Indra Rianto, Jurnal Sains dan Teknologi, Universitas Negeri www.unima.ac.id/lppm/efrontiers

Simulasi Penyebaran Abu Vulkanik Gunung Berapi Lokon Menggunakan Metode Lagrangian

Indra Rianto Universitas Negeri Manado Email : [email protected]

ABSTRAK

Gunung Lokon merupakan gunung berapi di Utara yang pada tahun 2012 mengalami peningkatan aktivitas. Aktivitas gunung Lokon dapat berupa semburan lava, batu, dan abu vulkanik. Abu vulkanik merupakan salah satu aspek yang berbahaya jika terhirup. Dampak yang sering timbul akibat abu vulkanik adalah penyakit gangguan pernapasan seperti Infeksi Saluran Pernapasan Akut (ISPA). Dengan demikian, perlu adanya simulasi untuk mengetahui wilayah- wilayah yang terkena penyebaran abu vulkanik. Simulasi dapat dilakukan dengan menggunakan metode Lagrangian. Metode Lagrangian adalah metode untuk menghitung perpindahan partikel. Sehingga partikel di udara berupa abu vulkanik dapat dihitung dan dilihat arah perpindahannya. Dengan menggunakan HYSPLIT yang menerapkan metode Lagrangian maka pergerakan arah abu vulkanik gunung Lokon dapat dilihat. Sehingga peringatan dini dapat dilakukan oleh pemerintah kepada wilayah-wilayah yang akan dilewati oleh abu gunung Lokon.

Kata kunci : Gunung Lokon, Abu Vulkanik, Lagrangian

ABSTRACT

Mount Lokon is a volcano in which in 2012 experienced an increase in activity. Lokon Mountain activities can be in the form of bursts of lava, rock and volcanic ash. Volcanic ash is one of the dangerous aspects if inhaled. The impact that often arises due to volcanic ash is respiratory disorders such as Acute Respiratory Infection (ARI). Thus, it is necessary to have a simulation to find out the areas affected by the spread of volcanic ash. Simulation can be done using the Lagrangian method. The Lagrangian method is a method for calculating particle displacement. So that particles in the air in the form of volcanic ash can be counted and seen the direction of displacement. By using HYSPLIT which applies the Lagrangian method, the movement of Lokon volcanic ash can be seen. So that early warning can be done by the government to areas that will be traversed by the Lokon mountain ash.

Keywords: Lokon Mountain, Volcanic Ash, Lagrangian

PENDAHULUAN Bahaya yang sering dirasakan di Pemukiman di daerah gunung berapi sekitar wilayah gunung berapi adalah dapat membawa keutungan dan kerugian. semburan abu vulkanik. Abu vulkanik Bagi para petani gunung berapi dapat berbahaya bagi manusia dan menyediakan tanah yang subur, selain itu berpengaruh bagi kesehatan gunung berapi juga menyediakan lahan manusia.(Higuchi, Koriyama, & Akiba, penambangan batu dan pasir vulkanik, juga 2012), dalam penelitiannya mendapati kawasan pariwisata. Disamping bahwa masyarakat yang tinggal di sekitar keuntungan, gunung berapi juga dapat gunung berapi mengalami peningkatan menjadi bahaya bagi masyarakat sekitar, gangguan pernapasan akut termasuk kanker seperti lava panas, batu vulkanik, dan abu paru-paru akibat abu vulkanik. vulkanik.

