chapter 3_lengkap.pdf

TUGAS VULKANOLOGI

CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS

DANIEL DZURISIN

Oleh:

NURDINI AVESTASARI 13/351263/PPA/04151

RITA DESIASNI 13/353484/PPA/04206

PROGRAM MAGISTER ILMU FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2014

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirobbilalamin. Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT

atas segala rahmat, taufiq, hidayah, dan inayah-Nya serta hanya karena kekuatan dan

bimbingan-Nya, tugas mata kuliah Vulkanologi mengenai Continuous monitoring

with in situ sensors - Daniel Dzurisin dapat diselesaikan. Terima kasih kami

sampaikan kepada segenap pihak yang memberikan bimbingan, dorongan, serta

semangat. Terima kasih pula penulis ucapkan kepada :

1. Dr. Ing. Ari Setiawan, M.Si selaku Dosen mata kuliah Vulkanologi atas masukan

diberikan kepada kami sampai selesainya tugas ini.

2. Teman-teman bidang minat Geofisika Angkatan 2013 atas dorongan semangatnya

sehingga tugas ini dapat terselesaikan.

Kami menyadari masih terdapat banyak kekurangan dalam penulisan makalah ini. Oleh

karena itu, dengan segala kerendahan hati, mohon segala kritik dan saran dapat

disampaikan kepada kami.

Yogyakarta, Juni 2014

Penulis

i

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI.................................................................................................................... i

3.1 SEISMOMETER ................................................................................................... 1

3.2 TILTMETERS ....................................................................................................... 11

3.3 STRAINMETERS ................................................................................................. 16

3.4 GPS KONTINYU .................................................................................................. 19

3.5 Beberapa Perhatian Tentang Sensor Deformasi Dekat Permukaan ................... 22

3.6 GRAVIMETERS .................................................................................................. 23

Daftar Pustaka .......................................................................................................... 32

CHAPTER 3, CONTINUOUS MONITORING WITH IN SITU SENSORS

DANIEL DZURISIN

1

3.1 SEISMOMETER

Tidak ada buku tentang monitoring gunungapi yang lengkap tanpa setidaknya

mendiskusikan tentang seismometer dan prinsip seismologi. Seimologi gunungapi dan

geodesi gunungapi memiliki hubungan yang sangat dekat sepanjang instrumentasi geofisika

yang menjangkau lebih dari satu abad. Hubungan ini muncul karena pada mulanya

seismometer sangat peka terhadap kemiringan tanah, tiltmeter dan strainmeter terbaru dapat

merekam periode panjang (LP) dan gempabumi VLP dan broadband seismometer mere

50s.

3.1.1 SEJARAH SINGKAT TENTANG SEISMOLOGI

Seismometer (bahasa Yunani: seismos: gempa bumi dan metero: mengukur)

adalah alat atau sensor getaran, yang biasanya dipergunakan untuk mendeteksi gempa

bumi atau getaran pada permukaan tanah. Seismograf adalah sebuah alat untuk mengukur

dan mencatat gerakan tanah secara terus menerus. Gerakan/getaran tanah yang tercatat pada

seismograph baik yang terasa maupun yang tidak terasa dalam istilah

seismologi/geofisika disebut gempa bumi.Seismograf adalah sebuah perangkat yang

mengukur dan mencatat gempa bumi. Pada prinsipnya, seismograf terdiri dari gantungan

pemberat dan ujung lancip seperti pensil.Dengan begitu, dapat diketahui kekuatan dan arah

gempa lewat gambaran gerakan bumi yang dicatat dalam bentuk seismogram. Prototip

dari alat ini diperkenalkan pertama kali pada tahun 132 SM oleh matematikawan dari

Dinasti Han yang bernama Zhang Heng.Dengan alat ini orang pada masa tersebut bisa

menentukan dari arah mana gempa bumi terjadi.

Pada zaman Dinasti Han Timur Tiongkok, sering terjadi gempa bumi di ibukota

Luoyang dan daerah sekitarnya. Menurut catatan buku sejarah, selama 50 tahun dari tahun 89

hingga 140, pernah terjadi 30 kali gempa bumi di daerah tersebut. Maka rakyat setempat

sangat takut.Kemudian seorang ilmuwan bernama Zhang Heng melakukan penelitian bidang

gempa bumi tersebut. Akhirnya pada tahun 132, Zhang Heng berhasil membuat alat pertama

yang dapat meramalkan gempa bumi di Tiongkok bahkan di seluruh dunia, dan dinamakan

S m f.

Seismograf itu dibuat dari perunggu berbentuk seperti guci yang ditengahnya terdapat

batangan tembaga dan di luarnya terdapat 8 ekor naga yang dikepalanya tersambung pada 8

batang tembaga tipis yang menghadap ke arah-arah timur, selatan, barat, utara, timur laut,

tenggara, barat laut dan barat daya (gambar 1). Di dalam mulut setiap naga terdapat bola


DANIEL DZURISIN

2

tembaga yang kecil, di bawah kepala setiap naga mendekam seekor katak tembaga, mereka

semua membuka mulut besar-besar, yang sewaktu-waktu dapat menyambut bola tembaga

kecil yang dilontarkan dari mulut naga.Seandainya terjadi gempa bumi, maka batang tembaga

Seismograf itu akan condong ke arah asal gempa bumi tersebut, kemudian menggerakkan

kepala naga dan naga yang berada di arah itu akan membuka lebar mulutnya, maka bola

tembaga kecil itu akan keluar dari mulut naga tersebut dan jatuh ke dalam mulut katak yang

justru mendekam di bawahnya. Dengan demikian, akan diketahui di mana terjadinya gempa

bumi.

Gambar 1. Seismograf Zhan Heng

Beberapa abad kemudian pada tahun 1855, Luigi Palmieri dari Italia merancang

sebuah Seismometer merkuri.Seismometer buatan Palmieri ini memiliki tabung berbentuk U

diisi dengan merkuri dan disusun di sepanjang titik-titik kompas. Tahun 1880-1895, John

Milne, James Alfred Ewing dan Thomas Gray yang bekerjasama di Imperial College of

Engineering-Jepang membuat seismometer dengan menggunakan pendulum horizontal yaitu

sebuah mesin yang mencatat getaran yang terjadi dengan gerakan tiba-tiba di sepanjang garis

patahan bumi. Dia juga yang pertama kali mempromosikan pembangunan stasiun

seismologi.


DANIEL DZURISIN

3

Seismograf adalah sebuah perangkat yang mengukur dan mencatat gempa bumi.

Pada prinsipnya, seismograf terdiri dari gantungan pemberat dan ujung lancip seperti

pensil.Dengan begitu, dapat diketahui kekuatan dan arah gempa lewat gambaran gerakan

bumi yang dicatat dalam bentuk seismogram.Seismograf memiliki instrumen sensitif yang

dapat mendeteksi gelombang seismik yang dihasilkan oleh gempa bumi. Gelombang

seismik yang terjadi selama gempa tergambar sebagai garis bergelombang pada

seismogram. Seismologist mengukur garis-garis ini dan menghitung besaran gempa.

Dahulu, seismograf hanya dapat mendeteksi gerakan horizontal, tetapi saat ini

seismograf sudah dapat merekam gerakan-gerakan vertikal dan lateral.Seismograf

menggunakan dua gerakan mekanik dan elektromagnetik seismographer.Kedua jenis

gerakan mekanikal tersebut dapat mendeteksi baik gerakan vertikal maupun gerakan

horizontal tergantung dari pendular yang digunakan apakah vertikal atau

horizontal.Seismograf modern menggunakan elektromagnetik seismographer untuk

memindahkan volatilitas sistem kawat tarik ke suatu daerah magnetis. Peristiwa-peristiwa

yang menimbulkan getaran kemudian dideteksi melalui galvanometer.

Jenis-jenis seismograf

1. Seismograf Horizontal

Seismograf Horizontal berfungsi untuk mencatat getaran bumi pada arah mendatar.

