Ritssluiting van Turkije hapert

Komt deze passage uit een krantenartikel van twee weken geleden, over de aardbeving die in de vroege morgen van 17 augustus de omgeving van Izmit trof? In werkelijkheid dateert de tekst uit de vierde eeuw. 'Journalist' Ammianus Marcellinus beschrijft de aardbeving in het jaar 358 in Nicomedia, de oude naam van Izmit. De welvarende stad was in die tijd zelfs af en toe de keizerlijke residentie, omdat het Romeinse Rijk gesplitst was in een oostelijk en een westelijk deel.

De aardschok uit 358 is niet de eerste die bekend is. Ook op 24 november van het jaar 29 beefde de bodem van Bithynië. Dat is de oude naam voor de streek in Noordwest-Turkije ten oosten van Istanbul, dat toen nog Constantinopel heette. Al in de eerste eeuwen van de jaartelling leerde de bevolking leven met aardbevingen. Op de eerste verdieping van de in 537 voltooide kathedraal van Constantinopel, de wereldberoemde Hagia Sofia, zijn in diverse muren glasplaatjes gemetseld, die in het midden flinterdun zijn. Blijft het gebouw gespaard bij een aardbeving, dan is direct duidelijk welke muren onder spanning staan, omdat daar de glasplaatjes gebroken zijn.

Repeterende breuk
Wie de geschiedenis van de omgeving van Izmit beziet, kan de gedachte aan een repeterende breuk niet onderdrukken. Sinds het jaar 29 zijn er zeventien zware bevingen bekend, waarbij de stad regelmatig volledig verwoest werd.

Wat beweegt de aarde, daar langs de noordrand van Turkije? Het is lastig om meer te weten te komen over het binnenste van de aardbol. Onderzoek in grotten, mijnen en boorschachten helpt daar weinig bij, verhoudingsgewijs is dat hetzelfde als de schil van een appel halen om te zien hoeveel pitjes erin zitten. De wetenschappers prikken slechts in het buitenste laagje van de aardkorst, die zo'n 50 tot 150 kilometer dik is, terwijl de aarde een doorsnee heeft van 12.757 kilometer.

„Geloof me of niet, het had veel erger kunnen zijn”, zegt aardbevingsdeskundige dr. Tom Holzer van het USGS. Samen met tien andere Amerikaanse onderzoekers arriveerde hij in het rampgebied op de vrijdag na de aardbeving, die zich vandaag twee weken geleden voordeed. Vanuit het chique Hyatt Regency Hotel in Istanbul geeft hij, vlak voor zijn vertrek, een voorlopig verslag van de resultaten. Onderzoek van de aardbol is ook lastig omdat met de diepte de temperatuur toeneemt, vanwege de hoge druk. Volgens berekeningen bedraagt de temperatuur 50 kilometer onder de grond zo'n 800 graden Celsius. Geen wonder dat in de dieper liggende lagen het gesteente veel zachter is en zelfs vloeibaar. Wetenschappers zien dat aan de golven die na een beving door de aarde gaan; het patroon van de golf verloopt door een vloeistof anders dan door vast gesteente.

Soep
Volgens deze algemeen aanvaarde theorie bestaat de aardkorst uit een aantal grote platen die als vlotten drijven op een warme, dikke soep. Net als in een pan die op het vuur staat, zorgt de hete kern van de aarde voor stromingen in de zachte bovenliggende lagen, waardoor de 'drijvende vlotten' in beweging blijven. Af en toe borrelt tussen de lagen iets van de 'soep' omhoog, als bij een vulkaanuitbarsting het vloeibare gesteente over de aarde stroomt.

De platen bewegen langzaam maar zeker. Zo schuift de Afrikaanse plaat met een snelheid van 1 centimeter per jaar naar het noorden, om op de bodem van de Middellandse Zee ten zuiden van Kreta langzaam onder de Euraziatische plaat te duiken.

In het noorden van Turkije gebeurt iets dergelijks. De Anatoliaplaat, waar Centraal-Turkije op ligt, glijdt met een snelheid van 2,4 centimeter per jaar in westelijke richting langs de vrijwel stilstaande Aziatische plaat, waar Rusland en de Zwarte Zee op liggen. De scheiding tussen die platen is de zogenaamde noordelijke Anatoliabreuk, ongeveer 50 tot 100 kilometer vanaf de kust van de Zwarte Zee, met een totale lengte van zo'n 1100 kilometer.

Dat 'glijden' van de platen verloopt meestal niet zo gesmeerd. Het gesteente waaruit de rotsbodem is opgebouwd, lijkt keihard maar is tot op zekere hoogte elastisch. Terwijl Zuid-Turkije continu verschuift, is op de plaats van de breuklijn niets te zien. Ondergronds hoopt de spanning zich echter op. Totdat plotseling in het zwakste deel van het vervormde gesteente een verschuiving optreedt: de bodem springt als het ware terug langs het breukvlak. Daardoor neemt de spanning in het gesteente flink af.

Het verspringen van de bodem is aan de oppervlakte goed te zien, want een weg of spoorlijn die dwars over de breuk heen loopt, vertoont een haarspeldbocht en loopt een paar meter verderop weer in de oorspronkelijke richting verder. Iets dergelijks gebeurde ook bij de recente beving, twee weken geleden. De grootste aardverschuiving had plaats bij het meer van Sapanca, iets ten oosten van Izmit: 4,9 meter. De breuklijn heeft een totale lengte van 110 kilometer en de gemiddelde verschuiving is 2,5 meter.

