Wetenschap
Uit onderzoek blijkt dat zware sneeuwval en regen kunnen bijdragen aan sommige aardbevingen
Wanneer wetenschappers op zoek gaan naar de oorzaak van een aardbeving, begint hun zoektocht vaak ondergronds. Zoals eeuwen van seismische studies duidelijk hebben gemaakt, zijn het de botsingen van tektonische platen en de beweging van ondergrondse breuken en kloven die in de eerste plaats een aardbeving teweegbrengen.
Maar wetenschappers van MIT hebben nu ontdekt dat bepaalde weersomstandigheden ook een rol kunnen spelen bij het veroorzaken van bepaalde aardbevingen.
In een onderzoek dat verschijnt in Science Advances rapporteren de onderzoekers dat perioden van hevige sneeuwval en regen waarschijnlijk hebben bijgedragen aan een zwerm aardbevingen in het noorden van Japan de afgelopen jaren. Het onderzoek is het eerste dat aantoont dat klimaatomstandigheden tot aardbevingen kunnen leiden.
"We zien dat sneeuwval en andere milieubelastingen aan de oppervlakte de stresstoestand onder de grond beïnvloeden, en de timing van intense neerslaggebeurtenissen is goed gecorreleerd met het begin van deze aardbevingszwerm", zegt studieauteur William Frank, assistent-professor aan de afdeling van MIT. van Aard-, Atmosferische en Planetaire Wetenschappen (EAPS). "Het klimaat heeft dus duidelijk invloed op de reactie van de vaste aarde, en een deel van die reactie zijn aardbevingen."
De nieuwe studie richt zich op een reeks aanhoudende aardbevingen op het Japanse schiereiland Noto. Het team ontdekte dat seismische activiteit in de regio verrassend synchroon loopt met bepaalde veranderingen in de ondergrondse druk, en dat die veranderingen worden beïnvloed door seizoenspatronen van sneeuwval en neerslag. De wetenschappers vermoeden dat dit nieuwe verband tussen aardbevingen en klimaat niet uniek is voor Japan en een rol zou kunnen spelen bij het opschudden van andere delen van de wereld.
Kijkend naar de toekomst voorspellen zij dat de invloed van het klimaat op aardbevingen groter zou kunnen zijn naarmate de opwarming van de aarde toeneemt.
"Als we een klimaat betreden dat verandert, met extremere neerslaggebeurtenissen, en we een herverdeling van water in de atmosfeer, oceanen en continenten verwachten, zal dat de manier veranderen waarop de aardkorst wordt belast", voegt Frank toe. "Dat zal zeker impact hebben, en het is een verband dat we verder kunnen onderzoeken."
De hoofdauteur van de studie is voormalig MIT-onderzoeksmedewerker Qing-Yu Wang (nu aan de Grenoble Alpes Universiteit), en omvat ook EAPS-postdoc Xin Cui, Yang Lu van de Universiteit van Wenen, Takashi Hirose van Tohoku Universiteit en Kazushige Obara van de Universiteit van Wenen. Tokio.
Seismische snelheid
Sinds eind 2020 hebben honderden kleine aardbevingen het Japanse schiereiland Noto opgeschud, een landtong die vanaf het hoofdeiland van het land naar het noorden in de Japanse Zee buigt. In tegenstelling tot een typische reeks aardbevingen, die begint als een grote schok die plaats maakt voor een reeks naschokken voordat ze uitsterven, is de seismische activiteit van Noto een 'aardbevingszwerm':een patroon van meerdere, aanhoudende aardbevingen zonder duidelijke hoofdschok of seismische trigger. .
Het MIT-team probeerde samen met hun collega's in Japan patronen in de zwerm te ontdekken die de aanhoudende aardbevingen zouden kunnen verklaren. Ze begonnen met het doorzoeken van de aardbevingscatalogus van het Japanse Meteorologisch Agentschap, die gegevens verschaft over seismische activiteit in het hele land in de loop van de tijd. Ze concentreerden zich op aardbevingen op het schiereiland Noto van de afgelopen elf jaar, waarin de regio episodische aardbevingsactiviteit heeft ervaren, waaronder de meest recente zwerm.
Met seismische gegevens uit de catalogus telde het team het aantal seismische gebeurtenissen dat zich in de loop van de tijd in de regio had voorgedaan, en ontdekte dat de timing van de aardbevingen vóór 2020 sporadisch en los van elkaar leek te staan, vergeleken met eind 2020, toen de aardbevingen intenser en geclusterd werden. na verloop van tijd, wat het begin van de zwerm aangeeft, met aardbevingen die op de een of andere manier met elkaar gecorreleerd zijn.
