Relaksasi Viskoelastik

Relaksasi viskoelastik adalah suatu konsep baru mengenai deformasi pelepasan energi yang berkaitan dengan gempa bumi.  Dalam teori relaksasi viskoelastik, deformasi dan pelepasan energi pasca gempa bumi akan terus terjadi bahkan hingga puluhan tahun. Hal ini berbeda dengan pandangan umum bahwa pasca gempa bumi, terjadi pelepasan energi hingga habis, kemudian terjadi akumulasi kembali, pelepasan dan seterusnya.

Gempa bumi yang terjadi akan memicu beberapa jenis deformasi, antara lain:

1. After slip, yaitu slow slip yang terjadi setelah gempa bumi pada bidang sesar, baik di atas maupun di bawah.
2. Relaksasi viskoelastik, merupakan deformasi yang terjadi akibat respons material viskos terhadap perubahan stress yang terkait dengan gempa bumi.
3. Deformasi poroelastik, yang merupakan deformasi yang terjadi pada lapisan yang berongga dan secara umum bersifat lokal terhadap bidang sesar.

Saat ini masih terjadi perdebatan mengenai sifat dan dinamika yang terjadi pada wilayah yang aktif secara tektonik. Dua pendapat utama tersebut antara lain:

1. Zona  deformasi merupakan suatu zona yang terdiri dari lempeng rigid homogen yang dibatasi oleh sesar dalam skala litosfer.
2. Benua bersifat kontinum dan tidak homogen. Secara umum, teori ini membagi litosfer menjadi tiga lapisan yaitu litosfer atas yang bersifat keras, padat, dan memiliki sifat elastis; bagian tengah yang bersifat britle; dan lapisan terbawah yang bersifat ductile, karena terjadi kontak langsung dan terpengaruh oleh lapisan mantel. Dalam pendapat ini, terdapat pengaruh aliran material viskos di bagian litosfer yang bersifat lemah dan ductile terhadap lapisan litosfer secara keseluruhan.

Jika model blok rigid benar, maka deformasi diperkirakan akan terlokalisir di sepanjang zona shear yang ke zona seismogenik. Bahkan mungkin ke seluruh litosfer. Jika model kontinum benar, maka ductile creep diperkirakan berada pada beberapa bagian litosfer, dan mungkin akan terjadi decoupling pada kerak yang bersifat elastik brittle dari bagian mantel atas.

Jika model blok rigid benar, maka seharusnya prediksi gempa bumi akan lebih mudah. Karena mengikuti pola mengikuti model siklus gempa Reid. Baca disini. Namun kenyataannya, pola gempa bumi tidak beraturan, baik magnitudo maupun waktunya.

Pola Gempa bumi ideal menurut Reid

Pola gempabumi yang magnitudo maupun jeda waktu yang sulit diprediksi (Sieh dan Natawidjaja et al 2008).

Teori relaksasi viskoelaastis pada litosfer merupakan pengembangan dari teori viskoelastik yang berlaku pada material lainnya. Dalam teori ini, pola pemulihan/recovery suatu benda pasca mendapatkan gaya akan berbeda tergantung dari material yang dikandungnya. Contoh: Pemulihan pegas sangat berbeda dengan pemulihan yang terjadi pada dashpot atau benda yang bersifat plastis. Benda yang bersifat elastis akan kembali ke bentuk semula dengan cepat. Sementara benda yang bersifat plastis setelah mendapat gaya tidak ada proses pemulihan.

Untuk lebih jelas mengenai percobaan viskoelastik, silahkan lihat video berikut:

Pada litosfer, relaksasi viskoelastik juga terjadi. Hal ini dapat kita lihat dari pengamatan deformasi pasca gempa yang terekam oleh GPS.

Model Kontinum litosfer dan pengaruhnya terhadap pola deformasi

Deformasi yang terjadi pasca gempa bumi Arequipa (Perfettini, 2004)

Perbadingan pola deformasi dari beberapa postseismic deformation.

Pola siklus gempa menurut Perfettini, 2005.

Dari beberapa pola deformasi yang ada, Perfettini menyakini bahwa pola interseismik yang terjadi tidak pernah benar benar stasioner seperti yang dikemukakan oleh Reid.

