## ANALISA PERUBAHAN IONOSFER AKIBAT GEMPA MENTAWAI TAHUN 2010 BERDASARKAN KEDALAMAN DAN MAGNITUDE
(Studi Kasus : Kepulauan Mentawai, Sumatra Barat)

## Mokhamad Nur Cahyadi, Leni Septiningrum
Jurusan Teknik Geomatika, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Kampus ITS, Keputih, Sukolilo, Surabaya 60111
Email : cahyadi_geod@yahoo.com;

## Abstrak
Gempa merupakan fenomena alam akibat aktifitas tektonik yang sering terjadi di Indonesia.  Sepanjang pulau Sumatra merupakan pertumbukan antara lempeng Indo-Australia dan lempeng Eurasia menjadikan Sumatra  sebagai  daerah  paling  aktif  dengan  aktifitas  tektoniknya.  Pada  tahun  2010  tercatat  tiga  gempa besar yang terjadi, yaitu gempa berkekuatan 6,8 SR pada 5 Maret, disusul 6,5 SR pada 5 Mei dan terakhir 7,8 SR pada 25 Oktober 2010. Sebelumnya pada tahun 2009 juga terjadi gempa di padang dengan kekuatan 7,6 SR. Setiap gempa mempunyai kedalaman dan magnitude yang berbeda-beda.
Post-earthquake anomali  merupakan  fluktuasi  TEC  yang  terjadi  sesaat  setelah  terjadinya  gempa, fenomena ini terjadi 3 menit hingga 1 jam setelah gempa terjadi. Post-earthquake anomali dapat digunakan sebagai early warning sebelum tsunami datang. Pengamatan TEC ( Total Electron Content) dilakukan dengan menggunakan  GPS.  Satelit  GPS  akan  secara  kontinyu  memancarkan  sinyal  gelombang double  frequency pada  L  band.  Pada  saat  terjadi  gempa,  sinyal  yang  dipancarkan  oleh  satelit  GPS  akan  mengalami delay ketika melewati lapisan ionosfer kira-kira 300 km dari permukaan bumi. Variasi ionosfer diamati pada saat terjadi time-delay ini,  sehingga  didapat  nilai  TEC  dimana  I  TECU  sama  dengan  10 16 elektron/m 2 .  Nilai tersebut yang akan menggambarkan besaran gangguan akibat adanya gempa.
Pada penelitian ini mengamati perubahan ionosfer pada saat gempa dengan kedalaman dan magnitude yang  berbeda.  Studi  kasus  pertama  magnitude  berbeda  dengan  kedalaman  yang  sama  dan  studi  kasus kedua  kedalaman  yang  sama  dengan  magnitude  yang  berbeda.  Berdasarkan  penelitina  yang  telah dilakukan, disimpulkan bahwa perubahan ionosfer dipengaruhi oleh kedalaman dan magnitude gempa.
Kata Kunci : Gempa, Total Electron Content, GPS

