Pada 11 Maret 2011, gempa bumi berkekuatan 9, 0 mengguncang Jepang selama hampir enam menit, memicu tsunami dan bencana nuklir yang secara kolektif menewaskan hampir 20.000 orang. Tetapi di bawah permukaan, lempeng tektonik di lepas pantai timur Jepang diam-diam mulai bergeser jauh sebelum goncangan dimulai. Pada bulan Februari 2011, dua gempa bumi yang lebih tenang mulai merayap perlahan di sepanjang Parit Jepang menuju titik di mana gempa besar megathrust akan meletus sebulan kemudian.
Konten terkait
- Geologi Di Balik Gempa Bencana Italia
- Perlambatan Seismik Bisa Memperingatkan Gempa Bumi yang Akan Datang
Gempa yang aneh dan tenang ini disebut peristiwa tergelincir lambat, atau gempa bumi lambat — istilah umum untuk spektrum gerak dan guncangan yang tenang yang terjadi pada batas antara lempeng tektonik. Ditemukan hanya dalam 20 tahun terakhir, gempa bumi yang lambat masih menjadi teka-teki seismik. Mereka dapat menggeser lempeng tektonik sebanyak atau lebih dari gempa berkekuatan 7. Tetapi sementara gempa bumi biasa tiba-tiba melepaskan gelombang seismik yang dapat menumbangkan bangunan, gempa bumi yang lambat berlangsung berhari-hari, berbulan-bulan, kadang-kadang bahkan bertahun-tahun — dan orang-orang terdekat tidak pernah merasakan apa pun.
Suara gemuruh yang tak terlihat ini diduga telah mendahului gempa besar yang merobek Jepang, Meksiko, dan Chili — tetapi kita tidak tahu apakah gempa bumi yang lambat memicu gempa besar atau bahkan bagaimana mereka berhubungan dengan rekan-rekan mereka yang lebih cepat dan lebih berbahaya. Menguraikan kapan, di mana, dan mengapa gempa bumi melanda bisa membantu kita memahami zona sesar paling berbahaya di planet kita — dan, bahkan mungkin membantu kita memperkirakan gempa dan tsunami dahsyat sebelum mereka mengambil korban.
"Ini benar-benar misteri, " kata Heidi Houston, ahli geofisika di University of Washington di Seattle. "Kami mempelajari gempa bumi biasa selama beberapa dekade dan kami memahami beberapa hal tentangnya — dan kemudian proses ini muncul dan sama dalam beberapa aspek, dan sangat berbeda dalam beberapa aspek lainnya."
Memasang sensor untuk memantau gerakan halus bumi. (Courtesy Herb Dragert) Sebelum akhir 1990-an, ahli geologi berpikir bahwa mereka telah memahami bagaimana teka-teki gambar lempeng tektonik yang menutupi permukaan bumi bergerak dan cocok bersama. Mereka berasumsi bahwa ketika satu lempengan kerak bumi meluncur melewati yang lain, lempeng-lempeng itu terus-menerus merayap melewati satu sama lain atau menjadi tersangkut, menumpuk stres sampai meledak secara eksplosif dalam gempa bumi yang mengguncang riak dari zona patahan.
Tetapi mulai sekitar milenium baru, kesibukan publikasi ilmiah menggambarkan kelas baru gempa bumi berulang yang meluas yang diamati di tepi berlawanan dari Lingkar Pasifik.
Laporan pertama dari acara slip lambat jelas berasal dari Zona Subduksi Cascadia, yang dibentuk oleh lempeng Juan de Fuca mendorong di bawah lempeng Amerika Utara dari California utara ke Pulau Vancouver. Di sana, daerah sekitar 20 mil di bawah permukaan diperlunak oleh kedalaman dan suhu tinggi dan meluncur dengan lancar melewati satu sama lain. Tetapi bagian dangkal yang rapuh dan rapuh dari lempeng tektonik yang bergeser dapat saling menempel sampai daerah yang terjebak pecah dalam megathrust raksasa. Cascadia belum mengeluarkan gempa raksasa sejak 1700-an - tetapi gemuruh di komunitas seismik menunjukkan gempa besar berikutnya akan datang.
Pada tahun 1999, ahli geofisika Herb Dragert dengan Geological Survey of Canada memperhatikan bahwa beberapa stasiun pemantauan GPS terus menerus di Pulau Vancouver selatan dan Semenanjung Olimpiade berperilaku aneh. Tujuh dari mereka melompat sekitar seperempat inci selama beberapa minggu ke arah yang berlawanan dari gerakan normal lempeng itu. Jenis lompatan mundur ini adalah apa yang Anda harapkan untuk dilihat dalam gempa bumi — tetapi tidak ada guncangan yang terdeteksi.
