Je leest:

Aardbevingen

Aardbevingen

Auteur: | 31 mei 2012

Wat is een beving? Waar komen ze voor? Hoe zwaar is een beving? Wat zijn de neveneffecten van aardbevingen? En zijn ze al te voorspellen? Hoe gedragen mensen zich? Dit dossier laat de diversiteit van aardbevingen zien en verwijst door naar nog meer artikelen.

Ingestorte huizen na een aardbeving.

Enkele minuten schudt de aarde maar, daarna zijn de aardschokken over. Wat overblijft is het soms verwoestende resultaat van het schudden en beven. Ingestorte huizen, mensen bedolven onder het puin en radeloze overlevenden scheppen het straatbeeld. Wat volgt is een dagenlange crisis. Pas jaren later is de buurt weer volledig opgebouwd en herinnert weinig meer aan wat zich in het verleden afspeelde. Dit dossier gaat met name over de (aard)wetenschappelijke kant van dit voornamelijk natuurlijke fenomeen.

Wat is een aardbeving?

Bij een aardbeving beweegt één gedeelte van de aardkorst zich ten opzichte van een ander deel. Dat gaat supersnel, waardoor het feitelijk een schok is. Vaak gebeurt dat langs een breuk in de aardkorst, soms wordt een nieuwe breuk gevormd. Het punt in de aarde waar de beving plaatsvindt heet het hypocentrum, het punt er direct boven op het aardoppervlak is het epicentrum. Het epicentrum is dus niet ergens in de aarde, zoals sommige media – bijvoorbeeld de Volkskrant – of zelfs het KNMI soms (per ongeluk) beweren.

Een primaire golf.
GFDL

Aardbevingsgolven

Vanaf het hypocentrum binnenin de aarde ontstaan drie typen aardbevingsgolven die allemaal met een verschillende snelheid reizen. Deze golven verplaatsen vrijgekomen energie in alle denkbare richtingen. Er zijn twee soorten golven die in de aarde zelf reizen om uiteindelijk weer aan het aardoppervlak te komen: de P-golven of primaire golven en de S-golven of secundaire golven. De P-golven reizen net zoals het geluid: door materie in de aarde samen te drukken en uit elkaar te trekken. Verdikkingen en verdunningen dus. Daarom heten ze ook wel compressiegolven. Bij S-golven, of schuifgolven, beweegt de materie loodrecht ten opzichte van de voortplantingsrichting van de golf.

Een secundaire golf.
GFDL

De derde soort aardbevingsgolf zijn oppervlaktegolven die alleen langs het aardoppervlak reizen. Deze golven worden op hun beurt weer onderverdeeld in Rayleighgolven, die in ellipsen voortbewegen, en Lovegolven waarbij de grond horizontaal beweegt, vergelijkbaar met een kronkelende slang. Oppervlaktegolven richten meestal de grootste schade aan omdat ze de grootste amplitude hebben. Qua snelheid zijn de P-golven het snelst, gevolgd door de S-golven en dan pas de oppervlaktegolven.

Welke golf arriveert het eerst volgens dit seismogram? (Antwoord: de P-golf)

Seismogrammen en het epicentrum

Seismogrammen (zie animatie hierboven) worden gemaakt met behulp van een seismograaf. De pen zit vast aan een gewicht, wat op haar beurt weer vaak vastzit aan een veer. Door de traagheid (inertie) van de massa beweegt het gewicht en dus ook de pen niet bij een beving. Het roterende vel papier beweegt daarentegen wel waardoor de lijn van de grafiek op en neer gaat. Seismografen kunnen zowel horizontaal als verticaal geplaatst worden om de verschillende bewegingen van de aarde te registeren.

Een seismograaf die werd gebruikt door het US Department of the Interior.
from en:Image:Kinemetrics seismograph.jpg, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Om te bepalen waar precies het epicentrum van de aardbeving ligt, gebruiken wetenschappers minimaal drie seismogrammen van dezelfde beving van drie verschillende plaatsen op aarde. Daarbij kijken ze naar de afstand tussen de eerste P- en S-golf op deze seismogrammen. Die neemt toe naarmate de afstand tot het epicentrum groter is. Deze afstand is een maat voor de afstand in kilometer tot het epicentrum.

Zo kan een cirkel worden gemaakt op een kaart of op de computer op basis van één seismogram. Datzelfde wordt gedaan met behulp van de andere twee seismogrammen. De drie cirkels komen samen in één punt, het epicentrum. Deze methode heet de ‘triangulatie-methode’ (in het Engels: triangulating), ook wel simpelweg ‘omcirkelen’ genoemd door het KNMI.

Waar komen aardbevingen voor?

