Grote megathrust-aardbevingen in koude wiggen van de mantel onder lawsoniet-blueschist facies

Waarom diepe aardbevingen ertoe doen

De meeste mensen stellen zich voor dat aardbevingen de aardkorst dicht onder onze voeten doen breken. Maar sommige van de krachtigste bevingenen scheuren juist door gesteenten meer dan 30 mijl diep, waar temperatuur en druk extreem zijn. Dit artikel onderzoekt waarom ongewoon grote aardbevingen zo diep kunnen optreden in bepaalde subductiezones—waar de ene tektonische plaat onder een andere duikt—en laat zien dat een bepaald type getransformeerd zeebodemsediment wel eens de sleutel kan zijn.

Waar grote bevingen gewoonlijk ophouden

In veel goed bestudeerde subductiezones, zoals bij Japan of de Pacifische Noordwestkust, treden grote “megathrust”-aardbevingen meestal slechts tot een bepaalde diepte op. Onder ongeveer 350 °C of dicht bij de grens tussen korst en mantel vervormen gesteenten doorgaans te soepel om grote breuken te genereren. In plaats van plotselinge breuken kruipen ze langzaam of vertonen ze zwakke, rommelende gebeurtenissen die slow slips en tremoren worden genoemd. Deze dieptelimiet heeft de manier gevormd waarop wetenschappers de omvang van toekomstige aardbevingen en tsunami’s inschatten.

Een raadsel in koude subductiezones

Toch tartten verschillende recente bevingen deze regel. De magnitude‑8.1 Kermadec‑beving van 2021 en diepe magnitude‑7 gebeurtenissen onder Noord‑Chili en de Japan Trench braken ver onder het gebruikelijke stoppunt, binnen een gebied dat de mantelwighoek wordt genoemd. Deze gebieden liggen waar de dalende plaat onder de bovenliggende mantel buigt, in relatief koude subductiezones waar gesteenten worden omgevormd tot laagtemperatuur “blueschist”-typen. De frequente diepe bevingen daar suggereren dat, onder de juiste omstandigheden, delen van het diepe plaatgrensvlak verrassend bros kunnen gedragen en bevingsvriendelijk kunnen zijn.

Een nadere blik op getransformeerd zeebodemsediment

Om dit gedrag te onderzoeken, testten de auteurs een gesteente dat metagreywacke heet—een veelvoorkomend type ingesubduceerd zeebodemsediment dat is samengedrukt en verhit tot de lawsoniet‑blueschist “facies”, of metamorfoseerde toestand. Ze namen een monster van Santa Catalina Island in Californië, waar oude subductie dergelijke gesteenten aan het oppervlak heeft teruggebracht. Microscopische analyse toonde een mengsel van kwarts, veldspaat en fragmenten rijk aan mineralen zoals lawsoniet, chloriet en amfibool, consistent met omstandigheden van ongeveer 330 °C en dieptes rond 37 kilometer in een koude subductieomgeving. Dit maakt het monster een realistische representant voor materiaal dat nu wordt meegevoerd in moderne koude platen zoals de Kermadec en de Japan Trench.

Hoe het gesteente faalt onder spanning

In het laboratorium vermaalde het team de metagreywacke tot een fijn poeder, plaatste het tussen blokken van sterker gesteente en schoof het onder gecontroleerde temperatuur-, druk- en watercondities. Door plotseling de schuifsnelheid te veranderen en te volgen hoe de weerstand evolueerde, konden ze zien wanneer het materiaal de neiging had soepel te schuiven versus wanneer het instabiel werd—een essentieel ingrediënt voor aardbevingen. Bij lage temperaturen versterkte het materiaal grotendeels wanneer het gedwongen werd sneller te schuiven, een teken van stabiel gedrag. Toen de temperaturen toenamen tot in het lawsoniet‑blueschistbereik onder bescheiden normale spanning, schakelde het over naar een “snelheidsverzwakkend” regime, waarbij sneller schuiven de weerstand vermindert en uit de hand lopende slip bevordert. Bij nog hogere drukken en temperaturen begon het materiaal meer ductiel te vloeien, waardoor de neiging tot bros breken afnam.

De koppeling van het lab aan echte breuken

Met behulp van deze metingen bouwden de auteurs een wrijvingsmodel dat vastlegt hoe dit sedimentaire gesteente reageert over een breed scala aan dieptes, temperaturen en schuifsnelheden. Vervolgens pasten ze het model toe op realistische temperatuur‑ en drukprofielen voor de Kermadec‑subductiezone en de Japan Trench. De berekeningen suggereren dat, langs het plaatgrensvlak waar lawsoniet‑houdend metasediment aanwezig is, een brede diepteband instabiel en snelheidsverzwakkend blijft, zelfs onder de korst‑mantelgrens. Numerieke simulaties van het aardbevingscyclus met dit gesteentegedrag produceren herhaalde diepe breuken met groottes en dieptes vergelijkbaar met waargenomen gebeurtenissen in Japan en Kermadec, wat impliceert dat dergelijke gesteenten inderdaad grote megathrust‑aardbevingen kunnen herbergen in de mantelwighoek.

Wat dit betekent voor aardbevingsrisico

Voor niet‑specialisten is de kernboodschap dat de dieptelimiet van grote subductieaardbevingen niet uitsluitend vastligt door temperatuur of door het binnentreden van de mantel. Het hangt ook sterk af van welke gesteenten de plaatgrens bekleden en hoe die gesteenten tijdens subductie zijn veranderd. In koude zones waar lawsoniet‑rijke metasedimenten een continue laag langs het scharnier vormen, bevorderen de omstandigheden bros, instabiel schuiven over een veel groter dieptebereik dan eerder werd aangenomen. Dit betekent dat sommige troggen in staat kunnen zijn onverwacht diepe en krachtige aardbevingen te produceren, en dat het begrijpen van de begraven gesteentetypen langs plaatgrenzen essentieel is voor nauwkeurigere seismische risico‑inschattingen.

Bronvermelding: Zhang, H., Barbot, S., Yang, Z. et al. Large megathrust earthquakes in cold mantle wedge corners under lawsonite blueschist facies. Nat Commun 17, 4007 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70315-4

Trefwoorden: subductie megathrust, diepe aardbevingen, lawsoniet blueschist, mantelwig, breukwrijving