Bagaimana Gempa Bumi Terbentuk: Tektonik Lempeng, Stres dan Gelombang Seismik Dijelaskan

Kerak bumi adalah teka-teki yang bergerak

Menurut Survei Geologi AS (USGS), kulit luar bumi terbagi menjadi potongan-potongan besar yang disebut lempeng tektonik yang pas bersama seperti teka-teki. Lempeng-lempeng ini terus-menerus, perlahan-lahan bergerak — meluncur melewati, di atas, atau di bawah satu sama lain. Sebagian besar gempa bumi di planet ini terjadi di perbatasan di mana lempeng-lempeng ini bertemu, karena itulah tempat di mana patahan — celah dalam kerak — terkonsentrasi.

Lempeng itu sendiri jarang bergerak dengan mulus. USGS menjelaskan bahwa gesekan di tepi patahan menyebabkan batu menempel, bahkan sementara sisa lempeng terus bergerak. Ketidaksesuaian ini adalah titik awal dari setiap gempa bumi tektonik.

Bagaimana stres terakumulasi di sepanjang patahan

Sementara patahan terkunci oleh gesekan, kerak sekitarnya membengkok dan berubah bentuk secara elastis, seperti pegas di bawah ketegangan. Menurut USGS, tegangan ini disimpan dalam batu sementara patahan tetap terkunci. Semakin lama patahan tetap terkunci, semakin banyak regangan yang terakumulasi — ini dapat terjadi selama bertahun-tahun di beberapa zona atau selama berabad-abad di zona lain.

USGS memberikan San Andreas Fault di California sebagai contoh kerja dari proses ini. Lempeng Pasifik bergerak ke barat laut relatif terhadap Lempeng Amerika Utara dengan kecepatan sekitar dua inci (sekitar 5 cm) per tahun, kata USGS, dan patahan itu sendiri membentang lebih dari 650 mil (sekitar 1.050 km) dan memanjang lebih dari 10 mil (16 km) dalam kedalaman. Di sepanjang beberapa bagian lempeng merayap secara teratur dan menghasilkan getaran kecil yang sering; di tempat lain mereka tetap terkunci untuk jangka waktu yang lama, membangun regangan yang akhirnya dilepaskan dalam gempa bumi besar.

Saat pecah: hiposenter dan episenter

Ketika tegangan terakumulasi akhirnya melebihi gesekan yang menyatukan patahan, batu retak dan melepaskan energi yang tersimpan ke luar sebagai gelombang seismik, menurut USGS. Titik di bawah tanah di mana pecahan dimulai adalah hiposenter; titik di permukaan langsung di atasnya adalah episenter — lokasi yang biasanya dilaporkan dalam liputan berita.

USGS mencatat bahwa getaran lebih kecil yang disebut gempa foreshock dapat mendahului pecahan utama, sementara gempa aftershock — gempa lebih kecil di sepanjang patahan yang sama — dapat berlanjut selama berhari-hari hingga bertahun-tahun setelahnya saat kerak sekitarnya menyesuaikan dengan distribusi stres baru.

Bagaimana energi yang dilepaskan bepergian: gelombang seismik

Energi yang dilepaskan di hiposenter menyebar ke luar dalam beberapa jenis gelombang yang berbeda, masing-masing dengan kecepatan dan perilaku yang berbeda. USGS membandingkan pola penyebaran dengan riak di kolam, sementara Science Exchange Caltech mengelompokkan gelombang menjadi dua kelas luas: gelombang badan, yang melintasi interior bumi, dan gelombang permukaan, yang melintasi tanah.

USGS membandingkan celah gelombang P/S dengan penundaan antara melihat kilat dan mendengar guntur: semakin besar waktu antara kedua kedatangan di stasiun seismik, semakin jauh gempa bumi terjadi. Caltech mencatat bahwa gelombang permukaan — gelombang Love dan Rayleigh — tiba paling akhir tetapi biasanya paling merusak karena membawa lebih banyak energi di dekat permukaan, di mana bangunan dan infrastruktur berada.

Di mana dan seberapa dalam gempa bumi terjadi

USGS menyatakan bahwa gempa bumi terjadi dalam kerak atau mantel atas, dalam rentang kedalaman dari permukaan hingga sekitar 800 kilometer (kira-kira 500 mil). Laporan Science Exchange Caltech bahwa sekitar 80% gempa bumi terbesar dunia terjadi di sepanjang sabuk seismik circum-Pacific, sering disebut 'Ring of Fire,' yang melacak batas-batas lempeng di sekitar Samudra Pasifik.

Tidak setiap gempa bumi bersifat tektonik. Science Exchange Caltech juga mencantumkan gempa bumi gunung berapi, gempa bumi runtuh, dan gempa bumi yang berhubungan dengan ledakan sebagai kategori yang diakui lainnya, dan mencatat bahwa aktivitas seperti fracking atau pembuangan air limbah kadang-kadang telah dikaitkan dengan peristiwa seismik terinduks yang lebih kecil di beberapa wilayah.

Bagaimana para ilmuwan mengukur apa yang terjadi

Karena patahan biasanya terlalu dalam untuk diamati secara langsung, USGS menjelaskan bahwa seismolog mengandalkan catatan seismograf sebagai gantinya. Garis bergelombang pendek di seismogram menunjukkan gempa bumi kecil, sementara garis bergelombang panjang menunjukkan yang lebih besar — panjang gelombang berhubungan dengan ukuran patahan yang retak, dan amplitudo berhubungan dengan seberapa jauh batu tergelincir.

• Gempa bumi dimulai ketika stres pada patahan terkunci mengatasi gesekan yang menahannya di tempatnya (USGS).
• Hiposenter adalah titik bawah tanah pecah; episenter adalah titik di permukaan langsung di atasnya (USGS).
• Gelombang P tiba pertama dan memampatkan batu ke arah perjalanan; gelombang S tiba kedua dan hanya bergerak melalui padatan (USGS, Caltech).
• Gelombang permukaan — gelombang Love dan Rayleigh — tiba paling akhir tetapi biasanya menyebabkan kerusakan struktural terbanyak (Caltech).
• Sekitar 80% gempa bumi terbesar terjadi di sepanjang 'Ring of Fire' circum-Pacific (Caltech).