Penulis: Dr. Siti Harwani binti Md Yusoff
Pensyarah Kanan, Makmal Sistem Angkasa
Pusat Pengajian Kejuruteraan Aeroangkasa, Universiti Sains Malaysia
Gempa bumi sering terjadi secara tiba-tiba tanpa amaran jelas. tetapi sejak berabad-abad lamanya manusia cuba mencari petanda awal yang mungkin muncul sebelum gegaran besar melanda. Pada masa kini, dengan bantuan teknologi satelit dan peralatan saintifik terkini, para saintis semakin hampir memahami tanda-tanda awal berlakunya gempa bumi.
Gempa bumi dengan kematian pertama direkodkan seawal 115 Masihi di Hatay, Turkiye, dengan magnitud 7.5. Sejak zaman purba, masyarakat mencatatkan perubahan luar biasa sebelum gempa. Pada era Julius Caesar, gegaran bumi ditafsir melalui konteks agama dan politik; Senat Rom melantik Haruspices untuk mentafsir tanda seperti kilat, burung, atau gegaran, lalu melakukan korban atau mengubah dasar. Di era China kuno, sejak abad pertama, peranti berbentuk bejana dengan naga logam digunakan bagi mengesan arah gegaran melalui jatuhan bebola. Di zaman Yunani purba, laporan mendakwa haiwan meninggalkan Helike dan Boura sebelum gempa 373 SM, mencetuskan hipotesis bahawa haiwan mampu mengesan petanda awal. Namun kajian sains moden mendapati bukti saintifiknya tidak konsisten; hanya sebahagian gempa menunjukkan kaitan jelas dengan tingkah laku haiwan.
Memasuki era moden, saintis mula meneliti petanda saintifik seperti pelepasan gas radon, perubahan medan magnet, dan “foreshock”. Selepas gempa Tashkent 1966, lonjakan radon dalam air bawah tanah diperhatikan beberapa hari sebelum kejadian. Radon berpotensi menjadi petanda awal kerana mudah dikesan dan hanya terhasil berhampiran sumber tekanan batuan.
Pada 1981, saintis Greece menggunakan kaedah VAN dengan mengukur isyarat elektro-telurik, iaitu voltan elektrik dalam tanah. Mereka mendakwa berjaya meramalkan banyak gempa, namun kaedah ini dipertikai hebat kerana dianggap ia berlaku secara kebetulan. Walaubagaimanapun, kumpulan VAN terus mengemas kini pendekatan mereka dan pada 2001 mendakwa berjaya meramalkan 25 daripada 28 gempa besar di rantau Mediterranean.
Menelusuri catatan sejarah hingga kajian moden terkini menunjukkan ahli sains sentiasa mencari tanda awal gempa bumi. Walaupun belum ada kaedah yang benar-benar konsisten, usaha berterusan ini membentuk asas penting dalam memahami fenomena semula jadi yang kompleks.
Satelit dan Magnetometer
Kajian oleh saintis Rusia dan Jepun memperkenalkan konsep bahawa bumi, atmosfera, dan ionosfera saling berkait rapat sebelum berlakunya gempa (rujuk Rajah 1). Tekanan di zon rekahan dipercayai melepaskan gas seperti radon yang mempengaruhi cas elektrik atmosfera, seterusnya mengubah keadaan ionosfera, iaitu lapisan tinggi atmosfera yang kaya dengan zarah bercas.
Rajah 1: Ilustrasi skematik interaksi di antara litosfera, atmosfera dan ionosfera. (Rujukan: Hayakawa et.al, 2019, DOI: 10.33665/IJEAR.2019.v06i02.001)
Satelit seperti SWARM milik ESA digunakan untuk memantau perubahan halus medan magnet dan ketumpatan elektron di ionosfera. Beberapa kali, data menunjukkan anomali beberapa hari sebelum gempa besar berlaku. Begitu juga dengan FORMOSAT-5 dari Taiwan yang mengesan perubahan ketumpatan elektron pada waktu malam sebelum gegaran di beberapa lokasi. Walaupun belum seratus peratus tepat, pemerhatian satelit memberi pandangan luas yang bebas daripada gangguan permukaan bumi.
