Aplikasi Geofizik dalam Mengesan Fenomena Mendapan Tanah

Oleh: Athirah Tariq Umar & Dr. Mohd Hariri Arifin

Jabatan Sains Bumi dan Alam Sekitar, Fakulti Sains dan Teknologi, Universiti Kebangsaan Malaysia

Pengenalan

Jakarta, ibu kota Indonesia, telah menjadi penempatan sekian lama bagi lebih daripada 10 juta penduduk dengan kawasan seluas 625 . Namun ianya juga merupakan salah satu kota metropolitan yang mengalami fenomena amblesan tanah dengan kadar yang amat pantas di dunia. Kenyataan ini merupakan fakta yang sangat terkenal dengan bukti – bukti menunjukkan bahawa terdapat beberapa kawasan yang tenggelam atau mendap dengan kadar yang sangat pantas. Tanah Jakarta terletak di kawasan tanah rawa atau berpaya, menghadap Laut Jawa, dan terdapat 13 buah sungai semula jadi dan buatan yang menyelusuri seluruh Jakarta. Ianya juga terletak di dataran rendah pantai utara daerah Jawa Barat dengan topografi yang rata. Oleh itu, tidak hairanlah banjir sering terjadi di Jakarta dan kejadian banjir ini telah meninggalkan impak yang buruk kepada penduduk setempat.

Walaupun kota-kota di pesisir pantai dan kawasan delta mudah terkesan dengan fenomena ini yang berlaku secara semula jadi, penyebab utama penenggelaman Jakarta adalah kesan daripada aktiviti-aktiviti manusia. Puluhan tahun hidup berisiko tinggi dan berbahaya dari segi pengurusan sumber air, perancangan bandar, pengurusan sampah dan air sisa, akhirnya telah memberi kesan yang negatif kepada bandar raya ini. Fenomena ini telah pun berlaku di bahagian utara Jakarta yang mengalami penurunan sebanyak 2.5 m dalam masa 10 tahun dan akan terus tenggelam dengan lebih dalam pada kadar 25 cm setahun di beberapa kawasan. Jumlah ini adalah lebih daripada dua kali ganda berbanding dengan kadar purata global untuk kota-kota pesisir pantai di seluruh dunia. Beberapa kesan amblesan tanah yang dapat dilihat di wilayah Jakarta seperti keretakan bangunan kekal yang terletak di sekitar pusat wilayah Jakarta, perluasan kawasan banjir, penurunan permukaan air tanah dan peningkatan rejahan air laut yang memasuki akuifer air tawar dalam (deep aquifer).

ARTIKEL BERKAITAN: Bomoh Geologi?
ARTIKEL BERKAITAN: Geologi di dalam Aspek Kehidupan
ARTIKEL BERKAITAN: Teknik Penyiasatan Tanah Untuk Pembinaan Kilang Industri

Fenomena ini telah bermula semenjak kurun 1700, kerajaan Belanda telah menguasai bandar-bandar pelabuhan di Jakarta atau lebih dikenali sebagai Jayakarta di kalangan penduduk tempatan pada masa tersebut. Kolonial Belanda telah merubah lanskap tanah untuk pembinaan Batavia (panggilan Jakarta di bawah pemerintahan Belanda).  Markas untuk kerajaan mereka yang berkembang di tanah Indonesia (Rajah 1) sehingga mereka mulai mengembangkan kawasan itu dengan mirip negara asal mereka di Belanda, dengan rumah-rumah kota yang sempit di sepanjang terusan yang dijadikan tumpuan untuk aktiviti perdagangan dan pertahanan bandar. Walau bagaimanapun, polisi dan cara pemerintahan kerajaan Belanda terhadap penduduk tempatan menyebabkan terusan ini tidak dijaga dengan baik dan mulai merosot kualiti airnya. Sedimen berpunca daripada gempa bumi telah menyekat aliran air menyebabkan air di terusan menjadi keruh, seterusnya menjadi sarang penyebaran penyakit kepada penduduk tempatan yang menggunakan terusan ini untuk kegunaan mereka. Oleh itu, sebahagian besar penduduk kelas bawahan dan pertengahan mulai bergantung pada air tanah sebagai sumber air baharu kerana mereka tidak mempunyai akses kepada sistem perpaipan yang baru dibangunkan di kawasan bandar. Ketika itu penggunaan air tanah yang berlebihan telah menjadi salah satu penyebab utama berlakunya amblesan tanah.