Pada Seismograf Horizontal, massa stasioner digantung dengan sebuah tali. Dibagian

bawah terdapat jarum yang ujungnya menyentuh roll pita, yang selalu berputar searah

jarum jam. Tiang penompang roll pita terpancang pada tanah. Pada waktu terjadi

gempa, roll pita bergetar, sedang massa stasioner dan jarum jam tetap. Maka

terbentuklah goresan pada roll pita tersebut yang disebut seismogram.

2. Seismogram Vertikal

Seismograf Vertikal berfungsi untuk mencatat getaran gempa vertikal. Massa

Stasioner pada Seismograf vertikal ditahan oleh sebuah pegas (P) dan sebuah tangkai

berengsel. Ujung massa stasioner yang berjarum disentuhkan pada roll pita yang

selalu bergerak searah jarum jam. Jika terjadi getaran gempa, maka roll pita akan

bergerak sehingga akan terbentuk seismogram pada roll pita tersebut.


DANIEL DZURISIN

4

Gambar 2. Seismogram horizontal dan seismogram vertical

Pada era modern, seismologi dapat didasarkan pada munculnya teori lempeng

tektonik yang berawal tahun 1960. Daerah yang tepat sebagai dasar samudera saat terjadinya

gempa secara terus menerus sepanjang mid oceanic ridges, fokal mekanisme menunjukkan

bahwa zona fraktur menunjukkan transform faults yang menghubungkan setiap bagian pada

speading ridge, dan seismologi mengakui bahwa distribusi gempabumi dalam yang menjadi

teka-teki terjadi padazona subduksi. Sebagai catatan sejarah, Dr. Robert W. Decker dan

colleagues pada HVO membuat pengukuran electronic distance meter (EDM) pertama kali di

Kilauea dan Mauna Loa Volcanoes pada tahun 1960s, ditengah kehebohan the lempeng

tektonik

3.1.2 SEBUAH PENGENALAN UNTUK GELOMBANG SEISMIC DAN TIPE-TIPE

GEMPA

Tipe gelombang seismic ada dua yaitu periode pendek (frekuensi tinggi) gelombang

badan yang menjalar di dalam bumi dan periode panjang (frekuensi rendah) gelombang

permukaan yang menjalar sepanjang permukaan. Gelombang badan terdapat didalamnya ada

gelombang P longitudinal dan gelombang S tranversal. Gelombang P menjalar lebih cepat

dibandingkan gelombang S dan datang lebih awal, karena itu sebagai tanda P dari primary

dan S dari secondary. Gelombang P melibatkan pergerakan partikel secara kompresi dalam

arah perambatan gelombangnya, sedangkan gelombang S melibatkan pergerakan geser.

Gelombang sekunder terdiri dari dua komponen, yaitu gelombang SH dengan gerakan

partikel horizontal dan gelombang SV dengan gerakan partikel vertikal. Perambatan


DANIEL DZURISIN

5

gelombang P sepanjang cairan (liquid) termasuk magma dan lelehan parsial tetapi gelombang

S menghilang atau terantenuasi secara baik, dimana pada cairan taktermampatkan dan tidak

menyokong stress geser.

Gambar 3. Hasil rekaman seismometer di daerah Kevo, Finland

Gambar 3. Seismogram menunjukkan pergerakan permukaan vertical yang terekam di

Kevo, Finland. Diawali pada 500 detik (8,3 menit) sesudahnya dan terjadi pada 17

Oktober 1989 Ms 7.1 (Mw6.9) Loma Prieta, California, gempabumi dekat San

Francisco. Jarak dari epicenter dengan seismometer sekitar 71o 7880 km). Panah

menunjukkan waktu datang pertama yang ditunjukkan oleh gelombang P dan diikuti

oleh gelombang S.

Sifat penjalaran gelombang P yang langsung adalah bahwa gelombang ini akan

menjadi hilang pada jarak lebih besar dari 130, dan tidak terlihat sampai dengan jarak kurang

dari 140. Hal tersebut disebabkan karena adanya inti bumi. Gelombang langsung P akan

menyinggung permukaan inti bumi pada jarak 103 dan pada jarak yang akan mengenai inti

bumi pada jarak 144. Gelombang P akan timbul kembali yaitu gelombang yang menembus


DANIEL DZURISIN

6

inti bumi dengan dua kali mengalami refraksi. Menghilangnya gelombang P pada jarak 103

memungkinkan untuk menghitung kedalaman lapisan inti bumi.

Guttenberg (1913) mendapatkan kedalaman inti bumi 2900 km. Telah didapatkan

pula bahwa batas mantel dengan inti bumi merupakan suatu diskontinuitas yang tajam.

Daerah antara 103 - 144 b b S w z , w l b y f y

lemah dapat pula terlihat di daerah ini. Walaupun gelombang bodi dapat menjalar ke segala

arah di permukaan bumi, namun tetap tidak dapat menembus inti bumi sebagai gelombang

transversal. Keadaan ini membuktikan bahwa inti luar bumi berupa fluida. Untuk penelitian

tetap diasumsikan keadaan homogen, yaitu bagian luar bumi dan inti bumi ( dua media

homogen yang berbeda ).

Kadang m f y S w z m

ke jarak kurang lebih 110. Karena adanya fase inilah pada tahun 1930 ditemukan media

lain yaitu inti dalam. Batas dari inti dalam ini terdapat pada kedalaman 5100 km .

Diperkirakan kecepatan gelombang seismik di inti dalam lebih tinggi dari pada di inti luar.

Untuk membedakan dan identifikasi, maka perlu pemberian nama untuk gelombang seismik

yang melalui inti bumi (baik inti luar maupun inti dalam).

Kecepatan gelombang seismik bertambah dengan kedalaman, maka lintasan

gelombang seismik akan berbentuk lengkungan cekung ke permukaan bumi. Kecepatan

gelombang P (Vp) tergantung dari konstante Lame ( ), rigiditas ( ), dan densitas ( )

medium yang dilalui dan secara matematis dirumuskan sebagai berikut:

2Vp 3.1.1)

Gelombang P mempunyai kecepatan paling tinggi dibanding dengan kecepatan gelombang

yang lain sehingga tercatat paling awal di seismogram. Menurut Poisson kecepatan

gelombang P mempunyai kelipatan 3 dari kecepatan gelombang S. Gelombang S

mempunyai gerakan partikel tegak lurus terhadap arah penjalaran dan mempunyai kecepatan

(Vs) sebesar :

Vs 3.1.2)

Untuk selanjutnya mengenai gelombang permukaan merupakan gelombang elastik

yang menjalar sepanjang permukaan bumi dan biasa disebut sebagai tide waves. Karena


DANIEL DZURISIN

7

gelombang ini terikat harus menjalar melalui suatu lapisan atau permukaan. Terdapat juga

dua tipe gelombang permukaan yaitu gelombang love dan gelombang rayleigh. Gelombang

permukaan menjalar lebih lambat dari gelombang badan tetapi terantenuasi lebih sedih

terhadap jarak. Gelombang permukaan dari gempa yang besar menjalar ke seluruh bumi

berkali-kali.

Gelombang Love (L) dan gelombang Rayleigh (R), yang menjalar melalui permukaan

bebas dari bumi. Gelombang L gerakan partikelnya sama dengan gelombang SH dan

memerlukan media yang berlapis. Gelombang R lintasan gerak partikelnya merupakan suatu

ellips. Bidang ellips ini vertikal dan berimpit dengan arah penjalarannya. Gerakan partikelnya

ke belakang (bawah maju atas mundur). Gelombang R menjalar melalui permukaan media

yang homogen.

Gelombang Love dan Rayleigh ada juga yang memberi simbul LQ dan LR dimana L

singkatan dari Long karena gelombang permukaan mempunyai sifat periode panjang dan Q

adalah singkatan dari Querwellen yaitu nama lain dari Love seorang Jerman yang

menemukan gelombang ini. Gelombang LQ dan LR menjalar sepanjang permukaan bebas

dari bumi atau lapisan batas diskontinuitas antara kerak dan mantel bumi. Amplitude

gelombang LQ dan LR adalah yang terbesar pada permukaan dan mengecil secara

eksponensial terhadap kedalaman. Dengan demikian pada gempa-gempa dangkal amplitude

gelombang LQ dan LR akan mendominasi.

