Gempa bumi bisa sangat merusak bagi kota-kota yang terletak jauh dan dibangun di atas cekungan—kini kita tahu mengapa
Earthquakes can be destructive for distant cities built on top of basins – now we know why
Flat basins are favoured places to build cities. But seismic waves can get trapped in these basins, putting cities at risk from distant earthquakes.
Cekungan datar adalah tempat yang ideal untuk membangun kota. Namun, gelombang seismik dapat terperangkap di cekungan ini, menempatkan kota-kota tersebut pada risiko gempa bumi dari jarak jauh.
Sedimentary basins – depressions in Earth’s crust caused by tectonic activity – tend to be flat and are favoured places to build cities. But during earthquakes, they can become natural resonance chambers.
Cekungan sedimen – depresi di kerak Bumi yang disebabkan oleh aktivitas tektonik – cenderung datar dan merupakan tempat yang disukai untuk membangun kota. Namun, selama gempa bumi, cekungan ini dapat menjadi ruang resonansi alami.
Just like sound waves echoing around an empty hall, this means seismic waves can get trapped in these basins and bounce from side to side to create “seismic echoes”.
Sama seperti gelombang suara yang bergema di aula kosong, ini berarti gelombang seismik dapat terperangkap di dalam cekungan-cekungan ini dan memantul dari sisi ke sisi untuk menciptakan “gema seismik”.
Depending on the shape and depth of the basin, these echoes can become amplified and be highly destructive.
Tergantung pada bentuk dan kedalaman cekungan, gema-gema ini dapat diperkuat (amplified) dan sangat merusak.
New Zealand’s capital city Wellington is built on a sedimentary basin and is an example of this phenomenon.
Ibu kota Selandia Baru, Wellington, dibangun di atas cekungan sedimen dan merupakan contoh dari fenomena ini.
In the 2016 magnitude 7.8 Kaikōura earthquake, Wellington’s central business district experienced shaking that exceeded design predictions. Even though the quake was located 80 kilometres from the city, it caused severe damage to infrastructure, with many multi-storey buildings damaged or destroyed.
Dalam gempa bumi Kaikōura berkekuatan 7,8 pada tahun 2016, pusat bisnis Wellington mengalami guncangan yang melebihi prediksi desain. Meskipun gempa itu berlokasi 80 kilometer dari kota, hal itu menyebabkan kerusakan parah pada infrastruktur, dengan banyak bangunan bertingkat yang rusak atau hancur.
Archival records also show that during the 1942 magnitude 7.3 Wairarapa quake, which was located about 80 kilometres north of Wellington, some 10,000 chimneys were destroyed in the city.
Catatan arsip juga menunjukkan bahwa selama gempa Wairarapa berkekuatan 7,3 pada tahun 1942, yang terletak sekitar 80 kilometer di utara Wellington, sekitar 10.000 cerobong asap hancur di kota tersebut.
Our new research provides an updated model for the central Wellington basin.
Penelitian baru kami menyediakan model terbaru untuk cekungan pusat Wellington.
We found it is almost twice as deep (about 500 metres) than previously thought and that its shape is significantly different from the previous model. These differences go some way toward explaining why the shaking was stronger than expected.
Kami menemukan bahwa kedalamannya hampir dua kali lipat (sekitar 500 meter) dari yang diperkirakan sebelumnya dan bentuknya sangat berbeda dari model sebelumnya. Perbedaan-perbedaan ini berkontribusi dalam menjelaskan mengapa guncangan lebih kuat dari yang diharapkan.
The deadliest example from history
Contoh paling mematikan dari sejarah
Historically, the most devastating example of seismic echoes, or trapped waves, was the 1985 Mexico City earthquake, which killed 8,000 people and destroyed high-rise buildings.
Secara historis, contoh paling menghancurkan dari gema seismik, atau gelombang terperangkap, adalah gempa bumi Mexico City tahun 1985, yang menewaskan 8.000 orang dan meruntuhkan gedung-gedung tinggi.
