Wetenschap

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.donderdag 15 augustus 2019

Door Jenny Howard
In Highway 178 ontstond een scheur nadat Ridgecrest (Californië) op 4 juli 2019 door een aardbeving met een kracht van 6,4 werd getroffen. Een zeer gedetailleerde catalogus met aardbevingen in Zuid-Californië helpt geologen het grote mysterie te ontrafelen van de reeks gebeurtenissen die aan een aardbeving voorafgaan.

Wetenschappers zoeken al decennialang naar aanwijzingen die een op handen zijnde aardbeving voorspellen. Naast elektromagnetische activiteit en weerpatronen zijn een hele hoop andere gegevens geanalyseerd. Geen van alle bleken echter voorboden van een keiharde vernietiging.

De enige voortekenen die opvielen, waren voorschokken. Dit zijn lichtere schokken die voelbaar kunnen zijn voordat een zwaardere beving plaatsvindt. In laboratoriumexperimenten werden voorschokken geobserveerd die aan bijna alle gesimuleerde aardbevingen voorafgingen. Dit patroon ontbreekt echter in gegevens van echte aardbevingen, tot grote frustratie van seismologen.

Nu is het mysterie mogelijk opgelost dankzij een hogeresolutiecatalogus van miljoenen aardbevingen in Zuid-Californië.

In een recent onderzoek in Geophysical Research Letters bestudeerden wetenschappers een enorme dataset met grote en kleine bevingen in de regio. Ze melden een opvallende toename van de seismische activiteit in de weken en dagen voorafgaand aan de meeste aardbevingen. De bevindingen wijzen uit dat de laboratoriumonderzoeken overeenkomen met de praktijk. Daarnaast versterken ze de gedachte dat voorschokken ooit kunnen worden gebruikt als vroege waarschuwingssignalen. Hierdoor zijn we weer een stapje dichter bij een betere voorspelling van aardbevingen.

“Het is een eerste stap, maar wel een grote sprong voorwaarts in de kennis van de aardbevingsprocessen,” zegt Wendy Bohon, geologe bij de Incorporated Research Institutions for Seismology. Zij was niet bij het nieuwe onderzoek betrokken.

Schokken voorspellen

De meeste aardbevingen vinden plaats op breuklijnen. Dit zijn diepe scheuren in de aardkorst, waar aardplaten tegen elkaar schuiven en voor wrijving zorgen. Door dit proces wordt steeds meer spanning in de aardkorst opgebouwd, tot deze opeens als seismische energie vrijkomt. Dit zorgt voor een aardbeving. Bohon vergelijkt een aardbeving met het doormidden breken van een potlood. Naarmate je meer druk uitoefent, buigt het potlood steeds iets verder door. Op gegeven moment is de spanning zo groot geworden, dat het potlood breekt.

Bijna 75 procent van de aardbevingen vindt plaats langs de randen van tektonische platen, die zich duizenden kilometers over het aardoppervlak uitstrekken. Onze planeet wordt voortdurend door elkaar geschud door aardbevingen. Dat gebeurt zo vaak dat geologen gerust durven stellen dat er een kans van honderd procent is dat er elke dag ergens in de wereld een aardbeving plaatsvindt. Uit de gegevens blijkt dat in Zuid-Californië alleen al gemiddeld om de drie minuten een aardbeving plaatsvindt.

Het is veel lastiger om de exacte locatie en tijd van een beving te bepalen. Dat komt mede doordat aardbevingen nauwelijks direct kunnen worden geobserveerd, omdat ze kilometers onder het aardoppervlak ontstaan. Wetenschappers voeren daarom laboratoriumexperimenten uit om bevingen te simuleren en ontleden.

De gegevens van dergelijke experimenten suggereren dat hoofdschokken worden voorafgegaan door voorschokken, waarbij kleine grondverstoringen langs een breuklijn optreden wanneer een kritiek punt wordt bereikt.

Maar “echte aardbevingen vormen een veel complexer systeem dan onze simpele laboratoriumexperimenten,” aldus hoofdauteur Daniel Trugman en seismoloog bij Los Alamos National Laboratory.

Bovendien zijn voorschokken relatief zwak. Het was lange tijd onmogelijk om achtergrondgeluid te scheiden van dergelijk gerommel. Instrumenten die aardbevingen moeten ‘horen’, zogeheten seismometers, pikken ook een kakofonie aan oppervlakteactiviteit op, van orkanen tot autoverkeer en migrerende elanden. Dat maakt het lastig dergelijke aardbevinkjes te isoleren.