## PENDAHULUAN

## Latar Belakang
Indonesia  merupakan  negara  yang  terbentuk dari  aktifitas  tektonik  berupa  pergerakan  dan penunjaman  (subduksi)  dari  tiga  buah  lempeng utama  dunia.  Berdasarkan  kondisi  geologi tersebut  mengakibatkan  Indonesia  mempunyai topografi  yang  bergunung  serta  rawan  terjadinya gempa bumi (Mubyarto, 2008).Salah satu wilayah di  Indonesia  yang  paling  aktif  dengan  aktifitas tektoniknya  adalah  Sumatra.  Sepanjang  pulau Sumatra mengalami pertumbukan antara lempeng
Indo-Australia  dan  lempeng  Eurasia  dengan kecepatan 5 cm/tahun pada batas antar lempeng di sepanjang pantai barat Sumatra (Prawirodirdjo, et  al.  2000) ] .  Pada  tahun  2009  terjadi  gempa  di Padang dengan kekuatan 7,6 SR. Pada tahun 2010 Mentawai  mengalami  sejumlah  gempa,  yaitu gempa  berkekuatan  6,8  SR  pada  5  Maret  2010, disusul  6.5  SR  pada  5  Mei  2010  dan  terakhir gempa berkekuatan 7,8 SR pada 25 Oktober 2010.
Pada  dasarnya  perhitungan  TEC  akibat  gempa dapat  diklasifikasikan  dalam  dua  jenis,  yaitu pre- earthquake dan post-earthquake .  Salah  satu precursor  anomaly yang  terjadi  sebelum  gempa
didapatkan dari pengukuran variasi TEC menggunakan  GPS  (Subakti,  2008)  fenomena  ini biasa  disebut  dengan pre-earthquake  anomaly (Xia,  et  al.  2011)dimana  fenomena  ini  akan berlangsung  1-2  minggu  sebelum  terjadinya gempa sedangkan post-earthquake terjadi 3 menit hingga satu jam setelah gempa terjadi  (Jin, et al. 2015).  Fluktuasi  pada post- earthquake  dapat digunakan sebagai early warning sebelum tsunami datang,  tsunami  yang  datang  dari  daerah  cukup jauh  akan  lebih  lemah  daripada  tsunami  yang diakibatkan  oleh  gempa  dengan  episenter yang berada  di  laut  (Lin,  2015).  Pergerakan  dari gelombang tsunami ini cukup lambat, sekitar 600- 700 km/jam. Apabila gelombang tsunami ini dapat dideteksi  di  laut  lepas,  terdapat  cukup  waktu untuk dilakukan evakuasi menuju ke tempat yang lebih tinggi. Juni 2001 terjadi gangguan TEC secara periodik  yang  terjadi  sebelum  tsunami  di  Peru. Setelah  perambatan  gelombang gravity melewati Samudra  Pasifik  (sekitar  22  jam),  gelombang tsunami  terjadi  di  Jepang  dan  ini  terekam  oleh Japanese GPS dense network (GEONET)
(Occhipinti,  et  al.  2008). . Satelit  GPS  secara kontinyu  akan  memancarkan  sinyal  gelombang  2 frekuensi pada L band yang dinamakan L1 dan L2. Sinyal L1 berfrekuensi 1575,42 MHz dan sinyal L2 berfrekuensi  1227,60  MHz.  Variasi  TEC  akan menyebar  ke  segala  arah  dari  pusat  episenter dengan  jarak  ratusan  bahkan  ribuan  kilometer, gangguan ionosfer akan diikuti dengan gelombang Acccoustic (0.3-1.5 km/s) dan gelombang Rayleigh (2-3 km/s) (Jin, et al. 2014). Besarnya gempa akan sebanding  dengan  kerapatan  kedua  gelombang hingga  merambat  mencapai  lapisan  ionosfer dengan kerapatan yang berbeda-beda (Cahyadi & Heki, 2013) .
Gelombang  elektromagnetik  yang  dipancarkan oleh  satelis  GPS    akan  mengalami delay ketika melewati  ionsfer.  Variasi  ionosfer  diamati  pada saat time-delay ini,  berdasarkan  kuantitas Total Electron  Content (TEC).  Nilai  TEC  biasanya dinyatakan  dalam  TECU,  dimana  1  TECU  adalah sama  dengan  10 16 elektron/m 2 .  Pada  penelitian sebelumnya,  (Subakti,  2008)  menjelaskan  bahwa terjadi  variasi  TEC  harian,  dimana  anomali (penurunan)  nilai  TEC  terjadi  1  sampai  6  hari sebelum terjadinya gempabumi. Dari 10 gempabumi  dengan magnitude lebih  dari  6,0  SR yang  terjadi  di  Sumatra  pada  bulan  Desember
2004  hingga  April  2005,  terdapat  9  gempabumi yang  sebelum  terjadinya  gempa  ditandai  dengan penurunan (anomaly) TEC  yang  dapat  dipandang sebagai  pertanda  awal (precursor  signal) akan terjadinya  gempabumi.  Berdasarkan  penelitian yang  dilakukan  oleh  (Jin,  et  al.  2014)  mengenai gempa  Tohoku,  variasi  ionosfer  terjadi  10  menit setelah main shock , dan tiba-tiba meningkat pada waktu  sekitar  80-150  menit  setelah main  shock yang terjadi pada 11 Maret 2011 (Jin, et al. 2015). Pada  25  Oktober  2010  terjadi  tsunami  lokal  di Kepulauan  Mentawai  yang  mengakibatkan  lebih dari  400  korban  jiwa  (Newman,  et  al.  2011). Dalam penelitian ini akan dibahas post-earthquake akibat gempa Mentawai 2010 dan Gempa Padang 2009.
Manfaat  dari  penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui  pengaruh  besarnya  gempa  dengan post-seismic disturbance gempa tektonik Mentawai tahun 2010. Dan mengetahui hubungan antara  kedalaman  gempa,  magnitude  dan perubahan densitas elektron di lapisan ionosfer.

## METODOLOGI PENELITIAN

## Data dan Peralatan
Data Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
i. Data observasi rinex stasiun SUGAR ( Sumatran GPS  Array) pada  saat  sebelum  dan  sesudah Gempa  Mentawai  2010.  Penelitian  akan menggunakan  tujuh  stasiun receiver di  sekitar wilayah  Kepulauan  Mentawai.  Stasiun  yang digunakan  adalah  BSAT,  LAIS,  LNNG,  MKMK, MLKN,  MNNA  dan  PRKB,  seperti  yang dijelaskan pada tabel berikut:
Tabel 1. Informasi Stasiun yang Digunakan
ii. Data  orbit  satelit;  IGS  SP3 ephemeris  file ( igsWWWD.sp3)
iii. Nilai jam satelit; file navigasi RINEX
(brdcDDD0.Yyn) iv. Data  sekunder  ( tables) yang  dibutuhkan  pada saat  pengolahan  GAMIT  akan  diunduh  secara otomatis oleh perangkat lunak GAMIT
v. Tiga  file  data  tambahan  pengolahan  gamit, yaitu:  file  gelombang  pasang  surut,  file atmosfer dan file pemodelan cuaca.

## Peralatan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri  dari  dua  buah,  yaitu  perangkat  keras  dan perangkat lunak. Perangkat keras yang digunakan antara  lain: stasiun GPS online digunakan sebagai penyedia data GPS, personal computer digunakan sebagai alat pengolah data GPS
Perangkat  lunak  yang  digunakan  antara  lain  : Sistem  Operasi  Microsoft  Windows  7  dan  Linux Ubuntu  14.04;  GAMIT;  Matlab  2010;  Microsoft Office  2010;  GMT  ( Generic  Mapping  Tools) , digunakan untuk plotting lokasi penelitian.

## Metode  Penelitian
Adapun  metode  penelitian  ini  adalah  sebagai berikut:
a. Penelitian ini menggunakan data Sumatra Array GPS (SUGAR) pada 18 Februari 2010 hingga 20 Maret 2010 atau 49 doy hingga
79 doy, 20 April 2010 hingga 20 Mei 2010 atau  110  doy  hingga  140  doy,  dan  10 Oktober  2010  hingga  9  November  2010 atau  283  doy  hingga  313  doy.  Dan  data gempa 30 September 2009.
b. Adapun  stasiun  yang  diamati  dalam penelitian  ini  adalah  BSAT,  LAIS,  LNNG, MKMK, MLKN, MNNA, dan PRKB.
c. Penelitian  ini  menjelaskan  pengaruh gempa  tektonik  Mentawai  2010  terhadap variasi  ionosfer  setelah  terjadinya  gempa ( post-earthquake ).
d. Dalam  penelitian  ini  tidak  mencari  nilai kecepatan gelombang accoustic, rayleigh .

