MAKALAH

PREDIKSI GEMPA BUMI BERDASARKAN DATA

PANCARAN SINAR GAMMA

Dosen Pengampu : Achmad Hidayat

Disusun oleh:

Qori Fajar Hermawan 125090700111003

Hana Dwi Sussena 125090701111003

Reditha Ayu Rositadewi 125090701111004

Anyelin Meylisnita Gano 125090701111006

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN IPA

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2015

Kata Pengantar

Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, berkat rahmat

dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan makalah ini dengan maksimal.

Makalah ini berjudul Prediksi Gempa Bumi Berdasarkan Data Pancaran Sinar

Gamma. Dalam makalah ini dijelaskan mengenai sinar gamma, hubungan sinar

gamma dan gempa bumi serta studi kasus mengenai prediksi gempa bumi

berdasarkan data pancaran sinar gamma di Taiwan bagian timur.

Penulis juga mengucapkan banyak terimakasih kepada pihak-pihak yang

telah membantu dalam pengerjaan makalah ini. Dosen pengampu, Achmad

Hidayat, penulis mengucapkan terima kasih atas bimbingannya. Penulis juga tidak

lupa berterimakasih kepada keluarga penulis yang selalu mendukung penulis

untuk menjadi yang lebih baik lagi.

Penulis ingin makalah ini dapat digunakan sebagai bahan bacaan yang

akan meningkatkan wawasan para pembaca. Namun, tidak hanya itu, penulis juga

berharap adanya kritik dan saran yang membangun, agar karya dari penulis dapat

diperbaiki di kemudian hari.

Malang, Mei 2015

Penulis

i

Daftar Isi

Kata Pengantar.................................................................................................. i

Daftar Isi........................................................................................................... ii

Bab I Pendahuluan............................................................................................ 1

1.1 Latar Belakang............................................................................................ 1

1.2 Rumusan Masalah....................................................................................... 2

1.3 Tujuan......................................................................................................... 3

Bab II Tinjauan Pustaka.................................................................................... 4

Bab III Metodologi........................................................................................... 14

Bab IV Pembahasan.......................................................................................... 18

4.1 Sinar Gamma.............................................................................................. 18

4.2 Hubungan Sinar Gamma dengan Gempa Bumi.......................................... 21

4.3 Hasil Studi Kasus di Taiwan Bagian Timur............................................... 22

Bab V Kesimpulan............................................................................................ 34

Daftar Pustaka................................................................................................... 35

ii

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Peluruhan radioaktif di lingkungan dapat berdampak pada kehidupan

manusia. Pancaran sinar kosmis yang ada dapat digunakan untuk meningkatkan

hasil panen dan juga dapat digunakan pada sektor lain. Pancaran sinar kosmis lain

seperti sinar gamma juga dapat mengindikasikan terjadinya sebuah gempa bumi.

sinar gamma yang dihasilkan oleh peluruhan radioaktif seperti 214Pb dan 214Bi. Di

suatu tempat dapat dilakukan pengukuran terhadap nilai pancaran sinar gamma

yang dihasilkan batuan di sekitarnya. Nantinya informasi ini, dapat digunakan

sebagai data untuk sistem peringatan dini daerah tersebut.

Di lingkungan sekitar terdapat beberapa jenis gas radioaktif alami. Salah

satunya adah radon (222Rn). Radon (222Rn) adalah gas mulia alami radioaktif dan

merupakan salah satu anak dari unsur 238U. Unsur induknya radium 226Ra. Radon

dihasilkan ditanah dan batu, yang dapat meninggalkan butir padat melalui tiga

cara: molekuldifusi, recoil langsung dan difusi molekul tidak langsung. Tekanan

terkonsentrasi karena deformasi pada kerak dapat menghasilkan cairan interstitial

yang dikompresi pada kedalaman lebih dari beberapa kilometer. Cairan

inimemiliki tekanan yang lebih tinggi di bagian bawah dan karenanya cenderung

untuk bermigrasi ke atas melalui retakan dalam kerak.Sebagai radon yang

dihasilkan dari uranium radioaktif melimpah dan radium dalamkerak, massa gas

radon dianggap dibuang ke udara daribawah tanah. Kehadiran produk peluruhan

radon dikonfirmasi oleh sinar gammadilepaskan dari peluruhan beta 214Pb dan 214Bi.

Selain di lingkungan terdapat gas radioaktif terdapat juga sinar radioaktif

yang tak asing kita kenali. Sinar radioaktif tersebut yaitu sinar alfa, sinar beta dan

sinar gamma. Sinar radioaktif alfa, beta dan gamma memiliki ciri dan karakteristik

yang berbeda-beda. Salah satu perbedaan dari ketiga sinar radioaktif ini yaitu jika

dilihat dari segi kecepatan, kecepatan pada sinar alfa sebesar 107 m/s, pada sinar

beta 108 m/s sedangkan pada sinar gamma kecepatannya sama seperto kecepatan

cahaya. Sinar gamma adalah sebuah bentuk berenergi dari radiasi elektromagnetik

1

yang dihasilkan oleh radioaktivitas atau proses nuklir atau subatomik lainnya

seperti penghancuran elektron-positron.

Gempa merupakan suatu peristiwa pergerakan atau bergesernya lapisan

batuan bumi yang berasal dari dasar atau bawah permukaan bumi. Gempa terbagi

menjadi dua yaitu, gempa bumi tektonik dan gempa bumi vulkanik. Gempa bumi

tektonik adalah jenis gempa yang paling sering mengguncang Indonesia. Gempa

tektonik ini disebabkan oleh adanya pergeseran lempengan-lempengan kulit bumi,

dimana lempengan ini bergerak secara terus-menerus. Pergerakan lempengan kulit

bumi inilah pada saat tertentu antarlempengan tersebut terjadi tabrakan, patahan,

atau gesekan.

Taiwan terletak di batas lempeng aktif antara Lempeng Eurasia

danLempeng Laut Filipina. Lempeng Laut Filipina utara menumbuk di

bawahLempeng Eurasia sepanjang parit Ryukyu, dan Lempeng Eurasia

menumbuk ke arah timur di bawahLempeng Laut Filipina sepanjang sistem

Luzon-arc-Trench.Studi GPS menunjukkan bahwa Lempeng Laut Filipina

bergerak pada tingkat sekitar 8 cm / y, relatif terhadap lempeng Eurasia, dan

deformasi permukaan terjadi sepanjang Longitudinal Valley pada tingkat

pemendekan horisontalsekitar 3 cm / y. Hasil tumbukan terus menerus berupa

banyaknyagempa mikro dengan beberapa gempa besar. Interaksi antara dua

lempeng tersebut telah menyebabkan sangat struktur kerak yang kompleks di

wilayah Taiwan. The longitudinal Lembah di Taiwan timur adalahsuture zone,

yang sebagian besar ditandai oleh dorongan east-dipping yang memisahkan

duadaerah tektonik yang berbeda. Karena gempa bumi sering terjadi diTaiwan,

penelitian tentang prekursor gempa atau bahkan prediksi gempa penting

dilakukan. Stasiun Hualien Dong Hwa Universitas (DHUG) merupakan salah satu

stasiun untuk memprediksi gempa bumi.

Berdasarkan kegunaan dari sinar gamma, gempa bumi, dan juga penelitian

yang terdahululah yang menjadi latar belakang makalah ini dibuat.

1.2. Rumusan Masalah

Rumusan masalah dari makalah ini adalah:

1. Apa yang dimaksud dengan sinar gamma?

2. Bagaimana hubungan antara sinar gamma dengan gempa bumi tektonik?

2

3. Bagaimana prediksi gempa bumi tektonik dengan menggunakan sinar

Gamma di Taiwan?