Gelombang permukaan yang banyak tercatat pada seismogram adalah gelombang

Love dan gelombang Rayleigh. Dari hasil pengamatan diperoleh dua ketentuan utama yang

menunjukkan bahwa bagian bumi berlapis-lapis dan tidak homogen, yaitu :

Adanya gelombang Love ; gelombang ini tidak dapat menjalar pada permukaan

suatu media yang kecepatannya naik terhadap kedalaman.

Adanya perubahan dispersi kecepatan (velocity dispersion).

Gelombang L dan R tidak datang bersama-sama pada suatu stasiun, tetapi gelombang yang

mempunyai periode lebih panjang akan datang lebih dahulu. Dengan kata lain gelombang

yang panjang periodenya mempunyai kecepatan yang tinggi.

Frekuensi gelombang seismic memilki jangkauan yang sama tingginya dengan

jangkauan pendengaran yaitu lebih dari 20 Hz sampai terkecilnya ketika bumi berosilasi

secara bebas dengan panjang periodenya sekitar 54 menit atau setara dengan 0,0003 Hz.

Amplitude gelombang seismic juga besar. Pengukuran perpindahan tanah dari kecil sampai

jangkauan gempabumi sedang yaitu berkisar antara 10-10

sampai 10-1

meter.


DANIEL DZURISIN

8

Tipe-tipe gempabumi vulkanik

Takeshi Minakami (1960,1961) seorang ahli seismologi dan vulkanologi dari Jepang

mengklasifikasikan gempabumi vulkanik ke dalam dua tipe berdasarkan tanda pada

seismogram dan kedalaman sumber, yaitu tipe A dan tipe B. Namun ada tipe lain dari

seismisitas gunungapi yaitu tremor.

1) Tipe A

- Memiliki gelombang P dan S yang jelas

- Umumnya terjadi pada kedalaman 1-10 km di bawah gunungapi

- Event tipe A lebih sering disebut volcano-tectonic (VT) atau high-frequency (HF)

2) Tipe B

- Memiliki tanda kemunculan gelombang P pada seismogram, sedangkan

gelombang S tidak jelas

- Relatif memuat frekuensi rendah untuk gempabumi tektonik dengan magnitudo

yang sama.

- Untuk kedalaman fokus yang sangat dangkal (< 1 km)

- Event tipe B disebut long-period (LP) atau low frequency (LF).

3) Tremor

- Tipe kegempaan gunungapi lainnya adalah tremor. Tremor ini menghasilkan

sinyal kontinyu pada seismograph dengan durasi menit sampai hari atau lebih.

- Frekunsi yang dominan tremor gunungapi adalah 1-5 Hz; biasanya 2-3 Hz.

- Dua tipe spesial dari tremor gunungapi adalah tremor harmonik dan spasmodic

tremor.

3.1.3 PRINSIP DASAR DARI SEISMOMETER

Meskipun modeling dan interpretasi dari gelombang seismic menggunakan

matematika yang komplek, intrumentasi seismic justru menggunakan mekanika yang

sederhana. Produk Mark geofon L4C secara luas digunakan untuk gempabumi dan studi

gunungapi. Pada umumnya geophone terdiri atas resistor, lilitan kawat, pegas, massa, kutub

selatan magnet, dan kutub utara magnet.


DANIEL DZURISIN

9

Gambar 4. Produk Mark L4C geophone vertikal, dari Bowden(2003). Sebuah massa utuh

dalam M (kg) yang disambungkan dengan sebuah pegas yang memiliki koefisien pegas

sebesar k (n x m1) dan teredam secara mekanik oleh dashpot b (n x m

1 x s

1). Kawat sensor

pergerakan terikat dengan massa dan direpresentasikan dengan induktansi Lc dengan

resistansi kawatya sebesar Rc.

Untuk magnet permanen, diletakkan menyatu dengan permukaan bumi, sehingga akan

mengikuti getaran vertikal bumi bila ada gelombang seismik yang menjalar di permukaan

bumi. Lilitan kawat tergantung pada pegas, dan akan bergerak ketika ada gelombang seismik

yang datang. Prinsip kerjanya dengan mengembangkan kerja dari bandul sederhana, ketika

mendapatkan usikan atau gangguan dari luar seperti gelombang seismik maka bandul akan

bergetar dan merekam data berupa grafik. Seismograf memanfaatkan gerakan mekanik dan

elektromagnetik seismographer. Kedua jenis gerakan tersebut dapat mengidentifikasi baik

gerakan vertikal maupun gerakan horizontal tergantung dari arah gerak pendulum yang

digunakan. Prinsip kerja menggunakan prinsip spring mass dan elektromagnetik transducer.

Ketika terjadi getaran tanah yang direspon oleh seismometer, menyebabkan magnet dalam

seismometer bergerak dan kumparan tetap diam karena kelembamannya. Pergerakan magnet


DANIEL DZURISIN

10

relatif terhadap kumparan menimbulkan tegangan yang proporsional terhadap kecepatan

relatif kumparan terhadap magnet.

3.1.4. TOPIK PENELITIAN TERKINI UNTUK VULKANO SEISMOLOGI

Vulkano seismologi bertujuan untuk memberikan pengertian mengenai struktur

magma dan system hirotermal, sumber mekanik dari seismisitas vulkanik, dan bagian dan

pola sementara pada pengangkutan magma sepanjang crust. Tujuan utamanya adalah untuk

menebak karakteristik magma secara baik sehingga dapat dikembangkan model kuantitatif

yang dapat melaporkan pengamatan sieismik dan memprediksi pengembangan kedepan

mengenai seismic termasuk didalamnya mengenai erupsi.

Meskipun penejelasan tentang kecepatan seismic bumi membutuhkan waktu yang

tidak sedikit bagi ahli seismologi, intrumentasi baru dan pendekatannya menjaga agar tetap

actual dan produktif. Sebagai contoh dalam struktur kecepatan 3D untuk bangunan gunungapi

dapat digambarkan pada detail yang tak diprediksikan menggunakan tomografi travel time

beresolusi tinggi. Dawson et al.(1999) menggunakan inverse tomografi pada 4,695

gelombang P dan 3,195 gelombang S dating dari 206 gempabumi selama periode 20 hari

tahun 1996 untuk mendapat resolusi tinggi (0,5 km) kecepatan gelombang P dan model Vp/Vs

untuk daerah kaldera Kilauea. Tahun 1998 Ohminato menunjukkan bahwa data konsisten

dengan pergerakan pada patahan sub horizontal atau sill-like structure yang berlokasi sekitar

1 km di dasar bawah kaldera Kilauea. Volume berubah dengan estimasi dari moment seismic

pada event tunggal VLP 1-4x103m

3, dan durasi integrasi aktifitas VLP 5x10

5m

3 mengunakan

pengukuran broadband seismometer.

Gambar 5. Broadband seismometer


DANIEL DZURISIN

11

Seismometer broadband memiliki jangkauan / range frekuensi yang lebih luas yaitu

0,01 50 Hz. Seismometer jenis ini sangat sensitive terhadap variasi lingkungan, khususnya

variasi temperature dan tekanan atmosfer. Oleh sebab itu seismometer ini membutuhkan

tempat khusus, seperti penempatannya dalam borehole. Seismometer broadband merupakan

seismometer 3 komponen (vertical, horizontal NS EW) dan merupakan seismometer digital,

sinyal diteruskan ke amplifier / pengkondisi signal (memisahkan antara noise dan signal),

dilanjutkan ke ADC (Analog to Digital Converter). Umumnya sinyal data yang terekam oleh

seismometer diintegrasikan dalam sistem telemetri menggunakan sistem berbasis TCP IP.

