Schudden en Beven

Zo'n twee keer per maand word ik in mijn bed door elkaar gerammeld. Dat komt omdat een DAR-auto bij het zwembad over een drempel dendert. Dit gaat over schudden en beven, hoe meet je het; en hoe zit dat in Groningen.

Schokjes in de wijk

Het feit dat ik op zo'n 100m die DAR-schokjes voel als ik die auto hoor, betekent dat die schokjes zich razendsnel als "aardoppervlaktegolven" naar de fundering van mijn huis spoeden om mijn schilderijen te laten trillen. Ik moet zeggen dat het eigenlijk wel meevalt, en er zijn gebieden in Nederland en in de wereld waar het schokkender is. 

Het vak van schudden en beven heet seismologie en het zijn de seismografen die de schokjes meten. Ouderwetse seismografen zijn zware "kanonskogels" aan een draad. Aan de kogel zit een potloodje en als het gaat beven blijft de kogel door zijn traagheid "stil" hangen en beweegt het potloodje op het "bewegende" papiertje, je krijgt zo een seismogram (zie figuur). Je ziet gelijk dat een beving in de orde van een minuut duurt.

Seismogram van twee aardbevingen in Groningen op 15 en 16 augustus 2012, waarbij de uitslag tegen de tijd staat uitgezet. (Bron: KNMI-site)

De Schaal van Richter

Richter gebruikte een veel modernere seismograaf waarmee hij zijn Schaal definieerde. Sloeg het apparaat 1mm uit en was de beving op 100km (epicentrum), zo stelde Richter, dan had hij een 3. Sloeg hij 10mm uit, dan een 4, 100mm een 5. Dus ieder punt erbij op de schaal van Richter betekent een factor 10 in de uitslag (zie grafiek voor de logaritmische schaal). Belangrijk om te onthouden is, dat bij de definitie van die Richter schalen het centrum van de aardbeving op 100km ligt.

Logaritmische schaal voor het Richter Getal. Als M=3, dan uitslag 1,00mm, als M=3,5 dan uitslag 1,2mm, M=4 uitslag 10mm (stippen)

Bij iedere aardschok hoort een hoeveelheid energie die de aarde in beweging zet. Je kunt die energie uitdrukken in Joules (J), maar ook in bommen of meteorietinslagen (zie grafiek). Op zich niet zo gek, want veel kernproeven gebeur(d)en ook onderaards. