AARDBEVINGEN (Voortgezet onderwijs)

door

Germain


Hoofdvraag:

Hoe wordt een aardbeving veroorzaakt, gemeten en wat zijn de gevolgen ervan?

Deelvragen:

1. Hoe wordt een aardbeving veroorzaakt?
2. Hoe kun je aardbevingen meten?
3. Kun je aardbevingen voorspellen?
4. Wat is het gevolg van aardbevingen en hoe is de schade te meten?
5. Waar komen aardbevingen in Nederland voor, en waarom juist daar?


1. Hoe wordt een aardbeving veroorzaakt?

De meeste aardbevingen komen voor in smalle gebieden langs de grenzen van tektonische platen. Tektonische platen zijn delen van de aardkorst die los zijn van elkaar maar wel langs elkaar en tegen elkaar schuiven .Vooral waar deze platen tegen elkaar schuiven ( de Himalaya, de Andes en Japan) en langs elkaar schuiven (zoals langs de San - Andreasbreuk in Californië) komen aardbevingen voor. Aardbevingen kunnen worden veroorzaakt door de verschuiving van de platen en die verschuiving is weer het gevolg van convectiestromen in de hete plastische mantel (de laag onmiddellijk onder de aardkorst). Sommige aardbevingen worden in verband gebracht met vulkanische activiteit en zijn het gevolg van het opzwellen of weer wegzakken van magma. Ook instortingen van mijnen of onderaardse grotten kunnen kleine aardbevingen veroorzaken. Aardbevingen treden op wanneer het gesteente ondergronds aan een spanning wordt blootgesteld die het niet kan verdragen. Het gevolg is dat het gesteente scheurt, waardoor de opgehoopte druk vanuit het breukpunt wegvloeit en aardbevingen ontstaan. 


2. Hoe kun je aardbevingen meten?

§ 2.1 Seismologisch onderzoek
Aardbevingen worden in Nederland geregistreerd en bestudeerd door de afdeling Seismologie van het KNMI. Seismologisch onderzoek houdt zich bezig met de oorsprong en de voortplanting van seismische golven in de aarde en
richt zich dus op de werking van breuken. Aardbevingshaarden of seismische bronnen kunnen een natuurlijke oorsprong hebben of een oorsprong door het toedoen van mensen (bijvoorbeeld door gaswinning). Aardbevingen als gevolg van gaswinning worden daarom ook geīnduceerde bevingen genoemd. De trillingen die in een aardbevings-haard bij verschuiving van platen ontstaan verspreiden zich ondergronds. Aan het aardoppervlak kunnen dergelijke trillingen worden geregistreerd door seismometers. De eerste seismometer die gelijktijdig zowel de twee horizontale als de verticale bewegingen van de aarde kon registreren werd rond 1893 gebouwd door de Engelse seismoloog John Milne. 
Het opgenomen trillingssignaal wordt tegenwoordig digitaal opgeslagen en kan grafisch weergegeven worden op een computerscherm of worden afgebeeld op ronddraaiende rollen papier.Deze afbeelding van de waargenomen trillingen
wordt een seismogram genoemd. Het KNMI heeft een twintigtal seismische stations ingericht in Nederland.


§ 2.2 De sterkte van een aardbeving.
De sterkte van een aardbeving wordt uitgedrukt in magnitude en intensiteit. De magnitude geeft de sterkte van de aardbevingsbron aan. De intensiteit geeft de effecten aan van een beving op een bepaalde plaats aan het aardoppervlak. Een aardbeving heeft dus slechts één magnitude, maar vele  intensiteiten. De Amerikaanse seismoloog Charles Richter (1900-1985) heeft een schaal voor de magnitude samengesteld.


