Di Dalam Prediksi Penyelamatan Nyawa Para Ilmuwan tentang Letusan Islandia | Majalah Kuanta

Pada November 10, 2023, Kristín Jónsdóttir, kepala departemen penelitian gunung berapi di Kantor Meteorologi Islandia, jarang mendapat hari libur. “Itu adalah ulang tahunku yang ke-50,” katanya. Lalu segalanya mulai bergetar. Dia menghabiskan hari itu dengan menatap ponselnya, menyaksikan gempa bumi berkembang di peta Semenanjung Reykjanes di Islandia.

Semenanjung ini mengalami letusan retakan, dimana tanah terbelah dan lava keluar. Sejak akhir Oktober, perhatian terfokus pada wilayah Svartsengi di semenanjung itu – yang merupakan lokasi spa Blue Lagoon yang populer, pembangkit listrik tenaga panas bumi, dan kota pesisir Grindavík. Tiga letusan terakhir di semenanjung itu telah membanjiri lembah-lembah terpencil dengan api. Namun sekarang, kota itu terancam.

Pusaran gempa yang terjadi pada tanggal 10 November mengungkapkan bahwa sungai magmatik yang terkubur telah mengalir ke arah Grindavík dan 3,600 penduduknya. Yang lebih menyedihkan lagi, sebuah tanggul – badan magma vertikal yang mirip dengan tirai api cair – muncul dari sungai bawah tanah tersebut, dan berhenti di dekat permukaan.

Dengan cepat, pihak berwenang mengevakuasi kota tersebut. Dan kemudian semua orang menunggu.

Pada tanggal 18 Desember, retakan gunung berapi membelah tanah di timur laut kota dan mengecat tanah musim dingin dengan batuan cair. Letusan hebat berlangsung beberapa hari dan berlangsung di luar Grindavík.

Kemudian pada pukul 3 pagi tanggal 14 Januari, beberapa warga yang telah kembali ke rumahnya dibangunkan oleh klaxon dan pesan teks yang menyuruh mereka untuk mengungsi. Letusan lain telah menyerbu kota. Pada saat bencana tersebut berakhir sekitar 60 jam kemudian, beberapa rumah telah dilalap, namun tidak ada seorang pun yang meninggal.

Penduduk Grindavík berhutang budi kepada otoritas lokal yang proaktif, manajer darurat, dan studi tentang interior bumi. Para ilmuwan telah melacak pergerakan magma dengan memecahkan kode gelombang seismik dan distorsi pada kerak planet. Dengan memetakan saluran vulkanik di semenanjung tersebut, mereka membangun pemahaman yang lebih baik tentang cara kerja vulkanisme secara umum, sekaligus bertujuan untuk memberikan prakiraan cuaca lokal yang lebih tepat di masa depan.

Pekerjaan sedang berlangsung; krisis vulkanik ini masih jauh dari selesai. Semenanjung yang belum pernah mengalami letusan selama 800 tahun kini telah terbangun, dan bukti geologis menunjukkan bahwa letusan dapat berlanjut selama bertahun-tahun, puluhan tahun, atau bahkan berabad-abad.

“Kami hanya melihat sebagian kecil lava yang muncul,” kata Jónsdóttir. “Alam itu suram.”

Kekuatan Geofisika

Letusan celah — yang juga terjadi di tempat lain di Islandia, serta di Hawai'i dan (beberapa milenium yang lalu) Idaho, New Mexico, dan California — sulit diperkirakan. Berbeda dengan letusan gunung berapi klasik yang menampilkan bentang alam pegunungan, sulit untuk memprediksi dengan tepat di mana retakan tersebut akan terjadi.

Vulkanisme celah di Semenanjung Reykjanes sangat unik. Aliran lava kuno, yang kini membeku di tempatnya, mengungkapkan bahwa letusan telah melanda wilayah tersebut selama bertahun-tahun, namun di sisi lain, aktivitas vulkanik tidak ada selama berabad-abad. Periode letusan terakhir berakhir pada tahun 1240, dan itu saja ketiga dari jenisnya di semenanjung tersebut selama 4,000 tahun terakhir, dengan masing-masing kelompok terpisah sekitar delapan abad. Namun mengapa periodisitas sekitar 800 tahun ini ada? “Jujur saja, kami masih belum tahu,” kata Alberto Caracciolo, seorang ahli geologi di Universitas Islandia.

