Samenvatting voor de leek (Summary in Dutch)

Samenvatting voor de leek
(Summary in Dutch)
De aarde heeft een koude, mechanisch sterke schil genaamd de lithosfeer (het griekse
lithos
betekend steen). De lithosfeer is ongeveer 100km dik en beslaat de korst en het
bovenste deel van de mantel. Hij is het dunst in de oceanische gebieden en dikker onder continenten. Gezien op geologische tijdschaal, dat wil zeggen miljoenen jaren en
niet seconden, drijft deze schil op een stromende massa genaamd de asthenosfeer (het
griekse asthenia betekend zwak).
De lithosfeer is verdeeld in een klein aantal bijna
rigide (starre) platen die ten opzichte van elkaar bewegen. De meeste deformatie op
aarde, zoals gebergtevorming, vindt plaats langs de randen van deze platen. We onderscheiden 3 soorten plaatgrenzen: divergente grenzen, waar platen uit elkaar drijven
en nieuwe korst wordt gegenereerd. Dit zijn de zogenaamde mid-oceanische ruggen.
Convergente plaatgrenzen waarbij de korst wordt geconsumeerd door de aarde. Hier
schuift een van de twee platen onder de andere; een proces dat subductie wordt genoemd en o.a. bij Japan optreedt. Tenslotte zijn er nog plaatgrenzen waar platen langs
elkaar schuiven: de transform breuken, zoals de San Andreas breuk in California.
Er zijn verschillende geodetische methoden om de coördinaten van een punt op
aarde te bepalen. Een van de bekendste systemen is het Global Positioning System
(GPS) welke is ontwikkeld om de plaats van een ontvanger op aarde nauwkeurig te
bepalen. Dit systeem bestaat uit 24 satelieten die in een vaste baan om de aarde draaien.
Door de afstand van een ontvanger op aarde naar een aantal satelieten te berekenen, kun
je de coördinaten van deze locatie bepalen. De wetenschap heeft de nauwkeurigheid
van deze plaatsbepalingen weten terug te brengen tot enkele milimeters. Door over
een aantal jaren de positie van een vast punt op het aardoppervlak te bepalen, is het
mogelijk om de gemiddelde verplaatsing van dat punt gedurende die jaren te berekenen.
Deze verplaatsingen, die een direct gevolg zijn van de beweging van de plaat waarop
dat punt ligt en de interactie van deze plaat met zijn aangrenzende platen, vormen het
uitgangspunt voor mijn onderzoek.
In een eerder onderzoek hebben Marleen Nyst en Wim Spakman een methode
ontwikkeld die een mathematische relatie legt tussen de bovengenoemde verplaatsingen en het snelheidsgradiëntveld in de platen en de breukbewegingen die langs de
plaatgrenzen optreden. Dit snelheidsgradiëntveld en de breukbewegingen beschrijven
gezamenlijk het oppervlaktedeformatieveld en vormen een kinematische randvoor-
gradiënt: grootheid die de richting bepaald waarin een andere grootheid het sterkst veranderd en die
een maat voor die verandering is. In ons geval leggen we de richting vast en geven een continue
tevens
van de verandering van de snelheid in deze richting.
representatie
De kinematica beschrijft de leer van de bewegingen. De kinematica is een onderdeel van de dynam-
159
160
Samenvatting
waarde voor de dynamische processen, zoals subductie en gebergtevorming, die eraan
ten grondslag liggen en bevatten belangrijke informatie voor aardbevings risico analy-
ses. Daarnaast kan het oppervlaktedeformatieveld ten gevolge van een aardbeving belangrijke informatie verschaffen over de complexiteit van deze aardbeving. Derhalve
heb ik gedurende mijn promotie deze methode toegepast op een drietal situaties: het
interseismische (gemeten tussen grote aardbevingen) deformatieveld van Taiwan, de
zuidwestelijke Verenigde Staten en het co-seismische (tijdens een aardbeving) deformatieveld van de Izmit aardbeving van 17 augustus 1999 in Turkije, met het doel om
deze informatie af te leiden en te interpreteren.
