Toen de onbewoonde Zuidelijke Sandwicheilanden – een Brits overzees gebiedsdeel in de ijskoude wateren van de zuidelijke Atlantische Oceaan – werden getroffen door een mysterieuze reeks zeebevingen, waren wetenschappers overal ter wereld verbluft.
Eerst werd een schok van magnitude 7,5 onder de archipel geregistreerd, waarna de regio drie minuten later werd geschokt door een tweede zeebeving van magnitude 8,1.
Deze trillingen deden zich voor op 21 augustus 2021 en ze waren op zichzelf niet ongebruikelijk, aangezien de eilanden boven een plek liggen waar twee tektonische platen het met elkaar aan de stok hebben. Het vreemde was dat de aardschokken werden gevolgd door een tsunami die zó krachtig was dat hij op de verre kusten van zowel de Atlantische, Stille als Indische Oceaan aanspoelde. Hoewel de golven geen schade aanrichtten, was het de eerste tsunami sinds de catastrofale tsunami van 2004 die in drie verschillende oceanen werd geregistreerd.
Lees ook: Hoe een ‘vergeten’ tsunami 600 jaar geleden de geschiedenis veranderde
De historische walvisvaardersstations op Zuid-Georgia, zoals dit station in Grytviken, zijn allemaal verlaten, maar de British Antarctic Survey onderhoudt een onderzoeksstation bij King Edward Point. De Zuidelijke Sandwicheilanden zijn momenteel onbewoond. Op deze eilanden is geen meetstation aanwezig en op de zeebodem van de regio zijn geen seismometers geplaatst, waardoor het moeilijk is om de aard- en zeebevingen in de regio goed te bestuderen.
Hoewel bekend is dat bepaalde soorten aardschokken tsunami’s veroorzaken, wezen de aanvankelijke gegevens over de bevingen erop dat ze te diep waren om de zeebodem op te tillen en daarmee een enorm volume aan water in beweging te brengen. ‘Het was een groot mysterie en ook een grote uitdaging voor de wereld van de seismologie,’ zegt Zhe Jia, doctoraalstudent geofysica aan het California Institute of Technology.
Nadat Jia en zijn collega’s zich maandenlang over de raadselachtige bevingenreeks hebben gebogen, denken ze dat ze nu weten wat er precies is gebeurd. In een studie die deze maand in het tijdschrift Geophysical Research Letters is verschenen, komt het team tot de slotsom dat de schokken van die dag werden veroorzaakt door vijf grote breuken in de aardkorst, die binnen enkele minuten van elkaar door één zware aardbeving in beweging kwamen. En een van de breuken, die aanvankelijk in het overvolle seismische signaal verborgen was gebleven, was krachtig en ondiep genoeg om de verreikende tsunami te produceren.
Door de merkwaardige seismische gebeurtenis te bestuderen krijgen aardwetenschappers een beter inzicht in de wijze waarop aardbevingen tsunami’s voortbrengen. ‘We zijn erg afhankelijk van voorlopige seismische schattingen om te kunnen bepalen of een tsunami door een aardbeving is veroorzaakt,’ zegt Judith Hubbard, een structureel geologe van het Earth Observatory of Singapore die niet bij de nieuwe studie was betrokken. ‘Ik denk dat de gebeurtenis ons laat zien dat onze systemen voor het detecteren van tsunami’s niet goed genoeg zijn.’
De vreemde reeks aardbevingen deed onderzoekers eraan twijfelen of ze de interne werking van onze planeet ooit geheel zullen begrijpen. ‘Na verloop van tijd zien we meer en meer aardbevingen en ze lijken steeds vreemder en complexer te worden,’ zegt Stephen Hicks, een seismoloog van Imperial College London die niet bij de nieuwe studie was betrokken.
De kust van het afgelegen eiland Zuid-Georgia is bedekt met gletsjers. Toen zich in augustus 2021 in de buurt een zware zeebeving voordeed, ontstonden tsunami-golven die even later op de kusten rond de Atlantische, Stille en Indische Oceaan aanspoelden.
Zinkende schollen, stijgende verbazing
Diep onder de geïsoleerd liggende Zuidelijke Sandwicheilanden schuift de Zuid-Amerikaanse plaat met een snelheid van zeven centimeter per jaar onder de Zuidelijke Sandwich-plaat. Bij het schurende verloop van dit proces worden in de loop der tijd reusachtige spanningen opgebouwd, die af en toe worden ontladen in de vorm van aard- en zeebevingen, waaronder schokken die tsunami’s veroorzaken.
