Balancerende rotsen tonen dat aardbevingen overspringen

Amerikaanse onderzoekers hebben ontdekt waarom er in de buurt van de beruchte San Andreasbreuk in Californië een hele verzameling rotsen nog steeds overeind staan, die al lang door de talrijke aardbevingen omgekieperd zouden moeten zijn. De aardbevingen springen er over van de San Andreasbreuk naar de San Jacintobreuk, en dat maakt dat de aarde in het gebied van die "overstap" veel minder trilt. De ontdekking heeft gevolgen voor de veiligheidsprocedures en oefeningen in verband met aardbevingen in het gebied.
Een rots die de talrijke aardbevingen heeft weerstaan (foto: Lisa Grant Ludwig)

De rotsen die in een precair evenwicht stonden in het gebied, trokken voor het eerst in de jaren 90 de aandacht van Jim Brune, nu een emeritus professor aan de University of Nevada, en mede-auteur van de nieuwe studie over de rotsen.

Normaal gezien komen dergelijke rotsen niet voor binnen de 15 kilometer van een grote breuk. Maar 10 jaar geleden vonden professor Brune en zijn collega's twee aanzienlijke verzamelingen van die rotsen op slechts 7 tot 10 kilometer van de San Andreas en de San Jacintobreuk.

"Brune besefte dat deze rotsen een controle konden zijn voor kaarten van de risico's op aardbevingen, en dat ze aanwijzingen op lange termijn konden geven over het trillen van de grond", zei Lisa Grant Ludwig van de University of California, Irvine, en de belangrijkste auteur van de studie, aan de BBC.

"Het zijn een soort van natuurlijke seismoscopen, maar je kunt ze enkel indirect aflezen", zei Ludwig. "Ze vertellen je niet dat er een aardbeving is geweest, ze vertellen je 'een aardbeving die sterk genoeg is om mij omver te gooien, is er niet geweest'."

Deze wankele rots staat op minder dan 10 kilometer van de twee grote breuklijnen (foto: Lisa Grant Ludwig).

Kantelpunt

In de nieuwe studie worden de balancerende rotsen zorgvuldig in kaart gebracht en opgemeten, een werk dat tien jaar in beslag genomen heeft. Bovendien berekende het team hoeveel kracht er nodig zou zijn om elke rots te doen kantelen.

"Er zijn twee methoden om dat te doen, en een ervan is daadwerkelijk proberen om het ding omver te duwen", zei professor Ludwig. Dat hield zenuwslopend veldwerk in, waarbij men zachtjes duwde tot er enige beweging te bespeuren viel in de rots, maar waarbij de rotsen niet echt omvergeduwd werden.

"Als mijn moeder zou geweten hebben dat ik dat aan het doen was, zou ze niet gelukkig geweest zijn", gaf Ludwig toe aan de BBC. "Je wil nooit aan de verkeerde kant staan als je een rots omduwt."

De tweede methode, voor rotsen waarbij het te gevaarlijk of te moeilijk was om te proberen ze om te duwen, was het maken van een "fotomodel". Aan de hand van foto's uit verschillende hoeken werd een 3D-model van de balancerende rots gemaakt, waarna men dan het gewicht, het zwaartepunt en dergelijke berekende om na te gaan hoeveel kracht er nodig zou zijn om de rots te doen kantelen.

Science Photo Library

De San Andreasbreuk in de Carrino-vlakte, zo'n 450 kilometer ten zuiden van San Francisco en 160 km ten noorden van Los Angeles. In totaal strekt de breuk zich in Californië uit over zo'n 1.300 kilometer.

Duizenden jaren

Uit de beide methodes, en ook uit simulaties met een "triltafel", bleek dat de rotsen omver hadden moeten vallen tijdens aardbevingen die zo recent plaatsgevonden hebben als in 1812 en 1857.