## Diagram Alir
Tahapan  yang  dilaksanakan  dalam  penelitian  ini adalah :

## Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
Lokasi  penelitian  ini  dilakukan  pada  stasiun pengamatan  SUGAR  ( Sumatran  GPS  Array )  yang tersebar  di  sekitar  Kepulauan  Mentawai  yang diambil  dari SOPAC ( Scripps  Orbit and Permanent Array  Center) .  Berdasarkan  gempa  yang  diamati pada tahun 2010 di Kepulauan Mentawai.

## Gambar 2. Lokasi Penelitian(Modifikasi, SOPAC)

## Pengolahan Data
Adapun  untuk  diagram  alir  pengolahan  data adalah sebagai berikut:

## Gambar 3. Diagram Alir Pengolahan Data
Berikut ini adalah penjelasannya :
a. Identifikasi Masalah Masalah  yang  terdapat  dalam  penelitian  ini adalah  besarnya  pengaruh  gempa  terhadap gangguan  densitas  elektron  yang  terdapat pada lapisan ionosfer. Dimana gangguan yang akan  diteliti  adalah post-seismic  disturbance
atau  gangguan  yang  terjadi  pada  lapisan ionosfer setelah terjadinya gempa.
b. Studi Literatur
Studi  literatur  dilakukan  untuk  mengetahui bagaimana  cara  mengolah  dan  meentukan variasi Total  Electron  Content pada  saat terjadinya  gempa  ( post-seismic  disturbance) yang  diamati  dari  setiap  GPS  stasiun  yang terletak di Pulau Sumatra.
c. Pengumpulan Data Data-data yang diperlukan dalam penelitian ini adalah:
i. Data rinex observasi di Pulau Sumatra untuk mengetahui posisi stasiun.
ii. Data navigasi  yang merupakan pembawa  informasi ephimeris (orbit) satelit yang didalamnya juga terdapat informasi nilai jam satelit.
iii. Data  SP3  merupakan  koreksi  untuk posisi orbit satelit (precise IGS orbit) . iv. Tables merupakan kumpulan file yang diperoleh  pada  saat  pengolahan  di GAMIT, diperoleh dengan melakukan
peritah  sh_setup  –yr  <YYYY>    –apr <apr_file>. v. Data  pendukung  untuk  pengolahan GAMIT, yang terdiri dari: a. Data pemodelan atmosfer (atmdisp_cm.YYYY) b. Data pemodelan pasang-surut laut (otlFES2004.grid) c. Data pemodelan cuaca (vmfgrid.YYYY) d. Pengolahan Data Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan  sistem  operasi  Linux  yang memanfaatkan  software  Gamit  10.4, maupun  menggunakan  sistem  operasi Windows  yang  memanfaatkan  Matlab dalam  melakukan  proses  pengolahan data.
e. Analisa Pengolahan Data Pada  tahap  analisa  ini  akan  terlihat adanya  variasi  nilai  TEC  pada  saat terjadinya  gempa  dan  dikaitkan  dengan GPS  yang  melintas  pada  saat  gempa terjadi.
f. Penyusunan Laporan Penyusu nan  laporan  dilakukan  sebagai tahap akhir dalam penelitian ini

## HASIL DAN PEMBAHASAN Pengolahan Data
Dapat  dilihat  pada  gambar  2  diatas  bahwa  ada  3 data pokok yang digunakan dalam studi penelitian ini.Data  tersebut  adalah  data  RINEX  observasi, data  SP3  dan  data  navigasi.  Pada  proses pengolahan  menggunakan  aplikasi  GAMIT  tujuan akhirnya  adalah  untuk  mendapatkan  nilai  L1  dan L2  yang  terdapat  pada  file  DPH.XXXX.PRNZZ  dan selanjutnya  akan  diolah  pada  Matlab.  Hasil plotting  dari  file  DPH.XXXX.PRNZZ  akan  diproses sehingga akan didapatkan hasil variasi time-series STEC pada rentang waktu tertentu. Dari hasil time- series  tersebut,  selanjutnya  dipilah  mana  saja satelit  yang  merekam  terjadinya  gangguan  di ionosfer.  Jika  ada  catatan  gangguan  ionosfer, maka  akan  ada  suatu  anomali  yang  berbeda dengan yang lainnya. Anomali tersebut menunjukkan  nilai  gangguan  yang  terjadi.  Pada penelitian ini tidak merekam adanya anomali yang terjadi  di  ionosfer,  akan  tetapi  ditemukan
sejumlah  fluktuasi  yang  bersifat  acak  pada beberapa  satelit  namun  hal  tersebut  tidak  dapat dikatakan sebagai gangguan pada ionosfer karena tidak bersifat teratur.