De zware golven die bij een tsunami uiteindelijk op een kust breken, ontstaan wanneer er een groot volume aan zeewater plotseling in beweging wordt gezet. In dit geval wordt ‘de tsunami geproduceerd door een vervorming van de zeebodem,’ zegt Hubbard. Maar een zeebeving moet ondiep genoeg zijn om zo’n zware tsunami te veroorzaken.
De zeebeving van magnitude 7,5 op 12 augustus vond plaats op een diepte van 46,6 kilometer, waardoor het ‘zeer onwaarschijnlijk is dat ze verantwoordelijk is geweest voor de wereldwijde tsunami die we veel later hebben waargenomen,’ zegt Jia. De zeebeving van magnitude 8,1 die kort daarna volgde, was met een diepte van 22,5 kilometer een iets waarschijnlijker kandidaat.
Maar het seismische signaal van deze laatste beving was ronduit chaotisch. De beide schokken deden zich in de buurt van elkaar en kort na elkaar voor. De meetgegevens deden een beetje denken aan een geluidsopname waarop de woorden van één iemand worden overstemd door het geschreeuw van iemand anders, waardoor er veel onduidelijke signalen ontstaan. Geautomatiseerde systemen die dit soort signalen moeten ‘lezen’, hadden grote moeite om duidelijke waarden voor de kracht, locatie en diepte van de tweede zeebeving te bepalen.
‘We wisten allemaal dat we iets over het hoofd zagen,’ zegt Jia.
Links: De Grytviken-kerk of Walvisvaarderskerk is een Noors-Anglicaanse kerk die in 1913 op Zuid-Georgia werd gebouwd.
Rechts: Op het eiland Zuid-Georgia ligt een gebarsten en leeg pinguïnei.
Sandwich van schokken
In de maanden erna wisten Jia en zijn team de chaotische kluwen van signalen van die dag steeds beter te ontrafelen. Ze verwijderden interferenties en konden in de chaos meerdere afzonderlijke breuken identificeren. Uiteindelijk kwamen ze tot de conclusie dat er niet sprake was van twee zware zeebevingen, maar van vijf afzonderlijke schokken, die zich allemaal binnen 260 seconden hadden voorgedaan.
‘Oppervlakkig gesproken was dit één zware zeebeving,’ zegt Hicks, zij het met een gecompliceerd verloop. ‘Bij de schok verschoof een enorm gedeelte van de subductiezone.’
De eerste twee schokken, beide van magnitude 7,2, duurden respectievelijk 23 en 19 seconden. Deze twee bevingen waren aanvankelijk aangezien voor de schok van magnitude 7,5. De laatste twee bevingen, respectievelijk van magnitude 7,6 en 7,7, waren eveneens van korte duur.
Maar de derde ontlading, precies tussen de andere vier schokken in, was uitzonderlijk. Met een magnitude 8,2 was het een extreem zware zeebeving, die verantwoordelijk was voor het grootste deel van de totale energie die bij deze vijfvoudige reeks vrijkwam. Het was ook een trage verschuiving, die 180 seconden in beslag nam. Daarom ook was het signaal ervan zo moeilijk te vinden: de aandacht van het team was niet op zulke trage seismische gegevens gericht.
De seismische golven die bij trage aardbevingen ontstaan, verschillen van de gebruikelijke golven die bij plotselinge, snelle aardschokken ontstaan. Jia kon beschikken over de meetgegevens die door een wereldwijd netwerk van seismografen waren opgevangen en bewerkte die met een ander filter, zodat hij naar veel tragere bevingen kon speuren. Zo kwam hij de zware maar trage zeebeving op het spoor, die nu duidelijk uit de signalen naar voren kwam.
Afgezien van het feit dat deze beving veel krachtiger was en ook veel langer duurde, vond ze op veel geringere diepte plaats, namelijk op niet meer dan 13,5 kilometer onder het aardoppervlak. Daardoor was ze heel goed in staat om een wereldwijde tsunami op gang te brengen.