The quake’s epicentre was 350 kilometres west of the city, but when waves of moderate amplitude arrived in the city, they became trapped in the low-wave-speed sediments of the basin on which it is built and became amplified.
Episentrum gempa itu berada 350 kilometer di barat kota, tetapi ketika gelombang dengan amplitudo sedang tiba di kota, gelombang tersebut terperangkap dalam sedimen berkecepatan rendah dari cekungan tempat kota itu dibangun dan menjadi diperkuat.
As the waves bounced from side to side, they created a standing wave, similar to water waves in a bath.
Saat gelombang memantul dari sisi ke sisi, mereka menciptakan gelombang berdiri, mirip dengan gelombang air di bak mandi.
As a result, the city experienced specific narrow zones of extreme destruction, underscoring the risk from even very distant earthquakes for cities built on sedimentary basins.
Akibatnya, kota itu mengalami zona sempit spesifik dari kehancuran ekstrem, menggarisbawahi risiko dari gempa bumi yang bahkan sangat jauh bagi kota-kota yang dibangun di cekungan sedimen.
Seismic echo chambers
Ruang Gema Seismik
Seismic waves become trapped and amplified for two main reasons.
Gelombang seismik menjadi terperangkap dan diperkuat karena dua alasan utama.
First, as the waves move from a fast wave-speed medium (solid basement rocks) to the low wave-speed of sedimentary rocks, the amplitude of the waves will increase to compensate for the drop in wave speed.
Pertama, saat gelombang bergerak dari medium kecepatan gelombang cepat (batuan dasar yang padat) ke kecepatan gelombang rendah batuan sedimen, amplitudo gelombang akan meningkat untuk mengimbangi penurunan kecepatan gelombang.
This is similar to a tsunami wave that travels across the deep ocean with a small amplitude but high speed, and then, as it comes closer to shore in shallow water, slows down but dramatically increases in amplitude.
Ini mirip dengan gelombang tsunami yang melintasi samudra dalam dengan amplitudo kecil tetapi kecepatan tinggi, dan kemudian, saat mendekati pantai di perairan dangkal, melambat tetapi meningkat secara dramatis amplitudonya.
This interchange between wave amplitude and speed is to do with the energy of the waves, which must remain constant.
Pertukaran antara amplitudo dan kecepatan gelombang ini berkaitan dengan energi gelombang, yang harus tetap konstan.
The second reason for the amplification of seismic waves in a basin is resonance – when the wavelengths of the incoming seismic waves are similar to either the vertical and horizontal dimensions of the basin.
Alasan kedua untuk penguatan gelombang seismik di sebuah cekungan adalah resonansi – ketika panjang gelombang gelombang seismik yang masuk serupa dengan dimensi vertikal dan horizontal dari cekungan tersebut.
If the basin has steep sides, an edge effect is also generated where strong amplification can occur close to the edge of the basin due to a buildup of different wave types.
Jika cekungan memiliki sisi yang curam, efek tepi juga dihasilkan di mana penguatan kuat dapat terjadi dekat dengan tepi cekungan karena penumpukan berbagai jenis gelombang.
Perhaps the most surprising of our findings is the shape of the basin under Wellington. Its effective western edge is not the Wellington Fault, as previously assumed.
Mungkin temuan paling mengejutkan dari kami adalah bentuk cekungan di bawah Wellington. Tepi barat efektifnya bukanlah Sesar Wellington, seperti yang diasumsikan sebelumnya.
Instead, the edge cuts across the basin at a high angle to the Wellington fault and follows the line of two previously identified, low-activity faults – the Terrace and Lambton faults.
Sebaliknya, tepi tersebut memotong cekungan pada sudut tinggi terhadap sesar Wellington dan mengikuti garis dua sesar beraktivitas rendah yang sebelumnya diidentifikasi – Sesar Terrace dan Sesar Lambton.
