aardbevingen

Naschokken na de verwoestende aardbeving van 2011. Tanaka ontdekte dat in de tien jaar voor deze beving, door getijden veel kleinere bevingen ontstonden. Bron: demis.nl (public domain)

Aardbevingen te voorspellen door gevoeligheid getijden

Breukzones die op het punt staan een aardbeving te ondergaan blijken veel gevoeliger te worden voor getijde-effecten. Hebben we nu eindelijk een geschikte methode in handen om te voorspellen wanneer zich ergens een zware aardbeving voor zal doen?

Aardbevingen nog steeds niet te voorspellen
Aardbevingen, vooral als ze ook een tsunami opwekken, behoren tot de meest verwoestnde natuurrampen die we kennen. Honderdduizenden doden zijn bij een zeer zware aardbeving met tsunami niet uitzonderlijk. Ook kost het doorgaans jaren om de verwoeste kustgebieden te herstellen. Het zou veel mensenlevens en schade schelen als we jaren of maanden van tevoren zouden weten waar zich een zware aardbeving gaat voordoen. je zou dan bijvoorbeld kunnen denken aan evacuatie of mangrovebossen aanplanten (of andere kustverdediging) om de tsunami af te zwakken.

Naschokken na de verwoestende aardbeving van 2011. Tanaka ontdekte dat in de tien jaar voor deze beving, door getijden veel kleinere bevingen ontstonden. Bron: demis.nl (public domain)
Naschokken na de verwoestende aardbeving van 2011. Tanaka ontdekte dat in de tien jaar voor deze beving, door getijden veel kleinere bevingen ontstonden. Bron: demis.nl (public domain)

Getijden veroorzaken veel meer kleine aardschokken voor grote beving
Wat dat betreft is er nu een interessante ontwikkeling. Seismologe Sachiko Tanaka van het National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention in Tsukuba, Japan, stelt dat als de spanningen zich opbouwen in de aardkorst, deze eerder kleine aardbevingen vertoont als gevolg van getijden. Dit is volgens haar dus een teken dan een grote, zware aardbeving in het verschiet ligt. Al meer dan tien jaar werk ze aan haar theorie en de tragische aardbeving in 2011, die door de ontstane tsunami de kernramp in Fukushima veroorzaakte, leverde de uiteindelijke bevestiging. Door getijden opgewekte aardschokken kwamen zeer veel voor aan de noord-oostkust van Honshu (het hoofdeiland van Japan) in de jaren voordat de verwoestende aardbeving van 2011 zich voordeed. Collega’s zijn onder de indruk van de gedegenheid van haar werk.

Tien jaar van tevoren
Bij hoogtij hoopt zich meer water op boven geologische breukzones, waardoor de spanning op het gesteente toeneemt. Als de breukzone al op het punt van breken staat, kan dit effect kleine schokken veroorzaken.
Tanaka vergeleek waarnemingen van getijden en onderzeese aardschokken vanaf 1976 tot 2011 voor de 100 000 vierkante kilometer die het epicentrum van de aardbeving van 2011 (officieel: de Tohoku-Oki aardbeving) omringt. In de eerste 25 jaar was geen spoor waar te nemen van door getijden opgewekte aardbevingen, maar na het jaar 2000 nam het aantal getijde-aardbevingen geleidelijk toe. De piek werd bereikt net voor de verwoestende aardschok van 2011. Daarna verdween het effect weer. Kortom: gedurende een decennium voor de aardbeving hoopt zich de spanning op. Eerder onderzoek van haar had reeds een vergelijkbaar verschijnsel aangetroffen in de aanloop tot de drie recente zware aardschokken bij Sumatra, waaronder de aardschok van 2004 die de dodelijke Tweede Kerstdag-tsunami veroorzaakte. Ook hier liep het aantal getijdesschokken geleidelijk op.

