G. Merapi - Geofisika

GEOFISIKA

G. Merapi dikenal sebagai gunungapi yang sangat aktif. Oleh karena aktivitasnya yang tinggi, periode letusannya pendek yaitu antara 2-7 tahun, para ahli gunungapi memanfaatkannya sebagai obyek penelitian dan penyelidikan serta untuk ujicoba peralatan pemantauan. Sebagai akibatnya, hampir semua metoda pemantauan, baik yang konvensional hingga yang paling modern pernah diaplikasikan di G. Merapi. Berikut ini disajikan berbagai metoda monitoring yang pernah diterapkan di G. Merapi dan hasilnya antara lain seismik, deformasi, geokimia, gayaberat mikro dan magnetik.

Seismik

Pemantauan seismik G. Merapi dimulai pada tahun 1924 dengan adanya seismograf mekanik Wiechert yang dipasang di lereng Barat sekitar 9 km dari puncak untuk mengetahui peningkatan aktivitas menjelang erupsi Nopember 1930 (Van Padang, 1930). Seismograf elektromagnetik mulai digunakan pada tahun 1969 yaitu menggunakan seismograf Hosaka yang menggunakan kabel agar dapat diletakkan di tempat-tempat yang lebih representatif.

Pada tahun 1982 terbentuk sebuah jaringan seismograf yang mengelilingi tubuh gunung yang terdiri atas 7 stasiun sensor periode pendek. Karena pertimbangan efisiensi dan kerawanan, jaringan direduksi sehingga saat ini hanya ada 4 stasiun yaitu Pusunglondon, Klatakan, Plawangan dan Deles. Sensor yang digunakan adalah produk dari Mark tipe L4C dengan faktor redam 0.8 dan konstanta tranduksi 50 mV/mm/s. Stasiun sensor menggunakan daya batere dengan pengisian solar panel. Sinyal dikirim ke stasiun penerima di Kantor BPPTK Jogjakarta (25 km dari G. Merapi) dengan telemetri radio VHF. Di stasiun penerima sinyal ini kemudian direkam pada kertas seismogram rekorder VR-68 produk Sprengnether, dan juga disimpan dalam data digital menggunakan digitizer Guralp DM24 dengan laju cuplik 100 Hz. Seismogram kertas dianalisa secara rutin setiap harinya untuk mengetahui jumlah kegempaan, dan parameter-parameter gempanya sedangkan lokasi gempa dihitung dengan menggunakan sinyal digital untuk kemudahan pembacaan waktu.

5
Gambar Peta Stasiun - stasiun seismik G. Merapi. Stasiun dengan transmisi analog ditandai simbol silang, sedangkan stasiun transmisi digital dengan lingkaran. Tampak juga pos - pos Pengamatan.

Disamping 4 stasiun tersebut, juga terdapat tiga stasiun seismik dengan sistem Telemetri digital yang terletak di Juranggrawah, Pasar Bubar dan Labuhan. Di stasiun Labuhan digunakan seismometer Broadband merk Streckeisen tipe STS2, sedangkan dua lainnya digunakan seismometer periode pendek produk Mark tipe L43D. Akuisisi dan layout data seismik digital serta kuantifikasi sinyal gempa seperti RSAM dan SSAM menggunakan sistem Earthworm dan Swarm.

Klasifikasi Gempa

Klasifikasi gempa vulkanis G. Merapi pertama kali diusulkan oleh Shimozoru pada tahun 1969 berdasarkan observasi data gempa dari dua stasiun di lereng Selatan dan Utara selama tiga bulan selesai pada September 1968. Dari observasi ini diperoleh lima jenis gempa yang dibedakan berdasarkan bentuk dan frekuensi, tipe gempa berdsarkan klasifikasi Shimozuru (1969) disajikan pada tabel berikut.

6

Tabel Tipe-tipe gempa berdasarkan klasifikasi Shimozuru (1969)

Berdasarkan data sinyal gempa dari jaringan stasiun seismik telemetri yang dipasang pada tahun 1982 yang diikuti dengan kejadian erupsi pada Juni 1984, diusulkan klasifikasi baru yang sampai sekarang masih digunakan dalam penentuan aktivitas G. Merapi. Berikut adalah rangkuman Ratdomopurbo (1995) tentang tipe-tipe gempa vulkanis G. Merapi, dan contoh bentuk gelombangnya dalam seismogram digital.

7

Tabel Tipe-tipe gempa G. Merapi yang digunakan sampai saat ini.

8

Gambar Bentuk gelombang tipe-tipe gempa G. Merapi, hasil rekaman stasiun Pusunglondon (PUS) yang berjarak hroisontal sekitar 1 km dari kubah lava (Ratdomopurbo, 1995)

Lokasi Sumber Gempa

MP dan LF merupakan gempa dangkal. LF mempunyai frekuensi dominan yang sama di semua stasiun sekitar 1,5 Hz. Amplitudo di stasiun PUS tampak jauh lebih besar dari stasiun yang lain yang terletak lebih jauh terhadap puncak. Hal ini menandakan bahwa LF bersumber sangat dangkal dari permukaan puncak. MP terkait dengan pertumbuhan kubah lava. Untuk amplitudo yang sama, gempa MP memiliki durasi yang lebih panjang sekitar dua kali terhadap gempa VT. Frekuensi dominannya antara 3 - 4 Hz dan amplitudonya sangat teratenuasi sebagai fungsi jarak stasiun terhadap puncak. Pengecilan amplitudo yang sangat cepat terhadap jarak dari puncak merupakan bukti bahwa gempa MP bersumber di sekitar puncak (Hidayat dkk, 2000). Onset yang sangat landai menjadikan gempa MP sulit untuk ditentukan waktu tiba dan dihitung hiposenternya.

Penghitungan hiposenter dilakukan pada gempa VTA dan VTB dengan pembacaan waktu tiba gelombang P dan S pada seismogram digital. Metode komputasi penghitungan dengan optimisasi simplek (Nelder dan Mead, 1965; Prugger dan Gendzwill, 1988). Diasumsikan medium bersifat homogen isotropis dengan kecepatan gelombang P 3 km/s dan rasio Vp/Vs sebesar 1,86. Seperti yang tampak pada gambar di atas, terdapat dua grup gempa VT yang terpisah terhadap kedalaman. Gempa-gempa yang muncul pada kedalaman 0-1,5 km dinamakan gempa vulkanik dangkal (VTB), sedangkan gempa-gempa yang muncul pada kedalaman 2,5-5 km merupakan gempa vulkanik dalam (VTA).

Model Kantong Magma G. Merapi

Di antara dua zona gempa VTA dan VTB diperkirakan sebagai zona aseismik. Tidal terdapatnya gempa di lokasi ini mengarahkan kepada dugaan keberadaa material yang lebih lunak di antara zona material yang keras. Untuk material yang serupa sifat yang lebih lunak ini berimplikasi suhu yang lebih tinggi. Zona aseismik ini kemudian diinterpretasikan sebagai sebuah kantong magma (Ratdomopurbo, 1991). Hipotesa ini didukung dengan fakta bahwa temperatur di sekitar puncak yakni di plataran Woro dan Gendol bisa mencapai 830 °C yang berarti terdapat sumber panas yang cukup dangkal. Secara geologi Van Bemmelen menunjukkan adanya sesar tektonik di bawah G. Merapi yaitu sesar Kukusan. Diperkirakan kantong magma ini muncul akibat adanya sesar dasar ini dimana magma dapat terkumpul di atasnya. Diperkirakan kantong magma ini berperan sebagai sebuah katup yang memperlambat migrasi magma ke atas dari dapur magma, karenanya kekuatan letusan erupsinya menjadi berkurang (Ratdomopurbo, 2000).

Tidak terdapatnya gempa di bawah kedalaman 5 km menguatkan dugaan adanya dapur magma di sekitar kedalaman 8 km yang diusulkan oleh Beaducel (1998) berdasarkan modeling data Tiltmeter dan GPS. Gambar 3 memperlihatkan sistem suplai magma G. Merapi berdasarkan adanya zona aseismik yang tampak pada data hiposenter.

Mekanisme Gempa G. Merapi

Gempa VTA terkait dengan migrasi magma ke atas dari dapur magma ke kantong magma. Peningkatan tekanan di kantong magma dapat memicu munculnya gempa VTB sehingga gempa VTA dan VTB bisa muncul relatif dalam interval waktu yang sama. Akan tetapi, laju kejadian gempa VTB selalu lebih banyak dari pada VTA; hal ini karena fragmentasi yang lebih kuat di bagian atas tubuh gunung. Mekanisme sumber gempa VTA didominasi oleh sesar turun yang kemungkinan berasal dari regangan horizontal akibat desakan magma dari dapur magma. Gempa VTB yang lebih dalam sebagian besar mempunyai mekanisme sesar turun akibat desakan magma dari kantong magma yang menimbulkan regangan horizontal batuan di atasnya. Adapun gempa VTB yang dekat permukaan, diantaranya mempunyai mekanisme sesar turun yang akan menuju permukaan dan sebagian yang lain mempunyai mekanisme sesar naik yang diperkirakan berasal dari lepasnya tekanan akibat keluarnya magma atau gas ke permukaan (Hidayati, 2001).

Gempa MP yang terjadi dikaitkan dengan proses pertumbuhan kubah lava. Seperti catatan Hidayat, dkk (2000), hal ini serupa dengan yang ada di G. Redoubt (Power dkk, 1994) dan G. Soufriere Hill (Miller dkk, 1998). Model mekanisme sumber gempa MP belum ada secara detail. Salah satu hipotesa adalah mekanisme pergerakan magma 'stick and slip' secara episodik dengan anggapan adanya kekuatan geser dalam magma dengan kekentalan yang sangat tinggi. Model mekanisme sumber ini serupa dengan yang diusulkan oleh Goto (1999) pada G. Unzen.

Gempa guguran yang mempunyai ciri durasi yang sangat panjang dan berfrekuensi cukup tinggi (1-20 Hz) terkait dengan runtuhnya bebatuan atau lava akibat pengaruh gravitasi. Gempa LF diduga berasal dari sumber volumetric akibat aktivitas aliran fluida dari interaksi multifase seperti magma dengan gas atau air tanah (Brotopuspito, 1990). Gempa LF dengan durasi yang lebih panjang atau gabungan beberapa gempa LF membentuk tipe gempa tersendiri yaitu tremor.

Di samping tipe-tipe gempa yang teramati di stasiun-stasiun seismik permanen seperti tersebut di atas, dengan menggunakan sensor Broadband teridentifikasi gempa dengan frekuensi sangat rendah (Very Long Periode/VLP) sekitar 0,25 Hz mengiringi gempa MP dan LF. Gempa ini nampak pada rekaman seismometer Broadband Guralp CMG-40T yang dipasang di sekiar puncak dari tanggal 16 Januari sampai dengan 23 Februari 1998 (Hidayat dkk, 2000). Diinterpretasikan gempa ini mencerminkan kembang kempis tubuh G. Merapi akibat desakan gas atau magma.


9

Gambar Distribusi gempa vulkanik dilihat dari samping arah Barat - Timur. Memperlihatkan system suplai magma yang melibatkan sumber yang dalam (dapur magma) dan sumber yang dangkal yaitu kantong magma. Tampak informasi mekanisme sumber gempa dari VTA dan VTB (Hidayati, 2001).