§ 2.3 De Schaal van Richter
De Amerikaanse seismoloog Richter is bekend geworden omdat hij in 1835 een schaal heeft bedacht om de kracht van een aardbeving aan te geven. Bij de allerlichtste trilling staat op de schaal van Richter het getal 0. Als de trilling 10 keer zo zwaar is, krijgt deze het getal 1. En als hij weer tien keer zo zwaar is het getal 2. Dat gaat op die manier door dus bij ieder nummertje hoger op de schaal is de beving tien keer zo sterk als de vorige. De waarden 0, 1 en 2 op de schaal van Richter zijn zo licht dat ze alleen door een seismograaf opgemerkt worden. Pas bij kracht 3 beginnen de
bewoners ook iets te voelen. 


De schaal van Richter:

Kracht Wat merk je ervan?
0, 1, 2 Niets
3 Lichte trilling (alsof er een vrachtwagen door de straat rijdt)
4 Matig tot sterk (deuren rammelen, schilderijen slingeren)
5 Sterk (voorwerpen zoals vazen vallen om, bomen bewegen)
5,5 Zeer sterk (schade aan gebouwen, schoorstenen breken)
6 Vernielend (paniek, grote schade aan gebouwen)
6,7 Verwoestend (gebouwen zwaar beschadigd, gasleidingen breken waardoor branden ontstaan, viaducten storten in)
7,3 Vernietigend (veel gebouwen ingestort, scheuren in de aarde)
8 Catastrofaal ( meeste gebouwen ingestort, rails buigen)
8,5 Zeer catastrofaal (hele steden verwoest, rotsen scheuren)


3. Kun je aardbevingen voorspellen?
Helaas is het (voorlopig) niet mogelijk aardbevingen te voorspellen: er is geen betrouwbare methode om de plaats, het tijdstip en de magnitude van toekomstige aardbevingen voldoende nauwkeurig te voorspellen. We weten wel waar de gebieden met een grote kans op een aardbeving zich bevinden. Het is belangrijk om in die gebieden aardbevingsresistent te bouwen.


4. Wat is het gevolg van aardbevingen en hoe is de schade te meten?


§ 4.1 Tsunami's
Een tsunami is een gebeurtenis die in combinatie met een aardbeving voor kan komen. Een tsunami is een vloedgolf die kan ontstaan door een aardbeving in een oceaan. De schok die door de aarde wordt veroor-zaakt plant zich voort in het water en kan als deze golf bij de kust aankomt veel schade veroorzaken.  Tsunami's komen eigenlijk alleen voor in de Grote Oceaan en in het oostelijk deel van de Middellandse zee. Tsunami's komen niet erg vaak voor.


§ 4.1 De schaal van Mercalli
De intensiteit van een aardbeving is het effect ervan op een bepaalde\locatie aan het aardoppervlak. De huidige schalen voor de intensiteit van
aardbevingen berusten op een indeling die in 1902 is opgesteld door de Italiaanse vulkanoloog/seismoloog Giuseppe Mercalli (1850-1914). De schaal van Mercalli beschrijft in welke mate een aardschok door mensen wordt gevoeld en wat de effecten zijn op mensen, voorwerpen, gebouwen en landschap. Een intensiteit I betekent niet gevoeld, intensiteit XII is buitengewoon catastrofaal en kan tot totale verwoesting van bouwwerken
leiden. De oorspronkelijke schaal van Mercalli, opgesteld in 1902, hield geen rekening met de manier van bouwen. In de vernieuwde schaal van Mercalli die in Amerika gehanteerd wordt, de Modified Mercalli, wordt hiermee wel rekening gehouden. In Europa wordt de European Macroseismic Scale (EMS) gebruikt.

