Ketika gempa bumi besar melanda Semenanjung Kamchatka Rusia pada akhir Juli, hal tersebut memicu tsunami yang menyapu Samudera Pasifik. Saat gelombang raksasa menyebar ke luar, satelit canggih NASA berada dalam posisi ideal untuk mengamati peristiwa tersebut dengan detail yang belum pernah terjadi sebelumnya.
Satelit tersebut, yang diberi nama Surface Water Ocean Topography (SWOT), mencatat pemandangan lebar dan beresolusi tinggi pertama dari tsunami besar yang diakibatkan oleh gempa bumi di zona subduksi, menurut sebuah penelitian yang diterbitkan di File seismik.
Apa yang ditemukan para ilmuwan sungguh tidak terduga. Tsunami tidak bergerak melintasi lautan sebagai gelombang yang relatif sederhana, tetapi menunjukkan pola yang jauh lebih kompleks, dengan gelombang yang merambat, menyebar, dan berinteraksi melintasi sebagian besar wilayah Pasifik. Penemuan ini dapat membantu para peneliti meningkatkan prakiraan tsunami dan lebih memahami potensi risiko terhadap masyarakat pesisir.
Pemandangan langka dari tsunami seluas Pasifik
Tsunami dipicu oleh gempa bumi berkekuatan 8,8 skala Richter pada tanggal 29 Juli di zona subduksi Kuril-Kamchatka, di mana satu lempeng tektonik terdorong ke bawah lempeng lainnya. Gempa tersebut merupakan gempa terbesar keenam yang tercatat di dunia sejak tahun 1900.
Untuk mempelajari peristiwa tersebut, para peneliti menggabungkan observasi dari satelit SWOT dengan pengukuran dari pelampung DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis) yang ditempatkan di seluruh Pasifik. Instrumen-instrumen ini dirancang untuk mendeteksi perubahan kecil pada permukaan laut dan memberikan informasi peringatan dini jika terjadi tsunami.
Menurut penulis utama Angel Ruiz-Angulo dari Universitas Islandia, satelit ini memberikan perspektif yang sangat berbeda dibandingkan para ilmuwan di masa lalu.
“Saya memandang data SWOT sebagai kacamata baru,” kata Ruiz-Angulo. “Sebelumnya, dengan DART, kita hanya bisa melihat tsunami pada titik-titik tertentu di lautan luas. Sebelumnya sudah ada satelit lain, tapi satelit-satelit tersebut hanya melihat garis tipis melintasi tsunami. Sekarang, dengan SWOT, kita bisa menangkap petak selebar sekitar 120 kilometer, dengan data permukaan laut beresolusi tinggi yang belum pernah ada sebelumnya.”
Satelit yang dibangun untuk mempelajari air
SWOT diluncurkan pada Desember 2022 sebagai bagian dari misi bersama antara NASA dan badan antariksa Prancis Center National d’Etudes Spatiales. Tujuan utamanya adalah untuk menciptakan studi global komprehensif pertama mengenai permukaan air bumi, melacak segala sesuatu mulai dari sungai dan danau hingga fitur laut.
Ruiz-Angulo mengatakan dia dan rekan penulisnya Charly de Marez menghabiskan lebih dari dua tahun menganalisis pengamatan SWOT terhadap proses lautan seperti pusaran kecil dan arus sebelum peluang langka ini muncul.
Mereka telah “menganalisis data SWOT selama lebih dari dua tahun, memahami berbagai proses di lautan, seperti pusaran air kecil, tanpa pernah membayangkan kita akan cukup beruntung untuk menangkap tsunami.”
Menantang hipotesis lama tentang tsunami
Salah satu temuan penelitian yang paling mengejutkan berkaitan dengan konsep yang dikenal sebagai dispersi.
Para ilmuwan secara tradisional menganggap tsunami besar bersifat “non-dispersif.” Karena panjang gelombangnya jauh lebih panjang dibandingkan kedalaman laut, para peneliti umumnya memperkirakan gelombang ini akan mempertahankan bentuk yang relatif konstan saat melakukan perjalanan jarak jauh.
Namun, dalam sistem gelombang dispersif, bagian gelombang yang berbeda bergerak dengan kecepatan yang sedikit berbeda. Hal ini dapat menyebabkan gelombang asal merambat menjadi gelombang maju yang diikuti oleh serangkaian gelombang mundur.
