Ahli geofisika menguraikan sinyal seismik dalam yang misterius

Ahli geofisika telah menemukan hubungan antara gelombang seismik yang disebut prekursor PKP dan anomali pada mantel bumi.

Sebuah studi baru mengungkapkan bahwa sinyal seismik PKP sebelumnya, yang telah membingungkan para ilmuwan selama bertahun-tahun, berasal dari wilayah dengan kecepatan sangat rendah yang terletak jauh di Amerika Utara dan Samudra Pasifik bagian barat. Temuan para peneliti Universitas Utah ini menghubungkan wilayah ini dengan fitur geologi penting seperti gunung berapi panas, menggunakan teknik seismik canggih untuk melacak asal usulnya hingga batas inti-mantel.

Pengenalan PKP dan puzzle seismik

Selama beberapa dekade sejak penemuannya, sinyal seismik yang dikenal sebagai prekursor PKP telah menjadi tantangan bagi para ilmuwan. Daerah mantel bawah bumi menghamburkan gelombang seismik masuk, yang kembali ke permukaan dalam bentuk gelombang PKP dengan kecepatan berbeda.

Asal usul sinyal sebelumnya, yang tiba sebelum gelombang seismik utama merambat melalui inti bumi, masih belum jelas, namun penelitian yang dipimpin oleh ahli geofisika di Universitas Utah telah memberikan pencerahan baru mengenai energi seismik misterius ini.

Nenek moyang PKP tampaknya menyebar dari tempat-tempat jauh di bawah Amerika Utara dan Samudra Pasifik bagian barat dan mungkin terkait dengan “zona berkecepatan sangat rendah,” lapisan tipis di mantel tempat gelombang seismik melambat secara dramatis, menurut penelitian yang diterbitkan 10 Agustus di dalam AGU Majujurnal unggulan dari American Geophysical Union.

Menghubungkan nenek moyang PKP dengan ciri geologi

“Ini adalah beberapa fitur paling ekstrem yang pernah ditemukan di planet ini,” kata penulis utama Michael Thorne, profesor geologi dan geofisika di Universitas Utah. “Kami tidak benar-benar tahu apa itu, tapi ada satu hal yang kami lakukan Yang diketahui adalah bahwa mereka tampaknya berkumpul di bawah gunung berapi yang panas.” “Tampaknya mereka mungkin merupakan akar dari seluruh bulu mantel yang menimbulkan gunung berapi yang panas.”

Gumpalan ini bertanggung jawab atas aktivitas gunung berapi yang diamati di Taman Nasional Yellowstone, Kepulauan Hawaii, Samoa, Islandia, dan Kepulauan Galapagos.

“Tampaknya gunung berapi yang sangat besar ini telah berdiri selama ratusan juta tahun di tempat yang kira-kira sama,” kata Thorne. Dalam penelitian sebelumnya, ia juga menemukan salah satu kawasan berkecepatan rendah ekstrim terbesar yang diketahui di dunia.

“Daerah tersebut terletak tepat di bawah pulau Samoa, dan Samoa merupakan salah satu gunung berapi panas terbesar,” kata Thorne.

Perkembangan analisis gelombang seismik

Selama hampir satu abad, para ahli geologi telah menggunakan gelombang seismik untuk menjelajahi bagian dalam bumi, menghasilkan banyak penemuan yang tidak mungkin terjadi jika tidak dilakukan. Misalnya, peneliti lain di Universitas Utah telah mengkarakterisasi struktur inti bumi yang padat dan melacak pergerakannya dengan menganalisis gelombang seismik.

Ketika gempa bumi mengguncang permukaan bumi, gelombang seismik menembus mantel – lapisan dinamis batuan panas setebal 2.900 km antara kerak bumi dan inti mineral. Tim Thorne tertarik pada gelombang yang “hamburan” ketika melewati fitur tidak beraturan yang memaksa perubahan komposisi fisik mantel. Beberapa gelombang yang tersebar ini menjadi cikal bakal PKP.

