## ANALISIS ANOMALI KETINGGIAN SEMU (h’F) LAPISAN IONOSFER SEBAGAI PREKURSOR GEMPA BUMI SUMATERA
Akbar I. *1) , Syafriani 1) , Muslim B. 2) , Afrizal 3)
1) Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Padang
2) Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN) Bandung
3) Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN) Agam
*1 akbarilham728@gmail.com , 1 syafriani@fmipa.unp.ac.id, 2 mbuldan@gmail.com,
3 afrizal@gmail.com

## ABSTRACT
Sumatra  is  an  area  prone  to  earthquakes,  this  is  caused  by  a  complex  Sumatran  tectonic  system. Therefore,  research  is  needed  that  aims  to  determine  earthquake  precursors  as  a  disaster  mitigation  effort based  on  anomalies  that  occur  in  the  ionosphere  by  observing  pseudo  anomalies  (h’F)  of  the  ionosphere before the earthquake. The research is a descriptive study by analyzing the ionosphere anomaly h'F, where the earthquake used as the sample of this study is an earthquake that has a magnitude ≥ 7 SR, where observations of ionospheric F layers can be done by utilizing ionosonda  which has been installed in the Atmospheric and Space Observation Center (BPAA) Agam, to ensure that anomalies occur are not caused by external factors, the observations are also made through the DST Index. Based on the research that has been done, it is found that the correlation of magnitude to the anomaly h'F is positive or directly proportional. This is indicated by the emergence of a significant deviation of h'F value 7 days before the earthquake event so that observations of the h'f anomaly of the ionosphere layer are recommended as earthquake precursors. Based on the precursors that have been observed, the precursors were observed in the Aceh earthquake on 4, 6, 7 and 9 April 2012. The precursors in the Mentawai earthquake on 18 and 19 October 2012 and the Bengkulu earthquake precursors on 7 and 10 September 2007.
Keywords : Ionosphere,  h’F, Earthquake Prediction
his is an open access article distributed under the Creative Commons 4.0 Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited . ©2018 by author and Universitas Negeri Padang.

## PENDAHULUAN
Gempa  bumi  adalah  berguncang  atau bergesernya tanah yang diakibatkan oleh penimbunan energi  elastik  dilapisan  kerak  bumi [6] .  Kemudian, kerugian  yang  ditimbulkan  dari  peristiwa  gempa bumi  juga  sangat  besar  sehingga  diperlukan  suatu metode untuk meminimalisir kerugian yang ditimbulkan yang dinamakan prekursor gempa bumi. Berbagai metode telah dikembangkan untuk mengenali  tanda-tanda  sebelum  peristiwa  gempa bumi  dan  salah  satu  yang  banyak  dikembangkan adalah  anomali  yag  terdapat  dilapisan  ionosfer sebelum terjadinya gempa bumi.
Anomali  sebelum  gempa  bumi  yang  terjadi dilapisan  ionosfer  diakibatkan  oleh  Radon  yang tersimpan  didalam  batuan  terlepas  ke  udara  ketika batuan mengalami deformasi [5] . Radon yang meluruh ke  udara  kemudian  mengionisasi  atom  sehingga menyebabkan perubahan dilapisan ionosfer. Semakin besar  kekuatan  gempa  maka  akan  semakin  luas daerah  yang  terkena  gangguan  berupa anomali  yang terjadi  dilapisan  ionosfer  sehingga  anomali  yang terjadi  dapat  diindikasikan  sebagai  prekursor  gempa bumi [5] .
Ionosfer  adalah  salah  satu  lapisan  di atmosfer  yang  mengandung  partikel  bermuatan  dan berada  pada  ketinggian  50  km  sampai  1000  km  dari permukaan  bumi [3] .  Proses  ionisasi  yang  terdapat
dilapisan  ionosfer  terbentuk  akibat  sinar  ultraviolet ekstrim (EUV)  yang berasal dari radiasi matahari [5] . Ionosfer  terdiri  dari  3  lapisan  yang  dibedakan  atas ketinggian  dan  jumlah  ion  yang  terkandung didalamnya [1] .  Lapisan  ionosfer  memiliki  perbedaan antara  siang  dan  malam  hari  dikarenakan  perbedaan instensitas  matahari  yang  menyebabkan  perbedaan proses ionisasi dilapisan ionosfer.