3.2 TITLMETERS

Secara garis besar, tiltmeter adalah perangkat yang dapat digunakan untuk mengukur

perubahan kecenderungan lokal dari permukaan bumi , selain itu tiltmeter dapat digunakan

dalam kasus lubang bor. Penggunaan tiltmeters dapat juga digunakan dalam monitoring

gunungapi, dan kasus ini sudah banyak di aplikasikan. Penggunaan titlmeters dalam

monitoring gunungapi, digunakan untuk mengukur deformasi gunungapi yang berfungsi

untuk mengukur perubahan yang dialami gunung api, baik dalam kondisi deflesi dan inflasi

Pada dasarnya, perubahan yang terjadi dipermukaan terjadi akibat adanya perubahan

posisi dari suatu benda (materi) baik secara horizontal maupun secara vertikal. Pada kasus

monitoring gunungapi, biasanya titlmeters tersebar di tubuh gunung api, yaitu kaki gunung

api, tubuh gunung api hingga kaki gunung api. Dalam monitoring gunung api, ada beberapa

tipe tiltmeters yang digunakan, antara lain:

3.2.1 short-base bubble titlmeters

Secara umum, jenis tiltmeters dasar/landasan lebih portabel dan lebih murah, sehingga

membuat peralatan jenis ini lebih cocok untuk monitoring g, meskipun nung api, meskipun

long-base tiltmeters jauh lebih akurat. Dalam pembahasan jenis titlmeter ini, penulis berusaha

menjelsaskan 3 jenis titilmeter yang sudah banyak diaplikasikan , salah satunya short-base

bubble titmeters.

Instrumen jenis ini paling banyak digunakan untuk monitoring kemiringan (perubahan

tanah) di dekat gunung berapi. Seperti namanya, alat ini terdapat sebuah buble (gelembung)

dalam fluida elektrolit yang di lingkupi oleh tabung kecil (biasanya memilki ukuran beberapa

sentimeter). Secara umum, bentuk dari Short-base bubble tiltmeters dapat dilihat pada

Gambar 6.


DANIEL DZURISIN

12

Gambar 6. Skema titlmeter jenis Short-base bubble tiltmeters untuk pemantauan

gunung berapi (Westphal, et al, 1983)

Pada Gambar 6, menjelaskan bahwa, pada perancangan alat ini, terdapat tiga

kabel yang terikat di dalam tabung kecil. Sebagian posisi tabung diisi dengan

elektrolit(cairan yang mampu menghantarkan arus listrik). Dalam hal ini, gerakan

gelembung (garis putus-putus ) dalam cairan elektrolit menyebabkan perubahan

impedansi di tabung kaca yang merupakan bagian dari penghubung impedansi elektronik.

Perubahan impedansi , yang sebanding dengan tiltmetrs (dipermukan tanah) yang

merupakan sampel secara berkala ( misalnya , pada interval 10 menit ) dikonversi ke

sinyal digital , dan ditelemeter ke arah analisis data. Ketika sensor miring, gerakan

gelembung dengan kearah kabel A, maka kabel A akan mengalami perubahan

konduktivitas, akibat aliran cairan antara kabel A dan B. Perubahan konduktivitas yang

terjadi antara kabel A dan B dapat diukur secara elektronik yang berhubungan dengan

kemiringan ke arah sumbu panjang tabung . Dua sensor diatur tegak lurus satu sama lain

ukuran dua komponen tilt orthogonal , sehingga menentukan vektor kemiringan yang

nantinya akan dihasilkan . Tiltmeters ini dapat diinstal di permukaan , tetapi pendekatan

yang lebih baik adalah dengan cara diisolasi/diberi pelindung (dalam bentuk kubah) agar

terhindar dari efek-efek permukaan yang nantinya dapat mempengaruhi kaekuratan data.


DANIEL DZURISIN

13

Dalam penelitian Westphal et al (1983), pada umumnya produsen menawarkan desain

yang sama, namun dapat dimodifikasi pada tingkat sensitivitasnya. Untuk sebagian besar

aplikasi dalam pemantauan gunungapi, pada alat tiltmeter diperlukan tingkat sensitivitas

sebesar (0,1 rad). Satu microradian ( rad) berkorespondensi terhadap kenaikan

vertikal sebesar 1 mm dan 1 km pada peubahan horizontal.

3.2.2 The Ideal-Aerosmith mercury capacitance tiltmeter(Tillmeters kapasitansi merkuri)

Titilmeters ini pernah digunaka untuk memantau deformasi gunung Kilauea yang

berada di Hawai yang pada saat menunjukkan aktivitas pada gunung api tersebut. Alat ini

secara umum memiliki dasar/landasan yang relatif pendek. Pada setiap ujung tabungnya

memilki panjang 1 m, dan posisi merkuri pi pisahkan dari wadah logam, sehingga tidak

berkorespondesi dengna udara luar. Prosesnya, merkuri mengalir melalui tabung pertama dari

satu kolam ke yang lain untuk menjaga hidrostatik keseimbangan, sehingga terjadi perubahan

kapasitansi. Perubahan kapasitansi dilakukan secara elektronik dengan sirkuit penghubung

elektronik , yang anntinya akan dikonversi ke perubahan kemiringan yang sama , dan

direkam di dekat United States Geological Survey ( USGS ) HVO. Secara umum, bentuk alat

ini seperti plat kapasitor sejajar dan alat ini memilki sensitivitas 0,1 rad. Alat ini pernah di

pasang di Uwekahuna Vaault pada tahun 1965 dan masih beroprasi hingga tahun 2006.

Gambar 7. Hasil rekaman kemiringan dari alat Ideal-

Aerosmith mercury capasitance titilmeter.

Gambar 8. Analisis dari rekaman hasol

letusan 1983 utuk menentukan

persamaanberdasarkan rekaman

tiilmeter


DANIEL DZURISIN

14

manjelaskan hasil rekaman tiltmetes dari alat Ideal-Aerosmith mercury capasitance

titilmeter, berdasarkan hasil dari awal letusan hingga 2 periode letusan sepanjang zona

Mauna Ulu yang berlangsung pada tahun 1969 dan dilakukan lagi pada tahun 1983-1984

P O . P l b l m m y b l ngsung selama

berhari-hari.

Proses-proses yang terjadi pada Gambar 7, ditandai keluarnya aliran lava dengan

volume tinggi, dan mengalami penurunan dengan sangat cepat, serta terlihat aktivitas

tremor yang terdapat diujung rekaman. Pola data titilmeter terjadi proses perulangan

seperti di Gambar 7. Hasil dari gempa vulkanik yang terajdi kemudian dimodelkan oleh

Dvorak dan Okamura ( 1987) yang mengusulkan sebuah model hidrolik untuk

menjelaskan variasi dalam tingkat kemiringan selama peristiwa tersebut. Mereka

beranggapan bahwa : (1) laju aliran magma sebanding dengan perbedaan tekanan antara

reservoir puncak dan reservoir yang mengalami pemisahan atau serangkaian waduk

dalam sistem keretakan, dan (2) tekanan magmatik berhubungan linier dengan volumetrik

regangan . Ini mengikuti rata-rata aliran magma, hingga puncak pada kurva tersebut

berbentuk kurva eksponensial. Dvorak dan Okamura ( 1987) menunjukkan bahwa kurva

eksponensial diwakili oleh persamaan

, merupakan harga tertinggi

rata-rata perubahan kemiringan dalam mikroradian, dan t merupakan fungsi waktu dalam

skala hari. Berdasarkan hasil rekaman Ideal Aerosmith Tiltmeters, untuk periode 2-9

P O y b G mb 9).

3.2.3 Long base Fluid tiltmeters (tiltmeters cairan Panjang-basa )

Jenis tiltmeter ini, telah banyak digunakan dalam pemantauan gunung api, karena

memilki rancangan dasar yang pendek/rendah, namun memilki ukuran antara senosr yang

satu dengan yang lain cendrung lebih panjang. Secara umum, alat ini lebih praktis dan

memilki kerentanan yang lebih rendah terhadap fluktuasi kemiringan pada skala yang kecil

((yaitu, 'noise' terkait dengan gerakan tanah lokal yang dapat disebabkan by menetap

diferensial, hujan atau salju pemuatan, freeze / mencair siklus, dll). T l m Long-

b paling baik digunakan hingga jangkauan ratusan meter dan memiliki kepekaan

sebesar rad. instrumen tersebut mudah mengatasi gelombang bumi rad, yang

nantinya dapat dihitung secara akurat dari teori dan menghapusnya dari rekaman tiltmeter

(proses penghilangan noise).Namun, pada dasarnya alat ini relatif lebih mahal dan


DANIEL DZURISIN

15

memerlukan instalasi yang rumit serta pemeliharaan untuk mengisolasinya dari dampak

lingkungan yang terjadi di permukaan. Alat ini paling cocok untuk pemantaun gunung api

secara kontinyu.

