Hampir setengah abad yang lalu, gempa bumi kecil di Utah bagian utara membuat para seismolog kebingungan. Peristiwa ini tampaknya terjadi jauh lebih dalam daripada yang diperkirakan siapa pun yang terjadi di bawah benua. Kini, penelitian baru dari Universitas Utah telah mengkonfirmasi bahwa gempa yang tidak biasa ini benar-benar terjadi dan merupakan bagian dari kategori peristiwa seismik langka yang terjadi jauh di dalam mantel bumi.
Gempa bumi terjadi pada pagi hari tanggal 24 Februari 1979, di bawah kota Randolph, dekat perbatasan Utah dengan Idaho dan Wyoming. Meskipun tercatat berkekuatan 3,8 SR, tidak ada yang melaporkan merasakannya. Rekaman seismik juga tampak tidak biasa, sehingga memerlukan pemeriksaan lebih lanjut.
Saat itu, George Zandt, peneliti postdoctoral di Universitas Utah, menganalisis data dan menghitung bahwa gempa tersebut terjadi sekitar 90 kilometer di bawah permukaan laut. Kedalaman ini menempatkannya jauh di bawah kerak bumi dan jauh di dalam mantel atas, tempat yang biasanya tidak diperkirakan akan terjadi gempa bumi oleh para ilmuwan.
“Kedalamannya menjelaskan mengapa orang-orang di permukaan tidak merasakannya,” kata Zandt, yang kemudian menghabiskan bertahun-tahun di fakultas geologi di Universitas Arizona. “Saya melakukan analisis lain yang meyakinkan saya tentang realitas kedalaman yang dalam, tetapi sulit untuk meyakinkan orang lain tentang gempa mantel yang sangat anomali yang terjadi di wilayah yang seharusnya tidak ada.”
Beberapa dekade kemudian, data lama menunjukkan tren
Zandt menerbitkan ringkasan singkat gempa Randolph di Catatan tentang gempa buminamun penemuan ini hanya menarik sedikit perhatian. Ketertarikan muncul kembali beberapa dekade kemudian ketika para peneliti di Universitas Utah meninjau kembali rekaman seismik asli.
Dipimpin oleh profesor geologi Keith Koper, tim tersebut memeriksa kembali data bentuk gelombang dari gempa bumi tahun 1979 serta delapan dugaan gempa dalam lainnya yang terjadi di Utah utara dan Wyoming barat daya.
Analisis mereka menegaskan bahwa kesembilan peristiwa tersebut terjadi jauh di bawah kerak bumi, memberikan bukti kuat akan adanya apa yang oleh para ilmuwan disebut gempa bumi mantel benua (CME).
Temuan ini menjadi penting ketika gempa bumi besar lainnya terjadi pada 10 September 2025, dekat Maeser di Cekungan Uinta, Utah. Peristiwa ini mencapai magnitudo 4,1 dan terjadi sekitar 68 kilometer di bawah permukaan.
Sumbernya terletak lebih dari 20 kilometer di bawah diskontinuitas Mohorovičić, biasa disebut Moho, yang menandai batas antara kerak bumi dan mantel di bawahnya. Dalam studi terpisah yang diterbitkan di File seismikpara peneliti menggambarkan gempa bumi Maeser sebagai “peristiwa mantel benua yang khas.”
Gempa bumi di lingkungan yang tidak biasa
Berbeda dengan kebanyakan gempa bumi, gempa bumi dalam ini terjadi di lingkungan yang bercirikan panas dan tekanan ekstrem. Pada kedalaman seperti itu, batuan umumnya diperkirakan akan mengalami deformasi secara perlahan dibandingkan patah secara tiba-tiba.
“Ini adalah contoh gempa bumi yang berinti dalam kondisi yang sangat tidak biasa, suhu tinggi, tekanan tinggi, dan hampir semua material di kedalaman tersebut akan mengalir keluar. Ini lebih seperti gula-gula, itu gula-gula dalam skala waktu yang lama, seperti jutaan tahun,” kata Koper, yang memimpin stasiun seismograf Universitas Utah dan sebelumnya belajar di bawah bimbingan Zandt. “Meski begitu, Anda masih bisa melihatnya di bebatuan yang muncul ke permukaan, Anda bisa melihat bagaimana mereka meregang.”
