Ditemukannya reservoir air bawah laut yang besar – dapat menjelaskan gempa bumi misterius di Selandia Baru

Pencitra seismik berjalan di belakang kapal penelitian selama survei zona subduksi Hikurangi di Selandia Baru. Sebuah survei yang dilakukan oleh Institut Geofisika Universitas Texas menemukan keberadaan reservoir air kuno yang sangat besar yang terkubur bermil-mil di bawah dasar laut. Kredit: Institut Geofisika Universitas Texas/Adrian Arnulf

Sebuah reservoir air besar yang ditemukan di bawah dasar laut dekat Selandia Baru dapat memberikan wawasan tentang mekanisme gempa bumi lambat dan aktivitas tektonik.

Para peneliti telah menemukan air laut yang terperangkap di dalam sedimen dan bebatuan di dataran tinggi vulkanik yang hilang dan kini berada jauh di dalam kerak bumi. Gambar seismik 3D mengungkapkan bahwa perairan tersebut terletak dua mil di bawah dasar laut di lepas pantai Selandia Baru, yang kemungkinan merupakan tempat untuk meredam patahan gempa besar yang menghadap Pulau Utara negara tersebut.

Gempa bumi lambat dan air

Sesar diketahui menghasilkan gempa bumi yang bergerak lambat, yang disebut peristiwa slow-slip. Hal ini dapat melepaskan tekanan tektonik yang terpendam tanpa membahayakan selama berhari-hari dan berminggu-minggu. Para ilmuwan ingin mengetahui mengapa hal ini lebih sering terjadi pada beberapa cacat dibandingkan yang lain.

Banyak gempa bumi slow-slip yang diperkirakan berhubungan dengan air yang terkubur. Namun, hingga saat ini tidak ada bukti geologis langsung yang menunjukkan adanya reservoir air sebesar itu di celah Selandia Baru ini.

Dataran Tinggi Hikurangi adalah sisa-sisa serangkaian letusan gunung berapi epik yang dimulai 125 juta tahun lalu di Samudera Pasifik. Survei seismik baru-baru ini (persegi panjang merah) yang dipimpin oleh Institut Geofisika Universitas Texas menggambarkan dataran tinggi tersebut saat menunjam ke zona subduksi Hikurangi di Selandia Baru (garis merah). Kredit: Andrew Gas

“Kami belum bisa melihat cukup dalam untuk mengetahui secara pasti apa dampaknya terhadap patahan tersebut, namun kami dapat melihat bahwa jumlah air yang mengalir di sini jauh lebih tinggi dari biasanya,” kata penulis utama Andrew Ghez, yang melakukan penelitian tersebut. Bekerja sebagai rekan pascadoktoral di Institut Geofisika Universitas Texas (UTIG).

Penelitian tersebut baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Kemajuan ilmu pengetahuan Hal ini didasarkan pada ekspedisi seismik dan pengeboran laut ilmiah yang dipimpin oleh para peneliti dari UTIG.

Carilah pemahaman yang lebih dalam

Gase, yang kini merupakan mahasiswa pascadoktoral di Western Washington University, menyerukan dilakukannya pengeboran lebih dalam untuk mengetahui di mana air berakhir sehingga para peneliti dapat menentukan apakah hal tersebut mempengaruhi tekanan di sekitar patahan – sebuah informasi penting yang dapat menghasilkan pemahaman yang lebih tepat. Dia mengatakan tentang gempa bumi besar.

Aset tangki air

Lokasi di mana para peneliti menemukan air tersebut adalah bagian dari provinsi vulkanik luas yang terbentuk ketika awan lava seukuran Amerika Serikat menembus permukaan bumi di Samudera Pasifik 125 juta tahun lalu. Peristiwa ini merupakan salah satu letusan gunung berapi terbesar yang diketahui di Bumi dan berlangsung selama beberapa juta tahun.

Gaz menggunakan pemindaian seismik untuk membuat gambar 3D dataran tinggi vulkanik kuno, di mana ia melihat sedimen tebal dan berlapis di sekitar gunung berapi yang terkubur. Kolaboratornya di UTIG melakukan percobaan laboratorium pada sampel batuan vulkanik dan menemukan bahwa air membentuk hampir setengah volumenya.

Gambar seismik Dataran Tinggi Hikurangi mengungkap detail interior bumi dan apa saja yang ada di dalamnya. Lapisan biru kehijauan di bawah garis kuning menunjukkan air terkubur di dalam bebatuan. Para peneliti di Institut Geofisika Universitas Texas yakin air tersebut dapat meredam gempa bumi di dekat zona subduksi Hikurangi. Kredit: Andrew Gas

“Kerak laut yang normal, ketika berumur sekitar 7 atau 10 juta tahun, seharusnya mengandung lebih sedikit air,” katanya. Kerak samudera dalam survei seismik berusia 10 kali lebih tua, namun tetap jauh lebih basah.

Gaz berspekulasi bahwa laut dangkal tempat terjadinya letusan telah mengikis beberapa gunung berapi menjadi batuan berpori dan retak yang menyimpan air seperti akuifer selama penguburan. Seiring waktu, bebatuan dan pecahannya berubah menjadi lumpur, sehingga memerangkap lebih banyak air.

Implikasi untuk memahami gempa bumi

Penemuan ini penting karena para ilmuwan percaya bahwa tekanan air tanah mungkin merupakan elemen kunci dalam menciptakan kondisi yang melepaskan tekanan tektonik melalui gempa bumi lambat. Hal ini biasanya terjadi ketika sedimen kaya air terkubur bersama patahan, sehingga memerangkap air di bawah tanah. Namun, Celah Selandia Baru hanya mengandung sedikit endapan samudera yang khas ini. Sebaliknya, para peneliti percaya bahwa gunung berapi purba dan batuan metamorf – yang sekarang berupa tanah liat – membawa air dalam jumlah besar ketika retakan tersebut menelannya.

Direktur UTIG Demian Saffer, salah satu penulis studi dan salah satu kepala ilmuwan misi pengeboran ilmiah, mengatakan hasil tersebut menunjukkan bahwa patahan gempa lainnya di seluruh dunia mungkin berada dalam situasi serupa.

“Ini adalah contoh yang sangat jelas tentang hubungan antara fluida dan pergerakan patahan tektonik – termasuk perilaku gempa bumi,” katanya. “Ini adalah sesuatu yang kami hipotesiskan dari eksperimen laboratorium, dan diprediksi oleh beberapa simulasi komputer, namun hanya ada sedikit eksperimen lapangan yang jelas untuk mengujinya pada skala lempeng tektonik.”

Referensi: “Banjir pada kerak bagian atas yang kaya akan gunung berapi menyediakan cairan untuk gaya dorong yang dangkal dan gerakan meluncur yang lambat” oleh Andrew C. Gas, Nathan L. Poni, Demian M. Safar, Shushu Han, Peter K. Miller, Rebecca E. Bell, Ryota Arai, Stuart A. Henrys, Shuichi Kodaira, Richard Davey, Laura Fram dan Daniel H.N. Parker, 16 Agustus 2023, Kemajuan ilmu pengetahuan.
doi: 10.1126/sciadv.adh0150

Penelitian ini didanai oleh US National Science Foundation dan lembaga sains dan penelitian di Selandia Baru, Jepang, dan Inggris.