1.3. Tujuan

Tujuan dari makalah ini adalah untuk mengetahui sinar gamma, mengetahui

hubungan antara sinar gamma dengan gempa bumi tektonik serta prediksi gempa

bumi tektonik dengan menggunakan sinar gamma di Taiwan.

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Teori tektonik lempeng adalah suatu teori yang menjelaskan mengenai

sifat-sifat bumi yang mobil/dinamis yang disebabkan oleh gaya endogen yang

berasal dari dalam bumi. Dalam teori ini permukaan bumi terpecah menjadi

beberapa lempeng tektonik besar. Lempeng tektonik adalah segmen keras kerak

bumi yang mengapung diatas astenosfer yang cair dan panas. Oleh karena itu,

maka lempeng tektonik ini bebas untuk bergerak dan saling berinteraksi satu sama

lain. Daerah perbatasan lempeng-lempeng tektonik, merupakan tempat-tempat

yang memiliki kondisi tektonik yang aktif, yang menyebabkan gempa bumi,

gunung berapi dan pembentukan dataran tinggi (BMKG, 2014).Dalam teori

tektonik lempeng dinyatakan bahwa pada dasarnya kerak-bumi (litosfir) terbagi

dalam 13 lempeng besar (mayor) dan kecil (minor).

Tabel 2.1 Lempeng tektonik

Lempeng Mayor Lempeng minor

Lempeng Eurasia Lempeng Filipina

Lempeng Amerika Utara Lempeng Karibia

Lempeng Amerika Selatan Lempeng Kokos

Lempeng Afrika Lempeng Nazca

Lempeng Indo-Australia Lempeng Skotia

Lempeng Pasifik Lempeng Arabia

Lempeng Antartika

4

Gambar 2.1 Lempeng-Lempeng Utama Litosfir

Batas-batas dari ke 13 lempeng tersebut diatas dapat dibedakan berdasarkan

interaksi antara

lempengnya sebagai berikut.

Gambar 2.2 Batas-batas lempeng : Konvergen (atas), Divergen (tengah) dan

Transforms (bawah)

1. Batas Konvergen:

Batas konvergen adalah batas antar lempeng yang saling bertumbukan.

Batas lempeng konvergen dapat berupa batas Subduksi (Subduction) atau

Obduksi (Obduction).

5

Batas subduksi adalah batas lempeng yang berupa tumbukan

lempeng dimana salah satu lempeng menyusup ke dalam perut

bumi dan lempeng lainnya terangkat ke permukaan. Contoh batas

lempeng konvergen dengan tipe subduksi adalah Kepulauan

Indonesia sebagai bagian dari lempeng benua Asia Tenggara

dengan lempeng samudra Hindia.Australia di sebelah selatan

Sumatra-Jawa-NTB dan NTT. Batas kedua lempeng ini berupa

suatu zona subduksi yang terletak di laut yang berbentuk palung

(trench) yang memanjang dari Sumatra, Jawa, hingga ke Nusa

Tenggara Timur. Contoh lainnya adalah kepulauan Philipina,

sebagai hasil subduksi antara lempeng samudra Philipina dengan

lempeng samudra Pasifik.

Obduksi (Obduction) adalah batas lempeng yang merupakan hasil

tumbukan lempeng benua dengan benua yang membentuk suatu

rangkaian pegunungan. Contoh batas lempeng tipe obduksi adalah

pegunungan Himalaya yang merupakan hasil tumbukan lempeng

benua India dengan lempeng benua Eurasia.

Gambar 2.3 Jenis Batas Konvergen: Obduction/Obduksi (atas) dan

Subduction/Subduksi (bawah)

6

2. Batas Divergen

Batas divergen adalah batas antar lempeng yang saling menjauh satu dan

lainnya. Pemisahan ini disebabkan karena adanya gaya tarik (tensional

force) yang mengakibatkan naiknya magma kepermukaan dan membentuk

material baru berupa lava yang kemudian berdampak pada lempeng yang

saling menjauh. Contoh yang paling terkenal dari batas lempeng jenis

divergen adalah Punggung Tengah Samudra (Mid Oceanic Ridges) yang

berada di dasar samudra Atlantik, disamping itu contoh lainnya adalah

rifting yang terjadi antara benua Afrika dengan Jazirah Arab yang

membentuk laut merah.

3. Batas Transform

Batas transform adalah batas antar lempeng yang saling berpapasan dan

saling bergeser satu dan lainnya menghasilkan suatu sesar mendatar jenis

Strike Slip Fault. Contoh batas lempeng jenis transforms adalah patahan

San Andreas di Amerika Serikat yang merupakan pergeseran lempeng

samudra Pasifik dengan lempeng benua Amerika Utara. Berdasarkan teori

tektonik lempeng, lempeng-lempeng yang ada saling bergerak dan

berinteraksi satu dengan lainnya. Pergerakan lempeng lempeng tersebut

juga secara tidak langsung dipengaruhi oleh rotasi bumi pada sumbunya.

Sebagaimana diketahui bahwa kecepatan rotasi yang terjadi bola bumi

akan akan semakin cepat ke arah ekuator. Pada berikut diperlihatkan

prinsip-prinsip dari pergerakan lempeng bumi, dimana pada bagian kutub

(Euler pole) masuk kedalam lingkaran besar sedangkan ke arah ekuator

masuk kedalam lingkaran kecil. Interaksi antar lempeng dapat saling

mendekat (subduction), saling menjauh dan saling berpapasan (strike slip

fault).

7

Gambar 2.4 Prinsip-Prinsip Pergerakan Lempeng

Gempa bumi adalah getaran atau serentetan getaran dari kulit bumi yang

bersifat tidak abadi/sementara dan kemudian menyebar ke segala arah. Gempa

bumi juga merupakan hentakan besar yang terjadi sekaligus akibat penimbunan

energi elastic atau strain dalam waktu yang lama secara kontinuitas akibat adanya

proses pergerakan lempeng benua atau samudera. Sebenarnya, kullit bumi

bergetar secara kontinu walaupun relatif sangat kecil. Getaran tersebut tidak

dikatakan sebagai gempa bumi karena sifat getarannya terus-menerus, sedangkan

gempa bumi memiliki waku awal dan akhir terjadinya sangat jelas. Terdapat dua

teori yang menyatakan proses terjadinya atau asal mula gempa yaitu pergeseran

sesar dan teori kekenyalan elastis. Gerak tiba tiba sepanjang sesar merupakan

penyebab yang sering terjadi. (Bolt, 1978).

Berikut adalah klasifikasi gempabumi dari berbagai aspek:

1. Berdasarkan gelombang/getaran gempa

a) Gempa gelombang primer (gelombang lungitudinal)

Gelombang/getaran merambat di tubuh bumi dengan kecepatan antara 7-

14 km/detik. Getaran ini berasal dari hiposentrum

b) Gempa gelombang sekunder (gelombang transversal)

8

Gelombang atau getaran merambat,seperti gelombang primer dengan

kecepatan yang sudah berkurang,yakni 4-7 km/detik. Gelombang sekunder

tidak dapat merambat melalui lapisan cair.

c) Gempa gelombang panjang

Gelombang panjang adalah gelombang yang merambat melalui permukaan

bumi dengan kecepatan 3-4 km/detik. Gelombang ini berasal dari

episentrum dan gelombang inilah yang banyak menimbulkan kerusakan di

permukaan bumi.