## Pengukuran Ionosfer dengan GPS
Kondisi  geologi  Indonesia  yang  terletak  di antara  tiga  lempeng  dunia,  yaitu  lempeng  Indo- Australia,  lempeng  Eurasia  dan  lempeng  Pasifik mengakibatkan  terbentuknya  zona-zona  subduksi dan  zona  patahan  di  Indonesia,  dimana  zona tersebut  merupakan  sumber  gempa  bumi.  Hal tersebut  mengakibatkan  Indonesia  seringkali terjadi gempabumi, baik dalam skala kecil maupun skala  besar.  Gempa  tersebar  di  seluruh  wilayah Indonesia,  kecuali  di  Pulau  Kalimantan  (Yusfania, 2008). .
Kepulauan  Mentawai  terletak  di  Sumatra Barat.Sumatra  merupakan  zona  subduksi  aktif  di Indonesia.Desakan lempeng samudra  Indo- Australia  mengakibatkan  lempeng  benua  juga mengarah  ke  dalam  bumi,  sehingga  pulau-pulau yang  berada  dia  atasnya  ikut  bergeser  dan mendekati  pulau  Sumatra.  Pergeseran  ini  terjadi selama  puluhan  hingga  ratusan  tahun,  tekanan lempeng  samudra  Indo-Australia  akan  terus meningkat  hingga  kapasitas  maksimal  elastisitas batuan. Ketika batuan tidak lagi kuat menampung tekanan  tersebut,  maka  batuan  akan  pecah  dan mengakibatkan adanya gempabumi, sesuai dengan elastic rebound theory .
Gempa  ini  dapat  menimbulkan  dorongan energi  gelombang acoustic,  gravity dan rayleigh secara  tiba-tiba  selama  gempa  yang  akan menghasilkan  gangguan  pada  lapisan  atmosfer dan dapat menyebabkan terjadinya fluktuasi serta variasi  TEC  pada  lapisan  ionosfer.  Semakin  besar gempa  yang  terjadi  maka  gangguan  yang dihasilkan pada atmosfer  akan besar juga. Hal ini disebabkan  karena  besarnya  energi  terbut  dapat mengganggu  densitas  elektron  yang  ada  di ionosfer hingga radius 300 km dari pusat gempa.
Waktu  delay  pada  saat  di  lapisan  ionosfer dapat  dihitung  dengan  mengkombinasikan  dua frekuensi reciver  GNSS, untuk  memperoleh  nilai Total Electron Content (TEC). Dengan menghitung modulasi  sinyal  pada  gelombang  pembawa, f 1 =1575.42  MHz  and f 2 =1227.6  MHz.  Setelah mengkombinasikan  nilai pseudorange dan carrier phase dual
frekuensi,  TEC  dapat  dihitung  dengan  rumus  di bawah ini(Calais, et al. 1998) :
S
(1)

## Pembahasan
 Gempa Mentawai tahun 2010
Analisa  gempa  dengan  magnitude  yang  berbeda dan kedalaman yang sama. Ketiga genpa di bawah ini  mempunyai  karakteristk  yang  sama,  yakni mempunyai  kedalaman  episenter  26-27  km (SOPAC).
i. Gempa Pertama
Pada  gambar  4  dan  5  dibawah  ini  kita  dapat melihat adanya  fluktuasi TEC pada satelit 19 yang terekam sesaat setelah terjadinya gempa pertama pada 5 Maret 2010 pukul 16:07 UT.
16.2 16.4 16.6 16.8 17 17.2 17.4 17.6 17.8 18 -116 -114 -112 -110 -108 -106 -104 -102 -100 Nilai TEC UT (jam) T E C U TEC POLY8 EARTHQUAKE Gambar 4. TEC stasiun MLKN PRN 19 16 16.2 16.4 16.6 16.8 17 17.2 17.4 17.6 17.8 -120 -115 -110 -105 -100 Nilai TEC UT (jam) T E C U TEC POLY8 EARTHQUAKE Gambar 5. TEC stasiun MNNA PRN 19 16 16.2 16.4 16.6 16.8 17 17.2 17.4 17.6 17.8 -120 -115 -110 -105 -100 Nilai TEC UT (jam) T E C U TEC POLY8 EARTHQUAKE
Gambar 6. Nilai STEC PRN 19 pada stasiun pengamatan GPS, magenta stasiun BSAT, biru muda stasiun LNNG, kuning stasiun LAIS,
merah stasiun MNNA, biru stasiun MLKN, hitam stasiun PRKB dan hijau stasiun MKMK
Pada  gambar  6  terlihat  nilai  TEC  dari  semua stasiun pengamatan dengan gempa pertama yang terjadi  pada  5  Maret  2010  pukul  16:07  UT  (garis hitam  vertikal).  Gangguan  ionosfer  hanya  terjadi pada stasiun MNNA dan MLKN, sedangkan stasiun lain  merekam  nilai  TEC  yang  cenderung  stabil. Perbedaan  nilai  TEC  yang  direkam  disebabkan oleh  beberapa  faktor,  faktor  pertama  adalah adanya scintillation  effect di  daerah  ekuator sehingga  mengakibatkan irregularitas densitas elektron  di  lapisan  ionosfer.  Variasi  temporal tersebut  bernilai  maksimal  satu  jam  setelah matahari terbenam hingga tengah malam [13] yang disebut  dengan plasma  bubbles .  Berdasarkan [14] s cintillation pada  daerah  ekuator  berhubungan dengan fluktuasi densitas elektron dan kecepatan fase dalam melewati lapisan ionosfer.Perhitungan TEC dalam penelitian ini menggunakan fase untuk menghitung nilau TEC.
Faktor  kedua  adalah  kedalaman  dari  gempa beserta  magnitudenya,  berdasarkan  penelitian dari [15] menyebutkan  bahwa  pengklasifikasian gempa  berdasarkan  magnitude  menyatakan bahwa  gempa  pertama  bernilai  relatif  kecil dengan  magnitude  <  7.  Sehingga  mengakibatkan perambatan  gelombang accoustic dan rayleigh akibat  gempa  tidak  dapat  dideteksi  di  lapisan ionosfer.
Efek  ini  terjadi  di  sepanjang  garis  ekuator, meliputi 30 derajat kedua sisi ekuator, dan bernilai maksimum  satu  jam  setelah  terbenamnya matahari sampai tengah malam [16]

