Get best of the week

Kalkulasi gempa bumi baru memperkirakan kemungkinan kerusakannya

Model Slide Pinball Mengambil Teknik dari Longsor Matematika




Getaran berulang mengguncang pusat Taiwan selama beberapa hari dan minggu setelah gempa berkekuatan 7,7, yang terjadi di sana pada tahun 1999. Model gempa baru ini mampu menjelaskan perbedaan kekuatan goncangan ini.

Ketika suatu kesalahan bergeser , ia menghasilkan seluruh rangkaian gelombang seismik yang berbeda. Gelombang panjang berfrekuensi rendah dapat menyebar jauh dari sumber dan menggoyang gedung-gedung tinggi seperti gedung pencakar langit. Gelombang frekuensi tinggi dengan sempurna mengguncang rumah dan jembatan, dan kadang-kadang menghancurkannya. Selama sebagian besar dari lima puluh tahun terakhir, seismolog berasumsi bahwa seluruh rangkaian gelombang ini menghasilkan gesekan yang terjadi ketika sesar meluncur.

Sekarang, beberapa ahli geologi dari Brown University telah memberikan sejarah mereka sendiri tentang asal usul gelombang. Menggunakan model matematika yang terinspirasi oleh penghitungan tanah longsor dan longsoran salju, para peneliti berpendapat bahwa gelombang frekuensi tinggi yang merusak ini dihasilkan bukan oleh slip itu sendiri, tetapi oleh proses geologis yang terjadi di dalam patahan, yang mengingatkan pada permainan pinball .

"Mereka menjadi sangat cantik," kata Elizabeth Cochran , seismolog di US Geological Survey. "Pasti tidak terpikir olehku untuk menggambarkan kesalahan seperti yang mereka lakukan."

Model baru, yang diterbitkan bulan lalu dalam jurnal Geophysical Research Letters, masih perlu diuji dalam gempa bumi masa depan untuk melihat seberapa akurat ia memprediksi sifat mereka. Namun, jika dikonfirmasi, itu akan membalikkan pemahaman kita tentang potensi destruktif gempa bumi, dan mungkin membantu menyelamatkan nyawa.

Pinball geologis


Menurut model tradisional gempa bumi, ketika satu blok kerak bumi mulai tergelincir dan bergesekan dengan yang lain, gesekan di antara mereka menghasilkan gelombang seismik. Seismolog mengenali kesederhanaan model ini dibandingkan dengan proses nyata yang terjadi di bidang garis patahan. Namun, mereka secara akurat menggambarkan komponen frekuensi rendah dari set gelombang gempa - sebuah indikator awal penting dari besarnya gempa bumi dan informasi penting.

Namun, model tradisional tidak dapat menjelaskan sejumlah besar gelombang frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh gempa bumi, kata Lucille Bruhat., seorang ahli fisika gempa dari Higher Normal School di Paris, yang tidak berpartisipasi dalam penelitian ini. Ini menjadi masalah ketika Anda mencoba mencari tahu mengapa retakan tertentu lebih merusak.

Cochran berpendapat bahwa model tradisional mengasosiasikan gelombang frekuensi tinggi ini dengan osilasi kesalahan - gerakan retak yang tidak dapat diprediksi, kadang-kadang timbul, kemudian membusuk. Namun, karena fisika retak sangat sulit dipelajari, asumsi seperti itu tidak mudah untuk dikonfirmasi. "Anda tidak dapat membuat gempa bumi di laboratorium," kata Robert Graves , ahli geofisika di US Geological Survey yang tidak berpartisipasi dalam penelitian ini.


Dalam model tradisional, gelombang frekuensi tinggi dikaitkan dengan osilasi gangguan - gerakan retak yang tidak terduga, kadang-kadang timbul, kemudian redaman.
Model "pinball" baru berbicara tentang tabrakan batu yang berbeda satu sama lain, menghasilkan gelombang frekuensi tinggi. Ukuran batu bervariasi dari beberapa meter dengan diameter ke lapangan sepak bola.
Gelombang panjang berfrekuensi rendah dapat menempuh jarak yang jauh dari sumber dan menggoyang gedung-gedung tinggi seperti gedung pencakar langit.
Gelombang frekuensi tinggi dengan sempurna mengguncang rumah dan jembatan, dan kadang-kadang menghancurkannya.