Jurnal Frontiers Volume 2 Nomor 3, Desember 2019 301 P-ISSN: 2621-0991 E-ISSN: 2621-1009 Indra Rianto, Jurnal Sains dan Teknologi, Universitas Negeri Manado www.unima.ac.id/lppm/efrontiers

Gunung lokon merupakan gunung Memetakan posisi dari pergerakan partikel berapi dalam wilayah yang terhadap waktu dapat memberikan arah termasuk dalam daftar gunung berapi aktif. pergerakan dari partikel.Metode Eulerian Mendekati akhir tahun 2012, gunung lokon merupakan metode untuk melihat menujukkan peningkatan aktifitas yang pergerakan partikel yang berfokus dalam cepat. Aktifitas tersebut ditandai dengan lokasi tertentu dimana partikel tersebut meletusnya gunung lokon dengan akan bergerak terhadap ruang dan waktu. semburan material pijar dan debu vulkanik Jadi, metode Lagrangian merupakan (BMKG, 2013). Semburan abu vulkanik metode yang melihat semua arah gunung berapi lokon mengakibatkan pergerakan partikel-partikel yang bergerak beberapa wilayah di sekitar gunung berapi sedangkan metode Eulerian juga melihat lokon dihujani abu vulkanik. Dampak dari pergerakan partikel tetapi hanya dalam area semburan abu vulkanik gunung berapi yang telah ditentukan.. Metode lokon dapat menyebabkan penyakit Lagrangiandan Eulerian dapat digunakan gangguan pernapasan seperti Infeksi untuk melihat pergerakan abu vulkanik Saluran Pernapasan Akut (ISPA). sehingga dapat dilakukan peringatan dini Pencegahan yang dapat dilakukan terhadap masyarakat yang terkena untuk memperkecil dampak semburan abu penyebaran abu vulkanik. Maka yaitu dengan melakukan estimasi pencegahan terhadap dampak abu vulkanik penyebaran abu vulkanik. Dengan estimasi terhadap masyarakat yang terkena penyebaran abu vulkanik, peringatan dini penyebaran abu vulkanik dapat dapat diberitahukan bagi masyarakat yang dilakukan.Penelitian ini menggunakan akan tekena penyebaran semburan abu metode Lagrangian, untuk melihat vulkanik gunung lokon. Estimasi wilayah-wilayah yang akan terkena abu penyebaran abu vulkanik dapat dilakukan vulkanik gunung berapi Lokon. dengan menggunakan metode numerik. Melihat latar belakang diatas, Metode numerik yang dapat dipakai adalah penelitian ini akan melakukan penelitian metode Lagrangian(Vitturi, Neri, Ongaro, menggunakan metode Lagrangian dalam Savio, & Boschi, 2010) dan estimasi penyebaran abu vulkanik gunung Eulerian(Costa, Macedonio, & Folch, berapi lokon. Metode Lagrangian dipakai 2006)(Gambar 1). untuk melihat pergerakan abu vulkanik pada wilayah berpenduduk. Penelitian ini diharapkan dapat berguna bagi pemerintah sehingga peringatan awal dapat dilakukan terhadap penduduk yang terkena penyebaran abu vulkanik agar dampak yang timbul akibat abu vulkanik gunung

berapi lokon dapat diminimalisir. 1.(a) 1.(b) Gambar 1.(a) Konsep Metode Lagrangian, (b) Tinjauan Pustaka Konsep Metode Eulerian (Hutchinson, 2001) Metode Lagrangian dan metode Metode Lagrangian merupakan Eulerian merupakan pendekatan yang metode untuk melihat pergerakan partikel berbeda yang digunakan untuk dimana pengamat mengamati partikel memodelkan penyebaran aliran. bergerak dalam ruang dan waktu. Berdasarkan kondisi, jika data yang