De wetenschappers keken vervolgens naar een tweede dataset van seismische metingen uitgevoerd door meetstations gedurende dezelfde periode van elf jaar. Elk station registreert voortdurend eventuele verplaatsingen of lokale trillingen die optreden. Het schudden van het ene station naar het andere kan wetenschappers een idee geven van hoe snel een seismische golf zich tussen stations voortplant. Deze "seismische snelheid" houdt verband met de structuur van de aarde waar de seismische golf doorheen reist. Wang gebruikte de metingen van het station om de seismische snelheid tussen elk station in en rond Noto van de afgelopen elf jaar te berekenen.
De onderzoekers genereerden een evoluerend beeld van de seismische snelheid onder het schiereiland Noto en observeerden een verrassend patroon:in 2020, rond het tijdstip waarop de aardbevingszwerm zou zijn begonnen, leken veranderingen in seismische snelheid gesynchroniseerd te zijn met de seizoenen.
"Vervolgens moesten we uitleggen waarom we deze seizoensvariatie waarnamen", zegt Frank.
Sneeuwdruk
Het team vroeg zich af of veranderingen in het milieu van seizoen tot seizoen de onderliggende structuur van de aarde zouden kunnen beïnvloeden op een manier die een aardbevingszwerm zou veroorzaken. Ze keken specifiek naar hoe seizoensneerslag de ondergrondse ‘poriënvloeistofdruk’ zou beïnvloeden – de hoeveelheid druk die vloeistoffen in de scheuren en kloven van de aarde uitoefenen in het gesteente.
"Als het regent of sneeuwt, voegt dat gewicht toe, waardoor de poriëndruk toeneemt, waardoor seismische golven er langzamer doorheen kunnen reizen", legt Frank uit. "Als al dat gewicht wordt verwijderd, door verdamping of afvloeiing, neemt de poriëndruk plotseling af en zijn seismische golven sneller."
Wang en Cui ontwikkelden een hydromechanisch model van het schiereiland Noto om de onderliggende poriëndruk van de afgelopen elf jaar te simuleren als reactie op seizoensveranderingen in neerslag. Ze hebben de meteorologische gegevens uit dezelfde periode in het model verwerkt, waaronder metingen van dagelijkse sneeuw, regenval en veranderingen in de zeespiegel.
Met hun model konden ze veranderingen in de overmatige poriëndruk onder het schiereiland Noto volgen, vóór en tijdens de aardbevingszwerm. Vervolgens vergeleken ze deze tijdlijn van de evoluerende poriëndruk met hun evoluerende beeld van de seismische snelheid.
"We hadden seismische snelheidswaarnemingen en we hadden het model van overmatige poriëndruk, en toen we ze overlapten, zagen we dat ze buitengewoon goed pasten", zegt Frank.
Ze ontdekten met name dat wanneer ze sneeuwvalgegevens, en vooral extreme sneeuwvalgebeurtenissen, meenamen, de overeenkomst tussen het model en de waarnemingen sterker was dan wanneer ze alleen rekening hielden met regenval en andere gebeurtenissen. Met andere woorden:de aanhoudende aardbevingszwerm waar de inwoners van Noto mee te maken hebben, kan gedeeltelijk worden verklaard door seizoensneerslag en vooral door hevige sneeuwval.
"We kunnen zien dat de timing van deze aardbevingen buitengewoon goed aansluit bij meerdere keren dat we intense sneeuwval zien", zegt Frank. "Het is goed gecorreleerd met aardbevingsactiviteit. En we denken dat er een fysiek verband bestaat tussen beide."
De onderzoekers vermoeden dat zware sneeuwval en vergelijkbare extreme neerslag een rol kunnen spelen bij aardbevingen elders, hoewel ze benadrukken dat de primaire trigger altijd ondergronds zal plaatsvinden.
"Als we voor het eerst willen begrijpen hoe aardbevingen werken, kijken we naar platentektoniek, omdat dat de belangrijkste reden is en altijd zal blijven waarom een aardbeving plaatsvindt", zegt Frank. "Maar wat zijn de andere dingen die van invloed kunnen zijn op wanneer en hoe een aardbeving plaatsvindt? Dan begin je naar tweede orde controlerende factoren te gaan, en het klimaat is daar duidelijk een van."