Aardbevingen veroorzaken niet alleen maar ravage. De trillingen van aardbevingen worden ook gebruikt voor onderzoek naar de diepere aardlagen. De snelheid van de trillingen geeft informatie over de stroming van (gesmolten) gesteente in de aarde. Deze gevonden stromingen blijken de plaattektoniek te bevestigen met een zekerheid van 99%. Onderzoekster Karin Visser van de Universiteit van Utrecht verdiepte zich 4,5 jaar lang in dit onderzoek en promoveert op 29 februari.

Plaattektoniek

De plaattektoniek (of platentektoniek/schollentektoniek) is de wetenschappelijke theorie van Alfred Wegener die in 1912 kwam met het idee dat de aarde bestond uit platen of schollen. Deze platen reiken tot op een diepte van circa 100 km (lithosfeer). De platen bewegen onafhankelijk van elkaar en worden aangedreven door stromingen in de onderliggende astenosfeer. De beweging van de platen is een langzaam proces; de snelheid ligt in de orde van centimeters per jaar. Daar waar platen uiteendrijven vormt zich nieuw gesteente uit magma. Platen kunnen ook tegen elkaar botsen. Indien het twee ‘landplaten’ betreft, ontstaat een gebergte (vb. de Himalaya). Als echter een land- en oceaanplaat naar elkaar toe bewegen, duikt de oceaanplaat onder de landplaat en gaat de diepe aarde weer in. Op de landplaat ontstaat een gebergte en aan de rand van de oceaanplaat ontstaat een diepe trog die wel tot 10 km diepte kan reiken (vb. kuststreek Chili). Bij een oceaanplaat-oceaanplaat botsing gebeurt hetzelfde. Aan de randen van de platen vinden veel aardbevingen en vulkaanuitbarstingen plaats. In de loop van de geologische geschiedenis hebben continenten zich verplaatst door middel van dit proces en zijn er supercontinenten ontstaan die later weer uiteen dreven.

Trillingen

Bij aardbevingen ontstaan trillingen die voor te stellen zijn als golven. Overal op de wereld worden deze trillingen geregistreerd met seismometers. De trillingen die na een aardbeving door de aardlagen reizen, geven informatie over het gesteente.

Een kenmerk van deze trillingen is de frequentie. Hiermee wordt het aantal trillingen per seconde bedoeld. Een tweede kenmerk is de amplitude (maximale grootte) van een trilling. Hoe hoger de amplitude, hoe groter de energie die de golf met zich meeneemt. De amplitude wordt kleiner naarmate de golf verder van het epicentrum komt. De trillingen van aardbevingen komen vaak voor in tektonisch actieve gebieden.

Oppervlaktegolven

Oppervlaktegolven reizen in ondiepere aardlagen (tot 400 km diepte) en hebben de grootste amplitude van alle golven. Hierdoor richten ze de meeste schade aan. De oppervlaktegolven bestaan uit meerdere frequenties die met verschillende snelheden reizen. De lage frequenties komen eerder aan dan de hogere frequenties. De snelheid waarmee elke frequentie reist, heet de fasesnelheid.

Diepere golven

Naast oppervlaktegolven zijn er ook golven die dieper reizen (tot 1500 km diepte). Deze golven zijn net iets sneller dan de ondiepe oppervlaktegolven. De fasesnelheid van deze golven is moeilijker te bepalen door de kleine amplitudes. Het is echter heel belangrijk om te weten wat deze snelheden zijn voor het bepalen van de diepere structuur en stromingen in de aarde.

Methode

Karin Visser heeft een nieuwe methode gebruikt om de fasesnelheden van oppervlaktegolven en diepere golven te meten. Met de fasesnelheidsmetingen van honderdduizenden aardbevingen zijn kaarten gemaakt van de aarde van 50 km tot 1500 km diepte. Deze kaarten geven aan hoe snel de golven door de aarde heen reizen. Ze zijn gebruikt om inzicht te krijgen in (zeer langzame) stromingen van (gesmolten) gesteente in de aarde. Mineralen richten zich namelijk zo dat de richting van de stroming overeenkomt met de snelle richting van de golven. Met deze informatie is de stroomrichting van het (gesmolten) gesteente bepaald. De zekerheid van het onderzoek is zeer groot en uniek: 99%!

Stromingen

In de lithosfeer, de buitenste schil van de aarde met een dikte van 0 tot 100 km, wordt vooral horizontale stroming gevonden. Op een diepte van 200 tot 400 kilometer vindt vooral verticale stroming plaats. Dit is te verklaren met behulp van gebieden waar aardplaten uiteen drijven (stroming omhoog, bijv. mid-oceanische rug in de Atlantische oceaan) én met behulp van gebieden waar de ene aardplaat onder de andere duikt (stroming omlaag, bijv. langs de kust van Chili). Op een diepte van 400 tot 700 km werd een dominante verticale stroming gevonden. De gevonden stromingen komen dus overeen met de plaattektoniek!

_Karin Visser promoveert op 29 februari te Utrecht (start 12:45, Academiegebouw, Domplein 29)

Proefschrift: Monte Carlo search techniques applied to the measurement of higher mode phase velocities and anisotropic surface wave tomography. _