Geerke Floor en Kees Floor, Zenit september 2009.
Op 6 april 2009 werd het midden van Italië getroffen door een zware aardbeving. De verschuivingen van de ondergrond werden onder andere in kaart gebracht met radarhoogtemetingen vanuit de ruimte. Dergelijke hoogtemetingen vinden ook andere toepassingen, zoals het volgen van het gedrag van vulkanen en het bepalen van het zeeniveau wereldwijd.
De
aardbeving van 6 april deed zich voor in de Apennijnen in Midden-Italië (zie
ook kader aardbevingen). Het epicentrum van de beving lag in
de buurt van het middeleeuwse stadje L'Aquila, ongeveer 95 kilometer ten noordoosten
van Rome, en is met het grotere groene vierkant gemarkeerd in figuur 1. De hoofdschok
had een kracht van 6.3 op de schaal van Richter. Daarnaast waren er talrijke minder
sterke naschokken. Sommige daarvan zijn ingetekend als kleinere groene vierkantjes;
in alle afgebeelde gevallen bedroeg de magnitude 5 of meer op de schaal van Richter.
Bij de beving vielen minstens 287 slachtoffers; duizend mensen raakten gewond.
Veertigduizend bewoners van de regio werden dakloos en moesten deels worden opgevangen
in tentenkampen. Ook was er veel materiële schade: vijftienduizend gebouwen
raakten zwaar beschadigd of werden totaal verwoest. Slechts een op de drie gebouwen
kwam er ongeschonden doorheen.
De beving werd in heel Midden-Italië gevoeld.
Doordat de Italiaanse premier Berlusconi tijdens de nasleep van de bevingen geregeld
met markante opmerkingen de pers haalde, verwijzen we hier naar deze gebeurtenis
als de berlusconibeving.
Interferometrie
Wie wel eens een aardbeving heeft gevoeld, weet dat de grond dan beweegt onder
je voeten. Die bewegingen leiden tot vervormingen en veranderingen in het reliëf
van het gebied, die met onder andere radarhoogtemetingen vanuit de ruimte in
kaart kunnen worden gebracht (zie kader radarhoogtemetingen).
Zo heeft de Envisat van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA een Advanced
Synthetic Aperture Radar (ASAR) aan boord, die de gegevens leverde waaruit figuur
1 is afgeleid. De methodiek die daarbij gebruikt wordt, noemt men Synthetic
Aperture Radar interferometry of kortweg InSAR. Wat kort door de bocht kun je
zeggen dat daarbij twee hoogtekaarten met elkaar worden vergeleken: in dit geval
een van 1 februari 2009, dus van voor de aardbeving, en een van 12 april, de
eerste overkomst van de Envisat na de beving. Het resultaat van deze bewerking
levert een interferogram op, dat een interferentiepatroon in regenboogkleuren
bevat, bij voorkeur geprojecteerd op een kaart van de omgeving. Elke kleurrijke
band komt overeen met een verplaatsing van het aardoppervlak van 2,8 centimeter
in de richting van de satelliet of de tegenovergestelde richting.
Het interferogram van de berlusconibeving van 6 april toont negen van die interferentiebanden
rond de plaats waar de veranderingen het grootst waren, ongeveer midden tussen
L'Aquila en Fossa (zie figuur 1). De grond bewoog daar maar liefst 24 centimeter
naar beneden langs een lijn in de richting van de satelliet. De gegevens kwamen
goed overeen met de meetresultaten van vijf GPS-stations in de buurt, in figuur
1 weergegeven met zwarte driehoekjes. Het interferogram werd gemaakt door onderzoekers
van het Italiaanse Instituut voor Geofysica en Vulkanologie INGV in Catania
op Sicilië. Andere instituten en instellingen uit Italië, Frankrijk,
Griekenland en Iran maakten op basis van de radarhoogtemetingen van de Envisat
en andere satellieten vergelijkbare interferogrammen.
1. Interferogram van de berlusconibeving van 6 april 2006 in Midden-Italië bij het middeleeuwse stadje L'Aquila. Het beeld is gebaseerd op radarhoogtemetingen met de Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) op de ESA-satelliet Envisat. Toelichting: zie tekst. Bron: INGV. |
|
Paganicabreuk
De
verschuivingen in de aardkorst traden op langs de Paganicabreuk, genoemd naar
het daar vlakbij gelegen plaatsje Paganica. Het breukvlak (zie ook kader aardbevingen)
loopt onder L'Aquila door en komt aan het aardoppervlak langs de noordwest-zuidoost
georiënteerde gele lijn in de figuur, waar de vervormingen het sterkst zijn
en dus de interferentiebanden het dichtst op elkaar liggen. De breuk was al eerder
tijdens geologisch veldwerk aan het licht gekomen en is ingetekend op geologische
kaarten van het gebied sinds de jaren negenig van de vorige eeuw.