Zandt keluar dari masa pensiunnya untuk berkolaborasi dalam penelitian baru dan terdaftar sebagai rekan penulis.
Jenis gempa lainnya
Untuk menentukan di mana gempa bumi dimulai, ahli seismologi memeriksa waktu tempuh berbagai gelombang seismik yang direkam oleh instrumen di permukaan. Perbedaan kecil waktu kedatangan membantu peneliti mengidentifikasi asal mula gempa.
Stasiun seismograf di Universitas Utah telah menyimpan catatan seismik selama puluhan tahun, sehingga menciptakan arsip berharga untuk analisis modern. Mahasiswa pascasarjana Sean Hutchings menggunakan catatan ini untuk mempelajari gempa bumi dalam yang diketahui dan mengidentifikasi peristiwa tambahan yang sebelumnya diklasifikasikan sebagai gempa bumi kerak.
“Ini semacam misteri dalam fisika fundamental. Bagaimana hal ini bisa terjadi?” kata Koper. “Alasan lain mengapa hal ini sangat penting adalah karena kita tidak tahu seberapa besar gempa tersebut. Dengan gempa bumi kerak, kita dapat mengukur perkiraan ukuran maksimumnya.
Para peneliti telah menemukan beberapa ciri yang membedakan gempa dalam ini dengan peristiwa seismik yang lebih umum. Gempa bumi ini terjadi sendiri-sendiri, tanpa adanya gempa sebelum dan sesudah gempa yang umumnya diasosiasikan dengan gempa bumi dangkal. Mereka juga terkonsentrasi di dekat tepi barat Kraton Wyoming dan terjadi di wilayah yang suhunya seringkali melebihi 700 derajat Celcius.
Peran Kraton Wyoming
Wyoming Craton adalah blok litosfer bumi kuno dan stabil yang terletak di bawah bagian Wyoming dan negara-negara tetangga. Koper membandingkan kraton dengan gunung es. Alih-alih mengapung di lautan, mereka meluas ke bawah hingga ke mantel bumi seperti lunas kapal.
Terletak di antara Amerika Serikat Bagian Barat yang aktif secara tektonik dan bagian dalam Lempeng Amerika Utara yang lebih stabil, Wyoming Craton telah mengalami erosi yang signifikan seiring berjalannya waktu secara geologis. Akibatnya, strukturnya bervariasi di seluruh wilayah dan litosfer secara bertahap menipis menuju Idaho dan Utah.
Gempa bumi dalam yang baru-baru ini dikonfirmasi terjadi di zona transisi ini.
“Dalam skala jutaan tahun, mantel tersebut menghantam kawah dan kemudian beredar di sekitarnya,” jelas Koper. “Interaksi di mana aliran mantel dialihkan di sekitar akar keras kraton inilah yang menyebabkan laju regangan meningkat, regangan meningkat, dan juga menciptakan tekanan tambahan. Kami pikir interaksi antara lunas gunung es dan lingkungan di sekitarnya inilah yang menyebabkan gempa bumi ini.”
Penelitian ini dipublikasikan 10 April di File seismik dengan judul “Gempa 4,1 10 September 2025 di timur laut Utah, Amerika Serikat: peristiwa mantel benua pola dasar” dan pada tanggal 5 Mei 2025, di Surat penelitian geofisika dengan judul “Gempa mantel atas di sepanjang Kraton Wyoming.”
Rekan penulis lainnya termasuk Sean J. Hutchings, Fan-Chi Lin, Qicheng Zeng, Relu Burlacu, Katherine Whidden dan Valerie Springer dari Departemen Geologi dan Geofisika di Universitas Utah. Pendanaan untuk pekerjaan ini disediakan oleh Negara Bagian Utah, Departemen Energi AS, dan Survei Geologi AS.
