Aardbevingen zijn plotseling en het schudden ervan kan verwoestend zijn. Maar ongeveer 20 jaar geleden, een nieuw type aardbeving werd ontdekt. We kunnen ze niet voelen, en geologen weten er nog heel weinig over, zoals hoe vaak ze voorkomen.

Regelmatige aardbevingen treden op wanneer gesteente onder de grond breekt langs een breuk - een scheur in de aardkorst die gewoonlijk een grens vormt tussen tektonische platen - en wegglijdt met een snelheid van ongeveer een meter per seconde.

Eerder, men dacht dat tenzij er een aardbeving is, fouten bewegen heel langzaam, bij vingernagelgroeisnelheid. Vervolgens, betere aardbevingsdetectie-instrumenten onthulden dat er een hele reeks slipsnelheden tussen zit. Deze staan ​​bekend als langzame aardbevingen en kunnen dagen duren, maanden of soms zelfs jaren.

"De beweging van de aarde versnelt, maar het versnelt niet tot het punt waarop het een aardbeving veroorzaakt die aan de oppervlakte kan worden gevoeld, " zei Dr. Ake Fagereng, een geoloog aan de Cardiff University in het VK.

Er zijn echter nog veel vragen te beantwoorden over langzame aardbevingen. Hoe ze gebeuren, bijvoorbeeld, is nog steeds niet duidelijk, en wat de gevolgen kunnen zijn.

Dr. Fagereng en zijn collega's zijn vooral geïnteresseerd in de relatie van langzame aardbevingen tot gewone aardbevingen en de omstandigheden die aanleiding geven tot deze gebeurtenissen, die ze onderzoeken als onderdeel van een project genaamd MICA. “Als we dat kunnen achterhalen, dan kunnen we er hopelijk ook achter komen of die omstandigheden kunnen veranderen zodat een aardbeving versnelt, " zei dr. Fagereng.

Naast het boren in een offshoregebied in Nieuw-Zeeland waar langzame aardbevingen plaatsvinden, het team heeft regio's in Japan bezocht, Namibië, Cyprus en het VK die ze in het verleden zouden hebben meegemaakt. Omdat ze diep onder het aardoppervlak voorkomen, wat moeilijk is om te studeren, de onderzoekers hebben gebieden gekozen die ooit op de juiste diepte en in de juiste omstandigheden waren, maar die in de loop van de tijd naar de oppervlakte zijn gebracht als gevolg van erosie en opheffing.

"We zijn op zoek naar structuren die zijn gevormd (als gevolg van langzame aardbevingen) en wat ze ons vertellen over hoe de rotsen die slip hebben opgevangen, " zei dr. Fagereng.

Kruipen

Hun theorie is dat langzame aardbevingen optreden als ze kruipen - kleine, continue bewegingen in een storing - versnelt in de hele storingszone, die enkele kilometers dik kan zijn. Hun veldwaarnemingen toonden aan dat een breuk kan bestaan ​​uit verschillende soorten gesteente van verschillende sterkte, zoals massief basalt en graniet en zwakker kleirijk sediment. Ze vermoedden dat sterkere rotsen beginnen te breken naarmate de kruip versnelt als gevolg van zwakkere rotsen die om hen heen bewegen, maar konden niet precies uitleggen waarom.

Met behulp van informatie uit hun veldwerk, ze hebben nu een wiskundig model ontwikkeld om hun theorie te reproduceren en een deel van de fysica erachter te beschrijven. Een mengsel van rotsen met verschillende vervormingsstijlen, zoals breken of buigen, lijkt de sleutel te zijn. Een deel van kruipend zwak gesteente is vereist, evenals plaatselijk hoog genoeg druk om wat steen te doen scheuren.

"Een mogelijkheid voor deze langzame aardbevingen is dat je een dikke kruipende zone hebt met ingebedde sterkere (rots)bits, " zei dr. Fagereng.

Het team is van plan om meer veldwaarnemingen te doen om hun model te verfijnen. Ze kunnen nog steeds niet verklaren waarom langzame aardbevingen plaatsvinden op bepaalde locaties, bijvoorbeeld, en waarom ze veel voorspelbaarder zijn dan gewone aardbevingen, vaak met vaste tussenpozen.

