Om 03:34 lokale tijd op 27 februari 2010, Chili werd getroffen door een van de krachtigste aardbevingen in een eeuw. De schok veroorzaakte een tsunami, die kustgemeenschappen verwoestten. Bij de gecombineerde gebeurtenissen kwamen meer dan 500 mensen om het leven. Zo krachtig was het schudden dat, volgens een schatting van NASA, het verschoof de rotatie-as van de aarde met een volledige 8 cm.

Zoals bijna alle van de krachtigste aardbevingen, dit was een megathrust-aardbeving. Deze gebeuren in subductiezones, plaatsen waar de ene tektonische plaat onder de andere wordt geduwd. Als de platen plotseling wegglijden - zwaaien, je krijgt een enorme aardbeving. De aardbeving in Chili in 2010 had een kracht van 8,8 op de schaal van Richter:sterk genoeg om gebouwen van hun fundamenten te verschuiven.

We begrijpen subductiezones slecht, dat is de reden waarom geofysicus professor Anne Socquet, gevestigd aan de Université Grenoble Alpes in Frankrijk, was van plan om Chili te bezoeken. Ze wilde seismische meetinstrumenten installeren om data te verzamelen. Per toeval, ze arriveerde slechts een week na de aardbeving. "Het was beangstigend, "zei ze. "Het appartement dat we hadden gehuurd had scheuren in de muren waar je je vuist in kon steken."

De meeste mensen die megathrust-bevingen bestuderen, concentreren zich op de voorschokken die onmiddellijk voorafgaan aan de hoofdbeving, Prof. Socquet zegt. Maar een ongebruikelijk kenmerk van megathrust-bevingen is dat ze enkele jaren later vaak worden gevolgd door een reeks andere zeer krachtige megathrust-bevingen en met epicentra op honderden kilometers afstand. De aardbeving in Chili in 2010, bijvoorbeeld, werd gevolgd door andere evenementen in 2014, 2015 en 2016 waren gericht op gebieden langs de kust van Chili. Prof. Socquet wilde deze reeksen van megathrust-aardbevingen bekijken en de mogelijke verbanden tussen die grote aardbevingen onderzoeken. Dit vereist een zorgvuldig onderzoek van seismologische en geodetische gegevens op grotere schaal dan tot nu toe is gedaan.

Megathrust

We weten dat megathrust-bevingen het resultaat zijn van de subductie van de ene tektonische plaat onder de andere. Maar verder, we hebben heel weinig begrip van de dynamiek van de subductie en hoe het een instabiliteit kan veroorzaken die een paar jaar later tot een nieuwe megathrust-gebeurtenis leidt. Er zijn aanwijzingen dat het te maken kan hebben met het vrijkomen en migreren van vloeistoffen op grote diepte. Het DEEP-trigger-project van prof. Socquet gaat over het opvullen van die leemte. "Dit is een soort onontgonnen gebied in termen van observaties, " ze zei.

De eerste stap van het zes maanden oude project was het toevoegen aan het netwerk van ongeveer 250 GPS-instrumenten waaraan ze sinds 2007 heeft bijgedragen in Chili en het bouwen van een nieuw instrumentennetwerk in Peru. Momenteel niet in staat om naar Zuid-Amerika te reizen vanwege de COVID-19-pandemie, ze heeft met lokale contacten gewerkt om met de installatie te beginnen. Ze werkt ook aan rekentools om verouderde gegevens uit de regio te analyseren.

"Het belangrijkste zal zijn om systematische observaties te hebben van het verband tussen de langzame slip en de seismische breuken op grote tijd- en ruimteschalen. Dit zal een zeer grote bijdrage leveren aan de wetenschap."

Aan de Universiteit van Pavia in Italië, mineraloog professor Matteo Alvaro is ook geïnteresseerd in megabevingen - zij het veel, veel oudere.

