Lempeng tektonik

Lempeng tektonik[sunting | sunting sumber]

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Tektonika lempeng

Diagram pai yang membandingkanmomentum seismik gempa-gempa besar sejak 1906 sampai 2005 dibandingkan dengan gempa lain pada periode yang sama.

Gempa bumi megathrust tidak biasanya besar dari segi geografi dan geologi. Permukaan patahan seluas 1,600 kilometer (1,000 mi) bergeser (atau retak) sekitar 15 meter (50 ft) di sepanjang zona subduksi tempat Lempeng Hindia meluncur (atau bersubduksi) di bawah Lempeng Burma. Pergeseran ini tidak terjadi secara instan, melainkan dalam dua tahap selama beberapa menit:

• Data seismograf dan akustik menunjukkan bahwa tahap pertama melibatkan retakan sepanjang 400 kilometer (250 mi) dan selebar 100 kilometer (60 mi), terletak 30 kilometer (19 mi) di bawah dasar laut. Ini merupakan retakan terbesar yang pernah terbentuk oleh gempa bumi. Retakan ini bergerak dengan kecepatan 2.8 kilometers per second (1.7 miles per second) (10,000 km/h or 6,200 mph) dari pesisir Aceh menuju barat laut kira-kira selama 100 detik.
• Jeda selama 100 detik terjadi sebelum retakan belanjut ke utara sampai Kepulauan Andaman dan Nicobar. Retakan di sebelah utara bergerak lebih lambat ketimbang yang di selatan, kira-kira 2.1 km/s (1.3 mi/s) (7,500 km/h or 4,700 mph), dan berlanjut ke utara selama lima menit hingga batas lempeng. Jenis patahan di sana berubah dari subduksi menjadi patahan mendatar (strike-slip; dua lempeng melewati satu sama lain dengan arah berlawanan).

Lempeng Hindia adalah bagian dari Lempeng Indo-Australia yang lebih besar. Lempeng Indo-Australia berada di dasar Samudra Hindia dan Teluk Benggala. Lempeng Hindia bergerak ke timur laut dengan kecepatan rata-rata 6 sentimeter per tahun (2.4 inci per tahun). Lempeng Hindia bertemu Lempeng Burma (dianggap bagian dari Lempeng Eurasia) di Palung Sunda. Di sini Lempeng Hindia bergerak ke bawah Lempeng Burma yang menopang Kepulauan Nicobar, Kepulauan Andaman, dan Sumatera bagian utara. Lempeng Hindia bergerak jauh ke dalam Lempeng Burma sampai peningkatan suhu dan tekanan di sana memaksa bahan volatilkeluar dari lempeng subduksi. Bahan volatil tersebut naik ke lempeng di atasnya dan mengakibatkan pelelehan parsial dan pembentukan magma. Magma yang naik masuk ke kerak di atasnya dan keluar dari kerak Bumi melalui gunung api dalam bentukbusur vulkanik. Aktivitas vulkanik yang terjadi ketika Lempeng Indo-Australia bersubduksi ke Lempeng Eurasia menghasilkan Busur Sunda.

Selain pergerakan antarlempeng, dasar laut juga diperkirakan naik beberapa meter. Kenaikan ini memindahkan air laut sebanyak 30 cubic kilometer (7.2 cu mi) dan menciptakan gelombang tsunami mematikan. Gelombang tersebut bukan berasal dari titik sumbersebagaimana yang ditampilkan di beberapa ilustrasi jalur tsunami. Gelombang tersebut menyebar ke luar mengikuti retakan sepanjang 1,600-kilometer (1,000 mi) (garis sumber). Peristiwa ini menambah luas wilayah geografis yang ditargetkan gelombang sampai Meksiko, Chili, dan Arktik. Kenaikan dasar laut mengurangi kapasitas Samudra Hindia dalam jumlah besar dan mengakibatkan kenaikan permukaan laut global secara permanen setinggi 0.1 milimeter (0.004 in).^[18]

Gempa susulan dan gempa lain[sunting | sunting sumber]

Lokasi gempa pertama dan semua gempa susulan berkekuatan lebih dari 4,0 mulai 26 Desember 2004 sampai 10 Januari 2005. Situs gempa pertama ditandai oleh bintang besar di kanan bawah.

Beberapa gempa susulan dilaporkan terjadi di lepas pantai Kepulauan Andaman, Kepulauan Nicobar, dan kawasan episentrum aslinya beberapa jam dan hari setelah bencana. Gempa bumi Sumatera 2005 berkekuatan 8,7 yang terjadi di lepas pulau Nias tidak dianggap sebagai gempa susulan meski letaknya dekat dengan episentrum. Gempa tersebut diperkirakan terjadi akibat perubahan tekanan yang berhubungan dengan gempa 2004.^[19] Gempa 2004 begitu besar sampai-sampai bisa menghasilkan gempa susulannya sendiri (beberapa di antaranya sampai berkekuatan 6,1) dan saat ini merupakan gempa bumi terbesar ke-7 sejak 1900. Gempa susulan lainnya sampai berkekuatan 6,6 terus mengguncang kawasan ini setiap hari selama tiga atau empat bulan.^[20] Selain gempa susulan, energi yang dilepaskan oleh gempa pertama masih terasa setelah bencana. Seminggu setelah gempa bumi, getarannya masih bisa diukur dan memberikan data ilmiah yang berharga tentang lapisan dalam Bumi.