Lapisan F merupakan lapisan yang posisinya  berada  paling  atas  dari  ionosfer  pada ketinggian  140  km  sampai  210  km  dan  berbatasan dengan  magnetosfer  bawah [1] .  Pada  saat  siang  hari lapisan ionosfer terbagi atas 2 lapisan yaitu lapisan F 1 dan  F 2 ,  kemudian  pada  saat  malam  hari  menjadi  1 lapisan  yaitu  lapisan  F.  Oleh  karena  itu,  lapisan  F dapat  dikatakan  sebagai  prekursor  yang  baik dikarenakan lapisan ini selalu ada (24 jam) dan dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar  1.  Lapisan  Ionosfer  Siang  dan  Malam
Hari [martiningrum] Pengamatan lapisan ionosfer dapat dilakukan dengan menggunakan data ionogram yang merupakan  keluaran  dari  alat  ionosonda  yang terpasang  di  Balai  Pengamatan  Atmosfer  dan Antariksa  (BPAA)  Agam.  Ketinggian  semu  adalah ketinggian  yang  tercatat  oleh  ionosonda  akan  tetapi memiliki  nilai  yang  lebih  tinggi  dari  yang sesungguhnya dikarenakan gelombang yang dipancarkan ionosonda diasumsikan memiliki kecepatan  suara.  Ketinggian  semu  pada  ionosonda memiliki rentang ketinggian 0 – 340 km [ednofri] . Anomali  yang  terjadi  pada  nilai  ketinggian semu  (h’F)  dapat  disebabkan  oleh  aktivitas  seismik maupun  aktivitas  badai  geomagnetik.  Oleh  karena itu,  penelitian  ini  juga  melakukan  peninjauan terhadap  aktivitas  badai  geomagnetik  dikarenakan ingin mengetahui penyebab dari anomali yang terjadi dilapisan  ionosfer  disebabkan  oleh  aktivitas  seismik. Sampel  gempa  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  3  gempa  besar  yang  terjadi  diwilayah Sumatera (M≥7 SR).
Pengamatan anomali yang terdapat dilapisan ionosfer  dilakukan  pada  7  hari  sebelum  gempa. Pengamatan  anomali  7  hari  sebelum  gempa dikarenakan  prekursor  gempa  terjadi  7  hari  sampai beberapa  jam  sebelum  terjadinya  peristiwa  gempa bumi [5] .

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  menggunakan  alat  yaitu Ionosonda  FMCW  yang  telah  terpasang  di  Balai Pengamatan Atmosfer dan Antariksa (BPAA) Agam. Sampel  gempa  dalam  penelitian  ini  adalah  gempa Aceh  11  April  2012,  gempa  Mentawai  25  Oktober 2010  dan  gempa  Bengkulu  12  September  2007. Tahapan  yang  dapat  dilakukan  dalam  penelitian adalah:
1. Menghitung jarak episenter gempa ke ionosonda Langkah  pertama  yang  perlu  dilakukan adalah  menghitung  jarak  episenter  gempa  ke  lokasi ionosonda.  Hal  ini  dapat  dilakukan  dengan
mengunjungi alamat website
http://www.nhc.noaa.gov/gccalc.shtml  menggunakan
Latitude/Longitude Distance Calculator . 2. Menghitung luas zona persiapan gempa
Luas zona persiapan gempa perlu diketahui. Pengamatan  dapat  dilakukan  apabila  luas  zona persiapan  gempa  lebih  besar  dari  jarak  episenter gempa  ke  ionosonda  dan  begitupun  sebaliknya.
Menghitung  luas  zona  persiapan  gempa  dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan
Dobrovolsky  seperti  yang  dapat  dilihat  pada Persamaan 1 [pullinets] . 𝜌 = 10 0.43 𝑀 (1) Dimana:
𝜌 : Luas zona persiapan gempa(km) M : Magntiudo gempa
3. Scalling
Scalling  adalah  proses  mengekstraksi  nilai h’F berdasarkan data ionogram [2] . Scalling dilakukan dengan  aplikasi  Paint  dan  dilakukan  setiap  1  jam seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Data Ionogram
Variasi nilai harian  h’F  didapatkan menggunakan Persamaan 2. ℎ(𝑦) = 3(340 − 𝑦) (2) Dimana: h(y) : Ketinggian semu (km)
y    :  Posisi  pixel  vertikal  pada  koordinat ionogram
4. Pengamatan badai geomagnetik Pengamatan badai geomagnetik perlu dilakukan  untuk  mengetahui  anomali  yang  terjadi dilapisan  ionosfer  disebabkan  oleh  aktivitas  seismik, bukan faktor eksternal.
