2018, het jaar van de aardbeving

2018 moet nog beginnen en het werd onlangs in de media al uitgeroepen tot het jaar van de aardbeving. Blijkbaar niet in het vooruitzicht van het uitkomen van mijn boek over aardbevingen, maar omdat geologen blijkbaar verwachten dat 2018 een rampenjaar wordt door een ‘forse' toename van het aantal zware aardbevingen. Maar is dat zo?

Naar aanleiding van onderzoek van Bendick & Bilham, gepubliceerd in Geophysical Research Letters, dringt de vraag zich inderdaad op of 2018 het jaar van de aardbeving wordt, gekenmerkt door een 'forse' (!) toename van het aantal zware (>M7.0) aardbevingen (Aarde draait trager: wetenschap verwacht meer zware aardbevingen, De Morgen, 17 november 2017). Daarbij komt nog dat 2017 (tot op heden althans) een opmerkelijk rustig aardbevingsjaar blijkt te zijn, met ‘slechts’ 7 zware aardbevingen (langjarig gemiddelde is 15±5).

Weerom sensationele berichtgeving die voortspruit uit wetenschappelijk onderzoek. Het spijtige aan de zaak is nu wel dat eigenlijk een van de auteurs van het wetenschappelijk onderzoek, Roger Bilham, hieraan zelf schuld heeft (“Upsurge in big earthquakes predicted for 2018 as Earth rotation slows“, The Guardian, 18 november 2017)Zodanig zelfs dat de andere auteur, Rebecca Bendick, enkele dagen later het hele verhaal tracht terug te brengen tot zijn ware proporties (The real science behind the unreal predictions of major earthquakes in 2018, The Washington Post, 21 november 2017). En door al die sensatiezucht gaat men voorbij aan de echte – uiterst interessante – conclusies van het wetenschappelijk onderzoek, gepubliceerd in Geophysical Research Letters (Bendick, R. & Bilham, R. 2017. Do weak global stresses synchronize earthquakes? – DOI: 10.1002/2017GL074934). Heeft geen enkele wetenschapsjournalist zich dan de moeite getroost om het artikel zelf eens ter hand te nemen?

Slingeruurwerken van Huygens

Als je een veelheid van oscillatoren hebt, dan blijken deze de neiging te hebben om in fase te gaan oscilleren. Er treedt synchronisatie op. Deze synchronisatie is het resultaat van uiterst zwakke – nauwelijks detecteerbare – krachten die de verschillende oscillatoren aan elkaar koppelen. In 1665 nam Christiaan Huygens dit fenomeen al waar. Slingeruurwerken die naast elkaar aan de muur hangen, beginnen onheroepelijk na een tijdje synchroon te tikken. Dit principe wordt ook mooi geïllustreerd in dit filmpje waarin metronomen synchroniseren.

De aardbevingscyclus heeft nu eigenlijk alle kenmerken van een oscillator, bestaande uit een cyclische opeenvolging van interseismische periodes van spanningsopbouw en coseismische momenten van spanningsvrijgave. En dat is nu net wat Bendick & Bilham aantonen in hun wetenschappelijk onderzoek, namelijk dat zware (>M7.0) aardbevingen wereldwijd zich net zo gedragen als de slingeruurwerken van Huygens.

Synchroondansen

Een doorgedreven toegepast-wiskundige analyse van de historische aardbevingscatalogus voor de laatste honderd jaar legt bloot dat wereldwijd het voorkomen van zware aardbevingen niet willekeurig verdeeld is in de tijd. Dit geldt in het bijzonder voor zware aardbevingen die zich voordoen op breuksystemen met een ‘oplaadtijd’ van 20 tot 70 jaar. Deze oplaadtijd is de tijd die nodig is om het breuksysteem na een zware aardbeving terug onder kritische spanning te brengen zodat opnieuw een zware aardbeving mogelijk wordt. Dergelijke breuksystemen, met een oplaadtijd van grosso modo 50 jaar, vinden we enkel terug in de seismisch meest actieve gebieden, nauw verbonden aan de tektonische plaatgrenzen.

Nu blijkt dat zware aardbevingen gerelateerd met deze klasse van breuksystemen wereldwijd gesynchroniseerd voorkomen, net als de slingeruurwerken van Huygens. Dit gesynchroniseerd gedrag drukt zich uit in cyclische fluctuaties in het aantal zware aardbevingen over periodes van ongeveer 25 jaar (± 10 jaar).