## Dst-Index
Dst  Index  adalah  index  yang  menunjukkan adanya  badai  matahari.  Gambar  6  di  bawah  ini menunjukkan  tidak  adanya  fluktuasi  nilai  Dst- Index pada doy 064 (5 Maret 2010). Anomali Dst- Index  dianggap  sebagai gangguan  badai  matahari dengan nilai 50-300 nT.
Gambar 7. Menunjukkan index badai matahari pada doy 064 (5 Maret 2010)
ii. Gempa Kedua
Pada  gambar  5,6  dan  7  dibawah  ini  kita  dapat melihat  tidak  ada    fluktuasi  TEC  pada  satelit  08 yang  terekam  sesaat  setelah  terjadinya  gempa kedua pada 5 Mei 2010, pukul 16:29 UT.
16.2 16.4 16.6 16.8 17 17.2 17.4 17.6 17.8 18 -110 -105 -100 -95 Nilai TEC UT (jam) T E C U TEC POLY8 EARTHQUAKE
Gambar 8. Nilai STEC PRN 08 pada stasiun pengamatan GPS, magenta stasiun BSAT, biru muda stasiun LNNG, kuning-biru stasiun LAIS, merah stasiun MNNA, biru stasiun MLKN, hitam stasiun PRKB dan hijau stasiun MKMK
iii. Gempa Ketiga
Pada  gambar  9,  10  dan  11  dibawah  ini  kita dapat  melihat  adanya    fluktuasi  TEC  pada  satelit 14 yang terekam sesaat setelah terjadinya gempa pertama  pada  25  Oktober  2010.  Ada  beberapa faktor  yang  menyebabkan  adanya  fluktuasi  ini, pertama  gempa yang terjadi pada bulan Oktober ini  merupakan  gempa  yang  terbesar  sepanjang tahun dengan kekuatan 7,8 M dan kedalaman 27 km, dibandingkan dengan kedua gempa sebelumnya  pada  Maret  dan  Mei  masing-masing berkekuatan  6.8M  dan  6.5  M  akan  tetapi mempunyai  kisaran  kedalaman  episenter  yang sama antara 26 hingga 27 km.
Gambar 9. TEC stasiun LAIS PRN 14
Gambar 10. TEC stasiun LAIS PRN 14
14.5 15 15.5 16 16.5 17 -110 -105 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 Nilai TEC UT (jam) T E C U TEC POLY8 EARTHQUAKE Gambar 11. TEC stasiun MKMK PRN 1 4 14.5 15 15.5 16 16.5 17 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65 Nilai TEC UT (jam) T E C U TEC POLY8 EARTHQUAKE
Gambar 12. TEC stasiun MLKN PRN 14
14 14.5 15 15.5 16 16.5 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 Nilai TEC UT (jam) T E C U TEC POLY8 EARTHQUAKE Gambar 13. TEC stasiun MNNA PRN 14
14.5 15 15.5 16 16.5 17 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65 -60 Nilai TEC UT (jam) T E C U TEC POLY8 EARTHQUAKE
Gambar 14. Nilai STEC PRN 19 pada stasiun pengamatan GPS, magenta stasiun BSAT, biru muda stasiun LNNG, merah stasiun MNNA, biru stasiun MLKN, hitam stasiun PRKB dan hijau
stasiun MKMK
Pada  gambar  14  terjadi  anomali  STEC  yang terekam hampir di seluruh stasiun, Nilai TEC pada stasiun  LAIS  mengalami  penurunan  tertinggi  5 TECU  setelah  42  menit  kemudian,  pada  stasiun LNNG Kenaikan nilai TEC sebesar 2 TECU 13 menit setelah  gempa.  Stasiun  LNNG  mempunyai fluktuasi  yang  mirip  dengan  stasiun  MKMK, enaikan nilai TEC MKMK sebesar 2 TECU 35 menit setelah  gempa.  Pada  stasiun  MLKN  dan  MNNA fluktuasi TEC terjadi campuran, terdapat kenaikan dan  penurunan  nilai  TEC.  Stasiun  MLKN  nilai  TEC mengalami penurunan sebesar 5 TECU setelah 12 menit.  Diikuti  fluktuasi  kedua  sebesar  6  TECU setelah 45 menit gempa terjadi, sedangkan MNNA mengalami  penurunan  sebesar  6  TECU  setelah  7 menit.  Diikuti  fluktuasi  kedua  sebesar  8  TECU setelah 35 menit gempa terjadi.
Terdapat  fluktuasi  pada  beberapa  stasiun pengamatan,  akan  tetapi  fluktuasi  tersebut  tidak bersifat  teratur  ( irregular ).  Ketidakteraturan tersebut  terjadi  karena  posisi  Indonesia  yang berada  di  daerah  ekuator,  sehingga  dipengaruhi oleh  variasi  temporal  di  lapisan  ionosfer  dan mengakibatkan  adanya irregularitas pada  fase sinyal.Variasi  ionosfer  yang  bersifat  temporal harian  di  daerah  ekuatorial  bernilai  maksimum pada  pukul  13:00  UT  -  16:00  UT  dan  bernilai minimal  pada  05:00  UT  -  06:00  UT.  Dan  efek scintillation maksimal  pada  22:00  UT  –  06:00  UT [17] .  Pada  saat  gempa  terjadi  variasi  temporal harian  TEC  sedang  berada  pada  fase  tertinggi, dimana nilai TECU yang lebih tinggi dibandingkan dengan  nilai  TEC  pada  waktu  variasi  temporal terendah.
Dst  Index  adalah  index  yang  menunjukkan adanya  badai  matahari.  Gambar  15  di  bawah  ini menunjukkan  tidak  adanya  fluktuasi  nilai  Dst- Index  pada  doy  298  (25  Oktober  2010).  Anomali Dst-Index  dianggap  sebagai  gangguan  badai matahari dengan nilai 50-300 nT.

