In de zomer van 2016 werd het noordwesten van Turkije getroffen door een zware aardbeving. Dat is niet zo ongebruikelijk, gezien het feit dat deze regio zich bevindt boven een zeer actief netwerk van zijbreuken met een geschiedenis van krachtige aardschokken.

Het vreemde van deze specifieke beving was dat deze vijftig dagen duurde maar dat niemand er iets van merkte.

Volgens nieuw onderzoek dat in het tijdschrift Earth and Planetary Science Letters is verschenen, was de schok een heel bijzondere vorm van aardbeving die bekendstaat als een ‘slow-slip event’. Anders dan ‘gewone’ aardbevingen, waarbij de aardkorst met een plotselinge schok verschuift, gaat het bij slow slips om een zeer geleidelijke beweging langs een breuklijn. Daarbij worden dus niet de verwoestende seismische golven geproduceerd die je bij een gewone aardbeving zou verwachten, wat betekent dat ze geen schokken veroorzaken.

“Je zou het spookaardbevingen kunnen noemen,” zegt onderzoekleider Patricia Martínez-Garzón, onderzoeker in de geomechanica aan het Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam. Dus wat zijn deze slow-slip events nu precies en wat betekenen ze voor het risico op aardbevingen in het algemeen? We zetten het voor je op een rij.

Scala van verglijdende breuken

Slow-slip events werden in de vroege jaren 2000 ontdekt in de Cascadia Subduction Zone in het Pacifische noordwesten van de VS. Kort daarna werden ze ook waargenomen in subductiezones in Nieuw-Zeeland, zegt Rebecca Bell, hoofddocente tektonische evolutie aan het Imperial College London.

Vóór de millenniumwisseling waren geologen het erover eens dat de aardkorst langs breuklijnen op twee manieren kon verschuiven: aan het ene uiteinde van het spectrum is er sprake van vastzittende ‘stick-slip’-breuklijnen, die honderdduizenden jaren stabiel kunnen blijven voordat ze plotseling scheuren en zware aardbevingen veroorzaken. Aan het andere einde van het spectrum is er sprake van breuken waarlangs de aardkost heel traag verschuift, in een tempo dat niet veel hoger ligt dan de groeisnelheid van een vingernagel.

“Slow-slip events deden ons inzien dat er tussen de beide extremen een heel scala van gradaties van verschuivingen langs breuklijnen bestaat,” zegt Bell. Bij dit soort vreemde ‘bevingen’ komt evenveel energie vrij als bij een zware, abrupte aardschok, maar ze ontwikkelen zich over een dusdanig lange tijd dat die energie nooit leidt tot schokgolven aan de oppervlakte. Als je een echte aardbeving zou vergelijken met de ontploffing van een vaatje buskruit, dan lijken slow-slip events meer op kaarsen die rustig opbranden.

Het kan niet genoeg worden benadrukt hoe extreem traag deze fenomenen zijn. Met zijn duur van vijftig dagen kan de Turkse verschuiving zeer traag worden genoemd, maar dat is geen uitzondering, zegt Lucile Bruhat, aardbevingsnatuurkundige aan de École normale supérieure van Parijs.

Volgens haar vond het langdurigste slow-slip event dat ooit is vastgelegd in Alaska plaats. Het ging om een ‘beving’ met een kracht van 7,8 op de Schaal van Richter die er minstens negen jaar over deed om zich te ontvouwen. Voordat het fenomeen tot een einde kwam, duurde het al zó lang dat onderzoekers aannamen dat er in deze regio altijd al een geleidelijke verschuiving langs een breuklijn plaatsvond.

Jagen op tektonische geesten

Door hun traagheid kunnen slow-slip events gemakkelijk over het hoofd worden gezien, tenzij je ernaar op zoek gaat. Bovendien kunnen ze door het ontbreken van seismische trillingen niet met seismometers geregistreerd worden. Geologen kwamen slow-slip-bevingen voor het eerst op het spoor toen ze keken naar gegevens van GPS-stations die veranderingen in de vorm van de aardkorst meten.

In het nieuwe onderzoek wisten Martínez-Garzón en haar team de Turkse beving vast te leggen door diepe gaten in de bodem van de Zee van Marmara te boren. De boorgaten werden gevuld met vervormingsmeters, die de langzame deformatie van het gesteente rondom de gaten maten. Soms kan de voortgang van een slow-slip event ook worden waargenomen aan de hand van een reeks zeer lichte bevingen langs de breuklijn.

“Een goede analogie daarvoor is wanneer iemand op de verdieping boven je over een houten vloer loopt,” zegt Bruhat. “We kunnen hem niet zien, maar we kunnen zijn verplaatsing volgen door het geluid van de krakende planken in kaart te brengen.” Zodra wetenschappers wisten waar ze op moesten letten, vonden ze in subductiezones in de hele wereld aanwijzingen voor slow-slip events.

“Slow-slip events zijn zeer gebruikelijk en meestal niet gevaarlijk,” zegt Bruhat.

Zo kunnen slow-slip events die in Cascadia als aardbevingen met een kracht van 6,0 worden geregistreerd, wel twee tot drie weken duren en zich gemiddeld elke vijftien maanden herhalen. Er is zelfs een website waarop je kunt zien welke trage aardbevingen in realtime plaatsvinden. Gebeurtenissen van vergelijkbare zwaarte doen zich met tussenpozen van vijf tot negen maanden voor langs de zuidelijke Riukiu-subductiezone bij Japan.

