Stel je voor dat een massa van 100 miljoen ton rots, aarde, modder en bomen van een berg afglijden op 30 mijl van een grote stad, en niemand weet dat dit pas dagen later gebeurde.
Dat was het geval nadat Typhoon Morakot Taiwan in 2009 had getroffen en in de loop van 24 uur ongeveer 100 centimeter regen in de zuidelijke regio's van het eiland had gedumpt. Bekend als de Xiaolin-aardverschuiving, genoemd naar het dorp dat het trof en vernietigde, het dikke puin dat het achterliet, verstoorde 400 mensen en verstopte een nabijgelegen rivier. Hoewel slechts een uur rijden buiten de drukke stad Tainan, wisten ambtenaren twee dagen niets van de aardverschuiving.
"Zo dichtbij zijn en niet weten dat er iets catastrofaal is gebeurd, is gewoon geweldig", merkt Colin Stark op, een geomorfoloog bij de Lamont-Doherty Earth Observatory (LDEO). Maar nu, "seismologie stelt ons in staat om over dergelijke gebeurtenissen in realtime te rapporteren." Onderzoek vorige week gepubliceerd in Science door Stark en hoofdauteur Göran Ekström, een LDEO-seismoloog, laat zien dat wetenschappers gewapend met gegevens van het Global Seismographic Network niet alleen kunnen lokaliseren waar een grote aardverschuiving plaatsvond, maar kan ook onthullen hoe snel de kolkende massa reisde, hoe lang het op was, zijn oriëntatie in het landschap en hoeveel materiaal bewoog.
Dit alles kan op afstand worden gedaan, zonder de aardverschuiving te bezoeken. Bovendien kan het snel worden gedaan, in schril contrast met de meer saaie methoden die doorgaans worden gebruikt om de kenmerken van een aardverschuiving te schatten. In het verleden moesten wetenschappers wachten op meldingen van een aardverschuiving om terug te filteren, en eenmaal gewaarschuwd zochten ze naar foto's en satellietbeelden van de dia. Als ze konden, coördineerden ze reizen naar de aardverschuivings tong - ruim na de gebeurtenis - om de massa van verstoorde rots te schatten.
Maar de nieuwe methode plaatst aardverschuivingsdetectie en -karakterisering in lijn met hoe wetenschappers aardbevingen momenteel van ver volgen. Net zoals seismometers trillen wanneer energie van een sterke aardbeving hun locaties raakt, waardoor seismologen de precieze locatie, diepte en richting van breuk kunnen bepalen, evenals de hoeveelheid energie die vrijkomt tijdens de aardbeving en het type defect tektonische platen die langs gleden, dezelfde seismometers bewegen tijdens een aardverschuiving. Het trillen is niet de hectische krampen die meestal worden gezien in seismografen van aardbevingen of explosies - de handtekeningen zijn lang en bochtig.
Ekström en collega's hebben vele jaren besteed aan het doorzoeken van seismische gegevens op zoek naar ongebruikelijke handtekeningen die niet kunnen worden herleid tot typische aardbevingen. Eerder classificeerde hun werk aan seismische handtekeningen in tektonisch dood Groenland een nieuw type schudden, genaamd "glaciale aardbevingen." Maar de ontstaansgeschiedenis van het recente onderzoek naar aardverschuivingen kan worden teruggevoerd op Typhoon Morakot.
Nadat de storm Taiwan had getroffen, zag Ekström iets vreemds op de wereldwijde seismische kaarten - hun schommelingen gaven aan dat er ergens op het eiland een cluster van gebeurtenissen had plaatsgevonden, elk met een beving van meer dan een aardbeving van magnitude 5. "Aanvankelijk had geen ander bureau de vier gebeurtenissen gevonden of gevonden die we hadden gevonden, dus het leek zeer waarschijnlijk dat we iets speciaals hadden ontdekt, " legde Ekström uit. Een paar dagen later begonnen nieuwsberichten over aardverschuivingen - inclusief het monster dat door Xiaolin vloog - binnen te stromen, wat bevestigde wat de wetenschappers veronderstelden over de bron van de gebeurtenissen.
