Letusan super adalah salah satu peristiwa vulkanik terkuat di Bumi. Letusan dahsyat ini melepaskan lebih dari 1.000 kilometer kubik magma, batuan, dan abu, yang dapat berdampak signifikan terhadap iklim, ekosistem, dan masyarakat manusia. Karena dampaknya yang sangat besar, para ilmuwan berupaya untuk lebih memahami proses bawah tanah yang menciptakan dan memelihara gunung berapi raksasa ini.
Para peneliti di Institut Geologi dan Geofisika dari Akademi Ilmu Pengetahuan China (IGGCAS) telah mengembangkan model tiga dimensi rinci Amerika Utara bagian barat yang mensimulasikan perilaku litosfer saat ini dan mantel yang mengalir di bawahnya. Pekerjaan mereka mengungkap penjelasan baru tentang bagaimana magma dihasilkan di bawah gunung berapi super.
Hasilnya dipublikasikan di Sains.
Memikirkan kembali bagaimana gunung berapi super menyimpan magma
Selama bertahun-tahun, para ilmuwan percaya bahwa gunung berapi super memiliki ruangan besar berumur panjang yang sebagian besar berisi magma cair. Menurut pandangan tradisional ini, magma dengan kepadatan rendah secara bertahap menumpuk di kerak bumi, meningkatkan tekanan hingga batuan di sekitarnya retak, runtuh, dan akhirnya meletus.
Namun, semakin banyak bukti yang menunjukkan bahwa gunung berapi super aktif tidak memiliki reservoir cairan yang persisten. Sebaliknya, magma tampaknya tersebar di wilayah luas batuan yang sebagian cair yang dikenal sebagai sistem “magma bubur”. Zona bubur ini dapat meluas hingga ke sebagian besar lapisan luar bumi (litosfer), sehingga menciptakan struktur bawah tanah yang sangat berbeda dari apa yang dibayangkan sebelumnya.
Litosfer adalah lapisan luar bumi yang dingin dan kaku serta mencakup kerak bumi dan mantel atas. Di bawahnya terdapat astenosfer, lapisan yang lebih hangat dan lebih ulet yang mengalir perlahan seiring berjalannya waktu secara geologis.
Studi terbaru menunjukkan bahwa magma yang memberi makan gunung berapi super berasal dari astenosfer atas (mantel dangkal tepat di bawah litosfer). Namun bagaimana tepatnya bahan ini meleleh masih belum jelas. Saat batuan cair naik ke litosfer, ia bercampur dengan batuan padat di sekitarnya dan membentuk bubur magma yang sangat kental. Sistem bubur ini jauh lebih tebal dan kurang mobile dibandingkan magma cair, sehingga sulit untuk menjelaskan bagaimana mereka dapat menghasilkan supererupsi hanya melalui daya apung.
Berbeda dengan ruang magma terkonsentrasi yang diusulkan dalam model lama, sistem lumpur ini tersebar luas di seluruh litosfer.
Yellowstone sebagai laboratorium alami
Kaldera Yellowstone di Amerika Serikat bagian barat adalah salah satu gunung berapi super paling terkenal di dunia. Selama 2,1 juta tahun terakhir, gunung ini telah mengalami dua kali letusan super, menjadikannya situs penting untuk mempelajari perilaku sistem vulkanik raksasa.
Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa Yellowstone memiliki sistem bubur magma besar berumur panjang yang membentang melalui litosfer dan menukik ke arah barat daya. Studi juga menunjukkan bahwa badan magma yang lebih dangkal dan kaya akan cairan, mirip dengan konsep klasik ruang magma, hanya dapat terbentuk sebentar sebelum terjadi letusan.
Meskipun para ilmuwan telah belajar banyak tentang struktur internal Yellowstone, kekuatan besar yang bertanggung jawab untuk menciptakan dan memelihara sistem ini masih belum jelas.
Sebuah “angin jubah” di bawah Amerika Utara
Dengan menggunakan model geodinamik baru mereka, para peneliti menemukan bahwa magma Yellowstone disuplai oleh astenosfer dangkal, bukan dari bulu mantel dalam yang muncul dari interior bumi.
Menurut model tersebut, “angin mantel” yang bergerak ke arah timur mengangkut material astenosfer panas menuju Yellowstone. Angin mantel ini dihasilkan oleh subduksi jangka panjang lempeng Farallon, yang sisa-sisanya masih berada jauh di bawah Amerika Utara bagian tengah dan timur.
Berbeda dengan angin atmosfer, angin mantel ini terdiri dari pergerakan horizontal luas batuan panas yang mengalir perlahan di dalam mantel bumi.
Saat material terapung ini bergerak di bawah benua, material tersebut ditarik ke bawah di bawah litosfer yang tebal. Peregangan yang dihasilkan menciptakan kondisi yang mendukung pencairan dekompresi dan menghasilkan magma. Penemuan ini menantang gagasan lama bahwa Yellowstone terletak di atas bulu mantel dalam yang muncul dari batas inti-mantel.
Seberapa dalam kekuatan membentuk sistem magma Yellowstone
Studi ini juga menunjukkan bahwa angin mantel membantu menentukan bentuk dan evolusi sistem magma Yellowstone yang luas.
Aliran mantel ke arah timur mendorong akar litosfer tebal di sebelah timur Yellowstone. Pada saat yang sama, litosfer yang mengambang di barat menghasilkan kekuatan yang berlawanan. Bersama-sama, kekuatan-kekuatan yang bersaing ini secara efektif “menghancurkan” litosfer benua, menciptakan saluran yang mengarah ke barat daya di bawah Yellowstone.
Saluran ini menyediakan jalur efisien bagi magma untuk naik, bergerak, dan berevolusi di dalam litosfer. Akibatnya, ia memainkan peran utama dalam mengendalikan struktur dan pengembangan jangka panjang sistem magma Yellowstone.
Hasil model ini sangat cocok dengan pengamatan geofisika dan geokimia independen yang dikumpulkan di wilayah tersebut.
Perspektif baru tentang pembentukan gunung berapi super
Para peneliti mengatakan penelitian mereka memberikan penjelasan paling komprehensif hingga saat ini tentang pembentukan sistem magma besar di bawah gunung berapi super. Model ini menghubungkan pembentukan magma di astenosfer dengan akumulasinya di seluruh litosfer, menghubungkan proses-proses yang sebelumnya sulit dijelaskan dalam satu kerangka kerja.
Penelitian ini juga mengidentifikasi mekanisme fisik yang mampu mempertahankan sistem bubur magma yang besar dan berumur panjang, sebuah fitur yang dimiliki oleh banyak gunung berapi super di seluruh dunia.