Medewerkers
van de Franse Geologische Dienst BRGM vertaalden de radarhoogtemetingen door naar
kaarten met horizontale en vertikale verplaatsingen van het aardoppervlak. Daarbij
is ervan uitgegaan dat de horizontale bewegingen loodrecht op de richting van
de in figuur 1 geel ingetekende breuklijn staan. De stijg- en daalbewegingen zijn
in figuur 2 weergegeven in kleur, de ingetekende pijlen geven de horizontale bewegingen.
Aan de zuidwestkant van de Paganicabreuk daalde de bodem tot maximaal 24 centimeter;
aan de noordoostkant kwam de bodem tot 2 centimeter omhoog. De lengte van elke
pijl is een maat voor de verplaatsing in horizontale richting; bij de langste
pijlen is die verplaatsing ongeveer 13 centimeter.
Uitgaande van de radarhoogtemetingen
kunnen verder de bewegingen in de aardkorst worden nagebootst met een computermodel.
Dat is ondermeer gedaan door wetenschappers van het reeds eerder genoemde INGV.
Ze maakten een driedimensionale situatieschets, zoals afgebeeld in figuur 3. De
kleuren op het blauw getinte breukvlak geven een maat voor de bewegingen die daarlangs
optraden. Op 4 kilometer diepte was de verschuiving het grootst: 90 centimeter.
|
Etna
De
radarhoogtemetingen en de bijbehorende interpretatie daarvan met behulp van interferometrie
vindt ook toepassingen op andere terreinen, zoals de vulkanologie. Om de uitbarstingen
van een vulkaan goed te voorspellen, is het belangrijk te weten wanneer magma
richting het aardoppervlak komt. Bij nieuwe toevoer van magma wordt namelijk op
een gegeven moment de druk zo hoog dat er een uitbarsting kan plaatsvinden. Soms
gaat de verplaatsing van magma vrij abrupt; in dat geval geven de kleine aardbevingen
die daarbij optreden een aanwijzing dat een eruptie op handen is. Andere keren
dringt het magma zo geleidelijk op dat er geen bevingen ontstaan en er alleen
maar een geringe vervorming van de vulkaan optreedt. Dan bieden radarhoogtemetingen,
waarmee die vervorming gesignaleerd kan worden als voorbode van een uitbarsting,
uitkomst.
De Etna is de grootste en meest actieve vulkaan van Europa (zie ook artikel
in Zenit, maart 2006) en de best bestudeerde vulkaan ter wereld. Beschrijvingen
van uitbarstingen gaan terug tot voor het begin van onze jaartelling. Toch is
onze kennis over de vulkaan en de processen die zich daarin afspelen, vooral
de afgelopen twintig jaar verkregen met nieuwe technieken, zoals InSAR. De radarhoogtemeters
op de ESA-satellieten ERS-1, ERS-2 en Envisat doen hun werk sinds 1992, zodat
er inmiddels een meetreeks beschikbaar is van meer dan 15 jaar. De beschikbaarheid
van zo'n lange meetreeks met de daarop gebaseerde analyses is uniek in de wereld.
Vulkanologen werken liever met lange reeksen dan met de gegevens van slechts
één uitbarsting. Ze kunnen er een beter inzicht mee verkrijgen
in het algemene gedrag van de vulkaan over langere tijd en cyclisch gedrag,
waarbij patronen zich herhalen, nauwkeuriger bestuderen.
Uit de analyse van de meetgegevens blijkt dat de Etna 'ademt' (figuur
5): nu eens krimpt hij of zakt hij wat in, zoals de afgelopen jaren het geval
was, dan weer dijt hij uit of komt omhoog, zoals in de jaren negentig van de vorige
eeuw. Figuur 4 geeft de totale vervorming van het aardoppervlak over de periode
waarin metingen werden verricht. Door het 'ademhalingsgedrag' te koppelen aan
het patroon van uitbarstingen dat de vulkaan laat zien, kunnen de toekomstige
erupties beter worden voorspeld.
4.
Veranderingen van het aardoppervlak rond de Etna over een periode van 15 jaar:
1992-2006. De linkerfiguur toont vervormingen in verticale richting, de rechterfiguur
in de richting oost-west. De figuren zijn gebaseerd op radarhoogtemetingen vanuit
ESA-satellieten ERS-1, ERS-2 en Envisat en daaruit afgeleide interferogrammen.
De zwarte lijnen geven de ligging van belangrijkste breuken in de aardkorst. Bron:
Neri et al. |
|
Bronnen:
ESA-website.
Neri,
M. et al., (2009), Deformation and eruptions at Mt. Etna (Italy): A lesson from
15 years of observations, Geophys. Res. Lett., 36, L02309, doi:10.1029/2008GL036151,
28 januari 2009.
Radarhoogtemeting vanuit de ruimte. |
|
|
|