Jurnal Frontiers Volume 2 Nomor 3, Desember 2019 302 P-ISSN: 2621-0991 E-ISSN: 2621-1009 Indra Rianto, Jurnal Sains dan Teknologi, Universitas Negeri Manado www.unima.ac.id/lppm/efrontiers digunakan dalam memodelkan penyebaran, Gunung Lokon metode Eulerian lebih efisien dibandingkan dengan metode Lagrangian. Tetapi jika Gunung Lokon berlokasi di Kota sudah menggunakan data yang kompleks , Provinsi Sulawesi Utara maka metode Lagrangian dapat (Gambar 2.a) dan merupakan salah satu memberikan akurasi yang lebih baik gunung api yang sering meletus. dibandingkan dengan metode Euler (Klose, Berdasarkan bentuk morfologinya, puncak et al., 2001). Metode Lagrangian dan Gunung Lokon berdampingan dengan metode Eulerian dapat digabung untuk puncak Gunung Empung dengan jarak mendapatkan hasil yang lebih baik, tetapi antara keduanya 2.3 km. Sehingga gunung terkadang metode gabungan tersebut Lokon dan Gunung Empung merupakan didapati tidak akurat (Mark, Rundqvist, & gunung kembar dan sering disebut Edelvik, 2011). Kompleks Lokon-Empung (Gambar 2.b). Lagrangian tidak hanya dipakai Secara geografis puncak Gunung Lokon dalam memodelkan pergerakan fluida, terletak pada 1o21.5’ Lintang Utara dan seperti penelitian yang dilakukan oleh 124o47’ Bujur Timur dengan ketinggian Kelager (Kelager, 2006) membuat 1579.5 m dari permukaan laut, sedangkan penelitian menggunakan lagrangian untuk puncak Gunung Empung pada 1o22’ memodelkan aliran fluida secara interaktif, Lintang Utara dan 124o47’ Bujur Timur tetapi metode Lagrangian juga dapat mencapai ketinggian 1340 m dari memodelkan pergerakan partikel di udara. permukaan laut. Misalnya penelitian yang dilakukan untuk Berdasarkan sejarah, letusan bermula melihat dampak dari pergerakan dan terjadi di Puncak Empung yang transformasi dari stratifikasi ozon yang berlangsung dari tahun 1350 sampai 1400. dipantau dari lapisan troposphere Sejak tahun 1829 titik aktivitas berpindah menggunakan metode Lagrangian (Collete, pada pelana antara dua puncak yang Ancellet, Menut, & Arnold, 2006). dikenal dengan nama Kawah Tompaluan Lagrangian juga dapat digunakan (1o21’52.68” LU dan 124o47’57.58” BT), untuk memodelkan pergerakan abu dan menjadi kawah aktif atau pusat letusan vulkanik gunung berapi. Seperti penelitian hingga saat ini (Gambar 2.b). yang dilakukan untuk memodelkan Letusan besar terakhir terjadi dalam penyebaran abu vulkanik dengan bulan Oktober 1991, letusan tersebut menggabungkan banyak metode, yang disertai dengan awan panas dan berakhir salah satunya adalah HYSPLIT (Hybrid dengan terbentuknya sumbat lava yang Single-Particle Lagrangian Integrated diberi nama Sumbat Lava 1991. Dalam Trajectory)(Morton, Arnold, Webley, kurun waktu antara tahun 2000 sampai Wotawa, & Stunder). Adapun penelitian dengan 2003 letusan berlangsung secara yang dilakukan untuk memodelkan 3-D abu beruntun hamper setiap tahun. Sumbat vulkanik letusan gunung berapi, dengan Lava 1991 secara bertahap terkikis dan studi kasus Gunung Shinmoe-dake, Japan. menghasilkan lubang baru di dasar kawah Pemodelan penyebaran abu vulkanik (Wittiri & Haerani, 2010). menggunakan metode Lagrangian yang dipakai untuk melihat pergerakan partikel di udara, dalam hal ini adalah abu vulkanik (Suzuki & Koyaguchi, 2013).