Siklus Gempabumi

Gempa  bumi  terjadi  akibat  adanya  bidang  temu  antar  lempeng  yang  terkunci  sehingga menghasilkan tekanan dan regangan yang sifatnya temporal dan spasial.  Akumulasi  energi  kompressional  dan  ekstensional  yang  telah  melewati  batas  elastisitas  batuan  akan  dilepaskan  sebagai  gelombang  gempa,  baik  dalam  arah  horizontal maupun vertikal.

Pergeseran tanah dan evolusi regangan di dekat sesar berdasarkan teori elastic rebound oleh Reid.

Gempa yang terjadi di waktu tertentu akan terulang lagi di masa yang akan datang dalam  periode  waktu tertentu, berlangsung  dalam  kurun  waktu  puluhan  hingga  ribuan  tahun.  Data  mengenai  siklus  gempa  bumi  pada  suatu  daerah  dapat  diperoleh  dari  catatan  sejarah  gempa  yang  didokumentasikan  atau  melalui penelitian  geologi,  seperti  penelitian  stratigrafi  batuan,  terumbu  karang,  paleotsunami, dan paleoseismologi.

Gempa  bumi  mempunyai  sifat  berulang, suatu gempa yang terjadi di waktu  tertentu akan terulang lagi di masa yang akan datang dalam periode waktu tertentu.  Istilah  perulangan  gempa  ini  dinamakan  siklus  gempa  bumi (Thatcher, 1984). Di  dalam  satu  siklus  gempa  bumi  terdapat  beberapa  tahapan  mekanisme  terjadinya  gempa  bumi  yang  disertai  dengan  terjadinya  deformasi  pada kerak bumi. Tahapan terjadinya gempa bumi ini biasa disebut dengan siklus  seismik  (seismic  cycle).  Secara  garis  besar,  siklus  seismik  dibagi  dalam  tiga  fase  yaitu:  inter-seismic,  coseismic,  dan  postseismic. Siklus  ini  dapat  dilihat  dari  times  series  hasil  pengolahana  data  GPS  yang  terdapat  pada  gambar    berikut  ini

Siklus gempa bumi (Perfettini, 2004)

Tahapan  interseismik  merupakan  tahapan  awal  dari  suatu  siklus  gempa  bumi,  energi  dari  dalam  bumi  menggerakkan  lempeng  kemudian  terjadi  akumulasi  energi  di beberapa  bagian  lempeng  tempat  biasanya  terjadi  gempa  bumi  (batas  antar  lempeng  dan  sesar).  Tahapan  koseismik  adalah  tahapan  ketika  terjadinya  gempa  bumi.  Tahapan  poseismik  adalah  tahapan  ketika  sisa-sisa  energi  gempa  terlepaskan  secara  perlahan  dalam  kurun  waktu  yang  lama  sampai  kondisi  kembali ke tahap awal. 

Contoh siklus gempa mentawai berdasarkan studi terumbu karang. (Sieh & Natawidjaja et al 2008)

Artikel yang terkait dengan siklus gempa bumi: Relaksasi Viskoelastik

Diskusi Mengenai Gempa Kebumen

Berikut ini adalah penjelasan dari para ahli gempa mengenai mekanisme gempa di Kebumen 25 Januari 2014.
Tulisan ini saya copy dari diskusi para ahli gempa di status Facebook berikut komentarnya dari akun Pak Irwan Meilano, seorang ahli gempa ITB yang juga dosen saya. Mudah-mudah bermanfaat. :)

Irwan Meilano

Kemarin sekitar Kota Bandung

Gempa selatan Jawa Tengah (selatan Cilacap-Kebumen) Magnitude 6.5. Sumber gempa berjarak 40km dari garis pantai pada kedalaman 88km. 

Berdasarkan kedalamannya maka gempa berada pada bidang benioff. Mekanisme gempa yaitu thrusting (sesar naik) dan terkait dengan aktivitas subduksi. Karena lokasi gempanya cukup dalam, maka goncangan dirasakan di wilayah cukup luas, bahkan sampai pantai utara Jawa.

