Article#437 - Vulkanisme

Sinabung dan Gunung Berapi yang Tumbuh di Tata Surya Kita

Oleh: M. Ma'rufin Sudibyo

Gunung Sinabung kian menjadi-jadi saja. Selama 66 jam berturut-turut semenjak Selasa 23 Juni 2015 Tarikh Umum (TU) pukul 00:00 WIB tak kurang 22 awan panas dikibarkannya secara beruntun. Seluruhnya meluncur ke arah kaki sektor timur-tenggara vulkan yang lasak ini. Bersamanya dihembuskan pula debu vulkanik pekat ke udara, ciri khas letusan eksplosif semi vulkanian. Semua hempasan awan panas ini tak menelan korban, seiring telah dievakuasinya penduduk yang tinggal di desa-desa di kaki gunung sektor selatan dan tenggara pasca penetapan status Awas (Level IV) beberapa waktu lalu. Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi (PVMBG) Badan Geologi Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral RI telah menetapkan kawasan terlarang bagi aktivitas manusia. Meliputi sektor selatan hingga radius mendatar 7 kilometer dari puncak, sektor tenggara (radius mendatar 5 kilometer dari puncak) dan sektor lain yang tersisa (hingga radius mendatar 3 kilometer dari puncak). Radius kawasan terlarang memang lebih besar ke sektor selatan dan tenggara, mengingat kesinilah selama ini hempasan awan panas dan lava pijar Gunung Sinabung melanda. Hal itu akibat titik tumbuhnya kubah lava berada di bukaan kawah yang mengarah ke selatan-tenggara.

Gambar 1. Pemandangan menakjubkan, sekaligus mengerikan, saat Gunung Sinabung meluncurkan salah satu awan panas gugurannya ke arah lereng sektor tenggara dalam salah satu letusannya. Nampak jelas material awan panas yang berat dan bersuhu tinggi bergumpal-gumpal menuruni lereng. Tepat diatasnya debu vulkanik pekat mengepul ke atas membentuk awan debu vulkanik hingga ketinggian tertentu. Diabadikan oleh fotografer Hendi Syarifuddin pada 9 Februari 2015 TU dari arah kaki Sinabung sektor timur laut. Sumber: Syarifuddin, 2015 dalam Geomagz, Maret 2015.

Sampai saat ini jangkauan maksimum hempasan awan panas Sinabung sudah mencapai radius mendatar 4,5 kilometer dari puncak, yang terjadi pada Senin (22 Juni 2015 TU) dan Kamis (25 Juni 2015 TU) kemarin. Dengan tingkat ekstrusi magma yang tetap tinggi sementara endapan awan panas telah ‘melicinkan’ lereng gunung sektor selatan dan tenggara, maka ke depan muncul potensi kian jauhnya jangkauan hempasan awan panas Sinabung. Harus digarisbawahi bahwa volume kubah lava Sinabung hingga saat relatif tak menyusut, masih tetap bertahan di sekitar 3 juta meter kubik lava. Sebab besarnya jumlah magma yang diekstrusikan ke puncak Sinabung, yang mencapai sekitar 100.000 meter kubik per hari, diimbangi oleh gugurnya bagian-bagian kubah lava tersebut. Tiap guguran itulah yang menerbitkan awan panas.

Gambar 2. Estimasi kawasan terlarang Gunung Sinabung semenjak dinyatakan berstatus Awas (Level IV) per 2 Juni 2015 TU. Nampak sektor selatan dan sektor tenggara lebih jauh ketimbang sektor-sektor lainnya. Angka-angka 3, 5 dan 7 masing-masing menunjukkan jarak mendatar sebesar 3, 5 dan 7 kilometer dari puncak. Sumber: Sudibyo, 2015 dengan basis Google Maps dan data PVMBG.