S S -b l m , L -b l m

berbagai jenis desain. Sebagaian besar mencangkup satu atau dua tabung yang memiki

panjang minimal 100 meter dan biasanya tabung tersebut diisi dengan cairan , biasanya cairan

yang digunakan berupa air. Pada setiap ujung tabung pada sensor ini, melakukan

pengukkuran ketinggian permukaan yang nantinya akan nerpengaruh terhadap titik ikat yang

acuannya pada permukaan tanah. Posisi permukaan cairan tetap horizontal, sehingga

permukaannnya relatif terhadap perubahan ketinggian diantara ujung-ujung tabung.

Perubahan ini dapat diukur dengan berbagai jenis sensor, termasuk mikrometer, tekanan

transduser, atau interferometer, untuk menentukan besarnya dan, untuk desain biaksial, arah

kemiringan (Agnew, 1986) (Gambar .10).

Gambar 10. Perbedan dari ketiga jenis long-base Tiltmerts (Agnew,1984)

Gambar. 10. (A) terdapat sebuah titlmeter, diaman sebelah kiri terdapat sebuah tabung

dan pot pada titlmeters tang dihubungkan oleh pipa dan disebelah kanan tabung

dilengkapi oleh alat ukur, untuk mengukur ketinggian air berupa mikrometer sekrup.

Prinsip k l , m m l H G y l

mengukur perubahan tinggi permuksn air dalam suatu wadah, yang di akibatkan adanya

perubahan ketinggian yang terjadi disuatu tempat. Pada Gambar.10 (B), terdapat sebuah


DANIEL DZURISIN

16

sensor yang pada kedua sisi kiri dan kanan dihubungkan oleh transduser tekanan yang

nantinya berfungsi untuk menghitung perubahan ketinggian. Untuk mengukur perbedaan

tekanan dalam hal ini digunakan pendekatan seperti marometer pipa U pada kedua

ujungnya, yang nantinya perbedaan tinggi cairan dapat dilihat pada skala yang diletakkan

pada kedua kaki manometer U. Sedangkan pada Gambar.10 (C), merupakan tiltmeter

jenis Michelson-Gale, yang terdiri dari sebuah laser interferometri yang terlihat disebelah

kiri pada gambar, dan diposisi kanan terdapat sebuah cahaya tampak. Interferometer

digunakan untuk mengukur level pada fluida (cairan). Desain utama pada alat ini adalah

cairan yang hanya terisi oleh setengah cairan yang dapat menunjukkan permukaan

ekuipontensial. Sebuah instrumen biaxial mampu menentukan arah kemiringan.

3.2 STRAINMETERS

Strainmeter berasal dari dua suku kata, yaitu strain yang berarti regangan dan meters yaitu

mengacu pada makna dalam pengukuran. Kita tahu bahwa strain (regangan) adalah

perubahan volume (dilatasi) atau perubahan bentuk (distosi) pada tubuh gunung api sebagai

akibat dari adanya stress (tegangan), yang dinyatakan dalam rasio:

, dimana adalah

final state (tegangan akhir) dan adalah initial states(tegangan awal). Dalam kasusu ini,

karena kita lebih mangacu pada pemantauan gunung api, maka secara umum akan berlaku

pada 3D (tiga dimensi)

Tensor strain berhubungan dengan keadaan akhir gunung api berdasarkan pemantauan

keadaan awalnya. Dengan menentukan vektor pergeserannya di sepanjang tig sumbu

orthogonal, oleh karena itu strain (regangan) dibedakan menjadi 3, yaitu:

1. Linier Strain (ID)

Secara singkat, linier strain ini berlaku dalam tipe 1D yang digunakan ketika strain

(regangan lokal). Seperti mengukur zona perpanjangan pada permukaan/kontraksi.

Secara perumusan, linier strain di formulasikan sebagai berikut:

......................(3.2.1)

Dimana, yaitu strain dalam satu dimensi, yaitu perubahan panjang mula-mula

dan yaitu perubahan panjang akhir.

2. Surface Strain (2D)

Strain jenis ini mengacu pada pengukuran perubahan regangan yang terjadi dalam dua

arah, yaitu arah panjang dan arah lebar, sehingga nantinya perubahan yang terjadi


DANIEL DZURISIN

17

akan terlihat dalam dua dimensi. Secara perumusan, strain surface dirumuskan

sebagai berikut:

..............(3.2.2)

Dimana, yaitu strain dalam dua dimensi, yaitu perubahan luas mula-mula dan

yaitu perubahan luas akhir.

3. Volumetric Strain (3D)

Volumetric strain memberikan informasi tentang distribusi ruang (x,y,z) yang

didalamnya terjadi perubahan strain (regangan), khususnya dalam aktivitas gunung

api akan terjadi proses volumetric strain yang disebabkan oleh proses inflasi dan

deflasi magma yang akan berpengaruh terhadap perubahan pada tubuh gunung api.

Volumetric dapat di hitung, dengan persamaan, sebagai berikut:

..............(3.2.3)

Dimana, yaitu strain dalam tiga dimensi, yaitu perubahan volume mula-mula

dan yaitu perubahan volume akhir.

3.3.1 Linier strainmeters (extensometers)

Linier strainmeters dirancang untuk mengukur pergeseran antara dua titik yang

terpisah satu sama lain, baik dipermukaan maupun dilubag bor. Jenis yang paling umum dari

linier strainmeters yaitu: rod strainmeters (strainmeters batang), wie strainmeters

(strainmeters kawat) dan laser strainmeters (strainmeters laser). Untuk invar-rod strainmeters

dan invar-rod strainmeters digunakan untuk memantau panjang patahan yang terjadi pada

suatu dearah. Alat ini pernah digunakan untuk memantau rayapan sepanjang patahan San

Andreas yang terletak di pusat California hingga mencapai kedalaman 0,05 mm dan 0,02

mm. Sedangkan untuk laser-strainmeters memiliki suatu keunggulan tersendiri dibandingkan

alat sebelumnya, yaitu memilki presisi/tingkat ketelitian yang sangat tinggi yaitu berkisar

antara hingga (100 hingga 0,1 per triyun).

Namun, semua rancangan linier-strainmeters rentan terhadap pengaruh lingkungan,

diantaranya fluktuasi (naik turun) suhu, pegaruh hujan/salju, sehingga harus dilakukan

antisipasi dari beberapa efek tersebut(misalnya memasang alat dalam sebuah

trowongan/mengubur/ menyediakan tempat yang terisolasi


DANIEL DZURISIN

18

3.3.2 The Sacks-Evertson Volumetric strainmeter

strainmeter Sebagian besar bentuk deformasi solid-body melibatkan regangan volume

(yaitu , peningkatan atau penurunan volume ( dilatational atau kompresi regangan) . Jenis

regangan sangat penting dalam vulkanologi, karena biasanya terjadi sebagai hasil dari

gerakan magma , inflasi atau deflasi perubahan reservoir magma , atau tekanan dalam magma

tubuh atau sistem hidrotermal . Sebuah cara yang baik untuk mengukur regangan volumetrik

pertama kali diusulkan oleh Benioff ( 1935), yang menyarankan mengubur wadah besar

cairan dengan lubang kecil ( mirip dengan disegel botol plastik yang berisi jerami soda

sempit ) . Strain di dalam tanah akan mengubah volume wadah dan memaksa fluida mengalir

dalam atau keluar dari jerami . semakin sempit jerami, semakin jauh diberikan volume cairan

(sesuai dengan perubahan yang diberikan dalamregangan volumetrik ) akan bergerak ke atas

atau bawah dalam jerami . Dengan merasakan posisi kolom cairan dalam jerami , pengukuran

tepat dari volumetrik regangan dapat diperoleh . Alat ini sudah banyak diterapakan dalam

pemantauan gunung api.