Irwan Meilano Maaf sedikit koreksi : mekanismenya bukan sesar naik tetapi sesar turun

Kemarin jam 14:52 · Suka · 1

Rovicky Dwi Putrohari Saya masih ga ngerti kenapa di benioff zone kok bisa sesar normal ? Bagaimana kinematikanya karena pikiran saya disitu compression zone, bukan extension. Cmiiw.

14 jam yang lalu · Suka · 1

Awang Satyana Pak Rovicky Putrohari, bidang miring zone Benioff itu panjang, sekitar 700 km. Zona kompresi di Benioff zone hanya ada di tempat dangkal terutama di wilayah kontak/ intercept antara lempeng benua dan lempeng samudera di tempat terjadinya interlocking antarlempeng karena dalam posisi saling menekan. Lepas dari zona intercept ini, yang secara vertikal bisa sampai kedalaman sekitar 50 km bergantung kepada tebal kerak benua dan akresinya dan kemiringan subduksi, tak ada lagi dominasi compressive stress. Di kedalaman di bawah intercept itu justru bisa tension stress sebagai release tension atas compressive stress di intercept. Dan makin ke bawah Benioff, terutama lebih dalam dari 300 km justru normal faulting yang dominan, disebabkan: slab pull dari bawah Benioff zone, rigiditas lempeng litosfer yang berubah, dan gerak tunjaman downgoing plate serta extension yang dialaminya (implikasi rheology yang berubah).

14 jam yang lalu · Batal Suka · 5

Rovicky Dwi Putrohari Trimakasih penjelasannya pak Pak Awang, apakah gaya ini merupakan efek gravitasi juga sebagai gaya utamanya ? Kalau berada di downgoing yang kedalamannya sudah di bawah moho memang logis bila ada extension. tetapi kalau sangat dalam mengapa penyebarannya lebih luas ? bukannya "ray-path"-nya melalui mantel atas yang lunak justru gelombangnya terredam disitu. Jalur 1 atau 2 cmiiw.

Awang Satyana Pak Rovicky Putrohari, iya gravitasi oleh slab pull dan tension release adalah kinematika deformasi utamanya. Makin dalam pusat gempa bisa makin luas spektrum pengaruh getarannya secara regional, tetapi tidak bisa terlalu dalam karena harus mempertimbangkan rheology slab dan mantel sekelilingnya. Gelombang dari pusat gempa menengah atau dalam, yang terjadi di lempeng samudera (slab EQ) berpropagasi dengan dua cara (yang sudah digambarkan itu), cara no 2 adalah yang utama sebab rigiditas lempeng tetap lebih tegar dibandingkan astenosfer di sekeliling subducted slab. Cara no 1 terjadi melalui perambatan gelombang seperti berjalannya gelombang air di atas permukaan kolam ketika kita melemparkan batu ke dalam kolam. Ini merambat lebih lambat sebab rheology mantel lain dengan slab. Semakin dalam gempanya, semakin lemah cara no 1 ini. Gempa kemarin, dengan kedalaman 87 km sebenarnya di transisi antara gempa dangkal dan menengah. Sehingga, cara no. 2 adalah yang utama dan menyebabkan kerusakan puluhan rumah roboh di Jawa Tengah bagian selatan. Lalu cara no 1 meskipun lebih lambat tetap dirasakan oleh orang2 di Jakarta, Bandung, juga beberapa kota di pantura Jawa. Perjalanan gelombang dari media semi-rigid seperti astenosfer ke media rigid seperti kerak benua belum tentu teredam Pak, bisa saja malahan teramplifikasi kalau energi gelombang saat transfer dari media semi-rigid ke rigid masih cukup di atas nilai kritisnya untuk mengalami atenuasi.