"Ramuan pada awalnya sangat khawatir — dia pikir ada yang salah dengan data, " kata Kelin Wang, seorang ilmuwan di Survei Geologi Kanada yang bekerja dengan Dragert dan ahli geografi Thomas James untuk memecahkan kode teka-teki ini. "Dia mencoba segalanya untuk membuktikan dirinya salah, dan semuanya gagal."
Itu karena tidak ada yang salah dengan data. Tim segera menyadari bahwa mereka melihat lempeng Amerika Utara dan lempeng Juan de Fuca tergelincir dengan lembut ketika tambalan di mana mereka saling menempel tanpa ritsleting. Pada 18 hingga 24 mil di bawah permukaan, tambalan-tambalan yang macet ini berada di atas daerah bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi di mana lempeng-lempeng itu meluncur dengan lancar, tetapi di bawah bagian zona subduksi yang terkunci dan menghasilkan gempa. Dan ternyata zona menengah lengket itu tergelincir pada jadwal, setiap 14 bulan.
Sekitar waktu yang sama, di seberang Samudra Pasifik, seismolog dengan Lembaga Penelitian Nasional untuk Ilmu Bumi dan Pencegahan Bencana memperhatikan getaran frekuensi rendah yang menyebar secara berkala dari seismometer ke seismometer melintasi zona subduksi Nankai Trough di Jepang Barat Daya. Kazushige Obara, yang sekarang di Institut Penelitian Gempa Bumi Universitas Tokyo, mengamati bahwa gemuruh ini bermula 21 mil di bawah permukaan dan bisa berlangsung selama berhari-hari, menyerupai getaran yang menyertai letusan gunung berapi — tetapi ini bukan daerah vulkanik.
Ketika Obara dan Dragert bertemu di sebuah konferensi, mereka menyadari bahwa peristiwa slip lambat yang terdeteksi oleh Dragert oleh GPS dan getaran non-vulkanik yang diambil Obara pada seismometer dapat menjadi tanda-tanda dari jenis pergerakan lempeng yang tak terlihat di zona subduksi.
"Saya dikejutkan oleh waktu durasi yang sama, keberpihakan identik dengan pemogokan zona subduksi masing-masing, kedalaman kejadian yang sama, " kata Dragert dalam email.
Jadi ketika Dragert kembali ke Kanada, rekannya Garry Rogers, seorang ahli gempa yang sekarang sudah pensiun yang bekerja dengan Dragert di Survei Geologi Kanada, memburu kotak-kotak seismogram lama untuk mencoba mengidentifikasi bentuk gelombang gempa. Mereka menemukannya setiap kali unit GPS mencatat peristiwa slip lambat.
"Rambut-rambut itu berdiri di belakang leher saya, " kata Rogers. "Itu adalah hari yang sangat menyenangkan."
Segera setelah itu, Obara menyelipkannya ke getaran yang dilihatnya di Jepang. Sekarang, kita tahu bahwa ada berbagai jenis gempa lambat yang dapat terjadi dengan atau tanpa getaran, pada kedalaman yang berbeda, dan untuk jangka waktu yang berbeda. Mereka diam-diam menyelinap melalui zona subduksi dari pantai Alaska, Kosta Rika, Meksiko, Selandia Baru dan bahkan melalui antarmuka pelat vertikal San Andreas Fault, semua tanpa deteksi (kecuali jika Anda adalah satelit atau seismometer).
"Kami benar-benar tidak tahu bahwa ada spektrum yang kaya dan rangkaian kejadian kesalahan patahan ini, " kata Laura Wallace, ahli geofisika di University of Texas di Austin yang mempelajari gempa bumi lambat di lepas pantai Selandia Baru. “Ini benar-benar mengubah pemahaman kami tentang bagaimana kesalahan berperilaku di batas lempeng dan bagaimana gerakan lempeng ditampung. Ini masalah yang cukup besar. ”
Selandia Baru dan dasar laut. Parit Hikurangi berada di selatan parit biru gelap (Parit Kermadec) di tengah-tengah gambar ini. (Sandwell & Smith (1997), Stagpoole (2002)) Tetapi menyelidiki spektrum yang kaya dari peristiwa slip lambat ini merupakan tantangan — sebagian karena mereka sangat halus, dan sebagian karena mereka sebagian besar tidak dapat diakses.
"Sangat sulit untuk melihat sesuatu yang sedalam itu di Bumi, " kata Rogers. Terutama jika sesuatu juga berada jauh di bawah laut, seperti peristiwa tergelincir lambat yang menggeser parit Hikurangi di lepas pantai timur Pulau Utara Selandia Baru hingga beberapa inci setiap beberapa tahun.
