September 29, 2022

Untuk 750 mil, patahan San Andreas memotong bekas luka di sepanjang California. Di sana, dua lempeng tektonik kolosal—lempeng Amerika Utara dan Pasifik—bertumbukan satu sama lain. Ketika lempeng-lempeng itu terlepas dan tergelincir, manusia yang hidup di atasnya mungkin akan mengalami gempa bumi yang menghancurkan.

Kunci untuk memahami gempa tersebut mungkin terletak di dalam zona bahaya patahan, di dalam dinding kaca gedung perkantoran yang tidak mencolok di Menlo Park, pinggiran di semenanjung San Francisco. Di sana terletak kantor regional US Geological Survey, penjaga data bahaya gempa. Sebagian berkat ahli geologi yang bekerja di gedung itu, patahan ini adalah salah satu yang terbaik dipelajari di planet ini.

Namun pemahaman kita tentang bagaimana Bumi bekerja di bawah permukaan masih jauh dari sempurna. Untuk menyatukan teka-teki itu, para ilmuwan melihat jutaan tahun ke masa lalu. Apa yang telah ditemukan oleh dua kelompok—diterbitkan dalam dua makalah, satu di Kemajuan Ilmu Pengetahuan dan satu lagi di Geologi—dapat membantu kita lebih mengetahui di mana gempa bumi terjadi.

Memodelkan bagaimana gunung bergerak

Menlo Park terletak di bawah bayang-bayang Pegunungan Santa Cruz. Bergerigi seperti punggung naga, puncak-puncak ini, yang terkenal dengan kebun anggurnya, memisahkan Lembah Silikon dari Samudra Pasifik.

Dalam waktu geologis, gunung-gunung ini masih kanak-kanak: Para ahli geologi mengira gunung-gunung itu mulai naik sekitar 4 juta tahun yang lalu. Mereka duduk di “simpul” di mana kurva patahan San Andreas. Ahli geologi berpikir bahwa tikungan mendorong gunung ke atas dalam urutan panjang gempa. Apa sebenarnya gempa bumi yang menyebabkan kenaikan itu, bagaimanapun, tetap tidak jelas.

[Related: When should we issue earthquake warnings? It’s complicated.]

Untungnya, para ilmuwan Bay Area telah mengukur gempa bumi dan mengumpulkan sampel batuan selama beberapa dekade. Tidak semua data cocok satu sama lain, tetapi mereka masih menjadikan daerah itu “salah satu laboratorium alam utama untuk menjawab beberapa pertanyaan ini,” menurut George Hilley, ahli geologi di Universitas Stanford, dan salah satu penulis Kemajuan Ilmu Pengetahuan kertas. Kelompok itu juga mengumpulkan data mereka sendiri: Mereka mengambil sampel batuan untuk helium, sebuah elemen yang dapat memberi tahu ahli geologi pada suhu berapa, dan berapa lama sebuah batu terbentuk.

See also  Pengajuan dapat mengungkapkan petunjuk tentang rencana Apple untuk VR
Patahan San Andreas di Dataran Carrizo, yang merupakan lembah jarang berpenghuni yang terletak di barat laut Los Angeles. Laboratorium Propulsi Jet NASA

Menggunakan data itu, Hilley, salah satu mahasiswa pascasarjananya, Curtis Baden, dan rekan-rekan mereka menciptakan model komputasi, salah satu model geologi pertama yang mengandalkan fisika dinamis, untuk menunjukkan bagaimana gunung terbentuk. Mereka memanfaatkan perangkat lunak yang digunakan oleh para insinyur untuk mempelajari bagaimana bahan tahan terhadap berbagai beban. Hasilnya, model mereka dapat menunjukkan bagaimana batu dapat membengkok, pecah, dan melengkung saat gempa bumi menyebabkan gunung naik.

Simulasi mereka menunjukkan sesuatu yang mengejutkan. “Setidaknya jika modelnya dapat dipercaya, sebagian besar pembangunan gunung sebenarnya bisa terjadi di antara gempa bumi daripada selama gempa itu sendiri,” kata Hiley.

Di sebagian besar patahan, lempeng tektonik yang bergerak mencoba memaksa diri melewati satu sama lain. Selama bertahun-tahun atau puluhan tahun atau bahkan berabad-abad, mereka diam-diam akan terus mendorong, membangun energi di perbatasan.

Tak pelak, ada sesuatu yang membentak. Semua energi itu dilepaskan dalam getaran yang tiba-tiba: gempa bumi. Tetapi di antara gempa, energi itu juga bisa masuk ke dalam bangunan gunung, menurut simulasi ini.

Dan data dari simulasi ini, kata penulis, dapat membantu mengisi kesenjangan di mana pengamatan lain tidak cocok.

Sebuah prestasi arkeologi gempa

Terbang sekitar seratus mil tenggara dari Bay Area, ke daerah dekat Taman Nasional Pinnacles, dan sifat patahan San Andreas berubah. Gempa bumi besar hampir tidak biasa terjadi di sini seperti di utara atau lebih jauh ke selatan, di mana patahan melewati Los Angeles, Inland Empire, dan Palm Springs.

