Geologen hebben methoden verbeterd om zeebodemrotsen in kaart te brengen, helpt ons een beter inzicht te krijgen in aardbevingen onder water en de tsunami's die ze kunnen veroorzaken.

Hun techniek combineert traditionele 'acoustic mapping' met een nieuwere methode genaamd 'full waveform inversion'. Ze ontdekten dat hun nieuwe methode hun zicht op rotsen langs een breuklijn - een breuk in de aardkorst - voor de oostkust van het Noordereiland van Nieuw-Zeeland verbeterde.

De onderzoekers hopen dat hun duidelijker zicht op de rotsen rond deze breuklijnen - waarvan de bewegingen aardbevingen en daaropvolgende tsunami's kunnen veroorzaken - hen zal helpen beter te begrijpen waarom dergelijke gebeurtenissen plaatsvinden.

Hoofdauteur Melissa Gray, van het Department of Earth Science and Engineering van het Imperial College London, zei:"We kunnen nu onderwaterrotsen scannen om hun eigenschappen in meer detail te zien. Hopelijk zal dit ons helpen om beter uit te werken hoe aardbevingen en tsunami's gebeuren."

"Schatkamer"

Net voor de kust van het Noordereiland van Nieuw-Zeeland, de rand van de tektonische plaat in de Stille Oceaan duikt onder de rand van de Australische plaat - een gebied dat bekend staat als de Hikurangi-subductiezone.

Subductie verwijst naar wanneer twee platen tegen elkaar bewegen, het opbouwen van druk die er uiteindelijk toe leidt dat de ene plaat plotseling onder de andere 'glijdt'. Dit plotseling wegglijden kan aardbevingen veroorzaken, die op hun beurt tsunami's veroorzaken als ze onder water plaatsvinden.

Echter, subductie kan ook stille bevingen veroorzaken die bekend staan ​​als 'slow slip'-gebeurtenissen, die dezelfde hoeveelheid energie vrijgeven als een typische aardbeving, maar over een veel langere tijd.

Slow slip-gebeurtenissen blijven vaak onopgemerkt en veroorzaken geen schade, maar de auteurs van dit nieuwe rapport zeggen dat het bestuderen ervan een "schatkamer" van informatie zou kunnen vormen. Melissa zei:"Onze nieuwe manier om slow slip-gebeurtenissen te bestuderen, zou een schat aan aanwijzingen kunnen onthullen over hoe groter, meer verwoestende aardbevingen gebeuren."

Echografiebeelden van de subductiezone, voor (L) en na (midden &R) werd 2D-golfvorminversie gebruikt. De 'na' foto's tonen de zone in veel fijner, detail met hogere resolutie.

Quake dilemma

Huidige technieken voor het in kaart brengen van rotsen gebruiken geluidsgolven om afbeeldingen te maken van hoe rotsen er vele kilometers onder de grond uitzien, en laten zien hoe poreus en hard ze zijn en hoeveel vloeistof en gas ze waarschijnlijk bevatten. Deze informatie helpt wetenschappers te beoordelen hoe gesteenten zich kunnen gedragen wanneer stress zich opbouwt, en hoeveel schudden er zou zijn bij een aardbeving.

Nu Melissa, samen met Imperial's Dr. Rebecca Bell en professor Joanna Morgan, hebben de huidige geluidsgolfinformatie aangesloten op een beeldvormingstechniek die volledige golfvorminversie wordt genoemd.

Deze methode hielp hen een beeld te schetsen van de Hikurangi-breukzone in ongekend detail (fig. 1). Ze legden ook de ondiepe breuken vast die verantwoordelijk waren voor de grote tsunami in Gisborne in 1947 (fig. 3) - een voorbeeld van een grote tsunami veroorzaakt door een relatief kleine langzame aardbeving.

De methode bouwt voort op het concept van 'acoustic mapping', waar geluidsgolven van een boot op het oceaanoppervlak naar de zeebodem worden gestuurd en kilometers de aardkorst in. De hoeveelheid tijd die de golven nodig hebben om van verschillende rotslagen en terug naar de boot te kaatsen - zoals vastgelegd door onderwatermicrofoons die achter de boot worden gesleept - vertelt wetenschappers de afstand tot de zeebodem en de rotslagen, evenals de waarschijnlijke samenstelling van de rotsen.

De onderzoekers combineerden gegevens van akoestische mapping met de volledige golfvorminversietechniek. Hierdoor werden de geluidsgolven omgezet in een hogere resolutie, meer ingewikkeld gedetailleerde kaarten van de zeebodem en de rots eronder.

Om te controleren of hun gegevens juist waren, de auteurs vergeleken hun modellen van de rotseigenschappen die door inversie in kaart werden gebracht met monsters die waren verzameld tijdens het boren door het International Ocean Discovery Program. Ze ontdekten dat de modellen en echte gegevens overeenkwamen, wat aangeeft dat de techniek nauwkeurig en betrouwbaar is, en kan meer informatie opleveren dan de huidige boormethoden.

De onderzoekers zeggen dat deze combinatie van technieken regeringen zou kunnen helpen om nauwkeuriger gevarenkaarten te maken voor aardbevingen en tsunami's.

Studie co-auteur Dr. Bell zei:"We kunnen dit gebruiken om aardbevingen en tsunami-gevoelige gebieden rond Nieuw-Zeeland en de rest van de wereld te bestuderen."

Volgende, ze zullen het punt in kaart brengen waar twee randen van tektonische platen elkaar raken tot een diepte van 10-15 kilometer.

Dr. Bell voegde toe:"Hoewel niemand eerder zulke breuklijnen op zo'n schaal heeft gezien, we weten nog steeds niet de eigenschappen van de Hikurangi-plaatgrens op de diepte waar langzame slips optreden.

"Uiteindelijk, we willen begrijpen waarom sommige slippen verwoestende aardbevingen veroorzaken, terwijl anderen dat niet doen."