Een blik in het puin van de Xiaolin-aardverschuiving in Taiwan. (Foto door David Petley) Uitgerust met seismische gegevens van de aardverschuiving van Xiaolin, ontwikkelden de auteurs een computeralgoritme om te zoeken naar veelbetekenende seismische handtekeningen van grote aardverschuivingen in eerdere records en zoals deze zich voordeden. Na het verzamelen van informatie van de 29 grootste aardverschuivingen die zich tussen 1980 en 2012 over de hele wereld voordeden, begonnen Ekström en Stark seismische golfenergieën en amplitudes te deconstrueren om meer over elk te leren.
De leidende principes achter hun methode kunnen worden herleid tot de derde bewegingswet van Newton: voor elke actie is er een gelijke en tegengestelde reactie. "Wanneer bijvoorbeeld steen van een berghelling valt, wordt de piek plotseling lichter", legt Sid Perkins van ScienceNOW uit . De berg "springt omhoog en weg van de vallende rots en genereert initiële grondbewegingen die de grootte van de aardverschuiving en de reisrichting onthullen."
Ekström en Stark kijken in al hun analyses en vinden dat, ongeacht of de aardverschuiving werd veroorzaakt door een uitbarstende vulkaan of een met regenwater doordrenkte scherpte, aardverschuivingskenmerken worden bepaald door de lengte van de berghelling die is afgebroken om de aardverschuiving te beginnen. Deze consistentie verwijst naar de tot nu toe ongrijpbare brede principes die het gedrag van aardverschuivingen sturen, wat wetenschappers zal helpen om toekomstige gevaren en risico's van falende hellingen beter te beoordelen.
Voor degenen die aardverschuivingen bestuderen, is het papier baanbrekend om een andere reden. David Petley, professor aan de Universiteit van Durham in het Verenigd Koninkrijk, schrijft in zijn blog dat “we nu een techniek hebben waarmee grote aardverschuivingen automatisch kunnen worden gedetecteerd. Aangezien deze vaak in afgelegen gebieden voorkomen, worden ze vaak niet gemeld. ”
Petley, die aardverschuivingsdynamica bestudeert, schreef een begeleidend stuk in het artikel van Ekström en Stark, ook gepubliceerd in Science, dat een beetje perspectief biedt voor de nieuwe resultaten. Hij merkt op dat “de techniek op dit moment grote, snelle aardverschuivingen met een orde van grootte overdetecteert, wat aanzienlijk werk vereist, bijvoorbeeld met satellietbeelden om de fout-positieve gebeurtenissen uit te filteren. Desondanks opent het de weg naar een echte wereldwijde catalogus van rotslawines die het inzicht in de dynamiek van hoge berggebieden zal vergroten. Het kan ook de real-time detectie van grote, vallei-blokkerende aardverschuivingen mogelijk maken, waardoor een waarschuwingssysteem voor kwetsbare stroomafwaartse gemeenschappen wordt geboden. "
Voor- en achteraanzicht van landzijde die in 2010 op de Siachen-gletsjer in het noorden van Pakistan gleed. (Afbeelding via Science / Ekström en Stark) Het inzicht verkregen door de methode van Ekström en Stark is direct te zien in een treffend voorbeeld van een aardverschuiving die plaatsvond in Noord-Pakistan in 2010. Satellietbeelden van puinstromen, die zich op de flanken van de Siachen-gletsjer verspreiden, suggereren dat het evenement werd veroorzaakt door één, misschien twee afleveringen van hellingsfout. Ekström en Stark laten echter zien dat het puin in enkele dagen van zeven grote aardverschuivingen gleed.
“Mensen zien zelden grote aardverschuivingen gebeuren; ze zien meestal alleen de nawerkingen, ”merkt Ekström op. Maar dankzij hem en zijn co-auteur kunnen wetenschappers over de hele wereld nu snel een eerste blik krijgen.
