Misteri Gempa Berusia Puluhan Tahun Akhirnya Terpecahkan dengan Model Baru
Model gempa laboratorium baru menghubungkan area kontak nyata dengan dinamika gempa, membuka jalan bagi sistem prediksi dan peringatan dini yang lebih baik.
Para ilmuwan telah menciptakan model laboratorium baru yang menghubungkan area kontak kecil dan nyata antara permukaan patahan dengan kemungkinan terjadinya gempa bumi. Rinci di Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasionalpenelitian ini mengungkap bagaimana gesekan mikroskopis memengaruhi aktivitas seismik, menawarkan pemahaman yang lebih mendalam tentang perilaku gempa dan potensi prediksi dini.
“Kami pada dasarnya telah membuka jendela ke inti mekanika gempa bumi,” kata Sylvain Barbot, profesor ilmu bumi di University of California. USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences dan peneliti utama studi ini. “Dengan mengamati bagaimana area kontak nyata antara permukaan patahan berkembang selama siklus gempa bumi, kita sekarang dapat menjelaskan baik lambatnya penumpukan tekanan pada patahan maupun pecahnya cepat yang terjadi setelahnya. Pada akhirnya, hal ini dapat mengarah pada pendekatan baru untuk memantau dan memprediksi nukleasi gempa pada tahap awal.”
Selama bertahun-tahun, para peneliti telah menggunakan hukum gesekan “kecepatan dan keadaan” empiris untuk mensimulasikan gempa bumi, model matematika yang berhasil menggambarkan gerakan seismik namun tidak menjelaskan penyebab utamanya. Menurut Barbot, “Model kami mengungkapkan apa yang sebenarnya terjadi pada antarmuka patahan selama siklus gempa bumi.”
Barbot mengatakan penemuan ini merupakan konsep sederhana: “Ketika dua permukaan kasar saling bergesekan, keduanya hanya melakukan kontak pada titik persimpangan yang sangat kecil dan terisolasi, yang mencakup sebagian kecil dari total luas permukaan.” “Area kontak nyata” ini – tidak terlihat oleh mata namun dapat diukur melalui teknik optik – ternyata menjadi variabel keadaan utama yang mengendalikan perilaku gempa.
Gempa bumi laboratorium: Menyalakan gempa bumi secara real time
Penelitian ini menggunakan bahan akrilik transparan yang memungkinkan para peneliti untuk menyaksikan retakan gempa yang terjadi secara real time. Dengan menggunakan kamera berkecepatan tinggi dan pengukuran optik, tim melacak bagaimana transmisi cahaya LED berubah ketika sambungan kontak terbentuk, tumbuh, dan hancur selama gempa bumi di laboratorium.
“Kami benar-benar dapat menyaksikan area kontak berkembang seiring penyebaran retakan,” kata Barbot. “Selama retakan yang cepat, kita melihat sekitar 30% area kontak menghilang dalam hitungan milidetik – sebuah pelemahan dramatis yang mendorong gempa bumi.”
Hasil laboratorium mengungkapkan hubungan yang sebelumnya tersembunyi: “variabel keadaan” empiris yang digunakan dalam model gempa standar selama beberapa dekade mewakili area kontak nyata antara permukaan sesar. Penemuan ini memberikan interpretasi fisik pertama terhadap konsep matematika yang menjadi pusat ilmu gempa sejak tahun 1970an.
Dari simulasi hingga prediksi
Para peneliti menganalisis 26 skenario simulasi gempa yang berbeda dan menemukan bahwa hubungan antara kecepatan pecah dan energi rekahan mengikuti prediksi mekanika rekahan elastis linier. Simulasi komputer yang dilakukan tim berhasil mereproduksi gempa bumi yang lambat dan cepat di laboratorium, tidak hanya mencocokkan kecepatan patahan dan penurunan tegangan, namun juga jumlah cahaya yang ditransmisikan melintasi antarmuka patahan selama patahan.
Area kontak yang berubah selama siklus gempa bumi akan mempengaruhi berbagai sifat yang dapat diukur, termasuk konduktivitas listrik, permeabilitas hidrolik, dan transmisi gelombang seismik. Karena area kontak sebenarnya mempengaruhi berbagai sifat fisik zona sesar, pemantauan terus-menerus terhadap proksi ini selama siklus gempa bumi dapat memberikan wawasan baru mengenai perilaku sesar.
Implikasinya jauh melampaui pemahaman akademis dan eksperimen laboratorium. Penelitian ini menunjukkan bahwa pemantauan keadaan fisik kontak sesar dapat menyediakan alat baru untuk sistem gempa bumi jangka pendek dan berpotensi untuk memprediksi gempa bumi yang andal menggunakan konduktivitas listrik dari sesar tersebut.
“Jika kita dapat memantau sifat-sifat ini secara terus menerus pada patahan alami, kita mungkin dapat mendeteksi tahap awal nukleasi gempa bumi,” jelas Barbot. “Hal ini dapat mengarah pada pendekatan baru untuk memantau nukleasi gempa pada tahap awal, jauh sebelum gelombang seismik terpancar.”
Melihat ke depan
Para peneliti berencana untuk memperluas temuan mereka di luar kondisi laboratorium yang terkendali. Barbot menjelaskan: Model penelitian ini memberikan landasan fisik untuk memahami bagaimana sifat patahan berkembang selama siklus seismik.
“Bayangkan masa depan di mana kita dapat mendeteksi perubahan kecil pada kondisi patahan sebelum gempa terjadi,” kata Barbot. “Itulah potensi jangka panjang dari pekerjaan ini.”’
Pendanaan: National Science Foundation, Pusat Gempa California di Seluruh Negara Bagian
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin SciTechDaily.
Ikuti kami di Google dan Google Berita.