Bahang

Hingga saat ini aktivitas Gunung Sinabung masih sangat tinggi. Ia masih akan terus membuat sebagian Indonesia berdebar karenanya. Bagi sejumlah orang, letusan Sinabung kali ini tergolong berdurasi lama karena nyaris tanpa henti semenjak 15 September 2013 TU. Meski jika menganalisis dinamika gunung-gemunung berapi Indonesia, sejatinya Gunung Sinabung bukanlah satu-satunya vulkan dengan letusan terpanjang. Masih ada Gunung Semeru (propinsi Jawa Timur), yang telah meletus tanpa henti semenjak 1967 TU dan sejak itu berstatus Waspada (Level II). Hanya saja letusan Semeru tergolong letusan bertipe strombolian yang terjadi setiap beberapa belas menit sekali. Letusan strombolian di Gunung Semeru selalu merupakan letusan kecil, menyemburkan sedikit material vulkanik dan terjadi karena saluran magmanya yang sudah terbuka tanpa penghalang berarti. Letusan yang kecil membuat Gunung Semeru tak berkesempatan untuk meluncurkan awan panasnya. Ini bertolak-belakang dengan Gunung Sinabung, dengan tipe letusan semi vulkanian-nya, sehingga kerap eksplosif sebagai imbas dari saluran magmanya yang (diduga) belum sepenuhnya terbuka.

Gambar 3. Tiga lokasi sumber gempa akbar di pulau Sumatra sepanjang kurun 2005-2007 TU yang diduga berhubungan dengan aktifnya kembali Gunung Sinabung. Garis titik-titik di dalam sumber gempa menunjukkan besarnya pergeseran (slip) setempat. Misalnya “10” menunjukkan pergeseran sebesar 10 meter. Sumber: Lupi & Miller, 2014.

Sebuah studi terkini (Lupi & Miller, 2014) memperlihatkan kemungkinan adanya hubungan antara aktifnya kembali Gunung Sinabung, setelah sekitar 1.200 tahun terlelap, dengan dekade teror gempa Sumatra. Lebih jelasnya, Gunung Sinabung mungkin aktif kembali sebagai imbas dari gempa akbar Simeulue-Nias 28 Maret 2005 (Mw 8,7) yang disusul gempa akbar berganda Mentawai-Enggano 12 September 2007 (Mw 7,9 dan Mw 8,4). Rentetan gempa akbar tersebut yang disusul dengan sejumlah gempa darat di berbagai titik dalam sistem patahan besar Sumatra menyebabkan tegasan (stress) yang selama ini menekan dan menyungkup dapur dapur magma Sinabung menjadi melemah. Pelemahan tersebut memungkinkan magma bermigrasi ke atas melewati retakan-retakan baru yang terbentuk hingga akhirnya meluap dari puncak. Inilah yang menghasilkan Letusan Sinabung 2013 semenjak hampir dua tahun silam hingga kini.

Gunung Sinabung hanyalah salah satu dari sekian banyak gunung berapi aktif di Bumi yang sedang memuntahkan magmanya saat ini. Di tata surya kita, vulkanisme tidaklah eksklusif di Bumi saja. Letusan gunung berapi yang memuntahkan berbelas kilometer kubik lava dan hampir sedahsyat Letusan Krakatau 1883 juga biasa dijumpai di Io, salah satu satelit Jupiter. Bahkan belakangan jejak letusan gunung berapi yang memuntahkan magma panas juga terdeteksi pada salah satu lembah retakan besar di Venus, benda langit tetangga terdekat dengan Bumi kita. Mengapa gunung-gemunung berapi dapat bertumbuh pada berbagai benda langit dalam tata surya kita?

Gambar 4. Lembah retakan Ganiki Chasma dengan empat titik (Obyek A hingga Obyek D) yang diduga merupakan gunung-gemunung berapi aktif di Venus. Sumber: Shaligyn dkk, 2015.

Tuangkan air panas ke dalam gelas di meja. Seduhlah minuman kesukaan, baik kopi ataupun teh. Lalu tempelkan tangan anda ke gelas tersebut. Panas? Sudah pasti. Telapak tangan bahkan mungkin terasa seperti terbakar. Namun tunggulah barang 15 atau 20 menit kemudian, lalu tempelkan lagi tangan anda. Panas? Mungkin belum bisa disebut dingin, namun yang jelas tingkat kepanasannya sudah jauh berkurang. Kemana panasnya menghilang? Ilmu pengetahuan memiliki jawaban sederhananya. Bahang (kalor) dari air dalam gelas dipindahkan ke lingkungannya, baik ke meja maupun ke udara sekitar. Bahang dipindahkan baik lewat proses konduksi (antara gelas dan meja) atau konveksi (antara gelas dan udara sekitar). Saat keseimbangan telah tercapai, air dalam gelas pun mendingin.