## Gambar 15. Menunjukkan index badai matahari pada doy 298 (25 Oktober 2010)

## A. Proyeksi Lintasan Satelit
Perambatan sinyal satelit gps dengan ketinggian  ~20.000  km  dari  permukaan  bumi disebut  dengan line  of  sight .Perpotongan  LOS dengan  ionosfer  pada  keadaan  data  (300  km) disebut dengan IPP ( Ionospheric Pierce Point) .Ketinggian tersebut termasuk dalam lapisan F-layer,  dimana  arah  pergerakan  satelit  dapat digambarkan. Dan proyeksi IPP ke atas permukaan tanah disebut Sub-Ionospheric Point (SIP).
Garis  biru  merupakan  alur  proyeksi  lintasan satelit,  simbol  bulat  merah  menunjukkan epicenter  dan  titik  merah  menandakan  waktu gempa  terjadi  (IPP point ).Simbol  segitiga  adalah stasiun SUGAR yang dijelaskan dalam legenda.Pada  saat  terjadi  gempa  satelit  19 melintas  di  utara  Pulau  Sumatra.IPP point harus berada sedekat mungkin dengan episenter gempa dan  stasiun  pengamat.  Semakin  dekat  IPP point dengan stasiun, maka hasil perhitungan TEC akan semakin akurat.
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 -10 -5 0 5 10 longitude la ti tu d e BSAT LNNG MKMK LAIS PRKB MLKN MNNA
Gambar 16. Gambar alur satelit 19 yang dipetakan melalui SIP dari berbagai stasiun.Garis biru menunjukkan alur proyeksi dan pada titik merah merupakan posisi IPP waktu dimana gempa terjadi.Simbol segitiga merupakan stasiun GPS pada legenda.
90 95 100 105 110 115 120 125 -15 -10 -5 0 5 longitude la ti tu d e BSAT LNNG MKMK LAIS PRKB MLKN MNNA
Gambar 17. Gambar alur satelit 08 yang dipetakan melalui SIP dari berbagai stasiun.Garis biru menunjukkan alur proyeksi dan pada titik merah merupakan posisi IPP waktu dimana gempa terjadi.Simbol segitiga merupakan stasiun GPS pada legenda.
95 100 105 110 115 -6 -4 -2 0 2 4 longitude la ti tu d e BSAT LNNG MKMK LAIS PRKB MLKN MNNA
Gambar 18. Gambar alur satelit 15 yang dipetakan melalui SIP dari berbagai stasiun.Garis biru menunjukkan alur proyeksi dan pada titik merah merupakan posisi IPP waktu dimana gempa terjadi.Simbol segitiga merupakan stasiun GPS pada legenda.
 Gempa  Mentawai  tahun  2010  dan  gempa Padang 2009
Analisa  gempa  dengan  magnitude  yang sama  dan  kedalaman  yang  berbeda.  Gempa Padang  yang  terjadi  pada  tahun  2009 mempunyai kedalaman episenter 27 km, sama dengan  Gempa  Mentawai  tahun  2010  yang mempunyai kedalaman 26 km.
Gambar 19. 1Pengamatan TEC satelit 14 yang diamati dari jam 13:30  UT sampai 17:00 UT pada gempa pertama 25 Oktober 2010.
Pada  gambar  19  terlihat  nilai  TEC  dari  semua stasiun  pengamatan  dengan  gempa  ketiga  yang terjadi  pada  25  Oktober  2010  pukul  14:25  UT (garis hitam vertikal). Kedua lingkaran menunjukkan adanya fluktuasi yang terjadi.Fluktuasi  terjadi  hampir  di  semua  stasiun kecuali  BSAT  dan  PRKB.  Terdapat  fluktuasi  pada beberapa  stasiun  pengamatan,  akan  tetapi fluktuasi tersebut tidak bersifat teratur ( irregular ). Ketidakteraturan  tersebut  terjadi  karena  posisi Indonesia  yang  berada  di  daerah  ekuator, sehingga  dipengaruhi  oleh  variasi  temporal  di lapisan  ionosfer  dan  mengakibatkan  adanya irregularitas pada fase sinyal.Variasi ionosfer yang bersifat  temporal  harian  di  daerah  ekuatorial bernilai  maksimum  pada  pukul  13:00  UT  -  16:00 UT  dan  bernilai  minimal  pada  05:00  UT  -  06:00 UT.Dan efek scintillation maksimal pada 22:00 UT –  06:00  UT  (Rao,  et  al.  2006).Pada  saat  gempa terjadi variasi temporal harian TEC sedang berada pada  fase  tertinggi,  dimana  nilai  TECU  yang lebih tinggi  dibandingkan  dengan  nilai  TEC  pada  waktu variasi temporal terendah.
Deteksi post-seismic  disturbance kemungkinan besar  berhubungan  dengan aftershocks yang besar (Akhoondzadeh 2016), pertanyaan tersebut diperkuat  oleh  penelitian  (Cahyadi  &  Heki,  2014) yang membandingkan nilai post-seismic disturbance setelah main  shock dan after  shock
pada  gempa  Sumatra  Utara  2012  dengan magnitude  8,6  pada main  shock dan aftershock magnitude sebesar 8,2.
Gempa 25 Oktober 2010 dengan magnitude 7,8 mengakibatkan  adanya  tsunami  lokal  dengan jumlah  korban  mecapai  lebih  dari  400  korban (Newman,  et  al.  2011),  dengan  perincian  286 korban  jiwa  dan  252  orang  dinyatakan  hilang. Selain  kerugian  korban  juga  mengakibatkan  536 bangunan rusak (Ibad dan Santosa 2014). Dengan ketinggian  gelombang  mencapai  3,6  m  dan terendah 1,56 m.
Post-seismic disturbance dapat digunakan dalam mitigasi bencana tsunami. Dengan memanfaatkan besar  kecepatan  gelombang accoustic dan gravity. Variasi TEC akan menyebar ke segala arah dari pusat episenter dengan jarak ratusan bahkan ribuan  kilometer,  gangguan  ionosfer  akan  diikuti dengan  gelombang Acccoustic (0.3-1.5  km/s)  dan gelombang Rayleigh (2-3  km/s)  (Jin,  Jin  dan  Li 2014).  Pernyataan  tersebut  didukung  dengan pernyataan  dari  (Cahyadi  dan  Heki,  Coseismic ionospheric  disturbance  of  the  large  strike-slip earthquakes  in  North  Sumatra  in  2012:  Mw dependence  of  the  disturbance  amplitudes  2014) dengan meneliti gempa Sumatra Utara 8,6 M yang menghasilkan nilai gelombang accoustic sebesar 1 km/s. Pendeteksian tsunami dengan menggunakan sinyal di ionosfer sangat bergantung  pada  besarnya  gempa  yang  terjadi dan  propagasi  gelombang rayleigh .  Dimana  nilai internal  gravity  wave (IGW)  dan  accoustic  akan terdeteksi bersamaan dengan gelombang rayleigh . Penelitian  penjalaran  gelombang  pertama  yang terbukti adalah gempa Sumatra dengan magnitude  9.1  pada  Desember  2004,  dimana penjalaran  gelombang  terdeteksi  hingga  ke  India (Jin,  Occhipiti  dan  Jin  2015).  IGW  inilah  yang merupakan  pratanda  akan  terjadinya  bencana tsunami,  diperlukan  adanya  metode  tambahan guna  mencari  nilai  propagasinya  seperti Navier- Stokes equation .
Pergerakan  dari  gelombang  tsunami  ini  cukup lambat, sekitar 600-700 km/jam.Apabila gelombang  tsunami  ini  dapat  dideteksi  di  laut lepas,  terdapat  cukup  waktu  untuk  dilakukan evakuasi menuju ke tempat yang lebih tinggi. Pada Juni  2001  terjadi  gangguan  TEC  secara  periodik yang  terjadi  sebelum  tsunami  di  Peru.Setelah perambatan gelombang gravity melewati
Samudra  Pasifik  (sekitar  22  jam),  gelombang tsunami  terjadi  di  Jepang  dan  ini  terekam  oleh Japanese  GPS  dense  network (Occhipinti, Komjathy dan Lognonne 2008). Apabila dibandingkan kecepatan propagasi sinyal rayleigh dan accoustic lebih  cepat  dibandingkan dengan  gelombang  tsunami,  sehingga  bisa digunakan sebagai early warning tsunami.
Pada  penelitian  ini  didapat  2  stasiun  dengan fluktuasi  yang  hampir  tidak  terlihat,  hal  ini mengindikasikan lemahnya gelombang accousticshock  wave .  Disisi  lain,  gelombang accoustic tidak  hanya  disebabkan  oleh  adanya gempa.  Dapat  juga  disebabkan  oleh  adanya non- earthquake effect seperti perubahan tekanan (Lin, 2012).