Sacks-Evertson volumetrik strainmeter dan beberapa aplikasi untuk pemantauan

gunung berapi adalah lebih lengkap dijelaskan dalam Bab 9, yang penawaran

khusus dengan pengamatan lubang bor strain dan tekanan fluida. Sacks-Evertson

strainmeters dipasang di California selama tahun 1980 dan 1990, termasuk empat di

Wilayah Long Valley, memiliki sensitivitas hingga (satu bagian per triliun) selama

periode detik hingga menit. Sacks-Evertson strainmeters telah diinstal dekat beberapa

gunung berapi di seluruh dunia, termasuk gunung Hekla, di Islandia

3.3.3 The Gladwin tensor strainmeter

Meskipun Gladwin tensor strainmeter dirancang terutama untuk pertambangan dan

aplikasi tektonik, yang (Gladwin, 1984; Gladwin dan Hart, 1985) namun alat ini, dalam

rancangannya diperliuas untuk pemantauan gunung api. Seperti Sacks- Evertson dilatometer,

yang strainmeter tensor adalah dimaksudkan untuk instalasi di lubang bor, sebaiknya 200m

atau lebih mendalam. Tidak seperti dilatometer, yang langkah-langkah regangan volumetrik

(besaran skalar), yang tensor strainmeter menentukan tiga independen komponen medan

regangan permukaan, "xx," yy, "xy. Untuk bahan isotropik, strain tensor 3-D umumnya

memiliki enam komponen independen. dekat permukaan Bumi, namun, stress vertikal dan

tarikannya adalah nol, sehingga medan regangan benar-benar dijelaskan oleh tiga komponen

horisontal. The Gladwin tensor strainmeter menggunakan tiga extensometers horisontal


DANIEL DZURISIN

19

disusun secara vertikal dalam silinder, masing-masing diputar 120 derajat yang digunakan

untuk mengukur tiga komponen independen strain horisontal. Setiap transduser terdiri dari

tiga pelat kapasitor. Pelat yang melekat pada dinding silinder sehingga deformasi dari dinding

silinder ditransfer secara efektif ke kesenjangan antara piring. Yang dihasilkan kapasitansi

diferensial perubahan diukur dengan elektronik rangkaian jembatan dirancang khusus untuk

sensitivitas tinggi dan stabilitas elektronik. Sensitivitas regangan alat ini sebesar dan

untuk respon frekuensi alat ini dari 0 Hz sampai lebih dari 10 Hz. ini berarti bahwa

instrumen yang sama cocok untuk mengukur akumulasi regangan bertahap, seperti

mungkin disebabkan oleh inflasi magmatik, serta strain frekuensi yang lebih tinggi terkait

dengan gunung berapi gempa bumi dan fluida aliran, misalnya. Strainmeters tensor jenis ini

telah dipasang di tambang sejak akhir 1960-an dan dekat aktif kesalahan sejak awal 1980-an.

Tiga dipasang di 1986 sepanjang bagian San Andreas Kesalahan dekat Parkfield di California

tengah. mulai tahun pertengahan tahun 1993, dua instrumen yang terdeteksi signifikan

perubahan dalam tingkat akumulasi geser regangan (0,5 dan 1,0 microstrain per tahun). yang

ketiga instrumen juga mendeteksi perubahan, tetapi dipengaruhi oleh deformasi lokal karena

proses hidrologi.

3.4 GPS KONTINYU

Beberapa pengamatan yang dilakukan secara teliti membuktikan bahwa peningkatan

tekanan magma besar atau kecil, akan menyebabkan ternyadinya deformasi. Untuk

mengetahui gejala deformasi gunung api yang terjadi dilakukan pemantaun dengan beberapa

metode, salah satunya adalah metode yang berbasis satelit yaitu metode GPS yang dilakukan

secara kontinu (Continuous GPS). Pada prinsipnya pemantauan deformasi kontinu

menggunakan GPS dilakukan secara tersu - menerus secara otomatis, yaitu dengan

menempatkan GPS diberapa titik ukur di lokasi yang dipilih.Metode deformasi kontinu ini

umumnya menggunakan sensor-sensor, extensiometer, dan dilatometer, yang hanya

mengkarakterisir deformasi yang sifatnya relatif lokal. Patut ditekankan di sini bahwa GPS

yang dikombinasikan dengan sistem telemetri data juga mulai banyak digunakan untuk

mementau deformasi guung api secara kontinu.

Untuk gunungapi yang lebih aktif, sehubungan dengan adanya tuntutan ketersedian

informasi deformasi dalam waktu yang relatif cepat, maka pemantauan secara kontinu dengan

GPS akan relatif lebih efektif dibandingkan dengan metode survei GPS secara periodik

(Abidin, 2007).


DANIEL DZURISIN

20

Konsep dasar penentuan posisi dengan GPS adalah reseksi (pengikatan ke belakang)

dengan jarak, yaitu dengan pengukuran jarak secara simultan ke beberapa satelit GPS yang

koordinatnya telah diketahui ke titik pengamatan. Satelit yang diperlukan untuk menghitung

posisi mutlak dalam ruang minimal dibutuhkan empat satelit. Tiga satelit dengan untuk

menghitung parameter koordinat dengan metode perpotongan lingkaran dan satelit ke empat

digunakan untuk menyamakan (singkronisasi waktu satelit dengan penerima). Pada dasarnya

terdapat, tiga segmen sistem GPS.

1. Satelit

Berfungsi sebagai penerima dan penyimpan data yang ditransmisikan oleh stasiun-stasiun

pengontrol, penyimpan dan menjaga informasi waktu berketelitian tinggi dan

memancarkan sinyal informasi secara kontinu ke pesawat penerima (receiver) dari

pengguna.

2. Controller

Berfungsi sebagai mengendalikan dan mengotrol satelit dari bumi.

3. Receiver

Berfungsi menerima data dari satelit dan memprosesnya untuk menentukkan posisi, arah,

jarak dan waktu yang diperlukan pengguna.

3.4.1 Metode dan sistem koordinaat pada GPS

a. Metode dalam penentuan posisi pada GPS, dibagi menjadi 2 yaitu:

1. Metode Absolut

Metode ini dikenal sebagai point positioning, menentukan posisi hanya berdasarkan pada

sebuah pesawat penerima. Ini umumnya hanya diperuntukkan bagi keperluan

NAVIGASI.

2. Metode Relatif

Metode ini disebut differential positioning, menentuka posisi di muka bumi secara terus

menerus menerima sinyal dari satelit dalam jangka waktu tertentu, hasilnya berupa

referensi. Ini umumnya digunakan untuk keperluan survei GEODESI.


DANIEL DZURISIN

21

b. Sistem Koordinat pada GPS :

1. Koordinat Geografi

Koordinat ini diukur dalam lintang dan bujur. Lintang diukur terhadap equator sebagai

titik Nol (Batasnya 90 derajat LU 90 derajat LS), sedangkan Bujur diukur terhadap

Greenwich sebagai titik Nol (Batasnya 180 derajat BT 180 derajat BB)

2. Koordinat Datum

Koordinat ini diukur dalam pemetaan yaitu datum Horisontal dan Vertikal. Datum

Horisontal digunakan untuk menentukan koordinat peta (X,Y), sedangkan datum vertikal

untuk menentukan koordinat elevasi (topografi).

Ditinjau dari prosedur perngambilan data di lapangan dibagi menjadi :

1. Statik, hasil pengukuran mempunyai akurasi yang sangat tinggi, pruduktivitas rendah.

2. Fast Statik, hasil pengukuran mempunyai akurasi sedang.

3. Kinematik, dibagi menjadi 2 :

- Stop & Go

- Kontinuitas

Hasil pengukuran mempunyai akurasi rendah, produktivitas tinggi.

Sedangkan metode pengolahan data dibagi 2 :

1. Metode Post Processing, hasil didapatkan setelah pengolahan data.

2. Metode Real-Time, hasil diketahui langsung saat melakukan pengukuran. (Kirbani,

2001).

Tabel 1. Rangkungan Metode Pengukuran dan Keperluannya

Metode Pengambilan Data Baseline Keperluan

Static Survei dengan cakupan luas, long baseline

10-20 km, pekerjaan titik kontrol orde

tinggi

FastStatic Survei untuk penentuan posisi yang perlu,

akurasi baik, cakupan cukup luas

Stop & Go Kinematic Survei Detail untuk daerah bersifat lokal,

produktivitas tinggi, akurasi rendah.

