Soms nauwelijks merkbaar, en soms verwoestend, aardbevingen zijn een belangrijk geologisch fenomeen dat ons er sterk aan herinnert dat onze planeet voortdurend evolueert. Wetenschappers hebben de afgelopen 50 jaar aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het begrijpen van deze gebeurtenissen dankzij sensoren die over de hele wereld zijn opgesteld. En hoewel we weten dat aardbevingen worden veroorzaakt door verschuivingen in tektonische platen, er moet nog veel worden geleerd over hoe en waarom ze voorkomen.

Passelegue, een wetenschapper bij ENAC's Laboratory of Experimental Rock Mechanics (LEMR), heeft de dynamiek van fouten bestudeerd - of de gebieden tussen tektonische platen, waar de meeste aardbevingen plaatsvinden - in de afgelopen tien jaar. Hij maakte onlangs een doorbraak in het begrijpen van de breukmechanismen die uiteindelijk leiden tot seismische verschuivingen langs breuklijnen. Zijn bevindingen werden gepubliceerd in het prestigieuze Natuurcommunicatie op 12 oktober 2020.

"We weten dat breuksnelheden kunnen variëren van enkele millimeters per seconde tot enkele kilometers per seconde zodra kiemvorming optreedt [het proces waarbij een slip exponentieel uitzet]. Maar we weten niet waarom sommige breuken zich heel langzaam voortplanten en andere snel bewegen , " zegt Passelègue. "Echter, dat is belangrijk om te weten, want hoe sneller de voortplanting, hoe sneller de energie die zich ophoopt langs de breuk vrijkomt."

Een aardbeving zal over het algemeen dezelfde hoeveelheid energie vrijgeven, of deze nu langzaam of snel beweegt. Het verschil is dat als het langzaam beweegt, zijn seismische golven kunnen worden geabsorbeerd door de omringende aarde. Dit soort langzame aardbevingen komen net zo vaak voor als gewone; het is gewoon dat we ze niet kunnen voelen. Bij extreem snelle aardbevingen - die veel minder vaak voorkomen - komt de energie in slechts enkele seconden vrij door potentieel verwoestende hoogfrequente golven. Dat gebeurt soms in Italië, bijvoorbeeld. Het land ligt in een wrijvingsgebied tussen twee tektonische platen. Hoewel de meeste van zijn aardbevingen niet (of nauwelijks) merkbaar zijn, sommigen van hen kunnen dodelijk zijn, zoals die op 2 augustus 2016 waarbij 298 mensen omkwamen.

In zijn studeerkamer Passelègue ontwikkelde een experimentele breuk met dezelfde temperatuur- en drukomstandigheden als een echte breuk die 8 km diep was. Hij installeerde sensoren langs de breuk om de factoren te identificeren die langzame versus snelle breukvoortplanting veroorzaken. "Er zijn veel hypothesen - de meeste wetenschappers denken dat het verband houdt met het soort gesteente. Ze geloven dat kalksteen en klei de neiging hebben om zich langzaam voort te planten, terwijl hardere rotsen zoals graniet bevorderlijk zijn voor snelle voortplanting, " zegt hij. Het model van Passelègue maakt gebruik van een complexe rots die lijkt op graniet. Hij was in staat om verschillende soorten slip na te bootsen op zijn testapparaat, en ontdekte dat "het verschil niet noodzakelijk te wijten is aan de eigenschappen van de omringende rots. Een enkele fout kan allerlei seismische mechanismen aantonen."

Passelègue's experimenten toonden aan dat de hoeveelheid energie die vrijkomt bij een slip, en de tijdsduur waarin het wordt vrijgegeven, afhankelijk zijn van de aanvankelijke spanning die langs de fout wordt uitgeoefend; dat is, de kracht die op de breuklijn wordt uitgeoefend, meestal van verschuivende tektonische platen. Door krachten van verschillende grootten op zijn model toe te passen, hij ontdekte dat hogere spanningen snellere breuken veroorzaakten en lagere spanningen langzamere breuken veroorzaakten. "We zijn van mening dat wat we in het laboratorium hebben waargenomen ook zou gelden onder reële omstandigheden, " hij zegt.

Met behulp van de resultaten van zijn model, Passelègue ontwikkelde vergelijkingen die rekening houden met de initiële belasting van een fout en niet alleen met de hoeveelheid energie die direct voor een slip wordt geaccumuleerd, wat tot nu toe de benadering was die in andere vergelijkingen werd gebruikt. "François is een van de eerste wetenschappers die breuksnelheden in gesteenten heeft gemeten onder dezelfde temperatuur- en drukomstandigheden die je in de natuur aantreft. Hij ontwikkelde een manier om de mechanismen fysiek te modelleren - iets dat nog nooit eerder was gedaan. En hij toonde aan dat alle aardbevingen volgen dezelfde natuurkundige wetten, " zegt Marie Violay, hoofd van LEMR.

Passelègue waarschuwt dat zijn model niet kan worden gebruikt om te bepalen wanneer of waar een aardbeving zal plaatsvinden. Omdat fouten te diep gaan, wetenschappers zijn nog steeds niet in staat om de spanning op steen langs een breuk continu te meten. "We kunnen vaststellen hoeveel spanning er moet zijn om een ​​breuk te veroorzaken, maar omdat we niet weten in hoeverre een storing diep onder de grond is 'geladen' met energie, we kunnen de scheursnelheid niet voorspellen."

Een implicatie van het onderzoek van Passelègue is dat aardbevingen misschien niet zo willekeurig zijn als we dachten. "De meeste mensen denken dat fouten die al lang stabiel zijn nooit een ernstige aardbeving zullen veroorzaken. Maar we ontdekten dat elke soort fout veel verschillende soorten seismische gebeurtenissen kan veroorzaken. Dat betekent dat een schijnbaar goedaardige fout plotseling kan scheuren, wat resulteert in een snelle en gevaarlijke golfvoortplanting."