## KESIMPULAN dan SARAN

## Kesimpulan
Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa: 1. Nomor  satelit  yang  berada  di  sekitar  stasiun pengamatan dan merekam terjadinya disturbance di lapisan ionosfer adalah: a. Gempa pertama
: PRN 19
b. Gempa kedua  : PRN 08
c. Gempa kertiga  : PRN 14
2. Setelah  gempa  terjadi  tidak  terdapat disturbance yang  terekam  pada  gempa kedua.  Gangguan  terekam  pada  gempa pertama  dan  kedua,  dengan  besar  nilai  TEC sebagai berikut:
a. Gempa  pertama  yang  diamati  oleh  GPS nomor 19
- MLKN
: 1 TECU
- MNNA  : 3,5 TECU dan 2 TECU
b. Gempa  ketiga  yang  dimati  oleh  GPS nomor 14
- LAIS : 5 TECU - LNNG : 2 TECU
- MKMK  : 2 TECU
- MLKN : 5 TECU dan 6 TECU
- MNNA   : 6 TECU dan 8 TECU
Gangguan  tersebut  terjadi  dengan  rentang waktu  yang  berbeda-beda.  Berikut  waktu yang diamati pada saat terjadi letusan:
a. Gempa  pertama  yang  diamati  oleh  GPS nomor 19
- MLKN  : 11 menit setelah gempa
- MNNA  :  5  menit  dan  20  menit  setelah gempa
b. Gempa ketiga yang dimati oleh GPS nomor 14 - LAIS : 28 menit setelah gempa - LNNG : 13 menit setelah gempa - MKMK  : 35 menit setelah gempa - MLKN
:  15  menit  dan  48  menit setelah gempa
- MNNA   :  15  menit  dan  38  menit  setelah gempa
3. Berdasarkan  penelitian  di  atas  dapat disimpulkan bahwa perubahan ionosfer pada saat  gempa  terjadi  dipengaruhi  oleh kedalaman episenter dan besarnya magnitude gempa.
Dari penelitian ini tidak dapat disimpulkan bahwa  fluktuasi  yang  terjadi  akibat  dari gempa  Mentawai  2010,  sebab  fluktuasi bersifat irregular .Posisi  Indonesia  yang berada pada garis ekuator memungkinkan adanya irregularitas di  lapisan  ionosfer berakaitan  dengan  densitas  elektron  dan kecepatan fase sinyal.