Vulkanisme dalam tata surya pun mengikuti langkah serupa transfer bahang dari air dalam gelas. Ya, vulkanisme sejatinya hanyalah salah satu bentuk pelepasan bahang dari sebuah benda langit dalam upayanya untuk mendingin. Sumber bahang bisa berasal dari internal (inti dan/atau selubung) maupun eksternal. Bahang disalurkan ke permukaan (kerak) lewat proses konduksi dan/atau konveksi. Dari kerak, bahang selanjutnya diemisikan ke angkasa lewat proses radiasi sebagai gelombang elektromagnetik dengan rentangan spektrum tertentu.

Panas dan Dingin

Gambar 6. Video detik-detik letusan Gunung Tvashtar Patera seperti diabadikan wahana New Horizon (2007) saat melintas-dekat Jupiter dalam perjalanan menuju planet-kerdil Pluto. Material vulkanik terlihat disemburkan setinggi 330 km dan membentuk busur setengah bola mirip payung raksasa, ciri khas letusan besar. Sumber: NASA, 2007.

Vulkanisme memproduksi magma, sebagai material yang suhunya jauh lebih tinggi dibanding suhu lingkungan di permukaan/kerak. Pergerakan magma dari lapisan yang lebih dalam hingga dimuntahkan ke paras sebuah benda langit merupakan salah satu penyaluran bahang. Berdasarkan suhu magmanya maka secara umum terdapat pada saat ini tata surya kita mengenal dua jenis vulkanisme. Yakni vulkanisme panas (hot volcanism) dan vulkanisme dingin (cryovolcanism). Vulkanisme panas menghasilkan magma bersuhu antara 800 hingga 1.200° Celcius alias sepanas batu cair. Sifat magmanya cair/encer hingga kental. Magmanya didominasi senyawa silikat dan logam alkali/alkali tanah. Ia juga disertai dengan gas-gas vulkanik seperti sulfurdioksida (gas belerang), karbondioksida dan uap air. Vulkanisme panas yang aktif pada saat ini bisa dijumpai di Bumi, Io dan Venus.

Sebaliknya vulkanisme dingin menghasilkan magma bersuhu rendah, yakni di sekitar titik beku air di Bumi (0° Celcius) atau lebih besar lagi. Sifat magmanya sangat cair dan didominasi uap air atau gas nitrogen bercampur dengan senyawa-senyawa sederhana seperti metana dan amonia. Bagi kita, sifat ini mungkin terasa aneh, karena uap air dapat dijumpai dimana-mana di Bumi kita. Namun jangan salah, vulkanisme dingin terjadi di benda langit yang suhu rata-rata parasnya demikian dingin membekukan, jauh di bawah titik beku air. Sehingga eksistensi uap air di sana sudah tergolong ‘sangat panas’ untuk ukuran setempat.

Vulkanisme dingin yang aktif saat ini dapat dijumpai di Triton (salah satu satelit alami Neptunus) dan Enceladus (salah satu satelit alami Saturnus). Vulkanisme dingin di Triton teramati (untuk pertama dan juga terakhir kalinya hingga saat ini) pada 1989 TU silam saat wahana penjelajah takberawak Voyager 2 melintas di dekat planet Neptunus. Voyager 2 mendeteksi sejumlah titik semburan mirip geyser yang memuntahkan material didominasi gas nitrogen dengan volume setara produk Letusan Kelud 2014. Sementara vulkanisme dingin Enceladus terdeteksi oleh wahana Cassini (mengorbit Saturnus sejak 2004 TU hingga kini) pada 2005 TU. Seperti halnya Voyager 2, Cassini pun mendeteksi semburan mirip geyser. Dia menyeruak dari jajaran lembah retakan di dekat kutub selatan Enceladus.

Gambar 6. Enceladus dalam fase sabit dan semburan material vulkanisme dingin produk letusan gunung berapi aktif di dekat kutub selatannya, seperti diabadikan wahana Cassini pada 2005. Sumber: NASA. 2005.

Sumber bahang bagi benda-benda langit yang menjadi arena bagi vulkanisme aktif masa kini di tata surya berbeda-beda. Bagi Bumi, Io, Venus dan Enceladus, sumbernya bersifat internal. Bahang di inti dan selubung Bumi merupakan berasal dari sisa pembentukan Bumi 4,5 milyar tahun silam (10 %) dan peluruhan radioaktif radioisotop berumur sangat panjang seperti Uranium-238, Thorium-232 dan Kalium-40 (90 %). Dua sumber itu menghasilkan daya tak kurang dari 47.000 Gigawatt. Hampir seluruhnya mewujud sebagai aliran panas permukaan (heatflow) dan hanya kurang dari 1 % yang berkontribusi dalam seluruh aktivitas tektonik dan vulkanik di Bumi. Venus pun mungkin memiliki sumber bahang yang mirip, mengingat dimensi planet tersebut hampir sama dengan Bumi kita. Hanya saja seberapa besar energi yang dihasilkan dan bagaimana proporsi antara bahang primordial sisa pembentukan Venus dengan peluruhan radioaktif masih belum diketahui.

