Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde

Aardbevingen zijn het resultaat van onstabiele verschuiving langs breukzones in de aardkorst. Ze ontstaan op dieptes van enkele tot een paar honderd kilometer en hebben sinds mensenheugenis ontelbare levens geëist en enorme schade veroorzaakt. Wat zijn de fysische processen die ten grondslag liggen aan het ontstaan van een aardbeving? Experimenteel onderzoek en daarvan afgeleide microfysische modellen laten zien dat extreem fijnkorrelig gesteente in de kern van een breuk een belangrijke rol speelt.

Auteurs: Bart Verberne en André Niemeijer

Breukzones zijn delen van de aardkorst waar het ene gesteentevolume langs het andere verschuift. Net zoals een piepend krijtje op een krijtbord of een tafel hortend over de grond, gebeurt dit schuiven soms op een onstabiele, schokkende manier. Als zo’n schok diep in de aarde plaatsvindt dan kan dit leiden tot het scheuren van de aardkorst, waardoor seismische golven vrijkomen: een aardbeving. Het onstabiele verschuiven langs breukzones kan gebeuren op de schaal van tektonische platen, zoals voor de kust van Japan, op de schaal van een gasreservoir, zoals in Groningen, maar ook op de schaal van enkele centimeters, in experimenten in een laboratorium. Breuken aan het aardoppervlak en boringen van actieve en inactieve breukzones op diepte laten zien dat de kern van een breuk bestaat uit het slijtageproduct van eerdere verschuivingen, oftewel vergruisd gesteente. De eigenschappen van dit breukgesteente spelen een belangrijke rol in de eigenschappen van de nieuwe breuk en daarbij bij het ontstaan van aardbevingen.

Ofschoon aardbevingen kunnen ontstaan tot op enkele honderden kilometers diepte, vindt het grootste deel van de voor de mens bedreigende seismische activiteit plaats in een specifiek diepte-interval in de aardkorst, in de zogenoemde seismogene zone (figuur 1). De grenzen van de seismogene zone worden bepaald door de fysische processen die een rol spelen tijdens het verschuiven van breukgesteente, onder de hoge druk en temperatuur die heersen op diepte in de aardkorst. Hoewel sterk afhankelijk van de locatie op de planeet, ligt de bovengrens van de seismogene zone meestal op zo’n twee tot vier kilometer diepte en de ondergrens op zo’n vijftien tot twintig kilometer diepte. De zwaarste aardbevingen ontstaan nabij de ondergrens, waar de druk van het overliggende gesteente het grootste is. Ons onderzoek is erop gericht de eigenschappen van breukgesteenten onder de relevante condities van druk en temperatuur in kaart te brengen en de fysische processen die leiden tot het ontstaan van seismische breukverschuiving beter te begrijpen.

Lees het volledige artikel in het oktobernummer van het NTvN.