Bagaimana gempa terjadi?

Interior bumi 

Indonesia banyak mengalami gempa bumi, baik skala kecil maupun skala besar. Jika kita memantau laman BMKG atau aplikasi InfoBMKG di gawai kita, maka dapat dipastikan setiap hari akan ada pemberitahuan telah terjadi gempa di wilayah Indonesia. Kita sering mendengar pernyataan, Kalimantan adalah daerah bebas gempa. Mengapa di Indonesia yang hampir setiap hari terjadi gempa, ada Pulau Kalimantan yang sangat jarang mengalami gempa? Atau, kita sering mendengar juga bahwa Jepang merupakan negara yang sering mengalami gempa bumi. Nah, mengapa gempa bumi hadir di beberapa daerah di dunia dan tidak/jarang sekali hadir di daerah yang lain? Untuk mengetahui jawabannya, kita perlu melihat apa yang menyebabkan gempa bumi terjadi. 

Gempa bumi, secara definisi adalah guncangan tanah. Secara lebih detail, gempa bumi adalah peristiwa alam berupa getaran atau guncangan bergelombang pada kulit/kerak bumi. Sumber guncangan atau getaran tersebut dapat berada di permukaan bumi maupun di bawah permukaan bumi. Penyebabnya antara lain: pergerakan sesar (yang akan dibahas lebih lanjut), gunungapi, longsor, ledakan bom, atau adanya jatuhan meteor. Gempa bumi yang lokasi sumbernya di bawah permukaan bumi adalah gempa yang disebabkan oleh pergerakan sesar dan pergerakan magma gunungapi. Untuk dapat memahami lebih lanjut bagaimana gempa terjadi, kita harus lebih dulu mengetahui bagaimana struktur lapisan-lapisan bumi kita ini.  

Bumi tersusun dari beberapa lapisan, secara umum ada tiga lapisan, yaitu berupa inti bumi yang dikelilingi oleh mantel bumi dan terakhir ditutupi oleh kerak bumi. Kita dapat menganalogikan dengan telur ayam. Ada kuning telur yang mirip dengan inti bumi, putih telur sebagai mantel, dan kulit telur sebagai kerak bumi. Inti bumi berupa material logam yang dominan unsur besi dan nikel. Inti bumi ini terdiri dari inti yang padat (inti dalam) atau bisa dibilang “core of the core“, sedangkan inti luar meskipun berupa logam tetapi bersifat lebih cair atau lunak. Jari-jari dari inti bumi ini sekitar 3400 km. Mantel bumi, seperti namanya, menyelubungi inti bumi. Mantel berupa batuan yang unsur utamanya adalah besi dan magnesium silikat. Tebal lapisan mantel ini sekitar 2900 km. Komposisi mantel bumi seragam, namun ada yang lebih keras dan ada yang lebih lunak seperti coklat batangan yang meleleh. Karena adanya kondisi yang lunak dan keras, mantel dibagi menjadi dua, yaitu mantel atas dan mantel bawah. Mantel atas terbagi menjadi dua, bagian paling luar dari lapisan mantel atau paling dekat dengan permukaan bumi, bersifat keras dan kaku, memiliki ketebalan sekitar 100-200 km. Sedangkan mantel atas selebihnya bersifat lebih lunak seperti batangan coklat yang meleleh, biasa disebut astenosfer. Ketebalan astenosfer ini sekitar 400 km. Mantel bawah bersifat lebih padat dan keras, namun tetap tidak sekaku mantel atas bagian paling luar.  

Lapisan paling luar adalah lapisan kerak bumi. Seperti analogi telur ayam sebelumnya, kerak bumi merupakan bagian yang paling keras, kaku, dan gampang retak juga paling tipis. Kerak bumi ini memiliki ketebalan 5 hingga 70 kilometer. Kerak bumi ini bersifat padat dan kaku, dengan komposisi berupa batuan yang bisa kita lihat di permukaan bumi. Berdasarkan komposisinya, kerak bumi dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu kerak benua dan kerak samudera. kerak samudera memiliki komposisi dominan besi-magnesium silikat, sedangkan kerak benua disusun oleh silikat yang lebih kaya aluminium. Disebut sebagai kerak benua, namun bukan berarti selalu berada di darat. Misalnya Laut Jawa, meskipun berupa laut, namun kerak bumi di lokasi Laut Jawa adalah kerak benua. Salah satu perbedaan dengan Samudera Hindia yang berada di kerak samudera adalah Laut Jawa lebih dangkal dibandingkan Samudera Hindia.  

Bagaimana saintis bisa mengetahui bahwa material bumi seperti yang disampaikan sebelumnya, padahal tidak ada yang sudah sampai atau melihat langsung? Mirip dengan bagaimana kita bisa “melihat” (secara tidak langsung) bayi yang ada di dalam kandungan, begitu juga saintis melihat bagaimana kondisi jauh di interior bumi. Untuk melihat kondisi bayi di dalam kandungan kita menggunakan USG 2D maupun USG 3D yang sumber gelombangnya adalah gelombang suara (ultrasonik), saintis menggunakan gelombang gempa untuk mengetahui kondisi interior bumi. 

Kerak bumi 

Perbedaan komposisi kerak samudera dan kerak benua menyebabkan perbedaan berat jenis dari kerak bumi. Kerak samudera lebih berat dibandingkan dengan kerak benua. Kerak benua memiliki densitas sekitar 2,7 g/cm3, sedangkan kerak samudera umumnya memiliki densitas 3 g/cm3. Perbedaan berat kedua kerak bumi tersebut kerak bumi dinamis seperti saat ini, termasuk salah satu akibatnya adanya gempa bumi.  

Kerak bumi yang seperti kulit telur ternyata retak-retak dan tidak berupa satu kesatuan. Jika kita ibaratkan telur rebus yang kemudian kita pecahkan kulitnya, begitulah kondisi kerak bumi kita. Adanya pergerakan panas di mantel, kerak dan sebagian mantel luar kemudian seperti mengapung di atas astenosfer dan bergerak satu sama lain. Masing-masing pecahan ini kemudian disebut sebagai lempeng tektonik. Lempeng tektonik ini memiliki tebal beragam, antara 100 km hingga 200 km, daerah pegunungan tinggi akan cenderung tebal, sedangkan lempeng tektonik samudera cenderung tipis. Terdapat 7 lempeng tektonik utama dan setidaknya 8 lempeng minor. Indonesia, berada di interaksi tiga lempeng utama, yaitu Eurasia, Australia, dan Pasifik. Wow, apa akibatnya ya? Nanti akan dibahas lebih lanjut. 
 

Karena bentuk bumi yang menyerupai telur, lapisan luarnya dapat bergerak relatif terhadap lempeng lainnya. Ada tiga jenis pergerakan antarlempeng: saling menjauh, saling bertemu, dan saling bergeser. Pergeseran, pertemuan, atau perpisahan lempeng-lempeng ini menjadi salah satu penyebab gempa bumi. Bayangkan saat kita mendorong meja berat di atas lantai yang kasar, maka akan terdengar suara gesekan. Jika gesekan meja bisa menghasilkan gelombang suara, maka pergeseran lempeng tektonik dapat menghasilkan gelombang gempa. Jika kita memetakan lokasi gempa di seluruh dunia, sebagian besar terjadi di sepanjang batas-batas lempeng tektonik, yang bisa dianalogikan seperti retakan pada kulit telur (batas lempeng tektonik). 

Kerak bumi yang berupa area-area tadi ternyata memiliki perbedaan berat. Perbedaan berat ini kemudian membuat salah satu kerak akan berada di bawah kerak yang lain. Kerak samudera akan berada di bawah kerak benua jika kedua kerak tersebut saling bertemu. Jika kerak samudera bertemu dengan kerak samudera juga, salah satu diantaranya akan menunjam ke bawah yang lainnya. Kerak yang menunjam di bawah kerak lain ini kemudian akan meleleh dan membentuk magma kemudian muncul di permukaan menjadi gunung api. Contohnya adalah pertemuan lempeng tektonik Australia dan Eurasia, lempeng India-Australia menunjam di bawah lempeng Eurasia di selatan Pulau Jawa dan Sumatera. Deretan gunung api yang terbentuk adalah deretan gunung api di Pulau Jawa dan Sumatera. 

Lain halnya jika yang bertemu adalah kerak benua dan kerak benua, maka yang terjadi adalah pembentukan pegunungan seperti di Himalaya dan Pegunungan Jayawijaya di Papua. Karena sama-sama ringan (lebih ringan dari kerak samudera) maka keduanya dapat saling menumpuk dan membentuk pegunungan yang sangat tinggi atau dapat saling berpapasan. Contoh batas lempeng yang berpapasan adalah batas lempeng di Amerika bagian barat yang membentuk Sesar San Andreas, dan di sebelah utara Papua yang membentuk Sesar Sorong-Yapen. Umumnya membentuk deretan lembah dan perbukitan yang memanjang dan menerus. 

Lalu bagaimana gempa bumi dapat terjadi? 

Mari kita mulai dengan visualisasi sederhana. Bayangkan Anda memiliki balok kayu di atas meja yang ditarik dengan seutas karet. Di awal, ketika Anda mencoba menarik balok kayu tersebut, tidak ada pergerakan yang terjadi. Ini karena karet yang terhubung pada balok kayu tersebut sedang meregang dan memanjang. Gaya gesek antara balok kayu dengan meja menahan balok kayu untuk tetap diam meskipun karet ditarik. 

Setelah beberapa waktu ditarik, karet tersebut mencapai batas regangannya. Pada titik ini, karet tidak bisa meregang lebih jauh lagi. Kekuatan yang telah terkumpul dalam karet selama proses peregangan ini akhirnya melebihi gaya gesek antara meja dan balok kayu. Akibatnya, balok kayu yang sebelumnya diam, sekarang bergerak tiba-tiba. Jika kita menarik karet dengan kecepatan yang sama terus menerus, balok akan bergerak secara berulang.  

Analogi ini mirip dengan bagaimana lempeng bumi bergerak dan menyebabkan gempa bumi. Lempeng bumi, seperti balok kayu, awalnya tampak diam. Namun, energi yang terus menerus menarik dan mendorong lempeng, seperti karet, membuat lempeng tersebut akhirnya bergerak ketika energi yang dikumpulkan sudah melewati batas. Ketika lempeng-lempeng ini bergerak, mereka bisa menyebabkan getaran yang kita kenal sebagai gempa bumi. 

Jadi, proses ini menjelaskan bagaimana energi yang terkumpul dalam lempeng bumi akhirnya dilepaskan dalam bentuk gempa bumi. Seperti karet yang meregang hingga mencapai batasnya sebelum melepaskan energi dan memindahkan balok kayu, lempeng bumi juga meregang hingga mencapai batasnya sebelum melepaskan energi dalam bentuk gempa bumi.