Magnitudo dan energi gempa Bumi

Sebelum adanya alat untuk merekam gempa Bumi, ukuran gempa dilaporkan dalam bentuk intensitas goncangan tanah dengan skala numerik. Skala yang paling luas digunakan adalah skala Mercalli (1902). Mercalli membagi intensitas goncangan tanah menjadi 12 skala berdasarkan tingkat kerusakan akibat gempa Bumi tersebut. Kerusakan akibat gempa ini berkaitan erat dengan percepatan gerakan tanah (PGA). Oleh karena itu intensitas Mercalli dikalibrasi dengan PGA menggunakan pendekatan log₁₀ a = I/3 -2,5.

Skala Mercalli masih sering digunakan terutama apabila tidak terdapat peralatan seismometer yang dapat mengukur kekuatan gempa Bumi di tempat kejadian. Adapun skala Mercalli yang sudah mengalami penyesuaian MMI (Modified Mercalli Intensity) yaitu:

SKALA	GEJALA YANG DIAKIBATKAN
I MMI	Getaran tidak dirasakan kecuali dalam keadaan luarbiasa oleh beberapa orang
II MMI	Getaran dirasakan oleh beberapa orang, benda-benda ringan yang digantung bergoyang.
III MMI	Getaran dirasakan nyata dalam rumah. Terasa getaran seakan-akan ada truk berlalu.
IV MMI	Pada siang hari dirasakan oleh orang banyak dalam rumah, di luar oleh beberapa orang, gerabah pecah, jendela/pintu berderik dan dinding berbunyi.
V MMI	Getaran dirasakan oleh hampir semua penduduk, orang banyak terbangun, gerabah pecah, barang-barang terpelanting, tiang-tiang dan barang besar tampak bergoyang, bandul lonceng dapat berhenti.
VI MMI	Getaran dirasakan oleh semua penduduk. Kebanyakan semua terkejut dan lari keluar, plester dinding jatuh dan cerobong asap pada pabrik rusak, kerusakan ringan
VII MMI	Tiap-tiap orang keluar rumah. Kerusakan ringan pada rumah-rumah dengan bangunan dan konstruksi yang baik. Sedangkan pada bangunan yang konstruksinya kurang baik terjadi retak-retak bahkan hancur, cerobong asap pecah. Terasa oleh orang yang naik kendaraan.
VIII MMI	Kerusakan ringan pada bangunan dengan konstruksi yang kuat. Retak-retak pada bangunan degan konstruksi kurang baik, dinding dapat lepas dari rangka rumah, cerobong asap pabrik dan monumen-monumen roboh, air menjadi keruh.
IX MMI	Kerusakan pada bangunan yang kuat, rangka-rangka rumah menjadi tidak lurus, banyak retak. Rumah tampak agak berpindah dari pondamennya. Pipa-pipa dalam rumah putus.
X MMI	Bangunan dari kayu yang kuat rusak,rangka rumah lepas dari pondamennya, tanah terbelah rel melengkung, tanah longsor di tiap-tiap sungai dan di tanah-tanah yang curam.
XI MMI	Bangunan-bangunan hanya sedikit yang tetap berdiri. Jembatan rusak, terjadi lembah. Pipa dalam tanah tidak dapat dipakai sama sekali, tanah terbelah, rel melengkung sekali.
XII MMI	Hancur sama sekali, Gelombang tampak pada permukaan tanah. Pemandangan menjadi gelap. Benda-benda terlempar ke udara.

Instrumen pengukur gempa pertama kali dikembangkan dan digunakan di California pada tahun 1958 oleh C.F. Richter. Skala magnitudo gempa merupakan sebuah ukuran logaritmik kekuatan gempa Bumi berdasarkan pengukuran amplitudo maksimum gelombang gempa Bumi. Richter enggunakan data kejadian gempaBumi di daerah California yang direkam oleh Seismograf Woods-Anderson. Dengan mengetahui jarak episenter ke seismograf dan mengukur amplitude maksimum dari sinyal yang tercatat di seismograf maka akan didapatkan besarnya gempaBumi yang terjadi.

Magnitudo Richter (M_L) hanya cocok digunakan untuk gempa-gempa lokal saja atau gempa Bumi yang berjarak kurang dari 600 Km dan gempa-gempa kecil. Apabila jaraknya sudah melebihi 600 Km dan skala gempanya juga besar, maka M_L ini sudah tidak sesuai lagi digunakan. Saat ini, stasiun pengamat gempa yang ada di seluruh dunia sudah sangat jarang menggunakan skala magnitudo ini. Kemudian dikembangkan lagi magnitudo gelombang permukaan (M_s) dan magnitudo gelombang badan (M_b).

Magnitudo gelombang permukaan (M_s) ini menggunakan untuk mengukur simpangan/amplitudo gelombang permukaan/Rayleigh. M_s ini dapat digunakan untuk mengukur jarak gempa Bumi yang lebih jauh. Penggunakan magnitudo gelombang permukaan ini dikarenakan gempa yang berjarak lebih dari 600 Km dimana pusat gempanya dangkal, maka gelombang gempa yang akan terekam didominasi oleh gelombang permukaan. Magnitudo didefinisikan sebagai logaritmik dari perbandingan amplitudo (A) dan pergerakan tanah dengan periode dominan (T). Dengan koreksi derajat (∆) dan kedalaman (h), maka M_S dapat dirumuskan:

M_S = log₁₀ (A/T) + f  (Δ,h)…………………………….……… (14.34)

Bila M_s dihubungkan dengan intensitas maksimum maka persamaan tersebut dapat dituliskan:

M_S = 2 _Imax/3 + 1.7  log₁₀ h – 1.4 ………………………………(14.35)

Sedangkan hubungan antara magnitudo dan energi total adalah:

log₁₀ E = 1.5 M_s + 4.8 ………………………………………… (14.35)

persamaan 14.35 seringkali dituliskan:

                                    E = 6.3 x 10⁴ exp (3.45M_s)..........................................................(14.37)

Hubungan antara momen sismik dengan energi gempa Bumi tergantung pada mekanisme pelepasan stress dimana kekuatan gempaBumi sangat berkaitan dengan energi yang dilepaskan oleh sumbernya. Hiroo Kanamori(1979) memperkenalkan momen magnitudo (Mw) yang mengukur “seismic moment” atau momen seismik yang menunjukkan seberapa besar energi yang dilepaskan untuk menghasilkan gempa Bumi berdasarkan luas rekahan, panjang slip dan sifat rigiditas (kekakuan) batuan. Mw inilah yang paling banyak digunakan saat ini sebagai skala gempa dalam skala Richter. Momen seismik (Mo) dapat diestimasi dari dimensi pergeseran bidang sesar atau dari analisis karakteristik gelombang gempaBumi yang direkam di stasiun pencatat khususnya dengan broadband seismograph. Hubungan Mo dengan Mw yaitu:

 

                                                                               

Momen seismik terbesar yang pernah direkan yaitu pada gempa Bumi Chile, Mei 1960 dengan Mo = 2,5 x 10²³ Nm, atau setara dengan Mw = 9,5 dan energi sebesar 1,2 x 10¹⁹ J.

Nilai skala gempa bersifat logaritmik, ini berarti bahwa Skala gempa 6 = 10 x skala gempa 5, skala gempa 5 = 10 x skala gempa 4, dsb. Adapun skala gempa dalam skala Richter yaitu: