Vulkanisme, platentektoniek en aardbevingen: het hoe en waarom

Steeds vaker horen we in de media berichten over aardbevingen en waarschuwingen voor tsunami’s. Vaak lijken dezelfde gebieden genoemd te worden zoals het gebied rondom de Grote Oceaan. De vraag rijst op: hoe kan de aarde tot zulk natuurgeweld komen? En waarom steeds op dezelfde plekken op aarde? Het komt door platentektoniek: de bewegingen van aardplaten die over onze hele planeet liggen. Platentektoniek zorgt op haar beurt voor vulkanisme verspreid op de aarde. Een boeiend artikel door auteur Dexy Roelvink.

Aardplaten en aardbevingen

In totaal bestaat onze aarde uit 15 grote aardplaten, ook wel aardschollen of tektonische platen genoemd. We onderscheiden hierbij twee soorten platen: oceanische en continentale platen. Deze losstaande ‘delen’ aardoppervlak vormen samen de aardbol. Vanuit de ruimte gezien lijkt het alsof deze platen stilstaan, maar niets is minder waar. Ze zijn continu in beweging, aangedreven door de convectiestromen van gloeiend hete magma in de aardmantel (onder de aardplaten).

De verplaatsingssnelheid bedraagt soms wel enkele centimeters per jaar. Dit lijkt wellicht weinig, maar op het enorme gewicht van de aardplaten komt een enorme spanning te staan. Als de ene plaat zich ‘opeens’ een centimeter ten opzichte van de andere verplaatst, komt al deze spanning in één keer los in de vorm van een trilling. We spreken over een aardbeving.

aardplaten

De 15 grote aardplaten op aarde. (bron: grenswetenschap.nl)

De locatie onder het aardoppervlak waar de aardbeving ontstaat, noemt het hypocentrum. De plek aan het aardoppervlak loodrecht boven het hypocentrum (dat is het punt waar de aardbeving het zwaarst is aan het aardoppervlak) noemt het epicentrum.

hypocentrum-epicentrum

Hypocentrum en epicentrum (bron: studio-haverstraat.nl)

Intensiteit van een aardbeving

Hoe zwaar een aardbeving is, hangt af van de spanning die opgebouwd wordt in de aardkorst. Deze spanning is op haar beurt weer afhankelijk van de grootte/massa van de aardplaat en van de snelheid waarmee deze beweegt. Vandaar dat de meeste en ook de zwaarste aardbevingen op aarde vooral voorkomen bij plaatgrenzen tussen twee grote platen (veel massa en dus veel potentiële energie/spanning).

Om de verouderde schaal van Mercalli te vervangen, ontwikkelden de seismologen Charles Francis Richter en Beno Gutenberg in 1935 de schaal van Richter. Mercalli deelde zijn schaal op in twaalf categorieën, variërend van een lichte tot zeer zware intensiteit. Het kernpunt van de schaal van Mercalli was de intensiteit: hoe zwaar een aardschok uitpakt. Het nadeel hiervan was dat de schaal van Mercalli zeer plaatsgebonden was.

De sterkte van een aardbeving is vlakbij het epicentrum namelijk veel zwaarder dan ver daarbuiten. De schaal van Richter loste dit probleem op: er werd niet meer gefocust op intensiteit, maar op magnitude. Deze is niet plaatsgebonden en daardoor veel bruikbaarder en uniformer dan het begrip ‘intensiteit’.

De schaal van Richter is logaritmisch opgebouwd: bij een verandering van de magnitude met 1, is de verandering van de kracht 10 keer zo groot. Zo is een aardbeving met een magnitude 4 op de schaal van Richter 10 keer zo krachtig als een schok met magnitude 3. Tegenwoordig spreken we ook meer over een aardbeving met magnitude 5 dan van een aardbeving van 5 op de schaal van Richter.

Platentektoniek en vulkanisme

In gebieden waar vaak aardbevingen voorkomen, is er in veel gevallen tegelijkertijd ook sprake van platentektoniek en vulkanisme. Dit is niet verwonderlijk. Ook vulkanen vormen zich namelijk in grenszones tussen aardplaten. Een vulkaan ontstaat wanneer magma door bewegingen tussen aardplaten uit de aardmantel omhoog ‘lekt’. Op een gegeven moment komt deze magma boven het aardoppervlak uit en stolt. Indien dit proces zich langdurig (vaak honderdduizenden jaren) weet vol te houden, ontstaat er een opeenhoping van gestold lava. Dit wordt een (vulkanische) bergketen. De bergen met openingen tussen het aanwezige magma in de aardkorst en de atmosfeer worden vulkanen genoemd.

Plaatgrenzen

De sterkte en vorm van platentektoniek, vulkanisme en aardbevingen hebben te maken met de beweging van platen ten opzichte van elkaar. Er zijn drie typen plaatgrenzen:

  • Convergentie

    Platen bewegen naar elkaar toe. In veel gevallen duikt een oceanische (diepe) plaat onder een continentale (ondiepe) plaat. Dit noemt subductie. De dunnere oceanische plaat wordt onder de continentale plaat gedwongen. De druk is immens waardoor het gesteente vloeibaar wordt. Dit magma en de gevangen gassen worden met grote snelheid naar omhoog gestuwd.

    De bewegingen langs dit type plaatgrens zijn meestal heftig en explosief: er bouwt zich in korte tijd veel spanning op. Dit levert veel actief vulkanisme en een grote kans op zware aardbevingen op bij convergente plaatgrenzen. De vulkanen hebben de vorm van een kegel: stratovulkanen. Het bekendste voorbeeld is de Ring Of Fire, een gebied rondom de Grote Oceaan waarin veel vulkanisme en aardbevingen optreden.

convergentie vulkanisme

Schets van een convergente zone (bron: users.telenet.be)

  • Divergentie

    Platen bewegen van elkaar af. Door een steeds groter wordende opening sijpelt er geleidelijk magma uit de aardmantel naar boven. De bewegingen zijn over het algemeen zwak en tamelijk gelijkmatig. Aardbevingen die langs divergente zones plaatsvinden zijn vaak relatief licht. Eerst ontstaat vaak een horst of slenk, voordat zich een bergrug of vulkanische rug uit de gestolde magma vormt. De vulkanen hebben vrij vlakke hellingen: schildvulkanen.

    Het bekendste voorbeeld is een oceanische rug gelegen midden in de Atlantische Oceaan: de Mid-Atlantische Rug. Bovenop de Mid-Atlantische Rug vinden we IJsland. Het magma dat vrijkwam heeft een eiland gevormd dat tot op vandaag zeer actief blijft en continu gevoed wordt met nieuw magma. Dichter bij huis is de Boven-Rijnslenk, waar de Franse Elzas in ligt, een schoolvoorbeeld van het vroege stadium van een divergente zone. Hierbij is nog geen bergrug gevormd.

divergentie vulkanisme

Schets van een divergente zone, in dit geval een oceanische rug. (bron: users.telenet.be)

elzas

Met de Boven-Rijnslenk wordt het vlakke gebied langs de Rijn op de grens van Frankrijk en Duitsland aangeduid. De toeristische Elzas ligt midden op deze breuklijn, die zich in het vroege stadium van divergentie bevindt.

  • Transformbreuk

    Platen bewegen langs elkaar heen. Er wordt geen nieuwe aardkorst gevormd en er verdwijnt ook geen aardkorst. De aardbevingen die hier voorkomen zijn zwaar van aard. De mate van vulkanisme is echter nihil. Er vindt namelijk geen verticale verplaatsing van magma plaats. De beroemde San Andreasbreuk in het westen van de Verenigde Staten is een typische transformbreuk. Het landschap is duidelijk getekend door deze verschuiving.

transform vulkanisme

Schets van een transformbreuk. (bron: vulkanisme.nl)

Ring of Fire, de Ring van Vuur

Een van de door aardbevingen getroffen plaatsen van afgelopen jaar is Nieuw-Zeeland. Hoe kan het dat er in Nieuw-Zeeland zo frequent zware aardbevingen optreden? Het antwoord op die vraag is te vinden in de locatie op de aardbol. Nieuw-Zeeland bevindt zich namelijk midden in de Ring of Fire op het scheidingsvlak tussen twee grote platen.

Het gaat hierbij om de Australische Plaat en de Pacifische Plaat (de grootste tektonische plaat van de aarde). Deze twee bewegen bij Nieuw-Zeeland naar elkaar toe. Zodoende is er sprake van een convergente grens: de oceanische plaat verdwijnt onder de continentale plaat, er ontstaan troggen (op de kaart aangeduid als een ‘trench’). Aangezien convergentie van alle plaatgrenzen de meeste platentektoniek, het actiefste vulkanisme en de zwaarste aardbevingen met zich meebrengt (hoge spanningsopbouw in de aardkorst), is het niet verwonderlijk dat Nieuw-Zeeland dan ook zeer regelmatig met dergelijke tektonische verschijnselen te maken heeft.

Nieuw-Zeeland is slechts één voorbeeld van een plek op deze Ring of Fire. De Ring of Fire strekt zich nog veel verder uit over Indonesië, de Filipijnen, Japan, de Koerilen, Kamtsjatka, Alaska, de westkust van Canada, de kust van Noord- en Zuid-Amerika en Mexico. Hij heeft zijn naam niet gestolen… al deze streken krijgen af te rekenen met vele aardbevingen en vulkanen.

platentektoniek ring of fire

Ring of Fire en bijbehorende platentektoniek (bron: pubs.usgs.gov)

  • Thomas

    Mooi en informatief artikel!

  • Onder iedere discussiedraad zijn nu trouwens nuttige artikelen te vinden die relevant zijn aan het topic. Zo hopen we de interactiviteit in oudere artikels opnieuw te stimuleren. Probeer het zeker eens uit.