Ruimtelijk-temporele ontwikkeling van korstspanningen voorafgaand aan verwoestende aardbevingen met behulp van GNSS

De grond zien ademen vóór een beving

Stel je voor dat we de aardkorst langzaam zien aanspannen en ontspannen in de jaren vóór een grote aardbeving, net zoals een arts de vitale functies van een patiënt volgt. Deze studie onderzoekt of subtiele veranderingen in de vorm van het land — gemeten met satellietgebaseerde positionering — betrouwbare waarschuwingspatronen kunnen onthullen vóór verwoestende bevingen zoals die van 1 januari 2024 op het Noto-schiereiland in Japan. Door langjarige GPS-achtige metingen om te zetten in kaarten van hoe de korst rekt en samenknijpt, onderzoeken de auteurs of aardbevingen herkenbare signalen in het landschap achterlaten voordat ze toeslaan.

Hoe kleine bewegingen verborgen spanningen onthullen

Moderne navigatiesatellieten stellen wetenschappers in staat grondstations tot op enkele millimeters nauwkeurig te lokaliseren. Japan heeft een van ’s werelds dichtste netwerken opgebouwd, GEONET, met meer dan duizend GNSS-stations verspreid over het land. In plaats van alleen bij te houden hoe elk station individueel beweegt, bekijkt deze studie hoe groepen stations zich ten opzichte van elkaar verplaatsen. Door nabijgelegen stations te verbinden in driehoeksnetten en een methode toe te passen die ingenieurs ook voor bruggen en gebouwen gebruiken, zet het team dagelijkse positie-wijzigingen om in “korstspanningen” — maten voor hoeveel het aardoppervlak wordt uitgerekt, samengedrukt of geschoven.

Een nadere blik op de beving op het Noto-schiereiland

De onderzoekers richtten zich op drie verwoestende Japanse aardbevingen van het afgelopen decennium, met speciale aandacht voor de magnitude 7,5 aardschok op het Noto-schiereiland van 1 januari 2024. Rond het epicentrum bouwden ze een web van driehoeken tussen GEONET-stations en volgden ze hoe de spanning dag na dag evolueerde gedurende ongeveer 13 jaar voorafgaand aan het evenement. Gewone grondverplaatsingen — hoe ver elk station naar oost, west, noord, zuid of op en neer bewoog — leken grotendeels vloeiend en onopvallend. Zelfs toen de lokale seismische activiteit na eind 2020 toenam, gaven de verplaatsingscurven weinig aanwijzing dat er een grote breuk aan zat te komen.

Waarschuwingssignalen zien in uitzetting en samendrukking

Spanning vertelde een heel ander verhaal. Het team zocht inzoomen op een bepaald soort spanning, dilatatie genoemd, die beschrijft in welke mate het oppervlak in oppervlakte uitzet of krimpt. Vanaf ongeveer december 2020 toonden driehoekige regio’s nabij het toekomstige Noto-epicentrum een langzame, aanhoudende verandering in dilatatie die meerdere jaren duurde. Sommige gebieden zetten gestaag uit, andere trokken gestaag samen, en vormden zo een duidelijk ruimtelijk patroon dat het sterkst werd dicht bij de toekomstige breuk. Door rechte lijnen te passen op deze meerjarige trends vonden de onderzoekers dat de regio’s met de grootste veranderingen in dilatatie samenvielen met het latere breukgebied en globaal overeenkwamen met het uiteindelijke vervormingspatroon dat bij de beving zichtbaar werd. Dit suggereert dat de locatie en de algehele omvang van de naderende aardbeving vervat zaten in het evoluerende spanningsveld.

Korte-termijn flikkeringen vóór het breken

Naast de langzame achtergrondtrend onderzochten de auteurs hoe “ruisig” het dilatatiesignaal in de loop van de tijd werd. Ze vergeleken elke dagwaarde met een wekelijkse voortschrijdende gemiddelde en volgden hoe groot de afwijkingen waren. Jarenlang gedroegen deze schommelingen zich op een vrij regelmatige, seizoensafhankelijke manier, met iets levendiger gedrag in de zomer. Maar in 2023, het jaar vóór de hoofdschok op Noto, werden de afwijkingen ongewoon groot rond twee belangrijke gebeurtenissen: een magnitude 6,5 foorslag in mei en de magnitude 7,5 hoofdschok op Nieuwjaarsdag. In de weken vóór beide bevingen nam de spreiding in dilatatie ruim boven het langetermijnstatistische bereik toe, vooral in elementen het dichtst bij het epicentrum, wat wijst op een kortetermijn ‘‘geratel’’ van de korst terwijl deze faalde.

Aanwijzingen uit andere recente rampen

Om te testen of Noto uniek was, vergeleek de studie de spanningsgeschiedenis van Noto met die van twee andere verwoestende gebeurtenissen: de Kumamoto-aardbeving van 2016 en de Hokkaido Eastern Iburi-aardbeving van 2018. Elk vond plaats in een andere tektonische omgeving en op een andere diepte, maar allen vertoonden een meerjarige, aardschok-specifieke opbouw in dilatatiespanning nabij het uiteindelijke breukgebied. De duur en stijl van de geleidelijke toename leken te schalen met de omvang van de beving, wat suggereert dat grote gebeurtenissen mogelijk voorafgegaan worden door langere periodes van langzame vervorming. Verschillen tussen regio’s die wel en geen grote bevingen huisvestten versterkten bovendien het idee dat deze patronen geen loutere achtergrondruis zijn.

Wat dit kan betekenen voor toekomstige waarschuwingen

Voor niet-specialisten is de belangrijkste conclusie dat de grond in Japan niet simpelweg zonder waarschuwing brak toen de Noto-schiereiland-beving toesloeg. In plaats daarvan lijkt de korst in dat gebied over meerdere jaren op een karakteristieke manier langzaam te zijn vervormd, en werden de dagelijkse schommelingen ongewoon onrustig in de weken vóór de zwaarste schokken. Hoewel dit geen recept is voor nauwkeurige kortetermijnvoorspellingen, suggereert het dat zorgvuldig monitoren van korstspanningen — in het bijzonder dilatatie — over uitgestrekte gebieden kan helpen aanwijzen waar grote bevingen waarschijnlijker worden, hoe groot ze mogelijk zijn, en wellicht wanneer de korst een hoger-risicovenster ingaat. De studie betoogt dat met dichte GNSS-netwerken en verfijnde spanningsanalyse de aardbevingswetenschap mogelijk dichter bij praktische vroegwaarschuwingsinstrumenten komt die gebaseerd zijn op hoe het aardoppervlak stilletjes ‘‘ademt’’ voordat het breekt.

Bronvermelding: Kamiyama, M., Mikami, A., Sawada, Y. et al. Spatiotemporal evolution of crustal strains preceding destructive earthquakes using GNSS. Sci Rep 16, 9708 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38681-7

Trefwoorden: aardschok-voorlopers, GNSS-bewaking, korstspanning, Noto-schiereiland aardbeving, langzame slipvervorming