Eindelijk hoop op voorspellen aardbevingen
Deze ontdekking is uniek. Ondanks decennia onderzoek kunnen seismologen nog steeds niet betrouwbaar aardschokken voorspellen. Collega’s noemen Tanaka’s ontdekking veelbelovend, maar zijn nog sceptisch, omdat Tanaka nog steeds geen aardbeving betrouwbaar heeft voorspeld. Ze heeft alleen achteraf vastgesteld dat het verschijnsel zich voordeed. Tanaka wil daarom nu proberen aardschokken te voorspellen. Ze is van plan, getijde-effecten op aardbevingen in de subductiezones onder Noord-Oost Japan en Sumatra te registreren. Waarschijnlijk is ze daarmee de enige Japanner die een heel klein beetje blij zal zijn met een nieuwe aardbeving.

Bron
Sachiko Tanaka, Tidal triggering of earthquakes prior to the 2011 Tohoku-Oki earthquake (Mw 9.1), Geophysical Research Letters(2012), DOI: 10.1029/2012GL051179).

Seismisch metamateriaal maakt stuwdam onzichtbaar voor aardbeving

Metamaterialen die seismische golven absorberen in plaats van ze af te leiden, zijn een betere keus om sommige gebouwen te beschermen tegen aardbevingen, aldus civiel ingenieurs

Vermomming voor aardbevingen
Onzichtbaarheidstechnieken voor zowel elektromagnetische straling als geluid hebben een enorme invloed op de moderne wetenschap en techniek. De mogelijkheid dingen te verbergen, opent enorme mogelijkheden, zowel in de praktijk als voor conceptontwikkeling.

Een van de interessantere opties is gebouwen beschermen tegen seismische golven. Ook dit zijn golven in de natuurkundige zin, ze worden met ruwweg dezelfde vergelijkingen beschreven als overige golven. Om precies te zijn: er zijn transversale golven, die lijken op de golven op het wateroppervlak en longitudinale p-drukgolven, die lijken op geluidsgolven. Je zou hier dus vergelijkbare technieken op los kunnen laten als op andere golven, zodat de seismische golven worden afgebogen.  Dit is ook gedaan door verschillende groepen. Aardbevings-oppervlaktegolven hebben een frequentie van enkele tientallen Hz (trillingen per seconde).

Aardbevingen laten uitdoven
In een nieuwe publicatie  hebben Sang-Hoon Kim van de Mokpo National Maritime University in Zuid-Korea en Mukunda Das van de Australian National University in Canberra een ander idee geopperd. Seismische onzichtbaarheidsmantels absorberen namelijk de aardbevingsgolven niet, maar leiden ze om, zodat andere gebouwen alsnog de volle laag krijgen.

Hun idee is minder egoïstisch: de energie in seismische golven laten verdwijnen door ze in evanescerende golven om te zetten. Dit zijn golven die exponentieel uitdoven met de afstand (evanescerend betekent: verdwijnend). Volgens hun berekeningen wordt dit effect bereikt met betonnen cilinders van 18 meter in diameter, waarin vier gaten onder een rechte hoek ten opzichte van elkaar zijn aangebracht, zie tekeningen. Deze cilinders moeten wellicht in afmeting variëren om zo verschillende typen seismische golven uit te schakelen. Zeker is dat ze de fundamenten van een gebouw in cylindrische ringen moeten omgeven met een dikte van ongeveer zestig meter.

Weliswaar is dit niet erg moeilijk te verwezenlijken, maar dit vormt toch een enorme structuur die alleen rond geïsoleerde gebouwen kan worden aangebracht. Het uitdovende effect heeft dan weinig zin.  Deze constructie is volgens de auteurs nuttig voor gebouwen waarvan je absoluut zeker wilt zijn dat ze niet worden beschadigd door een aardbeving. Denk aan kernreactors, elektriciteitscentrales, dammen, olieraffinaderijen en dergelijke.

Er is nog één zwak punt aan het idee. Waar blijft de enorme hoeveelheid seismische energie die door het metamateriaal wordt geabsorbeerd? Mogelijk laat deze het metamateriaal verkruimelen. Kortom: dit idee is zeer veelbelovend, maar moet nog verder uitgewerkt worden.

