Wetenschap

Kunnen aardschokken tot vulkaanuitbarstingen leiden?

Al sinds lange tijd worden wetenschappers gefascineerd – en verdeeld – door het mogelijke verband tussen deze twee kolossale geologische fenomenen. We zetten de nieuwste inzichten op een rij. woensdag, 16 januari 2019

Door Robin George Andrews

Tektonische aardbevingen behoren tot de meest gewelddadige natuurverschijnselen op aarde. Sommigen menen dan ook dat ze in staat zijn vulkaanuitbarstingen te veroorzaken.

De vulkanen op aarde liggen vaak in seismisch zeer instabiele gebieden van de wereld. Neem de zogenaamde ‘Ring van Vuur’, een hoefijzervormige strook land die langs de randen van de tektonische platen rond de Stille Oceaan loopt. In deze relatief smalle ring vindt 90 procent van alle geregistreerde aardbevingen in de wereld plaats en ligt 75 procent van alle actieve vulkanen.

In zulke actieve gebieden treden vulkaanuitbarstingen en aardbevingen vaak gelijktijdig op – maar dat is ook precies wat je zou verwachten. Ondanks de wildste verhalen die op het internet de ronde doen, mag je er niet automatisch vanuit gaan dat er een verband bestaat tussen een bepaalde aardbeving en een daaropvolgende vulkaanuitbarsting.

“De vulkaan kan al op het punt van uitbarsten hebben gestaan of al geruime tijd actief zijn,” zegt vulkanoloog Janine Krippner.

Toch is de vraag of aardbevingen tot vulkaanuitbarstingen kunnen leiden een serieus onderzoeksthema, dat al eeuwenlang door experts wordt onderzocht. En uit meerdere bewijsvoeringen in recente onderzoeken komt naar voren dat er in bepaalde situaties wel degelijk een verband zou kunnen bestaan. Dus hoe denkt de wetenschap momenteel over dit onderwerp? We zetten alles op een rij.

1 + 1 = 2?

Atsuko Namiki, assistent-professor aardwetenschappen aan de Universiteit Hiroshima, wijst op enkele geofysische onderzoeken waaruit dat verband zou moeten blijken. Zo wordt in een studie uit 1993 een aardbeving met een kracht van 7,3 op de schaal van Richter in Californië in verband gebracht met vulkanische en geothermale verschijnselen die zich meteen daarna voordeden. En in een studie uit 2012 zeggen de auteurs dat een aardbeving met een kracht van 8,7 die in 1707 in Japan plaatsvond, dieper gelegen magma naar een ondiepere magmakamer omhoog stuwde en 49 dagen later tot een gewelddadige eruptie van de berg Fuji leidde.

Zelfs de altijd behoedzame US Geological Survey (USGS) meent dat aardbevingen heel soms vulkaanuitbarstingen kunnen veroorzaken. Volgens de geologen van de dienst blijkt uit sommige historische voorbeelden dat vulkanische activiteit kan voortkomen uit de zware trillingen die bij een aardbeving door de grond golven of uit het vermogen van een aardbeving om de druk rond een naburige magmakamer te veranderen. Als voorbeeld noemen ze een aardschok met een kracht van 7,2 die op 29 november 1975 nabij de vulkaan Kīlauea op Hawaï plaatsvond en meteen werd gevolgd door een kortstondige eruptie.

Maar het verband is niet eenduidig. De USGS benadrukt dat de mechanismen die tot zo’n gebeurtenis leiden nog niet goed zijn verklaard en dat in wetenschappelijke artikelen waarin aardbevingen in verband worden gebracht met navolgende vulkaanuitbarstingen, eigenlijk sprake is van speculatie.

Ook is het mogelijk dat het samenvallen van gebeurtenissen bij al deze voorbeelden gewoon toeval was. Geologen moeten het specifieke causale verband tussen de schok en de eruptie vaststellen en elk toeval uitsluiten voordat ze beide fenomenen met elkaar kunnen verbinden – en dat is gezien de complexiteit van de geologie van de aarde erg moeilijk.

Darwins toevallige teleurstelling

Het probleem van het toeval is opgepikt door statistici. In een artikel dat in 1998 in het vakblad Nature verscheen, werd onderzocht of aardbevingen met een kracht van 8,0 of hoger binnen vijf dagen zouden kunnen leiden tot explosieve vulkaanuitbarstingen binnen een straal van achthonderd kilometer van het epicentrum. Met behulp van gegevens vanaf de zestiende eeuw tot heden ontdekten de auteurs dat dit soort vulkaanuitbarstingen viermaal vaker voorkwamen dan alleen door toeval verklaard kon worden.

