Gempa

Bagaimana gempa bumi mengubah gravitasi

© Helmholtz-Zentrum Potsdam

Kilat – satu, dua, tiga – dan guntur. Selama berabad-abad, orang memperkirakan jarak badai dari waktu antara kilat dan guntur. Semakin besar jarak waktu antara kedua sinyal, semakin jauh pengamat dari lokasi petir. Ini karena petir merambat pada kecepatan cahaya hampir tidak ada jeda waktu, sementara guntur merambat pada kecepatan suara yang jauh lebih lambat sekitar 340 meter per detik.

Gempa bumi juga mengirimkan sinyal merambat dengan kecepatan cahaya (300.000 kilometer per detik) dan dapat direkam jauh sebelum gelombang seismik yang relatif lambat (sekitar 8 kilometer per detik). Namun, sinyal yang bergerak dengan kecepatan cahaya bukanlah kilatan, tetapi perubahan mendadak gravitasi yang disebabkan oleh pergeseran massa internal bumi. Sinyal PEGS (PEGS = Prompt elasto-gravity signals) baru saja terdeteksi oleh pengukuran seismik. Dengan bantuan sinyal tersebut, dimungkinkan untuk mendeteksi gempa bumi sangat dini sebelum kedatangan gempa bumi yang merusak atau gelombang tsunami.

Namun, efek gravitasi dari fenomena ini sangat kecil. Jumlahnya kurang dari seperseribu gravitasi bumi. Oleh karena itu, sinyal PEGS hanya dapat direkam pada gempa bumi terkuat. Selain itu, proses pembangkitan mereka sangat kompleks: mereka tidak hanya dihasilkan langsung pada sumber gempa, tetapi juga terus menerus saat gelombang gempa merambat melalui bagian dalam bumi.

Sampai sekarang, belum ada metode langsung dan tepat untuk mensimulasikan pembuatan sinyal PEGS secara andal di komputer. Algoritma yang kini diusulkan oleh para peneliti GFZ di sekitar Rongjiang Wang dapat menghitung sinyal PEGS dengan akurasi tinggi dan tanpa banyak upaya untuk pertama kalinya. Para peneliti juga dapat menunjukkan bahwa sinyal dapat menyimpulkan kekuatan, durasi dan mekanisme gempa bumi yang sangat besar. Studi ini diterbitkan dalam jurnal Earth and Planetary Science Letters.

Gempa bumi menggeser lempengan batu di bagian dalam bumi secara tiba-tiba, sehingga mengubah distribusi massa di bumi. Pada gempa bumi kuat, perpindahan ini dapat mencapai beberapa meter. “Karena gravitasi yang dapat diukur secara lokal tergantung pada distribusi massa di sekitar titik pengukuran, setiap gempa bumi menghasilkan perubahan gravitasi yang kecil tetapi langsung,” jelas Rongjiang Wang, scientific coordinator dari studi ini.

Namun, setiap gempa bumi juga menghasilkan gelombang di bumi itu sendiri, yang pada gilirannya mengubah kepadatan batuan dan gravitasi sedikit untuk waktu yang singkat – gravitasi bumi berosilasi sampai batas tertentu sejalan dengan gempa bumi. Selain itu, gravitasi berosilasi ini menghasilkan efek gaya jangka pendek pada batu, yang memicu gelombang seismik sekunder. Beberapa dari gelombang seismik sekunder yang dipicu secara gravitasi ini dapat diamati bahkan sebelum kedatangan gelombang seismik primer.

Kami menghadapi masalah mengintegrasikan berbagai interaksi ini untuk membuat perkiraan dan prediksi yang lebih akurat tentang kekuatan sinyal,” ucap Torsten Dahm, kepala bagian Physics of Earthquakes and Volcanoes di GFZ. “Rongjiang Wang memiliki ide cerdik untuk mengadaptasi algoritma yang telah kami kembangkan sebelumnya untuk masalah PEG – dan berhasil.”

“Kami pertama kali menerapkan algoritma baru ini pada gempa Tohoku di Jepang tahun 2011, yang juga merupakan penyebab tsunami Fukushima,” jelas Sebastian Heimann, program developer dan data analyst di GFZ. “Di sana, pengukuran kekuatan sinyal PEGS sudah tersedia. Konsistensi sempurna. Ini memberi kami kepastian untuk prediksi gempa lain dan potensi sinyal untuk aplikasi baru. “

Di masa depan, dengan mengevaluasi perubahan gravitasi ratusan kilometer dari pusat gempa bumi di lepas pantai, metode ini dapat digunakan untuk menentukan apakah ada gempa kuat yang terlibat yang dapat memicu tsunami bahkan selama gempa itu terjadi, menurut para peneliti. “Namun, masih ada jalan panjang,” ucap Rongjiang Wang. “Instrumen pengukuran saat ini belum cukup sensitif, dan sinyal interferensi yang diinduksi oleh lingkungan terlalu bagus bagi sinyal PEGS untuk diintegrasikan secara langsung ke dalam fungsi sistem peringatan dini tsunami ”

Jurnal Referensi:

Zhang, S., Wang, R., Dahm, T. et al., 2020. Prompt elasto-gravity signals (PEGS) and their potential use in modern seismology. Earth and Planetary Science Letters. DOI: 10.1016/j.epsl.2020.116150

Tautan ke artikel asli: How earthquakes deform gravity / Helmholtz Centre Potsdam 

Diterjemahkan oleh saintifia dengan seizin dari yang bersangkutan, segala kesalahan translasi menjadi tanggungjawab kami.