Para peneliti dari Brown University menemukan bahwa geometri patahan, termasuk dislokasi dan struktur kompleks di dalam zona patahan, memainkan peran penting dalam menentukan kemungkinan dan kekuatan gempa. Temuan ini, berdasarkan studi tentang garis patahan di California, menantang pandangan tradisional yang fokus utamanya pada gesekan.

Dengan mengamati lebih dekat komposisi geometris batuan asal gempa bumi, para peneliti di Brown University menambahkan sebuah kesimpulan baru pada kepercayaan lama tentang apa yang menyebabkan gempa bumi.

Dinamika gempa ditinjau kembali

Penelitian tersebut, dijelaskan dalam artikel yang baru-baru ini diterbitkan di jurnal alamHal ini menunjukkan bahwa penyelarasan jaringan patahan memainkan peran penting dalam menentukan di mana gempa terjadi dan seberapa kuat gempa tersebut. Temuan ini menantang gagasan tradisional bahwa jenis gesekan yang terjadi pada patahan inilah yang menentukan terjadinya gempa bumi atau tidak, dan dapat meningkatkan pemahaman saat ini tentang cara kerja gempa bumi.

“Makalah kami memberikan gambaran yang sangat berbeda tentang mengapa gempa bumi terjadi,” kata Victor Tsai, ahli geofisika di Brown University dan salah satu penulis utama makalah tersebut. “Hal ini mempunyai implikasi yang sangat penting dalam hal dimana gempa bumi diperkirakan akan terjadi dan dimana gempa bumi tidak diperkirakan akan terjadi, dan juga untuk memprediksi dimana gempa bumi akan menimbulkan dampak yang paling merusak.”

Pandangan tradisional tentang mekanika gempa

Garis patahan merupakan batas yang terlihat di permukaan planet tempat lempeng padat penyusun litosfer bumi saling bertabrakan. Selama beberapa dekade, ahli geofisika telah menafsirkan gempa bumi terjadi ketika tekanan menumpuk pada patahan hingga pada titik di mana patahan tersebut dengan cepat bergeser atau pecah satu sama lain, sehingga melepaskan tekanan terpendam dalam suatu tindakan yang dikenal sebagai perilaku slip, kata Tsai.

Para peneliti berhipotesis bahwa slip yang cepat dan pergerakan tanah yang intens yang terjadi setelahnya adalah akibat dari gesekan tidak stabil yang dapat terjadi pada patahan. Sebaliknya, gagasannya adalah ketika gesekan stabil, lempeng-lempeng akan meluncur satu sama lain secara perlahan tanpa terjadinya gempa bumi. Gerakan yang mantap dan halus ini disebut juga merangkak.

Perspektif baru tentang perilaku garis kesalahan

“Orang-orang mencoba mengukur sifat gesekan ini, seperti apakah zona sesar memiliki gesekan tidak stabil atau gesekan stabil, dan kemudian, berdasarkan pengukuran laboratorium, mereka mencoba memprediksi apakah akan terjadi gempa bumi di sana atau tidak,” kata Cai. Dia berkata. “Temuan kami menunjukkan bahwa mungkin lebih penting untuk melihat geometri patahan dalam jaringan patahan ini, karena mungkin geometri kompleks dari struktur di sekitar batas tersebut yang menciptakan perilaku tidak stabil versus stabil.”

Geometri yang perlu dipertimbangkan mencakup kompleksitas struktur batuan yang mendasarinya seperti tikungan, celah, dan undakan. Studi ini didasarkan pada pemodelan matematika dan studi zona patahan di California menggunakan data dari Quaternary Faults Database milik Survei Geologi AS dan dari Survei Geologi California.

Contoh detail dan penelitian sebelumnya

Tim peneliti, yang juga terdiri dari mahasiswa pascasarjana Brown University Jaesuk Lee dan ahli geofisika Greg Hirth, memberikan contoh yang lebih detail untuk menggambarkan bagaimana gempa bumi terjadi. Mereka mengatakan membayangkan cacat yang saling bertabrakan seperti memiliki gigi bergerigi seperti ujung gergaji.