5. Menghitung median, deviasi dan standar deviasi Selanjutnnya,    menghitung  nilai  median harian nilai h’F, lalu menghitung deviasi dan standar deviasi dari nilai h’F.
6. Menghitung batas atas dan batas bawah
Batas  atas  didapatkan  dari  penambahan median  dan  rata-rata  standar  deviasi  selama pengamatan. Batas bawah didapatkan dari pengurangan  median  dan  rata-rata  standar  deviasi rata-rata selama pengamatan.

## HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
1. Hasil
a. Jarak episenter gempa ke ionosonda
Jarak  masing-masing  gempa  ke  ionosonda Agam dapat dilhat pada Tabel 1.
Tabel 1. Jarak Episenter Gempa ke Ionosonda
b. Luas zona persiapan gempa
Luas  zona  persiapan  gempa  menggunakan persamaan Dobrovolsky dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Luas Zona Persiapan Gempa
Berdasarkan  perhitungan  jarak  episenter gempa ke ionosonda dan luas zona persiapan gempa bumi,  didapatkan  bahwa  nilai  luas  zona  persiapan gempa lebih luas dari jarak episenter gempa ke lokasi ionosonda.  Anomali  berupa  perubahan  fisis  ataupun kimiawi  yang  diakibatkan  aktivitas  seismik  terjadi dilingkaran  luas  zona  persiapan  gempa.  Jadi,  lokasi ionosonda  yang  terpasang  di  Balai  Pengamatan Atmosfer  dan  Antariksa  (BPAA)  Agam  merupakan lokasi yang tepat.
c. Data Indeks DST April 2012
Plot  data  aktivitas  geomagnetik  dapat  dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Indeks DST April 2012 Berdasarkan
pengamatan aktivitas geomagnetik,  didapatkan  bahwa  badai  geomagnetik hanya terjadi pada tanggal 5 April 2012 dengan nilai indeks  DST  berkisar  antara  -50 nT  sampai  dengan  - 64  nT  yang  bisa  dikategorikan  sebagai  badai menengah.
d. Data Indeks DST Oktober 2010
Plot  data  aktivitas  badai  geomagnetik  dapat dillihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Indeks DST Oktober 2010
Berdasarkan pengamatan badai geomagnetik, dapat  dilhat  bahwa  selama  bulan  Okober  2010  tidak adanya  peningkatan  nilai  indeks  DST  yang  sangat signifikan  sehingga  dapat  dikatakan  bahwa  selama gempa  Mentawai  terjadi,  tidak  ada  peningkatan maupun aktivitas badai geomagnetik.
e. Data Indeks DST September 2007
Plot  aktivitas  geomagnetik  atau  badai  geomagnetik dapat diihat padaGambar 5.

## Gambar 5. Indeks DST September 2007
Berdasarkan  analisa  data  indeks  DST September  2007,  dapat  dilhat  bahwa  pada  bulan September  2007  tidak  ada  peningkatan  aktvitas seismik yang sangat signifikan yang berarti tidak ada badai geomanetik selama bulan September 2007.
f. Deviasi gempa Aceh 11 April 2012
Plot  nilai h’F,  median,  batas atas  dan  batas bawah 7 hari sebelum peristiwa gempa (4 April 2012 – 11 April 2012) dapat diliihat pada Gambar 3.