Bahwa ada aktivitas vulkanisme sama sekali tidaklah mengejutkan. Semenanjung ini berada di atas bulu mantel — a sumber panas naik dari batas inti-mantel bumi. Dan terletak di Punggung Bukit Atlantik Tengah, sebuah lapisan rawan letusan antara lempeng Eurasia dan Amerika Utara. Kegelisahan tektonik Reykjanes menjadikan kawasan ini salah satu kawasan vulkanik yang paling banyak diteliti di dunia.

Jadi, pada tahun 2020, ketika puluhan ribu gempa mulai mengguncang semenanjung dan tanah mulai membengkak, para ilmuwan menduga bahwa keributan tersebut mungkin merupakan awal dari aktivitas vulkanik yang terjadi selama delapan abad. Mereka hanya perlu mencari tahu di mana. 

Berburu Magma

Ketika magma memecah batuan jauh di dalam kerak bumi, hal itu menciptakan gempa bumi dengan ciri khas yang berbeda-beda. Gelombang seismik dan sifat-sifatnya memberi para ilmuwan petunjuk paling cepat dan paling tidak ambigu tentang keberadaan dan migrasi magma. Selama krisis vulkanik, “seandainya Anda hanya dapat memiliki satu hal,” katanya Sam Mitchell, seorang ahli vulkanologi di Universitas Bristol, “mungkin itu yang terjadi.”

Magma yang bergerak, jika cukup dangkal, juga akan merusak bentuk tanah. Satelit menggunakan radar untuk mengidentifikasi perubahan ketinggian selama beberapa jam, hari, atau minggu. Stasiun GPS berbasis darat juga menyediakan informasi real-time dan resolusi tinggi tentang perubahan ketinggian.

Jónsdóttir menduga hiruk pikuk gempa yang dimulai pada tahun 2020 disebabkan oleh migrasi magmatik dan pergerakan lempeng tektonik. Di Islandia, lempeng Eurasia dan Amerika Utara tidak terpisah secara sempurna namun saling bergesekan saat bergeser. Di antara siklus letusan, banyak tekanan tektonik yang terbentuk. Kemudian, ketika magma menyusup ke dalam celah-celah bawah tanah di sepanjang batas ini, hal ini memicu pelepasan ketegangan tersebut dalam bentuk gempa yang kuat dan sering terjadi.

Namun, pada awal tahun 2021, mesin magmatik ini berpindah haluan. Perubahan ketinggian dan keributan seismik menunjukkan bahwa magma berkumpul di bawah Fagradalsfjall, sebuah gundukan vulkanik kecil di sebelah lembah tak berpenghuni. Selama berbulan-bulan, gempa dalam jangka waktu lama telah mengguncang lapisan dalam semenanjung. Jenis gempa bumi ini “telah terlihat di bawah gunung berapi lainnya di seluruh dunia, dan masih belum sepenuhnya dipahami,” katanya Tom Winder, seorang seismolog gunung berapi di Universitas Islandia. Meskipun misterius, temuan-temuan tersebut menunjukkan bahwa sesuatu yang lambat sedang terjadi - mungkin terfragmentasinya batuan panas secara bertahap, atau gumpalan magma yang masuk melalui penyempitan.

Kemudian, pada 19 Maret 2021, semenanjung tersebut meletus untuk pertama kalinya dalam delapan abad. Selama enam bulan, materi cair keluar dari celah di sebelah Fagradalsfjall. Dua letusan pendek terjadi pada musim panas 2022 dan 2023.

Selain getaran jangka panjang seperti bass, keseluruhan simfoni seismik yang mendahului tiga ledakan Fagradalsfjall menunjukkan bahwa magma mengambil rute yang tidak biasa menuju permukaan. Alih-alih berkumpul di kerak dangkal, batuan cair tampak meroket langsung ke permukaan dari kedalaman yang sangat dalam – batas antara kerak bumi dan mantel di bawahnya yang mirip dempul. “Ini sungguh keterlaluan,” kata Winder.

Dibandingkan dengan banyak sistem vulkanik di Islandia, Fagradalsfjall bertingkah aneh, tapi setidaknya hal itu terjadi jauh dari siapa pun atau apa pun.

Baru pada bulan Oktober 2023 rasa ingin tahu para ilmuwan berubah menjadi kecemasan ketika aktivitas bergeser ke wilayah Svartsengi yang sarat infrastruktur di selatan.

