Nieuw seismisch fenomeen ontdekt: stormbevingen

De bijzondere energie-uitbarstingen ontstaan door zware stormen en kunnen zich duizenden kilometers over continenten uitstrekken.vrijdag 18 oktober 2019

Stormquakes ontstaan alleen als er zware stormen razen in gebieden met specifieke geologische omstandigheden. Zo veroorzaakte orkaan Bill, die hier te zien is op een satelliet-opname uit 2009, dit verschijnsel toen de storm Georges Bank voor de kust van New England passeerde.
Stormquakes ontstaan alleen als er zware stormen razen in gebieden met specifieke geologische omstandigheden. Zo veroorzaakte orkaan Bill, die hier te zien is op een satelliet-opname uit 2009, dit verschijnsel toen de storm Georges Bank voor de kust van New England passeerde.
fotograaf NOAA via Getty Images

Onder het geritsel van bladeren, het getsjirp van de vogels en het gesuis van voorbijrazende wielen, ruist de aarde continu. Deze geologische symfonie wordt veroorzaakt door het eeuwige geklots van de oceanen die bijna drie kwart van onze planeet bedekken. Lange tijd leek het onmogelijk om de verschillende refreinen van dit waterorkest te onderscheiden.

Maar dat is precies waar onderzoekers inmiddels in zijn geslaagd. Ze zijn een tot nog toe onbekend seismisch fenomeen op het spoor gekomen dat ze ‘stormquake’ (stormbeving) hebben genoemd. Bij dit verschijnsel, dat deze week wordt beschreven in het vakblad GeophysicalResearch Letters, ontstaan schokken door seismische golven die op hun beurt worden veroorzaakt door de enorme energie in zware stormen. De bevingen kunnen zich duizenden kilometers uitstrekken, over verschillende continenten.

“Ik was verrast door hun bevindingen,” vertelt Göran Ekström die als seismoloog verbonden is aan de Amerikaanse Columbia University en gespecialiseerd is in bijzondere aardbevingen. Het idee is dat grote stormen lang aanhoudend gedreun veroorzaken dat zich vanaf de kust uitstrekt. Maar in het nieuwe onderzoek ontdekte het team een afzonderlijke “explosie van schommelingen” in elke stormquakedie ze konden herleiden naar de oorsprong ervan voor de kust.

Het resultaat is te danken aan een aantal recente studies waarin nieuwe methoden worden toegepast voor het onderzoeken van de ruis die wordt geregistreerd op het steeds groter wordende netwerk van seismometers op aarde. Aan de hand van deze signalen kunnen wetenschappers de wereld om ons heen beter begrijpen, of het nou gaat om het blootleggen van het binnenste van de aarde of het ontdekken van de dynamica van de oceanen of ijs of zelfs om het meten van klimaatverandering. 

Veel van deze informatie werd voorheen beschouwd als onbetekenende ruis in de seismische gegevens. Maar wetenschappers hebben ontdekt dat die ‘ruis’ mogelijk belangrijke informatie bevat over natuurlijke verschijnselen, aldus onderzoeksleider Wenyuan Fan, die als seismoloog aan de Florida State University werkt.

“We wisten gewoon niet waar of wat we moesten zoeken,” stelt hij.

De seismische zoektocht

Net als veel andere wetenschappelijke vondsten werden ook de stormquakesbij toeval ontdekt. In de zomer van 2018 hielden Fan en zijn collega’s zich bezig met de ontwikkeling van een methode om zogenaamde VLF-aardbevingen (very low frequency) te bestuderen. Dit zijn niet de plotselinge, heftige schokken waar we meestal aan denken als een beving het aardoppervlak openscheurt. Dit soort trillingen zet het aardoppervlak daarentegen in een laagfrequente beweging met een intensiteit die zo zwak is dat die voor mensen alleen via instrumenten waarneembaar is. Geologen herkennen dit verschijnsel aan de hand van de seismische golven die daardoor ontstaan, en die worden geregistreerd op een gevoelig apparaat dat ook wel seismometer of seismograaf wordt genoemd.

“Seismometers zijn in feite een soort kleine oortjes die op de grond gedrukt zijn,” legt Wendy Bohon uit. Zij is als een in aardbevingen gespecialiseerde geoloog verbonden aan IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology) en maakte geen deel uit van het onderzoeksteam. De instrumenten kunnen allerlei soorten trillingen oppikken, van uitbundige sportfans die op en neer springen en vliegtuigen die overvliegen tot verre aardbevingen die de grond laten trillen.

VLF-aardbevingen zijn op grote afstand echter lastig op te sporen, omdat de trillingen van deze verschijnselen er niet altijd op alle seismometers hetzelfde uitzien, aldus Fan. Daarom ontwikkelden hij en zijn team een methode om ze op te sporen, waarbij ze de signalen uit kleinere regio’s bij elkaar zochten als een seismische puzzel. Terwijl ze daarmee bezig waren, doemde een bijzondere serie verschijnselen uit de gegevens op die leken op de aardbevingen waar Fan naar op zoek was, maar die daar niet geheel mee overeenkwamen.