Lokasi Koordinat Koordinat Jarak Episenter Gempa ( o ) Ionosonda ( o ) ke Ionosonda (km) Aceh 2,327 LS – 93,063 BT 0,1999 LS – 100,3199 BT 841,8413127 0,802 LS – 92,463 BT 0,1999 LS – 100,3199 BT 877,2103107 Mentawai -3,487 LS – 100,082 BT 0,1999 LS – 100,3199 BT 411,2866283 Bengkulu -4,438 LS – 101,367 BT 0,1999 LS – 100,3199 BT 529,2952531 Lokasi Waktu (WIB) Magnitudo (SR) Luas Zona Persiapan Gempa (km) Aceh 11/04/2012 8,6 4988,844875 15.38.36 11/04/2012 8,2 3357,376142 17.43.10 Mentawai 25/10/2010 7,8 2259,43577 21.42.22 Bengkulu 12/09/2007 8,4 4092,606597 18.10.26
Gambar 3. Plot Nilai Deviasi h’F 4 April 2012  – 11 April 2012
Berdasarkan pengamatan nilai h’F, didapatkan bahwa nilai h’F mengalami deviasi yang sangat  signifikan  pada  tanggal  4,  6,  7  dan  9  April 2012.  Deviasi  terbesar  terjadi  pada  tanggal  6  April 2012 yang bernilai 84 km dan deviasi terkecil terjadi pada  tanggal  7  dan  9  April  2012  senilai  45  km. Semua  anomali  yang  muncul  menunjukkan  deviasi yang  sangat  signifikan  dan  melewati  nilai  batas bawah dan batas atas dan juga pada tanggal tersebut tidak adanya faktor eksternal yaitu badai geomagnetik  sehingga  semua  anomali  yang  muncul direkomendasikan sebagai prekursor gempa bumi.
g. Deviasi gempa Mentawai 25 Oktober 2010 Plot  nilai  median,  h’F,  batas  bawah  dan batas atas 7 hari sebelum gempa (18 Oktober 2010 – 25 Oktober 2010) dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Plot nilai deviasi h’F 18 Oktober 2010  – 25 Oktober 2010
Berdasarkan  pengamatan  nilai  median,  h’F, batas  bawah  dan  batas  atas,  didapatkan  bahwa deviasi  yang  terjadi  tidak  terlalu  banyak,  yaitu  pada tanggal  18  dan  19  Oktober  2010.  Deviasi  maksimal terjadi  pada  tanggal  18  Oktober  2010  dengan  nilai deviasi 91,5 km dan deviasi minimum senilai 69 km terjadi pada tanggal 19 Oktober 2010. Kedua anomali yang terjadi memiliki nilai deviasi yang sangat besar sehingga  melewati  nilai  batas  bawah  dan  nilai  batas atas  dan  juga  pada  tanggal  tersebut  tidak  adanya faktor  eksternal  yaitu  badai  geomagnetik  sehingga semua  anomali  yang  muncul  direkomendasikan sebagai prekursor gempa bumi.
h. Deviasi gempa Bengkulu 12 September 2007 Plot  nilai  batas  bawah,  median,  h’F  dan batas  atas  selama  7  hari  pengamatan  dapat  dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Plot nilai deviasi h’F 5 September 2007 – 12 September 2007
Berdasarkan  pengamatan nilai  batas  bawah, median,  h’F  dan  batas  atas  didapatkan  bahwa  nilai h’F  mengalami  deviasi  yang  sangat  signifikan  pada tanggal 7 dan 10 September 2007 sehingga melewati nilai  batas  atas  dan  nilai  batas  bawah.  Deviasi maksimum  terjadi  pada  tanggal  7  September  2007 sebesar  84  km  dan  deviasi  minimum  terjadi  pada tanggal  10  September  2007  sebesar  57  km.  Kedua anomali  yang  muncul  menunjukkan  deviasi  yang sangat signifikan dan melewati nilai batas bawah dan batas  atas  dan  juga  pada  tanggal  tersebut  tidak adanya  faktor  eksternal  yaitu  badai  geomagnetik sehingga semua anomali yang muncul direkomendasikan sebagai prekursor gempa bumi.

## 2. Pembahasan
Karakteristik  dari  ketiga  sampel  gempa memiliki  perbedaan  yang  sangat  signifikan.  Analisis berikutnya  bertujuan  untuk  melihat  pengaruh  efek Seismo-Ionosphere terhadap  anomali  yang  muncul berdasarkan  ketiga  sampel  gempa  bumi.  Efek Seismo-Ionosphere muncul berkaitan dengan pembangkitan  gelombang elektromagnetik dan medan  listrik  oleh  gesekan  antar  lempeng  bumi  dan pelepasan  Radon  dan  beberapa  gas  lainnya  yang terdapat didalam kerak bumi [5] . Jika terjadinya proses ionisasi  di  ionosfer  yang  diakibatkan  oleh  efek Seismo-Ionosphere maka  akan  terjadinya  perubahan komposisi di ionosfer yang mengakibatkan perubahan  ketebalan  lapisan  ionosfer.  Oleh  karena itu,  diperoleh  deviasi  positif  maupun  negatif  pada nilai h’F.