Dr. Fagereng denkt dat de bevindingen van het project de voorspellingen van aardbevingen en tsunami's kunnen helpen verbeteren. Vorig jaar, onderzoekers vonden het eerste bewijs van een langzame aardbeving voorafgaand aan een regelmatige aardbeving in een gebied ten westen van Fairbanks, Alaska, in de VS. Maar het verband tussen de twee soorten trillingen is niet goed begrepen. In sommige gevallen, langzame aardbevingen kunnen ook de stress verlichten die anders zou ontstaan ​​en een grotere aardbeving zou veroorzaken.

"We hopen ergens te komen over wat de relatie is tussen langzame aardbevingen en regelmatige aardbevingen, " zei Dr. Fagereng. "En dan zou dat mogelijk kunnen bijdragen aan modellen voor de grootte van aardbevingen die je in verschillende regio's kunt krijgen."

Lab-experimenten kunnen ook licht werpen op de fysica van langzame aardbevingen. Dr. Nicolas Brantut van University College London in het VK en zijn collega's gebruiken op maat gemaakte machines die gesteentemonsters kunnen vervormen bij hoge drukken en temperaturen om de omstandigheden diep onder het aardoppervlak na te bootsen.

Broos-plastic overgang

Zijn team is vooral geïnteresseerd in de overgang van bros plastic, een gebied ongeveer 10 tot 15 kilometer onder het oppervlak waar het gedrag van rotsen verandert. Boven deze zone zijn ze broos, terwijl ze eronder stromen vanwege de hoge temperatuur en druk die toenemen met de diepte. "Het broze deel is waar je aardbevingen hebt, " zei dr. Brantut.

Echter, trage aardbevingen lijken op te treden in de brosse plastic zone, gebaseerd op seismologische waarnemingen. Vaak, ze vinden ook plaats bij dezelfde temperatuur- en drukomstandigheden als in deze regio. Maar tot nu toe, langzame slipgebeurtenissen zijn meestal gemodelleerd op basis van de wrijvingskrachten bij een breuk zonder rekening te houden met de eigenaardigheden van de broos-plastische overgangszone waar stenen beginnen te stromen.

"De interacties tussen wrijvingsmechanismen en plastic stroommechanismen worden niet goed genoeg begrepen om ze uit te sluiten als mechanismen voor langzame aardbevingen, " zei dr. Brantut.

Als onderdeel van het RockDEaF-project, Dr. Brantut en zijn team onderzoeken de beweging van rotsen bij de overgang van bros naar plastic. Ze repliceren de omstandigheden in deze regio op centimeters lange rotsblokken om te zien of ze breken of vloeien. "We willen begrijpen hoe deze mechanismen met elkaar concurreren, " zei dr. Brantut.

Simuleren

Tot dusver, het team heeft de bros-plastische overgang onderzocht door een breuk in de aardkorst in een blok marmer te simuleren. Ze onderzochten het gedrag van het gesteente bij verschillende drukken en verwachtten een scherpe overgang te vinden tussen bros en plastisch gedrag.

Echter, ze waren verrast toen ze ontdekten dat beide gedragingen tegelijkertijd plaatsvonden onder een breed scala aan drukomstandigheden. "Dit is iets waarvan ik denk dat niemand het eerder heeft beseft, "zei Dr. Brantut. "Het feit dat we tegelijkertijd zowel wrijving als vervorming in een continuüm kunnen hebben."

Dr. Brantut denkt dat de resultaten van het project kunnen helpen om vast te stellen waar langzame aardbevingen kunnen optreden door de vereiste omstandigheden en eigenschappen van gesteente te bepalen.

Maar ze kunnen ook nieuwe aanwijzingen geven over de diepten waarop regelmatige aardbevingen ontstaan. De temperatuur onder het aardoppervlak neemt toe als functie van de diepte, dat is typisch een toename van 10 ° C tot 40 ° C per kilometer in de korst. Men denkt dat het laagste punt van oorsprong van een aardbeving samenvalt met diepten tot 600 ° C, omdat rotsen soepel worden wanneer ze deze temperatuur overschrijden en daarom niet kunnen breken en een aardbeving kunnen veroorzaken. Een beter begrip van de overgang in gesteentegedrag zou echter moeten helpen bepalen of temperatuur de beslissende factor is.

"We zouden meer moeten begrijpen over wat echt bepaalt hoe diep we kunnen verwachten dat aardbevingen zich voortplanten, " zei dr. Brantut.