Peta Global Pertama Gempa Jauh di Dalam Mantel Bumi Akhirnya Terungkap

Para peneliti di Stanford University telah mencapai tonggak sejarah baru dalam dunia geofisika dengan memproduksi peta global pertama yang mendetail mengenai jenis gempa bumi yang tidak biasa. Gempa ini terjadi jauh di dalam lapisan mantel Bumi, bukan di kerak bumi tempat mayoritas aktivitas seismik yang merusak biasanya terjadi. Mantel bumi adalah lapisan tebal yang terletak di antara kerak luar planet yang tipis dan inti cairnya. Dengan memetakan peristiwa langka ini secara sistematis, para ilmuwan berharap dapat memahami mekanisme kerja gempa mantel dengan lebih baik dan, yang lebih penting, apa yang dapat diungkapkan oleh fenomena ini mengenai bagaimana semua gempa bumi bermula.

Temuan yang dipublikasikan pada 5 Februari di jurnal ilmiah bergengsi, Science, menunjukkan bahwa gempa bumi mantel kontinental terjadi di seluruh dunia namun memiliki kecenderungan untuk berkelompok di wilayah-wilayah tertentu yang spesifik. Konsentrasi aktivitas yang signifikan muncul di bawah pegunungan Himalaya di Asia selatan dan di dekat Selat Bering yang memisahkan Asia dan Amerika Utara, tepat di selatan Lingkaran Arktik. Studi mendalam terhadap getaran dalam ini dapat memberikan petunjuk baru yang krusial mengenai batas antara kerak dan mantel serta perilaku mantel atas, yang bertanggung jawab atas pembentukan magma vulkanik dan pergerakan lempeng tektonik.

Memahami Perspektif Global Baru

Sebelum studi ini dilakukan, komunitas ilmiah kekurangan data komprehensif mengenai frekuensi dan distribusi geografis gempa mantel di bawah benua. Shiqi (Axel) Wang, penulis utama studi dan mantan mahasiswa PhD di laboratorium profesor geofisika Simon Klemperer di Stanford Doerr School of Sustainability, menyoroti pentingnya dataset baru ini. Menurut Wang, ketersediaan data ini memungkinkan para peneliti untuk mulai menyelidiki berbagai cara bagaimana gempa mantel yang sulit dipahami ini dapat terinisiasi. Sebelumnya, pemahaman tentang fenomena ini sangat terbatas karena kurangnya perspektif global yang jelas.

Meskipun gempa jenis ini terjadi terlalu jauh di bawah permukaan bumi untuk menyebabkan guncangan yang signifikan atau kerusakan infrastruktur bagi manusia, keberadaannya menawarkan wawasan yang sangat berharga. Memahami asal-usul gempa dalam dapat meningkatkan pengetahuan mengenai gempa dangkal yang lebih umum terjadi dan menimbulkan bahaya nyata. Simon Klemperer, penulis senior studi tersebut, menambahkan bahwa meskipun ilmuwan mengetahui secara garis besar bahwa gempa terjadi saat tekanan dilepaskan di garis patahan, mekanisme spesifik mengapa gempa terjadi di lokasi tertentu dan proses utamanya masih belum sepenuhnya dipahami. Gempa mantel menawarkan jalan baru untuk mengeksplorasi asal-usul gempa dan struktur internal Bumi di luar gempa kerak biasa.

Struktur Bumi: Di Atas dan Di Bawah Moho

Untuk memahami signifikansi temuan ini, perlu dipahami perbedaan mendasar antara lapisan-lapisan Bumi. Kerak bumi relatif dingin dan rapuh, sehingga mudah patah dan menyebabkan gempa. Sebaliknya, mantel adalah lapisan batuan hangat dan padat yang sangat tebal, yang berperilaku lebih seperti benda padat yang bergerak lambat dan meluas sekitar 1.800 mil ke dalam, membentuk sebagian besar interior planet. Garis pemisah antara kerak dan mantel disebut diskontinuitas Mohorovičić, atau sering disebut sebagai “Moho”.

Selama bertahun-tahun, para ilmuwan mempertanyakan apakah mantel, yang lebih panas dan lebih ulet (ductile) daripada kerak, benar-benar dapat menghasilkan gempa bumi yang signifikan. Mayoritas gempa bumi kontinental bermula sekitar 6 hingga 18 mil di bawah permukaan, jauh di atas garis Moho dan sepenuhnya berada di dalam kerak. Pengecualian terjadi di zona subduksi, di mana lempeng samudera yang berat meluncur di bawah lempeng benua yang lebih ringan, terkadang menghasilkan gempa ratusan mil di kedalaman. Namun, instrumen seismik canggih terkadang mendeteksi asal gempa di bawah benua dan jauh dari zona subduksi, dalam beberapa kasus mencapai kedalaman hingga 50 mil di bawah Moho.