Amblesan atau penurunan tanah ialah pemampatan tanah yang boleh berlaku secara beransur-ansur atau boleh juga penenggelaman ini berlaku secara mendadak di bawah permukaan tanah. Amblesan berlaku apabila tanah di bawah sesebuah kawasan tenggelam dan menarik tanah di sekitarnya turun bersama. Proses ini boleh menyebabkan dinding dan lantai bergeser, menyebabkan retakan dan berpotensi mengancam pembinaan harta benda. Fenomena ini boleh berlaku kerana pergerakan bahan bawah tanah sering berlaku disebabkan oleh penyingkiran air, minyak, gas asli, atau sumber mineral yang keluar daripada tanah akibat daripada aktiviti pengepaman, fracking (proses peretakan tanah untuk aktiviti cari gali petroleum) atau aktiviti melombong.

Fenomena penenggelaman tanah dapat menimbulkan potensi bencana besar yang memaksa jutaan orang keluar dari tanah dan harta benda mereka sendiri, melemahkan ekonomi negara, kerosakan infrastruktur, masalah perparitan serta banjir di dataran pasang surut. Oleh itu, kupasan dalam penulisan ini selanjutnya adalah berkenaan kaedah geofizik yang diamalkan oleh ahli geofizik atau ahli geologi profesional.

1. Kaedah keberintangan geoelektrik (electrical resistivity method)

Semua kaedah keberintangan geoelektrik menggunakan sumber arus buatan yang dipancarkan ke dalam tanah melalui elektrod besi (Rajah 2). Prosedur tersebut adalah untuk mengukur  keupayaan pada elektrod lain di sekitar aliran arus. Kaedah ini digunakan untuk memetakan taburan bacaan keberintangan elektrik di bawah permukaan untuk menentukan struktur geologi atau sifat fizikal permukaan bawah tanah yang kemudiannya dapat dikaitkan dengan parameter fizikal seperti litologi  keliangan, tahap ketepuan air dan lohong yang kosong di bawah tanah.

Data keberintangan yang diperoleh kemudian diproses untuk menghasilkan gambar rajah dua dimensi (2D) yang dapat ditafsirkan berdasarkan nilai keberintangannya dalam unit ohm-meter mengikut nilai yang berbeza berdasarkan ciri-ciri seperti variasi tanah, batuan atau kandungan air tanah untuk menghasilkan model yang dapat mewakili permukaan bawah tanah yang terdapat di sesebuah kawasan. Antara kebaikan kaedah ini berbanding dengan kaedah lain adalah ianya dapat menjimatkan masa, kos dan tidak mengganggu kawasan sekitar sewaktu tinjauan dijalankan.

2. Mikro graviti (micro gravity) dalam tinjauan graviti

Kaedah graviti adalah teknik geofizik yang mengukur perbezaan ketumpatan dalam medan graviti Bumi di antara beberapa lokasi tertentu. Variasi ketumpatan batuan di bawah permukaan menghasilkan kepelbagaian bacaan medan graviti yang diukur. Keadaan bumi ini dipanggil sebagai geoid iaitu permukaan bumi di mana medan graviti mempunyai nilai yang sama dan disebut sebagai permukaan equipotential.

Alat yang digunakan untuk menjalankan kaedah ini dipanggil meter graviti (Rajah 3). Alat ini digunakan untuk mengukur pecutan graviti (g) di subpermukaan. Setiap jisim mempunyai bacaan keupayaan graviti yang saling berkait dan menghasilkan kepelbagaian daya graviti. Meter graviti ini dapat merekod bacaan dan datanya perlu diproses terlebih dahulu menggunakan perisian tertentu seperti Oasis Montaj. Anomali graviti yang negatif terhasil jika terdapat ketumpatan yang rendah berbanding kawasan kelilingnya. Data ini menunjukkan mungkin terdapat lohong tanah yang disebabkan oleh proses pengepaman air tanah yang berlebihan dan boleh mencetuskan amblesan tanah.

