Selama dekade terakhir, orang yang tinggal di seluruh AS tengah mengalami lebih banyak gempa bumi berukuran kecil hingga sedang daripada sebelumnya. Misalnya, meskipun Oklahoma terletak jauh dari batas antara lempeng tektonik, aktivitas seismik mulai meningkat di sana sekitar tahun 2009 dan memuncak selama 2015 dan awal 2016. Sebelum 2009, Oklahoma biasanya hanya mengalami satu atau dua gempa kecil dengan kekuatan lebih besar dari 3,0 per tahun. Pada tahun 2015, jumlah itu meningkat menjadi lebih dari 900 gempa bumi setiap tahun, 30 di antaranya memiliki kekuatan momen lebih besar dari 4.0 (yang cukup kuat untuk menyebabkan kehancuran). Satu gempa berkekuatan 5,7 melanda di dekat kota Praha, Okla., Pada tahun 2011 karena sesar yang sudah ada sebelumnya dan menyebabkan kerusakan parah pada beberapa rumah dan gedung sekolah. Selama enam tahun terakhir, lebih dari 1,500 laporan peristiwa guncangan yang merusak didokumentasikan di daerah yang sebelumnya damai. Peningkatan kegempaan itu kemungkinan besar disebabkan oleh aktivitas industri manusia. Sekitar delapan juta orang tinggal di daerah dengan peningkatan gempa bumi, dan pejabat yang bertanggung jawab atas keselamatan publik ingin memahami alasan peningkatan tersebut dan potensi ancaman bagi masyarakat.
Penyebab Kejadian Gempa Bumi.
Ilmuwan bumi mengambil tantangan untuk lebih memahami gempa bumi yang disebabkan. Bukti ilmiah telah menunjukkan bahwa beberapa gempa bumi disebabkan oleh aktivitas industri manusia, kebanyakan dari pembuangan melalui injeksi air limbah asin yang diekstraksi dengan minyak dan gas di sumur produksi. Sebagian besar gempa bumi yang disebabkan diperkirakan telah dihasilkan oleh perubahan tekanan fluida di dekat sesar dalam yang sudah ada sebelumnya. Cairan air limbah di sumur pembuangan dalam sering kali terletak lebih dari satu mil di bawah tanah, dan pembuangan air limbah meningkatkan tekanan pada cairan yang sudah menempati ruang pori. Tekanan itu naik tanpa penjepit atau memperlemah patahan, sehingga memudahkan terjadinya gempa bumi.
Hipotesis yang menjelaskan penyebab gempa bumi yang diinduksi divalidasi dalam eksperimen Rangely, Colo. 1969, di mana tekanan fluida di reservoir dinaikkan dan diturunkan dengan memompa. Gempa bumi menjadi lebih sering terjadi ketika tekanan dinaikkan, seperti yang diprediksi oleh hipotesis, dan jarang terjadi ketika tekanan diturunkan. Keretakan hidraulik (fracking) —proses pemulihan gas dan minyak bumi yang menggunakan injeksi fluida untuk membuka celah di batuan untuk memungkinkan gas yang terperangkap atau minyak mentah mengalir melalui pipa ke kepala sumur di permukaan — juga terbukti menyebabkan gempa bumi dan ditemukan menjadi penyebab utama gempa bumi yang diinduksi di British Columbia dan Alberta barat serta beberapa situs di AS. Fracking itu sendiri, bagaimanapun, bukanlah penyebab utama dari aktivitas gempa bumi yang diinduksi di Oklahoma dan beberapa tempat lain di AS,dimana gempa bumi sebagian besar diakibatkan oleh injeksi air limbah. Satu gempa ekstraksi cairan yang terkenal, peristiwa berkekuatan 4,8, terjadi pada bulan Oktober 2011 di dekat Fashing, Texas. Gempa bumi lainnya dipicu oleh pengisian waduk di Nevada dan Carolina Selatan. Dalam banyak kasus, kegiatan industri semacam itu tidak memicu gempa bumi. Laju dan volume injeksi fluida, orientasi sesar, tegangan yang terakumulasi, dan properti batuan semuanya harus optimal untuk menyebabkan gempa bumi.orientasi sesar, tegangan yang terakumulasi, dan properti batuan semuanya harus optimal untuk menyebabkan gempa bumi.orientasi sesar, tegangan yang terakumulasi, dan properti batuan semuanya harus optimal untuk menyebabkan gempa bumi.
