Onderzoekers veroorzaken opzettelijk aardbevingen diep in de Alpen, niet als een destructieve daad, maar als een nieuwe benadering om het gedrag van aardbevingen te begrijpen en voorspellingen te verbeteren. Het Fault Activation and Earthquake Rupture (FEAR)-project heeft tot doel de waarschuwingssignalen die de natuur geeft te identificeren voordat een aardbeving toeslaat, een cruciaal doel in de seismologie gezien de beperkingen in ons huidige begrip van de triggers van aardbevingen.
De uitdaging van het voorspellen van aardbevingen
Ondanks de vooruitgang op het gebied van de mondiale monitoring van breuklijnen blijven wetenschappers verbaasd over de directe oorzaken van aardbevingen. Een belangrijke vraag is waarom sommige breuken beperkt blijven tot korte segmenten van breuklijnen, terwijl andere zich kilometers ver uitstrekken, wat tot ernstiger vernietiging leidt. Momenteel kunnen geowetenschappers gebeurtenissen alleen analyseren nadat ze zich hebben voorgedaan, waardoor er een aanzienlijk gat ontstaat in ons vermogen om te anticiperen en risico’s te beperken. Zoals Domenico Giardini, hoogleraar seismologie en geodynamica aan de ETH Zürich, uitlegt: ‘Wat zijn de tekenen die de natuur ons vertelt? Ze worden steevast duidelijk na de aardbeving, niet ervoor, dus we proberen veel beter te begrijpen hoe we de tekenen moeten zien.’
Benutten van de kracht van de Alpen
Om deze uitdaging aan te gaan, maakt het FEAR-project gebruik van de unieke geologische omstandigheden van de Alpen. Gelegen op de grens van Zwitserland en Italië, bezitten deze torenhoge bergen een netwerk van diepgewortelde scheuren – een erfenis van miljoenen jaren van tektonische activiteit. De immense compressie van de bergen erboven veroorzaakt breuken in de rotsen, die zich 1 tot 2 kilometer onder het oppervlak voordoen.
Deze breuken ondergaan natuurlijk af en toe kleine uitglijders, waardoor kleine aardbevingen ontstaan. Door gebruik te maken van een reeds bestaande tunnel – oorspronkelijk gebouwd voor een spoorwegproject – voert het FEAR-project experimenten uit door water in de breuklijn te injecteren om de timing van aardbevingen te beheersen. “Ze zouden vroeg of laat in de geschiedenis van de Alpen hebben plaatsgevonden, maar wij zorgen ervoor dat ze volgende week plaatsvinden”, merkt Giardini op.
Een gecontroleerd experiment
Het proces weerspiegelt wat er gebeurt als olie- en gasbedrijven afvalwater injecteren in getroffen regio’s, zoals Oklahoma en Texas. Deze praktijk vermindert wrijving en vergemakkelijkt het breken van fouten. Het FEAR-project onderscheidt zich echter door de inzet van een dicht netwerk van seismometers en versnellingsmeters, direct op de breuklijn zelf. Hierdoor kunnen onderzoekers nauwkeurig meten hoe de breuk beweegt als reactie op de verminderde wrijving – een detailniveau dat in natuurlijke omgevingen niet haalbaar is.
Het team heeft al met succes honderdduizenden aardbevingen veroorzaakt, variërend tot magnitude nul. (De magnitudes van aardbevingen worden gemeten op een logaritmische schaal, waardoor het bestaan van zeer kleine aardbevingen met nul of zelfs negatieve magnitudes mogelijk is.)
Toekomstig onderzoek: temperatuur en omvang
Volgende week zullen onderzoekers warm water in de breuk introduceren om de impact van de temperatuur op de ontwikkeling van aardbevingen te beoordelen. Het project is van plan om in maart aardbevingen tot magnitude 1 te veroorzaken.
Het uiteindelijke doel is om een voorspelbaar verband te leggen tussen specifieke parameters en de omvang van de aardbeving. Als onderzoekers met succes aardbevingen van de gewenste omvang kunnen veroorzaken, zullen ze uiteindelijk in staat zijn fouten in de echte wereld te beoordelen, de noodzakelijke spanningen te berekenen om aardbevingen van verschillende omvang te veroorzaken, en hopelijk voorspellingen te verbeteren.
Implicaties voor de risicobeoordeling van aardbevingen
Giardini wijst op de verwoestende aardbeving van februari 2023 in Syrië en Turkije als voorbeeld van het potentiële voordeel van dit onderzoek. “We weten dat die breuk zich zal voortzetten naar het zuiden en naar het noorden. We willen proberen te begrijpen of de volgende aardbeving een 7, een 8 of een 8,5 zal zijn?”
Vroege bevindingen suggereren dat factoren zoals spanning in de rotsen rondom de breuk kritische indicatoren zijn. Onderzoekers krijgen ook inzicht in de manier waarop aardbevingen zich van de ene fout naar de andere voortplanten.
“We zien voorbeelden die we zelf ondergronds produceren en die heel erg lijken op wat er in de natuur gebeurt”, besluit Giardini.
De innovatieve aanpak van het FEAR-project biedt hoop op een toekomst waarin aardbevingen niet geheel onvoorspelbaar zijn en gemeenschappen zich beter kunnen voorbereiden op deze onvermijdelijke natuurlijke gebeurtenissen
