De Zuidelijke Grote Oceaan kreeg in september te maken met twee achtereenvolgende rampen, toen er eerst een aardbeving met een kracht van 8,1 op de schaal van Richter plaatsvond voor de kust van de eilandenstaat Samoa, en even later een nieuwe beving met dezelfde kracht. Niet lang daarna vielen de kusten van nabijgelegen eilanden ten prooi aan een huizenhoge tsunami, die meer dan 180 doden eiste en hele dorpen vernielde op Samoa, het daarnaast gelegen Amerikaans-Samoa en andere eilanden in de buurt.

Maar uit een recent onderzoek, dat werd gepubliceerd in het vakblad Journal of Geophysical Research: Solid Earth, blijkt dat de bevingen ook een ander, sluipend gevaar veroorzaakten voor de ruim 55.000 inwoners van Amerikaans-Samoa: een stijging van de zeespiegel die vijf keer zo snel verloopt als het wereldwijde gemiddelde.

Net als alle andere eilanden en kustgebieden op aarde, hebben ook Samoa en Amerikaans-Samoa te maken met oprukkend water naarmate de opwarming van de aarde zorgt voor een steeds sneller hoger wordende zeespiegel.De onderzoekers ontdekten echter dat de eilanden in de Grote Oceaan na de mega-aardbevingen ook nog eens zinken. Vooral in Amerikaans-Samoa is de situatie zorgelijk. De onderzoekers schatten dat de zeespiegel daar in de komende vijftig tot honderd jaar lokaal nog eens dertig centimeter extra zal stijgen, boven op de al verwachte effecten van de klimaatverandering.

Hoewel grote aardbevingen niet overal hetzelfde effect zullen hebben, wordt door deze ontdekking duidelijk met wat voor, soms niet onderkende, geologische effecten een toenemend aantal mensen die wereldwijd aan de kust wonen, te maken kunnen krijgen.(Lees ook meer over hoe krachtige aardbevingen de kans op een enorme ramp in het gebied rond de Mount Everest laten toenemen.)

“Iedereen heeft het over problemen door de klimaatverandering, maar de gevolgen van aardbevingen en de daarmee samenhangende bodemdaling worden over het hoofd gezien,” zegt hoofdonderzoeker Shin-Chan Han van de Australische University of Newcastle. Hij doelt op documenten van regionale overheden over de stijging van de zeespiegel.

“Het is echt heel belangrijk om hierop te wijzen,” aldus geofysicus Laura Wallace van het Nieuw-Zeelandse geowetenschappelijke adviesbureau GNS Science Te Pū Ao, die niet bij het onderzoek betrokken was. “Dit is duidelijk van grote invloed op de relatieve verandering van de zeespiegel waar mensen op plekken als de Samoa-eilanden mee te maken krijgen.”

Geologische geometrie

De oppervlakte van onze planeet verandert continu onder invloed van platentektoniek. Dit wordt vooral duidelijk bij aardbevingen. Die komen meestal voor als tektonische platen botsen of langs elkaar schuren, wat zorgt voor een geologische spanning. Als die opgebouwde energie plotseling vrijkomt, kunnen gedeelten van de aardkorst gaan trillen.

Maar de veranderingen door grote aardbevingen zijn niet allemaal direct merkbaar. Het gesteente in de aardmantel is, in tegenstelling tot dat in de harde aardkorst, vloeibaar als dikke stroop en past zich geleidelijk aan aan plotselinge veranderingen aan het oppervlak, legt Wallace uit. Hierdoor kan een daling of stijging van het land ontstaan die nog tientallen jaren doorgaat nadat een beving heeft plaatsgevonden.

Deze voortgezette vervorming van het land is wat Han bezighoudt. Jarenlang pluisde hij gegevens uit van de satellieten van het Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), op zoek naar aanwijzingen voor het stijgen of dalen van de grond na een aardbeving. Deze twee satellieten draaiden tussen 2002 en 2017 achter elkaar hun rondjes rond de aarde, en hielden precies bij hoe groot de afstand tussen hen was. Als ze over zones vlogen met net iets meer massa, en dus ook iets meer zwaartekracht, dan merkte de voorste satelliet die aantrekking net iets eerder op dan de achterste. Daardoor werd de afstand tussen de satellieten iets groter, wat werd geregistreerd als een wijziging in het zwaartekrachtsveld waardoor veranderingen in de landmassa beneden onthuld konden worden.

Rond de aardbeving in 2009 waren die veranderingen dag na dag maar zeer klein. Maar uiteindelijk was het effect zo groot dat Han iets bijzonders zag gebeuren bij de Samoa-eilanden toen hij de GRACE-data doorploegde.

