Pencitraan Deformasi: Merevolusi Pandangan Kita terhadap Misteri Bawah Tanah Bumi

Para peneliti di Universitas Texas telah mengembangkan sebuah teknik yang disebut pencitraan deformasi yang menggunakan knowledge pemetaan permukaan untuk melihat struktur bagian dalam Bumi. Metode ini meningkatkan pemahaman kita tentang fenomena geologi dan telah berhasil mengambil gambar space bawah permukaan yang terkena dampak gempa bumi Tohoku tahun 2011. Kredit: SciTechDaily.com

Teknik komputasi baru yang dikembangkan memungkinkan penggunaan teknologi pemetaan permukaan seperti Bahasa Indonesia: GPS untuk menganalisis struktur geologi bawah permukaan.

Metode ini, yang disebut pencitraan deformasi, menawarkan wawasan tentang kekakuan kerak dan mantel Bumi, yang meningkatkan pemahaman kita tentang proses geologi seperti gempa bumi. Teknik ini telah memberikan pandangan terperinci tentang space bawah permukaan selama gempa bumi Tohoku 2011 dan berpotensi untuk aplikasi masa depan yang luas dengan knowledge satelit.

Teknik Pencitraan Geologi Baru

Teknologi pemetaan permukaan seperti GPS, radar, dan pemindaian laser telah lama digunakan untuk mengukur fitur-fitur di permukaan Bumi. Kini, teknik komputasi baru yang dikembangkan di Universitas Texas di Austin memungkinkan para ilmuwan menggunakan teknologi tersebut untuk melihat ke dalam planet ini.

Stasiun GPS di atas pegunungan Sierra Nevada. Para peneliti di College of Texas di Austin menggunakan jaringan GPS untuk mengambil gambar bagian dalam planet. Kredit: UNAVCO/Nationwide Science Basis

Keuntungan Pencitraan Deformasi

Teknik baru ini, yang dijelaskan oleh para peneliti sebagai “pencitraan deformasi,” memberikan hasil yang sebanding dengan pencitraan seismik tetapi menawarkan informasi langsung tentang kekakuan kerak dan mantel planet. Sifat ini penting untuk memahami cara kerja gempa bumi dan proses geologi skala besar lainnya, kata Simone Puel, yang mengembangkan metode tersebut untuk proyek penelitian di College of Texas Institute for Geophysics saat menempuh pendidikan pascasarjana di UT Jackson Faculty of Geosciences.

“Sifat materials seperti kekakuan sangat penting untuk memahami berbagai proses yang terjadi di zona subduksi atau dalam ilmu gempa bumi secara umum,” kata Puel. “Jika dikombinasikan dengan teknik lain seperti seismik, elektromagnetik, atau gravitasi, seharusnya memungkinkan untuk benar-benar menghasilkan mannequin mekanis gempa bumi yang jauh lebih komprehensif dengan cara yang belum pernah dilakukan sebelumnya.”

Grafik yang menunjukkan kekakuan kerak Bumi di bawah Jepang. Gambar tersebut memperlihatkan batas tempat lempeng benua Jepang (bercak merah tua yang besar) bertabrakan dengan lempeng samudra yang lebih kaku (bercak biru tua). Bercak merah tua yang lebih kecil di bagian tengah gambar kemungkinan merupakan sistem magma yang mengalirkan gunung berapi Jepang (segitiga merah). Gambar tersebut dibuat menggunakan knowledge yang dikumpulkan dengan teknik pencitraan deformasi baru yang dikembangkan oleh para peneliti di UT Austin. Kredit: Simone Puel

Aplikasi dan Metodologi Terobosan

Puel, yang sekarang menjadi peneliti pascadoktoral di Institut Teknologi California, menerbitkan teori di balik metodenya awal tahun ini. Sebuah studi terbaru yang diterbitkan pada bulan Juni di Kemajuan Ilmu Pengetahuan memperlihatkannya dalam aksi. Ia menggunakan knowledge GPS yang direkam selama gempa bumi Tohoku di Jepang tahun 2011 untuk mengambil gambar bawah permukaan hingga sekitar 100 kilometer di bawah tanah.