Eigenlijk komen ze overal op aarde voor, alleen op sommige plaatsen beduidend meer dan op andere plaatsen. Vooral dichtbij aardplaatgrenzen komen veel meer aardbevingen voor. Ook komen daar meer zwaardere aardbevingen voor. De reden daarvoor is dat spanning zich hier versneld opbouwt in de ondergrond omdat aardplaten tegen elkaar botsen, onder elkaar door schuiven, langs elkaar heen schuiven of van elkaar af bewegen. Van tijd tot tijd komt daarom de opgeslagen energie vrij via een beving. Voorbeelden van bevingen bij aardplaatgrenzen zijn de zware bevingen bij Japan (2011), op Haïti (2010) en bij Chili (2010). Ook vulkanen komen voornamelijk voor bij aardplaatgrenzen.

De plaats en de diepte van aardbevingen op aarde.
USGS

Overigens is er een logisch patroon te ontdekken bij aardbevingen rond aardplaatgrenzen waarbij één aardplaat onder de andere schuift en wegzakt in de aardmantel onder een hoek. Dichtbij de werkelijke grens komen ondiepe aardbevingen voor (tot 70 km diepte), maar naarmate je verder van de aardplaatgrens gaat in de richting van de wegzakkende plaat, komen steeds diepere bevingen voor tot ongeveer een diepte van ~660 km. Dat is goed te zien bij Japan en bij Chili.

Een kaart met daarop de Romeinse cijfers van de schaal van Mercalli. Dit is een aardbeving van 18 april 1906 met het epicentrum in San Francisco (ster). Duidelijk is dat de hoogste categorie niet in San Francisco zelf ligt maar ~60 km ten noorden ervan.
USGS

Hoe zwaar is een beving?

Dat hangt helemaal af van de methode die je gebruikt. Er zijn twee methoden om de vrijgekomen energie van een beving te meten. Ten eerste is er de nu verouderde schaal van Richter die werd ontwikkeld door Charles Richter in 1935. De zwaarte wordt bepaald met hulp van de tijd tussen de eerste S- en de P-golf en de maximale uitslag (amplitude) van een S-golf op een seismogram. Dat blijkt prima te werken voor lichte tot middelzware aardbevingen dichtbij het epicentrum.

Tegenwoordig wordt de momentmagnitudeschaal (Mw) gebruikt die in 1979 werd geïntroduceerd. Die kijkt niet alleen naar de amplitudes, maar ook naar de beweging van de breuk zelf gedurende de aardbeving en is bovendien beter voor zware aardbevingen. Een derde manier kijkt niet zozeer naar de vrijgekomen energie van de beving, maar naar de schade die de beving aanricht. De schaal van Mercalli, die in 1902 gepresenteerd werd, hangt onder meer af van de bevolkingsdichtheid, de ondergrond en de aardbevingsbestendigheid van gebouwen.

Neveneffecten

Aardbevingen zijn niet altijd een op zichzelf staand fenomeen, maar zijn soms een voorbode voor nog meer rampen. Wellicht het bekendste voorbeeld zijn tsunami’s, die bij zeebevingen ontstaan als de beving zwaar genoeg is en als de bewegingrichting van een stuk aardkorst ten opzichte van de ander deel verticaal is. Japan (2011) en de tsunami in de Indische Oceaan (2004) zijn hiervan uitzonderlijk vernietigende voorbeelden.

Gevolgen die heel plaatselijk voorkomen zijn liquefactie en aardverschuivingen. Dat laatste is gemakkelijk voor te stellen, maar liquefactie een stuk minder. Bij dit proces neemt de poriëndruk van sediment met daarin veel water flink toe. Dit komt omdat de korrels zich willen herschikken tijdens het schudden, maar dat niet kunnen door het aanwezige water. Het gevolg is dat een soort drijfzand ontstaat. Hele gebouwen kunnen zo gaan drijven en gedeeltelijk wegzakken.

Huizen staan scheef door liquefactie na de San Francisco aardbeving in 1906.
USGS

Wellicht één van de meest fascinerende voorbeelden van aardbevingen en de directe gevolgen daarvan is de uitbarsting van Mount St. Helens in 1980 in de Amerikaanse staat Washington. Een aardbeving op 18 mei zorgde voor een aardverschuiving op de noordflank van de vulkaan. Hierdoor barstte de vulkaan, die toch al op springen stond, meteen uit. Zware bevingen kunnen ook invloed hebben op vulkanen op regionale en zelfs op globale schaal.

Vuur en ziekte vormen soms een ware plaag na de beving. Zo legde niet de aardbeving San Francisco grotendeels in puin in 1906, maar vooral de brand die volgde na het scheuren van gasleidingen. Een voorbeeld van ziekte was de cholera-epidemie die uitbrak in Haïti, geholpen door de onhygiënische leefomstandigheden na de beving begin 2010.

Recente zware bevingen en Nederlandse bevingen

De laatste jaren is de wereld flink opgeschikt door zware bevingen. Enkele voorbeelden zijn:

TheWiz83, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Zware aardbevingen komen niet voor in Nederland, voor zover we weten uit het verleden. Middelzware en lichte bevingen daarentegen wel. Misschien herinneren we ons nog de beving van Mw 4,6 van 8 september 2011, ook al lag het epicentrum net over de grens in Duitsland? Of de beving van Mw 4,9 in Zuid-Limburg met het epicentrum wederom in Duitsland? Of toch de ‘eigen’ aardbeving van Mw 5,8 op 13 april 1992 bij Roermond? De meeste aardbevingen in Nederland ontstaan door menselijk toedoen want vooral door gaswinning in Noord-Nederland komen vele, lichte bevingen voor.