Untuk lebih memahami gelombang ini, Victor Tsai dan Greg Hirth, dua ahli geologi dari Brown University, mempelajari matematika aliran puing - ketika batu dari berbagai ukuran saling bertabrakan secara berkala. Kemudian mereka menerapkannya pada kesalahan yang muncul. Tidak ada banyak ruang kosong di dalam patahan, jadi apa yang terjadi mengingatkan kita pada "mesin pinball yang diisi bola," kata Tsai. Bola adalah batu dengan berbagai ukuran, mulai dari beberapa meter dengan diameter hingga lapangan sepak bola.

Ketika Tsai dan Hirt menambahkan kerumunan ini ke model tradisional, kombinasi yang dihasilkan menggambarkan gelombang frekuensi rendah dan rekan-rekan frekuensi tinggi mereka.

Sampai batas tertentu, mekanisme pinball dapat dianggap sebagai perpanjangan dari gagasan tradisional bahwa tonjolan dan benjolan yang terletak di dinding patahan bertanggung jawab atas gelombang frekuensi tinggi. Namun, Tsai dan Hirth mengembangkan ide ini, mengembangkan mekanisme pinball khusus, dan mempelajari matematika yang menjelaskannya. Mereka mengubah asumsi itu menjadi sesuatu yang nyata dan dapat diverifikasi. Mereka tidak hanya "berusaha melakukan ilmu abstrak," kata Bruhat. "Mereka benar-benar mencoba menguji ide fisik dan melihat cara kerjanya."

Batu dan permukaan keras


Model baru ini dapat membantu memecahkan teka-teki seismologis yang sudah lama ada. Sebagai contoh, pada tahun 1999, Taiwan menderita gempa bumi dahsyat berkekuatan 7,7. Selama guncangan berulang, beberapa bagian patahan retak lagi, dan setiap kali bumi bergerak ke arah yang sama. Namun, besarnya guncangan ini terus berubah karena suatu alasan.

Model tradisional tidak memberikan penjelasan yang memuaskan untuk fakta ini. Tetapi menurut model "pinball" baru, semua kejutan berulang ini terkait dengan fakta bahwa "bola" dengan ukuran yang sama mengenai titik kesalahan yang sama, menyebabkan bumi bergerak dalam satu arah. Namun, beberapa guncangan berulang mungkin terjadi sebagai akibat dari jumlah yang lebih besar dari serangan simultan, itulah sebabnya besarnya mereka lebih tinggi.

Model baru ini juga dapat menjelaskan mengapa gempa bumi pada patahan yang sudah matang - yang lama telah tergelincir berkali-kali - biasanya menghasilkan kerusakan yang lebih kecil dibandingkan dengan gempa bumi dengan magnitudo yang sama pada patahan baru. Gempa bumi dari kategori pertama dengan sejarah panjang getaran terus-menerus menumbuk fragmen besar mereka, karena yang ada tabrakan lebih sedikit, dan gelombang frekuensi tinggi yang dihasilkan menjadi lebih lemah.

Graves mengatakan bahwa jika model dikonfirmasi, maka para ilmuwan dapat dengan hati-hati mempelajari zona patahan dan menggunakan geometri mereka untuk memprediksi gelombang frekuensi tinggi yang merusak dari gempa bumi masa depan. Juga, ide ini dapat bekerja ke arah lain: jika model memberikan deskripsi yang lebih akurat tentang komponen frekuensi tinggi dari gempa, para ilmuwan cenderung dapat lebih akurat menentukan sifat-sifat geometris yang bertanggung jawab atas guncangan, kata Bruhat.

Dibutuhkan lebih banyak kaskade gempa bumi seperti yang diamati di Taiwan - serta guncangan dari kesalahan matang dan tidak matang - untuk menilai pro dan kontra relatif dari model lama dan baru. Seismolog akan ingin melihat mana yang lebih baik menggambarkan pengamatan yang akan mereka terima di permukaan.

Namun, model baru ini terlihat "benar-benar menarik," kata Graves. "Saya pikir itu dapat dipercaya dan layak untuk tes tambahan."

"Saya sendiri langsung mengakui bahwa tidak ada bukti bahwa model ini benar, dan yang lama pasti salah," kata Tsai. Namun, jika ide-ide baru membuktikan keunggulan mereka, itu akan memaksa seismolog untuk "memikirkan kembali pemahaman mereka tentang gempa bumi."

More articles:


All Articles