In het zuidwesten van de Verenigde Staten zorgt de interactie tussen de Pacifische en Noord-Amerikaanse plaat voor een brede en gevarieerde deformatie zone. Het
oppervlakte deformatieveld wordt gedomineerd door het langs elkaar schuiven van de
twee platen langs de San Andreas breuk. De ”Transverse Ranges” (zie figuur 2.1) accommoderen een 160 km ”left-step” van de San Andreas breuk, hetgeen resulteerd in
significante contractie (samentrekking) in deze regio. Het model laat duidelijk zien dat
de San Jacinto en de San Andreas breuken samen één breukzone vormen, waarbinnen
rotatiesnelheden met de klok mee domineren. Een belangrijke observatie in het model
is de asymmetrie van het deformatieveld rond de San Andreas breuk tussen de ”Transverse Ranges” en de splitsing van de San Andreas breuk met de Calaveras breuk net
ten zuiden van San Fransisco. Hier localiseert de deformatie zich aan de oostkant van
de breuk. Deze asymmetrie kan worden gecorreleerd met een rigiditeits (starheids,
hardheids) contrast tussen het gesteente aan de oost- en die aan de westkant van de
breuk, waarbij localisatie van deformatie optreedt aan de zwakke kant van de breuk.
Verder is het oppervlakte deformatieveld gebruikt voor een risicoanalyse voor het gebied. Hieruit blijkt duidelijk dat die gebieden waar de afgelopen 20 jaar significante
aardbevingen hebben plaatsgevonden meer spanning hebben gerelaxeerd dan dat er in
deze 20 jaar weer is opgebouwd. Vooral in de westelijke ”Transverse Ranges” en ”Mo) het grootste deel van de
jave Desert” hebben de laatste grote aardbevingen (
opgebouwde spanning gerelaxeerd en daarmee het risico op een nieuwe grote aardbeving in de nabije toekomst sterk gereduceerd. Echter in het gebied van de asymmetrie is
genoeg spanning opgebouwd voor een magnitude 6,1-6,3 beving. Een aardbeving met
overeenkomstige magnitude is mogelijk rond de baai van San Fransisco, langs de San
Andreas breuk net ten noorden van de Big Bend en langs de zuidelijke San Andreas en
Imperial Valley breuken. In de regio van San Francisco, langs de Calaveras en Hayward breuken, is er ook een verhoogde micro-seismiciteit, hetgeen een extra indicatie
is voor het mogelijk optreden van een significante aardbeving (magnitude groter dan
6,0) in de nabije toekomst.
!#"%$'& ( )
*
+
ica (krachtenleer of leer van de bewegingsverschijnselen) en is een studie die zich bezig houdt met de
, beschrijving
van de bewegingen van een lichaam zonder hierbij de oorzaak van de beweging te betrekken.
- zich aanpassen,
zich schikken
. onderling samenhangen
161
In Taiwan is het verkregen oppervlakte deformatieveld gecombineerd met andere
soorten
geofysische data en modellen die informatie verschaffen over de diepere lithos/feer. Deze
combinatie heeft geleid tot een eenduidig model van de huidige tektonische0
situatie. Taiwan is gelocaliseerd boven een zeer gecompliceerde plaatgrens. Ten noordoosten
van Taiwan schuift de Filipijnse plaat onder Eurasie (zie figuur 3.1), ter-
wijl ten zuiden van het eiland de Eurasische plaat onder de Filipijnse plaat verdwijnt.
De overgang tussen deze twee subductie zones wordt gekenmerkt door een oblique
(schuine,sche
ve) collisie tussen de twee platen, hetgeen gebergtevorming en het eiland
tot gevolg heeft gehad. Het model laat zien dat deze botsing nog steeds een
Taiwan
dominante rol speelt in de deformatie in centraal en zuid Taiwan. Als direct gevolg van
1hiervan probeert de bovenste sedimentaire laag van de korst in zuid Taiwan naar het
zuiden toe uit te wijken. In centraal Taiwan wordt een stuk korst langs breuken naar
bo
ven geduwd, waardoor het gebergte hier sterk groeit in hoogte. Door de obliquiteit
van de collisie verplaatst deze zich gestaag zuidwaarts.
noorden van Taiwan
1heeft de botsing dan ook zijn belangrijkste invloed gehadIn enhetvindt
afbraak van het
gebergte plaats. Ten oosten van Taiwan is komen vast te staan dat de subductie van de
plaat onder Eurasie een bocht maakt en tegenwoordig ook in noordoostelijke
2Filipijnse
richting onder Taiwan schuift. Deze nieuwe subductie zone breidt zich langzaam naar
1het zuiden uit en kan een groot risico op aardbevingen met zich meebrengen.