In Nieuw-Zeeland bevinden zich twee hotspots voor slow-slip events. Een ervan ligt onder de hoofdstad Wellington en produceert gebeurtenissen die gelijkstaan aan een beving met een kracht van 7,0 op de Schaal van Richter. Maar omdat ze een jaar tot anderhalf jaar duren en op aanzienlijke diepte plaatsvinden, merken de inwoners van de stad er niets van.

De andere hotspot ligt in het uiterste noordoosten van het Noordereiland. Deze minder diepe slow-slip events zijn even zwaar maar nog vreemder. Ze herhalen zich met de regelmaat van de klok, ongeveer om de anderhalf tot twee jaar, “zodat je bijna kunt voorspellen wanneer de volgende zal plaatsvinden,” zegt Bell. Dat biedt aardwetenschappers de zeldzame kans om in de juiste periode instrumenten te installeren en ze waar te nemen.

Onder hoogspanning

Het registreren van slow-slip events is slechts één stukje van de puzzel. Alleen al het feit dat ze als merkwaardig worden gezien, maakt duidelijk dat ons inzicht in deze fenomenen nog in de kinderschoenen staat. Het vinden van een antwoord op de vraag waardoor slow-slip events worden veroorzaakt, heeft voor de speurders naar deze spookbevingen nu de hoogste prioriteit.

Maar tot nu toe zijn “de oorsprong en aard van trage aardbevingen nog enigszins raadselachtig,” zegt Masayuki Kano, assistent-professor geofysica aan de Tohoku-Fukushi-Universiteit.

De mogelijkheid bestaat dat slow-slip events worden veroorzaakt door vreemde mechanische eigenschappen van het materiaal langs de breuklijnen, die we nog niet begrijpen. Het is ook mogelijk dat breuklijnen waar zich slow-slip events voordoen, onder een hogere vloeistofdruk staan, zodat ze beter ‘gesmeerd’ zijn en dus geleidelijk kunnen verschuiven. Experimenten in het laboratorium waarin deze omstandigheden zijn nagebootst, lijken deze hypothese te steunen, maar het is nog onduidelijk of hetzelfde mechanisme zich ook op grote schaal in de werkelijkheid voordoet.

De puzzel zou met steeds nauwkeuriger veldwerk kunnen worden opgelost. Het team van Martínez-Garzón heeft nu overal in het gebied rond de Zee van Marmara vervormingsmeters geplaatst. En Bell en haar collega’s hebben seismometers ingegraven in delen van de Hikurangi-subductiezone in Nieuw-Zeeland om meer inzicht te krijgen in de eigenschappen van deze traag verschuivende breuklijnen. Ook het International Ocean Discovery Program heeft boorgaten in de subductiezone geboord, om direct monsters van de sedimenten onder deze regio van slow-slip events te kunnen analyseren. Daarbij zenden ze ook seismische golven door het gesteente, waarmee ze het netwerk van breuklijnen in de regio in kaart kunnen brengen.

Deze multidisciplinaire aanpak is van groot belang voor het verklaren van de geheimzinnige slow-slip events, zegt Kano, en dat kan bijdragen aan meer inzicht in hun veel gevaarlijker verwanten.

Dansen op grote diepte

Nu al lijkt duidelijk te zijn dat zware aardbevingen een trage aardbeving op gang kunnen brengen. Kort voordat het Turkse slow-slip event van 2016 begon, vond er een normale aardschok met een kracht van 4,4 op de Schaal van Richter plaats onder de Zee van Marmara. En na de zware Kaikoura-aardbeving van 2016 in Nieuw-Zeeland werden in de hele regio slow-slip-verschuivingen waargenomen. Dit soort gebeurtenissen wijst op een wisselwerking tussen seismische en niet-seismische processen, zegt Martínez-Garzón.

“Maar kunnen slow-slip events ook zware aardbevingen op gang brengen?” vraagt Bell zich af. “Dat is de grotere vraag, en die hebben we nog niet echt kunnen beantwoorden.”

Het antwoord is zeker van belang voor de Zee van Marmara, want dit gebied wordt af en toe door verwoestende aardschokken getroffen, waaronder de Izmit-aardbeving in 1999, waarbij 17.000 slachtoffers vielen. Hoewel Martínez-Garzón een slag om de arm houdt, vermoedt zij dat slow-slip events tot meer stress rond andere, gevaarlijker breuklijnen kunnen leiden.

Slow-slip events zouden dus een sleutelrol in het voorspellen van toekomstige verwoestingen kunnen spelen. Kort voor de verschrikkelijke Tōhoku-aardbeving, die Japan in 2011 met een kracht van 9,0 op de Schaal van Richter trof, waren er al slow-slip-verschuivingen waargenomen. Toch blijft het lastig om te bepalen of dit een kwestie van toeval is, zegt Bell.

Als zou worden bevestigd dat zich voorafgaand aan zware aardbevingen slow-slip events voordoen, dan zouden deze vreemde fenomenen een belangrijke rol in het voorspellen van aardbevingen kunnen spelen en zo talloze mensenlevens kunnen redden.

“Maar voorlopig hebben we nog geen idee hoe we onderscheid moeten maken tussen het extreem zeldzaam slow-slip event dat tot een zware aardbeving leidt en een ongevaarlijke slow slip.”

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