3. Radar penembusan tanah (Ground Penetrating Radar)

Kaedah ini biasa digunakan untuk melakukan penyelidikan dalam bidang alam sekitar, kejuruteraan, hidrogeologi dan permukaan bawah tanah yang cetek. Aplikasi radar penembusan tanah ini telah dipraktikkan untuk beberapa dekad kerana ianya tidak merosakkan persekitaran untuk mencari anomali di bawah permukaan. Prinsip yang digunakan ialah prinsip penyebaran gelombang elektromagnetik untuk mencari sasaran ataupun antara muka yang tidak dapat dilihat akibat daripada bahan bumi yang menutupi objek yang dicari. Gelombang elektromagnetik akan dipancarkan ke tanah yang kemudiannya dipantulkan semula berdasarkan sifat dielektrik yang berbeza ditunjukkan oleh bahan-bahan yang terdapat di bawah permukaan.

Kaedah ini menggunakan gelombang tenaga dalam jalur gelombang mikro berkisar dalam frekuensi dari 1 sehingga 1000 MHz. Sebagai contoh, aplikasi kaedah ini dalam tinjauan geologi hanya menggunakan 12.5 MHz untuk penembusan ke bawah permukaan yang melebihi 50 meter tetapi berbeza dengan kawasan berkonkrit atau jalan raya di mana pantulan frekuensi yang lebih tinggi digunakan iaitu 1000 MHz untuk penembusan ke dalam tanah dengan kedalaman yang sama.

Semasa survei dilakukan, kaedah ini menggunakan dua peralatan utama –  pemancar dan antena penerima. Pemancar akan menghantar nadi tenaga elektromagnetik ke dalam tanah dan merekod gema yang dihasilkan daripada objek bawah permukaan. Selain itu, peranti ini juga dapat mengesan perbezaan komposisi bahan tanah. Pantulan dihasilkan setiap kali nadi tenaga masuk ke dalam bahan dengan sifat konduksi elektrik yang berbeza dari bahan yang dipantulkan. Kekuatan atau amplitud pantulan ditentukan oleh kontras pada pemalar dielektrik dan kekonduksian kedua-dua bahan tersebut.

Berdasarkan hasil analisis data yang ditunjukkan di dalam Rajah 4 di bawah, perubahan besar tanah di permukaan bawah tanah dikenalpasti dengan isyarat yang mempunyai amplitud yang rendah, mengakibatkan lemahnya isyarat pantulan.

4. Pantulan seismos (Seismic reflection)

Pantulan seismos adalah kaedah geofizik penerokaan yang menggunakan prinsip-prinsip seismologi untuk menganggarkan sifat permukaan bawah bumi dari gelombang seismos yang dipantulkan. Kaedah ini memerlukan sumber tenaga seismos terkawal seperti ketukan tukul seismos, jatuhan pemberat (weight drop), bahan letupan seperti dinamit, Tovex (letupan gel berasaskan air), senapang udara khas atau penggetar seismos. Penggunaan kaedah ini hampir sama dengan kaedah sonar (sound navigation and ranging) atau ekolokasi (echolocation).

Apabila gelombang seismos dipancarkan melalui permukaan bumi sehingga bertemu antara muka dua medium seperti tanah dan batuan dasar yang mempunyai galangan (impedance) akustik yang berbeza, sebahagian tenaga gelombang akan dipantulkan dan dibiaskan di kawasan antara muka. Pada dasarnya, teknik pantulan seismos terdiri daripada penghasilan gelombang seismos dan mengukur masa yang diperlukan untuk gelombang seismos dipantulkan semula dari sempadan antara muka dan dapat dikesan oleh pelbagai penerima atau geofon di permukaan (Rajah 5). Berdasarkan masa perjalanan dari sumber ke setiap penerima dan halaju gelombang seismos, ahli geofizik akan berusaha untuk membina semula jalur gelombang untuk membina gambaran permukaan bawah tanah di kawasan survei.