Itu karena bagian patahan San Andreas ini tidak seperti yang lain. Di sini, lempeng Amerika Utara dan Pasifik terus merangkak melewati satu sama lain, tanpa menimbulkan tekanan yang mengakibatkan gempa bumi dahsyat. Ahli geofisika menyebutnya sebagai sesar “merayap”.

See also  Bagaimana lautan di bawah permukaan dapat memengaruhi kehidupan di Bumi

Central San Andreas dapat melihat serangkaian gempa kecil yang relatif tidak berbahaya, tetapi belum pernah ada Gempa Besar dalam sejarah yang tercatat—setidaknya selama 2.000 tahun. Tapi hanya karena pusat San Andreas adalah kesalahan merayap hari ini tidak berarti selalu begitu. Para ilmuwan ingin mengupas bebatuan dan mengintip masa lalunya.

Mereka mengandalkan biomarker: Sisa-sisa organisme hidup, yang terperangkap dalam rekaman batuan dan diubah secara kimiawi oleh panas tinggi. Beginilah cara minyak bumi dan gas alam terbentuk, dan para pemburu bahan bakar fosil sangat akrab dengan gagasan menggunakan biomarker sebagai alat pencarian.

“Apa yang kami lakukan adalah mengambil ide itu dan mengubahnya,” kata Heather Savage, seismolog di University of California, Santa Cruz, dan penulis buku tersebut. Geologi kertas. “Jika Anda memiliki beberapa molekul organik di zona patahan, mereka hanya akan mengalami panas tinggi selama mungkin beberapa detik selama gempa, tetapi bisa menjadi sangat panas, jadi kita masih harus melihat beberapa reaksi ini terjadi.”

Mengebor dalam, hampir 10.500 kaki (3.200 meter) di bawah permukaan, para ilmuwan ini menemukan biomarker yang menunjukkan sejarah yang agak kejam. Patahan yang tenang ini pernah terbelah oleh banyak sekali gempa bumi. Para ilmuwan ini menemukan bukti untuk setidaknya 100 gempa, beberapa berpotensi setinggi 7 skala Richter: lebih kuat dari gempa Loma Prieta 1989 dan Northridge 1994 dalam ingatan California baru-baru ini.

Model gempa mendapat perombakan besar dengan petunjuk yang terkubur di patahan San Andreas
Batuan sedimen yang secara struktural diubah selama gempa bumi, seperti yang terlihat melalui mikroskop. Lapisan hijau memanas saat sesar tergelincir. Kelly Bradbury/Universitas Negeri Utah

“Sejauh yang kami tahu, sampai pekerjaan ini selesai, kami tidak tahu bahwa akan ada gempa bumi besar sejauh ini ke bagian yang merayap,” kata Savage.

Gempa ini mungkin terjadi di mana saja dari beberapa ribu hingga 3,2 juta tahun yang lalu; Savage dan rekan-rekannya sekarang mencari tanggal yang lebih tepat untuk gempa bumi ini. Tapi itu pertanda bahwa patahan ini sama sekali tidak tenang seperti yang terlihat. Jika itu bisa pecah dengan keras di masa lalu, ada kondisi untuk itu untuk pecah lagi dengan keras.

See also  Berlian ini menyimpan rahasia air di mantel bumi

Dari seismologi hingga perkuatan seismik

Memahami sejarah patahan San Andreas bukan hanya tentang membuat gambaran tentang seperti apa California ketika kungkang tanah dan kucing bertaring tajam berkeliaran di tanah itu, jutaan tahun yang lalu. Patahan tersebut memotong melewati dua daerah perkotaan terbesar di Amerika Utara, dan gempa buminya menempatkan puluhan juta orang dalam bahaya.

Ahli geologi berharap penelitian mereka dapat, di balik tembok kantor Survei Geologi Amerika Serikat itu, menginformasikan penilaian yang lebih baik tentang bagaimana gempa bumi dapat mengancam bangunan dan kehidupan.

Ketika para ahli tektonik mengevaluasi bahaya gempa di wilayah tertentu, mereka akan mempertimbangkan beberapa jenis data yang berbeda: pengukuran satelit dari bentuk bumi, pola gempa masa lalu, atau sejarah patahan jangka panjang. Terkadang—seperti di Pegunungan Santa Cruz saat ini—data tersebut tidak cocok satu sama lain. Hilley berharap model kelompoknya dapat mendamaikan ketidaksepakatan tersebut dengan menunjukkan bagaimana data ini terhubung ke proses yang sama.

Dan penelitian San Andreas pusat dapat menambah nuansa model risiko California Tengah. “Saya ingin berpikir bahwa pekerjaan kami dapat menginformasikan bahwa, pada kenyataannya, kami melihat gempa bumi, dan bukti untuk banyak gempa bumi di bagian ini,” kata Savage.