Wetenschap
Onderzoekers tonen aan dat langzaam bewegende aardbevingen worden beheerst door de doorlaatbaarheid van rotsen
Aardbevingen zijn de meest dramatische en opmerkelijke gevolgen van de beweging van tektonische platen. Ze zijn vaak destructief en dodelijk, of op zijn minst fysiek voelbaar; het zijn letterlijk baanbrekende geologische gebeurtenissen. Niet alle tektonische bewegingen resulteren echter in effecten die mensen kunnen waarnemen.
Slow-slip-gebeurtenissen vinden plaats wanneer opgekropte tektonische krachten in de loop van een paar dagen of maanden vrijkomen, zoals een aardbeving die zich in slow motion ontvouwt. De meer geleidelijke beweging zorgt ervoor dat mensen de aarde niet voelen trillen onder hun voeten en dat gebouwen niet instorten. Maar het gebrek aan vernietiging maakt slow-slip-gebeurtenissen niet minder wetenschappelijk belangrijk. Hun rol in de aardbevingscyclus kan zelfs leiden tot een beter model om te voorspellen wanneer aardbevingen plaatsvinden.
In een artikel dat onlangs is gepubliceerd in Geophysical Research Letters onderzoekt een onderzoeksgroep van de Jackson School of Geosciences onder leiding van Harm Van Avendonk, Nathan Bangs en Nicola Tisato hoe de samenstelling van gesteenten, en met name hun permeabiliteit – of hoe gemakkelijk vloeistoffen er doorheen kunnen stromen – de frequentie en intensiteit van slow slip-gebeurtenissen beïnvloedt.
In 2019 en 2022 reisde de groep naar het Noordereiland van Nieuw-Zeeland om stenen te verzamelen van verschillende ontsluitingen nabij de Hikurangi Margin. Dit is een subductiezone voor de kust van Nieuw-Zeeland waar slow slip-gebeurtenissen routinematig voorkomen, ongeveer één keer per jaar. De onderzoekers brachten een voorraad gesteenten mee naar de UT, waar ze hun doorlaatbaarheid en elastische eigenschappen testten.
Hun tests lieten zien hoe poriën in de rotsen de reguliere langzame slipgebeurtenissen in deze subductiezone konden beheersen. Eerdere studies hebben gesuggereerd dat een laag ondoordringbaar gesteente aan de bovenkant van de dalende tektonische plaat dient als een afgesloten deksel, waardoor vloeistof wordt vastgehouden in de poriën van onderliggende gesteentelagen.
Terwijl vloeistof zich onder de afdichting ophoopt, wordt de druk opgebouwd en uiteindelijk hoog genoeg om een langzame slip of aardbeving te veroorzaken. Deze gebeurtenis verbreekt vervolgens de ondoordringbare afdichting, waardoor de rotsen tijdelijk breken, waardoor ze vloeistoffen kunnen opnemen. Binnen een paar maanden genezen de rotsen en keren ze terug naar hun oorspronkelijke doorlaatbaarheid, en begint de cyclus helemaal opnieuw.
Bij het bestuderen van deze cyclus testten Tisato en andere onderzoekers rotsen van nabijgelegen ontsluitingen aan het oppervlak die ooit deel uitmaakten van de aardbevingsbreuk diep onder de grond. Eerdere permeabiliteitsstudies zijn alleen uitgevoerd op losse sedimenten die zijn geconsolideerd tot vast gesteente.
"We laten voor het eerst zien, met behulp van rotsen die representatief zijn voor die op diepte, dat de permeabiliteit controlerend is (slow slip events)", zei hij.
Laura Wallace, een onderzoeker aan het Instituut voor Geofysica en GEOMAR van de Universiteit van Texas in Duitsland, bestudeert al meer dan twintig jaar langzame slipgebeurtenissen en was de eerste persoon die langzame slipgebeurtenissen registreerde die plaatsvonden in de Hikurangi-marge. Ze zei dat dit artikel meer datapunten toevoegt om de tijdschalen te bepalen waarop de permeabiliteitsveranderingen van de breukzone kunnen plaatsvinden, wat mogelijk de waargenomen cycli van langzame slipgebeurtenissen kan beïnvloeden.
"Het voegt een aantal aanvullende gegevensbeperkingen toe over hoe dit foutklepproces zou kunnen werken, hoe vloeistofcycli zouden kunnen werken in de subductiezone - als dat inderdaad de cycliciteit van deze dingen is", zei Wallace.
Het uiteindelijke doel van dit onderzoek, zegt Tisato, is om te begrijpen waarom aardbevingen plaatsvinden en om uiteindelijk een overtuigend model te bouwen dat ze zelfs kan voorspellen, een code die wetenschappers nog moeten kraken.
Hij en afgestudeerde student Jacob Allen analyseren momenteel gesteentemonsters vanuit het midden van de marge en testen op verschillen in permeabiliteit. De rotsen aan de noordkant van deze subductiezone zijn rijker aan klei dan die aan de zuidkant.
Omdat kleien kneedbaar zijn en veel water en andere vloeistoffen kunnen bevatten, zijn ze bij uitstek geschikt om die vloeistoffen op te vangen, te breken en te kanaliseren. Dat zou kunnen verklaren waarom slow slip-gebeurtenissen aan de noordkant van de subductiezone vaak voorkomen, terwijl ze zelden voorkomen aan de zuidkant, zei Tisato.
"We moeten de oefening doen om te begrijpen waarom er in het noorden van de Hikurangi-marge langzame slips zijn, en waarom we in het zuiden van de Hikurangi-marge minder langzame slips hebben", zei Tisato. "Want als we dat begrijpen, hebben we een extra stap richting de voorspelling."
Drie studenten van de Jackson School of Geosciences hebben ook bijgedragen aan dit artikel:Carolyn Bland, Kelly Olsen en Andrew Gase.