Zo ook werden in een onderzoek uit 2009 historische gegevens gebruikt om aan te tonen dat aardbevingen met een kracht van 8,0 in Chili in verband stonden met een duidelijk verhoogde gemiddelde activiteit van vulkanen binnen een straal van vijfhonderd kilometer. Het probleem is dat dit soort historische gegevens niet uitblinken in nauwkeurigheid.

“Zware aardbevingen en grote vulkaanuitbarstingen zijn relatief zeldzaam, en wetenschappers zijn pas in de laatste vijftig jaar of misschien iets langer in staat geweest deze gebeurtenissen goed vast te leggen, afhankelijk van het gebied,” zegt studente geofysica Theresa Sawi, die onderzoek doet aan de University of California in Berkeley.

Veel onderdelen van de gegevens zijn ontleend aan niet al te nauwkeurige nieuwsberichten en logboekaantekeningen. David Pyle, professor in de vulkanologie aan de University of Oxford, wijst erop dat een van de eerste auteurs die een verband tussen aardbevingen en vulkaanuitbarstingen legde, niemand minder dan Charles Darwin was.

In 1840 vergaarde Darwin ooggetuigenverslagen van enkele kleine veranderingen die zich na een zware aardbeving in 1836 rond Chileense vulkanen hadden voorgedaan. Het is onduidelijk of er ook uitbarstingen plaatsvonden, en “toch eindigden al deze ‘gebeurtenissen’ op een of andere manier in de catalogus van vulkaanuitbarstingen en schijnen ze nu een rol te spelen in de bewijsvoering voor de link tussen aardschokken en erupties,” zegt Pyle.

Knijpen in een tube tandpasta

In een recentere statistische analyse in het tijdschrift Bulletin of Volcanology werd geprobeerd om dit probleem te omzeilen. In de studie, waarvan Sawi een van de auteurs is, richtten de onderzoekers zich op wetenschappelijk robuustere gegevens vanaf 1964 en werd gekeken naar kleinere aardbevingen met een kracht van tenminste 6,0 die binnen een straal van achthonderd kilometer van een vulkaanuitbarsting plaatsvonden.

Het team identificeerde dertig vulkanen die op enig moment een potentiële uitbarsting als gevolg van een aardbeving hadden doorgemaakt. Op een schaal van dagen vond het team geen bewijzen voor het verband tussen aardschokken en erupties die niet door het toeval verklaard konden worden. Dit resultaat druist in tegen de bevindingen van een overzichtsstudie uit 2006 onder leiding van Michael Manga, die ook een van de auteurs van de nieuwe studie is.

“Het is goed om te zien dat onderzoekers niet bang zijn om tot conclusies te komen die haaks staan op hun vorige bevindingen,” zei Oliver Lamb, vulkanoloog aan de University of North Carolina in Chapel Hill. “Dat is eigenlijk de manier waarop wetenschap behoort te werken.”

Vreemd genoeg toonde de studie van Sawi aan dat het aantal explosieve vulkaanuitbarstingen met vijf tot twaalf procent toenam gedurende de periode van twee maanden tot twee jaar na een zware aardbeving. Deze stijging is volgens Lamb verassend en interessant, maar ook vrij klein. Volgens Jackie Caplan-Auerbach, assistent-professor seismologie en vulkanologie aan de Western Washington University, wordt in het artikel “in feite benadrukt hoe onwaarschijnlijk het is dat een aardbeving een vulkaanuitbarsting veroorzaakt.”

Hoe kan de trend op lange termijn dan worden verklaard? Wat er in de maanden na een aardbeving zou kunnen gebeuren, is dat scheuren die door de aardschok zijn gevormd zich ontwikkelen tot nieuwe routes waardoorheen stroperig magma langzaam naar de oppervlakte kan stromen. Op termijn zouden de trillingen ook tot meer gasbellen in het magma kunnen leiden, waardoor de ondergrondse druk wordt verhoogd – een beetje als het schudden van een fles frisdrank.

Misschien ook wordt het magma door de beweging van het gesteente naar boven gestuwd, als in een tube tandpasta, zegt Sawi, waarbij het magma via vulkanische kanalen naar de oppervlakte wordt geperst. Ook zou het gesteente rond een magmakamer bij een zware aardbeving uitgerekt kunnen worden, waardoor gasbellen uit de gesmolten brei vrijkomen en de druk in de kamer wordt verhoogd.