Gempa bumi Samudra Hindia 2004 terjadi tiga hari setelah gempa berkekuatan 8,1 di wilayah tak berpenghuni subantarktik di sebelah barat Kepulauan Auckland, Selandia Baru, dan di sebelah utara Pulau Macquarie, Australia. Ini tidak lazim karena gempa berkekuatan 8 atau lebih rata-rata terjadi sekali setahun.^[21] Sejumlah seismolog memperkirakan adanya hubungan antara dua gempa ini. Gempa pertama diduga merupakan katalis gempa Samudra Hindia karena kedua gempa terjadi di sisi Lempeng Indo-Australia yang berseberangan. Akan tetapi, U.S. Geological Survey tidak melihat bukti hubungan sebab akibat dalam insiden ini. Kebetulan gempa ini terjadi pas satu tahun (pukul kejadiannya juga sama) setelah gempa bumi berkekuatan 6,6 menewaskan sekitar 30.000 orang dan menghancurkan situs arkeologi Citadel Arg-é Bam di kota Bam, Iran pada tanggal 26 Desember 2003.^[7]

Beberapa ilmuwan membenarkan bahwa gempa bumi Desember telah mengaktifkan Gunung Leuser di Aceh, gunung api yang terletak di rangkaian pegunungan yang sama seperti Gunung Talang. Gempa bumi Sumatera 2005 membangkitkan aktivitas di Danau Toba, kawah gunung api kuno di Sumatera Utara.^[22] Para ahli geologi mengatakan bahwa letusan Gunung Talang bulan April 2005 ada hubungannya dengan gempa bumi Desember 2004.^[23]

Energi yang dilepaskan[sunting | sunting sumber]

Tsunami yang melanda Ao Nang,Thailand.

Energi yang dilepaskan di permukaan Bumi (M_E, artinya potensi kerusakan seismik) oleh gempa dan tsunami Samudra Hindia 2004 diperkirakan sebesar 1,1×10¹⁷ joule,^[24] atau 26 megaton TNT. Energi ini setara dengan 1.500 bom atom Hiroshima, tetapi sedikit lebih kecil daripada Tsar Bomba, senjata nuklir terbesar yang pernah diledakkan. Meski begitu, total tenaga yang dihasilkan (M_W, artinya energi) oleh gempa ini adalah 4,0×10²² joule (4,0×10²⁹ erg),^[25] sebagian besar di bawah tanah. Jumlah ini 360.000 kali lebih besar daripada M_E, setara dengan 9.600 gigaton ekuivalen TNT (550 juta lebih besar daripada Hiroshima) atau 370 tahun pemakaian energi di Amerika Serikat tahun 2005 (sebesar 1.08×10²⁰ J).

Satu-satunya gempa yang tercatat dengan M_W lebih besar adalah gempa bumi Chili 1960 dan Alaska 1964 yang masing-masing berkekuatan 2.5×10²³ joule (250 ZJ) dan 7.5×10²² joule (75 ZJ).^[26]

Gempa bumi ini menciptakan osilasi seismik permukaan Bumi setinggi 20–30 cm (8–12 in), setara dengan dampak gaya tarik pasangoleh Matahari dan Bulan. Gelombang kejutnya terasa di seluruh permukaan Bumi. Di negara bagian Oklahoma, Amerika Serikat, tercatat gerakan vertikal setinggi 3 mm (0.12 in). Pada Februari 2005, pengaurh gempanya masih terasa dalam bentuk osilasi harmonis kompleks permukaan Bumi dengan tinggi 20 µm (0.02 mm; 0.0008 in). Osilasi harmonis ini perlahan menghilang dan bergabung dengan osilasi bebas Bumi selama lebih dari 4 bulan pasca gempa terjadi.^[27]