Bronnen
Sang-Hoon Kim en Mukunda Das, Seismic Waveguide of Metamateriala, ArXiv (2012)

In de dagen voor de aardschok vonden raadselachtige infraroodemissies plaats boven de Japanse eilanden.

Extreme toename IR-straling gemeten voor Japanse aardbeving

Uit satellietwaarnemingen blijkt dat dagen voor de grote aardbeving in Japan een enorme toename van infraroodstraling in de atmosfeer direct boven het epicentrum optrad. Hebben we eindelijk een betrouwbare voorspeller van aardbevingen gevonden?

Geologen hebben zich lang verbaasd over de anekdotische meldingen van vreemde atmosferische verschijnselen in de dagen vóór de grote aardbevingen. Maar aan goede data en een back-up van deze ooggetuigenverslagen is moeilijk te komen. In de afgelopen jaren hebben echter verschillende teams atmosferische meetstations in aardbevingsgebieden ingericht en een aantal satellieten gelanceerd die in staat zijn om gegevens over de toestand van de bovenste atmosfeer en de ionosfeer tijdens een aardbeving terug te sturen.

We schreven reeds over de fascinerende vondst door microsatelliet DEMETER van een aanzienlijke toename in ultra-lage frequentie radiosignalen voor de aardbeving in Haïti in januari 2010 met een grootte van zeven op de schaal van Richter.

Dimitar Ouzounov op het  NASA Goddard Space Flight Center in Maryland en een paar collega’s presenteren de gegevens van de verwoestende Grote Tohoku aardbeving in Japan op 11 maart 2011. Hun resultaten, hoewel voorlopig, zijn een eye-opener. De onderzoekers zeggen dat voordat de M9 aardbeving plaatsvond, de totale elektron inhoud van de ionosfeer enorm toegenomen is boven het epicentrum, waarbij het maximum werd bereikt drie dagen voor de aardbeving.

Tegelijkertijd namen satellieten een grote stijging in de infrarood-uitstoot boven het epicentrum waar, met een piek in de uren voor de beving. Met andere woorden, de atmosfeer werd opgewarmd.

In de dagen voor de aardschok vonden raadselachtige infraroodemissies plaats boven de Japanse eilanden.
In de dagen voor de aardschok vonden raadselachtige infraroodemissies plaats boven de Japanse eilanden.

Dit soort opmerkingen zijn in overeenstemming met een idee: de lithosfeer-atmosfeer-ionosfeer koppeling. De gedachte is dat in de dagen vóór een aardbeving, de grote spanningen in een gesteente leiden tot de afgifte van grote hoeveelheden radon. De radioactiviteit van dit gas ioniseert de lucht op een grote schaal en dit heeft een aantal gevolgen. Water moleculen worden aangetrokken door ionen in de lucht, waardoor ionisatie de grootschalige condensatie van water in gang zet. Van dit principe wordt gebruik gemaakt in een bellenvat, een vroeger populair type deeltjesdetector. Volgens de ketterse klimaatwetenschapper Svensmark is ionisatie door kosmische straling de oorzaak voor extra bewolking.

Het proces van condensatie laat ook warmte vrijkomen, de bron van de waargenomen infrarood(warmte)straling. “Onze eerste analyses van de satellietdata tonen aan dat op 8 maart een snelle toename van het uitgestraalde infrarode straling werd waargenomen,” zeggen Ouzounov en co. Deze emissies beïnvloeden de ionosfeer en de elektronen daar.

Het is zeker logisch dat de lithosfeer, atmosfeer en de ionosfeer zijn gekoppeld op een manier die kan worden gemeten wanneer een van hen is verstoord. De vraag is in hoeverre het nieuwe bewijsmateriaal back-up van dit idee levert.

De Japanse aardbeving is de grootste  die op het hoofdeiland Honshu heeft toegeslagen in de moderne tijd en is één van de best bestudeerde. Als een deugdelijk bewijs van deze relatie niet uit deze gegevens volgt, zijn er maar weinig andere mogelijkheden om het idee te testen.