Thorne berusaha menentukan dengan tepat di mana hamburan ini terjadi, terutama karena gelombang merambat melalui mantel bumi sebanyak dua kali, sebelum dan sesudah melewati inti luar bumi yang cair. Karena perjalanan ganda melalui mantel ini, hampir tidak mungkin untuk membedakan apakah gelombang sebelumnya berasal dari sisi sumber atau penerima jalur sinar.

Teknik penelitian inovatif dalam seismologi

Tim Thorne, termasuk asisten peneliti profesor Surya Patchai, merancang metode untuk memodelkan bentuk gelombang untuk mengungkap efek penting yang belum pernah diamati sebelumnya.

Dengan menggunakan metode ansambel gempa tingkat lanjut dan observasi teoretis baru dari simulasi gempa, para peneliti mampu menganalisis data 58 gempa bumi yang terjadi di sekitar New Guinea dan tercatat di Amerika Utara setelah melewati planet tersebut.

“Saya dapat memasang alat penerima virtual di mana saja di permukaan bumi, dan alat tersebut memberi tahu saya seperti apa tampilan seismogram gempa di lokasi tersebut. Dan kita dapat membandingkannya dengan rekaman sebenarnya yang kami miliki,” kata Thorne. “Kami sekarang dapat memprediksi dari mana energi ini berasal.”

Metode baru mereka memungkinkan mereka menentukan di mana hamburan terjadi di sepanjang batas antara inti luar logam cair dan mantel, yang dikenal sebagai batas inti-mantel, yang terletak 2.900 kilometer di bawah permukaan bumi.

Interaksi inti-mantel dan daerah berbatu di dataran sangat rendah

Temuan mereka menunjukkan bahwa nenek moyang PKP mungkin berasal dari daerah yang memiliki kecepatan sangat rendah. Thorne menduga lapisan yang tebalnya hanya 20 hingga 40 kilometer ini terbentuk ketika lempeng tektonik subduksi bertabrakan dengan batas antara inti dan mantel di kerak samudera.

“Apa yang kami temukan sekarang adalah bahwa wilayah dengan kecepatan sangat rendah ini tidak hanya ditemukan di bawah titik panas. Mereka juga tersebar di seluruh batas inti-mantel di bawah Amerika Utara,” kata Thorne. “Sepertinya daerah dengan kecepatan sangat rendah ini sedang aktif dihasilkan. Kita tidak tahu bagaimana caranya. Namun karena kita melihatnya di dekat subduksi, kami pikir mereka sudah berada di atmosfer.” Basalt tengah laut “Material ini meleleh, dan begitulah cara terbentuknya. Kemudian dinamika mendorong material ini ke dalam tanah, dan pada akhirnya akan terakumulasi di bawah titik panas.”

Dinamika tersebut mendorong benda-benda ini melintasi Bumi, dan pada akhirnya, benda-benda tersebut akan menumpuk di perbatasan provinsi-provinsi besar dengan kecepatan rendah, yang secara komposisi merupakan ciri-ciri benua yang berbeda di bawah Samudera Pasifik dan Afrika, menurut Thorne.

“Mungkin juga terakumulasi di bawah titik api, namun tidak jelas apakah kawasan dengan emisi sangat rendah ini dihasilkan oleh proses yang sama,” katanya. Kita harus menunggu penelitian di masa depan untuk menentukan konsekuensi dari proses tersebut.

Referensi: “Menyelidiki wilayah dengan kecepatan sangat rendah sebagai sumber penyebaran PKP di bawah Amerika Utara dan Samudra Pasifik bagian barat: Kemungkinan kaitannya dengan subduksi kerak samudera” oleh Michael S. Thorne, Surya Patchai, Mingming Li, Jamie Ward, dan Sebastian Rust, 10 Agustus 2024, AGU Maju.
DOI: 10.1029/2024AV001265

Penelitian yang didanai oleh National Science Foundation ini dilakukan bekerja sama dengan ahli geologi di Arizona State University dan University of Leeds di Inggris.