3Het co-seismische deformatieveld van een aardbeving kan belangrijke informatie
verschaffen over de bronprocessen van een aardbeving, de structuur van de korst en
de relaxatie van de korst. Bij de analyse van een co-seismisch deformatieveld speelt
van breukbewegingen in het oppervlaktedeformatieveld een belangri jkdeeimplementatie
rol. Doordat de methode die wordt gebruikt de eerste is die voor beide parameters
tegelijkertijd kan oplossen is dit het eerste kinematisch model voor een coseismisch oppervlaktedeformatieveld. De studie is gebaseerd op data van de Izmit, Turkije aarbeving. Voor ons model baseren we ons op de GPS data, maar ook op een andere satelietobservatie genaamd InSAR. Dit is een radartechniek waarmee continue beelden worden
gemaakt van de deformatie aan het aardoppervlak. Deze techniek baseerd zich op het
verschil tussen twee beelden, die op verschillende tijdstippen door dezelfde sateliet
zijn genomen. Dankzij de combinatie van deze twee soorten data was het mogelijk
om een deel van de deformatie op de breuk te localiseren in plaats van uit te smeren
over een zone rond de breuk. Hierdoor is een redelijk goede overeenkomst verkregen tussen het model en de breukbewegingen die aan het aardoppervlak zijn gemeten.
4Uit het model kan worden afgeleidt dat het mechanisme van de hoofdbeving uit twee
fasen heeft bestaan. In de eerste fase heeft slip5 zich over de breuk ten westen van
1het
voortgeplant, terwijl slip naar het oosten werd tegengehouden door een
bochtepicentrum
in de breukgeometrie. Pas na 5-7,5 seconden was het mogelijk om ook slip naar
6 tektoniek: bouw, opbouw van de aardlagen
7 Het langs elkaar bewegen van twee blokken langs een breukvlak (vergelijk met het laten slippen van
de koppeling, waarbij de twee koppelingsplaten niet goed in elkaar grijpen en langs elkaar heen bewegen).
162
Samenvatting
Hierdoor is er een grote asymmetrie in het verplaatsingsveld
het oosten te initiëren.
ontstaan.
Daarnaast kan worden afgeleidt dat er naast de hoofdbeving nog zeker twee
secundaire bevingen hebben plaatsgevonden, namelijk een ongeveer 30 km ten westen
van Izmit bij Hersek en een ongeveer 70 km ten oosten van Izmit bij de Akyazi Gap.
Tenslotte wordt nog gekeken naar de hoeveelheid spanning die door deze aardbeving
gerelax
eerd werd. Hieruit blijkt dat deze grote beving bijna alle spanning, die sinds de
laatste grote
in 1719 was opgebouwd, heeft gerelaxeerd.
8Bij mijn beving
onderzoek naar het oppervlaktedeformatieveld ten gevolge van de Izmit
aardbeving wilde ik ook een link leggen met de methode die de ruimtelijke verdeling
van slip op het breukoppervlak in kaart brengt. Deze methode is echter gebaseerd op
de aanname dat het verplaatsingsveld aan het aardoppervlak dat dient als data (bv. GPS
data) symmetrisch is over de breuk. De analyse liet echter duidelijk zien dat dit voor de
aardbeving duidelijk niet het geval was. Daarnaast bleek dat de modellen gemaakt
Izmit
met deze methode een lage resolutie hadden. Dit houdt in dat de data de verdeling
van de slip niet kan localiseren, maar uitspreidt over een groter gebied.
Aangezien
niemand hier tot nu toe aandacht aan had besteed, heb ik een analyse gemaakt van de
daadwerkelijke resolutie van deze modellen. Ik ben daarbij tot de conclusie gekomen
dat oppervlaktedata, zoals alle geodetische observaties, weinig informatie bevatten over
de verdeling van slip op dieptes groter dan 10 km.