Op 7 september 2017 werden tientallen mensen gedood en raakten nog eens honderden gewond toen een aardbeving met de kracht van 8,2 op de schaal van Richter het zuiden van Mexico trof. Hoewel aardbevingen in deze regio gebruikelijk zijn, was deze zware schok iets heel ongewoons.
De ongeveer zestig kilometer dikke tektonische plaat die verantwoordelijk was voor de aardbeving, spleet namelijk geheel in tweeën, zo blijkt uit een nieuwe studie die in het tijdschrift Nature Geoscience is verschenen. De gebeurtenis duurde slechts enkele tientallen seconden, maar er kwam een kolossale hoeveelheid energie bij vrij.
“Denk maar eens aan enorme glasplaat. Deze breuk zorgde dus voor een grote en wijde scheur,” zegt Diego Melgar, assistent-professor aardbevingsseismologie aan de University of Oregon en hoofdauteur van de nieuwe studie. “Alles wijst erop dat de beving de plaat in z’n geheel in tweeën heeft gespleten.”
Zo’n kolossale breuk is tot nu toe slechts op een paar plekken op aarde geobserveerd, en al die reusachtige gebeurtenissen hebben één ding gemeen: niemand weet precies hoe ze zich afspelen. Deze kennisachterstand is een probleem, want dit soort raadselachtige bevingen op enorme diepte zouden weleens grote stedelijke populaties kunnen bedreigen – van de westkust van Noord-Amerika tot de oostkust van Japan.
Allereerst kunnen deze aardschokken zware trillingen over een groot gebied veroorzaken, waarbij veel hoge gebouwen met de grond gelijk zouden worden gemaakt. Zo kwamen bij de beving die in 1939 onder de Chileense stad Chillán plaatsvond, minstens dertigduizend mensen om het leven. Als deze bevingen bovendien in de buurt van een kustlijn plaatsvinden, kan hun vernietigende kracht nog eens vele malen hoger liggen.
“Mijn echte zorg bij dit type gebeurtenissen is een tsunami,” zegt Melgar.
Geheimzinnige schokken
Tektonische platen zijn schollen die onderdeel uitmaken van de aardkorst of lithosfeer en van de bovenste aardmantel, die bestaat uit heet maar vast gesteente. De platen verplaatsen zich voortdurend over het oppervlak van de aarde, waarbij ze hetzij horizontaal langs elkaar schuren, van elkaar af bewegen, in elkaar kreukelen en gebergten vormen of naar beneden afbuigen en onder een andere plaat schuiven, in een gebied dat de subductiezone wordt genoemd.
Langs de grenzen tussen de verschillende platen kunnen zich aardbevingen voordoen, als gevolg van spanningen die door wrijving worden opgebouwd en zich uiteindelijk met een schok ontladen. Maar aardbevingen kunnen ook ver van deze grenzen optreden, in het gedeelte van de plaat dat in de subductiezone in de onderliggende aardmantel wordt geduwd.
“Als je een gummetje buigt, zie je dat de ene kant wordt uitgerekt terwijl de andere kant wordt samengedrukt,” legt Melgar uit. Hetzelfde geldt voor deze platen. De buiging kan breuklijnen in de plaat zelf actief maken en zogenaamde ‘intraplaat-bevingen’ veroorzaken.
Intraplaat-bevingen vinden voortdurend plaats op geringe en gemiddelde diepten, vaak rond breuken waarbij gesteente horizontaal langs elkaar schuift of waarbij sprake is van een opwaartse ‘opschuiving’ van een gesteenteblok. Maar af en toe doen zich ook intraplaat-bevingen met ongelooflijk veel energie voor als gevolg van zogenaamde afschuivingen, waarbij een gesteenteblok vrij volgens de zwaartekracht naar beneden zakt.
Melgar wijst op de aardbeving met een kracht van 8,5 op de schaal van Richter in het Japanse Sanriku, in 1933, als schoolvoorbeeld van een intraplaat-beving als gevolg van een afschuiving. Een ander voorbeeld is de aardbeving met een kracht van 7,8 op de schaal van Richter die in 2005 in Tarapacá, in het noorden van Chili, plaatsvond. Soms kan de breuk, zoals die in het zuiden van Mexico, door de hele plaat heen lopen. Hetzelfde gebeurde vermoedelijk bij de aardschok van 2013 in Iran, die een kracht van 7,7 op de schaal van Richter had.
Of bij dit soort aardbevingen nu wel of geen platen in tweeën worden gespleten, deze schokken zijn sowieso zeer raadselachtig. Seismische golven die worden gebruikt om tektonische verplaatsingen in beeld te brengen, dringen niet tot zulke grote diepten door. Ook het in kaart brengen van oceanische platen staat nog in de kinderschoenen, en er zijn maar weinig hoogwaardige gegevens over historische bevingen. Dat alles betekent dat aardwetenschappers moeite hebben om te verklaren wat er precies aan de hand is.
Tektonische chaos
Uit de geofysische metingen en modellen van de nieuwe studie blijkt dat de aardbeving van Tehuantepec in Mexico nóg merkwaardiger was dan de andere schokken. Een afschuivende breuk doet zich alleen maar voor op plekken waar gesteente tussen ondiepere delen van de aardkorst uit elkaar wordt getrokken. Maar de breuk in Tehuantepec liep door tot in nog diepere gedeelten van de aardkorst, die juist samengedrukt zouden moeten worden.