Een zeldzame samenloop van omstandigheden

Bij de ramp in 2009 ging het om een heel bijzondere aardbeving waardoor wetenschappers zich in eerste instantie op het hoofd krabden, omdat er sprake was van een tweetal krachtige bevingen die op bijna hetzelfde moment door de aarde trokken.De ene ontstond langs een zogeheten ‘afschuivende breuk’. Deze werd veroorzaakt door de afbuiging van de oceanische plaat die onder een andere tektonische plaat schuift in wat wel een ‘subductiezone’ wordt genoemd. Een andere beving vond plaats binnen de subductiezone, door de drukkrachten die de botsende platen veroorzaakten.

De onderzoekers bestudeerden de nasleep van de bevingen met behulp van zowel GRACE-data als lokale GPS- en getijmetergegevens. Vervolgens maakten ze een computermodel om het complexe samenspel tussen de bevingen en de gebeurtenissen op het aardoppervlak te ontrafelen.

Uit deze gegevens bleek dat de bodem langzaam aan het dalen is, wat met name te wijten is aan de aardbeving die te maken had met een afschuivende breuk. Door deze specifieke aardbeving zakt een deel van de bodem weg ten opzichte van het andere deel, waardoor de nabijgelegen eilanden lager komen te liggen.

Het onderzoeksteam ontdekte dat het eiland Samoa in de tien jaar na de ramp jaarlijks ongeveer een centimeter per jaar is gezakt. Vooral in Amerikaans-Samoa is de situatie ernstig. Daar is sprake van een bodemdaling van ruim anderhalve centimeter per jaar, en het ziet er niet naar uit dat dit proces binnenkort gaat stoppen.

De snelheid van de daling is veel groter dan de geschatte wereldwijde stijging van de zeespiegel die ieder jaar zo’n 3 millimeter betreft. Overstromingen en het binnendringen van zeewater in aquifers met zoet water vormen al bedreigingen waar bewoners van Amerikaans-Samoa mee te maken hebben, aldus Han, en de recente ontdekking maakt de zorgen alleen nog maar groter.

Badkuip-oceanen

Mogelijk treden soortgelijke effecten ook op bij andere eilanden die liggen op locaties waar platen op elkaar botsen, maar er zijn veel factoren die een invloed hebben op wat er na een aardbeving gebeurt. Het nieuwe onderzoek is in ieder geval van belang omdat het laat zien dat de oorzaken van het stijgen van de zeespiegel per locatie gecompliceerder kunnen zijn dan alleen het afsmelten van het zee-ijs en het opwarmen van de zee.

“Mensen zien de wereldwijde, gemiddelde zeespiegelstijging vaak als een badkuip die vol- of leegloopt,” vertelt Don Chambers van de Amerikaanse University of South Florida, die deskundig is in het gebruik van zwaartekrachtgegevens van satellieten om de zeespiegel te bestuderen.Maar er zijn talloze factoren van invloed op onze enorme oceanische badkuipen. Enkele daarvan worden door de mens veroorzaakt, zoals het oppompen van grondwater of het samendrukken van sediment door de uitbreiding van steden, waardoor het land daalt. Dat gebeurt bijvoorbeeld in het kustgebied van de Amerikaanse staat Louisiana, waar het water op sommige plekken elke twee jaar 2,5 centimeter stijgt.

Tektonisch geweld, zoals dat bij de Samoa-eilanden, is ook een veelvoorkomende factor. De effecten daarvan zijn echter afhankelijk van de geometrie van de breuken, zegt Jeffrey Freymueller die als geofysicus verbonden is aan de Amerikaanse Michigan State University en die niet betrokken was bij het recente onderzoek. Op veel plaatsen zorgt het tektonische geduw en getrek juist voor een stijging van het land, in plaats van bodemdaling. Zo heeft Han ook in Japan en Nieuw-Zeeland onderzoek gedaan naar de effecten van aardbevingen, en bleek in die beide gevallen dat de bodem al jarenlang stijgende is.

Maar rond Samoa en op andere plaatsen is daling van het land door aardbevingen een grote zorg gezien de zeespiegelstijging. Freymuller wijst op een recent artikel in Marine Geology dat gaat over een aanzienlijke zeespiegelstijging bij het Thaise eiland Phuket na de grote zeebeving van 9,2 op de schaal van Richter in de Indische oceaan in 2004.In 2019 bleek dat het water plaatselijk bijna 12,5 centimeter was gestegen - door een mix van klimaatverandering en bodemdaling na de zeebeving.

De nieuwste studie maakt het belang duidelijk van een grotere bewustwording en het doorlopend monitoren van mogelijke effecten van mega-aardbevingen, om die binnen de perken te houden. Het voorspellen van de zeespiegeleffecten voordat een aardbeving plaatsvindt is onmogelijk, omdat aardbevingen zo lastig te voorspellen zijn.

“Het kan zijn dat je volgende week al met de gebakken peren zit,” zegt Freymuller, “maar het kan ook zijn dat het nog een eeuw duurt.”

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