Para ilmuwan telah menciptakan model untuk memprediksi aktivitas gempa bumi di zona subduksi dengan lebih baik dengan mempelajari bagaimana batuan larut dan berubah bentuk di bawah tekanan. Terobosan ini dapat menghasilkan perkiraan kejadian seismik yang lebih akurat di wilayah seperti Zona Subduksi Cascadia, sehingga berpotensi memitigasi dampak bencana alam di masa depan.
Para ilmuwan dari Penn State dan Brown University berpendapat bahwa batuan dari zona subduksi kuno, yaitu daerah di mana lempeng tektonik bertabrakan dan dipaksa berada di bawah satu sama lain, dapat meningkatkan prediksi tentang perilaku zona ini dalam interval antara gempa bumi besar.
Petunjuk dari formasi batuan di Alaska dan Jepang memungkinkan para ilmuwan mengembangkan model baru untuk memprediksi aktivitas solusi tekanan di zona subduksi, para peneliti melaporkan dalam jurnal Kemajuan Ilmu Pengetahuan. Batuan sedimen terdiri dari butiran-butiran yang dikelilingi oleh pori-pori yang mengandung air. Ketika batuan terhimpit di bawah tekanan besar, butiran-butiran tersebut larut pada batasnya ke dalam air yang ada di pori-pori, membentuk larutan bertekanan. Hal ini memungkinkan batuan berubah bentuk, atau berubah bentuk, sehingga memengaruhi cara lempeng tektonik meluncur melewati satu sama lain.
Analogi dan Mekanika Gempa
“Ini seperti saat Anda bermain seluncur es – bilah di permukaannya akhirnya melelehkan es, sehingga Anda bisa meluncur,” kata penulis koresponden Donald Fisher, profesor geosains di Penn State. “Dalam batuan, yang terjadi adalah butiran kuarsa larut pada kontak yang diberi tekanan dan material terlarut berpindah ke retakan di mana ia mengendap.”
Gempa bumi terkuat di dunia terjadi di zona subduksi, di mana salah satu lempeng tektonik meluncur ke bawah lempeng lainnya. Ketika lempeng-lempeng ini saling menempel, tekanan akan terbentuk di kerak bumi – seperti karet gelang yang diregangkan. Ketika tekanan yang cukup menumpuk untuk mengatasi gesekan yang menyatukan lempengan-lempengan tersebut – seperti putusnya karet gelang – gempa bumi akan terjadi.
“Kami telah menunjukkan bahwa solusi tekanan merupakan proses mendasar selama periode interseismik di zona subduksi,” kata Fisher. “Terjadinya larutan tekanan ini benar-benar dapat mempengaruhi jumlah regangan elastis yang terakumulasi di berbagai bagian zona seismogenik.”
Pergeseran – atau patahan yang disebabkan oleh tekanan – pada singkapan batuan seperti yang digambarkan di sini dapat memberikan petunjuk baru tentang tektonik yang terjadi di antara gempa bumi besar di zona subduksi, menurut penelitian baru. Lensa kamera menunjukkan skala fitur batu tersebut. Kredit: Disediakan oleh Donald Fisher
Solusi tekanan sulit untuk dieksplorasi di laboratorium karena biasanya terjadi sangat lambat selama ribuan hingga jutaan tahun, kata Fisher. Mempercepat proses di laboratorium memerlukan suhu yang lebih tinggi, yang menghasilkan perubahan lain pada batuan yang berdampak pada eksperimen.
Para ilmuwan malah beralih ke batuan yang pernah mengalami tekanan tektonik dan kemudian muncul ke permukaan melalui proses geologis. Batuan tersebut menunjukkan pergeseran mikroskopis – atau retakan yang disebabkan oleh regangan – yang mengandung tekstur yang memberikan bukti adanya solusi tekanan, kata para ilmuwan.
“Pekerjaan ini memungkinkan kita untuk menguji hukum aliran, atau model, yang menggambarkan laju solusi tekanan pada batuan kuno yang pernah berada di batas lempeng dan telah digali ke permukaan,” kata Fisher. “Dan kita dapat menerapkan ini pada margin aktif yang bergerak hari ini.”
Memajukan Model Ilmiah
Sebuah studi sebelumnya yang dilakukan oleh tim ilmuwan lain menghubungkan tekanan yang dialami batuan dan laju regangan – atau seberapa besar deformasinya. Dalam penelitian barunya, Fisher dan rekannya, Greg Hirth, profesor di Brown University, menciptakan model yang lebih rinci yang mempertimbangkan faktor-faktor seperti ukuran butir dan kelarutan batuan, atau seberapa banyak material batuan dapat larut ke dalam cairan.
“Kami mampu membuat parameter kelarutan sebagai fungsi suhu dan tekanan, dengan cara praktis yang belum pernah dilakukan sebelumnya,” kata Fisher. “Jadi sekarang kita dapat memasukkan angka-angka – ukuran butir yang berbeda, suhu yang berbeda, tekanan yang berbeda, dan mengetahui laju regangan dari hal tersebut.”
Hasilnya dapat membantu mengungkap di lapisan seismogenik – kisaran kedalaman tempat terjadinya sebagian besar gempa bumi – ketegangan tersebut terjadi.
Para peneliti menerapkan model mereka pada Zona Subduksi Cascadia, sebuah patahan aktif yang membentang dari California utara hingga Kanada dan kota-kota besar seperti Portland, Oregon, Seattle, dan Vancouver, British Columbia.
Suhu di sepanjang batas lempeng dan jumlah regangan yang terbentuk telah dipelajari dengan baik di sana, dan hasil modelnya cocok dengan pergerakan kerak berdasarkan pengamatan satelit, kata para ilmuwan.
“Cascadia adalah contoh yang bagus karena berada di akhir periode interseismik – sudah 300 tahun sejak gempa besar terakhir,” kata Fisher. “Kita mungkin akan mengalami satu bencana dalam hidup kita, yang merupakan bencana alam terbesar yang dapat diantisipasi oleh Amerika Utara dalam hal potensi guncangan dan tsunami yang diakibatkannya.”
Referensi: “Hukum aliran solusi tekanan untuk zona seismogenik: Penerapan pada Cascadia” oleh Donald M. Fisher dan Greg Hirth, 24 Januari 2024, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.adi7279
National Science Foundation mendukung pekerjaan ini.
