Gunung berapi bawah laut Orca di Antartika disapu oleh segerombolan 85.000 gempa bumi

Pangkalan Carlini di Pulau King George, yang menampung seismometer yang terletak paling dekat dengan zona seismik, dan Selat Bransfield. Kredit: Milton Percy Placencia Linares

Di daerah terpencil, kombinasi metode geofisika mengidentifikasi pergerakan magma di bawah dasar laut sebagai penyebabnya.

Bahkan di lepas pantai Antartika, gunung berapi dapat ditemukan. Urutan lebih dari 85.000 gempa bumi pada tahun 2020 tercatat di gunung berapi laut dalam yang sudah lama tidak aktif, Orca, gempa segerombolan yang telah mencapai proporsi yang sebelumnya tidak teramati di wilayah ini. Fakta bahwa peristiwa-peristiwa semacam itu dapat dipelajari dan dijelaskan dengan sangat rinci bahkan di daerah-daerah terpencil, dan karena itu tidak memiliki peralatan yang memadai, sekarang ditunjukkan oleh sebuah studi tim internasional yang diterbitkan dalam jurnal tersebut. Komunikasi Bumi dan Lingkungan.

Peneliti dari Jerman, Italia, Polandia, dan Amerika Serikat ambil bagian dalam penelitian yang dipimpin oleh Simon Siska dari German Research Center for Geosciences (GFZ) Potsdam. Mereka mampu menggabungkan teknik seismik, geodetik, dan penginderaan jauh untuk menentukan bagaimana perpindahan cepat magma dari mantel bumi di dekat batas kerak-mantel hampir ke permukaan menyebabkan gempa segerombolan.

Gunung berapi Orca antara ujung Amerika Selatan dan Antartika

Gempa swarm terutama terjadi di daerah vulkanik aktif. Oleh karena itu, diduga pergerakan cairan di kerak bumi menjadi penyebabnya. Orca Marine adalah gunung berapi perisai bawah laut besar yang menjulang sekitar 900 meter di atas dasar laut dan memiliki diameter dasar sekitar 11 kilometer. Terletak di Selat Bransfield, saluran samudera antara Semenanjung Antartika dan Kepulauan Shetland Selatan, barat daya ujung selatan Argentina.

Ilustrasi wilayah aktif seismik di Antartika. Kredit: Cesca dkk. 2022; Alam Persekutuan Bumi Lingkungan 3, 89 (2022); doi.org/10.1038/s43247-022-00418-5 (CC BY 4.0)

Sebelumnya, gempa di wilayah ini tergolong sedang. Namun, pada Agustus 2020, gelombang seismik yang intens dimulai di sana, dengan lebih dari 85.000 gempa bumi dalam waktu setengah tahun. Ini merupakan gangguan seismik terbesar yang pernah tercatat di sana,” lapor Simone Cesca, seorang ilmuwan di Bagian 2.1 fisika seismik dan vulkanik dari GFZ dan penulis utama studi yang sekarang diterbitkan. Pada saat yang sama dengan gerombolan, perpindahan tanah lateral tercatat lebih dari selusin sentimeter dan pengangkatan kecil sekitar satu sentimeter di Pulau King George yang berdekatan.

Tantangan penelitian di daerah terpencil

Siska mempelajari peristiwa ini dengan rekan-rekannya dari Institut Nasional Oseanografi dan Geofisika Terapan – OGS dan Universitas Bologna (Italia), Akademi Ilmu Pengetahuan Polandia, Universitas Leibniz di Hanover, Pusat Dirgantara Jerman (DLR) dan Universitas Potsdam. Tantangannya adalah, seismograf konvensional di daerah terpencil hanya sedikit, yaitu hanya dua stasiun seismik dan dua stasiun GNSS (stasiun bumi di JLopal nPenerbangan sSatelit system, yang mengukur perpindahan Bumi). Untuk merekonstruksi kronologi gangguan dan evolusinya serta menentukan penyebabnya, tim menganalisis data dari stasiun seismik jauh dan data dari satelit InSAR, yang menggunakan interferometri radar untuk mengukur perpindahan tanah. Langkah penting adalah memodelkan kejadian dengan sejumlah metode geofisika untuk menginterpretasikan data dengan benar.

Rekonstruksi peristiwa seismik

Para peneliti memberi tanggal awal gangguan hingga 10 Agustus 2020 dan memperluas katalog gempa bumi global asli, yang hanya berisi 128 gempa bumi, menjadi lebih dari 85.000 peristiwa. Kawanan itu memuncak dengan dua gempa bumi besar pada 2 Oktober (Mw 5,9) dan 6 November (MW 6,0) 2020 sebelum mereda. Hingga Februari 2021, aktivitas seismik telah menurun secara signifikan.

Para ilmuwan telah mengidentifikasi penetrasi magma, dan migrasi volume magma yang lebih besar, sebagai penyebab utama gempa swarm, karena proses seismik saja tidak dapat menjelaskan deformasi permukaan yang kuat yang diamati di Pulau King George. Kehadiran intrusi magma volumetrik dapat dikonfirmasi secara independen berdasarkan data geodetik.

Mulai dari asalnya, gempa bumi bermigrasi pertama ke atas dan kemudian ke lateral: gempa bumi cluster dalam ditafsirkan sebagai respons terhadap magma vertikal yang menyebar dari reservoir di mantel atas atau di batas mantel kerak, sementara gempa bumi kerak permukaan meluas ke timur laut dan berjalan di atas bendungan magma yang sedang tumbuh, yang panjangnya mencapai sekitar 20 kilometer.

Gempa bumi menurun tiba-tiba pada pertengahan November, setelah sekitar tiga bulan aktivitas terus menerus, bertepatan dengan terjadinya yang terbesar dalam seri, dengan kekuatan 6,0 MW. Akhir gerombolan itu dapat dijelaskan oleh hilangnya tekanan di bendungan magma, yang menyertai slip patahan besar, dan dapat menunjukkan waktu letusan dasar laut yang, bagaimanapun, tidak dapat dikonfirmasi oleh data lain.

Dengan memodelkan data GNSS dan InSAR, para ilmuwan memperkirakan bahwa volume intrusi magma Bransfield berkisar antara 0,26-0,56 kilometer kubik. Ini juga menjadikan episode ini sebagai ledakan magmatik terbesar yang pernah diamati secara geofisika di Antartika.

Kesimpulan

Simon Siska menyimpulkan: “Studi kami mewakili penyelidikan baru yang berhasil terhadap gangguan vulkanik seismik di lokasi terpencil di Bumi, di mana aplikasi gabungan teknik seismik, geodesi, dan penginderaan jauh digunakan untuk memahami proses gempa dan transportasi magma di daerah yang tidak memiliki peralatan yang memadai. Ini adalah salah satu dari sedikit kasus di mana kita dapat menggunakan instrumen geofisika untuk memantau penetrasi magma dari mantel atas atau batas mantel kerak ke kerak dangkal—transisi cepat magma dari mantel ke hampir permukaan hanya dalam beberapa hari.”

Referensi: “Gempa gempa besar yang didorong oleh intrusi cair di Selat Bransfield, Antartika” Oleh Simon Cesca, Monica Sugan, Okasz Rodzinski, Sanaz Fagidian, Peter Nimes, Simon Blanc, Jessa Petersen, Zigo Deng, Eleonora Rivalta, Alessandro Burke-Van Placencia Linares , Sebastian Hyman dan Thorsten Dahme, 11 Apr 2022, Tersedia di sini. Komunikasi Bumi dan Lingkungan.
DOI: 10.1038 / s43247-022-00418-5