12 jam yang lalu · Suka · 4

Surono Mbah Rono Wah jika hanya krn gaya berat yg berperan, jarak titik gaya tertinggi thd pusat bumi sangat kecil, sangat tdk masuk akal bila menghasilkan energi besar hingga 6.3 SR lebih. Pasti ada gaya yg lbh besar dr gaya gravitasi, saya lbh percaya gaya dorong dr lempeng Australia. Resultante: gaya berat dan gaya dorong lempeng Australia dan cosinus sudut miring penunjaman tsb yg "pegang peran penting pemicu gempa Kebumen". Resultante tsb yg mirip "tarikan kebawah". Bagian yg lunak tdk meredam energi gelombanh, peran dia hanya memperlambat cepat rambat gelombang gempa "krn ada kontras impedansi yg tinggi yg merupaka perbandingan perkalisn rapat masa dan cepat rambat gelombang pd lapisan yg betbeda". Contras impedansi ini yg membuat gelombang langsung akan lbh lambat dibanding gelombang yg terefraksi antara bidang batas dua lapisan yg punya kontras impedansi yg tinggi". Krn kedalaman sumber gempa tsb; sehengga gempa tsb bersifat "far-fied" dirasakan meluas bukan "near-field". Semoga kengawuran ini menambah mumet di hari minggu yg cerah di Jkt. Salam he he he

Awang Satyana Mbah Rono, kengawuran yang bermanfaat he2.., paling tidak buat diskusi, sepakat untuk perambatan gelombang seismik di media dengan impedansi yang berbeda, hanya melambatkan bukan meredam. Sepakat juga dengan efek far field dan near field. Soal gravitasi dalam slab pull hanya gravitasi lokal di ruang litosfer dan mantel bagian atas saja, bukan gravitasi global dari surface ke inner core. Slab semakin masuk ke dalam subduction zone semakin tua dan berat, sehingga punya internal gravity yang lebih besar dibandingkan slab yang masih dangkal di litosfer. Jadi terdapat kesetimbangan gravitasi antara upper slab dan lower slab, yang manifestasinya extensional stress di intermediate slab berupa sesar2 normal. Kalau gaya dorong lempeng, yang kita kenal sebagai ridge push dari mid-oceanic ridge di tengah Samudera Hindia di batas antara Australia dan Antarktika saya pikir terlalu jauh dan ridge-push cenderung menghasilkan kompresi bukan ekstensi. Semoga tidak menambah mumet Mbah...

Rovicky Dwi Putrohari Gambar dibawah ini mungkin lebih proporsional dalam skala yg lebih tepat. Ini menunjukkan bila kedalaman gempa berada dibawah ketebalan kerak maka mungkin akan sangat berkurang efek kompresinya. Tapi saya tidak bisa memperkirakan seberapa jauh perubahan rezim kompresi ke rezim ekstensi ini. Saya sepakat pendapat Pak Surono bahwa efek kompresinya mungkin masih cukup besar karena episenternya belum terlalu dalam (~80 km). Gempa-gempa sangat dalam >300Km memang seringkali terjadi dengan kekuatan besar dengan hasil analisa tensor yg menunjukkan ekstensi. 
Dengan mengetahui posisi titik belok "raypath-2", yang masih dibawah laut ini mungkin akan membantu dalam memahami mengapa di pinggir pantai kerusakannya sangat hebat. Titik pusat kerusakan bisa jadi tidak harus di hiposenter-nya. cmiiw, ikutan ngawur hari minggu sambil nyruput teh 

Awang Satyana Ya Pak Rovicky Putrohari, bisa dilihat dari "beach ball" gempa ini, atau moment tensor solution/ focal mechanism solution- nya bahwa gempa kemarin tidak murni normal faulting, masih ada komponen kompresi nya dengan strike WNW-ESE. Saya pikir itu wajar saja sebab pusat gempa berada di posisi intermediate antara yang dominan kompresi di atasnya dengan yang dominan ekstensi di slab makin ke bawah. Kerusakan di hiposentrum hanya rupture, yang akan ditentukan oleh rigiditas batuan, sementara kerusakan di permukaan oleh propagasi ray path seismic wave akibat datangnya gelombang2 gempa yang berturut2 dari gelombang P, S, dan surface waves.

11 jam yang lalu · Suka · 3

Irwan Meilano terimakasihi informasinya Awang Satyana, p Surono Mbah Rono, pRovicky Dwi Putrohari: gempa yang dihasilkan slab pull (down-dip extension) bisa menghasilkan gempa besar dan merusak seperti gempa chile M7.8 thn 1939 dengan korban 30ribu jiwa. Beberapa peneliti setuju bahwa down-dip extension merupakan indikasi bahwa terdapat strong-coupled di interface. Sehingga potensi gempa pada bidang yang lebih dangkal dari subduksi lebih besar. Sangat setuju bahwa geometri dari slab mengontrol mekanisme slab-pull atau slab-push (tension), perubahan arah dip ke yg lebih curam mendorong kemungkinan slab-pull lebih besar.