Ketika jumlah gigi lebih sedikit atau gigi tumpul, bebatuan akan meluncur satu sama lain dengan lebih mulus, sehingga memungkinkan terjadinya perayapan. Namun ketika struktur batuan di sesar ini lebih kompleks dan kasar, maka struktur tersebut akan saling menempel dan menempel. Ketika hal ini terjadi, tekanannya meningkat, dan pada akhirnya ketika mereka menarik dan mendorong lebih keras, mereka pecah, terpisah dan menyebabkan gempa bumi.

Pengaruh kompleksitas geometris

Studi baru ini didasarkan pada pekerjaan sebelumnya Pertimbangkan mengapa beberapa gempa bumi menghasilkan gerakan tanah yang lebih besar dibandingkan dengan gempa bumi lain di berbagai belahan dunia, dan terkadang bahkan gempa dengan kekuatan yang sama. Studi tersebut menunjukkan bahwa tumbukan balok-balok di dalam zona sesar selama gempa bumi memberikan kontribusi yang signifikan terhadap timbulnya getaran frekuensi tinggi dan memunculkan gagasan bahwa kompleksitas geometri bawah permukaan mungkin juga berperan dalam menentukan di mana dan mengapa gempa bumi terjadi.

Ketidakseimbangan dan intensitas gempa

Menganalisis data dari patahan di California – termasuk Patahan San Andreas yang terkenal – para peneliti menemukan bahwa zona patahan yang memiliki geometri kompleks di bawahnya, yang berarti struktur di sana tidak sejajar, ternyata memiliki gerakan tanah yang lebih kuat daripada gerakan yang kurang geometris. kompleks. Zona kesalahan. Hal ini juga berarti bahwa beberapa wilayah akan mengalami gempa bumi yang lebih kuat, wilayah lainnya akan mengalami gempa bumi yang lebih lemah, dan beberapa wilayah lainnya tidak akan mengalami gempa bumi.

Para peneliti menentukan hal ini berdasarkan rata-rata ketidakseimbangan kesalahan yang mereka analisis. Rasio misalignment ini mengukur seberapa dekat letak patahan di suatu area tertentu dan semuanya mengarah ke arah yang sama versus menuju ke arah yang berbeda. Analisis menunjukkan bahwa zona sesar yang letak sesarnya lebih miring menyebabkan terjadinya slip dalam bentuk gempa bumi. Zona sesar yang geometri sesarnya lebih selaras memfasilitasi perambatan sesar yang mulus tanpa gempa bumi.

“Memahami bagaimana kesalahan berperilaku sebagai suatu sistem sangat penting untuk memahami mengapa dan bagaimana gempa bumi terjadi,” kata Lee, mahasiswa pascasarjana yang memimpin penelitian ini. “Penelitian kami menunjukkan bahwa kompleksitas arsitektur jaringan kesalahan adalah faktor kunci dan menciptakan hubungan yang bermakna antara serangkaian pengamatan independen dan mengintegrasikannya ke dalam kerangka kerja baru.”

Arah masa depan dalam penelitian gempa

Para peneliti mengatakan masih banyak pekerjaan yang perlu dilakukan untuk memvalidasi model sepenuhnya, namun pekerjaan awal ini menunjukkan bahwa ide tersebut cukup menjanjikan, terutama karena ketidakselarasan atau misalignment lebih mudah diukur daripada properti misalignment. Jika penelitian ini valid, suatu hari nanti dapat dimasukkan ke dalam model prediksi gempa.

Saat ini, hal ini masih jauh dari harapan karena para peneliti mulai menentukan bagaimana melanjutkan penelitian ini.

“Hal paling jelas yang akan terjadi selanjutnya adalah mencoba melampaui California dan melihat bagaimana model ini bertahan,” kata Tsai. “Ini berpotensi menjadi cara baru untuk memahami bagaimana gempa bumi terjadi.”

Referensi: “Geometri Jaringan Sesar Mempengaruhi Perilaku Gesekan Gempa Bumi” oleh Jaesuk Lee, Victor C. Tsai, Greg Hirth, Avigyan Chatterjee, dan Daniel T. Trugman, 5 Juni 2024, alam.
doi: 10.1038/s41586-024-07518-6

Penelitian ini didukung oleh National Science Foundation. Selain Li, Tsai dan Hirth, tim tersebut juga menyertakan Avighyan Chatterjee dan Daniel T. Trugman dari University of Nevada, Reno.