3 mm/tahun. 

Gambar 6. Model sesar 

Gambar 7. Struktur terbentuknya horst dan graben

Sesar  turun memiliki  sudut kurang dari 90 0  dan  jika  sudut patahan  kecil dari 

45 0  disebut  thrust  fault.  Sesar  turun  patahan  masuk  sering menimbulkan  busur 

seperti daerah circum pasifik dan pegunungan Himalaya. 

Sesar patahan mendatar bisa mencapai panjang ribuan kilometer. Mereka dapat 

terbentuk dengan patahan lebar beberapa kilometer atau patahan lurus. Geometri 

patahan  ini  selalu  dipengaruhi  oleh  vektor  slip  dan  segmentasi  patahan.  Jika 

vektor  slip  sejajar  dengan  strike  patahan,  maka  akan  terlihat  patahan  lurus 

tunggal. Jika terbentuk sudut pada vektor slip dan patahan strike, komponen dip­ 

slip  akan  bergerak  naik.  Proses  terjadinya  patahan  mendatar  dapat  dilihat  pada 

Gambar 8. Pada jenis patahan oblique­slip biasanya geometri dari patahan seperti 

tikungan yang membentuk struktur berbeda. 

Gambar 8. Proses terbentuknya patahan dan lipatan 

4.  Patahan Aktif 

Ada patahan  yang  dulunya aktif  (pernah  terjadi  gempa)  sekarang  tidak  aktif, 

dan  begitu  juga  sebaliknya.  Biasanya  untuk  beberapa  negara  yang  pernah 

terjadinya  gempa,  mereka  menghitung  keaktifan  suatu  patahan  menggunakan 

periode pengulangan kegempaannya. Namun hal tersebut sangat sulit dinyatakan 

kevalidannya. Salah satu metode yang cukup ampuh sekarang ini adalah metode 

Paleoseismik  yang  dapat  menentukan  perkiran  waktu,  kekuatan  gempa  yang 

diakibatkan oleh patahan tersebut. 

5.  Patahan Sesar 

Patahan sesar merupakan bagian dari patahan­patahan besar di batas lempeng. 

Ukuran  patahan  sesar  ini  biasanya  beberapa  meter  sampai  beberapa  kilometer

yang  berbentuk  parallel  atau  sub  parallel.  Faktor  yang  mempengaruhi  patahan 

sesar  adalah  kekuatan  gempa  tektonik,  struktur  dan  geologi  batuan,  blpk  sesar, 

slip dan slip rate. Model patahan sesar dapat dilihat paca Gambar 9 di bawah. 

Gambar 9. Patahan sesar 

6.  Gelombang Seismik 

Ada 2 jenis gelombang seismik: 

1.  Gelombang Body adalah gelombang yang menjalar di dalam interior bumi. 

2.  Gelombang Permukaan adalah gelombang yang menjalar di permukaan bumi. 

Gambar 10. Gelombang P dan Gelombang S 

Gelombang  Body  terdiri  dari  dari  gelombang  P  (primer)  dan 

Gelombang  S  (sekunder)  Gambar  10.  Gelombang  primer  atau  gelombang 

longitudinal  adalah  gelombang  yang  arah  rambatnya  searah  dengan  arah 

getarnya.  Biasanya  gelombang  P  memiliki  kecepatan  4­7  km/jam  dan 

merupakan  gelombang  yang  pertama  tercatat  di  seismograf.  Gelombang 

sekunder  atau  gelombang  transversal  adalah  gelombang  yang  arah 

rambatannya  tegak  lurus  dengan  arah  getarnya.  Gelombang  s  memiliki 

kecepatan 2­5 km/jam di batuan padat. Perbedaan mendasar gelombang P dan 

S adalah bahwa gelombang S tidak dapat merambat di dalam cairan dan gas.

Gelombang  permukaan  terdiri  dari  gelombang  Love  dan  gelombang 

Rayleigh.  Gelombang  Love  mirip  dengan  gelombang  S  dan  lebih  cepat 

merambat  dibandingkan  gelombang Rayleigh.  Kedua  gelombang  permukaan 

ini bersifat merusak karena intensitas getaran dan panjang gelombangnya. 