Gempa Aceh memiliki jumlah prekursor yang lebih  banyak  dibandingkan  dengan  gempa  lainnya. Dimana  jumlah  prekursor  yang  lebih  banyak  ini berkaitan dengan kekuatan gempa  Aceh  yang  paling besar  sehingga  menghasilkan  sumber  gangguan ionosfer  yang  semakin  banyak  dan  mengakibatkan luas  zona  persiapan  gempa  juga  semakin  luas (Pullinets  dan  Legen’ka,  2003;  Tsolis,  et  al.,  2009). Selain itu, gempa Bengkulu juga memiliki jarak yang
cukup  dekat  dengan  ionosonda  FMCW  Agam. Gempa  Mentawai  memang  memiliki  jarak  episenter yang  paling  dekat  dengan  ionosonda  Agam,  akan tetapi  kekuatan  gempa  Mentawai  lebih  kecil dibandingkan  dengan  gempa  lainnya  sehingga prekursor yang dihasilkan juga tidak terlalu banyak.
Perbandingan  jumlah  prekursor  gempa Bengkulu  terhadap  gempa  Mentawai  akan  sedikit berbeda  dikarenakan  adanya  perbedaan  kekuatan gempa  dan  jarak  episenter  gempa  ke  ionosonda  dan juga  adanya  faktor  lainnya.  Jumlah  prekursor  yang muncul  pada  gempa  Bengkulu  jauh  lebih  banyak dibandingkan  gempa  Mentawai  disebabkan  oleh perbedaan  kekuatan  gempa  yang  signifikan.  Hal  ini bersesuaian dengan pernyataan Pullinets dan Legen’ka  (2003)  yaitu  bentuk, arah  medan  dan  luas area  yang  menghasilkan  medan  listrik  akan berpengaruh  terhadap  ketidakstabilan  yang  terjadi sehingga  gempa  dengan  magnitudo  yang  besar  juga akan  menghasilkan  gangguan  yang  signifikan. Walaupun gempa Mentawai memiliki jarak episenter lebih  dekat  dengan  lokasi  ionosonda  Agam,  akan tetapi kekuatan dari gempa Mentawai jauh lebih kecil dibandingkan dengan gempa Aceh.

## KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :
1. Korelasi  antara  magnitudo  dengan  anomali ketinggian  semu  (h’F)  lapisan  ionosfer  bernilai positif atau berbanding lurus.
2. Prekursor pada gempa Aceh pada tanggal 4, 6, 7 dan 9 April 2012. Gempa Mentawai pada tanggal 18  dan  19  Oktober  2012.  Prekursor  gempa Bengkulu tanggal 7 dan 10 September 2007.
3. Kemunculan  prekursor  gempa  terjadi  7  hari sampai beberapa jam sebelum gempa.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Ednofri. 2009. Implementasi Metode Case Based Reasoning  untuk  Mendukung  Proses  Scaling
Data  Ionogram  Ionosonda  (Studi  Kasus: Ionosonda FMCW Stasiun Pengamat Dirgantara LAPAN Kototabang, Kec. Palupuh,  Kab.  Agam,  Sumatera  Barat). Yogyakarta.    Tesis,  PPS  FMIPA  Universitas
Gadjah Mada
[2]  Jiyo.  2008. Metode  Pembacaan  Data  Ionosfer Hasil  Pengamatan  Menggunakan  Ionosonda FMCW .  Seminar  Dirgantara  vol.  9  No.  2
LAPAN
[3]  Kaloka,  S.,  Jiyo,  Suhartini,  S.,  Perwitasari,  S., Mardiani, A. S., Dear, V. et al. 2010. Lapisan Ionosfer,  Prediksi  Frekuensi  dan  Teknis Komunikasi Radio. Bandung. Pusat Pemanafaatan Sains Antariksa LAPAN
[4]  Martiningrum,  Dyah  Rahayu.  2012. Fenomena
Cuaca Antariksa Edisi Revisi . Bandung. Pusat Sains Antariksa LAPAN
[5]  Pulinets  S.  A.  2004. Ionospheric  Precursors  of Earthquake .  Recent  Advances  in Theory  and  Practical  Applications, Vol. 15, No. 3, TAO
[6]  Saroso,  S.  2008. Analisa  Fraktal  Emisi  Sinyal Ulf  dan  Kaitannya  dengan  Gempa Bumi  di  Indonesia .  Jurnal  Sains Dirgantara. Vol.6 , Hal.39-46