Gempa bumi terjadi ketika tekanan yang terbentuk di kerak bumi secara tiba-tiba dilepaskan melalui retakan yang disebut patahan. Sesar ini sering kali terbentuk ketika lempeng tektonik masif berpotongan namun tertahan, sehingga memungkinkan terjadinya tekanan selama bertahun-tahun atau bahkan berabad-abad sebelum terjadinya retakan.
Di California Selatan, dua sistem sesar terpenting di kawasan ini adalah Sesar San Andreas dan Sesar San Jacinto. Bersama-sama mereka menyerap sebagian besar pergerakan tektonik di wilayah tersebut. Di timur laut Los Angeles, kedua sistem bertemu di Cajon Pass, sebuah area yang secara geologis kompleks dimana retakan pada satu patahan dapat berpindah ke patahan lainnya. Sejak gempa bumi Fort Tejon berkekuatan 7,9 skala Richter pada tahun 1857, tekanan terus meningkat di sepanjang segmen patahan ini. Masa tenang yang luar biasa panjang ini telah memicu kekhawatiran para ilmuwan tentang kemungkinan terjadinya gempa bumi besar di masa depan.
Sebuah studi baru yang dipimpin oleh Dr. Liliane Burkhard dari Divisi Penelitian Luar Angkasa dan Ilmu Planet (WP) di Institut Fisika di Universitas Bern meneliti aktivitas seismik selama 1.000 tahun di sepanjang sistem patahan San Andreas selatan dan San Jacinto untuk memperkirakan tingkat tekanan saat ini di Cajon Pass. Tim peneliti internasional termasuk ilmuwan dari Universitas Hawaii di Mānoa, Pusat Ilmu Gempa Bumi Survei Geologi AS di Pasadena, dan Scripps Institution of Oceanography di UC San Diego.
Hasil penelitian mereka menunjukkan bahwa tekanan tektonik di wilayah tersebut telah mencapai, dan di beberapa tempat bahkan melebihi, tingkat yang pernah terjadi selama milenium terakhir. Para peneliti juga memperkenalkan konsep baru, menggambarkan Cajon Pass sebagai “gerbang gempa”, sebuah persimpangan penting yang dapat menentukan apakah gempa besar hanya terjadi pada satu patahan saja atau apakah gempa tersebut merambat melalui kedua sistem patahan secara bersamaan. Studi ini dipublikasikan di Jurnal Penelitian Geofisika: Bumi Padat.
Merekonstruksi aktivitas seismik selama 1.000 tahun
Untuk memahami bagaimana tekanan berubah seiring waktu di sepanjang patahan San Andreas dan San Jacinto, serta di Cajon Pass, tim mengembangkan model siklus seismik tiga dimensi berbasis fisika. Model ini mensimulasikan perilaku kesalahan dalam tiga dimensi sekaligus melacak perubahan seiring waktu.
Para peneliti memberikan model tersebut sejarah gempa bumi selama 1.000 tahun, yang dikumpulkan dari bukti geologi termasuk penanggalan radiokarbon, catatan lingkaran pohon, dan pengamatan sejarah kegagalan tanah.
“Model ini melacak bagaimana setiap gempa bumi mengubah tekanan pada segmen patahan di dekatnya, bagaimana tekanan terbentuk selama interval tenang di antara peristiwa-peristiwa tersebut, dan bagaimana lapisan kerak bumi yang lebih dalam perlahan-lahan mengendur setelah terjadi retakan besar,” kata Burkhard.
“Simulasi ini memungkinkan kita memahami bagaimana tekanan pada sistem patahan terakumulasi selama berabad-abad,” lanjut Burkhard. “Dengan mensimulasikan sejarah gempa bumi di Kalifornia Selatan, kami dapat memperkirakan seberapa besar tekanan pada sistem sesar saat ini.”
Berdasarkan hasil penelitian, tingkat stres di wilayah tersebut kini lebih tinggi dibandingkan waktu lain selama periode 1.000 tahun yang diteliti oleh model tersebut.