7.  Magnitudo dan Skala Intensitas 

Awalnya penentuan kekuatan gempabumi dengan menggunakan skala Richter. 

Richter  mengukur  energy  yang  dilepaskan  setelah  terjadinya  gempa  bumi. 

Setelah  itu  hadir  penemuan  untuk  menemukan  kekuatan  gempa  diantaranya 

Magnitudo permukaan (Ms), Magnitudo gelombang body (Mb), Magnitudo local 

(ML),  Magnitudo  durasi  (Md),  Magnitudo  Coda  (Mc)  dam Magnitudo  momen 

(Mw).  Magnituto  momen  mengukur  defoemasi  yang  diakibatkan  oleh 

gempabumi. Dimana besarnya Mw dapat dihitung dengam persamaan: 

Mw = (logMo − 16.05) 1,5 

Mo =  ρ AD 

Dimana:  ρ  adalah modulus  rigiditas  (  3×10 11 Dyne/cm 2 ), A  (luas  area patahan) 

dan D adalag slip sepanjang patahan. 

Skala  intensitas  adalah  derajat  kekuatan  gempa  yang  dapat  diamati.  Skala 

intensitas terbagi atas 12 skala. 

8.  Gempabumi Maksimum 

Parameter  yang  digunakan  untuk  memprediksi  maksimum  gempa  adalah 

tegangan,  panjang  sesar  dan  areanya,  perpindahan  sesar,  laju  slip dan distribusi 

dip dan transver  tegangan. Gempabumi maksimum dapat diartikan dalam 2 hal, 

diantaranya besar kerusakan maksimum yang diakibatkan atau besarnya kekuatan 

maksimun gempa yang terjadi. 

9.  Interval Pengulangan 

Menghitung  interval  kejadian  2  gempa  pada  satu  tempat  dapat  digunakan 

persamaan: RI = D / (S­C) 

Dimana RI adalah  interval  kejadian, D  adalah perpindahan akibat patahan, S 

adalah cos slip seismic dan C adalah laju seismic. Rata –rata slip dapat dihitung

dari  pengamatan GPS  atau  Radar  yang  memperlihatkan  patahan  aktif.  Panjang 

slip dapat dihitung dari besarnya perpindahan. Selain  itu data paleoseismik  juga 

bisa  digunakan  untuk  menghitung  nilai  slip.  Laju  seismic  dapat  diamati  dari 

sejarah data pengukuran. 

Hubungan antara frekuensi dan magnitude adalah:  log  N = a − b M, dimana 

N  adalah  angka  komulatif  gempa,  M  adalah  besarnya  magnitude,  a  adalah 

konstanta  terkait  tingkat  aktivitas  dan  b  adalah  konstanta  yang  terkait  dengan 

tegangan. 

10. Transver Regangan dan Pemicunya 

Besarnya  tekanan  patahan  pada  suatu  titik  gempa  ternyata  juga  dapat 

mempengaruhi timbulnya tekanan pada patahan lainnya. Transfer tegangan dapat 

mempengaruhi tegangan patahan disekitarnya. Kemungkinan resiko gempa tidak 

bisa dihubungkan dengan ruang dan waktu dan juga tidak mempengaruhi kejdian 

gempa  beikutnya.  Gempabumi  hanya  bisa  memicu  untuk  adanya  peningkatan 

akan  bahaya  seismik.  Sehingga  beberapa  studi  terbaru  menyimpulkan  bahwa 

sedikit perubahan  tekanan  tidak dapat menyebabkan  terjadinya gempa,  tapi bisa 

memicu terjadinya gempa bumi. 

Gambar 11. (a). perubahan tegangan pada patahan Anatolia akibat gempabumi 

sejak  tahun  1900  dengan  jenis  patahan  mendatar.  (b).  Gempa  susulan  akibat 

peningkatan tekanan pada gempa utama.