Apa itu Gempa Bumi?

Gempa bumi adalah gerakan yang terjadi ketika tekanan dalam bumi meningkat dalam jangka waktu yang lama hingga melebihi kekuatan batuan, yang kemudian runtuh karena patahan di sepanjang patahan.

Gerakan Gempa Bumi

Gerakan gempa bumi dapat dilihat dalam dua bagian:

Getaran Sementara

• Pergerakan selama pecahnya patahan menghasilkan serangkaian getaran, atau gelombang seismik, yang terpancar ke luar.
• Getaran yang signifikan secara teknik terjadi pada frekuensi kurang dari 0,2 Hz hingga 20 Hz (periode sekitar 5 detik hingga sekitar 0,05 detik). Ini berada tepat di bawah rentang getaran suara biasa.
• Gerak ini dapat diukur sebagai perpindahan, kecepatan atau percepatan.
• Gelombang bergerak dengan kecepatan yang berbeda-beda tergantung pada jenis batuan, tetapi biasanya dalam kisaran 3 hingga 8 km per detik untuk batuan dalam jarak 30 km dari permukaan bumi. Ini sebanding dengan sekitar 0,3 km per detik untuk kecepatan gelombang suara melalui udara.
• Gerakannya kompleks (tidak stasioner) – ada denyut kedatangan yang tajam diikuti oleh peluruhan yang lambat. Durasi total bergantung pada ukuran atau besarnya gempa bumi.
• Getaran tersebut berlangsung lebih lama daripada durasi pecahnya patahan karena berbagai jenis gelombang bergerak dengan kecepatan berbeda, dan gelombang tersebut juga dipantulkan maju dan mundur oleh antarmuka di dalam bumi.

Deformasi Permanen

• Gempa bumi menghasilkan pergeseran permanen di sepanjang patahan. Pergeseran patahan bervariasi dari beberapa milimeter pada gempa bumi yang sangat kecil hingga beberapa meter pada gempa bumi yang sangat besar.
• Daerah patahan pada bidang patahan bervariasi secara signifikan tergantung pada besarnya gempa bumi. Panjang patahan dapat bervariasi dari beberapa meter untuk gempa bumi kecil, hingga beberapa kilometer untuk gempa bumi sedang, hingga lebih dari 100 kilometer untuk gempa bumi yang sangat besar.
• Jika patahan terbentuk, maka ia merupakan titik lemah dalam batuan dan kemungkinan merupakan lokasi gempa bumi di masa mendatang.
• Setelah banyak gempa bumi, perpindahan total pada patahan besar dapat bertambah hingga beberapa kilometer, dan panjang patahan dapat menjalar hingga ratusan kilometer.
• Gempa bumi kecil akan menghancurkan sebagian kecil area patahan yang ada dengan pergeseran yang kecil, sedangkan gempa bumi besar dapat menghancurkan sebagian besar atau seluruh area patahan yang ada. Dengan demikian, ukuran gempa bumi maksimum bergantung pada ukuran area patahan yang ada.
• Sebagian besar patahan bukanlah bidang kemiringan datar sederhana. Patahan tersebut dipengaruhi oleh berbagai struktur geologi, dan dapat bervariasi dalam arah dan sudut kemiringan, atau memiliki rekahan kompleks, dengan segmen paralel dan bertingkat. Patahan dapat terjadi di zona selebar ratusan meter atau kilometer.

Stres dan Ketegangan

Tekanan Dalam Bumi

• Adalah mungkin, tetapi tidak sepenuhnya akurat, untuk menganggap tekanan dalam bumi sebagai kompresi, ketegangan, atau geseran, yang masing-masing menghasilkan patahan terbalik, patahan normal, dan patahan geser.
• Lebih baik untuk memikirkan tekanan tektonik dalam tiga arah tekanan utama yang ortogonal, yang diberi peringkat sebagai maksimum, tengah, dan minimum.
• Perbedaan antara tegangan utama maksimum dan minimum inilah yang menyebabkan gempa bumi. Gempa bumi adalah gerakan geser sepanjang bidang patahan. Bidang patahan biasanya tegak lurus terhadap bidang yang memuat tegangan utama maksimum dan minimum, pada sudut kurang dari 45° (seringkali 30° hingga 35°) terhadap tegangan utama maksimum, tergantung pada sifat gesekan material patahan.
• Tekanan-tekanan utama dapat terarah ke arah mana saja, tetapi proses-proses geologi dan permukaan bumi yang bebas sering kali membatasi satu atau yang lain untuk berada mendekati vertikal.
  • Jika tegangan utama minimum bersifat vertikal, maka kompresi horizontal menimbulkan patahan terbalik.
  • Bila tegangan utama tengah bersifat vertikal, dengan tegangan maksimum dan minimum keduanya bersifat horizontal, maka akan terjadi patahan geser.
  • Jika tegangan utama maksimum bersifat vertikal, gerakan patahan normal yang dihasilkan setara dengan gerakan dari tegangan horizontal.

Ketegangan Dalam Bumi

• Saat tekanan meningkat di dalam bumi, batuan secara bertahap akan mengalami deformasi atau tegangan.
• Regangan ini menyimpan energi regangan elastis yang cukup besar pada batuan.
• Ketika gempa bumi terjadi, sebagian energi elastis dilepaskan sebagai gelombang seismik yang terpancar dari sumbernya, dan sebagian lagi sebagai panas.

Interval Waktu Antar Gempa Bumi

Di daerah aktif seperti Jepang atau Papua Nugini, diperlukan waktu puluhan atau ratusan tahun agar energi regangan elastis terakumulasi di bebatuan.

Di wilayah dengan aktivitas rendah, seperti Australia, dibutuhkan waktu ratusan tahun untuk mengumpulkan energi bahkan untuk gempa bumi sedang, dan puluhan atau ratusan ribu tahun untuk mengumpulkan energi untuk gempa bumi besar.

Selama gempa bumi, energi ini dilepaskan dalam hitungan detik.