Selama dekade terakhir, bukti yang terus bertambah telah meyakinkan banyak peneliti bahwa gempa langka memang berasal dari mantel, meskipun frekuensinya mungkin sekitar 100 kali lebih jarang dibandingkan gempa kerak. Kendati demikian, mengonfirmasi keberadaan mereka secara pasti merupakan tantangan tersendiri karena keterbatasan data historis dan metode deteksi yang kurang presisi.

Terobosan dalam Deteksi Gelombang Seismik

Tantangan utama dalam mempelajari gempa mantel adalah membedakannya secara andal dari gempa kerak. Untuk mengatasi masalah ini, Wang dan Klemperer mengembangkan teknik inovatif yang membandingkan dua jenis gelombang seismik. Gelombang ini bergerak melalui Bumi setelah gempa terjadi, menyebarkan getaran melalui planet ini layaknya dering lonceng.

• Gelombang Sn: Sering disebut sebagai gelombang “lid” (tutup), gelombang ini bergerak di sepanjang bagian atas mantel di wilayah yang dikenal sebagai lid.
• Gelombang Lg: Gelombang ini terdiri dari getaran frekuensi tinggi yang bergerak secara efisien melalui kerak bumi.

Dengan mengukur rasio antara kedua jenis gelombang ini, para peneliti dapat menentukan dengan akurasi tinggi apakah sebuah gempa bermula di kerak atau di mantel. Wang menjelaskan bahwa pendekatan ini merupakan “game-changer” atau pengubah permainan yang lengkap, karena sekarang identifikasi gempa mantel dapat dilakukan murni berdasarkan bentuk gelombang gempa itu sendiri, tanpa ambiguitas yang sebelumnya menghambat penelitian.

Identifikasi Ratusan Gempa Dalam yang Langka

Tim peneliti menganalisis data ekstensif dari stasiun pemantauan seismik di seluruh dunia dan memperhitungkan informasi geologis seperti ketebalan kerak lokal. Dari kumpulan data awal yang mencakup lebih dari 46.000 gempa bumi, mereka berhasil mengidentifikasi 459 gempa mantel kontinental yang telah terjadi sejak tahun 1990. Angka ini memberikan validasi statistik yang kuat terhadap keberadaan fenomena ini.

Namun, para peneliti memberikan catatan bahwa angka ini kemungkinan besar meremehkan jumlah sebenarnya. Jaringan seismik yang belum merata, terutama di daerah terpencil seperti Dataran Tinggi Tibet di utara Himalaya, membatasi deteksi. Perluasan jaringan sensor di masa depan kemungkinan akan mengungkap lebih banyak gempa mantel. Klemperer sendiri telah menghabiskan sebagian besar kariernya mempelajari gempa di daerah terpencil ini, dan karya awalnya mengenai gempa dalam yang tidak biasa di sana membantu menginspirasi Wang untuk mengejar topik ini lebih lanjut.

Implikasi Masa Depan dan Siklus Gempa

Dengan katalog gempa mantel yang terus bertambah dan metode deteksi yang kini dapat diandalkan, tim berencana untuk menyelidiki pemicu pasti dari peristiwa langka ini. Hipotesis awal menunjukkan beberapa kemungkinan:

1. Sebagian gempa mungkin terjadi sebagai gempa susulan (aftershocks) yang disebabkan oleh gelombang seismik yang merambat keluar dari gempa kerak yang lebih besar.
2. Sebagian lainnya mungkin terkait dengan konveksi yang didorong oleh panas di dalam mantel saat ia mendaur ulang lempengan kerak Bumi yang tersubduksi.

Melihat ke depan, para peneliti berharap bahwa studi berkelanjutan akan memberikan kejelasan baru tentang cara kerja bagian dalam planet ini. Wang menekankan bahwa gempa mantel kontinental mungkin merupakan bagian dari siklus gempa yang secara inheren saling berhubungan, baik dari kerak maupun mantel atas. Tujuannya adalah untuk memahami bagaimana lapisan-lapisan dunia ini berfungsi sebagai satu sistem yang utuh, yang pada akhirnya akan mempertajam model prediksi dan pemahaman manusia terhadap dinamika Bumi yang kompleks.