2. Bedasarkan faktor penyebab

a. Gempabumi vulkanik ( gunung api )

Gempa bumi ini terjadi akibat adanya aktivitas magma, yang biasa terjadi

sebelum gunung api meletus. Apabila keaktifannya semakin tinggi maka

akan menyebabkan timbulnya ledakan yang juga akan menimbulkan

terjadinya gempabumi.. Gempabumi tersebut hanya terasa di sekitar

gunung api tersebut.

b. Gempa bumi tektonik

Gempabumi ini disebabkan oleh adanya aktivitas tektonik, yaitu

pergeseran lempeng lempeng tektonik secara mendadak yang mempunyai

kekuatan dari yang sangat kecil hingga yang sangat besar. Gempabumi ini

banyak menimbulkan kerusakan atau bencana alam di bumi, getaran

gempa bumi yang kuat mampu menjalar keseluruh 6 bagian bumi. Gempa

bumi tektonik disebabkan oleh perlepasan tenaga yang terjadi karena

pergeseran lempengan plat tektonik seperti layaknya gelang karet ditarik

dan dilepaskan dengan tiba-tiba. Tenaga yang dihasilkan oleh tekanan

antara batuan dikenal sebagai kecacatan tektonik. Teori dari tektonik plate

(plat tektonik) menjelaskan bahwa bumi terdiri dari beberapa lapisan

batuan, sebagian besar area dari lapisan kerak itu akan hanyut dan

mengapung di lapisan seperti salju. Lapisan tersebut begerak perlahan

sehingga berpecah-pecah dan bertabrakan satu sama lainnya. Hal inilah

yang menyebabkan terjadinya gempa tektonik.

c. Gempa runtuhan, adalah gempa lokal yang terjadi apabila suatu gua di

daerah topografi karst atau di daerah pertambangan runtuh.

9

Dalam gempa tektonik dan vulkanik memiliki mekanisme yang sama.

Naiknya magma ke permukaan juga dipicu oleh pergeseran lempeng tektonik

pada sesar bumi. Biasanya ini terjadi pada batas lempeng tektonik yang

bersifat konvergen (saling mendesak). Hanya saja pada gempa vulkanik, efek

goncangan lebih ditimbulkan karena desakan magma, sedangkan pada gempa

tektonik, efek goncangan langsung ditimbulkan oleh benturan kedua lempeng

tektonik. Bila lempeng tektonik yang terlibat adalah lempeng benua dengan

lempeng samudra, sesamya berada di dasar laut, karena biasanya benturan

yang terjadi berpotensi menimbulkan tsunami.

3. Berdasarkan magnitude gempa

Gempabumi sangat besar dengan magnitude lebih besar dari 8 SR.

Gempabumi besar magnitude antara 7 hingga 8 SR.

Gempabumi merusak magnitude antara 5 hingga 6 SR.

Gempabumi sedang magnitude antara 4 hingga 5 SR.

Gempabumi kecil dengan magnitude antara 3 hingga 4 SR .

Gempabumi mikro magnitude antara 1 hingga 3 SR .

Gempabumi ultra mikro dengan magnitude lebih kecil dari 1 SR .

4. Berdasarkan kedalaman sumber (Fowler – 1990)

Gempabumi dalam : kedalaman hiposenter lebih dari 300 km (kadang-

kadang > 450 km).

Gempabumi menengah : kedalaman hiposenter antara 70 - 300 km .

Gempabumi dangkal : kedalaman hiposenter kurang dari 70 km .

5. Berdasarkan bentuk episentrum:

Gempa sentral: episentrumnya berbentuk titik

Gempa linear: episentrumnya berbentuk garis

6. Berdasarkan jaraknya

Gempa sangat jauh: jarak episentrum lebih dari 10.000 km

Gempa jauh: jarak episentrum sekitar 10.000 km.

Gempa lokal: jarak episentrum kurang 10.000 km.

7. Berdasarkan lokasinya

Gempa daratan : episentrumnya di daratan.

Gempa lautan : episentrumnya di dasar laut.

10

Sinar gamma (seringkali dinotasikan dengan huruf Yunani gamma, )

adalah sebuah bentuk berenergi dari radiasi elektromagnetik yang diproduksi oleh

radioaktivitas atau proses nuklir atau subatomik lainnya seperti penghancuran

elektron-positron. Sinar gamma pertama kali diidentifikasi pada tahun 1900 oleh

Becquerel dan Villard sebagai komponen radiasi dari uranium dan radium yang

memiliki penetrasi jauh lebih tinggi dari partikel alpha dan beta. Pada tahun 1909,

Soddy dan Russell menemukan bahwa peluruhan sinar gamma diikuti hukum

eksponensial dan bahwa rasio koefisien atenuasi kepadatan bahan peluruhan

hampir konstan untuk semua bahan (Nelson dan Relly, 2000).

Gambar 2.5 menggambarkan sebuah eksperimen peluruhan sederhana.

Ketika radiasi gamma dengan intensitas IO adalah intensitas yang diteruskan, d

adalah ketebalan bahan perisasi dan μ adalah koefisien serapan linier bahan

perisai, maka dapat ditulis seperti berikut (Knoll, 1979):

I= I0 e -μd (2.1)

Gambar 2.5 Konsep dasar sinar gamma

Karena μd tidak memiliki satuan, maka satuan μ dan d menyesuaikan. Jika

d dalam cm, maka μ dalam 1/cm. Nilai μ untuk setiap bahan sangat bergantung

pada nomor atom bahan dan juga pada radiasi gamma.Gambar 3.6

menggambarkan peluruhan eksponensial dalam tiga energi sinar gamma yang

berbeda dan menunjukkan bahwa peningkatan transmisi dengan meningkatkan

energi sinar gamma dan menurun dengan meningkatnya ketebalan absorber.

Pengukuran dengan sumber yang berbeda dan peredam menunjukkan bahwa

koefisien atenuasi μ1 tergantung pada energi gamma-ray dan nomor atom (Z) dan

densitas (p) dari penyerap

11

Gambar 2.6 Transmisi pada sinar gamma dengan ketebalan absorbers

Koefisien peluruhan linier adalah koefisien penyerapan paling sederhana

untuk mengukur eksperimental, tetapi tidak biasanya ditabulasikan karena

ketergantungannya pada kepadatan bahan penyerap. Sebagai contoh, pada energi

yang diberikan, koefisien peluruhan linear air, es, dan uap semua berbeda,

meskipun bahan yang terlibat sama.

Sinar gamma berinteraksi terutama dengan elektron atom; Oleh karena itu,

koefisien peluruhan harus sebanding dengan P kerapatan elektron, yang sebanding

dengan bulk density bahan penyerap. Namun, untuk bahan tertentu rasio kerapatan

elektron untuk bulk density adalah konstan, Z / A, independen dari bulk density.

Rasio Z / A hampir konstan untuk semua kecuali elemen berat dan hidrogen.

P = Z ρ/A (2.2)

dimana P = densitas electron

Z = nomer atom

ρ = densitas massa

A = nomer massa

Rasio koefisien atenuasi linear dengan kerapatan (μl/ρ) disebut massa

koefisien peluruhan μ dan memiliki dimensi luas per satuan massa (cm2 / g).

Satuan koefisien dapat sebagai luas penampang efektif elektron per unit massa

absorber. Koefisien peluruhanmassa dapat ditulis dalam bentuk penampang

reaksi, σ (cm2):

12

μ=N0 σ

A(2.3)

dimanaN0adalah nomor Avagadro dunia (6,02 x 1023) dan A adalah berat atom

penyerap. Penampang probabilitas dari sinar gamma berinteraksi dengan atom

tunggal. Persamaan 2-1 dapat ditulis sebagai:

I= I0 e –μρL= I= I0 e –μx (2.4)

Koefisien atenuasi massa independen dari kepadatan untuk contoh yang

disebutkan di atas, air, es, dan uap semua memiliki nilai yang sama dari p.

Koefisien ini lebih sering ditabulasi dari koefisien atenuasi linear karena

mengkuantifikasi kemungkinan interaksi sinar gamma dari unsur individu.

