Tijdens het analyseren van sterke aardbevingsgegevens nabij breuklijnen ontdekte een onderzoeksteam van de Universiteit van Kyoto een voorheen onbekend aardbevingsfenomeen: wanneer de breukbeweging tussen tektonische platen plotseling stopt, treedt een effect op dat lijkt op een "geologische whiplash". De ontdekking komt voort uit golfvormen met een negatieve fase die de onderzoekers hebben waargenomen in seismische gegevens, een ongewoon patroon dat nooit werd verwacht bij bekende plaatactiviteit.
Uit het onderzoek bleek dat de grond nabij de breuklijn tijdens de aardbeving niet alleen in één richting bewoog, maar doorschoot: eerst in de ene richting en vervolgens kort en scherp terugkaatsend in de tegenovergestelde richting. Dit fenomeen is vergelijkbaar met de situatie waarin de carrosserie van de auto eerst naar voren kantelt als gevolg van traagheid tijdens een noodstop, en vervolgens naar achteren veert door de werking van het veersysteem, waardoor de passagiers naar de rugleuning worden geduwd. Het onderzoek is voortgekomen uit een bredere poging om gegevens over bijna-foutaardbevingen beter te begrijpen en deze te interpreteren in termen van bronprocessen, zegt Jesse Keels, de eerste auteur van het onderzoek.
Deze golfvormen met een negatieve fase kunnen verband houden met de mate van aardbevingsschade aan het oppervlak, vooral bij grote aardbevingen met stakings- en slipfouten, aangezien de onderzoekers opmerken dat het bijzonder moeilijk is om constructies zoals gebouwen te ontwerpen om dergelijke omgekeerde beweging te weerstaan. Een strike-slipfout is een verticaal of bijna verticaal breukvlak, en de rotsblokken aan beide zijden ervan bewegen voornamelijk in horizontale richting. In de Pacific Ring of Fire – die ongeveer 90% van de aardbevingen in de wereld veroorzaakt – kan het ‘vermalen’ of subductie van niet-vulkanische tektonische platen langs grenzen zoals de San Andreas Fault en de Queen Charlotte Fault leiden tot aanzienlijke strike-slip aardbevingen.
Het team combineerde waargenomen grondbewegingen met modelvoorspellingen, koppelde seismische versnellingen aan satellietgegevens en simuleerde vervolgens hoe zo'n grote aardbeving zou optreden als er een soort obstakel was dat plotseling stopte met bewegen. Met behulp van deze methode ontdekten ze dat negatieve fasegolven feitelijk verband houden met plaatbeweging die de grens bereikt en de grondbeweging stopt.
De onderzoekers vonden ook een verschil in het sterke ‘stopfasesignaal’ tussen plotselinge en langzame stops bij aardbevingen, waardoor nieuwe manieren werden geopend om te begrijpen hoe de fysica van dergelijke bewegingen de beweging boven het oppervlak beïnvloedt. Het stoppen van de fase "produceert lange, whiplash-achtige grondbewegingen", wat ingenieurs voor unieke uitdagingen stelt, legt het team uit. Net zoals bij het remmen van een auto geldt: hoe sneller de aardbeving stopt, hoe sterker het achterwaartse whiplash-effect ontstaat.
"We demonstreren systematische observaties van de stopfase van grondbewegingen in het nabije veld van grote aardbevingen", schreef het onderzoeksteam in de krant. "Een analyse van twaalf aardbevingen over de hele wereld laat zien dat voorbijgaande overschrijdingen van parallelle oppervlakteverplaatsingen een betrouwbaar diagnostisch kenmerk zijn van een plotselinge beëindiging van de voortplanting van breuken." De onderzoekers zijn nu van plan de reikwijdte van het onderzoek uit te breiden om het voorkomen van grote aardbevingen over de hele wereld te onderzoeken om de gedragskenmerken van aardbevingen tijdens de stopfase beter te begrijpen. Voor aardbevingen veroorzaakt door strike-slip-fouten is de omvang van cruciaal belang, en hun remkarakteristieken kunnen ons helpen ons beter te beschermen tegen de gevolgen ervan. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Science.