Het blijkt dat we een uniek venster kunnen krijgen op subductiezones zoals ze miljoenen jaren geleden waren. Er zijn bepaalde plaatsen, zeldzaam, waar rotsen die door subductiezones zijn gegaan naar de oppervlakte worden gedwongen. Door deze rotsen te analyseren, kunnen we de diepte en druk afleiden waarop de subductie plaatsvond en een beeld opbouwen van hoe subductie werkt - en misschien hoe megathrust-aardbevingen worden veroorzaakt.

Kristal

Het werkt meestal zo. Geologen vinden een rots gemaakt van een mineraal met een zogenaamd inclusiekristal erin. Deze insluiting zat vast in het mineraal toen twee subductieplaten elkaar op grote diepte samenknijpen, misschien 100 km of meer onder het oppervlak. Het zal een bepaalde kristalstructuur hebben - een specifieke, herhalende ruimtelijke rangschikking van atomen - die afhangt van de druk die het ondervond toen het werd gevormd. Het kristal kan de druk onthullen waaraan de insluiting werd blootgesteld en dus de diepte waarop het werd gevormd.

Het probleem is, dit is een te grote vereenvoudiging. Het geldt alleen als de insluiting kubusvormig is - en dat is het bijna nooit. Dit hele idee van druk is gelijk aan diepte - we weten allemaal dat dit onjuist kan zijn, zegt prof. Alvaro. "De natuurlijke vraag is, Oke, maar met hoeveel hebben we het mis?" Dat is wat hij besloot uit te zoeken in zijn project TRUE DEPTHS.

Het plan was in principe eenvoudig. Prof Alvaro wilde de spanning meten die door het kristal werd ervaren terwijl het nog steeds in het mineraal vastzat. Als hij de kleine verplaatsing van de atomen van hun gebruikelijke posities in een typische, drukloze kristalstructuur, dat zou een betere maatstaf zijn voor de spanning die door het omringende gesteente werd uitgeoefend toen het kristal werd gevormd en dus een nauwkeuriger maatstaf voor de diepte waarop het werd gevormd. Om de atomaire structuur te bestuderen, hij gebruikt een combinatie van röntgenkristallografie en een techniek die Raman-spectroscopie wordt genoemd.

Prof. Alvaro heeft zojuist de eerste succesvolle toepassing van zijn technieken gedemonstreerd. Hij bekeek een monster van een steen van een locatie die bekend staat als de Mir-pijp in Siberië. Dit is een schacht van gesmolten kimberlietgesteente die zeer snel uit enorme diepten oprees. (We krijgen de meeste van onze diamanten van kimberlietpijpen zoals deze, en inderdaad, Mir is uitgebreid gedolven.) Prof. Alvaro keek naar granaatstenen met een kleine kwartsinsluitingen erin die naar boven werden gebracht. "De kimberliet is de lift die het naar de oppervlakte brengt, " hij zei.

Trekker

Door de spanning op de insluitsels te meten, hij kon bevestigen dat het gevormd werd bij een druk van 1,5 gigaPascal (ongeveer 15, 000 keer dat gevonden op het aardoppervlak) en een temperatuur van 850 ^O C. Dit is niet helemaal verrassend, maar het is het eerste bewijs dat de techniek van prof. Alvaro echt werkt. Hij wil nu meer metingen doen en een bibliotheek met voorbeelden opbouwen.

Hij vraagt ​​zich ook af, meer speculatief, als het mogelijk is dat de vorming en vervorming van de insluitsels zou kunnen fungeren als de allereerste trigger van megathrust-aardbevingen. Het idee zou zijn dat deze kleine veranderingen scheuren in grotere rotsen veroorzaken die er uiteindelijk toe leiden dat een fout op zijn plaats glipt. Prof. Alvaro is van plan dit verder te onderzoeken.

"Niemand weet wat de eerste trigger is, het ding dat de eerste slip veroorzaakt, " zei prof. Alvaro. "We begonnen te denken - en misschien is het een compleet gek idee - dat het misschien deze insluitsels zijn. Een cluster van hen, misschien onderhevig aan een onmiddellijke faseverandering en dus een verandering in volume. Misschien is dat wel de allereerste trigger."