Bagaimana Pusat Gempa dan Lapisan-lapisan Bumi Dapat Diketahui

Pertanyaan yang sering muncul mengenai gempa bumi adalah bagaimana gempa bumi dapat terjadi, baik itu kekuatannya, kedalamannya/pusat gempa (hiposentrum), ataupun lokasinya (episentrum). Bahkan beberapa orang pernah bertanya kepada saya, bagaimana para ahli dapat mengetahui lapisan lapisan bumi, baik dari aspek ketebalan lapisannya (kerak, mantel, dan inti bumi), karakteristik material penyusunnya, bahkan diameter ataupun jari-jari bumi.

Pertanyaan tentang lapisan-lapisan bumi adalah hal yang lumrah, karena mereka mengetahui bahwa sampai saat ini lapisan-lapisan bumi (khususnya bagian mantel bumi - inti bumi) belum dapat dibuktikan secara pasti berdasarkan data pengeboran (karena penetrasi alat bor yang terbatas). Tulisan singkat dibawah ini mudah-mudahan dapat memberi pencerahan dalam menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut.

Bumi adalah bahan yang dinamis, akibat massa batuan yang aktif bergerak satu dengan yang lainnya, sehingga menghasilkan gempabumi di zona penunjaman lempeng pada kedalaman tertentu. Zona penunjaman lempeng biasanya banyak terdapat di bawah dasar-dasar samudera. Gempabumi berasal dari pergerakan secara perlahan massa batuan akibat pertambahan gaya (energi) deformasi, sehingga massa batuan akan melampaui batas elastisitasnya dan akhirnya patah (pecah). Perlu dicatat bahwa kunci penyebab gempabumi ini adalah gaya (energi) deformasi yang biasa dikenal sebagai "gelombang seismik".

Tempat lepasnya energi deformasi elastis yang biasa disebut "geolombang seismik" ini akan menyebar ke segala arah yang dikenal dengan sebutan "hiposenter". Sedangkan rekahan yang terbentuk akibat deformasi tersebut dinamakan patahan (fault). Patahan (fault) terbentuk akibat massa batuan yang terkena energi deformasi kehilangan batas elastisitasnya, sehingga menyebabkan massa batuan akan patah atau pecah.

Dengan mempelajari struktur dalam (interior) bumi, disimpulkan adanya dua jenis gelombang seismik, yaitu : "compresional wave" biasa disebut dengan P wave (gelombang P), dan "shear wave" biasa disebut S wave (gelombang S). Gelombang P merupakan gelombang tekanan penyebab deformasi elastis pada massa batuan, yang bergerak searah dengan arah gaya deformasi. Sedangkan gelombang S merupakan gelombang tarikan, yang bergerak membuat sudut dengan arah gaya deformasi.

Kecepatan gelombang P ternyata 40% lebih besar dibanding kecepatan gelombang S. Alat untuk mencatat gerakan perlahan interior bumi yang berasosiasi dengan gelombang seismik disebut dengan "seismograph" (lihat gambar 1A). Gelombang P selalu berjalan lebih cepat dari gelombang S, sehingga gelombang P akan tiba di seismograph lebih dahulu dan direkam oleh defleksi pada diagram seismograph. Gelombang S direkam dengan cara yang sama, tetapi pada waktu berikutnya. Sehingga perbedaan kedatangannya dapat dicatat.

Jika kecepatan kedua gelombang P dan S dapat diketahui dari seismograph, dan selang (perbedaan) waktu kedatangan kedua gelombang dicatat, maka kedalaman pusat gempa (hiposentrum) dapat ditentukan. Sedangkan lokasi gempa dapat ditentukan bila jarak gempa dari beberapa stasiun seismograph dihitung. Proyeksi (posisi) tegak lurus hiposentrum ke permukaan bumi disebut sebagai "episentrum".

Gelombang P didalam bumi mempunyai kecepatan yang berbeda-beda, sebagai akibat ketidak-homogenan batuan pembentuk struktur dalam bumi (interior bumi). Sifat dari gelombang ini baik pada fasa padat maupun fasa cair dapat ditransmisikan. Sedangkan untuk gelombang S, tidak dapat ditransmisikan pada fasa cair.