Voor dit raadsel bestaat een mogelijke verklaring. In het artikel wordt geopperd dat de plaat door zijn eigen gewicht zo sterk naar beneden werd gedrukt dat de aardkorst eronder door de zwaartekracht uit elkaar werd getrokken. Deze kracht overtroefde de gebruikelijke samendrukkende krachten, waardoor er een afschuiving kon plaatsvinden.
Veel problematischer is de verbluffende reikwijdte van de breuk, die zich tot een diepte van ruim 75 kilometer in de aardkorst uitstrekte. Op die diepte bedraagt de temperatuur van de aardkorst 1100 oC, hoog genoeg om de plaat kneedbaar te maken. Maar voor een aardbeving als die in Tehuantepecmoet het gesteente juist koeler en dus brosser zijn geweest om plotseling te kunnen breken.
Zware afschuivingsbevingen kunnen in de diepere delen van een plaat optreden, zegt Emmanuel Garcia, expert in tektoniek aan de Universiteit van Kyoto en medeauteur van de nieuwe studie. Maar dat gebeurt eigenlijk alleen bij zeer oude tektonische platen, die vele miljoen jaren de tijd hebben gehad om af te koelen en bros te worden, zodat ze meer geneigd zijn om plotseling te breken.
De aardbeving in Tehuantepecvond plaats nabij de Cocosplaat, die met een ouderdom van 25 miljoen jaar relatief jong en iets warmer is dan veel andere tektonische platen. Dat is volgens Melgar ook de reden waarom de splijtende beving van 2017 zo “ongekend” was.
“Er is iets heel vreemds aan de hand met de plaat in Mexico,” zegt Eric Fielding, geofysicus aan het Jet Propulsion Laboratory van de NASA en medeauteur van een paper over de aardbeving van 2013 in Iran.
Hoofdbrekens
De oplossing zou volgens het team van Melgar deels gevonden kunnen worden in water op grote diepte. Naarmate de Cocosplaat in de subductiezone verder onder de Noord-Amerikaanse Plaat schuift, wordt hij verbogen en scheurt hij. Hierdoor ontstaan afschuivingen, die ook zeewater in zich opnemen. Terwijl de plaat in en door de subductiezone verder de onderliggende aardmantel in wordt geduwd, warmt het gesteente ervan steeds verder op en wordt het gedehydreerd. Door deze ‘uitdroging’ ontstaan mechanisch zwakke plekken en kunnen brosse breuken optreden, waarbij lichte aardschokken – of misschien ook zeer zware bevingen – kunnen plaatsvinden. Dezelfde hypothese werd ook toegepast op de bevingen van 2013 in Iran en die van 2005 in Chili.
Het feit dat de Cocosplaat jonger en warmer is, zou tot een ‘perfect storm’ van gebeurtenissen hebben kunnen leiden, oppert Stephen Hicks, een seismoloog van de Britse University of Southampton die niet bij het nieuwe onderzoek was betrokken. Dat deze plaat relatief warm is, kan betekenen dat het zo belangrijke dehydratieproces veel sneller plaatsvond en dat daardoor brosse omstandigheden werden gecreëerd en breuken uiteindelijk eerder en met meer energie konden verschuiven.
Melgar wijst erop dat de oceanische Cocosplaat oorspronkelijk werd gevormd in een vurige mid-oceanische rugen dat daarbij tijdens het afkoelingspatroon kleine heuvels en valleien binnenin de plaat ontstonden. Door deze ‘onregelmatigheden’ kunnen uiteindelijk zwakke plekken zijn ontstaan die de aardbeving van Tehuantepec hebben veroorzaakt, waardoor het begin van dit verhaal van verwoesting weleens tientallen miljoenen in het verleden zou kunnen liggen.
Toch vindt Melgar het nog altijd heel merkwaardig dat een zo spectaculaire brosse breuk kon optreden op een dusdanig helse en hete diepte. De plaat zou volgens hem hetzij om een of andere vreemde reden kouder moeten zijn, hetzij uit ongebruikelijk gesteente moeten bestaan, maar beide hypothesen druisen in tegen alles wat wetenschappers op deze diepten verwachten.
Hoe het ook zij, het vinden van een verklaring voor de oorzaak van intraplaat-bevingen als gevolg van afschuivingen is niet louter een intellectueel tijdverdrijf. Of deze bevingen nu dicht aan het oppervlak of op grote diepte plaatsvinden, ze kunnen krachtig genoeg zijn om de naburige zeebodem plotseling in beweging te brengen, waarbij reusachtige hoeveelheden water worden verplaatst en tsunami’s ontstaan.
De aardbeving in Tehuantepecvond plaats aan de landzijde van de subductiezone, waardoor de zeebodem niet genoeg werd vervormd om een tsunami van meer dan drie meter hoogte te veroorzaken. Daarentegen vond de beving van 1933 in Sanriku plaats aan de oceaanzijde van de subductiezone, waardoor een verwoestende tsunami van twintig meter hoogte ontstond.
Als het gaat om deze vreemde, verwoestende aardbevingen, “weten we eerlijk gezegd niet precies wat er gebeurt,” zegt Hicks. Duidelijk is wel dat de oplossing voor dit kolossale mysterie in de toekomst levens zou kunnen reden.
Lees ook: Meer aardschokken in Mexico – meer over aardbevingen
Lees ook: Na aardbeving in Mexico komt de hulp op gang
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