Walau bagaimanapun, jika dibandingkan dengan kaedah geofizik yang lain, data survei pantulan seismos biasanya dipengaruhi oleh hingar (noise). Jika survei dilakukan di kawasan yang sifar pembangunan seperti kawasan hutan, datanya jauh lebih baik berbanding di kawasan yang sibuk atau aktif dengan hiruk-pikuk pembandaran.

ARTIKEL BERKAITAN: Larut Lesap; Mengesan Menggunakan Kaedah Keberintangan Geoelektrik
ARTIKEL BERKAITAN: Kegunaan Kaedah Geofizik Dalam Mengesan Lowong Permukaan

Kesimpulan

Secara kesimpulan, kaedah-kaedah yang disebut di atas boleh digunakan untuk menentukan dan memastikan lokasi sasaran amblesan atau lohong di bawah permukaan bumi yang tidak dapat dilihat dengan mata kasar. Sehubungan dengan itu, amat penting untuk penentuan lokasi amblesan atau penenggelaman tanah terutama sekali di kawasan berisiko tinggi akibat daripada aktiviti pengepaman atau pengekstrakan air tanah yang dilakukan secara meluas supaya kerja-kerja mitigasi atau pencegahan dapat dilakukan untuk mengelak daripada bencana yang tidak diingini berlaku. Pelaksanaan survei geofizik mungkin memaksa pihak pentadbiran di sesuatu kawasan untuk mengeluarkan kos tambahan bagi kerja-kerja tersebut dijalankan tetapi ianya lebih berbaloi daripada menanggung sebarang impak negatif yang mampu meruntuhkan aktiviti ekonomi di kawasan tersebut. Selain daripada kes yang berlaku di Jakarta, kejadian amblesan tanah di Bangkok, Thailand juga boleh dijadikan bahan rujukan kes kajian untuk mengetahui dengan lebih lanjut impak-impak akibat daripada fenomena ini. Sehubungan dengan itu, pihak-pihak berkuasa yang berkaitan di negara kita seharusnya bekerjasama bagi memantau dan mengawal aktiviti manusia yang boleh menjurus kepada fenomena amblesan tanah.

Rujukan

Pembaca digalakkan merujuk dan membaca senarai rujukan di bawah bagi mendapat pemahaman yang lebih mendalam. Mungkin dengan cara ini bakal memberi dan mencetus minat para pembaca terutama sekali golongan muda untuk menceburi bidang geofizik.

[1] Mohd Hariri Arifin, John Stephen Kayode, Muhammad Khairel Izzuan Ismail, Abdul Manan Abdullah, Asha Embrandiri, Nor Shahidah Mohd Nazer & Azrin Azmi. 2021. Environmental hazard assessment of industrial and municipal waste materials with the applications of RES2-D method and 3-D Oasis Montaj modeling: A case study at Kepong, Kuala Lumpur, Peninsula Malaysia. Journal of Hazardous Materials 406(November 2020): 124282.

[2] Hamzah Hussin, Mohd Hariri Arifin, Tajul Anuar Jamaluddin, Muhammad Fahmi Abdul Ghani, Nadzari Ismail & Abdul Manan Abdullah. 2020. Integrasi pemetaan lapangan, tafsiran lineamen dan survei tomografi keberintangan geoelektrik dalam pencirian jasad batuan granit terlindung shotcrete. Bulletin of the Geological Society of Malaysia 69(May): 39–51.

[3] Mohd Hariri Arifin, Nor Shahidah Mohd Nazer & Abdul Qayyum Jalal. 2020. Pengecaman mekanisme utama tanah runtuh cetek di Bukit Fraser, Pahang. Bulletin of the Geological Society of Malaysia 69(May): 79–88.

