Diep in het azuurblauwe water voor Monterey Bay, slechts enkele kilometers ten zuidoosten van Santa Cruz, is een tot voor kort onbekend cluster van breuken ontdekt in de oceaanbodem.

Over deze pas gevonden scheuren in de aardkorst, die onlangs werden beschreven in een artikel in het vakblad Science, is nog veel onbekend. Er is nog niets te zeggen over hun omvang, vorm of hun mate van activiteit. Wel wordt door de vondst duidelijk dat zelfs in een gebied waar veel seismisch onderzoek is gedaan, de kennis over breuken in de oceaanbodem nog verre van volmaakt is. Dat is een serieus probleem. Als onbekend is waar zich breuken in de zeebodem voordoen, is het ook onduidelijk of er sprake is van een risico op aardbevingen of tsunami's in kustgebieden.

Het nieuwe onderzoek biedt ook een oplossing voor onze gebrekkige tektonische kennis: we kunnen de honderdduizenden kilometers aan glasvezelkabels inzetten, die dagelijks onze e-mails, tweets en videoboodschappen kriskras over de aardbol vervoeren. Wetenschappers ontdekten de recent ontdekte breuken voor de kust van Californië door gebruik te maken van een glasvezelkabel zo dik als een tuinslang, die over de zeebodem in Monterey Bay loopt. Voor het onderzoek zetten ze de kabel in als een ‘seismic array’, een netwerk van seismische stations.

Onderzoekers hopen dat deze nieuwe methode ooit kan worden gebruikt om een schat aan seismische gegevens te verzamelen in grote steden die al wel glasvezelnetwerken hebben voor telecommunicatie, maar die niet over het budget of de fysieke ruimte beschikken om duizenden seismometers op te stellen. Daarnaast kunnen kabels die direct voor de kust van dichtbevolkte gebieden liggen met enkele kleine aanpassingen dienen als basis voor nieuwe waarschuwingssystemen.

“Er zijn volop mogelijkheden,” aldus coauteur Craig Dawe die werkzaam is op het Monterey Bay Aquarium Research Institute. “Er ligt wereldwijd heel wat glasvezelkabel.”

Verlichting op de zeebodem

In het westen van de VS voorziet een dicht netwerk van seismische stations geologen van een onafgebroken stroom van gegevens over bewegingen van de aardkorst. Daardoor kunnen breukzones, waarvan bekend is dat ze actief zijn, in de gaten worden gehouden en kunnen nieuwe bevingen vrijwel onmiddellijk worden opgepikt. Maar ga je verder de Grote Oceaan op, dan daalt het aantal seismische onderzoeksstations drastisch. Bovendien zijn de breuksystemen hier ook minder precies in kaart gebracht, waardoor bevingen van de zeebodem niet alleen minder goed worden opgepikt, maar er ook enige twijfel bestaat waar daarnaar gezocht moet worden.

“We denken dat we op het land alles weten over de aardkorst,” vertelt hoofdonderzoeker Nate Lindsey, een promovendus aan de University of California, Berkeley. “Maar op zee is het een soort straatverlichting - als je met een straatlantaarn op de zeebodem schijnt, dan kun je iets zien. Maar er is daar niet zoveel verlichting.”

Lindsey en zijn collega's proberen nu meer licht in de diepte te brengen met een nieuw ontwikkelde techniek die distributed accoustic sensing wordt genoemd. Bij deze methode worden laserlichtpulsen door een glasvezelkabel afgevuurd. Dit laserlicht wordt weerkaatst wanneer het zeer kleine dichtheidsvariaties in de glazen vezels tegenkomt. Die variaties worden beïnvloed door bewegingen in de bodem, waardoor seismologen in staat zijn om met behulp van de weerkaatsingspatronen aardbevingen op het spoor te komen of zelfs nieuwe breukstructuren te ontdekken.

“Dat levert informatie op alsof er om de twee meter een seismometer zou staan,” vertelt Philippe Jousset, die als geofysicus werkt aan het Deutsches GeoForschungsZentrum, en die niet betrokken was bij het onderzoek. “Hierdoor kan de ruimtelijke resolutie met een factor honderd toenemen, en misschien nog wel meer.”

Lindsey en zijn collega's deden zo'n acht maanden lang onderzoek naar deze techniek door gegevens te verzamelen via een op het land gelegen glasvezelkabel van het Amerikaanse Department of Energy in de buurt van Sacramento. In maart 2018 deed zich de mogelijkheid voor om de methode ook op zee te testen, toen de kabel van het Monterey Accelerated Research System (MARS) offline ging vanwege geplande onderhoudswerkzaamheden.

Normaalgesproken voorziet deze circa vijftig kilometer lange glasvezelkabel een permanent diepzee-waarnemingsstation van stroom. Maar Lindsey en zijn collega's konden nu vier dagen lang laserlicht door de verder inactieve bundel schieten, om seismische gegevens te verzamelen. Het licht haalde een bereik van zo'n twintig kilometer, waardoor er in feite een netwerk werd gecreëerd van zo'n 10.000 onderwaterseismometers.

Tijdens het experiment vond er rond de kustplaats Gilroy in Californië een aardbeving plaats met een kracht van 3,4 op de schaal van Richter. De seismische golven van die beving verplaatsten zich door de zeebodem en verloren een deel van hun energie toen ze door breukzones trokken. Daardoor brachten ze het eerder onontdekte breuksysteem voor de kust aan het licht.

Seismische ‘gamechanger’

Nu de onderzoekers hebben aangetoond dat de methode op zee werkt, hopen ze dat die ook in andere oceaangebieden wordt toegepast, met name in kustgebieden waarvan bekend is dat er een seismisch gevaar is.

Dit soort seismisch onderzoek heeft op het moment nog een beperkt bereik van maximaal enkele tientallen kilometers in de breedte. Maar daardoor zou de gedetailleerde bestudering van een groot aantal nauwelijks onderzochte gebieden op zee, zoals de subductiezone Cascadia in het noordwesten van de Grote Oceaan, mogelijk worden.

De vezelkabels die al onder water liggen voor de kust van Oregon en de staat Washington “kunnen worden gebruikt om data te leveren voor waarschuwingssystemen en registratie op het gebied van tsunami's en aardbevingen, en om wetenschappelijke basiskennis te krijgen over een nog onbekend domein,” schrijft Paul Bodin, netwerkmanager van het Pacific Northwest Seismic Network in een e-mail. De nieuwe studie is een “vierdaags ‘kijkje door het sleutelgat’ van wat we in de toekomst continu gaan doen.”

Het is op zich niet verwonderlijk dat er nieuwe breuksystemen worden gevonden langs dit deel van de continentale plaat van Californië, omdat het gebied seismisch zeer actief is. Maar wetenschappers kunnen door nader onderzoek wel meer te weten komen over de structuur van deze tektonische scheuren, en bepalen of zij een risico vormen.

Het team van Lindsey hoopt de MARS-kabel uiteindelijk gedurende ongeveer een jaar te kunnen gebruiken om extra gegevens te verzamelen over de seismische omgeving. Dawe merkt nog op dat met het recente experiment alleen een deel van de zeebodem kon worden bekeken waar de MARS-kabel doorheen loopt. Door verdere technologische ontwikkelingen wordt het wellicht mogelijk om de bodem over de gehele lengte van de kabel te bestuderen - en dat zou nog meer onverwachte vondsten op kunnen leveren.

“Als we de totale lengte van de kabel kunnen monitoren, dan zouden we langs dat hele stuk breuken in kaart kunnen brengen,” stelt hij. “Dat zou echt een gamechanger zijn.”

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