Subductiezones - plaatsen waar de ene tektonische plaat onder de andere duikt - zijn waar 's werelds grootste en meest schadelijke aardbevingen plaatsvinden. Een nieuwe studie heeft aangetoond dat wanneer onderwaterbergen - ook wel onderzeese bergen genoemd - in subductiezones worden getrokken, niet alleen vormen ze het toneel voor deze krachtige aardbevingen, maar creëer ook omstandigheden die ze uiteindelijk dempen.

De bevindingen betekenen dat wetenschappers bepaalde gebieden rond een zinkende zeebodem nauwkeuriger moeten monitoren, aldus onderzoekers. De praktijk kan wetenschappers helpen beter te begrijpen en te voorspellen waar toekomstige aardbevingen het meest waarschijnlijk zullen plaatsvinden.

"De aarde voor de zinkende zeebodem wordt broos, voorstander van krachtige aardbevingen terwijl het materiaal erachter zacht en zwak blijft, waardoor stress zachter kan worden losgelaten, " zei co-auteur Demian Saffer, directeur van het University of Texas Institute for Geophysics (UTIG), een onderzoekseenheid van de Universiteit van Texas aan de Austin Jackson School of Geosciences.

De studie werd op 2 maart gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen en werd geleid door Tian Sun, die momenteel onderzoekswetenschapper is bij de Geological Survey of Canada. Andere co-auteurs zijn onder meer Susan Ellis, een wetenschapper bij het Nieuw-Zeelandse onderzoeksinstituut GNS Science. Saffer hield toezicht op het project en was Sun's postdoctoraal adviseur bij Penn State toen ze met de studie begonnen.

De onderzoekers gebruikten een computermodel om te simuleren wat er gebeurt als onderzeese bergen in door subductiezones gecreëerde loopgraven in de oceaan terechtkomen. Volgens het model, wanneer een zeebodem in een greppel wegzakt, de grond ervoor wordt broos, terwijl zijn langzame opmars water uitperst en de aarde verdicht. Maar in zijn kielzog, de onderzeese berg laat een spoor van zachter nat sediment achter. De hard, bros gesteente kan een bron zijn voor krachtige aardbevingen, terwijl krachten die door de subductieplaat worden gegenereerd zich daarin opbouwen, maar de verzwakte, nat materiaal achter de zeebodem creëert een tegenovergestelde, dempend effect op deze bevingen en bevingen.

Hoewel onderzeese bergen overal op de oceaanbodem te vinden zijn, de buitengewone diepten waarop subductie plaatsvindt, betekent dat het bestuderen of afbeelden van een zinkende zeebodem buitengewoon moeilijk is. Dit is de reden waarom tot nu toe wetenschappers waren er niet zeker van of onderzeese bergen de stijl en omvang van aardbevingen in subductiezones zouden kunnen beïnvloeden.

Het huidige onderzoek loste het probleem op door een realistische computersimulatie te maken van een zinkende zeebodem en de effecten op het omringende gesteente en sediment te meten. inclusief de complexe interacties tussen spanningen in de aarde en vloeistofdruk in het omringende materiaal. Het verkrijgen van realistische gegevens voor het model omvatte het uitvoeren van experimenten op gesteentemonsters die waren verzameld uit subductiezones door wetenschappelijke oceaanboringen voor de kust van Japan.

De wetenschappers zeiden dat de resultaten van het model hen volledig verrasten. Ze hadden verwacht dat waterdruk en spanning het materiaal aan de kop van de zeebodem zouden doen breken en zo de rotsen zouden verzwakken, hen niet versterken.

"De zeebodem creëert een feedbacklus in de manier waarop vloeistoffen eruit worden geperst en de mechanische reactie van het gesteente op veranderingen in de vloeistofdruk, " zei Ellis, die de numerieke code in het hart van het onderzoek mede heeft ontwikkeld.

De wetenschappers zijn tevreden dat hun model robuust is omdat het aardbevingsgedrag dat het voorspelt consistent overeenkomt met het gedrag van echte aardbevingen.

Hoewel het verzwakte gesteente dat achterblijft in de nasleep van de zeebodem, grote aardbevingen kan dempen, de onderzoekers geloven dat het een belangrijke factor kan zijn in een type aardbeving dat bekend staat als een slow slip-gebeurtenis. Deze slow-motion aardbevingen zijn uniek omdat ze dagen kunnen duren, weken en zelfs maanden om zich te ontvouwen.

Laura Wallace, een onderzoekswetenschapper bij UTIG en GNS Science, die als eerste de slow slip-gebeurtenissen in Nieuw-Zeeland documenteerde, zei dat het onderzoek een demonstratie was van hoe geologische structuren in de aardkorst, zoals onderzeese bergen, een heel spectrum van seismische activiteit kan beïnvloeden.

"De voorspellingen van het model komen heel goed overeen met wat we in Nieuw-Zeeland zien in termen van waar kleine aardbevingen en trillingen plaatsvinden ten opzichte van de zeebodem, " zei Wallace, die geen deel uitmaakte van het huidige onderzoek.

Sun is van mening dat hun onderzoek heeft bijgedragen aan het dichten van een kennislacune over onderzeese bergen, maar dat onderzoek zal baat hebben bij meer metingen.

"We hebben nog steeds geofysische beeldvorming met hoge resolutie en monitoring van offshore-aardbevingen nodig om patronen van seismische activiteit beter te begrijpen, " zei Zon.