Teori Sains

Bagaimana Teori Gempa Bumi Dari Lempeng Tektonik Lahir

Bagaimana Teori Gempa Bumi Dari Lempeng Tektonik Lahir, Beberapa ide hebat mengguncang dunia. Selama berabad-abad, lapisan terluar Bumi dianggap statis, kaku, dan terkunci di tempatnya. Tapi teori lempeng tektonik telah mengguncang gambaran planet ini sampai ke intinya. Tektonik lempeng mengungkap bagaimana permukaan bumi terus bergerak, dan bagaimana fitur-fiturnya – gunung berapi, gempa bumi, cekungan samudra, dan pegunungan – secara intrinsik terkait dengan interiornya yang panas. Bentang alam planet yang kita kenal, yang sekarang kita ketahui, adalah produk dari siklus ribuan tahun di mana planet terus-menerus mengubah dirinya sendiri.

Ketika lempeng tektonik muncul pada 1960-an, ia menjadi teori pemersatu, “teori global pertama yang diterima secara umum dalam seluruh sejarah ilmu bumi”, tulis sejarawan ilmu pengetahuan Universitas Harvard, Naomi Oreskes, dalam pengantar Plate Tectonics: An Insider’s History dari Teori Modern Bumi. Pada tahun 1969, ahli geofisika J. Tuzo Wilson membandingkan dampak revolusi intelektual dalam ilmu bumi ini dengan teori relativitas umum Einstein, yang telah menghasilkan pemikiran serupa yang terbalik tentang sifat alam semesta.

Tektonik lempeng menggambarkan bagaimana seluruh lapisan terluar bumi setebal 100 kilometer, yang disebut litosfer, dipecah menjadi teka-teki gambar lempeng – lempengan batu yang menopang benua dan dasar laut – yang meluncur di atas lapisan dalam yang panas dan berputar perlahan. Bergerak dengan kecepatan antara 2 dan 10 sentimeter setiap tahun, beberapa lempeng bertabrakan, beberapa menyimpang, dan beberapa bergesekan satu sama lain. Dasar laut baru tercipta di tengah lautan dan hilang saat lempeng tenggelam kembali ke interior planet. Siklus ini memunculkan banyak keajaiban geologi Bumi, serta bahaya alamnya.

“Sungguh menakjubkan bagaimana ia mengikat potongan-potongan itu: penyebaran dasar laut, garis magnetik di dasar laut… tempat gempa bumi terbentuk, di mana pegunungan terbentuk,” kata Bradford Foley, ahli geodinamika di Penn State. “Hampir semuanya jatuh pada tempatnya.”

Dengan begitu banyak bukti yang sekarang diketahui, teori tersebut terasa jelas, hampir tak terhindarkan. Tapi perjalanan konseptual dari daratan tetap ke Bumi yang bergolak dan gelisah itu panjang dan berputar-putar, diselingi oleh momen-momen wawasan murni dan dipandu oleh pengumpulan data selama beberapa dekade.

Benua terpaut

thebigvantheory – Pada tahun 1912, ahli meteorologi Jerman Alfred Wegener mengusulkan pada pertemuan Asosiasi Geologi Frankfurt bahwa daratan bumi mungkin sedang bergerak. Pada saat itu, gagasan yang berlaku menyatakan bahwa gunung-gunung terbentuk seperti kerutan di planet ini karena perlahan-lahan kehilangan panas pembentukannya dan permukaannya menyusut. Sebaliknya, kata Wegener, pegunungan terbentuk ketika benua bertabrakan saat melayang melintasi permukaan planet. Meskipun sekarang berjauhan, benua-benua itu pernah bergabung menjadi benua super Wegener yang dijuluki Pangaea, atau “seluruh Bumi”. Ini akan menjelaskan mengapa batuan dengan jenis dan usia yang sama, serta fosil yang identik, ditemukan di kedua sisi Samudra Atlantik, misalnya.

Gagasan tentang benua yang melayang ini membuat penasaran beberapa ilmuwan. Banyak orang lainnya, terutama ahli geologi, tidak terkesan, bermusuhan, bahkan ngeri. Gagasan Wegener, menurut para pengkritik, terlalu spekulatif, tidak cukup didasarkan pada prinsip-prinsip geologi yang berlaku seperti uniformitarianisme, yang berpendapat bahwa kekuatan geologi yang bergerak lambat yang bekerja di Bumi saat ini juga pasti telah bekerja di masa lalu. Prinsip tersebut dianggap menuntut agar benua ditetapkan pada tempatnya.

Ahli geologi Jerman Max Semper dengan jijik menulis pada tahun 1917 bahwa gagasan Wegener “didirikan dengan penggunaan metode ilmiah yang dangkal, mengabaikan berbagai bidang geologi,” menambahkan bahwa ia berharap Wegener akan mengalihkan perhatiannya ke bidang sains lain dan membiarkan geologi. ” O suci Florian, lindungi rumah ini tapi bakar yang lain! ” tulisnya sinis.