Pertempuran Grindavík

Tanah di wilayah Svartsengi telah naik, lalu berhenti naik, beberapa kali sejak tahun 2020, yang menyiratkan kedatangan magma dalam interval yang tidak teratur, meskipun tidak meletus. Namun menjelang akhir tahun 2023, laju pergerakan meningkat. Magma memasuki wilayah tersebut lebih cepat dari sebelumnya. Pada pertengahan November, sebuah ambang – badan magma horizontal – berukuran sebesar gajah berada hanya beberapa kilometer di bawah Svartsengi. “Semua orang waspada, dan kami tidak tahu apa yang akan terjadi selanjutnya,” kata Jónsdóttir. Tidak jelas di mana atau kapan letusan akan terjadi.

Gempa bumi yang mengguncang wilayah tersebut pada bulan November membantu menunjukkan jalan keluarnya. Awalnya, jumlah gempa yang terlalu banyak membebani kemampuan pemantauan seismik Kantor Meteorologi Islandia, namun staf dengan cepat berhasil menemukan bagian refrain dalam kekacauan tersebut dan menguraikan liriknya: Gempa yang memecahkan batu berarti bahwa beberapa magma telah meninggalkan ambang batas dan bergerak ke samping. Dan satelit pemantau darat mengkonfirmasi apa yang ditunjukkan oleh kegempaan tersebut: Tanah di atas ambang Svartsengi telah runtuh karena magma terkuras.

Sangat mudah untuk melihat ke mana perginya magma itu. Tanah di sekitar Grindavík mulai tenggelam. Bagi seorang ahli vulkanologi yang membaca daratan, pola tersebut menunjukkan bukan tidak adanya magma, melainkan masuknya magma. Magma yang meninggalkan ambang telah bergerak ke samping sebelum bergoyang ke atas tepat di bawah Grindavík. Saat ia naik, sulur magma vertikal ini mendorong dinding batu ke samping agar tidak menghalanginya. Hal itu, pada gilirannya, menyebabkan tanah di atas sulur merosot ke dalam kekosongan yang baru tercipta. Belakangan, para ilmuwan akan melaporkan bahwa pada suatu saat selama gempa badai tanggal 10 November, sekitar 7,400 meter kubik magma melonjak dari ambang ke sulur setiap detiknya.

Tanda-tanda pergerakan bawah tanah ini juga terlihat di dalam lubang bor pembangkit listrik tenaga panas bumi. Gas vulkanik, seperti sulfur dioksida, melarikan diri dari magma di kedalaman dangkal dan mungkin menandakan letusan yang akan datang. Para ilmuwan melihat gas tersebut, dan perubahan tekanan, di dalam lubang bor – indikasi lain bahwa magma sedang bergerak menuju kota.

Sulur magma raksasa, yang dikenal sebagai tanggul, tumbuh di bawah Grindavík, dengan puncaknya hanya 800 meter di bawah jalanannya.

Dalam beberapa jam setelah gempa badai tanggal 10 November, para ilmuwan mengidentifikasi sebidang tanah sepanjang 10 mil yang kemungkinan besar akan terjadi letusan. Ia membelah Grindavík dari serangkaian kawah gunung berapi tua di timur laut kota hingga barat dayanya. Pada tengah malam, Perlindungan Sipil Islandia telah mengevakuasi kota tersebut, dan pekerja konstruksi buru-buru membangun tembok pelindung di daerah yang kemungkinan besar akan dibanjiri lahar.

Selama beberapa minggu berikutnya, pengamatan geofisika menunjukkan bahwa magma masih mengalir ke wilayah tersebut. Pada tanggal 18 Desember, berdasarkan balon yang menggelembung, para ilmuwan menghitung bahwa sekitar 11 juta meter kubik magma segar telah terakumulasi di ambang tersebut. Tampaknya itu adalah jumlah yang bisa ditampungnya. Hari itu, aliran magma yang berisik keluar dari ambang batas dan memenuhi tanggul. Gempa yang memecahkan batu memperingatkan para ilmuwan bahwa magma akhirnya pecah di permukaan, dan 90 menit setelah gempa tersebut dimulai, “kita mengalami letusan,” kata Jónsdóttir. “Itu adalah peristiwa yang sangat cepat.” Selama beberapa hari berikutnya, letusan tersebut mengeringkan tanggul hingga cukup stabil dan mengendap.

Pola tersebut terulang sebelum letusan 14 Januari: 12 juta meter kubik magma memenuhi ambang batas sebelum memicu letusan empat jam kemudian. Kali ini, materi neraka keluar dari retakan sepanjang 3,000 kaki yang muncul di dekat salah satu tembok pelindung di utara kota, yang berhasil membelokkan lahar. Namun retakan kedua yang lebih kecil muncul tepat di pinggir kota, di balik tembok, dan menghancurkan tiga rumah.

