Perbukitan hidup dengan aliran fisika

Pegunungan terlihat kokoh. Tapi ini mungkin hanya fatamorgana. Pada skala waktu yang sangat lama, lanskap merayap dan mengalir seperti arus lengket.

Sampai saat ini, sebagian besar ilmuwan akan mengatakan bahwa hal-hal seperti lubang binatang, pohon tumbang, gempa bumi, dan sambaran petir bertanggung jawab untuk mendistorsi sebagian besar topografi dunia. Tetapi eksperimen baru yang melibatkan laser ultra-halus pada tumpukan pasir menunjukkan bahwa creep adalah bagian yang tidak terpisahkan dari lingkungan apa pun dan akan terjadi bahkan tanpa adanya semua tindakan lain.

“Semuanya bergerak sepanjang waktu,” kata Nakul Deshpande, kandidat doktor di bidang geofisika di University of Pennsylvania. “Ini bukan sekadar analogi. Ini nyata, itulah yang terjadi.”

Bapak Deshpande, yang mempelajari ilmu lanskap, baru-baru ini mengamati lebih dekat perambahan (proses geologi, Bukan lagu Radiohead). Para peneliti telah lama mengetahui bahwa tanah yang gembur dan terbarukan terus bergerak, menurun, dan berubah dengan kecepatan sentimeter per tahun.

Tetapi mendapatkan data perayapan yang baik selalu sulit. Tanda yang terkubur di lereng bukit akan berjalan selama beberapa dekade, namun mengisolasi penyebab pasti dari perubahan tersebut hampir tidak mungkin.

Di lab, Mr. Deshpande dan rekan-rekannya menempatkan gundukan pasir berbentuk piramida besar di atas meja pelembab udara getaran, mematikan semua lampu dan menjaga suhu dan kelembapan konstan. Mereka melemparkan laser ke tumpukan sedemikian rupa sehingga sinar cahaya memantul dan mengganggu satu sama lain, menciptakan pola berbintik-bintik pada detektor.

Dengan mencari perubahan halus dalam polanya, mereka dapat mengamati gerakan kecil butiran pasir pada skala sepersejuta meter. Bahan seperti pasir memiliki apa yang disebut sudut istirahat alami – jika sisi gundukan menjadi lebih curam dari sudut tertentu, butirannya akan menyapu ke bawah dalam tanah longsor mini.

Tuan Deshpande dan rekan-rekannya mendirikan piramida pasir mereka berada di bawah sudut diam, yang berarti secara teori mereka seharusnya duduk di sana. Namun, bintik-bintik laser mereka menunjukkan bahwa sekitar dua minggu setelah tumpukan dituangkan, butiran pasir masih bergerak sangat sedikit, dengan kecepatan kira-kira sama dengan satu sentimeter per tahun, yang secara kasar diamati dengan penjelajahan lapangan. Hasil mereka muncul Rabu di Nature Communications.

Hasilnya mengejutkan bahkan untuk anggota tim. “Meskipun saya pikir itu mungkin terjadi, itu masih menakutkan,” kata Douglas Gerolmac, ahli geofisika dan penasihat Mr Deshpande.

Namun, laboratorium tidak sepenuhnya terpisah dari lingkungannya dan para peneliti tidak dapat memastikan bahwa pesawat di atasnya tidak mengganggu eksperimen mereka dengan satu atau lain cara. Untuk mengkonfirmasi intuisi mereka, mereka juga menjalankan simulasi komputer dengan butiran pasir virtual yang tidak tunduk pada apa pun kecuali gaya gravitasi dan gesekan dan menyaksikan gerakan tanpa akhir yang sama seperti pada tumpukan dunia nyata.

Untuk mempelajari lebih lanjut apa yang mempengaruhi creep, tim membuat perubahan kecil pada tumpukan pasir. Misalnya, mereka memanaskan tumpukan, yang secara termal memperluas butir dan meningkatkan kecepatan di mana mereka meluncur.

Natalie Friend, ahli geofisika di University of Cambridge yang tidak terlibat dalam studi baru, skeptis bahwa creep mungkin terjadi tanpa adanya gangguan eksternal. Tetapi setelah melakukan beberapa eksperimen sendiri dan mendengar Tuan Deshpande mempresentasikan temuannya di sebuah konferensi di bulan Maret, dia menemukan ide itu.

“Saya ingat mendengarkan dan berkata, ‘Itu pekerjaan yang sangat keren,'” katanya. “Sebagai seorang empiris, saya menghargai ketika orang menemukan teknik baru untuk mengukur sesuatu yang sebelumnya tersembunyi.”

Meskipun setuju bahwa hasil eksperimen menarik dan baru, Anne Voigtländer, ahli geomorfologi di Pusat Penelitian Geosains GFZ Jerman, tidak sepenuhnya yakin bahwa itu dapat dilakukan di luar lingkungan laboratorium yang terkendali. “Saya tidak berpikir itu pada titik di mana Anda bisa menerapkannya,” katanya.

Mengetahui bagaimana memastikan hasil tim di dunia nyata “adalah pertanyaan terbuka,” kata Deshpande.

Tetapi dia dan Dr. Jerulmak merasa bahwa mereka telah membuka cara baru untuk menyelidiki proses geofisika dan telah menunjukkan bahwa asumsi yang mendasarinya mungkin tidak sekokoh yang diperkirakan sebelumnya.

“Saya tidak bisa berjalan di bukit tanpa melihat sesuatu secara berbeda,” kata Mr. Deshpande. “Saya tahu sekarang bahwa ada hal-hal di balik tabir cara saya melihat sesuatu.”