Honey, I shrunk the volcano

Caplan-Auerbach denkt dat een aardbeving alleen een vulkaanuitbarsting kan veroorzaken als de vulkaan al op het punt stond om uit te barsten. Maar hoewel het “intuïtief aannemelijk lijkt dat zware aardbevingen tot activiteit kunnen leiden in een vulkaan die al op uitbarsten staat, is het bewijs voor zo’n verband tamelijk dun,” zegt Pyle.

Sommige wetenschappers, onder wie Namiki, hopen dat ze dat bewijs kunnen vinden. Zij en haar collega’s ontwerpen maquettes van vulkanische systemen in het laboratorium en onderwerpen die aan schokken om het fysieke mechanisme te onderzoeken waarmee trillingen tot uitbarstingen kunnen leiden.

In een studie uit 2006 gebruikte haarteam stroperige vloeistoffen met uiteenlopende kristallijne getallen, belvorming en andere eigenschappen om verschillende magmakamers na te bootsen. Ze ontdekten dat het ‘magma’ tijdens schokken het meest heen en weer klotste op de eigen, natuurlijke frequentie. Daarbij voegden afzonderlijke gasbellen zich samen en zakte het schuim bovenop het magma in. In een echte vulkaan zouden daarbij hete gassen kunnen vrijkomen, waardoor de druk in de magmakamer zou stijgen en de vulkaan tot uitbarsting zou kunnen komen.

In 2018 publiceerde het team ook een onderzoek naar een geleimodel van een vulkaan die was geïnjecteerd met vloeistoffen om uiteenlopende magmasoorten na te bootsen. De onderzoekers merkten dat wanneer het model door elkaar werd geschud, de vloeistoffen sneller door de vulkaan bewogen dan normaal. De richting die de vloeistoffen kozen, hing af van hun opwaartse kracht en de diepte waarop ze zich bevonden. Vloeistoffen met minder opwaartse kracht stroomden zijwaarts of naar beneden, wat een eruptie in een echte vulkaan minder waarschijnlijk zou maken. Maar vloeistoffen met gasbellen die zich op geringe diepte bevonden, stegen op en zouden tot een uitbarsting kunnen leiden.

Met de blik op de grond

De resultaten kunnen zeker niet alles verklaren en volgens Namiki is het dan ook heel normaal dat het verband tussen aardbevingen en vulkaanuitbarstingen wordt betwijfeld. Maar Eleonora Rivalta, groepleidster van het onderzoek naar aardbevingen en vulkaanfysica van het GeoForschungsZentrum Potsdam, denkt dat de twijfels over een eventueel verband langzaam afnemen.

“Terwijl in de wetenschap in het algemeen nog enige scepsis bestaat, zijn veel vulkanologen er inmiddels van overtuigd dat vulkanen op verschillende manier op aardbevingen kunnen reageren,” zegt zij. Maar ze benadrukt dat het definitieve bewijs nog altijd ontbreekt, met name een duidelijk voorbeeld van een specifieke vulkaanuitbarsting die door een specifieke aardbeving is veroorzaakt.

Behalve statistiek en simulaties in het lab zijn er nog andere manieren van onderzoek. Pyle denkt dat bij een vulkaan die mogelijk door een aardbeving tot uitbarsting is gekomen er aanwijzingen over de toestand van de magmakamer voorafgaand aan de eruptie gevonden kunnen worden in het puin dat is uitgeworpen. Daaruit zou kunnen blijken of de aardbeving inderdaad een duidelijke invloed heeft gehad of dat de vulkaan al op uitbarsten stond en dat de aardschok het tijdstip van de eruptie alleen maar heeft vervroegd.

Sawi heeft een duidelijk beeld van het toekomstige onderzoek: “Door vulkanen in de hele wereld beter in de gaten te houden, met name vulkanen die in het verleden nauwelijks zijn bestudeerd, zouden we gegevens kunnen vergaren die nodig zijn om patronen te herkennen en, jazeker, ook verbanden tussen bevingen en een hogere kans op uitbarstingen te onderzoeken.”

Bekijk ook: Avonturiers en drones duiken in een vulkaan voor de wetenschap

Lees ook: Meest actieve vulkaan van Europa glijdt richting zee

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

Lees meer