De meest verwoestende aardbeving in Spanje van de afgelopen 130 jaar was die bij het dorpje Lorca, op 11 mei 2011. Dat deze beving zo desastreus uitpakte kwam door de wrijvingseigenschappen van de breuk, is onlangs vastgesteld. Deze zorgden ervoor dat de aardbeving zich snel naar het oppervlak kon verplaatsen, en zo extra schade kon aanrichten.
Op 11 mei 2011 beefde de aarde in de stad Lorca, in het zuidoosten van Spanje. Nu gebeurt dat wel vaker in deze streek, die zich midden in de kreukelzone van de botsende Afrikaanse en Europese aardplaten bevindt, maar deze aardbeving wierp vragen op die geologen nog lang bezig hielden. Waarom was er zo veel schade en waren er zo veel slachtoffers te betreuren?
De beving had een magnitude van 5,1 op de schaal van Richter, hetgeen voor deze regio helemaal niet zo extreem is, maar was toch de meest verwoestende aardbeving in Spanje sinds 1881. Duizenden mensen werden dakloos, er vielen negen doden, en de schade bedroeg rond de 1,2 miljard euro.
Het epicentrum van de Lorca-beving bevond zich op een relatief geringe diepte van drie kilometer. Omdat ondiepe bevingen het aardoppervlak heviger doen trillen dan diepe bevingen, zou dat een deel van de verklaring kunnen zijn – maar zelfs als daar rekening mee wordt gehouden, dan was de beving nog altijd sterker dan je zou verwachten.
De wrijvingseigenschappen van de breuk verklaren het andere deel, schrijven aardwetenschappers André Niemeijer en Reinoud Vissers van de Universiteit Utrecht nu in het vakblad EPSL.
Wrijvingscoëfficient
Aardbevingen ontstaan als de spanning in de aardkorst te hoog wordt, en de gesteentelagen daardoor langs breuken beginnen te schuiven. Hoeveel spanning hiervoor nodig is hangt af van de wrijvingscoëfficient van het breukvlak – zoals een speelgoedautootje makkelijker over een gladde tafel rijdt dan over een tafelkleed, een grasveld, of laag zand in de zandbak. “En bij breuken zijn die wrijvingseigenschappen afhankelijk van de snelheid waarmee de breukblokken bewegen”, vertelt Niemeijer.
De Santiago-kerk in Lorca, na de aardbeving van 11 mei 2011
Rastrojo, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0Een algemene trend voor deze afhankelijkheid valt niet te geven: Sommige materialen krijgen een hogere wrijvingscoëfficient als de snelheid omhoog gaat, andere juist een lagere. Bij de Alhama de Murcia breuk waarlangs de Lorca aardbeving plaatsvond bleken de sterker- en zwakker wordende materialen in de breukzone elkaar af te wisselen. Hierdoor werd de aardbeving bijgestuurd; De breukbeweging zoekt altijd de makkelijkste weg, en dat was in dit geval in de richting van het aardoppervlak – en dat terwijl de beving al op een geringe diepte begonnen was. Hierdoor kon de beving extra veel schade veroorzaken.
André Niemeijer bemonstert een stuk van de breukzone van de Alhama de Murcia breuk.
Reinoud Vissers, Universiteit Utrecht, met toestemmingHet veld en het lab in
De onderzoekers kwamen tot hun conclusies nadat ze de wrijvingseigenschappen van het breukmateriaal hadden doorgemeten in het laboratorium, en de resultaten hadden vergeleken met veldobservaties aan de Alhama de Murcia-breuk bij Lorca.
Tussen twee breukvlakken bevindt zich de breukzone, een laag van enkele tot tientallen meters dik, waarin het gesteente tussen de twee breukblokken vermalen wordt alsof het molenstenen betreft. Bij de Alhama de Murcia-breuk bleek deze breukzone voornamelijk te bestaan uit harde gesteentebrokken en fijnkorrelige gruis dat ‘breukmeel’ (‘fault gouge’) wordt genoemd.
Van beide materialen namen de geologen proefmonsters mee naar het laboratorium, om daar de wrijvingsexperimenten uit te voeren. De fault gouge bleek sterker te worden als de snelheid toenam, de hardere brokken juist zwakker – als ze tenminste niet te diep zaten. De ruimtelijk verdeling van de verschillende materialen in de breukzone leidde uiteindelijk tot het omhoog buigen van de route van de aardbeving.
Grondwater
Eerder onderzoek wees uit dat ook de winning van grondwater in het gebied een grote rol speelde bij de aardbeving van Lorca. Door het oppompen van water vermindert de belasting van de ondergrond, die daardoor makkelijker kan gaan bewegen. In 2012 concludeerde een team van aardwetenschappers uit Canada, Spanje en Italië in het vakblad Nature Geosciences dat het patroon van de aardbeving – dus de volgorde waarin de verschillende delen van de breuk geactiveerd werden – correleerde met het patroon van spanningsveranderingen door de grondwaterwinning.
“Zij suggereren dus dat de richting van de aardbeving hierdoor gestuurd werd”, zegt Niemeijer. “Maar onze experimenten laten zien dat de eigenschappen van het breukmateriaal dit ook zonder grondwateronttrekking al doen.”