Setelah itu, ambang jendela mulai menggembung lagi. Pada titik ini, para ilmuwan telah menghitung bahwa letusan akan sangat mungkin terjadi jika ambang batasnya terisi setidaknya 9 juta meter kubik materi cair. Pada awal Februari, ambang batas telah melampaui ambang batas tersebut, dan pada tanggal 8 Februari, letusan lain dimulai. Retakan sepanjang 3 kilometer terbuka di dekat lokasi letusan bulan Desember, menyalurkan lava menjauh dari Grindavík tetapi menuju pipa yang memasok air panas ke sebagian besar semenanjung.

Dan siklus itu terus berlanjut.

Wahyu Geokimia

Teknik geofisika yang digunakan para ilmuwan untuk mengukur detak jantung magmatik Svartsengi tidak hanya melacak bahaya secara real-time. Mereka juga membantu membangun gambaran arteri yang menyalurkan semua magma ke permukaan – yang sangat penting untuk memahami keseluruhan semenanjung dan bagaimana perilakunya dalam jangka waktu yang lebih lama.

Fagradalsfjall dan Svartsengi – dua sistem vulkanik yang saat ini aktif – hanya berjarak beberapa mil. Meskipun letaknya berdekatan, bukti geologis dengan kuat menunjukkan bahwa keduanya merupakan sistem yang berbeda. Arsitektur bawah tanah mereka sangat berbeda. Di Fagradalsfjall, magma mengalir dari mantel langsung ke permukaan, sedangkan di Svartsengi, untuk sementara disimpan di kerak dangkal.

Namun, yang membingungkan, kedua sistem tersebut tampaknya mengambil material dari sumber yang sama di mantel bumi, sehingga menunjukkan adanya hubungan yang mendalam.

Ed Marshall, seorang ahli geokimia di Universitas Islandia, telah mempelajari lava yang baru diambil dari letusan di kedua lokasi tersebut untuk mencoba menentukan bagaimana kedua sistem vulkanik tersebut terhubung dan mengapa keduanya meletus secara bergantian. “Anda ingin parkir di tempat yang gas dan laharnya tidak akan membawa Anda keluar,” katanya. Lalu “Anda masuk, Anda mengambil sampelnya, dan Anda keluar.”

Secara umum, lava Islandia menunjukkan pola kimia yang serupa. Namun “Fagradalsfjall memiliki kandungan kimia lelehan yang paling aneh di dunia,” kata Marshall, mengacu pada campuran spesifik unsur dan senyawa yang membentuk sup magmatiknya. “Sebenarnya bukan hanya aneh. Ini unik.” Uniknya, kecuali yang dimiliki lava Svartsengi sidik jari kimia yang hampir persis sama, meskipun Fagradalsfjall dan Svartsengi tampaknya merupakan sistem vulkanik yang independen. “Itu sama sekali tidak masuk akal,” kata Marshall. “Alam sedang mempermainkan kita saat ini.”

Namun “jika segala sesuatunya terhubung secara fisik secara mendalam,” katanya, “itu adalah solusi yang cukup elegan untuk keseluruhan masalah.”

Analisis seismik vulkanisme di semenanjung sedang berlangsung. Para ilmuwan berharap dapat memperkirakan di mana letusan berikutnya akan terjadi dalam beberapa bulan dan tahun mendatang, seperti yang mereka lakukan pada letusan baru-baru ini. Sebagai permulaan, Halldor Geirsson, ahli geofisika di Universitas Islandia, dan rekan-rekannya menggunakan radar satelit untuk memetakan patahan dan patahan di semenanjung selama periode kerusuhan ini, yang menurut mereka dapat mengungkapkan kesalahan yang tersembunyi, termasuk lokasi yang mungkin menjadi lokasi letusan retakan di masa depan.

Tidak ada jaminan bahwa letusan-letusan berikutnya akan mengikuti pola yang sama dengan letusan-letusan Svartsengi baru-baru ini – inti dari sistem tersebut belum tentu merupakan fitur yang tetap. “Setiap kali terjadi letusan, Anda mengganti sistem perpipaan. Itu tidak kembali ke nol,” kata Mitchell.

Kelayakan Grindavík di masa depan masih menjadi pertanyaan terbuka, dan masih harus dilihat apakah kota-kota lain di semenanjung itu akan menghadapi aliran lahar. Era hipervulkanik baru di Semenanjung Reykjanes baru saja dimulai, dan bisa berlangsung bertahun-tahun, puluhan tahun, bahkan mungkin berabad-abad.

“Sayangnya, tidak ada kabar baik ke depan,” kata Jónsdóttir.