Referensi 3 dan 4 yang secara luas digunakan tabulasi dari koefisien atenuasi

massa elemen. Persamaan 2-5 digunakan untuk menghitung koefisien atenuasi

massa untuk bahan senyawa:

μ=∑ μ i wi (2.5)

13

Mulai

Studi Literatur

Mendapatkan Ide

Ide

Diskusi

Studi Kasus

Selesai

Studi Literatur

BAB III

METODOLOGI

Makalah ini dibuat berdasarkan studi literatur yang ada. Kemudian dari

literatur yang ada maka didapatkan sebuah ide yang kemudian didiskusikan

berdasarkan pendapat dan berdasarkan literatur yang ada. Selanjutnya, penulis

mendiskusikan satu buah studi kasus yang merupakan contoh penerapan dari ide

yang ada pada makalah. Pada hasil akhirnya, penulis mendapatkan bahasan

mengenai ide tersebut yang didukung oleh studi kasus pada hal yang sama. Hal ini

senada dengan diagram alir penelitian yang telah dibuat pada gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

Dalam makalah ini juga membahas mengenai satu studi kasus di Taiwan

bagian timur yang dapat dilihat pada gambar 3.2. Penelitian tersebut juga

menggunakan metodologi tersendiri. Studi kasus ini menggunakan alat untuk

mengukur nilai radiasi sinar gamma yang dihasilkan oleh radon dan turunannya.

Alat tersebut adalah spektrometer sinar gamma. Pada alat utamanya tersebut

14

digunakan pembungkus timah, hal ini dikarenakan untuk menghindari jalaran

sinar gamma secara langsung yang berisiko terhadap alat tersebut. Kemudian alat

ini akan menghitung peluruhan yang dihasilkan oleh radon di tanah.

Gambar 3.2 Geologi regional dan lokasi hiposenter dari gempa yang telah terjadi

ditandai dengan gambar bulatan dengan kedalam ditandai dengan warna

(merah<50km, biru 50-100km dan abu-abu >100km) dengan magnitudo

ditentukan dengan besarnya bulatan. Tanda segitiga adalah lokasi pengukuran

sinar gamma daerah tersebut.

Secara umum, sinar gamma yang dihasilkan adalah akibar peluruhan

uranium setelah radon yakni oleh 214Pb dan 214Bi. Urutan pembentukan sinar yang

ditangkap oleh alat adalah 222Rn akan meluruh dengan waktu paruh 3,82 hari

sehingga dapat berubah menjadi 218Po dengan memancarkan partikel alfa dengan

nilai energi 5,49 MeV. Kemudian 218Po akan meluruh menjadi 214Pb dengan waktu

15

paruh 3,11 menit dengan memancarkan partikel alfa dengan energi 6,00 Mev.

Sedangkan peluruhan yang terjadi pada 214Pb menjadi 214Bi dengan waktu paruh

26.8 menit dan kemudian meluruh menjadi 214Po dengan waktu paruh 19,9 menit

akan menghasilkan peluruhan gamma dengan memancarkan elektron sebesar 1,03

1,03 MeV dan 3,27 MeV, masing-masing. Sinar gamma memancarkan dari 351

keV untuk 214Pb dan 609 keV untuk 214Bi.

Spektroskopi gamma adalah alat teknik yang berguna untuk mendeteksi

jumlah yang sangat rendah dari sinar gamma yang memancar dari radionuklida

dan membedakan tingkat energi mereka. "NE110 gamma-ray" adalah penghitung

dengan ukuran 400 mm x 400 mm x 400 mm, yang dimasukkan dalam tabung

HDPE (High Density Polyethylene) di bawah 2 meter yang mendalam dan

ditempatkan ke dalam wadah yang terbuat dari timah- ketebalan 7 cm sebagai

pelindung untuk memberikan perisai pasif. Penghitung pancaran sinar akan

terhubung dengan photomultipliers dengan diameter 7,6 cm. Gas radon dapat

berdifusi ke dalam kotak utama. Namun, kotak timah akan mencegah setiap

radioaktivitas tambahan dari sumber atmosfer dan ditutupi dengan lapisan Mylar

(40 μm). Ketika sinar gamma melewati penghitung sinar gamma, bahan

luminescent menyerap energi dan bercahaya. Photomultipliers kemudian

mengubah pulsa sinyal untuk menghasilkan arus elektron. Setelah konversi sinyal

analog, yang diterima adalah salah satu data digital yang akan dikirimkan melalui

komputer. Power supply dan komputer akan dlindungi oleh sebuah FRP

(Fiberglass Reinforced Plastics) sehingga mengurangi radiasi yang dihasilkan.

Kemudian alat diatur untuk menghitung energi sinar gamma dalam rentang 250-

700 MeV. Hal ini sesuai dengan energi yang dipancarkan oleh peluruhan menuju 214Pb dan 214Bi. Selain itu informasi tekanan, kelembaban dan suhu atmosfer akan

tercatat dan catatan curah hujan juga akan tercatat berdasarkan stasiun

meteorologi yang berada sekitar 5 km dan 2 km dari stasiun pengukuran sinar

gamma. Kemudian data yang dihasilkan per jam akan dikirimkan langsung menuu

laboratorium Institut Ilmu Bumi, Academia Sinica. Kemudian data kegempaan

juga diberikan ke laboratorium. Selama penelitian terjadi telah terjadi sekitar 186

kejadian gempa dengan magnitudo 2,8-5,9 SR. Sketsa alat yang digunakan dapat

dilihat dalam gambar 3.3.

16

Mulai

Studi Literatur

Akuisisi Data

Pengolahan Data

Interpretasi Data

Hasil

Studi Literatur

Gambar 3.3 Sketsa susunan alat yang digunakan dalam pengambilan data.

Sehingga dalam penelitian tersebut, penulis memperkirakan diagram

alirnya adalah seperti ditunjukkan oleh gambar 3.4 berikut ini.

Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian Studi Kasus di Taiwan bagian Timur

17

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1 Sinar Gamma

Sinar gamma adalah sinar yang tidak dapat dilihat oleh manusia. Hal

tersebut dikarenakan adanya perbedaan antara frekuensi dari sinar gamma dengan

kemampuan menyerap gelombang pada mata manusia. Gelombang ini dihasilkan

ketika terjadinya peluruhan suatu unsur radioaktif. Sehingga aktivitas peluruhan

suatu bahan dapat berupa sinar gamma ataupun sinar kosmis lainnya.

Sinar gamma (seringkali dinotasikan dengan huruf Yunani gamma, )

adalah sebuah bentuk berenergi dari radiasi elektromagnetik yang diproduksi oleh

radioaktivitas atau proses nuklir atau subatomik lainnya seperti penghancuran

elektron-positron. Sinar gamma pertama kali diidentifikasi pada tahun 1900 oleh

Becquerel dan Villard sebagai komponen radiasi dari uranium dan radium yang

memiliki penetrasi jauh lebih tinggi dari partikel alpha dan beta. Pada tahun 1909,

Soddy dan Russell menemukan bahwa peluruhan sinar gamma diikuti hukum

eksponensial dan bahwa rasio koefisien atenuasi kepadatan bahan peluruhan

hampir konstan untuk semua bahan (Nelson dan Relly, 2000).

Gambar 4.1 menggambarkan sebuah eksperimen peluruhan sederhana.

Ketika radiasi gamma dengan intensitas IO adalah intensitas yang diteruskan, d

adalah ketebalan bahan perisasi dan μ adalah koefisien serapan linier bahan

perisai, maka dapat ditulis seperti berikut (Knoll, 1979):

I= I0 e -μd

(2.1)

Gambar 4.1 Konsep dasar sinar gamma

18

Karena μd tidak memiliki satuan, maka satuan μ dan d menyesuaikan. Jika

d dalam cm, maka μ dalam 1/cm. Nilai μ untuk setiap bahan sangat bergantung

pada nomor atom bahan dan juga pada radiasi gamma.Gambar 4.2

menggambarkan peluruhan eksponensial dalam tiga energi sinar gamma yang

berbeda dan menunjukkan bahwa peningkatan transmisi dengan meningkatkan

energi sinar gamma dan menurun dengan meningkatnya ketebalan absorber.