Zo'n verschuiving treedt niet alleen op aan de oppervlakte, maar langs een breukvlak dat kilometers diep –in Izmit: 18 kilometer– de grond in loopt. In totaal schuift dus 110 x 18 ofwel 2000 vierkante kilometer rots langs elkaar. De breuk loopt vanuit het centrum van de beving naar het oosten en westen, met een snelheid van 1 tot 1,5 kilometer per seconde.

Dat gebeurt echter sprongsgewijs, omdat de bodem langs het breukvlak niet gelijkmatig is. Juist die sprongen, waarbij de bodem telkens tot stilstand komt en weer verder scheurt, veroorzaken de sterke trillingen in de bodem die verder naar het oppervlak steeds heviger worden. De beving bij Izmit was verhoudingsgewijs ondiep; de schade is dan extra groot, omdat de afstand tot de oppervlakte kort is. Kleinere bevingen, de naschokken, zijn het gevolg van kleine zijbreuken in de buurt van de breuklijn, die onder spanning raken door het vervormde aardoppervlak.

Dominostenen
„De beving bij Izmit staat niet op zichzelf maar is de elfde in een serie van opeenvolgende zware bevingen langs de breuklijn sinds 1939”, zegt dr. James Dieterich van het Amerikaanse Geological Survey (USGS). „Zo'n situatie is uniek in de wereld.” Samen met zijn collega dr. Ross Stein en prof. dr. Aykut Barka uit Istanbul publiceerde hij in 1997 een artikel dat de omvang van de beving bij Izmit exact voorspelde.

„Als de ene dominosteen die de andere omgooit, scheurden vier aardbevingen tussen 1939 en 1944 de noordelijke Anatoliabreuklijn open over een lengte van 725 kilometer, vanuit het oosten in westelijke richting. Dit heeft niet alleen verzekeringsagenten een halve eeuw lang de stuipen op het lijf gejaagd, maar ook de nieuwsgierigheid opgewekt van aardwetenschappers. De noordelijke Anatoliabreuk is het ideale natuurlijke laboratorium om de wisselwerking tussen aardbevingen te bestuderen”, zegt Stein.

De drie wetenschappers berekenden twee jaar geleden hoe de spanning in de rotsbodem verandert door een beving. In het gebied waar de bodem 'teruggesprongen' is, neemt de spanning af, terwijl op de plaats waar de breuklijn ophoudt, de spanning juist sterk toeneemt. In tien van de elf bevingen tussen 1939 en 1999 –en dus ook bij de recente aardbeving– ligt het epicentrum van een volgende beving precies in het 'hoogspanningsgebied' dat de vorige aardschok heeft veroorzaakt. Zo scheurt de breuklijn open als een ritssluiting die af en toe hapert.

Dat is niet voor het eerst, ontdekten ze. In de loop van de geschiedenis zijn er twee soortgelijke series zware bevingen bekend, die als een lopend vuurtje langs de breuklijn liepen: tussen 967 en 1050, en tussen 1254 en 1784, zij het dat de bevingen toen van west naar oost verliepen.

Stein en Dieterich zullen in de komende maanden de gegevens van de nieuwe beving verwerken in hun computermodellen, om weer een volgende te voorspellen. „We kennen de details van deze aardschok nog niet, maar in het algemeen weten we wel dat daardoor de spanning richting het westen, richting Istanbul, toeneemt. Voorspellen doen we echter niet, we berekenen alleen hoe sterk de kans op een volgende beving toeneemt door een voorgaande. Dat is ongeveer een factor drie. Maar over het tijdstip weten we niets.”

Alarmeren
Een wetenschapper die de recente beving bij Izmit al in 1979 heeft voorspeld, is de Turks-Amerikaanse geoloog prof. dr. Nafi Toksöz van het Amerikaanse Massachusetts Institute of Technology. „Ik heb op iedere meter van die breuklijn gelopen”, zegt hij. Evenals de wetenschappers van het USGS heeft hij precies aangegeven waar de Izmit-beving zou plaatshebben. Turkse onderzoekers hebben inmiddels vastgesteld dat de echte breuklijn nergens verder dan 40 tot 50 meter van de op de kaarten geschatte lijn verwijderd was.

Ook Toksöz voorziet nu dat een volgende beving juist ten zuiden van Istanbul zal plaatshebben. „Weliswaar is er in dat deel van de breuklijn in 1963 een beving geweest met een kracht van 6,3, maar die had minder dan 3 procent van de energie van de beving van nu en was veel te zwak om de spanning in een groot gebied weg te nemen. Een van onze meetstations tussen Izmit en Istanbul is 50 centimeter opgeschoven, terwijl in dat gebied de breuklijn nog niet opengescheurd is. Dat geeft aan hoe sterk de spanning in de bodem –en tegelijkertijd het risico voor Istanbul– nu is toegenomen.”

Toksöz wil graag meer dan alleen de plaats voorspellen: hij werkt aan een systeem dat ook het tijdstip van de beving voorspelt, om de bevolking te alarmeren. „Veel wetenschappers geloven dat de bodem al maanden, weken of uren vóór een zware beving in beweging komt. Met satellietnavigatieapparatuur, GPS, moeten we dat kunnen waarnemen. Maar niemand weet of het werkt. In Californië en Japan testen we zo'n systeem, maar ik denk dat Noord-Turkije daarvoor de beste plaats ter wereld is.”

Dr. Dieterich van het USGS is minder enthousiast over kortetermijnvoorspellingen. „We kennen tal van aardbevingen waarbij de bodem vooraf niet bewoog. Ik heb er ook in geloofd, maar ben nu ontmoedigd. Toch moet Toksöz doorgaan met zijn onderzoek. Als het werkt, kan het duizenden mensenlevens redden.”

Verantwoordelijkheid en voorzienigheid