Sebaliknya sumber bahang di Io sangat berbeda. Meski tetap bersifat internal, namun bahang di Io dibangkitkan oleh gaya tidal (gaya pasang surut gravitasi) seiring interaksinya dengan planet Jupiter dan dua satelit alamiah lainnya yakni Europa dan Ganymede. Ketiga satelit alamiah tersebut mengorbit Jupiter demikian rupa (Io pada orbit terdalam dan Ganymede di orbit terluar) sehingga terjadi resonansi orbital. Sebagai satelit alamiah yang paling dekat ke Jupiter, Io menderita efek terkuat resonansi sehingga mengalami gaya tidal paling kuat. Friksi di dalam struktur Io pun terjadi secara berkelanjutan dan memproduksi bahang cukup besar untuk menggerakkan aktivitas vulkanismenya. Pemanasan tidal di Io menghasilkan daya antara 60 hingga 160 Gigawatt. Beda lagi dengan Enceladus. Pengukuran Cassini memperlihatkan Enceladus melepaskan bahang berdaya 4,7 Gigawatt. Seperti halnya Io, Enceladus pun diyakini menderita gaya tidal oleh interaksinya dengan planet Saturnus. Namun gaya tidal tersebut diperhitungkan hanya menghasilkan seperlima dari total daya yang dilepaskan Enceladus. Sehingga terdapat sumber bahang lain yang hingga kini masih belum diketahui apa bentuknya.

Gambar 7. Panorama kawasan di dekat kutub selatan Triton, diabadikan oleh wahana Voyager pada 1989 TU. Nampak goresan-goresan kehitaman dengan ketebalan beragam, menunjukkan jejak-jejak letusan gunung berapi di Triton sebagai ekspresi dari vulkanisme dinginnya yang unik. Sumber: NASA, 1989.

Situasi yang sangat berbeda dijumpai di Triton. Sumber bahangnya bersifat eksternal, yakni dari pemanasan Matahari. Triton memang berlokasi demikian jauh dari Matahari kita, yakni sejarak 4,5 milyar kilometer, sehingga lingkungannya demikian dingin membekukan. Suhu rata-rata di parasnya hanyalah minus 236° Celcius, membuat senyawa seperti karbondioksida, metana, karbonmonoksida dan nitrogen membeku sepenuhnya. Namun kombinasi antara penyinaran Matahari dengan komposisi paras Triton memungkinkan terbentuknya vulkanisme dingin. Saat Matahari menyinari paras Triton khususnya pada deposit bekuan nitrogen yang bersifat transparan, panas Matahari terjebak dalam bekuan tersebut. Sehingga lama-kelamaan membuatnya memanas. Ini mirip dengan efek rumah kaca di Bumi kita (dan juga Venus), namun terjadi pada medium padat. Sehingga disebut sebagai ‘efek rumah kaca padat.’ Bila suhunya telah minimum 4° Celcius lebih tinggi dibanding lingkungan sekitar, gas nitrogen yang terbentuk telah bertekanan cukup besar untuk membuat retakan yang menjebol permukaan dan selanjutnya menyembur hingga setinggi 8 kilometer mirip air mancur yang bertahan hingga setahun kemudian. Dengan sumber bahang dari pemanasan Matahari, maka segenap vulkan di Triton terkonsentrasi di hemisfer selatan. Tepatnya di antara garis lintang 50° hingga 57°.
Referensi :

Lupi & Miller. 2014. Short-lived Tectonic Switch Mechanism for Long-term Pulses of Volcanic Activity after Mega-thrust Earthquakes. Solid Earth, 5 (2014), pp. 13-24.

Soderblom dkk. 1990. Triton’s Geyser-like Plumes, Discovery and Basic Characterization. Science, vol 250 (13 October 1990), pp. 410-415.

Wittiri. 2015. Asap Sinabung Terus Membumbung. Majalah Geomagz, vol. 5 no. 1 Maret 2015, hal 8-9.