Karena energi yang dilepaskan sangat besar dan kedalaman retakan yang dangkal, gempa ini menghasilkan gerakan tanah seismik besar di seluruh dunia. Salah satu akibat utamanya adalah gelombang elastis Rayleigh (permukaan) raksasa yang melewati amplitudo vertikal 1 cm (0.4 in) di seluruh permukaan Bumi. Grafik rekaman di bawah memperllihatkan perpindahan vertikal permukaan Bumi yang direkam seismoeter dari IRIS/USGS Global Seismographic Network sesuai waktu (sejak awal gempa) di poros horizontal, dan perpindahan vertikal Bumi di poros vertikal (lihat patokan skala 1 cm di bawah untuk memperbandingkan). Seismogram disusun secara vertikal berdsarkan jarak dari episentrum dalam hitungan derajat. Sinyal pertama yang amplitudonya paling rendah adalah sinyal gelombang kompresional (P) yang membutuhkan sekitar 22 menit untuk mencapai sisi planet yang lain (antipode) di dekat Ekuador. Sinyal amplitudo terbesar adalah gelombang permukaan seismik yang mencapai antipode setelah sekitar 100 menit. Gelombang permukaan tampak menguat di dekat antipode (stasiun seismik terdekat berada di Ekuador) dan mengitari planet untuk kembali ke episentrumnya setelah 200 menit. Gempa susulan besar (kekuatan 7,1) tercatat di stasiun terdekat pas setelah markah 200 menit. Gempa susulan ini bisa digolongkan sebagai gempa besar jika sebelumnya tidak ada gempa, namun untuk kali ini sudah terlampaui oleh gempa pertama.

Gerakan tanah vertikal yang terekam oleh IRIS/USGS Global Seismographic Network.

Perpindahan massa dan pelepasan energi yang masif sedikit mengubah rotasi Bumi. Jumlah pastinya belum diketahui, namun model teoretis menunjukkan bahwa gempa ini memeperpendek durasi satu hari selama 2,68 mikrodetik dikarenakan berkurangnyakepepatan Bumi.^[28] Gempa ini juga mengakibatkan Bumi "berguncang" sebentar di porosnya setinggi 2.5 cm (0.98 in) ke arah bujurtimur 145°^[29] atau mungkin 5 or 6 cm (2.0 or 2.4 in).^[30] Tetapi karena efek pasang Bulan, durasi satu hari bertambah rata-rata 15 µsper tahun, jadi perubahan rotasi apapun akibat gempa akan hilang dengan cepat. Goyangan Chandler alamiah yang dialami Bumi yang biasanya mencapai 15 m (50 ft) pada akhirnya akan membatalkan guncangan minor yang diakibatkan gempa.

Selain itu, ada perpindahan sejauh 10 m (33 ft) secara lateral dan 4–5 m (13–16 ft) secara vertikal di sepanjang garis patahan. Dugaan awal adalah sejumlah pulau kecil di sebelah barat daya Sumatera yang berada di Lempeng Burma (wilayah selatan berada diLempeng Sunda) bisa jadi pindah ke barat daya sejauh 36 m (120 ft), namun data lebih akurat yang dirilis sebulan setelah gempa menunjukkan bahwa perpindahannya sejauh 20 cm (8 in).^[31] Karena perpindahannya bersifat vertikal dan lateral, beberapa daerah pantai sudah pindah ke bawah permukaan laut. Kepulauan Andaman dan Nicobar tampaknya pindah ke barat daya sejauh 1.25 m (4 ft 1 in) dan tenggelam setinggi 1 m (3 ft 3 in).^[32]

Pada bulan Februari 2005, kapal Angkatan Laut Kerajaan HMS Scott menyurvei dasar laut di sekitar zona gempa bumi yang kedalamannya berkisar antara 1,000 and 5,000 m (550 and 2,730 fathom; 3,300 and 16,400 ft). Survei yang dilakukan menggunakan sistem sonar multipancar beresolusi tinggi ini mengungkapkan bahwa gmepa ini memberi pengaruh besar terhadap topografi dasar laut. Punggung thrust sepanjang 1,500-meter-high (5,000 ft) yang diciptakan oleh aktivitas geologi sebelumnya di sepanjang patahan ini runtuh dan menciptakan longsor selebar beberapa kilometer. Longsor semacam ini terdiri dari satu blok batuan setinggi 100 m dan sepanjang 2 km (300 ft kali 1,25 mi). Momentum air yang dipindahkan oleh pengangkatan tektonik ke atas juga menarik lapisan batu masif berbobot jutaan ton sejauh 10 km (6 mi) di dasar laut. Palung samudra selebar beberapa kilometer terbentuk di zona gempa.^[33]

Satelit TOPEX/Poseidon dan Jason-1 kebetulan lewat ketika tsunami sedang melintasi lautan.^[34] Kedua satelit ini memiliki radar yang dengan tepat mengukur ketinggian permukaan air dan berhasil mencatat anomali sebesar 50 cm (20 in). Pengukuran dari satelit terbukti bisa jadi tidak diperlukan untuk memahami gempa dan tsunami.^[35] Tidak seperti data pencatat pasang yang ditempatkan di pesisir, pengukuran yang dilakukan di tengah lautan dapat dipakai untuk menghitung parameter gempa pertama tanpa perlu mempertimbangkan cara-cara rumit karena gelombang berubah ukuran dan bentuknya ketika mendekati pesisir.