Vereenvoudigde schaal van Mercalli

I Niet gevoeld
Alleen door seismometers geregistreerd.
II Nauwelijks gevoeld Alleen onder gunstige omstandigheden gevoeld.
III Zwak Door enkele personen gevoeld.Trilling als van voorbijgaand verkeer.
IV Vrij sterk Door velen gevoeld. Trillingen als van zwaar verkeer. Rammelen van ramen en deuren.
V Sterk Algemeen gevoeld. Opgehangen voorwerpen slingeren. Slapende mensen worden wakker.
VI Lichte schade Schrikreacties. Voorwerpen in huis vallen om. Lichte schade aan minder solide huizen.
VII Schade Paniek. Schade aan veel gebouwen. Schoorstenen breken af. Golven in vijvers. Kerkklokken geven geluid.
VIII Zware schade Algehele paniek. Algemene schade aan gebouwen. Zwakke bouwwerken gedeeltelijk vernield.
IX Verwoestend Veel gebouwen zwaar beschadigd. Schade aan funderingen. Ondergrondse pijpleidingen breken.
X Buitengewoon verwoestend Verwoesting van vele gebouwen. Schade aan dammen en dijken. Grondverplaatsing en scheuren in de aarde.
XI Catastrofaal
Algemene verwoesting van gebouwen. Rails worden verbogen. Ondergrondse leidingen vernield.
XII Buitengewoon Catastrofaal Algemene verwoesting. Verandering in het landschap. Scheuren in rotsen. Talloze vernielingen.

§ 4.2 Aardbevingsintensiteit en schade aan gebouwen
De schade die een aardbeving veroorzaakt aan gebouwen wordt in belangrijke mate bepaald door de horizontale aardbevingskrachten op een gebouw. Deze hebben een direct verband met de volgende kenmerken van de bodemtrillingen:
. verplaatsing
. snelheid
. versnelling
. trillingsfrequentie
. duur van de beving
Er is een verband tussen de aardbevingsintensiteit (de schaal gebaseerd op Mercalli) en deze kenmerken van de bodemtrillingen. De bodemversnelling, de duur van de beving en de bodemverplaatsing bij aardbevingen kunnen heel erg verschillen. Daardoor verschilt ook de invloed op gebouwen.

§ 4.3 Relatie tussen de kracht en de kwetsbaarheid van gebouwen
Op basis van hun kwetsbaarheid voor schade worden gebouwen in zes gebouwtypes ingedeeld door de EMS:

A: los-gestapeld of klei
B: metselwerk en natuursteen
C: gewapend beton en degelijke houten constructies
D t/m F: gebouwen ontworpen met een zekere graad van aardbevingsbestendigheid.

Voor de schade aan gebouwen onderkent de EMS schaal 5 gradaties. Voor metselwerkgebouwen, (kwetsbaarheidtype B) - waaronder de meeste bouwwerken in Nederland - geldt de onderstaande schadeclassificatie. Aardbevingen in Nederland hebben in het verleden meestal hooguit gradatie 1 bereikt. Bij hoge uitzondering bereikten de natuurlijke bevingen bij Uden gradatie 2 en bij Roermond gradatie 3.  
Gradatie 1: Verwaarloosbaar tot lichte schade (geen constructieve schade)
. Haarscheurtjes in een enkele muur
. Neervallen van slechts kleine stukjes pleisterwerk
. In een enkel geval vallen van loszittende stenen

Gradatie 2: Matige schade (lichte constructieve schade)
. Scheuren in veel muren
. Vallen van grotere stukken pleisterwerk
. Vallen van delen van schoorstenen

Gradatie 3: Aanzienlijke tot zware schade (matige constructieve schade)
. In de meeste muren grote en diepe scheuren
. Dakpannen glijden weg
. Schoorstenen breken op de daklijn
. Breuk van enkele niet-constructieve onderdelen

Gradatie 4: Zeer zware schade (zware constructieve schade)
. Ernstige breuken in muren
. Gedeeltelijk bezwijken van constructieve onderdelen van daken en vloeren

Gradatie 5: Verwoesting (zeer zware constructieve schade)
. Algehele of vrijwel totale ineenstorting


5. Waar komen aardbevingen in Nederland voor, en waarom juist daar?

§ 5.1 Aardbevingshaarden
Uit de waarnemingen van de seismometers kan de herkomst van de golven, de seismische bron of aardbevingshaard,worden vastgesteld. De plaats van deze haard wordt het hypocentrum genoemd. Het epicentrum is de plaats recht boven het hypocentrum aan het aardoppervlak. De meeste natuurlijke aardbevingen hebben een bron op grote diepte (enkele tientallen kilometers).