Pengukuran dengan sumber yang berbeda dan peredam menunjukkan bahwa

koefisien atenuasi μ1 tergantung pada energi gamma-ray dan nomor atom (Z) dan

densitas (p) dari penyerap

Gambar 4.2 Transmisi pada sinar gamma dengan ketebalan absorbers

Koefisien peluruhan linier adalah koefisien penyerapan paling sederhana

untuk mengukur eksperimental, tetapi tidak biasanya ditabulasikan karena

ketergantungannya pada kepadatan bahan penyerap. Sebagai contoh, pada energi

yang diberikan, koefisien peluruhan linear air, es, dan uap semua berbeda,

meskipun bahan yang terlibat sama.

Sinar gamma berinteraksi terutama dengan elektron atom; Oleh karena itu,

koefisien peluruhan harus sebanding dengan P kerapatan elektron, yang sebanding

dengan bulk density bahan penyerap. Namun, untuk bahan tertentu rasio kerapatan

elektron untuk bulk density adalah konstan, Z / A, independen dari bulk density.

Rasio Z / A hampir konstan untuk semua kecuali elemen berat dan hidrogen.

P = Z ρ/A (2.2)

19

dimana P = densitas electron

Z = nomer atom

ρ = densitas massa

A = nomer massa

Rasio koefisien atenuasi linear dengan kerapatan (μl/ρ) disebut massa

koefisien peluruhan μ dan memiliki dimensi luas per satuan massa (cm2 / g).

Satuan koefisien dapat sebagai luas penampang efektif elektron per unit massa

absorber. Koefisien peluruhanmassa dapat ditulis dalam bentuk penampang

reaksi, σ (cm2):

μ=N0 σ

A (2.3)

dimanaN0adalah nomor Avagadro dunia (6,02 x 1023) dan A adalah berat atom

penyerap. Penampang probabilitas dari sinar gamma berinteraksi dengan atom

tunggal. Persamaan 2-1 dapat ditulis sebagai:

I= I0 e –μρL= I= I0 e –μx (2.4)

Koefisien atenuasi massa independen dari kepadatan untuk contoh yang

disebutkan di atas, air, es, dan uap semua memiliki nilai yang sama dari p.

Koefisien ini lebih sering ditabulasi dari koefisien atenuasi linear karena

mengkuantifikasi kemungkinan interaksi sinar gamma dari unsur individu.

Referensi 3 dan 4 yang secara luas digunakan tabulasi dari koefisien atenuasi

massa elemen. Persamaan 2-5 digunakan untuk menghitung koefisien atenuasi

massa untuk bahan senyawa:

μ=∑ μ i wi (2.5)

20

4.2 Hubungan Sinar Gamma dengan Gempa Bumi

Sinar gamma yang dihasilkan dari peluruhan suatu bahan radioaktif dapat

menngindikasikan adanya kejadian alam yang ada. Unsur radioaktif ada pada

setiap batuan. Hal ini dikarenakan pada batuan yang telah terbentuk (beku,

sedimen maupun metamorf) memiliki unsur-unsur radioaktif yang berasal dari

magma. Sehingga pada pemanfaatannya, sinar gamma ataupun sinar kosmis

lainnya dapat digunakan untuk survei kejadian alam menggunakan perilaku

pancaran sinar kosmis pada suatu daerah.

Gempa bumi merupakan fenomena bergetarnya sebagian wilayah di bumi

dikarenakan adanya pelepasan energi yang besar berasal dari kegiatan tektonik

maupun vulkanik bumi. Gempa yang dihasilkan biasanya tergantung akumulasi

energi yang selalu menekan suatu daerah dengan aktivitas pergerakan lempeng

pada bumi maupun sistem gunung api. Tekanan yang dihasilkan oleh aktivitas

tersebut membuat perubahan muka bumi yang berkaitan dengan lokasi unsur

radioaktif pada lapisan kerak bumi.

Tekanan yang dihasilkan oleh aktivitas tektonik dan vulkanik akan

mengubah beberapa kekuatan muka tanah di sekitar wilayah tersebut. Hal ini jelas

memengaruhi peluruhan radioaktif yang ada. Ketika tekanan akibat kegiatan

tersebut mengubah muka bumi, maka jelas akan adanya lapisan batuan yang

terpampang dan hal tersebut mungkin akan bisa meningkatkan intensitas pancaran

sinar kosmis dari batuan tersebut.

Dalam skala kecil, peningkatan pancaran sinar kosmis dapat

mengindikasikan adanya perubahan terhadap nilai panacaran sinar

kosmis.perubahan tersebut dapat mengindikasikan adanya fenomena alam yang

aan terjadi seperti gempa bumi. berdasarkan studi literatur yang ada, penulis

mendapatkan informasi bahwa semakin meningkatnya data pancaran sinar gamma

yang ada dapat mengindikasikan adanya gempa bumi yang akan terjadi. Namun

prediksi ini tidak bisa memprediksi besaran gempa yang akan terjadi. Bahkan

dengan anomali nilai pancaran sinar gamma juga akan memiliki ambiguitas yang

tinggi untuk memprediksi gempa yang akan terjadi, karena sinar gamma sangat

dipengaruhi oleh keadaan daerah tersebut sehingga banyak faktor yang

memengaruhi nilai pancaran tersebut.

21

4.3 Hasil Studi Kasus di Taiwan Bagian Timur

Pengukuran kontinyu di stasiun DHUG dimulai pada tanggal 7 Februari

2014, dilanjutkan dengan pengujian awal dan mengoptimalkan periode setelah

instalasi pada bulan November tahun 2013. Seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 3.1, data sinar gamma bersama dengan data meteorologi yang dicatat per

jam termasuk plot frekuensi - waktu. Plot frekuensi waktu data sinar gamma pada

Gambar 3.1 menunjukkan frekuensi di 0 sampai 5 siklus / hari dan amplitudo dari

1 siklus / hari serta frekuensi 2 siklus / hari.

Range dari tingkat perhitungan sinar gamma yang diamati adalah dari

98.062 ke 178.556 cph (hitungan per jam) dengan nilai rata-rata 117.451 cph

dengan standar deviasi 1.300 cph di bawah kondisi tekanan meteorologi (P)

bervariasi dari 999,4 ke 1,025.8 mb, kelembaban meteorologi (H) 44-100% dan

Suhu meteorologi (T) 11,7-31,1 ℃. Variasi temporal semua faktor meteorologi

relatif kecil, dengan nilai rata-rata ΔP = 4,9 mb untuk tekanan atmosfer, ΔH =

9,4% untuk kelembaban, dan ΔT = 3,9 ℃ untuk temperatur. Variasi diurnal data

gamma yang dicatat cukup signifikan dan peningkatan mendadak dalam durasi

pendek dari 20-22 Maret.

Gambar 4.3 Variasi temporal waktu-frekuensi (panel atas) dan variasi

sinar gamma (panel ketiga dari atas) selama periode waktu dari tanggal 7 Februari

22

sampai 27 Mei 2014. Parameter lainnya, seperti data atmosfer (tekanan,

kelembaban dan suhu) dan curah hujan (jam dan akumulasi per jam) juga

disertakan. Periode waktu dari 17-26 Februari 2014 ditandai sebagai persegi

panjang dan diperbesar ditunjukkan pada Gambar 4.4.

