Diep in de aardkorst kunnen breuken veroorzaakt door langzaam bewegende aardbevingen zichzelf binnen enkele uren herstellen, blijkt uit nieuw onderzoek dat op 19 november in Science Advances is gepubliceerd. Dit opmerkelijke zelfherstelmechanisme treedt op onder extreme omstandigheden van hitte en druk diep onder tektonische platen. De studie biedt kritische inzichten in hoe breuken zich gedragen en heeft implicaties voor het begrijpen van zowel slow-slip-gebeurtenissen als het potentieel voor grotere, meer destructieve aardbevingen.
Stille aardbevingen en snel herstel van breuken
Geologen zijn al lang op de hoogte van ‘stille’ aardbevingen – langzame gebeurtenissen waarbij de grond in de loop van weken of maanden vervormt in plaats van binnen enkele seconden met geweld te scheuren. In tegenstelling tot typische aardbevingen genereren deze geen sterke seismische golven, waardoor ze minder direct gevaarlijk zijn. Ze komen echter voor op dezelfde grote breuksystemen als grote aardbevingen, waardoor onderzoekers zich afvragen waarom sommige gebieden langzaam wegglijden en andere plotseling breken.
De sleutel ligt volgens hoofdauteur Amanda Thomas van UC Davis in de fysieke omstandigheden: foutwrijvingsgedrag en effectieve stress. “Wat bepaalt of de breuk langzaam of plotseling wegglijdt, is het wrijvingsgedrag van de breuk en de effectieve spanning op de breuk.” Langzaam uitglijden gebeurt dieper, waar de temperaturen hoog zijn en er veel vocht is.
De Cascadia-subductiezone: een natuurlijk laboratorium
Het onderzoek concentreerde zich op de Cascadia-subductiezone, een regio waar de Juan de Fuca-plaat onder Noord-Amerika schuift. Deze “megafault” kan aardbevingen met een kracht van 8 tot 9 veroorzaken, maar kent ook regelmatig slow-slip-gebeurtenissen. Cascadia is uniek omdat het uitgebreide monitoringnetwerk wetenschappers in staat stelt deze verschijnselen in detail te bestuderen.
Uit het onderzoek bleek dat bepaalde delen van de Cascadia-fout herhaaldelijk scheuren en vervolgens opnieuw sluiten binnen dezelfde slow-slip-cyclus. Deze snelle heractivering suggereert dat stress zich snel opbouwt, maar ook dat het defecte materiaal op de een of andere manier tussen pauzes kan ‘genezen’. Het onderzoeksteam probeerde dit raadselachtige gedrag te verklaren.
Labsimulaties bootsen de omstandigheden van diep in de aarde na
Om dit te onderzoeken hebben onderzoekers de extreme omgeving van de subductiezone nagebootst in een laboratoriumomgeving. Een zilveren capsule werd geladen met kwartspoeder en water, en vervolgens onderworpen aan temperaturen van 500°C en drukken die 10.000 keer hoger waren dan de atmosferische druk. Elektronenmicroscopie onthulde dat de kwartskorrels zelfs na slechts een paar uur waren samengesmolten.
“De genezing van fouten hangt sterk af van temperatuur, druk en de aanwezigheid van vloeistoffen”, legde Thomas uit. De experimenten hebben onder deze omstandigheden binnen enkele uren een meetbare versterking aangetoond. Dit staat in schril contrast met ondiepere aardkorstfracturen, die jaren tot tientallen jaren nodig hebben om te genezen.
Getijdeninvloed en snelle herlading van stress
De studie bracht ook een verband aan het licht tussen het snelle genezingsproces en de getijden in de oceaan. De Cascadia-breuk ervaart uitbarstingen van laagfrequente aardbevingen die aansluiten bij getijdencycli. Dit suggereert dat veranderingen in de druk van de getijden herbreuken kunnen veroorzaken, slechts enkele uren nadat de breuk zichzelf heeft hersteld.
De resultaten geven aan dat diepe breuken in Cascadia snel genoeg kunnen versterken om herhaaldelijk onder druk te worden gezet en opnieuw te worden geactiveerd binnen een enkele slow-slip-cyclus. Dit inzicht is cruciaal voor het nauwkeurig modelleren van foutgedrag en het interpreteren van seismische gegevens.
Implicaties voor het risico op aardbevingen
Het genezen van fouten is niet beperkt tot diepe subductiezones; het komt ook voor, zij het langzamer, in ondiepere gebieden waar grote aardbevingen ontstaan. De onderzoekers beweren dat het opnemen van reparatieprocessen in toekomstige aardbevingsmodellen de risicobeoordeling zal verbeteren. Inzicht in hoe snel breuken zich opnieuw kunnen versterken, kan voorspellingen verfijnen over waar en wanneer de volgende grote aardbeving zal toeslaan.
“Onze resultaten suggereren dat hetzelfde basisproces over de aardkorst kan plaatsvinden, maar dat de tijdschalen veranderen afhankelijk van de omgeving.” – Amanda Thomas, UC Davis