Jurnal Frontiers Volume 2 Nomor 3, Desember 2019 303 P-ISSN: 2621-0991 E-ISSN: 2621-1009 Indra Rianto, Jurnal Sains dan Teknologi, Universitas Negeri Manado www.unima.ac.id/lppm/efrontiers 푑 푑∆x 푑∆y ∆V = ∆y∆z + ∆z ∆x 푑푡 푑푡 푑푡 푑∆z + ∆y ∆x ...(4) 푑푡 1 푑∆x 1 푑∆y 1 푑∆z = ∆V[ + + ]...(5) ∆x 푑푡 ∆y 푑푡 ∆z 푑푡 2.a 2.b

Gambar 2. (a) Peta Lokasi Gunung Lokon, Tetapi: Sulawesi Utara. (b) Kompleks Gunung Lokon- 푑(∆x) ∆x −∆x Empung. Pelana antara kedua puncaknya adalah = 푣 ( ) − 푣 ( ) ...(6) lokasi kawah aktif, Kawah Tompaluan (Foto: Farid 푑푡 푥 2 푥 2 Bina, 2009). 휕푣푥 ≅ ∆x 푒푡푐. … 푦 … 푧 ...(7) Pada tahun 2007, Gunung Lokon 휕푥 beraktivitas kembali setelah empat tahun Sehingga, persamaan menjadi: beristirahat. Peningkatan aktivitas dapat ditandai dengan peningkatan jumlah gempa 푑 휕푣 휕푣푦 휕푣 ∆V = ∆V [ 푥 + + 푧] = ∆V ∇. v vulkanik dan gempa hembusan. Sampai 푑푡 휕푥 휕푦 휕푧 pada awal tahun 2011, jumlah gempa ...(8) vulkanik yang terjadi antara 100-800 kejadian setiap bulan (Kristianto, et al., Jadi, persamaan akhir Lagrangian adalah:

2012). 푑 n = −n ∇. v ...(9) 푑푡 Metode Lagrangian HASIL DAN PEMBAHASAN Metode Lagrangian merupakan metode yang digunakan untuk perpindahan fluida. Dengan menggunakan metode Sehingga metode lagrangian dapat Lagrangian, yang dijalankan dengan dituliskan seperti: HYSPLIT maka hasil yang didapat seperti 푑 푑 ≡ + 푉. ∇ ...(1) yang ditampilkan pada Gambar 3. Dengan 푑푡 푑푡 ketinggian letusan gunung berapi setinggi dimana V.∇ adalah nilai perubahan dari 5000 kaki dengan waktu semburan abu posisi semula. V.∇ dapat dijabarkan vulkanik selama 1 jam, maka dapat dilihat menjadi: bahwa abu yang bergerak hanya dalam dx ∂ dy ∂ dz ∂ ketinggian sampai dengan 200 kaki. Waktu 푉. ∇= [ ] [ ] + [ ] [ ] + [ ] [ ] ∂t ∂x ∂t ∂y ∂t ∂z penyebaran abu vulkanik selama 12 jam, maka dapat dilihat bahwa pada pada 6 jam ...(2) pertama maka abu vulkanik terlihat Dari sudut pandang Lagrangian: bergerak kearah utara gunung Lokon dan telah berada di atas permukaan laut. Pada 6 푑 1 푑∆V jam berikutnya, abu vulkanik telah ∆V = −푛 ...(3) 푑푡 ∆V dt bergerak lagi kearah utara. Gambar 3 merupakan peramalan abu vulkanik yang Jumlah partikel dalam volume elemen (∆N) terjadi pada saat terjadi letusan jika adalah konstan. (∆V=∆x ∆y ∆z) sehingga persamaan menjadi:

Jurnal Frontiers Volume 2 Nomor 3, Desember 2019 304 P-ISSN: 2621-0991 E-ISSN: 2621-1009 Indra Rianto, Jurnal Sains dan Teknologi, Universitas Negeri Manado www.unima.ac.id/lppm/efrontiers perkiraan ketinggian letusan setinggi 5000 DAFTAR PUSTAKA kaki. BMKG. (2013, Agustus 30). Informasi Gunung Api | BMKG. Retrieved from Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika: http://www.bmkg.go.id/bmkg_pusat/ klimatologi/Informasi_Gunung_Api. bmkg Collete, A., Ancellet, G., Menut, L., & Arnold, S. (2006). A Lagrangian Analysis of the Impact of Transport and Transformation on the Ozone Stratification Observed in the Troposhere during the ESCOMPTE Campaign. Atmos. Chem. Phys , 3487-3503. Costa, A., Macedonio, G., & Folch, A. (2006). A Three-dimensional Eulerian Model for Transport and Deposition of Volcanic Ashes. Earth and Planetary Science Letters 241 , 634-647.