Perdebatan antara “mobilis” dan “pemecah masalah” berkecamuk sepanjang tahun 1920-an, semakin memanas saat merembes ke dalam lingkaran berbahasa Inggris. Pada tahun 1926, pada pertemuan American Association of Petroleum Geologists di New York City, ahli geologi Rollin T. Chamberlin menolak hipotesis Wegener sebagai campuran dari pengamatan yang tidak terkait. Gagasan tersebut, kata Chamberlin, “adalah tipe yang longgar, di mana ia mengambil kebebasan yang cukup besar dengan globe kita, dan tidak terlalu terikat oleh batasan atau terikat oleh fakta-fakta yang canggung dan jelek daripada kebanyakan teori saingannya.”

Salah satu hal yang paling menonjol dari gagasan Wegener, yang sekarang disebut pergeseran benua, adalah bahwa hal itu tidak dapat menjelaskan bagaimana benua bergerak. Pada tahun 1928, ahli geologi Inggris Arthur Holmes memberikan penjelasan potensial untuk gerakan itu. Dia mengusulkan bahwa benua mungkin mengambang seperti rakit di atas lapisan batuan kental, sebagian cair jauh di dalam Bumi. Panas dari peluruhan bahan radioaktif, dia menyarankan, membuat lapisan ini mendidih perlahan, menciptakan arus sirkulasi besar di dalam batuan cair yang pada gilirannya perlahan-lahan menggeser benua.

Baca Juga : Teori Relativitas Umum Einstein Menyingkap Kosmos

Holmes mengakui dia tidak memiliki data untuk mendukung gagasan itu, dan komunitas geologi sebagian besar tetap tidak yakin dengan pergeseran benua. Ahli geologi beralih ke hal-hal lain, seperti mengembangkan skala kekuatan gempa bumi dan merancang metode untuk menentukan tanggal bahan organik secara tepat menggunakan bentuk radioaktif karbon, karbon-14.

Data membanjir masuk

Minat yang bangkit kembali pada pergeseran benua muncul pada tahun 1950-an dari bukti dari sumber yang tidak terduga – dasar lautan. Perang Dunia II telah membawa perkembangan pesat kapal selam dan sonar, dan para ilmuwan segera menggunakan teknologi baru untuk mempelajari dasar laut. Dengan menggunakan sonar, yang memencet dasar laut dengan gelombang suara dan mendengarkan denyut nadi balik, para peneliti memetakan sejauh mana rantai pegunungan bawah air yang terus menerus dan bercabang dengan retakan panjang di bagian tengahnya. Sistem retakan di seluruh dunia ini mengular selama lebih dari 72.000 kilometer di seluruh dunia, memotong pusat samudra dunia.

Dipersenjatai dengan magnetometer untuk mengukur medan magnet, para peneliti juga memetakan orientasi magnet batuan dasar laut – bagaimana mineral bantalan besinya diorientasikan relatif terhadap medan Bumi. Tim menemukan bahwa batuan dasar laut memiliki pola “garis zebra” yang khas: Pita dengan polaritas normal, yang orientasi magnetnya sesuai dengan medan magnet bumi saat ini, bergantian dengan pita dengan polaritas terbalik. Temuan ini menunjukkan bahwa masing-masing pita terbentuk pada waktu yang berbeda.

Sementara itu, peningkatan dukungan untuk deteksi dan pelarangan pengujian nuklir bawah tanah juga menciptakan peluang bagi ahli seismologi: kesempatan untuk membuat jaringan stasiun seismograf berstandar global. Pada akhir 1960-an, sekitar 120 stasiun berbeda dipasang di 60 negara berbeda, dari pegunungan Addis Ababa di Etiopia hingga aula Universitas Georgetown di Washington, D.C., hingga Kutub Selatan yang beku. Berkat banjir data seismik berkualitas tinggi yang dihasilkan, para ilmuwan menemukan dan memetakan gemuruh di sepanjang sistem retakan di tengah samudra, yang sekarang disebut pegunungan tengah laut, dan di bawah parit. Gempa di dekat palung laut yang sangat dalam sangat menarik: Gempa itu berasal jauh lebih dalam di bawah tanah daripada yang diperkirakan para ilmuwan. Dan punggung bukit itu sangat panas dibandingkan dengan dasar laut di sekitarnya, para ilmuwan belajar dengan menggunakan probe baja tipis yang dimasukkan ke dalam inti yang dibor dari kapal ke dasar laut.

Pada awal 1960-an, dua peneliti yang bekerja secara independen, ahli geologi Harry Hess dan ahli geofisika Robert S. Dietz, menyatukan petunjuk yang berbeda – dan menambahkan gagasan lama Holmes tentang lapisan yang mendasari arus yang bersirkulasi di dalam batuan panas. Punggungan tengah samudra, masing-masing menegaskan, mungkin tempat sirkulasi mendorong batuan panas ke permukaan. Kekuatan yang kuat mendorong potongan litosfer bumi terpisah. Ke dalam celah, lahar menggelembung – dan dasar laut baru lahir. Saat potongan-potongan litosfer bergerak terpisah, dasar laut baru terus terbentuk di antara mereka, yang disebut “penyebaran dasar laut”.