“Data SWOT dari peristiwa ini menantang gagasan bahwa tsunami besar tidak menyebar,” kata Ruiz-Angulo.
Ketika tim membandingkan pengamatan dengan simulasi komputer, mereka menemukan bahwa model yang mencakup dispersi lebih cocok dengan pengukuran satelit dibandingkan model tsunami tradisional.
“Dampak utama pengamatan ini terhadap para pembuat model tsunami adalah kita kehilangan sesuatu dalam model yang kita gunakan,” tambah Ruiz-Angulo. “Variabilitas ‘ekstra’ ini dapat berarti bahwa gelombang utama dapat dimodulasi oleh gelombang ekor saat mendekati pantai. Kita perlu menghitung kelebihan energi dispersif ini dan menilai apakah gelombang tersebut mempunyai dampak yang belum pernah dipertimbangkan sebelumnya.”
Data tsunami menunjukkan retakan seismik yang lebih besar
Pengamatan terhadap tsunami juga membantu para peneliti menyempurnakan pemahaman mereka tentang gempa itu sendiri.
Model-model sebelumnya yang berdasarkan pada pengukuran seismik dan deformasi tanah memperkirakan waktu datangnya tsunami yang tidak sepenuhnya sesuai dengan waktu yang dicatat oleh dua alat pengukur DART. Satu stasiun mendeteksi tsunami lebih awal dari perkiraan, sementara stasiun lain mencatatnya lebih lambat dari perkiraan.
Untuk mempelajari perbedaan ini, tim menggunakan teknik yang disebut inversi, yang bekerja mundur dari perilaku tsunami yang diamati untuk memperkirakan karakteristik gempa yang menyebabkannya.
Analisis mereka menunjukkan bahwa retakan seismik meluas lebih jauh ke selatan dibandingkan penelitian sebelumnya. Retakan tersebut meluas hingga sekitar 400 kilometer, jauh lebih panjang dari perkiraan model sebelumnya yang mencapai 300 kilometer.
Rekan penulis studi, Diego Melgar, mencatat bahwa pengamatan terhadap tsunami menjadi semakin berguna untuk memahami seberapa besar gempa bumi besar terjadi di dekat dasar laut.
“Sejak gempa Tohoku-oki berkekuatan 9,0 skala richter di Jepang pada tahun 2011, kami menyadari bahwa data tsunami mengandung informasi yang sangat berharga untuk membatasi tanah longsor di permukaan,” kata Melgar.
Mengapa berbagai sumber data itu penting
Menyusul gempa bumi dan tsunami dahsyat yang terjadi di Jepang pada tahun 2011, para peneliti mulai lebih menekankan pada penggabungan berbagai jenis pengamatan ketika mempelajari gempa bumi besar.
Melgar menjelaskan, mengintegrasikan pengukuran dari pelampung DART ke dalam analisis seismik masih menjadi tantangan karena fisika yang digunakan untuk memodelkan gelombang laut berbeda dengan fisika yang digunakan untuk memodelkan gelombang seismik yang melewati kerak bumi.
Sejak itu, laboratorium Melgar dan laboratorium lainnya telah berupaya untuk memasukkan data DART ke dalam inversi, “tetapi hal ini masih belum dilakukan karena model hidrodinamik yang diperlukan untuk memodelkan DART sangat berbeda dengan model perambatan gelombang seismik untuk memodelkan data padat Bumi. Namun, seperti yang ditunjukkan lagi, sangat penting untuk menggabungkan sebanyak mungkin jenis data,” kata Melgar.
Meningkatkan peringatan tsunami di masa depan
Zona subduksi Kuril-Kamchatka telah menghasilkan beberapa tsunami terbesar yang pernah tercatat di Pasifik. Gempa bumi berkekuatan 9,0 di wilayah yang sama memicu tsunami besar pada tahun 1952, sebuah peristiwa yang pada akhirnya membantu terciptanya sistem peringatan tsunami internasional.
Jaringan peringatan ini kemudian memainkan peran penting dalam mengeluarkan peringatan di seluruh Pasifik selama tsunami tahun 2025.
Seiring dengan kemajuan teknologi satelit, para peneliti berharap bahwa pengamatan seperti yang dikumpulkan oleh SWOT suatu hari nanti dapat menjadi bagian dari sistem prakiraan tsunami yang hampir terjadi secara real-time, membantu memberikan peringatan yang lebih cepat dan akurat kepada masyarakat yang terancam.