§ 5.2 Epicentra van geīnduceerde aardbevingen in Noord-Nederland Een kenmerk van door gaswinning in Noord-Nederland geīnduceerde aardbevingen is de ondiepe (enkele kilometers) ligging van de aardbevingshaarden. Dit is een logisch omdat deze trillingen ontstaan door bewegingen langs de breukvlakken in of nabij de met gas gevulde zandsteenlagen, die zich in Noord-Nederland op die diepte bevinden. Door de uit de seismologische waarnemingen afgeleide aardbevingshaarden in te tekenen op geologische kaarten met breuklijnen kunnen de actieve breuken geīdentificeerd worden. In onderstaande figuur is dit schetsmatig geīllustreerd op de schematische geologische kaart van een gasreservoir. De koppeling van aardbevingen met breuksystemen in of nabij een gasreservoir, maakt het aannemelijk dat de bevingen inderdaad geīnduceerd zijn door veranderingen van de gasdruk in de zandsteenlagen.
Als voorbeeld van geīnduceerde aardbevingen in Noord-Nederland hebben wij het volgende krantenartikel gevonden over bodemdaling in Friesland.
Algemeen Dagblad, 8-01-2002, (ingekort)
Boze Friezen willen winning van zout stoppen
Van onze correspondent
Dorpsverenigingen uit zes Friese dorpen willen dat de zoutwinning door het bedrijf Frisia Zout BV uit Harlingen niet verder wordt uitgebreid. De bodemdaling door de winning bij Sexbierum ontregelt de waterhuishouding en veroorzaakt volgens boeren en omwonenden schade aan huizen en boerderijen. "We worden hier opgescheept met iets waar we nimmer om hebben gevraagd", zegt de boze landbouwer Gerke Hofstra over de zoutwinning in Noordwest Friesland. De boerderij van Hofstra ligt vlakbij de boorputten van Frisia. Door de winning van het zout heeft het boerenbedrijf naar Hofstra's eigen schatting enkele tonnen schade geleden. De bodemdaling heeft ervoor gezorgd dat de drainage van Hofstra onder water staat, met als gevolg kletsnatte landerijen. Frisia is in 1996 begonnen met de zoutwinning op ongeveer vijf kilometer ten noordoosten van Harlingen. Daar wordt het zout vanuit een diepte van een kilometer of drie opgepompt en via leidingen naar een fabriek in de haven van Harlingen getransporteerd. Frisia wil in 2003, nabij het huidige wingebied, nog een tweetal nieuwe putten slaan. De dorpsverenigingen uit de buurt zijn daar fel op tegen. "Wij zijn bang voor de bodemdaling en de gevolgen ervan", zegt Freek Jukema, woordvoerder van de dorpsvereniging in Sexbierum. Jukema heeft geen enkel vertrouwen in de schattingen van Frisia en de bodemdeskundigen. "Het gaat veel sneller dan verwacht", zegt hij. "Frisia beweerde dat de bodem over een periode van dertig tot vijftig jaar op het diepste punt 35 centimeter zou dalen. We zitten binnen zes jaar al op een dikke twintig centimeter. Dat is vier ā vijf centimeter per jaar. Niemand kan dus zekerheid geven over de dalingen." Compenserende maatregelen in de vorm van dijkverhogingen en gemalen bieden weliswaar soelaas, maar volgens Jukema gaat er lange tijd overheen voordat alle herstelprojecten gereed zijn. "We zitten tegen de zeedijk. De zeespiegel stijgt en de bodem daalt. Wij zijn er niet van overtuigd dat de veiligheid van de burgers is gewaarborgd."

§ 5.3 Aardbevingen in Nederland
In Nederland zijn aardbevingen redelijk zeldzaam. Dit komt doordat Nederland centraal is gelegen op een continentale plaat waar spanningsveranderingen in de ondergrond over het algemeen klein zijn. Sinds 1900 zijn in Nederland 39 aardbevingen met een sterkte van 3 of meer geregistreerd. Verreweg de meeste daarvan hebben een natuurlijke oorsprong en houden verband met een breuksysteem in Zuid-Nederland, dat de voortzetting vormt van de grote Europese Rijndalslenk. De sterkste aardbeving in Nederland vond plaats in Roermond op 13 april 1992.