Masalah pasokan listrik menyebabkan hilangnya data set gamma untuk

monitoring pada 16 Maret, 26 - 27Maret , 17-21 April dan pada 4 Mei 2014

(Gambar. 3.1). Selama minggu kedua Februari 2014, rata-rata tingkat gamma

yang dihitung menurun ke nilai sekitar 115.000 cph dengan diikuti penyesuaian

awal untuk detektor. Tingkat penghitungan gamma menunjukkan fluktuasi yang

signifikan dan beberapa anomali dapat diidentifikasi secara langsung. Sementara

itu, beberapa periode variasi gamma tampaknya terpengaruh oleh parameter

meteorologi. Pengaruh tekanan udara, kelembaban dan suhu pada variasi gamma

relatif kecil di periode data karena koefisien korelasi yang sangat rendah yaitu

0,00002, 0,04 dan 0,07, untuk masing-masing parameter. Koefisien korelasi yang

rendah ini mungkin menunjukkan bahwa variasi gamma dikendalikan tidak hanya

oleh parameter meteorology saja, tetapi dengan proses geodinamika lain. Namun,

beberapa periode menunjukkan bahwa tingkat penghitungan gamma menurun

dengan meningkatnya suhu udara, seperti periode 17-26 Februari 2014 dan

periode 14-26 Maret 2014. Oleh karena itu, digunakan metode analisis untuk

memahami kemungkinan hubungan antara variasi gamma dan parameter

meteorologi. Tsvetkova et al. (2014) menggunakan sensor sinar gamma untuk

aplikasi seismologi bertempat di ruang bawah tanah dengan suhu konstan di

dekatnya dan tidak menemukan pengaruh suhu ruangan dan kelembaban, tetapi

dengan sedikit efek tekanan atmosfer.

4.3.1 Menghapus Pengaruh Parameter Meteorologi

 Dalam rangka untuk mengukur pengaruh parameter meteorologi terhadap

variasi temporal gamma, suatu periode dari 17-26 Februari 2014 dipilih untuk

analisis lebih lanjut. Rata-rata penghitungan Gamma kemudian dibandingkan

dengan tekanan atmosfer, kelembaban dan suhu. Catatan curah hujan per jam juga

termasuk di dalamnya. Pada periode ini, ada perubahan besar suhu atmosfer dan

tidak ada pengaruh aktivitas seismic yang signifikan. Data variasi gamma

menunjukkan pengaruh yang menonjol oleh parameter meteorologi, terutama

23

suhu atmosfer. Data mentah sinar gamma (seperti yang ditunjukkan pada garis

putus-putus berwarna abu-abu pada Gambar 4.4) mengungkapkan penurunan

yang signifikan dengan meningkatnya suhu atmosfer.

Gambar 4.4 Panel atas menunjukkan profil tekanan atmosfer, kelembaban

dan temperatur. Panel kedua menunjukkan variasi temporal sinar gamma selama

periode waktu dari 17-26 Februari, 2014. Garis hitam menunjukkan data sinar

gamma terkoreksi dengan menghapus efek suhu. Garis putus-putus abu-abu

menyajikan data mentah dari sinar gamma. Curah hujan per jam ditampilkan di

panel bawah.

Selanjutnya dilakukan pemeriksaan regresi linear dan korelasi antarnilai

yang tercatat. Tingkat penghitungan gamma diplot terhadap tekanan atmosfer,

kelembaban dan suhu pada Gambar 3.3a-c. Tingkat penghitungan Gamma dan

tekanan atmosfer, seperti kelembaban atmosfer, memilliki korelasi yang buruk

yang dapat dibuktikan dengan koefisien korelasi rendah 0,32 dan 0,0004, untuk

masing-masing (Gambar 4.5a dan 4.5b). Korelasi negatif antara tingkat gamma

24

dan temperatur atmosfer dapat diamati pada koefisien korelasi yang tinggi 0,81

(Gambar 4.5c).

Gambar 4.5 Diagram variasi baku dan dikoreksi variasi gamma-ray

dengan tekanan atmosfer, kelembaban dan suhu selama periode waktu dari 17-26

Februari 2014 untuk (a-c) sebelum

Dengan menyelidiki regresi linier (Hays, 1994; Warne, 2011), dapat

diperoleh koefisien korelasi tinggi dari persamaan regresi linear berikut:

G = a(t) T + b …… (1)

di mana G adalah tingkat penghitungan sinar gamma, a(t)= -1531 adalah

koefisien suhu udara, b = 140816 adalah tahanan. Regresi (1) merupakan

persamaan yang paling cocok untuk pengurangan variasi gamma (G) yang

disebabkan oleh perubahan dari temperatur meteorology (T). Koefisien korelasi

yang tinggi menunjukkan ketergantungan gamma yang tinggi terhadap parameter

meteorologi.

25

Spane (2002) menggunakan dekonvolusi regresi dalam mengestimasi

bagaimana parameter dalam sistem merespon dorongan dan menunjukkan

bagaimana hal ini meningkatkan smoothing data yang tercatat. Metode ini dapat

menghilangkan efek dari variasi suhu atmosfer dari data, menggunakan

persamaan linear berikut:

…. (2)

di mana dan G (t) adalah nilai gamma terkoreksi dan terukur, at

adalah koefisien suhu udara, T adalah nilai temperatur terukur dan Tc adalah nilai

suhu konstan. Tc yang digunakan merupakan nilai median yaitu rata-rata suhu

yang diukur selama empat bulan yaitu 19,9 ℃. Dengan menghapus efek suhu dari

tingkat penghitungan gamma yang terukur, hasil terkoreksi di (2) juga dapat

diperoleh, seperti di panel bawah Gambar 4.4 (ditunjukkan di garis hitam).

Gambar 4.6 Diagram variasi baku dan dikoreksi variasi gamma-ray

dengan tekanan atmosfer, kelembaban dan suhu selama periode waktu dari 17-26

Februari 2014 untuk (d-f) sebelum

26

Selanjutnya, Gambar 4.6 d-e menunjukkan korelasi yang buruk antara

variasi sinar gamma yang terkoreksi dan data meteorologi lainnya (termasuk

tekanan udara, kelembaban dan suhu) pada periode yang sama dari 17-26 Februari

2014 dengan koefisien korelasi 0,12, 0,034 dan 0,005, untuk masing-masing

parameter. Hal ini menunjukkan metode regresi linear cukup baik untuk memfilter

parameter meteorologi, seperti suhu atmosfer. Karena pengukuran dilakukan pada

permukaan bumi, peralatan teknis dipengaruhi fluktuasi diurnal temperature

udara. Suhu udara bisa berpengaruh pada pengukuran gamma dan akurasinya.

Banyak perangkat semikonduktor atau sensor listrik yang biasanya dipengaruhi

langsung oleh suhu, menyebabkan pengurangan sensitivitas perangkat.

4.3.2 Analisis Waktu-frekuensi

Gambar 4.7 Spektrum frekuensi variasi sinar gamma baku (awal) dan

terkoreksi di DHUG stasiun diperoleh FFT ditunjukkan dalam (a) sebelum dan (b)

setelah menghapus efek suhu.

Dalam rangka untuk lebih menguji hubungan antara data mentah dan data

sinar gamma terkoreksi, data hasil pencatatan dihitung dengan Fast Fourier

Transform (FFT) seperti ditunjukkan pada Gambar 4.7. Spektrum yang diperoleh

dari data mentah ditunjukkan pada Gambar 4.7, di mana power di frekuensi 1 dan

2 siklus / hari cukup signifikan. Setelah menghapus efek suhu, power di frekuensi

1 dan 2 siklus / hari menjadi jauh lebih lemah (Gambar 4.7b). Oleh karena itu,

amplitudo kedua frekuensi pada Gambar 3.5a terkait dengan variasi suhu dan suhu

adalah sumber utama variasi 1 dan 2 siklus / hari. Namun, frekuensi pada 1 dan 2

siklus / hari masih menunjukkan puncak pada Gambar 3.5b. Variasi diurnal dan

semi-diurnal pada Gambar 3.5b kemungkinan akan terkait dengan perubahan

27

permeabilitas sistem patahan yang disebabkan oleh pasang bumi (Rojstaczer dan

Wolf, 1992;. Weinlich et al, 2006).