[4] Fakhruddin Afif Fauzi, Mohd Hariri Arifin, Mohd Basril Iswadi Basori, Khairul Arifin Mohd Noh & Mohd Rozi Umor. 2019. Application of gravity survey for tin exploration at bongsu granite, Kulim, Kedah, Malaysia. Sains Malaysiana, 48(11), 2503-2509.

[5] Mohd Hariri Arifin, John Stephen Kayode, Muhammad Khairel Izwan, Hussein Ahmed Hasan Zaid & Hamzah Hussin. 2019. Data for the potential gold mineralization mapping with the applications of Electrical Resistivity Imaging and Induced Polarization geophysical surveys. Data in Brief 22: 830–835.

[6] Mohd Rozi Umor, Mohd Hariri Arifin & Nora Muda. 2019. The Seismic Refraction Survey to Determine the Depth of Bedrock at the Damansara Area for Horizontal Directional Drilling Method Application. Applied Science and Innovative Research 3(3): p123.

[7] Abdul Rahim Samsudin, Abdul Rahim Harun, Mohd Hariri Arifin, Umar Hamzah, Mokhtar Saidin & M Sheikh Sahibul Karamah. 2012. Gravity investigation of the bukit bunuh impact crater at Lenggong, Perak, Malaysia. Sains Malaysiana 41(12): 1629–1634.

[8] T.L. Goh, A. Ghani Rafek, A. Rahim Samsudin, M. Hariri Arifin & N. Baizura Yunus. 2011. Pencirian geomekanik jasad batuan dengan menggunakan kaedah seismos: Nisbah poisson. Sains Malaysiana 40(6): 561–568.

[9] Nur Azwin Ismail & Rosli Saad. 2012. A case study on ground subsidence using ground penetrating radar. International Conference on Environmental, Biomedical and Biotechnology, IPCBEE (Vol. 41).

[10] Phien-Wej, N., Giao, P.H. & Nutalaya, P. 2006. Land subsidence in bangkok, Thailand. Engineering geology, 82(4), pp.187-201.

[11] Mukand S. Babel, Ashim Das Gupta & Nina Donna Sto. Domingo. 2006. Land subsidence: A consequence of groundwater over-exploitation in Bangkok, Thailand. International Review for Environmental Strategies, 6(2), pp.307-327.

[12] Hasanuddin Z., Abidin Heri Andreas, Irwan Gumilar, Yoichi Fukuda, Yusuf E. Pohan & T. Deguch. 2011. Land subsidence of Jakarta (Indonesia) and its relation with urban development. Natural Hazards, 59(3), p.1753.

[13] Rochman Djaja, Jacub Rais, Hasanuddin Z. Abidin & Kuntjoro Wedyanto. 2004. 3rd FIG regional conference, Jakarta, Indonesia (pp. 3-7).

[14] https://www.youtube.com/channel/UCu4YBpuycuCsfH86JUz4XOA/featured

[15] https://www.youtube.com/watch?v=Z9cJQN6lw3w

[16] https://ukmsarjana.ukm.my/main/lihat_profil/SzAxOTM4MA

Kredit foto/rajah :

• A case study on ground subsidence using ground penetrating … (n.d.). Retrieved April 20, 2021, from http://ipcbee.com/vol41/032-ICEBB2012-R029.pdf
• blogspot.com. (1970, January 01). Kabar Berita. Retrieved May 01, 2021, from http://appialli0808.blogspot.com/2017/02/gallery-lukisan-peta-kota-jayakarta-a.html
• CG-5 Autograv Gravity meter – Gravimetry – available for rent. (n.d.). Retrieved May 01, 2021, from https://www.georeva.eu/en/produit/cg-5-autograv-gravity-meter/
• How to test for underground voids (using electrical resistivity imaging). (2019, January 04). Retrieved May 01, 2021, from https://www.agiusa.com/blog/how-test-underground-voids-using-electrical-resistivity-imaging
• What is a SEISMIC SURVEY? (n.d.). Retrieved May 01, 2021, from http://parkseismic.com/Whatisseismicsurvey.html