Higuchi, K., Koriyama, C., & Akiba, S. Gambar 3. Penyebaran Abu Vulkanik Gunung (2012). Increased Mortality of Lokon Respiratory Diseases, Inculing Lung PENUTUP Cancer, in the Area with Large Amount of Ashfall from Mount Kesimpulan dan Saran Sakurajima Volcano. Journal of Metode Lagrangian dapat digunakan Environmental and Public Health . untuk memprediksi arah dan wilayah yang akan dilewati oleh abu vulkanik akibat Hutchinson, I. H. (2001). Chapter 4 Fluid letusan gunung Lokon. Dengan demikian, Description of Plasma. Retrieved 9 9, pemerintah setempat dapat memberikan 2013, from Introduction to Plasma peringatan awal kepada masyarakat yang Physics: akan terkena penyebaran abu vulkanik. http://silas.psfc.mit.edu/introplasma/ Sehingga dampak negatif yang ditimbulkan chap4.html akibat abu vulkanik dapat diminimalisir.Simulasi abu vulkanik yang Kelager, M. (2006). Lagrangian Fluid dihasilkan dari penelitian ini hanya berupa Dynamics Using Smoothed Particle bentuk 2D maka disarankan pada penelitian Hydrodynamics. Denmark: selanjutnya diharapkan penyebaran abu University of Copenhagen. vulkanik gunung Lokon dapat dilakukan Klose, G., Rottenkolber, G., Schmehl, R., dalam bentuk 3D. Giebert, D., Schafer, O., Koch, R., et

Jurnal Frontiers Volume 2 Nomor 3, Desember 2019 305 P-ISSN: 2621-0991 E-ISSN: 2621-1009 Indra Rianto, Jurnal Sains dan Teknologi, Universitas Negeri Manado www.unima.ac.id/lppm/efrontiers

al. (2001). A Combined Eulerian and Sulawesi Utara. Jurnal Lingkungan Lagrangian Method for Prediction of dan Bencana Geologi , 1 (1), 1-10 Evaporating Sprays. 2001 ASME Design Engineering Technical Conferences (pp. 1-10). New

Orleans, Louisiana: Proceedings of DETC'01. Kristianto, Gunawan, H., Haerani, N., Mulyana, I., Basuki, A., Primulyana, S., et al. (2012). Gejala Awal Letusan Gunung Lokon Februari 2011-Maret 2012. Jurnal Lingkungan dan Bencana Geologi , 151-168. Mark, A., Rundqvist, R., & Edelvik, F. (2011). Comparison Between Different Immersed Boundary Conditions for Simulation of Complex Fluid Flows. FDMP , 7 (3), 241-258.

Morton, D., Arnold, D., Webley, P.,

Wotawa, G., & Stunder, B. (n.d.). Unified Model Intercomparisons for Volcanic Ash Transport Modeling. Unpublish Jurnal . Suzuki, Y. J., & Koyaguchi, T. (2013). 3D Numerical Simulation of Volcanic Eruption Clouds during the 2011 Shinmoe-dake Eruptions. Earth

Planets Space , 581-589.

Vitturi, M. d., Neri, A., Ongaro, T. E., Savio, S. L., & Boschi, E. (2010). Lagrangian Modeling of Large Volcanic Particles: Application to Vulcanian Explosions. Journal of Geophysical Research , 115, 1-18. Wittiri, S. R., & Haerani, N. (2010). Gempa Mikro sebagai Indikasi Amblesnya Kawah Tompaluan, Gunung Lokon,

Jurnal Frontiers Volume 2 Nomor 3, Desember 2019 306 P-ISSN: 2621-0991 E-ISSN: 2621-1009