§ 5.4 Onderzoek van het KNMI

Het onderzoek naar de seismische risico's in Nederland is verdeeld langs een lijn die Noord- en Zuid-Nederland scheidt. In Noord-Nederland bepalen de geīnduceerde aardbevingen die worden veroorzaakt door de winning van aardgas het risico op een aardbeving. De aardbevingen in Noord-Nederland zijn niet erg krachtig, maar toch kunnen ze, in een beperkt gebied, wel schade veroorzaken. Omdat deze aardbevingen vrij dicht onder het oppervlak van de aarde plaatsvinden, kunnen lokale omstandigheden in de ondiepe ondergrond een rol spelen bij de effecten van deze aardbevingen. In dit verband wordt onderzocht of bijvoorbeeld ondiepe veenpakketten de seismische trillingen kunnen verhogen naar een waarde die op grond van de magnitude van de beving mag worden verwacht. Het onderzoek naar aardbevingen in Zuid-Nederland richt zich meer op de seismische risico's over langere periodes en de relatie tussen het optreden van aardbevingen en de geologie. Het onderzoek naar de paleoseismiciteit richt zich op prehistorische aardbevingen, dit onderzoek kan er in principe toe leiden dat de lijst van grote aardbevingen in Nederland kan worden uitgebreid over een periode van 50 000 jaar. De verbinding van de seismologie met de geologie richt zicht voor al op de
studie van actieve breuken in de ondergrond waarlangs aardbevingen kunnen ontstaan.


Beantwoording van de hoofdvraag

Hoe wordt een aardbeving veroorzaakt, gemeten en wat zijn de gevolgen ervan?

Een aardbeving kan door twee verschillende factoren veroorzaakt worden:

1. Natuurlijke factor.
Door het schuiven van tektonische platen langs of tegen elkaar ontstaan er trillingen in de aarde die tot een aardbeving kunnen leiden.

2. Menselijke factor.
Door boringen van mensen in de aarde (bijvoorbeeld voor gaswinning) kunnen trillingen ontstaan die leiden tot een plaatselijke aardbeving. Dit noemen we een geīnduceerde aardbeving.


Voor het meten van een aardbeving bestaan verschillende methodes:

1. Seismologische methode
Met behulp van een seismograaf worden de trilling die gevoeld worden in kaart gebracht, op het moment van de beving.

2. Met behulp van de schaal van Richter
De schaal van Richter is een schaal die opgesteld is om de kracht van een aardbeving te bepalen, aan de hand van wat de mens ervan merkt.

Als we het hebben over de gevolgen van aardbevingen moeten we een scheiding maken tussen bevingen op de continentale korst en bevingen op de oceanische korst.  
De gevolgen van een aardbeving op de continentale korst zijn meetbaar met behulp van de schaal van Mercalli. Deze schaal geeft de hoogte van de schade aan die de aardbeving heeft toegebracht. Voor het bepalen van schade een gebouwen wordt gebruik gemaakt van de EMS, een schaal die gebaseerd is op de schaal van Mercalli.

De gevolgen van een beving op oceanische korst zijn ernstig als er een vloedgolf ontstaat die terechtkomt op een kust. Dan vindt er een grote ramp plaats.

Bronnen

Internet:

www.geofoon.nl (het landelijk informatiepunt voor vragen over bodemdaling en
aardbevingen in Nederland)

www.aardbevingen.nl

http://www.artis.nl/modules/e_aardbevingen_01.html

www.knmi.nl/onderzk/seismo/home_n/education/nederland/nederland.html

Krant:

Algemeen dagblad

Boeken:

Aardrijkskunde lesboek, Actieve Aarde
Aardrijkskunde basisboek, De Geo
De Kleine Bosatlas, Wolters-Noordhoff

GERMAIN VAN DRUNEN