Lees ook: 3600 jaar oude ‘tijdcapsule’ van tsunami biedt inzicht in een van de grootste rampen voor de mensheid
De koningspinguïn is de op één na grootste pinguïnsoort ter wereld. Op de foto is te zien dat de grote dieren zich bij tienduizenden tegelijk op Zuid-Georgia hebben verzameld. De dieren op dit eiland bevonden zich te ver van het epicentrum van de zeebeving van augustus 2021 af om de schokken ervan te voelen.
Globaal en vreemd
Aardschokken zijn zelden zo overzichtelijk als ze zich voordoen. Hun complexiteit bleek onder meer uit de Kaikōura-aardbeving, die zich in 2016 in Nieuw-Zeeland voordeed. Als een overdreven ingewikkelde en omslachtige contraptie binnenin de aardkorst ontvouwde deze aardbeving zich langs meer dan tien verschillende breukvlakken. Maar de puzzel die dat opleverde, was redelijk eenvoudig op te lossen.
‘Je hebt het in dat geval over breuken die tot aan de oppervlakte lopen,’ zegt Kasey Aderhold, seismologe van de Incorporated Research Institutions for Seismology die niet bij het nieuwe onderzoek was betrokken. ‘Bij die aardbeving kwamen al deze breuken in de aardkorst in beweging en kunnen we ze gewoon van bovenaf bestuderen.’
Zo niet bij de zeebeving van 2021 onder Zuidelijke Sandwicheilanden. ‘Je hebt te maken met een diepe beving onder de zeebodem, en dat in een behoorlijk afgelegen gebied. Je kunt ze niet bestuderen en eromheen lopen,’ zegt Aderhold. In de regio is geen geofysisch meetstation aanwezig, noch zijn er seismometers die op de zeebodem naar het geknars van de subductiezone luisteren.
Alleen dankzij het Global Seismographic Network, een wereldomspannend en voor alle wetenschappers toegankelijk netwerk van 152 seismometers dat gezamenlijk door de US Geological Survey en de National Science Foundation wordt beheerd, wisten de onderzoekers dit geologische raadsel te ontcijferen. ‘Het netwerk is heel erg belangrijk,’ zegt Jia. Zonder de vele stations van het stelsel, die het seismische gerommel van verre aardbevingen oppikken, zouden merkwaardige fenomenen als deze niet ontcijferd kunnen worden.
Zoals bij veel samengestelde aardschokken blijven sommige vragen nog onbeantwoord. Het was waarschijnlijk de schok van magnitude 8,2 die de tsunami veroorzaakte, maar het hoe en waarom is nog niet duidelijk.
‘Veel tsunami’s worden door onderzeese aardverschuivingen veroorzaakt, die op hun beurt door zeebevingen kunnen worden voortgebracht,’ zegt Robert Larter, marien geofysicus van de British Antarctic Survey. ‘Persoonlijk vraag ik me af of dat hier ook het geval is geweest.’ De enige manier om dat te checken zou een kijkje op de zeebodem zijn – misschien met behulp van een schip met sonarapparatuur of met op afstand bestuurbare onderzeeërs – om de huidige staat van de zeebodem te vergelijken met oudere bathymetrische kaarten.
Geologen vragen zich ook af of de subductiezone onder de Zuidelijke Sandwicheilanden nog meer zware aard- en zeebevingen zou kunnen voortbrengen. De breuk van vorig jaar strekte zich over een groot gebied uit en was krachtig. ‘Betekent dit dat hier de komende, zeg vijfhonderd of duizend jaar geen zware aardbevingen meer zullen voorkomen?’ vraagt Hicks zich af. Door het gebrek aan instrumenten ter plekke is ‘die vraag zeer moeilijk te beantwoorden,’ zegt hij.
Het goede nieuws is dat de ontdekking van deze vijfvoudige zeebeving andere wetenschappers in de toekomst zal helpen bij het herkennen en interpreteren van soortgelijke processen. ‘Het biedt ons de gelegenheid om deze langzaam verlopende breuken in de seismische signalen te ontwaren. En daardoor kunnen we sneller en nauwkeuriger waarschuwingen doen uitgaan,’ zegt Hubbard.
Het slechte nieuws is dat dit niet de laatste keer zal zijn dat een aardbeving wetenschappers voor raadsels zal stellen en hun pogingen om de meer verwoestende gevolgen ervan te voorspellen zal frustreren. In de woorden van Larter: ‘De natuur is vol verrassingen.’
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op nationalgeographic.com