Skala Waktu Geologi

Penelitian mengenai Sesar Lampung - Panjang dan hal yang berkaitan

Saat ini kami sedang melakukan penelitian mengenai Sesar Lampung-Panjang. Penelitian ini menggunakan metode Geofisika berupa Metode Magnetik dan Gayaberat.  Tujuannya untuk menentukan termasuk jenis apakah Sesar Panjang ini, dan untuk melihat blok mana yang saat ini aktif bergerak. Hingga artikel ini ditulis, kami sedang melakukan akuisisi data Gayaberat.

Oya, sebagai informasi lagi yang mungkin menarik untuk dilakukan kajian kedepannya adalah mengenai sesar yang melewati Natar. Di daerah ini terdapat ngarai yang lebarnya sekitar 5 -10 meter. Memanjang  dengan strike Barat laut-Tenggara (searah dengan sesar panjang). Ngarai ini memotong rel kereta. Sehingga kita bisa melihat dengan jelas  ketika naik kereta, Setelah Stasiun Rejosari .Untuk memastikan  apakah ini bagian dari Sesar Panjang, atau Sesar Lain, perlu dilakukan penelitian ke depannya (Saat ini penelitian kami belum mencakup daerah sana).

Selain itu, saat ini telah muncul semburan air Panas baru di Desa Cisarua, Merak Batin Natar awal bulan September kemarin dan saat ini masih menyembur keluar. Dimungkinkan, semburan ini juga terkait dengan sesar yang ada di Bandar Lampung dan Sekitarnya.

Sumber Air Panas Baru, Kampung Cisarua, Natar Lampung. (Sumber: Radarlampung.co.id)

Mengenai kebudayaan masa lalu, untuk kedepannya mungkin bisa dilakukan penelitian mengenai keterkaitan Gunung Langgar, Bukit Granit di Tanjung Bintang, Bukit Granit di Granit Indah (juga di Tanjung Bintang) dan Taman Purbakala Pugung Raharjo (TPPR) . Secara geologi lokasi 2 bukit granit dan TPPR adalah lokasi yang cukup aman dari bencana geologi seperti gempa, tsunami dan dampak langsung letusan gunung Krakatau. Terutama ketika bencana2 tersebut melanda daerah (yang mungkin) pusat kebudayaan di sekitar teluk Lampung pada masa itu.  Bisa jadi, ketiga tempat tersebut  merupakan tempat Pemujaan, perlindungan atau evakuasi Nenek moyang ketika bencana terjadi (ini pendapat saya).

Kompleks Batuan Granit, Granit Indah, Tanjung Bintang Lampung Selatan (Sumber: rahasiabebek.blogspot.com)

Punden Berundak Taman Purbakala Pugung Raharjo (Sumber: panoramio.com)

Hal yang menarik dari bukit granit tersebut adalah ditemukannya batu-batu cantik yang ditemukan oleh penduduk sekitar ditempat tersebut. Pak Andang Bachtiar sendiri sempat tidak percaya ketika salah seorang penduduk menunjukkan batu tersebut. Karena tidak mungkin batu-batu tersebut terbentuk secara alami di daerah itu. Namun beliau baru percaya ketika penduduk tersebut menunjukkan bahwa batu-batu tersebut mudah ditemukan di sungai di sekitar situ. Selain itu, terdapat susunan batu Granit raksasa yang tidak biasa. Lebih masuk akal jika susunan  tersebut adalah handmade daripada dibentuk oleh alam (ini juga pendapat beliau). –kami beberapa kali mengundang Pak Andang untukmengisi materi mengenai Geologi di Lapangan secara Langsung –.

Demikian informasi dari saya. Mudah-mudahanan kedepannya penelitian dan pengetahuan kita mengenai kondisi geologi di  Lampung, khususnya di Bandar Lampung dan sekitarnya makin bertambah. Mengingat kemajuan dan pertumbahan penduduk di daerah ini yang cukup signifikan dan potensi geohazard yg tidak bisa dianggap remeh.

Salam

Adiyuza