Selain itu, satelit kedudukan global (GPS) turut memainkan peranan penting. Dari isyarat navigasi, saintis mengira Total Electron Content (TEC), iaitu jumlah elektron antara satelit GPS dan penerima Bumi. TEC kadangkala berubah luar biasa menjelang gempa, biasanya satu hingga lima hari sebelumnya. Ada kalanya TEC meningkat mendadak atau menurun drastik akibat gangguan elektrik atmosfera berpunca daripada tekanan tektonik. Namun, cabaran utama ialah membezakan kesan ini daripada ribut suria atau cuaca angkasa. Oleh itu, data TEC dibandingkan dengan indeks ribut geomagnet bagi memastikan kaitannya dengan aktiviti seismik.
Di daratan, magnetometer pula merekodkan variasi medan magnet bumi pada frekuensi sangat rendah (ULF). Laporan menunjukkan anomali magnet dapat dikesan sebelum gempa, namun data sering terganggu oleh ribut geomagnet atau aktiviti manusia. Kini, saintis menggunakan rangkaian magnetometer di pelbagai lokasi untuk mengenal pasti isyarat sebenar dengan lebih tepat.
Selain ionosfera dan magnetometer, perubahan fizikal permukaan bumi turut dipantau. Teknologi InSAR daripada satelit seperti Sentinel-1 mengukur perubahan milimeter pada tanah, manakala GPS geodinamik memantau kadar regangan kerak bumi. Kaedah ini membantu mengesan sama ada permukaan sedang mengembang, menyusut, atau bergelincir perlahan sebelum gempa. Walaupun tidak semua gempa menunjukkan ubah bentuk jelas dan InSAR terhad oleh kitar ulang satelit, gabungan dengan GPS memberi gambaran bagaimana kerak bumi melepaskan atau menyimpan tenaga.
Bidang lain yang dikaji ialah perubahan haba dan atmosfera menjelang gempa. Proses pragempa dipercayai mengubah aliran haba, kelembapan, atau radiasi permukaan. Sensor satelit yang mengukur suhu permukaan (LST) dan radiasi panjang gelombang keluar (OLR) kadangkala merekodkan anomali khas di kawasan yang bakal dilanda gempa. Namun, kerana tanda ini mudah dipengaruhi cuaca, saintis memerlukan data jangka panjang untuk membezakan fenomena biasa daripada petanda luar biasa berkaitan aktiviti seismik. Tambahan lagi, penyelidik mendapati bahawa pengesanan yang boleh dipercayai terhadap isyarat pra-gempa yang berkaitan dengan kejadian seismik besar (magnitud melebihi 6) hanya boleh dilakukan melalui integrasi pemerhatian berasaskan angkasa dan darat. Namun begitu, cabaran utama dalam penggunaan isyarat petanda awal bagi ramalan gempa bumi ialah pengumpulan data daripada rangkaian stesen pemantauan di peringkat serantau atau global ke satu lokasi pusat dan menjalankan analisis untuk menentukan sama ada, berdasarkan ukuran terdahulu, ia menunjukkan kemungkinan berlakunya gempa bumi. Rajah 2 menunjukkan integrasi satelit dan penderia bumi untuk mengukur petanda awal gempa bumi. Komponen bumi terdiri daripada pengukuran seismik, pemerhati isyarat eletromagnetik, penderia radon, magnetometer. Komponen angkasa terdiri daripada satelit saintifik dan satelit Global Positioning System (GPS)
Rajah 2: Diagram konseptual rangka kerja satelit dan terestrial untuk mengukur parameter tanda-tanda sebelum berlakunya gempa bumi. (Kredit: Katsumi Hattori, Ouzoniv et. Al, 2018, Chapter 20, DOI: 10.1002/9781119156949.ch20)
Perkembangan teknologi dilengkapi dengan kecerdasan buatan (AI) dan pembelajaran mesin (ML) mengupayakan kajian mengenai petanda awal gempa bumi dengan lebih berkesan dan pantas. Penggunaan AI dan ML dalam memproses data dari sumber satelit dan penderia Bumi mampu menganalisis corak profil data medan magnet dan ketumpatan elektron dan memberi amaran awal tentang kemungkinan berlakunya gempa bumi.
Perlukah Malaysia bersedia menghadapi gempa bumi?
Walaupun Malaysia sering dianggap selamat daripada gempa bumi besar, rantau Asia Tenggara berada berhampiran Lingkaran Api Pasifik, kawasan paling aktif seismik di dunia. Negara jiran seperti Indonesia dan Filipina kerap berdepan gegaran besar, dan kesannya kadangkala turut dirasai di Malaysia, khususnya di Sabah dan pantai barat Semenanjung.
