Jauh di dalam kerak bumi, retakan yang disebabkan oleh gempa bumi yang bergerak lambat dapat pulih dalam hitungan jam, menurut penelitian baru yang diterbitkan dalam Science Advances pada tanggal 19 November. Mekanisme perbaikan diri yang luar biasa ini terjadi dalam kondisi panas dan tekanan ekstrem jauh di bawah lempeng tektonik. Studi ini memberikan wawasan penting tentang perilaku sesar, dan mempunyai implikasi untuk memahami peristiwa slow-slip dan potensi gempa bumi yang lebih besar dan lebih merusak.
Gempa Bumi Senyap dan Perbaikan Retakan yang Cepat
Para ahli geologi telah lama mengetahui tentang gempa bumi “diam” – yaitu gempa bumi yang terjadi secara perlahan (slow-slip) dimana tanah berubah bentuk selama berminggu-minggu atau berbulan-bulan, bukannya pecah secara hebat dalam hitungan detik. Tidak seperti gempa pada umumnya, gempa ini tidak menghasilkan gelombang seismik yang kuat, sehingga tidak terlalu berbahaya. Namun, gempa tersebut terjadi pada sistem patahan besar yang sama dengan gempa bumi besar, sehingga membuat para peneliti mempertanyakan mengapa beberapa wilayah tergelincir secara perlahan sementara wilayah lainnya tiba-tiba tergelincir.
Kuncinya, menurut penulis utama Amanda Thomas dari UC Davis, terletak pada kondisi fisik: perilaku gesekan yang salah dan stres efektif. “Yang menentukan apakah sesar tersebut tergelincir perlahan atau tiba-tiba adalah perilaku gesekan sesar dan tegangan efektif pada sesar tersebut.” Longsoran lambat (slow slip) terjadi lebih dalam, dimana suhunya tinggi dan banyak cairan.
Zona Subduksi Cascadia: Laboratorium Alami
Penelitian ini berfokus pada zona subduksi Cascadia, wilayah di mana Lempeng Juan de Fuca meluncur ke bawah Amerika Utara. “Sesar besar” ini mampu menghasilkan gempa berkekuatan 8-9 skala richter, namun juga sering mengalami peristiwa slow-slip. Cascadia unik karena jaringan pemantauannya yang luas memungkinkan para ilmuwan mempelajari fenomena ini secara mendetail.
Studi tersebut mengamati bahwa area tertentu di patahan Cascadia berulang kali pecah dan kemudian tertutup kembali dalam siklus slow-slip yang sama. Pengaktifan kembali yang cepat ini menunjukkan bahwa stres meningkat dengan cepat, namun material patahan dapat “sembuh” di antara jeda. Tim peneliti berusaha menjelaskan perilaku membingungkan ini.
Simulasi Lab Menciptakan Kondisi Bumi Dalam
Untuk menyelidikinya, para peneliti menciptakan kembali lingkungan ekstrim zona subduksi di laboratorium. Sebuah kapsul perak diisi dengan bubuk kuarsa dan air, kemudian dikenai suhu 500°C dan tekanan 10.000 kali lebih tinggi dari tekanan atmosfer. Mikroskop elektron mengungkapkan bahwa bahkan hanya dalam beberapa jam, butiran kuarsa telah menyatu.
“Penyembuhan kesalahan sangat bergantung pada suhu, tekanan, dan keberadaan cairan,” jelas Thomas. Percobaan membuktikan penguatan yang terukur dalam beberapa jam dalam kondisi seperti ini. Hal ini sangat kontras dengan retakan kerak yang lebih dangkal, yang memerlukan waktu bertahun-tahun hingga puluhan tahun untuk pulih.
Pengaruh Pasang Surut dan Pemuatan Ulang Stres yang Cepat
Studi ini juga mengungkap hubungan antara proses penyembuhan yang cepat dan pasang surut air laut. Sesar Cascadia mengalami semburan gempa berfrekuensi rendah yang selaras dengan siklus pasang surut. Hal ini menunjukkan bahwa perubahan tekanan akibat pasang surut dapat memicu patahan kembali hanya beberapa jam setelah patahan tersebut diperbaiki.
Hasilnya menunjukkan bahwa patahan dalam di Cascadia dapat menguat dengan cukup cepat sehingga berulang kali mengalami tekanan dan diaktifkan kembali dalam satu siklus slow-slip. Pemahaman ini sangat penting untuk memodelkan perilaku sesar dan menafsirkan data seismik secara akurat.
Implikasi terhadap Risiko Gempa Bumi
Penyembuhan kesalahan tidak terbatas pada zona subduksi dalam; gempa ini juga terjadi, meski lebih lambat, di wilayah yang lebih dangkal di mana gempa bumi besar berasal. Para peneliti berpendapat bahwa memasukkan proses perbaikan dalam model gempa di masa depan akan meningkatkan penilaian risiko. Memahami seberapa cepat patahan dapat kembali menguat dapat menyempurnakan prediksi tentang di mana dan kapan gempa besar berikutnya akan terjadi.
“Hasil kami menunjukkan bahwa proses dasar yang sama dapat terjadi di seluruh kerak bumi, namun rentang waktunya berubah tergantung pada lingkungan.” — Amanda Thomas, UC Davis