Uiterst kleine spanningsveranderingen in de aardkorst moeten verantwoordelijk zijn voor de zwakke mechanische koppeling tussen al die breuksystemen wereldwijd, die uiteindelijk moet leiden tot het gesynchroniseerde gedrag. Die subtiele spanningsveranderingen zorgen ervoor dat aardbevingen zich ofwel iets vroeger ofwel iets later voordoen. Hierdoor ontstaan de fluctuaties in het aantal zware aardbevingen. Tijdens piekperiodes komen ongeveer 15% meer zware aardbevingen voor dan gemiddeld. Concreet betekent dit dat tijdens piekperiodes 2 à 3 (maar uitzonderlijk tot meer dan 8) extra zware aardbevingen per jaar te verwachten zijn bovenop het langjarige gemiddelde van 15 (± 5) per jaar Nu toch niet echt die ‘forse’ toename zoals in de media gemeld werd!

Rotatie van de Aarde

Bendick & Bilham zien nu een opmerkelijke overeenkomst tussen de fluctuaties van het aantal zware aardbevingen en de cyclische fluctuaties in de rotatiesnelheid van de Aarde. De fluctuaties in rotatiesnelheid doen zich voor in periodes van ongeveer 30 jaar, vergelijkbaar met fluctuaties van de gesynchroniseerde zware aardbevingen.

Fluctuaties in aantal zware aardbevingen versus fluctuaties in versnelling van aardrotatie (bron: temblor, 22 november 2017).

Nu blijken de periodes van trage rotatiesnelheid – dus eigenlijk van langere dagen (al mogen we niet vergeten dat we hier over microseconden spreken) – overeen te komen met de piekperiodes van gesynchroniseerde zware aardbevingen. Opvallend is dat deze periode voorafgegaan wordt door een periode van 5 à 6 jaar waarin de rotatie van de Aarde geleidelijk vertraagt. Sinds 2011 heeft zo’n vertraging zich ingezet, wat de auteurs doen suggereren dat we aan de vooravond staan van een periode van minstens 5 jaar, gekenmerkt door een hoger aantal gesynchroniseerde zware aardbevingen.  

De kleine variatie in rotatiesnelheid wordt geacht verantwoordelijk te zijn voor de uiterst kleine spanningsvariatie in de aardkorst die zorgt voor de zwakke mechanische koppeling van de gesynchroniseerde breuksystemen. Variatie in rotatiesnelheid zorgt immers voor kleine variatie in de afplatting van de Aardse omwentelingsellipsoïde, voldoende groot (grootteorde van enkele millimeters) om in het evenaarsgebied kleine spanningsvariaties op te wekken. Vandaar dat vooral breuksystemen in het evenaarsgebied gevoelig zijn voor het gesynchroniseerde aardbevingsgedrag.

Jaar van de aardbeving?

Wordt 2018 nu het jaar van de aardbeving? Staat ons een aardbevingsapocalyps te wachten? Als het model van Bendick & Bilham correct is, staan we inderdaad aan de vooravond van een piekperiode van gesynchroniseerde zware aardbevingen (“Can changes in Earth’s rotation be used to forecast earthquakes?“, temblor, 22 november 2017). Dit zou betekenen dat de komende 5 jaar de kans op een zware aardbeving iets groter zou zijn dan ‘normaal’. Die verhoogde aardbevingsdreiging doet zich echter vooral voor in gebieden die al uiterst gevoelig zijn voor aardbevingen – en dus ook het best voorbereid zijn op aardbevingen. De toegenomen aardbevingsdreiging hoeft dan ook niet tot rampspoed te leiden.

Los van de mogelijke causale link met de fluctuaties in de rotatiesnelheid van de aarde, is de belangrijkste conclusie van deze studie dat de kans op zware aardbevingen wereldwijd weldegelijk tijdsafhankelijk is, en dus niet willekeurig. Dit betekent eigenlijk concreet dat als een zware aardbeving gerelateerd met de specifieke klasse van breuksystemen (met een oplaadtijd van ongeveer 50 jaar), zich voordoet, de kans groot is dat een gelijkaardige zware aardbeving zich elder voordoet. Zij zijn immers wereldwijd gesynchroniseerd. Verder reikt de voorspellende kracht van het gesynchroniseerde voorkomen van zware aardbevingen niet!

Of 2018 het jaar van de aardbeving wordt, zullen we ten vroegste binnen een jaartje kunnen vaststellen. En wie weet, misschien wordt eerder 2019 of 2020 het jaar van de aardbeving. Of miscchien gebeurt er de komende jaren gewoon niets bijzonders op het aardbevingsfront … aleen de tijd zal het leren.