Gambar tersebut mengungkap lempeng tektonik dan sistem vulkanik di bawah wilayah Jepang dari Cincin Api Pasifik, termasuk space dengan kekakuan rendah yang diperkirakan merupakan reservoir magma dalam yang memberi makan sistem tersebut — pertama kalinya reservoir semacam itu terdeteksi hanya dengan menggunakan informasi permukaan.

Metode ini mengandalkan fakta bahwa kerak Bumi merupakan campuran materials berbatu dengan sifat elastis yang berbeda-beda. Beberapa bagian lebih lentur, dan bagian lainnya lebih kaku. Hal ini menyebabkan kerak bumi berkontraksi dan mengembang secara tidak merata. Misalnya, selama gempa bumi, Bumi bergetar dengan cara yang memantulkan bahan penyusunnya, sehingga permukaannya mengalami deformasi yang jelas.

Untuk mengubah deformasi yang tidak merata ini menjadi gambar bawah permukaan, para peneliti membuat mannequin komputer yang memperlakukan Bumi seolah-olah sebagai materials elastis yang disederhanakan, sambil membiarkan kekuatan elastisnya bervariasi dalam tiga dimensi. Mannequin tersebut kemudian menghitung kekakuan bawah permukaan berdasarkan seberapa banyak sensor GPS telah bergerak dalam kaitannya satu sama lain selama gempa bumi. Hasilnya adalah gambar 3D bagian dalam Bumi berdasarkan perubahan pada permukaan.

Ada beberapa peringatan. Meskipun mannequin tersebut menghasilkan jaringan 12,5 juta titik knowledge, gambarnya tidak setajam tomografi seismik, cara paling umum untuk mengambil gambar bagian dalam Bumi. Akan tetapi, mannequin tersebut secara langsung mengukur kekakuan, pengukuran penting untuk membangun mannequin Bumi yang lebih canggih.

Aplikasi dan Implikasi Masa Depan

Keuntungan lain adalah metode baru ini dapat menggunakan pengukuran yang dilakukan oleh satelit. Ini termasuk: NASAPesawat ruang angkasa NISAR yang akan datang, misi gabungan dengan Organisasi Penelitian Luar Angkasa India yang akan memetakan seluruh dunia dalam resolusi sangat tinggi setiap 12 hari.

Dengan menggunakan teknik baru ini, NISAR dapat memberikan wawasan penting mengenai beberapa wilayah paling berbahaya secara geologis di dunia, kata salah satu penulis studi Thorsten Becker, seorang profesor di Jackson Faculty. Dengan terus-menerus memetakan permukaan Bumi, satelit ini akan memungkinkan para ilmuwan untuk melacak perubahan struktural pada patahan gempa bumi saat patahan tersebut mengalami siklus gempa.

Rekan penulis Omar Ghattas, seorang profesor di Departemen Teknik Mesin UT Walker dan Institut Teknik dan Sains Komputasi UT Oden, mengatakan bahwa metode baru ini dapat menjadi langkah penting untuk membangun kembaran digital Bumi. Mannequin komputer yang kompleks ini terus-menerus memperbaiki diri dengan mengidentifikasi tempat untuk melakukan pengamatan baru, lalu mengasimilasi knowledge baru tersebut.

“Seiring dengan semakin baiknya mannequin, semakin kayanya knowledge dan semakin informatifnya knowledge, mungkin kita dapat mencapai titik di mana kita dapat mulai mengatakan sesuatu tentang prediktabilitas gempa bumi,” katanya.

Referensi: “Variasi kekakuan busur vulkanik yang disinari oleh deformasi koseismik Tohoku-oki M9 tahun 2011” oleh Simone Puel, Thorsten W. Becker, Umberto Villa, Omar Ghattas dan Dunyu Liu, 5 Juni 2024, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.adl4264

Penelitian ini didanai oleh Nationwide Science Basis dan Departemen Energi AS. Penulis pendamping lainnya termasuk Dunyu Liu, seorang geosains komputasional di UTIG, dan Umberto Villa, seorang ilmuwan peneliti di Oden Institute.