Je leest:

Aarde doorgelicht in 3D

Aarde doorgelicht in 3D

Auteur: | 2 februari 2007

Aardonderzoekster Maisha Amaru berekende hoe snel schokgolven van aardbevingen door de aarde reizen en maakte daarmee een 3D model van de aardmantel. Haar kaart toont ondergrondse structuren aan waar eerdere modellenbouwers maar naar moesten raden. Amaru promoveert op 31 januari op haar onderzoek aan de Universiteit Utrecht.

Een oude mantelpluim onder de Eifel-regio en de gezonken resten van de oude rotsplaat Farallon, het zijn maar twee van de vondsten in het nieuwe aardmodel van Maisha Amaru. De aardwetenschapster bracht de aardmantel scherper dan tevoren in kaart door aardbevingsgegevens van de afgelopen decennia te bundelen in één computermodel. Door te vergelijken hoe lang een schokgolf onderweg is van zijn oorsprong naar uiteenliggende seismometers (meetstations voor aardbevingen), kon Amaru achterhalen waar verschillende aardstructuren liggen. ‘We weten nu zeker dat bepaalde ondergrondse rotsmassa’s bestaan’, vertelt de onderzoekster. ‘Vroeger was dat gissen.’

Schokgolven door de aarde.

Snelle P-golven (primair) verdichten en verdunnen in de lengterichting en overbruggen de afstand tussen aardbevingsgebied en meetstation het snelst. Daarna komen de secundaire S-golven aan, die loodrecht op de reisrichting trillen. Als er een heet gebied tussen oorsprong van een schokgolf en het meetstation ligt, levert dat een iets langere reistijd op. Koud materiaal is juist dichter en versnelt de schokgolf.

Snelheidsdrempels onder de grond

Net zoals geluid onder water sneller reist dan door de lucht, kunnen verschillende soorten rots een aardschok snel of juist langzaam doorgeven. Amaru gebruikte zulke reistijdverschillen als de ruwe gegevens voor haar model van de aardmantel. Ze vergeleek de schokgolven van aardbevingen uit verschillende regio’s, gemeten bij meetstations over de hele wereld. Elke verbindingslijn tussen de oorsprong van een aardschok en een meetstation vormt in Amaru’s model een snelheidsmeting door de tussenliggende lagen. Bundelen van die rays levert dwarsdoorsnedes van de aarde, zoals een MRI-scanner plakje voor plakje een 3D-beeld van een patiënt opbouwt.

Omdat er over de hele wereld duizenden seismometers staan en aan de lopende band aardschokken plaatsvinden, kon Amaru uit een paar decennia aan meetgegevens nauwkeurige dwarsdoorsnedes van de aarde opstellen. ‘Wat je voornamelijk ziet zijn koude en warme gebieden’, legt ze uit: ‘die hebben een hogere of lagere dichtheid en dat heeft flinke invloed op de snelheid van een schokgolf.’ Ook de soort rots waar een schok doorheen reist heeft volgens Amaru invloed op de golfsnelheid.

De Eifel-regio in centraal Europa (bovenste afbeelding) is het gevolg van oud vulkanisme. Het heuvelige gebied kent al millenia geen actief vulkanisme meer, maar op oudere dieptekaarten (midden) dachten aardwetenschappers nog een oude mantelpluim te vinden die heet materiaal diep uit de aarde naar het oppervlak bracht. Het 3D-model van Maisha Amaru (onder) laat voor het eerst zien hoe de basis van de mantelpluim onder de Eifel doorloopt naar de kern van de aarde. bron: M.L. Amaru, Global travel time tomography with 3D reference models.

De aardonderzoekster gebruikte niet alleen een gedetailleerdere basis, maar verwerkte ook meetgegevens van tijdelijke meetnetwerken in haar kaart. Die netwerken verzamelen een paar maanden gegevens in een gebied. Ze komen normaal gesproken niet in grootschalige modellen terug, maar Amaru wist gegevens van de permanente en tijdelijke meetstations tóch te koppelen.

Amaru’s model heeft als een van de eerste ondergrondse kaarten een 3D-basis. Oudere kaarten gingen ervanuit dat schokgolven op dezelfde diepte altijd dezelfde snelheid hebben. Het model waar Amaru mee begon onderscheidde ook op dezelfde diepte langzame en snelle gebieden. ‘Dit was een manier om een wat realistischer model te bouwen en dat is goed gelukt’, denkt de promovenda.

Model van de verzonken Farallon-plaat (blauw). De rotsplaat maakte deel uit van de oceaanbodem voor de westkust van Noord-Amerika. Farallon bewoog richting het oosten, en dook onder het continent. In Zuid-Californië was dat proces 29 miljoen jaar geleden afgerond. De plaat is opgespoord door naar de reistijd van aardschokken te kijken; die reizen iets makkelijker en dus sneller door de plaat heen dan door het omliggende materiaal. bron: NASA / Goddard Space Flight Center.

Wie het meeste plezier zullen hebben van Amaru’s nieuwe doorsnede van de mantel? Zelf denkt de onderzoekster dat vooral vakgenoten de nieuwe gegevens zullen gebruiken, op zoek naar betere beelden van oude rotslagen. ‘Vooral in de bovenste en onderste laag van de mantel is dit model beter dan voorgangers’, vertelt ze: ‘dat is van 50 tot 400 en van 2300 tot 2890 kilometer diep. Daartussen is mijn model net zo goed als bestaande kaarten’.

Amaru denkt dat haar afbeeldingen van de aardmantel van nut kunnen zijn buiten haar vakgebied. Zo willen regeringen graag de aardschokken van ondergrondse kernproeven herkennen. Als een land het kernwapenverdrag schendt en illegale kernproeven houdt, kunnen seismometers het verschil horen. Amaru’s betere kaart van de aarde onder onze voeten helpt bij terugrekenen en het vastprikken van de kernproef op de kaart.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 02 februari 2007
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.