Verrassend genoeg waren de verschijnselen seizoensgebonden en kwamen ze nooit voor tussen mei en augustus. Aardbevingen waarbij de energie van het schuiven van de aardkorst vrijkomt, vinden over het algemeen het hele jaar door plaats. Bovendien verspreidden de bijzondere bevingen zich vanaf zowel de oost- als de westkust van Noord-Amerika. Aardbevingen komen veel voor aan de westkant, de schokken ontstaan doordat tektonische platen schuiven langs een web van breuken in het aardoppervlak. Maar aan de oostkust is nauwelijks sprake van dergelijke breukvlakken die trilling opwekken.

Fan en zijn team ontwikkelden modellen om erachter te komen wat er aan de hand kon zijn. Pas toen zagen ze het verband: het merendeel van de trillingen viel samen met grootschalige stormen of zelfs echte orkanen. Door de gegevens van met name de EarthScope’s USArray uit te pluizen, een serie van honderden seismometers die tijdelijk in de Verenigde Staten staan opgesteld, ontdekte het team 14.077 van dergelijke stormquakes tussen 2006 en 2015. 

Het ontstaan van een stormquake

Niet alle stormen veroorzaken een stormbeving, hoe groot ze ook zijn. Zo ontbraken de signalen opmerkelijk genoeg tijdens orkaan Sandy, ondanks de windstoten die plaatselijk zo’n 150 kilometer per uur bereikten. Het lijkt erop dat er voor stormquakessprake moet zijn van een bepaalde geologische gesteldheid.

Onweersbuien 101
Onweersbuien 101
Over de hele wereld vinden er naar schatting voortdurend tweeduizend onweersbuien plaats. Kom te weten hoe onweersbuien ontstaan, wat bliksem en donder veroorzaakt en hoe dit natuurgeweld eraan bijdraagt dat de energie en elektriciteit van de planeet in evenwicht zijn.

Zo waren de bevingen afkomstig uit regio’s met een breed continentaal plat, een relatief ondiep gebied onder water voor de kust van een continent. Hierdoor kunnen de golven van stormquakes vermoedelijk aangroeien, legt Fan uit. De meeste golven in de oceaan die door de wind worden veroorzaakt, zorgen voor signalen met een frequentie die hoger ligt dan de 20 tot 50 seconden durende cyclus van een stormquake. Maar op een breed plat hebben de golven tijd om elkaar te beïnvloeden, waardoor mogelijk een langere golf ontstaat met een lagere frequentie.

De stormbevingen lijken ook vooral rond zandbanken voor te komen. Boven deze afgevlakte onderwaterbergen wordt de energie dusdanig geconcentreerd dat de druk van de golven op de bodem wordt overgebracht waardoor een uniforme serie schommelingen ontstaat - te vergelijken met het slaan met een hamer in de oceaan, aldus Fan.

Er is echter nog nader onderzoek nodig om het precieze mechanisme te achterhalen achter deze bijzondere schokken, vertelt Ekström, die een van de reviewers was van het artikel.

Verder kijken dan de schokken

Fan en zijn collega’s hopen verder te kunnen gaan met de jacht op het mechanisme achter de bijzondere trillingen. Nu het onderzoek openbaar is gemaakt, ziet Bohon uit naar de bijdragen van wetenschappers uit andere onderzoeksgebieden aan de vondst.

"Dit artikel is een fundament voor de opbouw van nieuwe kennis over de manier waarop de wereld in elkaar zit,” vertelt ze.

Fan en zijn collega’s hopen dat de stormquakestoekomstige wetenschappers kunnen helpen om meer begrip te krijgen van oceaandynamica of misschien zelfs de opbouw van de aarde. Wetenschappers zijn al in staat om de bekendere bevingen als een röntgenfoto van de planeet te gebruiken, door aan de hand van de seismische golven het binnenste van de aarde in kaart te brengen. (Ontdek hoe wetenschappers met behulp van hevige aardbevingen rotsachtige ‘bergen’ diep onder de grond ontdekten.)

Golven met een lage frequentie, zoals die in stormquakes voorkomen, leveren niet de duidelijkste signalen op van het binnenste van de planeet, merkt geofysicus Jonathan Berger van het Scripps Institution van Oceanography op. Maar het verschijnsel kan wellicht wel extra gegevens opleveren voor gebieden als New England, waar nauwelijks aardbevingen plaatsvinden.

En er zijn mogelijk nog andere toepassingen te bedenken: “Wetenschappers zijn van nature creatieve mensen,” aldus Bohon. “Wie weet hoe ze van nut kunnen blijken voor een enthousiaste jonge student.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

Lees verder

Azteekse bronnen wijzen op verborgen risico aardbevingen

Azteekse bronnen wijzen op verborgen risico aardbevingen

Uit wetenschappelijk onderzoek naar historische bronnen blijkt dat zo’n veertig procent van de huidige bevolking van Mexico in een gebied woont dat seismisch actiever is dan tot nu toe werd aangenomen.
Seismisch mysterie mogelijk opgelost met baanbrekende aardbevingscatalogus

Seismisch mysterie mogelijk opgelost met baanbrekende aardbevingscatalogus

In een laboratorium nagebootste aardbevingen wijzen uit dat er al vóór een grote beving activiteit waar te nemen moet zijn, maar in de natuur was dit patroon niet zichtbaar. Tot nu.
Mysterieuze golven die over de wereld galmden mogelijk verklaard

Mysterieuze golven die over de wereld galmden mogelijk verklaard

Een “uitzonderlijk verschijnsel” in de Comoren-archipel kan de verklaring zijn voor de laagfrequente seismische golven die vorig jaar de aarde rond galmden.
Lees meer