Door mensen veroorzaakte bevingen

Niet alleen in Nederland en alleen door gaswinning trilt de grond door ons. Op wereldwijde schaal is mijnbouw de grootste veroorzaker van bevingen groter dan Mw 4,5. Ook hier wordt massa weggehaald uit de bodem waardoor onder spanning staande breuken open kunnen springen. Het kan ook andersom door plaatselijk veel massa aan de aarde toe te voegen, zoals bijvoorbeeld door een stuwdam te bouwen waarachter zich veel water op hoopt. De zware aardbeving in de Sichuan-regio in China in 2008 zou hier een voorbeeld van zijn. Ook de winning van geothermische energie, het pompen van afvalwater in de aarde en het terugpompen van CO2 in de bodem kan de aarde doen schudden.

Het aantal bevestigde, door mensen veroorzaakte aardbevingen over de afgelopen 150 jaar met een zwaarte van meer dan 4,5.
Christian Klose
Een kaart van de Japanse overheid uit 2010 met daarin de grootste risicogebieden voor aardbevingen in Japan (rood = grootste kans op aardschokken). De plaatsen waar doden vielen in de afgelopen jaren door bevingen vallen echter buiten de risicogebieden.
Nature; aangepast naar Japan Headquarters for Earthquake Research Promotion 2010 data

Voorspelling?

Bij vulkanen is meestal goed aan te geven wanneer een vulkaan op springen staat, maar bij aardbevingen is dat veel moeilijker. Grofweg is de voorspelling van natuurlijke of tektonische bevingen in te delen in twee categorieën: één voor de lange termijn (decennia) en één voor de korte termijn (dagen).

De eerste categorie zou je ook verwachte aardbevingen kunnen noemen in plaats van voorspelde aardbevingen. Dit gaat op basis van de positie en sterkte van aardbevingen uit het verleden. De verwachting is dat veel en zware aardbevingen zullen blijven voorkomen bij aardplaatgrenzen. Maar het kan nog specifieker. De ‘seismic gap’-theorie (seismisch gat) stelt dat zware aardbevingen voorkomen daar waar lange tijd geen groot aardbevingsschot is afgegaan langs aardplaatgrenzen. Deze theorie is echter niet onomstoten bewezen.

Ook risicokaarten voor aardbevingen zijn dat niet, omdat de gegevens over aardbevingen vaak niet voldoende terug gaan in de tijd. Hierdoor zijn de kaarten deels incompleet. De bevingen in Japan (2011) en Haïti (2010) zijn voorbeelden hiervan.

Voor de korte termijn zijn onder meer bodembewegingen, dierengedrag en ‘stille’ aardbevingen genoemd als mogelijke voorboden voor een aardbeving. Hard bewijs is er echter niet.

Veren met een demper aan de basis van een gebouw met drie verdiepingen in het aardbevingrijke Californië.
David Ming-Li Lowe / Shustov

Bouwen in aardbevingsrijke gebieden

We hebben er in Nederland niet mee te maken, maar in gebieden zoals in Californië of in Japan zijn gebouwen vaak anders gebouwd om aardbevingen te kunnen weerstaan en daarna ook nog functioneel te zijn.

Een variëteit aan structuren wordt gebruikt om de energie van de aardbevingsgolven te verspreiden, te absorberen of de golfenergie over een breder scala aan frequenties verspreiden. Daarvoor kan de basis van het gebouw aangepast worden, maar ook de gehele architectuur van het gebouw of het bouwmateriaal zelf.

Voorbeelden van verstevigende structuren zijn dwarsbalken en rollagers onder een gebouw.

Zoek dekking bij een beving.
Wikihow.com

Aardbevingen en menselijk gedrag

Mensen in aardbevingsrijke gebieden kunnen elk moment getroffen worden. Je zou zeggen dat ze dit altijd in het achterhoofd moeten houden. Het blijkt echter dat mensen in risicogebieden vaak doen alsof er niets aan de hand is: geen verzekering tegen eventuele schade en weinig tot geen voorzorgsmaatregelen. Heel verrassend. Mensen rennen ook niet als kip zonder kop de straat op het moment dat een beving toeslaat zoals eerst gedacht werd. Na een zware beving heeft een deel van de bevolking nog jaren last van een psycholgische stoornis.

Zie verder:

Bronnen:

  • De vele nieuwsberichten en achtergrondartikelen op Kennislink
  • Marshak, S., A Voilet Pulse: Earthquakes, in: Essentials of Geology, 3rd Ed. W.W. Norton & Company, New York & London, pp. 200-239.
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 31 mei 2012

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.