Baru-baru ini, gegaran kecil di Segamat, Johor mengejutkan rakyat kerana kawasan itu jarang dikaitkan dengan aktiviti seismik. Walaupun magnitudnya rendah, ia mengingatkan kita bahawa tekanan tektonik bawah tanah boleh berlaku di luar jangkaan. Inilah sebabnya kajian tentang petanda awal gempa amat penting untuk Malaysia.
Teknologi moden seperti GPS geodinamik, InSAR, dan satelit ionosfera boleh digunakan bukan sahaja di Sabah, malah di Semenanjung bagi menilai kestabilan kerak bumi. Kajian berterusan mampu mengesan pola regangan, gelinciran perlahan, atau perubahan medan magnet yang signifikan.
Kerjasama serantau juga sangat penting. Data dari Indonesia, Filipina, dan Thailand, apabila digabungkan dengan infrastruktur sains Malaysia, boleh membentuk sistem pemantauan bersepadu Asia Tenggara. Walaupun ia tidak menjanjikan ramalan gempa tepat, sistem ini mampu meningkatkan kesiapsiagaan melalui amaran kebarangkalian risiko.
Di Malaysia, kajian mengenai ramalan awal gempa bumi menggunakan teknologi satelit dan penderia bumi menggunakan kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin sudah dimulakan beberapa tahun lepas di Universiti Sains Malaysia (USM), Universiti Putra Malaysia (UPM), Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM) dan UiTM oleh penyelidik-penyelidik tempatan. Pelaburan dalam penyelidikan petanda awal gempa bumi adalah langkah strategik untuk melindungi infrastruktur, keselamatan rakyat, serta membina daya tahan negara.
Petanda awal gempa bumi masih belum boleh digunakan untuk meramal dengan tepat bila dan di mana sesuatu gempa akan berlaku. Namun, gabungan pemerhatian tradisional, teknologi satelit, dan instrumen moden semakin membuka ruang untuk memahami bahasa alam yang kompleks ini. Setiap anomali kecil yang direkodkan sama ada di kerak bumi, atmosfera, atau ruang angkasa merupakan serpihan maklumat yang membawa kita selangkah lebih dekat untuk membaca amaran bumi.
Sehingga ilmu ini benar-benar matang, perkara yang paling utama ialah kesedaran, persediaan pihak berkuasa dan masyarakat, dan kerjasama komuniti saintifik. Dengan cara ini, walaupun kita mungkin belum mampu meramal gempa bumi secara tepat, kita tetap boleh melindungi lebih banyak nyawa dengan persediaan yang lebih baik.
Rujukan:
- Hayakawa, M., Schekotov, A., Izutsu, J., & Nickolaenko, A. P. (2019). Seismogenic effects in ULF/ELF/VLF electromagnetic waves. Int. J. Electron. Appl. Res, 6(2), 1-86. https://doi.org/10.33665/IJEAR.2019.v06i02.001
- Ouzounov, D., Pulinets, S., (Tiger) Liu, J.-Y., Hattori, K. and Han, P. (2018). Multiparameter Assessment of Pre-Earthquake Atmospheric Signals. In Pre-Earthquake Processes (eds D. Ouzounov, S. Pulinets, K. Hattori and P. Taylor). https://doi.org/10.1002/9781119156949.ch20
- Parrot, M., Tramutoli, V., Liu, T. J. Y., Pulinets, S., Ouzounov, D., Genzano, N., Lisi, M., Hattori, K., and Namgaladze, A.(2016). Atmospheric and ionospheric coupling phenomena related to large earthquakes, Nat. Hazards Earth Syst. Sci. Discuss. [preprint], https://doi.org/10.5194/nhess-2016-172.
- Tritakis, V. (2025). Seismicity Precursors and Their Practical Account. Geosciences, 15(4), 147. https://doi.org/10.3390/geosciences15040147
- Hegy, M. (2025). Detecting Earthquake Precursors Using Swarm Satellite Data. IntechOpen. doi: 10.5772/intechopen.1011315
- Salimi, S., Akbary, M., Hosseini, S.A. et al. (2025). Analysis of Atmospheric Precursors at the Time of the Earthquake Using Satellite Images. J Indian Soc Remote Sens 53, 895–910. https://doi.org/10.1007/s12524-024-02023-9
- Kopylova, G.N., Serafimova, Y.K. & Kasimova, V.A. (2025). The Occurrence of Precursors before Large (MW ≥ 6.6) Kamchatka Earthquakes. J. Volcanolog. Seismol. 19, 172–195. https://doi.org/10.1134/S0742046325700034
