Je zou denken dat we de bodem van de Middellandse Zee wel helemaal in kaart hebben gebracht, maar een aardbeving in 2010 zorgde voor een verrassende ontdekking: een omgevallen oceanische plaat bij de Straat van Gibraltar.
Dat verdient enige uitleg: in 2010 was er een aardbeving op grote diepte in Spanje, die vreemde seismische golven veroorzaakte. Hoewel het eerst een raadsel was voor onderzoekers is nu duidelijk geworden dat die golven ontstonden door een plaat, die onder een andere oceanische plaat is geschoven en is omgedraaid. Het water dat bovenop de plaat lag, is zo dus ook eronder terechtgekomen. Het verschijnsel waarbij een oceanische plaat onder een andere plaat wegduikt, wordt subductie genoemd.
Zeldzaam diepe aardbeving
Iets dergelijks is ook in het westelijke gedeelte van de Middellandse Zee gebeurd. De ontdekking helpt om de complexe tektonische structuur in dit deel van de zee beter in beeld te krijgen. Ook werpt de studie licht op de mechanismen achter zeldzame aardbevingen in Zuid-Spanje die plaatsvinden op meer dan 600 kilometer diepte.
Zo was er dus die aardbeving in april 2010, diep onder Granada en met een kracht van 6.3 op de schaal van Richter. De seismische golven die de beving veroorzaakte werden geregistreerd door een groot aantal meetstations in Spanje en Marokko als onderdeel van het Program to Investigate Convective Alboran Sea System Overturn (PICASSO).
Codagolven en de extra P-golffase
Wat opviel was dat de codagolven van de beving, de trage resttrillingen aan het eind van het seismogram, ongebruikelijk lang duurden, zo registreerden de Marokkaanse meetstations. Na een aardbeving trilt de grond soms nog minuten lang na op een lage frequentie. Dit wordt een seismisch coda genoemd. Er waren ook tekenen van een late, extra P-golffase, bovenop de normale P-golven, die in Spanje werden gedetecteerd. P-golven of primaire golven zijn de eerste zichtbare golven op een seismogram. Ze hebben een snelheid van ongeveer 6 kilometer per seconde en bewegen in dezelfde richting als ze zich voortplanten, zoals geluidsgolven.
‘In het begin hadden we helemaal niet als doel om de diepe aardbevingsmechanismen beter te begrijpen, omdat eerdere studies daar al uitgebreid naar gekeken hadden. Onze bedoeling was vooral om de verschillende golven in kaart te brengen, omdat daar nog zoveel van te leren valt als je de tijd neemt om ze van dichtbij te bekijken”, legt onderzoeker Daoyuan Sun van de University of Science and Technology of China uit. “Tijdens ons onderzoek, stuitten we echter op deze vreemde golven, inclusief de lange coda en de extra P-fase.”
De low velocity zone
De onderzoekers concludeerden dat de lange coda en de extra P-golffase het beste konden worden verklaard door een zogenoemde lagesnelheidslaag in de aardmantel. Deze low velocity zone (LVZ) is het stuk in het bovenste gedeelte van de mantel waarin seismische golven traag bewegen. De golven worden afgeremd en geabsorbeerd. Het is meestal een indicatie dat ze door gesmolten of vloeibaar materiaal zijn gegaan.
De onderzeese aardplaten bevatten vaak zo’n laag op hun oppervlak vanwege het water dat ze hebben meegenomen de aardmantel in. “Door de seismische golven gedetailleerd te modelleren konden we een beeld maken van de lagesnelheidslaag onder de plaat die naar het noordoosten zakte, in tegenstelling tot een normale onderzeese plaat met een lagesnelheidslaag op het oppervlak”, vertelt Sun. “Dit vreemde verschijnsel tussen de plaat en de lagesnelheidslaag wijst erop dat de plaat is omgevallen.”
Omgevallen plaat
Het is voor het eerst dat een studie concludeert dat de plaat is omgeklapt en niet bijvoorbeeld verticaal staat. De low velocity zone (LVZ) verklaart mogelijk ook de diepe aardbevingen in Spanje, zeggen de onderzoekers, omdat die wijst op de aanwezigheid van waterhoudende magnesiumsilicaten die water op een diepte van 600 kilometer brengen. Als deze silicaten uitdrogen, kunnen ze breekbaarder worden op een manier die kan leiden tot diepe aardbevingen.
De aanwezigheid van deze waterhoudende silicaten kan seismologen ook iets vertellen over de snelheid waarmee de plaat onderwater belandde. De waterhoudende magnesiumsilicaten duiden erop dat er “een grote hoeveelheid water naar de manteltransitiezone is getransporteerd, wat wijst op een relatief koude plaat”, stelt Sun. De manteltransitiezone vormt de scheiding tussen de bovenmantel en de ondermantel op 410 tot 670 kilometer diepte.
Redelijke ondergrens
“Gezien de relatief jonge leeftijd van de zeebodem in het westelijke Middellandse Zeegebied, moet de snelheid van de verzakking van de plaat behoorlijk hoog zijn, wil de plaat koel blijven, denk aan een snelheid van ongeveer 70 millimeter per jaar”, zegt hij. “Met andere woorden, we denken dat onze studie een redelijke ondergrens zou kunnen bieden voor de snelheid van subductie in deze regio.”
De onderzoekers denken dat het ook interessant is om op andere plaatsen de seismische golven te onderzoeken die door diepe aardbevingen worden veroorzaakt, zoals in Noordoost-China, Zuid-Amerika en in de buurt van Fiji, omdat daar mogelijk dezelfde mechanismen aan het werk zijn. Maar daarvoor moeten er wel een groot aantal meetstations zijn vlak bij de aardbevingen, zoals toevalligerwijs het geval was bij de Spaanse beving in 2010.