Para ilmuwan telah mempelajari patahan dan gempa bumi alami dan gempa bumi induksi untuk lebih memahami dan memprediksi ukuran dan lokasi gempa bumi yang disebabkan di masa depan. Besaran atau ukuran gempa berkaitan dengan area yang pecah pada patahan. Para ilmuwan meneliti catatan beberapa contoh gempa bumi alam bersejarah yang telah terjadi selama 300 tahun terakhir di AS bagian tengah dan timur, termasuk peristiwa berkekuatan 7,3 pada tahun 1886 di dekat Charleston, SC, dan rangkaian guncangan sekitar skala 7,5 yang melanda di 1811–1812 dekat New Madrid, Mo. Gempa bumi di Amerika Utara bagian timur terjadi dalam bentuk kawanan aktivitas seismik di sesar yang tidak dikenal di Virginia tengah, Tennessee timur, Kanada timur, dan New England. Banyak dari peristiwa tersebut mendahului aktivitas industri dan karenanya kemungkinan besar tidak terkait dengan aktivitas manusia.Selama beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah memperdebatkan apakah gempa bumi yang diinduksi dapat memicu gempa bumi besar di sesar kuno di dekatnya di mana tekanan yang dibangun siap untuk dilepaskan. Gempa bumi Prague, Okla., 2011 menjawab pertanyaan itu dengan menunjukkan bahwa gempa bumi berkekuatan 5,7 dapat pecah pada sesar panjang yang sudah ada sebelumnya. Oleh karena itu, keberadaan patahan purba merupakan faktor penting dalam meramalkan ukuran gempa secara akurat. Namun, ukuran dan lokasi patahan masih kurang dipahami di banyak tempat di AS tengah dan timur, seperti Oklahoma, dan upaya ilmiah sedang dilakukan oleh Survei Geologi AS, lembaga negara bagian dan federal lainnya, dan lembaga akademis dan dalam kemitraan dengan industri minyak bumi untuk mengidentifikasi lokasi-lokasi yang berpotensi paling berbahaya.
Peristiwa Praha 2011 adalah gempa bumi terinduksi terbesar yang tercatat di AS hingga gempa bumi berkekuatan 5,8 terjadi pada tahun 2016 di dekat Pawnee, Oklahoma, yang mungkin telah terjadi. Namun, gempa bumi yang diinduksi lebih kuat diamati di tempat lain. Di dekat Koynanagar, India, pada tahun 1967, gempa berkekuatan 6,3 skala Richter yang menghancurkan diduga telah dipicu oleh tingginya tingkat air yang disimpan di waduk, dan aktivitas penarikan gas di Uzbekistan kemungkinan menjadi penyebab gempa bumi alam berkekuatan-7,0 yang merusak pada tahun 1976 dan 1984. Data tersebut menunjukkan bahwa gempa bumi yang disebabkan lebih besar dari yang di Praha adalah mungkin. Selain itu, ahli geologi mengenali patahan dan gempa prasejarah yang disebabkan oleh gempa bumi berkekuatan 7,0 di Oklahoma dan Colorado. Studi gempa bumi di interior benua di luar ASmenunjukkan bahwa gempa bumi alam sebesar itu mungkin terjadi jauh dari batas lempeng. Banyak ilmuwan percaya bahwa gempa bumi yang ditimbulkan juga dapat memicu gempa bumi besar pada sesar kuno yang belum ditemukan. Namun, jika peristiwa yang diinduksi dengan magnitudo lebih besar dari 5.6, kemungkinan besar akan memiliki magnitudo lebih dekat ke 6.0 daripada 7.0, mirip dengan gempa bumi yang diinduksi di wilayah analog.
Meningkatkan Bahaya Gempa Bumi.