Peran “pintu seismik”
Salah satu temuan studi yang paling signifikan menyangkut peran Cajon Pass sebagai “pintu gerbang gempa.” Para peneliti menggambarkannya sebagai persimpangan sesar yang dapat mempengaruhi apakah retakan berhenti pada suatu sesar atau berlanjut di sistem San Andreas dan San Jacinto.
Gempa bumi di masa lalu memberikan contoh dari kedua dampak tersebut. Gempa Fort Tejon tahun 1857 berhenti di Cajon Pass dan tidak memecahkan Sesar San Jacinto. Sebaliknya, gempa bumi Wrightwood tahun 1812 melintasi persimpangan tersebut dan merambat melalui kedua sistem sesar sebagai satu peristiwa.
“Konsep gerbang seismik mencerminkan aspek penting tentang cara kerja persimpangan sesar,” kata Burkhard. “Cajon Pass tidak hanya memblokir atau menyalurkan gempa bumi: ia merespons kondisi stres, dan kondisi tersebut berubah selama berabad-abad.”
Para peneliti telah menemukan bahwa faktor kuncinya bukan hanya besarnya tekanan yang diberikan pada suatu kesalahan individu. Yang tidak kalah pentingnya adalah seberapa cocok tingkat tegangan pada kedua sistem patahan tersebut.
Ketika tekanan mencapai tingkat yang sama pada kedua sesar, kondisi menjadi lebih menguntungkan bagi retakan besar yang melintasi persimpangan dan merambat melalui kedua sistem. Ketika tingkat stres berbeda secara signifikan, perpisahan cenderung berhenti di Cajon Pass daripada berlanjut lebih jauh.
Model tersebut memperkirakan bahwa tekanan mencapai 3,6 MPa di bagian San Jacinto-Bernardino, melebihi nilai yang tercatat selama simulasi 1.000 tahun keseluruhan. Bagian Sesar San Andreas di Mojave Selatan saat ini berada pada 2,8 MPa. Karena kedua bagian mengalami tingkat tegangan yang tinggi dan relatif sama, sistem sesar berada dalam konfigurasi yang secara historis mendahului keruntuhan multifault.
“Jadi bukan hanya tekanan yang mencapai titik tertinggi dalam sejarah,” kata Burkhard, “tetapi juga kondisi tekanan relatif antara dua sistem sesar mendekati kisaran yang kita kaitkan dengan retakan besar yang melintasi kedua sesar secara bersamaan – dan ini merupakan skenario dengan konsekuensi yang jauh lebih besar bagi wilayah tersebut.”
Apa arti gempa multi-sesar?
Gempa bumi yang memecah sesar San Andreas dan San Jacinto melalui Cajon Pass kemungkinan akan jauh lebih parah dibandingkan gempa yang terbatas pada sistem sesar tunggal.
Peristiwa seperti ini dapat berdampak pada beberapa wilayah terpadat dan bergantung pada infrastruktur di negara ini, termasuk wilayah Los Angeles, San Bernardino, Riverside, dan Lembah Coachella. Cajon Pass sendiri berisi koridor transportasi penting, jalur kereta api, dan infrastruktur energi.
“Pertanyaan tentang kapan dan bagaimana gempa bumi besar berikutnya akan terjadi di wilayah ini adalah salah satu masalah paling mendesak dalam geosains terapan. Hasil kami memberikan gambaran yang lebih jelas dan berbasis fisika mengenai kondisi tegangan sistem sesar saat ini, dan kerangka kerja yang kami kembangkan tidak hanya berlaku di California, namun juga di persimpangan sesar kompleks lainnya di seluruh dunia,” kata Burkhard.
Di saat yang sama, Burkhard menekankan bahwa hasil tersebut tidak boleh diartikan sebagai prediksi.
“Studi ini bukanlah prediksi kapan gempa bumi akan terjadi. Apa yang bisa kami katakan adalah bahwa sistem berada di bawah tekanan kritis dan model berbasis fisika seperti yang kami miliki memberikan gambaran yang lebih jelas tentang berbagai skenario yang perlu kami persiapkan. Informasi ini penting untuk penilaian risiko, perencanaan infrastruktur, dan kesiapsiagaan darurat.”