Continous Kinetmaic Survei topografi pada area terbuka,

produktivitas tinggi


DANIEL DZURISIN

22

3.5 Beberapa Perhatian Tentang Sensor Deformasi Dekat Permukaan

Tidak ada sensor geodetik yang benar-benar canggih dalam desain, namun walaupun

begitu dapat memberikan informasi yang berguna tentang proses vulkanik dimonitor dampak

lingkungan. Permukaan bumi memiliki dua kelebihan yang luar biasa, yaitu sebagai tempat

untuk meletakkan strainmeters dan tiltmeters: itu dapat diakses dengan biaya rendah, dan ada

banyak ruang untuk menempatkannya. "Jika tidak ada alasan lain selain ini, instalasi

permukaan akan terus mendominasi di sebagian besar gunung berapi untuk masa mendatang.

Salah satu cara untuk menghindari keanehan dekat permukaan instalasi adalah untuk

mengambil keuntungan dari yang sudah ada terowongan, gua, atau lubang bor sedapat

mungkin. Agnew (1986) menyebutkan beberapa keuntungan dari ini pendekatan (misalnya,

mengurangi efek termal), tetapi juga mencatat dua kelemahan: (1) bukaan tersebut dapat

tidak tersedia di mana pengukuran yang diperlukan; dan (2) instrumen dipasang di bukaan

tersebut dapat tidak mengukur apa yang dimaksudkan karena bukaan sendiri mendistorsi

medan regangan.

Kasus yang ideal, yang hanya bisa didekati dalam praktek, adalah untuk melahirkan

sebuah lubang di batuan dasar yang kompeten jauh di bawah tabel air (sebaiknya 100m atau

lebih dalam), hal ini dengan pipa kedap air, dan beberapa yang dirancang dengan baik

tiltmeter atau strainmeter ke pipa. Dimana instalasi rumit tersebut tidak mungkin dilakukan

(kasus umum), instalasi dekat permukaan akan cukup dalam kebanyakan kasus jika tindakan

pencegahan sederhana yang diamati untuk mengurangi suhu dan curah hujan efek.

Penguburan sensor dan elektronik apapun terkait bahkan oleh beberapa meter akan sangat

membantu, dan biasanya dapat dicapai dalam satu hari kerja tunggal. Melampirkan sensor

untuk beberapa batang logam yang memiliki didorong untuk penolakan di dalam tanah tidak

dikonsolidasi, digabungkan bersama-sama, dan sebagian terbungkus dalam beton biasanya

usaha yang dihabiskan dengan baik. Akhirnya, perumahan kokoh untuk melindungi

komponen permukaan instalasi (misalnya: telemetri tiang dan antena) dari yang terburuk

dari unsur-unsur penting. Jangan pernah meremehkan kekuatan destruktif dari alam

(misalnya, angin, salju tebal,). Membangun monitoring yang lebih kuat dalam cuaca yang

baik selalu lebih baik untuk memperbaiki satu standarisasi. Berikut rekomendasi tentang

penggunaan tiltmeters dekat permukaan untuk pemantauan gunung berapi menerapkan

sebagian sensor berkelanjutan lain juga, dan mereka masih tampak sebagai relevan seperti

ketika mereka pertama kali diterbitkan (Dzurisin, 1992a). Karena kebutuhan atau

pengawasan, saya telah melanggar pedoman ini di masa lalu dan dapat melakukannya lagi di


DANIEL DZURISIN

23

masa depan. (1) Jadilah skeptis. Jangan tergoda untuk menafsirkan data tiltmeter sampai

informasi dasar yang memadai yang tersedia untuk setiap stasiun. ingat bahwa kemiringan

tanah yang cukup besar dapat disebabkan oleh tanggapan situs instalasi dari tiltmeter

tersebut, siklus freeze / thaw, hujan deras, air tanah perubahan, dan faktor-faktor lain yang

tidak terkait dengan aktivitas gunung berapi. (2) Jangan pernah percaya tiltmeter tunggal.

desain jaringan tiltmeter dengan cukup redundansi mengkompensasi stasiun diandalkan yang

mungkin ada, terlepas dari jumlah usaha yang dikeluarkan selama instalasi. (3) Jangan pernah

percaya data set tunggal. menafsirkan Data tiltmeter hanya dalam konteks lain informasi

pemantauan dan dalam terang Sejarah letusan gunung berapi baru-baru ini.

(4) Jadilah sadar akan dampak sosial dan ekonomi pekerjaan Anda. Dampak dapat bersifat

positif (misalnya, pengurangan kerusakan kehidupan atau properti) atau negatif (misalnya,

kesulitan yang disebabkan oleh tidak perlu evakuasi atau penurunan properti nilai-nilai).

3.6 GRAVIMETERS

Gravimeter sensitive terhadap dua proses yang biasanya terjadi pada gunungapi aktif:

(1) perubahan ketinggian terhadap permukaan tanah, (2) perubahan distribusi massa pada sub

permukaan. Pertama kali diciptakan oleh Vening Meisnez-Van Bemeelen berupa pendulum,

lalu La Coste (1934) menemukan gravimeter yang kemudian dikembangkan hingga saat ini.

Gravimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur nilai gaya berat relatif di

permukaan bumi.

Pengukuran gravity pada gunungapi menggunakan alat untuk mempelajari perubahan

bentuk permukaan dan perubahan sub permukaan terhadap massa atau densitas yang

disebabkan oleh proses magmatic. Ada dua cara untuk mendapatkan beberapa pengukuran

yaitu: (1) dengan melakukan pengulangan survey pada bench mark menggunakan gravimeter

portable, (2) dengan menginstall satu atau lebih gravimeter yang menghasilkan perekaman

percepatan gravitasi lokal. Klasifikasi dari gravimeter ada dua yaitu: gravimeter absolut dan

gravimeter relative.


DANIEL DZURISIN

24

Gambar 11. Gravimeter yang digunakan sebagai pengukuran gaya berat. Alat ukur ini

memiliki tingkat ketelitian yang cukup tinggi, karena dapat mengukur perbedaan

percepatan gaya berat yang lebih kecil dari 0,01 mgal. Pada dasarnya alat ini

bekerja berdasarkan benda yang digantungkan pada pegas. Apabila benda tersebut

terkena gaya berat maka akan menyebabkan panjang pegas berubah.

3.6.1 GRAVIMETER ABSOLUT

Salah satu tipe dari gravimeter absolut adalah free-fall gravimeter yang dapat

melakukan pengukuran secara langsung dan sangat tepat saat benda jatuh dengan

jarak d dan waktu t di ruang hampa.

Pengukuran ini didekatkan dengan persamaan gerak d=gt2/2 untuk menentukan nilai

g lokal.

Tipe free fall gravimeter terdiri dari empat komponen:

1) Ruang yang dikosongkan dengan pengujian massa jatuh secara bebas.

2) Referensi pengujian massa yang terjadi di percepatan non gravitasi dan gangguan

lainnya.

3) Laser interferometer

4) Jam atom

Untuk mengukur gravitasi lokal dan gravimeter jenis ini menggunakan kaedah spring

untuk mengimbangkan gayaberat dengan daya yang berlawanan.

Contoh Gravimeter jenis Mutlak


DANIEL DZURISIN

25

Gambar 12. Contoh gravimeter absolute yaitu Gravimeter SCINTREX CG3/3M, alat

ini boleh mengukur sehingga 7000 mGal tanpa perlu resetting.

3.6.2 GRAVIMETER RELATIF-KEAJAIBAN ZERO LENGTH SPRING DAN

SUPERKONDUKTIVITAS

Perbedaan pengukuran gravimeter relative ada di percepatannya karena gravitasi

berbeda pada lokasi atau waktu.

Pada tahun 1932, Lucien LaCoste mengembangkan desain terbaru bersama dengan

dosennya Dr. Arnold Romberg untuk peralatan portable pada jenis ini.

Gravimeter relative dikembangkan oleh LaCoste dan Romberg dimana mereka

mengembangkan seismograf periode panjang yang sama dengan seismograf

pendulum horisontal yang digunakan untuk merekam pergerakan tanah horisontal

akibat gempabumi.