## Saran
Dari penelitian yang telah dilakukan, terdapat bebeerapa saran yang diberikan yaitu sebagai berikut:
a. Sebelum  melakukan  penelitian  terkait dengan disturbance di  lapisan  ionosfer penting untuk diketahui pada gempa terjadi badai matahari atau tidak.
b. Diperlukan  penelitian  lebih  lanjut  untuk mengetahui kecepatan gelombang accoustic,  rayleigh dan gravity akibat  dari gempa Mentawai 2010.

## DAFTAR PUSTAKA
Abidin,  Hasanuddin  Z. Penentuan  Posisi  dengan GPS dan Aplikasinya. Bandung: PT. Pradnya Paramita, 2006.
Akhoondzadeh,  Mehdi.  “Descision  tree,  bagging and  random  forest  methods  detect  TEC seismo-ionospheric anomalies around the time of the Chile, (Mw=8,8) earthquake of 27  February  2010.” Advances  in  Space Research , 2016: 2646-2649.
Cahyadi,  Mochammad  Nur,  dan  K  Heki. Ionospheric  Disturbance  of  The  2007 Bengkulu  and  the  2005  Nias  Earthquake, Sumatra,  observed  with  a  Regional  GPS Network . Journal
of Geophysical Research:Space Physics Vol 118, 2013: 1-11. Cahyadi,  Mokhamad  Nur,  and  Kosuke  Heki.
"Coseismic  ionospheric  disturbance  of  the large  strike-slip  earthquakes  in  North Sumatra  in  2012:  Mw  dependence  of  the disturbance amplitudes." Geophysical Journal International , 2014: 116-129.
Deng, Baichang, Jiang Huang, Weifeng Liu, Jie Xu, and  Lingfeng  Huang.  "GPS  scintillation  and TEC  depletion  near  the  northern  crest  of equatorial  anomaly  over  South  China."
Advance in Research Space , 2012: 356-365. E.Calais,  JB.Minster,  M.A  Hofton,  M.A.H  Hofton, M.A.H.Hedlin. Ionospheric  signatures  of surface mine blasts from Global Positioning System measuement. Geophysics.J.Int 1998:132,191-202
Jin,  Shuanggen,  Giovanni  Occhipiti,  dan  Rui  Jin.
GNSS  Ionospheric  Seismology  :  Recent Observation  Evidences  and  Characteristics . Earth-Science Reviews, 2015: 54-56. Jin,  Shuanggon,  Rui  Jin,  dan  J.H  Li. Pattern  and evolution of seismo-ionospheric disturbances  following  the  2011  Tohoku earthquakes  from  GPS  observations .Journal of  Geophysical  Research:Space  Physics, 2014: 7914-7927.
Lin,  Jyh-Woei.  “ Possibility  of  tsunami  early- warning  from  post-seismic  ionospheric disturbance  for  2  July,  2013,  Mw=6,1
Indonesia'a Bireun earthquake:Twodimensioal principal component  analysis .”  National  Research
Institute  of  Astronomy  and  Geophysics, 2014: 109-116. Mubyarto,  Ferry. Analisa  Deformasi  Interseismic Gempa  Bengkulu  dari  Data  GPS  Kontinyu SUGAR. Bandung: Institut Teknologi
Bandung, 2008.
Newman,  Andrew  V.,  Gavin  Hayes,  Young  Wei, dan  Jaime  Convers.  “The  25  October  2010 Mentawai  tsunami  earthquake,  from  real- time  discriminants, finite-fault rupture, and tsunami  excitation.” Geophysical  Research Letter , 2011 : Vol.38 1-7
Occhipinti, Giovanni, Attila Komjathy, dan Philippe Lognonne. “ How Ionospheric Might Improve the  Global  Warning  System.” Tsunami Detection by GPS, February 2008: 50-57. Prawirodirdjo,  L.,  Bock,  Y.,  &  Gemrich,  J.  (2000).
One  Centuryof  Tectonic  Deformation  Along the Sumatran Fault From Triangulation and Global  Positioning  System  Surveys. Journal of  Geophysical  Research  volume  105, 28,343-28,361
Rao, P.V.S. Rama, S. Gopi Khrisna, K. Niranjan, and D.S.V.V.D. Prasad. "Temporal and spatial variations inTEC using simulataneous measurement from the indian GPS network of receivers during the low solar activity period of 2004-2005." Annales Geophysicae , 2006: 3279-3292.
Seeber, Gunter. Satellite Geodesy, 2nd edition. Berlin: Walter de Gruyter, 1993. Subakti,  Hendri. Analisis  Variasi  GPS-TEC  yang Berhubungan  dengan  Gempabumi  Besar  di Sumatra. Bandung:  Institut  Teknologi Bandung, 2008.
Yusfania,  Meiriska. Pemodelan  Gempa  Bengkulu 2007  Berdasarkan  Data  GPS. Bandung: Institut Teknologi Bandung, 2008.
Xia, Chunliang, Shaomin Yang, Guirong Xu, Biqiang Zhao,  dan  Tao  Yu .  Ionospheric  Anomalies
Observed by GPS TEC Prior to the Qianghai- Tibet Region Earthquakes . Terr.Atmos.Ocean,Sci.,  Vol22,No.2,  2011:
177-185.