Maar uit verschillende metingen kan precies worden afgeleid hoe lang de rotsen al in hun precaire positie staan, en dat zijn duizenden jaren. "Een van mijn vroegere postdoctoraatsstudenten heeft een ouderdomsstudie gedaan van een van de rotsen, en die bleek al zo'n 18.000 jaar in die positie te staan", zei Lisa Ludwig.

En dus was het een raadsel hoe de rotsen de tientallen of honderden aardbevingen hebben kunnen weerstaan die het gebied in die periode getroffen hebben.

Balancerende rotsen, zoals deze in Nevada, zijn een soort natuurlijke seismoscoop voor de kracht van aardbevingen (foto: Nick Hinze/ Nevada Bureau of Mines and Geology).

Netwerk van breuken

"De onontkoombare conclusie was dat de bewegingen van de grond minder sterk moeten geweest zijn dan je zou verwachten van een typische aardbeving aan de San Andreas- en de San Jacintobreuk", zei professor Ludwig. De beste verklaring van het team voor die verrassend kleine bewegingen, en een verklaring die gesteund wordt door computermodellen van grote aardbevingen, is een interactie tussen de twee breuken.

"De San Andreas- en de San Jacintobreuken komen erg dicht bij elkaar, ze liggen maar zo'n 2 kilometer uit elkaar. En het is al duidelijk aangetoond, door andere aardbevingen en computermodellen, dat een beving over een dergelijke afstand kan springen. Dat wordt een "stepover" - overstap - genoemd."

"Wat als een beving over zou springen, of anderzijds, zou stoppen aan deze vertakking, of net zou vertrekken aan deze vertakking? In al deze gevallen zou dat er voor zorgen dat de grond minder hard trilt in het gebied waar we de rotsen gevonden hebben", zei Ludwig.

Het is essentieel  om de breuken samen te bekijken, zei professor  Ludwig, niet enkel om de verbijsterende balancerende rotsen te verklaren, maar ook om op een veilige manier noodplannen op te kunnen stellen voor toekomstige aardbevingen. "Dit zijn echt netwerken van breuken in de aarde. Dat we hen verschillende namen geven, betekent niet dat ze zich ook onafhankelijk van elkaar gedragen."

© DEA / D´ARCO EDITORI - www.belgaimage.be

In Californië schuiven de Pacifische plaat (vooraan) en de Noord-Amerikaanse aardplaat langs elkaar. Dat veroorzaakt talrijke aardbevingen en daardoor wordt de Zee van Cortes of de Golf van Californië - tussen Mexico en het schiereiland Baja California - breder. Op termijn zal het schiereiland, dat nu op de Pacifische plaat ligt, losscheuren van het vasteland. 

"Grote gevolgen"

De nieuwe studie zal "behoorlijk grote gevolgen" hebben voor de planning in verband met aardbevingen in Californië volgens doctor Lucy Jones, een seismoloog met een lange staat van dienst en een wetenschappelijk adviseur voor het verminderen van risico's bij de US Geological Survey.

De bevindingen uit de studie zullen meer bepaald een invloed hebben op het "ShakeOut Scenario", waarin doctor Jones en anderen een model hebben opgesteld van een grote San Andreas-aardbeving, als basis voor veiligheidsoefeningen en procedures.

"Ik denk dat deze studie het ShakeOut Scenario echt minder geloofwaardig maakt, maar ik ben er niet zeker van dat ze ook betekent dat we hoe dan ook minder trillingen gaan krijgen", zei ze aan de BBC. "Ze geeft geen duidelijk antwoord op de vraag of we er nu beter of slechter aan toe zullen zijn. We hebben tijd nodig om de veranderingen te bekijken."

Doctor Jones zei ook nog dat de nieuwe studie mooi aansluit bij het "vrij algemeen aanvaarde beeld" dat op lange termijn de seismische activiteit zich geleidelijk aan aan het verplaatsen is van het zuidelijke deel van de San Andreasbreuk naar de jongere San Jacintobreuk. "Deze studie is een zeer cool stuk bewijs dat de oversprong misschien al een stukje verder staat dan we dachten", zei ze.

De studie verschijnt in Seismological Research Letters.