Momentum tersebut memuncak dalam pertemuan dua hari yang mungkin hanya terdiri dari 100 ilmuwan bumi pada tahun 1966, yang diadakan di Institut Goddard untuk Studi Luar Angkasa di New York. “Sangat jelas, pada konferensi di New York ini, bahwa semuanya akan berubah,” ahli geofisika Universitas Cambridge Dan McKenzie mengatakan kepada Geological Society of London pada tahun 2017 dalam refleksi pada pertemuan tersebut.

Tapi masuk, “tidak ada yang tahu” bahwa pertemuan ini akan menjadi momen penting bagi ilmu bumi, kata ahli seismologi Lynn Sykes dari Universitas Columbia. Sykes, yang saat itu meraih gelar Ph.D., adalah salah satu undangan; dia baru saja menemukan pola yang berbeda dalam gempa bumi di pegunungan tengah laut. Pola ini menunjukkan bahwa dasar laut di kedua sisi punggung bukit telah terlepas, bagian penting dari bukti lempeng tektonik.

Pada pertemuan tersebut, berbicara setelah berbicara tentang tumpukan data di atas data untuk mendukung penyebaran dasar laut, termasuk data gempa bumi Sykes dan pola garis-garis zebra simetris. Segera menjadi jelas bahwa temuan ini dibangun menuju satu narasi terpadu: Punggungan tengah samudra adalah tempat lahir dasar laut baru, dan palung laut dalam adalah kuburan tempat litosfer lama diserap kembali ke pedalaman. Siklus kelahiran dan kematian ini telah membuka dan menutup lautan berulang kali, menyatukan benua dan kemudian memisahkannya.

Buktinya sangat banyak, dan selama konferensi ini “kemenangan mobilisme telah ditetapkan dengan jelas,” ahli geofisika Xavier Le Pichon, yang sebelumnya skeptis terhadap penyebaran dasar laut, menulis pada tahun 2001 dalam esai retrospektifnya, “Konversi saya ke lempeng tektonik,” termasuk dalam buku Oreskes.

Lempeng Tektonik Muncul

Seluruh komunitas ilmu bumi menyadari temuan ini pada musim semi berikutnya, pada pertemuan tahunan American Geophysical Union. Wilson memaparkan berbagai bukti untuk pandangan baru tentang dunia ini kepada audiens yang jauh lebih besar di Washington, DC Pada saat itu, hanya ada sedikit penolakan dari komunitas, Sykes berkata: “Segera, mereka menerimanya, yang mengejutkan . ”

Para ilmuwan sekarang tahu bahwa dasar laut dan benua bumi sedang bergerak, dan bahwa pegunungan dan parit menandai tepi balok-balok besar litosfer. Tapi bagaimana balok-balok ini bergerak, semuanya serempak, mengelilingi planet ini? Untuk merencanakan koreografi tarian kompleks ini, dua kelompok terpisah menggunakan teorema yang dirancang oleh ahli matematika Leonhard Euler pada abad ke-18. Teorema menunjukkan bahwa benda kaku bergerak mengelilingi bola seolah-olah berputar mengelilingi sumbu. McKenzie dan ahli geofisika Robert Parker menggunakan teorema ini untuk menghitung tarian blok litosfer – lempeng. Tanpa sepengetahuan mereka, ahli geofisika W. Jason Morgan secara mandiri menemukan solusi serupa.

Dengan potongan terakhir ini, lahirlah teori pemersatu lempeng tektonik. Perselisihan panjang tentang pergeseran benua sekarang tampaknya tidak hanya kuno, tetapi juga “penawar serius bagi kepercayaan diri manusia,” kata fisikawan Egon Orowan Science News pada tahun 1970.

Baca Juga : Orion Merupakan Sejenis Penampakan konstelasi terkemuka yang terletak di ekuator langit dan terlihat di seluruh dunia 

Orang-orang mendapat banyak manfaat dari visi yang lebih jelas tentang cara kerja Bumi ini, termasuk kemampuan untuk lebih mempersiapkan diri menghadapi gempa bumi, tsunami, dan gunung berapi. Tektonik lempeng juga telah membentuk penelitian baru lintas sains, menawarkan informasi penting tentang bagaimana iklim berubah dan tentang evolusi kehidupan di Bumi.

Namun, masih banyak yang belum kita pahami, seperti kapan dan bagaimana pergeseran permukaan bumi yang gelisah dimulai – dan kapan hal itu mungkin berakhir. Yang juga membingungkan adalah mengapa lempeng tektonik tampaknya tidak terjadi di tempat lain di tata surya, kata Lindy Elkins-Tanton, ilmuwan planet di Arizona State University di Tempe. “Bagaimana sesuatu bisa menjadi revolusi intelektual yang lengkap dan juga tidak bisa dijelaskan pada saat bersamaan?”