Wat veroorzaakt aardbevingen door inslag van de breuk? Nieuwe studie zegt de ‘Luie Aarde’

Een recente studie heeft uitgebreide gegevens aan het licht gebracht over hoe strike-slip breuken zich in de loop der tijd ontwikkelen en uiteindelijk aardbevingen aan het aardoppervlak veroorzaken. Onderzoekers noemden de beweging van twee platen in een strike-slip beweging de ‘Lazy Earth’ hypothese.

Om een stapje terug te doen, strike-slip breuken zijn hoe geowetenschappers de beweging beschrijven van twee platen die met elkaar in contact zijn. Bij deze specifieke breuk bewegen de twee platen evenwijdig maar in tegengestelde richting van elkaar. Dit kan worden gedemonstreerd door twee stukjes schuurpapier in elke hand te leggen en met de rechterhand naar voren en met de linkerhand naar achteren te wrijven.

Slagverschuivingen veroorzaken weinig of geen verticale verschuiving tussen de twee platen, maar wel een aanzienlijke zijwaartse verschuiving. In feite is dit type breuk het overheersende breuktype in het westen van Californië, zoals het San Andreas-breuksysteem. De oorzaak van aardbevingen door een strike-slip breuk is de beweging van de twee platen tegen elkaar en het vrijkomen van opgebouwde spanning. Wanneer de grotere platen in verschillende richtingen worden geduwd of getrokken, bouwen zij spanning op tegen de aangrenzende plaat totdat deze het uiteindelijk begeeft.

De recente studie is gepubliceerd in het Journal of Structural Geology door Dr. Alexandra Hatem van de Universiteit van Massachusetts Amherst. De motivatie achter het onderzoek is om specifiek te kijken naar wat er onder de aardkorst gebeurt bij de vorming en breuk van breuken.

What Governs Strike-Slip Fault Movement

Geologen begrijpen de mechanica van breuken op de schaal van de plaat, maar tot nu toe zijn de specifieke kenmerken van breuken op zeer kleine schaal niet zo grondig bestudeerd. Vaak zien we wel de huidige breuken, maar niet de ontwikkeling van die breuk vanaf het beginstadium.

Om dit aan te pakken bouwde Dr. Hatem een miniatuurmodel van de aardkorst met behulp van kaolienklei. Het team zorgde ervoor dat de lengte tot de diepte de juiste schaal had om die op aarde na te bootsen en met de juiste viscositeit. Nadat twee platen van deze kaolienklei waren gemaakt, stelde het team verschillende randvoorwaarden op om de ontwikkeling van de scheefstreepfout te testen. In één randvoorwaarde is er een reeds bestaande breuk langs de twee plakken, in een andere is er een reeds bestaande verplaatsing onder de kleiplaten, en in het laatste voorbeeld is de verplaatsing in een bredere afschuifzone.

Nadat de modellen waren opgesteld, bewoog het team de twee kleiplakken in tegengestelde richtingen om minieme veranderingen te meten naarmate de strek-slipbreuken zich ontwikkelden. Het team ontdekte dat de breuken zich ontwikkelen via een “luie aarde”-hypothese, waarbij de breuk zich het gemakkelijkst voortplant. Dit is een vergelijkbare eigenschap die we in veel systemen op aarde zien, van rivieren die de gemakkelijkste weg vinden naar lager gelegen gebieden tot zoogdieren die de gemakkelijkste weg nemen van punt A naar punt B.

Tijdens de voortplanting van de breuk heeft het team gemeten hoe de spanning wordt overgebracht op de verschillende delen van de breuk, een proces dat in het echte leven miljoenen jaren en vele kilometers in beslag neemt. In tegenstelling tot de geïdealiseerde lineaire beweging van een strike-slip breuk, toonde het team aan wat geologen in theorie al wisten, namelijk dat afschuifspanning verschillende fasen kent voordat de uiteindelijke beweging langs de breuk plaatsvindt.

In eerste instantie wordt de spanning langs de breuk verdeeld over de breukzone. Door verdere rek en ontwikkeling van de breuk ontstaan en echelonbreuken, die langer worden, op elkaar inwerken en zich voortplanten langs de breukzone.

Een andere interessante bevinding is dat ingebouwde onregelmatigheden in breuken hardnekkig zijn, zonder dat de breuk de onregelmatigheden ‘fixeert’ en een rechte en meer effectieve breuk vormt. Deze algemene evolutie van een strike-slip breuk lijkt het geval te zijn, ongeacht de randvoorwaarden.

Deze studie biedt een van de meest in-diepgaande analyse op kleine schaal van de vorming van strike-slip breuken. Dit stelt geologen in staat om breuken zoals de San Andreas breuk beter te begrijpen, hoe ze zijn ontstaan, en hoe ze zich in de loop van de tijd ontwikkelen. Dit is weer een stukje waarmee geologen aardbevingen beter kunnen begrijpen en voorspellen.