LaCoste dan Romberg berpendapat bahwa jika peralatan yang sama mampu

mengukur pada pergerakan vertical ternyata membutuhkan keseimbangan presisi pada

gaya gravitasi.

Contoh gravimeter relative


DANIEL DZURISIN

26

(a)

(b)

Gambar 13. (a) menunjukkan bagian-bagian dari gravimeter LaCoste Romberg, (b) Worden

gravimeter. Prinsip gravimeter ini terdiri dari suatu beban pada ujung batang, yang ditahan

oleh zero length springyang berfungsi sebagai pegas utama. Besarnya perubahan gaya tarik

bumi akan menyebabkan kedudukan beban dan pengamatan. Hal tersebut dilakukan

dengan peraturan kembali beban pada kedudukan semula. Perubahan kedudukan yang

dialami ujung batang disebabkan karena adanya goncangan-goncangan, selain karena

adanya variasi gayatarik bumi. Ujung batang yang lain dipasang shock eliminating spring

untuk menghilangkan efek goncangan.


DANIEL DZURISIN

27

Gambar 14. Sebuah sistem suspensi dengan perhitungan keseimbangan yang tepat untuk

torka gravitasi pada massa membutuhkan sebuah tiang/balok yang menggunakan sistem zero

spring.

Dalam klasifikasinya, gravimeter La Coste Romberg termasuk dalam tipe Zero

Length Spring. Gravimeter La Coste Romberg ini mempunyai pembacaan dari 0 sampai

dengan 7000 mgal, dengan ketelitian 0,01 mgal dan drift rata-rata kurang dari 1 mgal

setiap bulannya. Untuk operasionalnya, Gravity meter ini memerlukan temperature yang

tetap (contoh untuk LRG, alat yang dipakai Pertamina, pada suhu 51o C), oleh karena

itu dilengkapi dengan Thermostat untuk menjaga keadaan temperature supaya tetap.

Dengan adanya Thermostat ini, maka diperlukan baterai 12 Volt, disamping untuk

pembacaan benang palang (cross hair) dan Bubble Level. Berat gravity meter ini termasuk

baterai dan kotaknya kurang lebih 19 pound, sedangkan baterai charger dan piringan

beratnya kira-kira 8 pound.

Torka graviasi:

Torka pada pegas:


DANIEL DZURISIN

28

Total Torka yang bekerja pada sistem:

3.6.3 HASIL GRAVITY DARI GUNUNGAPI TERTENTU

Perekaman LaCoste dan Romberg model gravimeter D dipasang pada gunung

Vesuvius tahun 1988. Alat ini berlokasi di Osservatorio Vesuviano di pillar yang nyata pada

kedalaman 20 m di gua buatan. Pada pegas yang khas, nilai F linear terhadap l, dan F

mendekati nol karena l mendekati l0, pegas tidak mengalami perubahan.

Gambar 15. Grafik hubungan antara penggunaan gaya oleh pegas ideal F dan panjangnya L


DANIEL DZURISIN

29

Gambar 16. Diagram skematis yang menunjukkan komponen gravimeter LaCoste &

Romberg

Bagian-bagian dari gravimeter LaCoste Romberg yaitu:

1. Zero-length springs adalah pegas yang dipergunakan untuk menahan massa.

2. Massa dan beam

3. Hinge atau engsel berlaku sebagai per atau pegas

4. Micrometer digunakan untuk mengembalikan posisi massa ke posisi semula

5. Long and short lever yaitu tuas untuk menghubungkan micrometer dengan zero-length

springs.

Setelah kita mengetahui bagian-bagian dari gravimeter LaCoste Romberg, maka

langkah selanjutnya adalah menentukan posisi Pengamat yaitu dengan:


DANIEL DZURISIN

30

metakkan piringan pada titik amat yang ditentukan.

metakkan kotak pembawa gravitymeter di depan titik amat.

mengusahakan untuk berdiri menghadap alat dengan membelakangi matahari

memperhatikan arah angin

menghindarkan alat-alat berat berada di dekat gravitymeter pada saat mengukur.

mengambil sikap serelaks mungkin

menyediakan bantalan bila daerah pengamatan berada pada arean yang berbatu dan

berkerikil.

Setiap gravimeter LaCoste dan Romberg dalam pengukurannya menggunakan sistem

pengukuran relative. Data yang terbaca dalam gravimeter skala pembacaan, yang dapat

dikonversi ke satuan mgal dengan menggunakan table kalibrasi. Untuk itu supaya

mendapatkan harga pembacaan yang baikkita harus mengakkan gravimeter tersebut dengan

cara mengatur level memanjang dan melintang, secara singkat seperti berikut ini:

meletakkan piringan dan tekan sisi-sisinya pada permukaan tanah sehingga ketiga

kakinya tertanam pada tanah secara mantap.

membuka penutup kotak pembawa dan periksa temperatur gravitymeter.

mengeluarkan gravitymeter dengan cara mengangkat pada bagian sekerup penegak

dengan menggunakan ibujari dan jari lainnya menekan badan gravitymeter.

menyalakan lampu gravitymeter dan gunakan sekerup penegak untuk mendapatkan

posisi tegak sempurna

setelah posisi gravimeter dalam posisi tegak sempurna, baru dilakukan pembacaan dengan

langkah-langkah sebagai berikut:

1. Putar sekerup pengunci (clamp) berlawanan jarum jam sampai habis.

2. Amati posisi benang bacaan pada lensa pengamatan. (reading line, untuk LaCoste &

Romberg G-1118 adalah 3.0).

3. Amati dan gerakkan benang bacaan dengan memutar sekerup.

4. Untuk mendapatkan harga pembacaan yang baik, putaran sekerup pembacaan

disarankan dari arah kiri ke kanan (searah jarum jam).


DANIEL DZURISIN

31

5. Periksa level memanjang dan melintang dan Periksa kembali posisi benang bacaan,

6. Matikan lampu gravitymeter.

7. Putar sekerup pengunci searah jam sampai habis untuk mengunci pegas.

8. Baca hasil pengukuran pada skala pembacaan.

Di gunung Merapi, Indonesia, perekaman gravimeter dilakukan di pengamatan

Babadan yang mencatat sinyal janka panjang yang dikorelasikan dengan seismic dan aktivitas

gunungapi. Sebagai contoh, penyimpangan kesalahan pada jarak menurun secara konstan dari

November 1993 sejak alat itu terpasang samapai Maret 1994, kemudian mengalami kenaikan

secara konstan sampai Juni 1994 hingga akhirnya stabil. Arah pembalikan menjelaskan

periode untuk frekuensi rendah dan terkolepnya dome aliran piroklastik selama Maret-April

1994. Sebgai tambahan, admitans gravimeter, sebuah kombinasi peralatan yang sensitive dan

respon mekanik pada tanah oleh gaya pasang surut mengalami penurunan hingga 20% ketika

ekstrusi pada kubah lava terjadi. Selain itu, pengamatan yang sama dengan gravimeter juga

dilakukan di gunung Etna, Sicily, dimana interpretasinya sulit dilakukan oleh

ketidakmampuan untuk memisahkan efek perubahan pada tanah, pergerakan magma,

perubahan densitas, dan fluktuasi air tanah.

Dari pengamatan menggunakan gravimeter ini sebenarnya memperoleh banyak

keuntungan namun memerlukan investasi yang nyata pada uang, waktu, dan usaha karena

harus diamati selama terus-menerus. Hal inilah yang membuat pengamatan yang

menguntungkan ini menjadi sulit.


DANIEL DZURISIN

32

DAFTAR PUSTAKA

Dzurisin, Daniel. 2007. Volcano Deformation Geodetic Monitoring Techniques.

Springer. UK, Germany.

Hasanuddin Z. Abidin. 2007. Pendahuluan Metode Survei GPS. ITB. Bandung

Kirbani, 2001. Panduan Workshop Eksplorasi Geofisika (Teori dan Aplikasi).

Laboratorium Geofisika. Fakultas MIPA, UGM. Yogyakarta.

chapter 3_lengkap.pdf

Documents