“Tot nu toe was het maar de vraag of bij alle hoofdschokken ook voorschokken voorkomen,” zegt David ‘Chas’ Bolton, promovendus Geowetenschappen aan Pennsylvania State University. Hij was niet bij het nieuwe onderzoek betrokken.

Zolang het niet mogelijk is om op een betrouwbare manier voorschokken te detecteren en patronen te voorspellen, kunnen wetenschappers alleen op basis van statistische waarschijnlijkheid voorspellen wanneer aardbevingen over een lange periode zouden kunnen plaatsvinden.

Prangende vragen

Daarom is de nieuwe aardbevingscatalogus zo’n enerverende kans. De catalogus werd eerder dit jaar gepubliceerd in Science. In totaal zijn 1,81 miljoen aardbevingen die Zuid-Californië van 2008 tot 2017 deden schudden vastgelegd. Sommige hadden een kracht van slechts 0,3.

Aardbevingen 101
Aardbevingen 101

“Het is alsof je een nieuwe microscoop hebt. Je ziet meer gebeuren,” aldus Zachary Ross, medeauteur van het onderzoek en seismoloog aan het California Institute of Technology.

Bij de laatste analyse maakte het team gebruik van de catalogus. Het identificeerde reeksen voorschokken bij 72 procent van de onderzochte aardbevingen.

Het feit dat de patronen van de timing en kracht van de voorschokken voor elke hoofdschok uniek waren, vormde de echte uitdaging. Doordat een standaardsjabloon ontbreekt, is het lastig om series voorschokken te onderscheiden van aardbevingsclusters waarop geen grote beving volgde.

“We weten niet of er een diagnostische vingerafdruk voor voorschokken bestaat,” vertelt Susan Hough, seismologe bij het Earthquake Center van de U.S. Geological Survey. Zij maakte geen deel uit van het onderzoeksteam. Mogelijk worden met andere gegevens van nog geavanceerdere instrumenten de ‘ontbrekende’ voorschokken blootgelegd. Of wordt er iets ontdekt wat nog verbazingwekkender is.

Bohon: “Het is een interessante gedachte dat deze resultaten mogelijk nog niet compleet zijn en dat we gewoon nog niet de capaciteit hebben om de overige ontbrekende twintig procent op te sporen. Misschien gaat er niet aan elke aardbeving een reeks voorschokken vooraf en wat betekent dat?”

Eerste stap naar betere voorspellingen

Toch geeft de mogelijkheid om patronen te ontdekken in zoveel gebeurtenissen de hoop dat er meer aardbevingscatalogi zullen komen voor andere breuklijnzones op de wereld. Bijna elk land waar seismische activiteiten plaatsvinden, heeft een bewakingsprogramma voor aardbevingen. Een dergelijke analyse kan dus op een andere plek worden herhaald, in het bijzonder in Japan. De seismische gegevens van dit land zijn van dezelfde kwaliteit als die van Zuid-Californië.

Ross: “Je kunt je voorstellen dat er in sommige situaties continu voorschokken plaatsvinden. Dat is iets wat mensen aan het denken zet.”

Geologen zijn vooralsnogheel terughoudend en merken op dat dit resultaat slechts een eerste stap is. Het zal nog lang duren voordat aardbevingen met voldoende zekerheid kunnen worden voorspeld.

“We zouden natuurlijk het liefst willen zeggen dat er vijftig procent kans is op een aardbeving met een kracht van 6 of 7. Dan wordt het net zoiets als het weer voorspellen en krijgt het betekenis,” aldus Hough. “We zijn echter nog ver van dat punt verwijderd.”

Bohon is het hiermee eens en voegt eraan toe: “Totdat we volledig begrijpen hoe aardbevingen beginnen, moeten we leren leven met aardbevingen, zodat de gemeenschappen en mensen die in een aardbevingsgebied wonen een aardbeving niet alleen overleven, maar hun leven in de nasleep ervan kunnen voortzetten.”

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

lees verder

Aardbeving duurde 50 dagen, maar niemand voelde het. Waarom?

Aardbeving duurde 50 dagen, maar niemand voelde het. Waarom?

“Je zou het spookaardbevingen kunnen noemen,” zegt een geoloog over het tektonische fenomeen dat bekendstaat als een ‘slow-slip event’.
Aardbeving spleet tektonische plaat in tweeën – geologen staan voor raadsel

Aardbeving spleet tektonische plaat in tweeën – geologen staan voor raadsel

Een zware aardschok in Mexico was de laatste in een reeks van raadselachtige bevingen met een potentieel zeer verwoestende kracht.
Lees meer