Deze voorlopige vondst, en de theorie er achter,  is waarschijnlijk koren op de molen van de samenzweringstheoretici die veronderstellen dat HAARP, een enorme experimentele radiozender in Alaska die de ionosfeer manipuleert met vele  megawatts vermogen, tot doel heeft aardbevingen op te wekken. Als er een natuurlijke oorzaak is (uiteraard de waarschijnlijkste optie, de energie die vrijkomt bij een aardbeving stelt HAARP totaal in de schaduw), zouden we een uitstekend middel hebben om een paar dagen van tevoren aardbevingen te vo0orspellen. Dat zou tienduizenden mensenlevens redden.

Bron
ArXiv

Grote aardbevingen zoals hier in Niigata (1964) laten weinig heel van gebouwen. Een early-warning systeem kan veel levens redden.

Early-warning methode aardbevingen gevonden

Tot nu toe sloegen aardbevingen toe zonder dat wetenschappers ze konden voorspellen. Nu, voor het eerst, is er een methode ontwikkeld om aardbevingen kort voor ze optreden te voorspellen.

Aardschokken worden doorgaans veroorzaakt door aardplaten die langs elkaar bewegen, een enkele maal door vulkanisme, gaswinning of (extreem zelden) asteroïdeinslag of zeer zware kernexplosies. Continentale platen bewegen met enkele centimeters per jaar.

Grote aardbevingen zoals hier in Niigata (1964) laten weinig heel van gebouwen. Een early-warning systeem kan veel levens redden.
Grote aardbevingen zoals hier in Niigata (1964) laten weinig heel van gebouwen. Een early-warning systeem kan veel levens redden.

Soms glijden de platen redelijk wrijvingsloos langs elkaar, maar niet altijd. In de loop van jaren bouwt de spanning in de aardkorst zich dan op, waarna die in één klap vrijkomt tijdens de aardbeving. Zo werd de vernietigende tsoenami die de Sumatraanse westkust en andere kustgebieden aan de Indische Oceaan teisterde, veroorzaakt door een abrupte verschuiving, tientallen meters, van twee aardplaten.  In theorie was al bekend dat de aardkorst instabiel is vlak voor een aardschok maar in de praktijk bleek het erg lastig te zijn om symptomen van die instabiliteit aan te tonen.

Door het analyseren van de seismografische gegevens vlak voor de aardschok rond Izmit, Turkije van 1999, zijn onderzoekers van de Franse universiteit van Grenoble en Turkse collega’s er in geslaagd enkele voorschokken te ontdekken. In de twintig minuten voor de aardschok plaatsvond, vonden de onderzoekers vijf voorschokken met een karakteristieke structuur: een P-golf (drukgolf), 2,4 seconden later gevolgd door een S-golf (op en neer bewegende golf). De sterkste van de schokken werd ook op andere stations dan Izmit geregistreerd. P-golven reizen sneller dan S-golven, waruit onderzoekers de exacte plaats konden berekenen. Dit bleek enkele honderden meters van Izmit te zijn. Daaruit leidden de onderzoekers af dat de golven van een en dezelfde plaats afkomstig waren en dus inderdaad een voorspellende waarde hadden.

De zware aardbeving van Izmit (12.000 doden) had een kracht van 7,6 op de schaal van Richter. De lichtere aardbeving in het Californische Parkfield  in 2004 scoorde “slechts” 6,0 op deze schaal en, zo wees onderzoek uit, vertoonde geen voorafgaande golven. Onderzoeker Bouchon denkt daarom dat deze golven alleen bij zeer zware aardbevingen optreden. Een half uur is onvoldoende om mensen te evacueren, alhoewel mensen gebouwen uit kunnen vluchten (wat veel slachtoffers zou schelen).

Eerder is al ontdekt dat vlak voor het optreden van grote aardbevingen de intensiteit van ULF radiostraling sterk toeneemt. Waarschijnlijk zijn er nog meer natuurlijke of wellicht bovennatuurlijke fenomenen waarmee we kunnen ontdekken of er een aardbeving aan dreigt te komen. Het is namelijk bekend dat dieren als olifanten vaak een goed heenkomen zoeken vlak voor een aardbeving plaatsvindt.

Bron: New Scientist