Gelombang P dapat dicatat hingga posisi 120 derajat dari pusat pengukuran. Tetapi pada koordinat 102 - 143 derajat, getaran gelombang P tidak dapat direkam, dan daerah tersebut dinamakan "shadow zone" atau daerah bayangan (lihat gambar 1B). Gerakan gelombang P tercatat mulai lemah kecepatannya pada koordinat 143 - 180 derajat.

Dari beberapa penelitian terhadap kecepatan gelombang P dan gelombang S di dalam bumi, para ahli menarik kesimpulan bahwa di dalam bumi terdapat dua bidang utama diskontinuitas. Pertama, sekitar 5 - 70 km dari permukaan bumi, dan yang kedua pada kedalaman sekitar 2900 km dari permukaan bumi. Dari sinilah asal muasal diketahuinya lapisan-lapisan bumi dengan masing-masing ketebalannya.

Berdasarkan gambar diatas (gambar 1C), maka secara garis besar lapisan-lapisan bumi (interior bumi) terdiri atas : 1) Kerak bumi (crust) dengan ketebalan sekitar 5-70 km, 2) Selubung bumi (mantel) dengan ketebalan sekitar 70-2900 km, dan 3) Inti bumi (core) dengan ketebalan sekitar 3450 km. Hasil inilah yang secara akumulasi jari-jari bumi dapat diperkirakan panjangnya, yaitu sekitar 6350 km (jari-jari bumi di katulistiwa).

Bagian ini sering disebut juga sebagai kulit bumi, merupakan lapisan terluar yang disusun oleh batuan yang padat. Kerak bumi dapat dibedakan menjadi kerak benua (kerak kontinen) dan kerak samudera (kerak oseanik).

Kerak benua merupakan kerak yang menyusun daratan atau benua dan menyusun sekitar 79% dari volume kerak bumi. Batuan yang menyusun kerak benua pada umumnya batuan granitik yang bersifat asam. Bagian atas dari kerak benua biasanya disusun oleh batuan beku, batuan metamorf, dan batuan sedimen. Kerak benua bagian atas dan bagian bawah dipisahkan oleh bidang Diskontinuitas Conrad.

Kerak samudera (kerak oseanik) adalah kerak bumi yang menyusun lantai samudera, sekitar 65% dari total luas kerak bumi. Rata-rata kedalaman kerak samudera sekitar 4 km dari permukaan air laut. batuan penyusunnya merupakan batuan yang bersifat basa atau mafik. Bagian atas (pada ketebalan 1,5 km) disusun oleh batuan yang bersifat basa atau basaltik, sedangkan pada bagian bawahnya tersusun atas batuan metamorf dan batuan beku gabro.

Bagian ini merupakan penyusun bagian dalam bumi yang terbesar. komposisi kimia selubung bumi belum diketahui secara pasti, namun diperkirakan terdiri atas oksigen dan silikon dalam jumlah yang besar. Komposisi umum dari bagian ini adalah bahan material yang bersifat ultramafik, seperti dunit, peridotit, dan batuan lainnya yang kaya akan olivin.

Selubung bumi atau mantel bumi dapat dibedakan menjadi tiga bagian yaitu : 1) selubung bumi bagian atas, 2) selubung bumi bagian tengah, dan 3) selubung bumi bagian bawah. Informasi lapisan bumi yang cukup dalam ini dapat diketahui berdasarkan atas dapat merambatnya gelombang S melalui material penyusunnya.

Bagian bumi ini terletak mulai kedalaman sekitar 2900 km dari dasar kerak bumi sampai ke pusat bumi. Inti bumi terbagi atas 2 bagian yaitu inti bumi bagian luar dan inti bumi bagian dalam. Karakteristik mengenai batas antara selubung bumi dan inti bumi ditandai dengan penurunan kecepatan gelombang P secara drastis dan gelombang S yang tidak dapat diteruskan. Diperkirakan hal ini berhubungan dengan meningkatnya berat jenis material penyusun inti bumi serta perubahan sifat materialnya dari padat menjadi cair.

Peningkatan berat jenis lebih banyak disebabkan oleh perubahan material silikat pada selubung bumi menjadi material yang kaya akan besi (Fe) di inti bumi. Diperkirakan, perubahan sifat tersebut akibat turunnya titik lebur material yang mengandung besi dibandingkan dengan material yang kaya silikat. Inilah mengapa inti bumi bagian luar berwujud cairan yang melimpah logam Fe, sedangkan inti bumi bagian dalam disusun oleh material yang sama, namun dalam fase padat.