Diagram waktu-frekuensi diperoleh dari metode wavelet Morlet, yang

menyediakan fungsi yang baik untuk pembangunan transformasi wavelet kontinu

(Sadowsky, 1994). Panel atas pada Gambar. 4.3 menunjukkan diagram waktu-

frekuensi dengan frekuensi 0-5 siklus / hari, yang diperoleh dari data mentah.

Amplitudo 1 siklus / hari terlihat seperti pada Gambar. 4.5. Dibandingkan dengan

panel atas pada Gambar 4.7, yang diperoleh dari data terkoreksi, frekuensi 1 siklus

/ hari hampir menghilang, hanya muncul pada awal Mei. Seperti disebutkan di

atas, variasi diurnal dengan frekuensi 1 siklus / hari terutama dipengaruhi oleh

suhu. Frekuensi ini masih signifikan dalam data terkoreksi dari 08-25 Mei, yang

mungkin berhubungan dengan efek pasang surut seperti yang disebutkan

sebelumnya.

4.3.3 Variasi Sinar Gamma dan Seismisitas

 Time series data gamma terkoreksi diplot dengan data seismik, catatan

curah hujan dan spektogram pada periode dari tanggal 7 sampai 27 Mei 2014 di

Gambar 3.5. Spektogram menunjukkan frekuensi 0 sampai 5 siklus / hari, di mana

amplitudo yang signifikan dari 1 siklus / hari hanya muncul pada bulan Mei dan 2

siklus / hari menunjukkan fitur yang tidak jelas. Sebuah variasi diurnal dalam data

gamma dicatat cukup signifikan dan variasi durasi pendek yang meningkat secara

mendadak juga diamati pada bulan Mei. Rata-rata penghitungan gamma selama

24 jam ditunjukkan dengan garis merah pada gambar 4.8b untuk mengenali nilai

awalnya. Besarnya dan kedalaman gempa diplot pada Gambar 4.7a dan 4.8d,

masing-masing.

28

Gambar 4.8 Variasi temporal waktu-frekuensi (3.6a) dan variasi sinar

gamma terkoreksi (panel kedua / 3.6b) selama periode waktu dari 7 Februari-27

Mei, 2014. Besarnya dan kedalaman gempa (7c dan 7d). (7e) akumulasi Jumlah

dari gempa bumi pada jarak yang berbeda ditampilkan sebagai histogram. (7f)

curah hujan Per Jam (panel bawah).

Peristiwa gempa diurutkan menurut jarak antara stasiun monitoring dan

hiposenter gempa. Gempa bumi diklasifikasikan oleh jarak kurang dari 50 km

(dilambangkan dengan lingkaran merah), antara 50 dan 100 km (lingkaran biru)

dan lebih besar dari 100 km (lingkaran abu-abu), untuk membahas distribusi

spasial peristiwa seismic (Gambar 4.8c dan 4.8d). Akumulasi jumlah gempa bumi

pada jarak yang berbeda juga diplot untuk menunjukkan intensitas kegiatan

seismik (Gambar 4.8e).

Setelah 16 Februari 2014, rata-rata perhitungan gamma terkoreksi

menurun ke nilai awal sekitar 111.000 cph (hitungan per jam). Sebelum 20 Maret

variasi gamma terkoreksi cukup stabil, dengan pengecualian periode untuk 26

Februari - 3 Maret yang menunjukkan sedikit peningkatan dari ~ 2%. Rata-rata

29

perhitungan gamma terkoreksi meningkat selama periode 20-26 Maret yaitu

menjadi 122.000 cph (~ 10 % peningkatan). Selama periode ini, tidak ada hujan,

kecuali sesekali gerimis. Ada penurunan tiba-tiba dari hitungan sinar gamma

terkoreksi pada 26 Maret yang diikuti oleh sebuah gempa swarm, yang terjadi

pada sekitar kedalaman 19 km, sejak 26 Maret hingga 27 Maret. Jarak antara

hiposenter dari gempa swarm dan stasiun DHUG sekitar 70 km. Lonjakan jumlah

gempa bumi dapat dengan mudah diamati.

Setelah 27 Maret, variasi gamma terkoreksi tetap stabil selama beberapa

minggu sampai 22 April. Kemudian jumlah sinar gamma terkoreksi mulai

meningkat terus menerus sampai 27 April dengan nilai tertinggi 135.000 cph. Dan

ada penurunan sementara pada tanggal 29 April, ketika nilainya menurun ke nilai

awal dan diikuti oleh segerombolan gempa lain yang terjadi pada kedalaman 10

sampai 20 km, sejak 3 Mei sampai 5 Mei. Akumulasi Jumlah gempa

menampilkan aktivitas seismik yang luar biasa tinggi. Jarak dari hiposenter gempa

swarm ke stasiun pemantauan sekitar 40 km selama periode ini. Sementara itu,

ada gempa bumi (ML = 5,3) yang terjadi pada 4 Mei. Dalam kedua kasus kenaikan

sinar gamma yang sangat kuat dicatat sekitar 6 hari dan 10 hari sebelum

datangnya gempa. Perlu dicatat bahwa spektogram (plot waktu-frekuensi)

menunjukkan adanya amplitudo tinggi pada frekuensi sangat rendah 0,3 siklus /

hari selama terjadinya kedua gempa yang ditunjukkan oleh panah merah muda di

panel atas Gambar 4.7a. Hal ini menunjukkan kemungkinan bahwa kawanan

gempa dipengaruhi oleh proses geodinamika, yang diinduksi oleh medan stress

tektonik, dan menyebabkan perubahan tekanan pori. Fleischer (1981) juga

menyimpulkan bahwa gas dan migrasi fluida dengan pembukaan atau penutupan

celah dapat dipengaruhi oleh perubahan di bidang regangan selama ada stress

sebelum aktivitas seismik.

Jumlah sinar gamma terkoreksi mulai teramati dengan fluktuasi yang

sangat besar sebelum gempa besar (ML = 5,9) yang terjadi di Fanglin daerah

sepanjang Longitudinal Valley pada 21 Mei 2014. Gempa bumi dengan focus

kedalaman 18 km hanya terletak sekitar 13 km jauhnya dari stasiun. Hal ini

menunjukkan bahwa peningkatan yang signifikan dari data sinar gamma

terkoreksi dapat berfungsi sebagai tanda dua minggu sebelum terjadinya event

30

gempa (ML = 5,9). Setelah Gempa Fanglin, jumlah sinar gamma terkoreksi

meningkat selama dua hari kemudian diikuti oleh gempa lain (ML = 5.1) pada

kedalaman 7 km di sepanjang bagian selatan Longitudinal Valley. Selain itu,

selama minggu pertama bulan Mei, spektogram (plot waktu-frekuensi)

menunjukkan fluktuasi yang besar dan frekuensi 1 siklus / hari menunjukkan

frekuensi rendah lainnya. Dari catatan gempa, aktivitas seismik yang sangat tinggi

masih dapat diamati pada akhir Mei. Namun, variasi sinar gamma terkoreksi turun

ke nilai-nilai awal dan terjadi fluktuasi yang stabil setelah proses-proses

geodinamika berakhir (Gbr. 4.7).

