PELEDAKAN DI DEKAT SEBUAH GUA: STALAKTIT SEDOTAN YANG PENDEKLAH YANG PALING TERANCAM

Di Pegunungan Vercors di tenggara Prancis, gua Choranche menyambut sekitar 100.000 pengunjung setiap tahun. Hartanya adalah hutan stalaktit sedotan (soda straws): stalaktit berongga dan tembus cahaya yang tumbuh cincin demi cincin kalsit di sekeliling tetes air yang menggantung di ujungnya. Panjangnya mencapai hingga 3 meter dengan diameter sekitar 5 milimeter, dan dindingnya setebal setengah milimeter. Dengan pertumbuhan antara 0,09 dan 0,92 milimeter per tahun, yang terpanjang mungkin mulai terbentuk 3.200 hingga 33.000 tahun lalu.

Lalu datanglah sebuah proyek konstruksi. Jalan setapak sempit yang menggantung di kaki tebing, yang mengantar pengunjung ke gua, harus dipindahkan lebih dekat ke dinding batu sepanjang sekitar 100 meter. Alat berat tidak dapat mencapai lokasi itu, sehingga batunya harus dipotong dengan bahan peledak — beberapa puluh meter dari stalaktit-stalaktit sedotan itu. Kerusakan pada formasi semacam itu tidak dapat dipulihkan.

Mengukur nada sebuah stalaktit

P. Bottelin dan rekan-rekannya di ADRGT, Université Grenoble Alpes, dan sebuah perusahaan geoteknik setempat, bersama perusahaan yang mengelola gua itu dan mendanai penelitian ini, memulai dengan memperlakukan setiap sedotan sebagai apa adanya secara mekanis: sebuah tabung tipis yang terjepit di satu ujungnya. Tabung semacam itu bergetar pada serangkaian frekuensi alami — “nada-nada”-nya sendiri — yang bergantung pada panjangnya: makin pendek tabungnya, makin tinggi nadanya.

Tim itu mengumpulkan 15 sedotan yang patah, kebanyakan dari dasar danau gua, dan dengan vibrometer laser mengukur getaran empat di antaranya di laboratorium, lalu getaran satu sedotan yang masih menggantung di gua, tempat tetes air di ujungnya memantulkan berkas laser. Hasil pengukuran cocok dengan rumus buku teks untuk balok yang bergetar, dengan kekakuan (modulus Young) sebesar 60 gigapascal. Sedotan di gua, yang tidak dapat dijangkau siapa pun untuk diukur, berdenting pada 1,2 hertz dan pada 13 nada yang lebih tinggi hingga 650 hertz: nada-nada itu mengungkap panjangnya, 1,78 meter. Sedotan nyaris tidak meredam getarannya sendiri: begitu mulai berdenting, ia terus berdenting.

Uji lentur pada 25 sampel memberikan tegangan yang membuat sebuah sedotan patah: antara 2,5 dan 16,2 megapascal. Tim itu mengambil batas yang berhati-hati, yaitu 1,25 megapascal, separuh dari nilai terlemah.

Ledakan uji

Berikutnya dilakukan ledakan-ledakan uji kecil, hingga 0,2 kilogram, yang direkam oleh sensor-sensor yang dipasang di dinding gua. Sekitar 55 meter dari sensor gua, sebuah ledakan 0,2 kilogram mengguncang batuan dengan kecepatan sekitar 1 milimeter per detik selama sepersepuluh detik. Getarannya tersebar dari 10 hingga 500 hertz, dengan puncak di sekitar 175 hertz.

Sebuah model komputer berisi sedotan sepanjang 2,5 sentimeter hingga 3 meter kemudian memutar ulang guncangan yang terekam itu. Hasilnya berlawanan dengan intuisi. Tegangan terburuk menimpa sedotan sepanjang sekitar 15 sentimeter, yang nada dasarnya tepat berada di 175 hertz: sedotan itu beresonansi dengan ledakan. Sedotan antara 10 sentimeter dan 1 meter adalah yang paling rentan; sedotan yang lebih panjang, meskipun lebih berat, lebih sedikit menderita. Resonansi dapat melipatgandakan beban hingga lima kali.

Peledakan konstruksi menyalakan beberapa muatan dengan selang beberapa puluh milidetik, agar gelombang-gelombangnya tidak saling menjumlahkan. Dalam model, sepuluh muatan dengan selang 20 hingga 30 milidetik nyaris tidak menaikkan guncangan puncak, dari sekitar 1 menjadi 1,3 milimeter per detik, tetapi melipatgandakan tegangan hingga 3,5 kali: rentetan gelombang itu lebih kaya akan frekuensi tinggi, tepat frekuensi yang ditangkap oleh sedotan-sedotan pendek.

Batas kecepatan bagi batuan

Dengan memperbesar guncangan hingga tegangannya mencapai batas yang berhati-hati itu, diperoleh sebuah ambang: 2,4 milimeter per detik di dinding gua untuk ledakan bertunda, 8,6 untuk ledakan tunggal. Sebuah hukum yang dicocokkan dengan cara getaran melemah seiring jarak kemudian mengubah ambang ini menjadi muatan maksimum yang diizinkan pada setiap jarak. Ledakan-ledakan penggalian dilakukan dalam batas itu, dan tidak ada satu sedotan pun yang rusak.

Kasus gempa bumi

Tim itu juga menyimulasikan sebuah gempa bumi regional, dengan memakai gempa Barcelonnette 2014, bermagnitudo 5,2, yang terekam sekitar 10 kilometer dari episentrumnya, sebagai pengganti gempa acuan setempat tahun 1962, yang tidak pernah terekam. Jauh di bawah tanah, guncangannya diperkirakan turun menjadi sekitar sepersepuluh nilainya di permukaan. Gempa bumi bergetar lambat, di bawah sekitar 10 hertz, sehingga kali ini sedotan sepanjang 1 hingga 2 meter yang beresonansi. Tegangannya tetap di bawah batas: peristiwa semacam itu kemungkinan besar tidak akan mematahkannya.

Pelajarannya melampaui Choranche. Metode yang menilai risiko sebuah stalaktit hanya dari percepatan puncak, dengan mengabaikan resonansi, dapat sangat meremehkan bahayanya — sebuah bias bagi penelitian yang membaca gempa-gempa masa lalu dari formasi gua yang patah atau utuh. Penelitian ini, yang diterbitkan pada 2020 di Journal of Seismology dan kini diunggah ke arXiv, hanya mencakup sedotan yang berbentuk tabung sempurna; stalaktit yang lebih tebal, tiang, dan tirai batu masing-masing memerlukan modelnya sendiri.