Gempa bumi yang disebabkan dan gempa alam menyebabkan tingkat getaran tanah yang serupa. Namun, jika dibandingkan dengan gempa bumi alam, gempa bumi yang disebabkan sering kali lebih dangkal dan mungkin tidak mengguncang tanah sejauh mungkin dari pusat gempa. Meskipun perbedaan halus dalam getaran antara kedua jenis telah diamati, diperlukan lebih banyak penelitian untuk memahami sifat-sifat getaran tersebut.
Proyeksi guncangan tanah yang dilakukan oleh Survei Geologi AS menunjukkan bahwa gempa bumi yang disebabkan meningkatkan bahaya di Oklahoma dan tempat-tempat lain di mana proses industri memengaruhi tekanan di dalam bumi, seperti yang ditunjukkan dalam perkiraan satu tahun 2016 untuk gempa bumi yang diinduksi dan alami. Perhitungan bahaya membutuhkan informasi tentang di mana dan seberapa sering gempa bumi dapat terjadi, ukuran maksimumnya, dan kemungkinan tingkat guncangan tanah. Untuk meramalkan frekuensi gempa bumi terinduksi tahun 2016, para ilmuwan sangat mempertimbangkan frekuensi gempa bumi 2015, menggunakan teori seismologi standar — dengan gempa bumi terinduksi terbesar yang diperkirakan umumnya memiliki magnitudo kurang dari atau sama dengan 6.0 — dan menerapkan model gerak tanah baru yang memberikan perkiraan yang lebih baik tentang guncangan untuk gempa bumi dangkal.
Hasilnya mengungkapkan bahwa Oklahoma, Kansas, Texas, Arkansas, New Mexico, dan Colorado memiliki peluang lebih besar dari 1 dari 100 kerusakan akibat gempa selama tahun 2016, dengan peluang tertinggi (sekitar 1 dari 10) terjadi di beberapa bagian utara Oklahoma dan Kansas selatan. . Gempa bumi yang diproyeksikan oleh prakiraan terbukti cukup mampu menyebabkan kehancuran di wilayah tersebut jika aktivitas industri terus berlanjut. Berdasarkan proyeksi tersebut, hanya sedikit yang terkejut ketika gempa bumi berkekuatan 5,1 melanda di dekat Fairview, Okla., Pada 13 Februari.
Frekuensi gempa di wilayah itu, bagaimanapun, tampaknya menurun antara tahun 2015 dan 2016. Selama paruh pertama tahun 2016, jumlah gempa bumi yang terjadi di dekat Irving dan Dallas, misalnya, turun dari sekitar empat peristiwa berkekuatan 3.0 atau lebih besar menjadi nol. Penurunan tersebut mungkin terkait dengan harga minyak (yang turun secara signifikan pada tahun 2015 dan 2016, sehingga mengurangi ekstraksi dan injeksi air limbah) dan tindakan regulasi yang menurunkan volume air limbah yang dipompa ke dalam lubang bor dalam. Data awal memberikan harapan bahwa tingkat gempa bumi yang disebabkan akan terus menurun di tahun 2016; namun, aktivitas injeksi berlanjut di daerah dengan tingkat kegempaan yang tinggi, dan tidak diketahui apakah volume injeksi yang lebih rendah akan menghilangkan gempa bumi yang disebabkan atau hanya menunda saja.
Sementara peningkatan frekuensi gempa bumi paling nyata terlihat di AS tengah, gempa bumi yang disebabkan juga telah diamati di beberapa lokasi di California, termasuk Geyser dan daerah energi panas bumi Coso. Selain itu, sebuah studi tahun 2015 menunjukkan perubahan kecil dalam tingkat gempa bumi di California selatan dan mencatat bahwa aktivitas tambahan yang diinduksi dapat terjadi di dekat lokasi dengan aktivitas ekstraksi minyak bumi. Karena tingkat gempa bumi alami di daerah itu jauh lebih tinggi daripada di AS tengah, maka lebih sulit untuk mengidentifikasi gempa bumi mana yang disebabkan dan yang alami. Ilmuwan terus menyelidiki gempa bumi yang diinduksi untuk lebih mengurangi efek gempa di masa depan.
Mark D. Petersen