4.3.4 DiskusiPentingnya fluida dalam mempengaruhi gempa telah ditunjukkan oleh

beberapa peneliti (misalnya, Nur dan Booker, 1972). Pengamatan geologi

menunjukkan bahwa zona sesar mempunyai permeabilitas tinggi dan jangkauan

zona gelincir yang mendominasi evolusi tekanan pori, di mana fluida dapat

mengalir (Sibson, 2003). Tekanan pori merupakan tekanan ke segala arah yang

disebabkan oleh tekanan air yang mengisi rongga di dalam butiran padat. Korelasi

spasial antara aktivitas seismik selama kejadian gempa dan medan tegangan

tektonik mungkin disebabkan oleh perubahan tekanan Coulomb (Feuillet et al.,

2004). Tekanan Coulomb atau Coulomb stress merupakan perubahan tekanan

pada patahan di sekitar daerah yang terjadi gempabumi akibat gempa bumi itu

sendiri. Stasiun DHUG terletak di Longitudinal Valley, yang merupakan zona

patahan di perbatasan antara lempeng Eurasia dan lempeng Laut Filipina. Zona ini

sangat rawan gempa karena konvergensi yang berkelanjutan, perubahan

mendadak dalam tekanan pori dipengaruhi oleh perubahan tekanan Coulomb

dalam periode singkat, yang mungkin terkait dengan akan terjadinya patahan atau

gempa, menyebabkan anomali sinar gamma dalam jangka waktu pendek (20-25

Maret dan 23 April-2 Mei). Demikian pula, Katsura et al. (1989) melaporkan

bahwa tingkat radiasi gamma menurun setelah sebelumnya terjadi peningkatan

sebelum gempa bumi.

Selain itu, perubahan progresif pada tekanan pori dalam beberapa saat

mengekspresikan respon yang tinggi dari medium dan tekanan Coulomb tidak

mendekati Coulomb Failure Function, yang mungkin berkaitan dengan gempa

besar berikutnya. Antonioli et al. (2005) mengemukakan bahwa proses relaksasi

31

tekanan pori merupakan gangguan tekanan yang menyebar melalui medium cairan

jenuh. Dynamic stress dari patahan tektonik mampu mempengaruhi perubahan

pada fluida sehingga deformasi pada kerak bumi menyebabkan perubahan besar

pada tekanan pori. Perubahan tekanan ini akan merangsang aktivitas seismik

regional, termasuk gempa kecil dan gempa besar (Spicak dan Horálek 2001 ;

Audin et al, 2002)..

Gambar 4.9 Informasi kegempaan di wilayah survei yang terjadi sepanjang

Februari-Mei 2014 dan informasi fokal mekanisme.

Dari distribusi temporal gempa bumi selama Maret 10 sampai 27 Mei

2014 terlihat rentetan gempa-gempa kecil terjadi di sepanjang sistem Longitudinal

Valey yang diplot dengan warna kuning, merah dan hijau untuk periode 26-27

Maret, 03-05 Mei dan 25 Mei. Perlu dicatat bahwa serentetan gempa terjadi di

segmen utara Longitudinal Valey dari Mei 3 sampai 5. Serentetan gempa ini

mungkin memicu gempa menengah. Kejadian gempa bumi bergeser ke selatan,

termasuk gempa Fanglin. Mekanisme fokus dengan komponen strike-slip dan

orientasi sesuai dengan shortening NW-SE, yang disebabkan oleh pergerakan

lempeng Laut Filipina ke arah NW. Seri gempa lain terjadi sesudahnya sepanjang

32

segmen selatan Longitudinal Loire. Tiga tahapan yang berbeda transfer stress dari

utara ke selatan sepanjang sistem Longitudinal Valley dapat diidentifikasi selama

periode ini. Tahap deformasi ini mungkin menunjukkan bahwa tekanan pori

didominasi oleh perambatan patahan intermiten. Cocco et al. (2000) juga

melaporkan migrasi spasial dan temporal kegempaan yang disebabkan oleh

perubahan Coulomb stres dan relaksasi tekanan pori.

Dapat dikatakan bahwa adanya fluida dapat dibuktikan oleh hasil

tomografi dan pengamatan gempa bumi mikro. Hasil tomografi menunjukkan

bahwa Vs rendah atau Vp / Vs yang lebih tinggi mungkin mencerminkan adanya

fluida di dalam kerak bumi, sepanjang zona patahan Longitudinal Valey di daerah

studi (Wu et al, 2007;.. Huang et al, 2014 ). Bukti lainnya yang mungkin dapat

menjelaskan adanya pengaruh fluida adalah dari gelombang seismic dari

gelombang mikro.

Hal ini layak melihat bahwa peningkatan gas radon dalam tanah yang

signifikan ditemukan sebelum gempa besar Fanglin (ML = 5,9), mirip dengan

peningkatan sinar gamma untuk periode yang sama.hal tersebut dapat dilihat pada

gambar 4.8. Di sisi lain, tidak ada peningkatan yang signifikan dalam gas radon

tanah ditemukan sebelum dua rentetan gempa dengan gempa yang lebih kecil. (Fu

et al., 2014).

Perlu dicatat bahwa tiba-tiba untuk beberapa saat, peningkatan jumlah

sinar gamma sering terekam, hal ini mungkin terkait dengan hujan deras atau

akumulasi curah hujan. Sebuah peningkatan tiba-tiba dari jumlah gamma-ray

sesuai dengan rentang frekuensi yang luas dengan plot waktu-frekuensi dengan

frekuensi 0-5 siklus / hari karena curah hujan. Peristiwa dengan peningkatan tiba-

tiba dari sinar gamma dilambangkan dengan anak panah merah muda pada

Gambar. 7a. Sering teramati bahwa radiasi gamma di permukaan tanah meningkat

pada saat hujan (Minato, 1980a; 1980b; Nishikawa et al, 1995;. Yamanisi dan

Miyake, 2003). Hal ini dapat dijelaskan bahwa tingkat penghitungan sinar gamma

dari 214Pb dan 214Bi meningkat selama hujan deras. Hal ini menunjukkan bahwa

nuklida ini dapat bergerak ke permukaan tanah di sekitar detektor selama terjadi

hujan (ichiji dan Hattori, 2000).

33

BAB V

KESIMPULAN

Sinar gamma (seringkali dinotasikan dengan huruf Yunani gamma, )

adalah sebuah bentuk berenergi dari radiasi elektromagnetik yang diproduksi oleh

radioaktivitas atau proses nuklir atau subatomik lainnya seperti penghancuran

elektron-positron.Variasi Gamma-ray dipantau di stasiun pemantauan DHUG,

terletak di Longitudinal Lembah Taiwan timur. Hasil variasi temporal gamma-ray

tingkat penghitungan dibandingkan dengan faktor-faktor atmosfer. Pengaruhsuhu

atmosfer diamati dalam pengukuran sinar gamma. Linierregresi dilakukan untuk

menghilangkan efek signifikan suhu darivariasi sinar gamma.

    Hasil pemantauan sinar gamma yang komprehensif berdasarkan pengamatan

multi-komponen (sinar gamma dan faktor lingkungan, seperti tekanan atmosfer,

kelembaban, suhu dan curah hujan) menunjukkan bahwa sinar gamma

memperlihatkan peningkatan anomali beberapa hari sebelum gempa bumi terjadi.

Peningkatkan periode gamma dalam perhitungan mungkin terkait dengan

perubahan stres diinduksi dalam Longitudinal Valley, yang mungkin terkait

dengan kawanan gempa yang akan datangdan (atau) gempa besar.

34

DAFTAR PUSTAKA

Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika. (2014). Gempa Bumi. Retreived

from Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika Web site:

http://www.bmkg.go.id/BMKG_Pusat/Gempabumi_-_Tsunami/Gempabu

mi.bmkg.

Bolt, B. A. (1978). Earthquake a Primier. USA: W. H Freeman & CO.

Fu, C.C, dkk. (2015). Journal of Asian Earth Sciences: Temporal variation of

gamma rays as a possible precursor of earthquake in the Longitudinal

Valley of eastern Taiwan.

G. F. Knoll. (1979).Radiation Detection and Measurement. New York: John

Wiley& Sons.

35