Enorm onderzees waterreservoir ontdekt – zou mysterieuze aardbevingen in Nieuw-Zeeland kunnen verklaren

Een seismische camera loopt achter een onderzoeksschip aan tijdens een onderzoek van de Hikurangi-subductiezone in Nieuw-Zeeland. Uit een onderzoek uitgevoerd door het Geophysics Institute van de Universiteit van Texas is gebleken dat er een enorm en oud waterreservoir kilometers onder de zeebodem ligt. Krediet: Geofysica Instituut van de Universiteit van Texas/Adrian Arnulf

Een groot waterreservoir dat onder de oceaanbodem bij Nieuw-Zeeland is ontdekt, kan inzicht verschaffen in de mechanismen van langzame aardbevingen en tektonische activiteit.

Onderzoekers hebben het equivalent van zeewater ontdekt dat gevangen zit in sedimenten en rotsen op een verloren vulkanisch plateau dat zich nu diep in de aardkorst bevindt. Een seismisch 3D-beeld onthulde dat het water drie kilometer onder de oceaanbodem voor de kust van Nieuw-Zeeland ligt, waar het waarschijnlijk een grote aardbeving op het Noordereiland van het land zal opvangen.

Langzame aardbevingen en water

Het is bekend dat breuken langzaam bewegende aardbevingen veroorzaken, ook wel slow-slip events genoemd. Deze kunnen opgekropte tektonische druk in de loop van dagen en weken onschadelijk vrijgeven. Wetenschappers willen weten waarom ze bij sommige defecten vaker voorkomen dan bij andere.

Er wordt aangenomen dat veel langzame aardbevingen verband houden met begraven water. Tot op heden is er echter geen direct geologisch bewijs dat wijst op het bestaan ​​van een dergelijk groot waterreservoir in deze specifieke Nieuw-Zeelandse kloof.

Het Hikurangi-plateau is de overblijfselen van een reeks epische vulkaanuitbarstingen die 125 miljoen jaar geleden in de Stille Oceaan begonnen. Een recent seismisch onderzoek (rode rechthoek) onder leiding van het Institute of Geophysics van de Universiteit van Texas bracht het plateau in beeld toen het in de Hikurangi-subductiezone in Nieuw-Zeeland terechtkwam (rode lijn). Krediet: Andrew Gas

“We kunnen nog niet diep genoeg kijken om precies te weten wat de impact is op de breuklijn, maar we kunnen wel zien dat de hoeveelheid water die hier stroomt veel hoger is dan normaal”, zegt hoofdauteur Andrew Ghez, die het onderzoek uitvoerde. Werkzaam als postdoctoraal onderzoeker aan het University of Texas Institute of Geophysics (UTIG).

Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Vooruitgang van de wetenschap Het is gebaseerd op seismische expedities en wetenschappelijke oceaanboringen onder leiding van onderzoekers van UTIG.

Zoek naar dieper inzicht

Gase, nu een postdoctoraal onderzoeker aan de Western Washington University, roept op tot dieper boren om te achterhalen waar het water terechtkomt, zodat onderzoekers kunnen bepalen of dit de druk rond de breuk beïnvloedt – een belangrijk stukje informatie dat tot een nauwkeuriger begrip zou kunnen leiden. Hij zei over grote aardbevingen.

Watertank activa

De plek waar onderzoekers het water vonden, maakt deel uit van een uitgestrekte vulkanische provincie die werd gevormd toen een lavawolk van Amerikaanse omvang 125 miljoen jaar geleden het aardoppervlak in de Stille Oceaan doorbrak. Deze gebeurtenis was een van de grootste bekende vulkaanuitbarstingen op aarde en duurde enkele miljoenen jaren.

Gaz gebruikte seismische scans om een ​​3D-beeld te maken van het oude vulkanische plateau, waar hij dikke, gelaagde sedimenten rond begraven vulkanen zag. Zijn medewerkers bij UTIG voerden laboratoriumexperimenten uit op monsters van vulkanisch gesteente en ontdekten dat water bijna de helft van het volume uitmaakte.

Een seismisch beeld van het Hikurangi-plateau onthult details over het binnenste van de aarde en waaruit het bestaat. De blauwgroene laag onder de gele lijn toont water dat in de rotsen is begraven. Onderzoekers van het Geophysics Institute van de Universiteit van Texas geloven dat het water aardbevingen in de nabijgelegen Hikurangi-subductiezone zou kunnen dempen. Krediet: Andrew Gas

“Normale oceaankorst zou, wanneer deze ongeveer 7 tot 10 miljoen jaar oud wordt, veel minder water moeten bevatten”, zei hij. De oceaankorst was bij seismisch onderzoek tien keer ouder, maar bleef veel natter.

Gaz speculeert dat de ondiepe zeeën waarin de uitbarstingen plaatsvonden sommige vulkanen hebben geërodeerd tot poreuze, gebroken rotsen die water opslaan als een watervoerende laag tijdens het begraven. Na verloop van tijd veranderden de rotsen en hun fragmenten in modder, waardoor meer water werd vastgehouden.

Implicaties voor het begrijpen van aardbevingen

Deze ontdekking is belangrijk omdat wetenschappers geloven dat grondwaterdruk een sleutelelement kan zijn bij het creëren van de omstandigheden die tektonische stress veroorzaken via slow-slip aardbevingen. Dit gebeurt meestal wanneer waterrijke sedimenten met de breuk begraven raken, waardoor water ondergronds wordt vastgehouden. De Nieuw-Zeelandse Rift bevat echter weinig van deze typische oceanische afzettingen. In plaats daarvan geloven onderzoekers dat oude vulkanen en metamorfe gesteenten – nu kleiachtig – grote hoeveelheden water naar beneden hebben getransporteerd toen de kloof ze opslokte.

UTIG-directeur Demian Saffer, co-auteur van de studie en co-hoofdwetenschapper van de wetenschappelijke boormissie, zei dat de resultaten suggereren dat andere aardbevingsfouten over de hele wereld zich in vergelijkbare situaties zouden kunnen bevinden.

“Het is een heel duidelijk voorbeeld van de relatie tussen vloeistoffen en de manier waarop een tektonische breuk beweegt – inclusief het gedrag van aardbevingen,” zei hij. “Dit is iets dat we op basis van laboratoriumexperimenten hebben verondersteld en voorspeld door enkele computersimulaties, maar er zijn maar heel weinig duidelijke veldexperimenten om dit op de schaal van tektonische platen te testen.”

Referentie: “Overstroming van de vulkanisch rijke bovenkorst levert vloeistoffen voor ondiepe stuwkracht en langzaam glijden” door Andrew C. Gas, Nathan L. Bangs, Demian M. Safar, Shushu Han, Peter K. Molenaar, Rebecca E. Bell, Ryota Arai, Stuart A. Henrys, Shuichi Kodaira, Richard Davey, Laura Fram en Daniel HN Parker, 16 augustus 2023, Vooruitgang van de wetenschap.
doi: 10.1126/sciadv.adh0150

Het onderzoek werd gefinancierd door de Amerikaanse National Science Foundation en de wetenschaps- en onderzoeksbureaus van Nieuw-Zeeland, Japan en het Verenigd Koninkrijk.