Jadi pada tahun 2014, Wallace menjadi kreatif. Dia memimpin penyebaran jaringan alat pengukur tekanan bawah air untuk mendeteksi gerakan vertikal dasar laut yang mungkin menandakan peristiwa slip lambat. Dia menghitung tepat: alat pengukur mendeteksi dasar laut di bawah mereka naik turun, yang Wallace dan timnya kalkulasikan berarti lempeng-lempeng itu telah tergelincir sekitar 4 hingga 8 inci selama rentang beberapa minggu. Tidak seperti slip lambat yang terjadi jauh di bawah permukaan di Cascadia dan Jepang, slip ini berasal dari 2, 5 hingga 4 mil di bawah dasar laut — yang berarti bahwa gempa bumi lambat dapat terjadi di kedalaman dan dalam kondisi yang jauh berbeda dari yang semula. ditemukan di.
Terlebih lagi, bagian parit yang tertangkap pengukur tekanan Wallace tergelincir adalah bagian yang sama yang menghasilkan dua tsunami back-to-back pada tahun 1947 yang menghancurkan sebuah pondok, membuang dua orang di jalan pedalaman, dan entah bagaimana tidak membunuh siapa pun.
"Jika kita dapat memahami hubungan antara peristiwa tergelincir lambat dan gempa bumi yang merusak di zona subduksi, pada akhirnya kita mungkin dapat menggunakan hal-hal ini dengan cara perkiraan, " katanya.
Tetapi pertama-tama, kita harus menjadi lebih baik dalam mendeteksi dan memonitor mereka, yang hanya dilakukan oleh Demian Saffer di Pennsylvania State University. Selama enam tahun terakhir, ia bekerja dengan para ilmuwan di Jepang dan Jerman untuk mendirikan dua observatorium lubang bor — pada dasarnya, kumpulan instrumen yang disegel di dalam lubang bor jauh di bawah dasar laut dekat Nankai Trench di Barat Daya Jepang — tempat di mana Obara pertama kali menemukan getaran .
Dari observatorium lubang bor ini serta dari data yang dikumpulkan oleh jaringan sensor dasar laut, timnya telah mengumpulkan bukti awal untuk slip lambat yang bertepatan dengan kawanan gempa bumi kecil frekuensi rendah. Saffer menduga slip lambat yang lambat ini mungkin melepaskan tekanan terpendam pada batas lempeng yang jika tidak akan pecah dalam gempa dahsyat.
Dia membandingkan fenomena ini dengan kopling yang tergelincir yang menumpuk sedikit stres, tetapi kemudian gagal setiap beberapa bulan hingga bertahun-tahun. "Apa yang kami lihat sangat awal, tetapi kami melihat indikasi peristiwa lambat yang cukup umum yang tampaknya menghilangkan stres pada batas lempeng, yang agak dingin, " katanya. Dia akan mempresentasikan hasil ini pada pertemuan American Geophysical Union musim gugur ini.
Para peneliti mengambil serangkaian sensor bawah laut yang telah memantau slip lambat lepas pantai Selandia Baru. (Atas perkenan Erin Todd di Universitas California-Santa Cruz) Wallace, Saffer dan tim ilmuwan internasional besar saat ini merencanakan ekspedisi untuk 2018 untuk mengebor parit Hikurangi untuk mendirikan observatorium serupa. Dan ketika mereka mengebor spin ke kerak samudera, mereka berencana untuk mengumpulkan sampel batuan yang membentuk lempeng tektonik untuk memahami apa itu tentang mineral dan cairan di zona subduksi yang memungkinkan selip lambat terjadi.
"Ada banyak teori tentang kondisi fisik seperti apa yang mungkin menyebabkan perilaku selip yang lambat ini, " Wallace menjelaskan. Dia mengatakan salah satu yang paling populer adalah kelebihan cairan di zona patahan melemahkannya dan membuatnya lebih mudah terpeleset. "Tapi kita masih belum benar-benar mengerti itu, " tambahnya.
Kembali ke tempat semuanya dimulai, di zona subduksi Cascadia, Heidi Houston dari Universitas Washington juga bekerja untuk memahami mekanisme dasar yang mendasari gempa bumi yang lambat. "Proses apa yang membuat mereka lambat?" Kata Houston. "Itulah misteri utama dari mereka."
Houston baru-baru ini menemukan bahwa ketika getaran bergemuruh di bawah zona sesar, kekuatan yang sama biasa seperti ombak dapat memperkuatnya. Dia terus menyelidiki bagaimana kedalaman, tekanan fluida, dan mineral yang tersimpan di batas antara lempeng tektonik mengubah sifat gempa bumi yang lambat.
Seperti ahli seismologi lainnya, ahli geosains dan ahli geofisika yang condong ke arah gempa lambat sejak ditemukan, sensasi dari apa yang masih belum diketahui memotivasi Houston — seperti halnya kemungkinan memahami gempa lambat mungkin suatu hari nanti memberi kita wawasan tentang gempa mematikan.
"Saya memiliki waktu dalam hidup saya untuk mempelajari proses ini, " katanya.
