Hoe aardbevingen ontstaan, worden gemeten en wat plaattektoniek verklaart

Aardbevingen zijn een normale onderdeel van hoe de buitenkant van de aarde zich gedraagt, niet een willekeurige of onvoorspelbare anomalie. Volgens het United States Geological Survey (USGS) is de aardkorst verdeeld in grote stukken, genaamd lithosfeerplaten, die langzaam bewegen, langs elkaar schuiven en tegen elkaar botsen. De meeste aardbevingen treden op langs breuken – breukvlakken in het gesteente – gelegen aan of dicht bij de grenzen tussen deze platen.

Wat gebeurt er eigenlijk onder de grond

Het USGS beschrijft het proces als een drietraps-mechanisme dat bekend staat als elastische terugkaatsing. Ten eerste: wanneer lithosfeerplaten bewegen, blijven de ruwe, gekartelde randen van een breuk tegen elkaar steken terwijl de rest van de plaat blijft bewegen, zodat spanning en energie zich opbouwen in het omringende gesteente. Ten tweede: zodra de opgehoopte kracht de wrijving die de breukreanden bij elkaar houdt finaal overwint, schuift het gesteente plotseling. Ten derde: de opgeslagen energie wordt naar buiten vrijgelaten als seismische golven, die de grond doen schudden – de aardbeving die mensen voelen.

Seismische activiteit treedt vaak in reeksen op. Het USGS stelt vast dat kleinere tremoren, forebevingen genoemd, een grotere hoofdbeven kunnen voorafgaan, hoewel ze alleen achteraf als forebevingen worden geïdentificeerd, en dat naschokken – kleinere aardbevingen na de hoofdbeven – weken, maanden of zelfs jaren kunnen voortduren. Ondanks dit begrip van de mechanica stelt het USGS duidelijk vast dat wetenschappers niet kunnen voorspellen wanneer een aardbeving zal optreden, zelfs niet in gebieden waar zij weten dat aardbevingen waarschijnlijk zijn.

Drie soorten plaatgrenzen, drie soorten aardbevingen

Lithosfeerplaten interageren op drie verschillende manieren, en elk produceert een ander aardbevingenpatroon, volgens NOAA Ocean Exploration en het USGS. Op divergente grenzen trekken platen uit elkaar en stijgt magma op om nieuwe oceanische korst te vormen; aardbevingen zijn daar algemeen, met de Mid-Atlantische Rug als voorbeeld. Op convergente grenzen botsen platen tegen elkaar – een schuift vaak onder de ander – producerend krachtige aardbevingen samen met gebergteketen, diepe zeegrasvakken en vulkanische ketens, een patroon zichtbaar rond de Pacifische Vuurring. Op transformgrenzen schuiven platen zijwaarts langs elkaar heen zonder korst te creëren of te vernietigen, waardoor aardbevingen ontstaan door wrijving; Californië's San Andreas Fault is het standaardvoorbeeld.

Hoe seismologen een aardbeving registreren en bepalen

Aardbevingen worden gedetecteerd via een wereldwijd seismografennetwerk, waarin elke station de grondbeweging op zijn eigen locatie meet, legt het USGS uit. Het kernapparat is een seismometer – meestal een slinger of een op een veer gemonteerde massa – ondergebracht in een seismograaf die de trillingen opneemt terwijl de rots schuift en energie in golven vanaf het epicentrum uitstraalt.

Seismologen onderscheiden tussen twee afzonderlijke metingen. Magnitude beschrijft de grootte van de aardbeving bij haar bron en is dezelfde waarde waar dan ook gemeten. Intensiteit, gemeten op de Modified Mercalli Intensity Scale, beschrijft de schudding en schade voelbaar op een bepaalde plaats, die varieert afhankelijk van afstand tot de bron en lokale bodemomstandigheden.

Richter-schaal versus momentmagnitude

De magnitudeschaal waar de meeste mensen van hebben gehoord – de Richter-schaal – werd in de jaren dertig door Charles Richter ontwikkeld om aardbevingen in Zuid-Californië te meten met behulp van nabijgelegen seismografenstation; het stond technisch bekend als ML, voor 'lokale magnitude', volgens het USGS. Het meet de grootste beweging, of amplitude, geregistreerd op een specifiek instrument genaamd Wood-Anderson seismograaf.

Toen seismografennetwerken wereldwijd uitbreidden, ontdekten onderzoekers dat de methode van Richter alleen geldig was voor bepaalde frequentie- en afstandsbereiken, en dat deze de laagfrequente golven voortgebracht door de grootste aardbevingen niet correct kon registreren – een beperking bekend als verzadiging. Seismologen introduceerden later de momentmagnitudeschaal (Mw), die volgens het USGS is gebaseerd op de fysieke hoeveelheid 'moment' – de hoeveelheid verplaatsing op de breuk vermenigvuldigd met het breukvlakoppervlak dat verschoof – wat hem geldig maakt over het volledige bereik van aardbevinggrootten. Het USGS rapporteert nu aardbevingmagnitudes met behulp van momentmagnitude.

Hoe alledaags zijn aardbevingen?

Aardbevingen zijn veel frequenter dan de meeste mensen denken. Het National Earthquake Information Center van het USGS lokaliseert jaarlijks ongeveer 12.000 tot 14.000 aardbevingen. IRIS (de Incorporated Research Institutions for Seismology) merkt op dat het aantal gedetecteerde aardbevingen in de loop van de tijd vooral is toegenomen omdat seismometernetwerken gevoeliger zijn geworden, niet omdat aardbevingen zelf vaker zijn voorgekomen.

Omdat de momentmagnitudeschaal logaritmisch is, stelt IRIS dat voor elke volledige stap omhoog in magnitude, het jaarlijkse aantal geregistreerde aardbevingen wereldwijd met ongeveer een factor tien afneemt, terwijl de vrijgekomen energie met ongeveer een factor dertig toeneemt.

Waarom dit belangrijk is

Begrijpen dat aardbevingen het voorspelbare nevenproduct van voortdurende plaatbeweging zijn – in plaats van geïsoleerde, onverklaarbare gebeurtenissen – is de basis voor gevaarkaarten, bouwvoorschriften en vroegtijdigwaarschuwingssystemen die wereldwijd worden gebruikt. Het plaatgrenzenraamwerk van het USGS en NOAA verklaart ook waarom bepaalde regio's, zoals de Pacifische Vuurring of de San Andreas Fault Zone, herhaaldelijk aardbevingen ondergaan gedurende geologische tijd, hoewel geen enkel afzonderlijk evenement van tevoren kan worden voorspeld.