These differences between the new and old basin models have significant impacts on the predicted shaking Wellington might expect. In particular, there will be an effect linked to the newly described edge, and the predicted amplification will be higher for a deeper basin.
Perbedaan antara model cekungan yang baru dan lama ini memiliki dampak signifikan pada guncangan yang mungkin diharapkan Wellington. Secara khusus, akan ada efek yang terkait dengan tepi yang baru dijelaskan, dan penguatan yang diprediksi akan lebih tinggi untuk cekungan yang lebih dalam.
We used a 3D model of the basin in a computer simulation for the shaking at frequencies of 0.7 Hertz (the dominant shaking frequency recorded during past quakes) . We found that the amplifications of horizontal ground motion could be 2.5-3 times the background level adjacent to the western edge of the basin.
Kami menggunakan model 3D cekungan dalam simulasi komputer untuk guncangan pada frekuensi 0,7 Hertz (frekuensi guncangan dominan yang tercatat selama gempa masa lalu) . Kami menemukan bahwa penguatan gerakan tanah horizontal bisa 2,5-3 kali tingkat latar belakang di dekat tepi barat cekungan.
When we compared this predicted pattern of amplified shaking to where the actual damaged buildings were located during the Kaikōura earthquake, we observed some correlation with the western edge of the basin.
Ketika kami membandingkan pola guncangan yang diperkuat ini dengan lokasi bangunan rusak yang sebenarnya selama gempa bumi Kaikōura, kami mengamati korelasi tertentu dengan tepi barat cekungan.
However, we need to be cautious when making this comparison as this pattern could be linked to other factors, such as the distribution of reclaimed land and clustering of inadequately designed buildings.
Namun, kami perlu berhati-hati saat membuat perbandingan ini karena pola ini dapat terkait dengan faktor lain, seperti distribusi lahan reklamasi dan pengelompokan bangunan yang desainnya tidak memadai.
Our study nevertheless highlights two key points.
Meskipun demikian, studi kami menyoroti dua poin utama.
First, simple geophysical methods can now be used in urban areas to map out the depth and shape of basins that cities are built on. From these models, we can then generate computer simulations to predict the location of amplified shaking.
Pertama, metode geofisika sederhana kini dapat digunakan di kawasan perkotaan untuk memetakan kedalaman dan bentuk cekungan tempat kota dibangun. Dari model-model ini, kami kemudian dapat menghasilkan simulasi komputer untuk memprediksi lokasi guncangan yang diperkuat.
This will lead to more granular zoning for what parts of cities may be more vulnerable.
Ini akan mengarah pada zonasi yang lebih rinci mengenai bagian kota mana yang mungkin lebih rentan.
The second key point is higher awareness of the risk to cities built on sedimentary basins from not only local, but also distant earthquakes.
Poin utama kedua adalah peningkatan kesadaran akan risiko bagi kota-kota yang dibangun di cekungan sedimen dari gempa bumi tidak hanya lokal, tetapi juga jauh.
Timothy Stern has received funding from the NZ Earthquake Commission (EQC) for the initial gravity survey; QuakeCore for some of the seismic work; and from an internal Victoria University grant for student stipend support.
Timothy Stern telah menerima pendanaan dari Komisi Gempa Bumi Selandia Baru (NZ EQC) untuk survei gravitasi awal; QuakeCore untuk sebagian pekerjaan seismik; dan dari hibah internal Universitas Victoria untuk dukungan tunjangan mahasiswa.
Read more
-
SpaceX milik Musk diprediksi menjadi IPO terbesar dalam catatan sejarah. Ia juga melanggar aturan untuk melakukannya.
Musk’s SpaceX is shaping up as the biggest IPO on record. It’s also bending the rules to do so
-
Siapakah Péter Magyar dari Hungaria dan bagaimana ia menggulingkan demokrasi illiberal Viktor Orbán
Who is Hungary’s Péter Magyar and how he overturned Viktor Orbán’s illiberal democracy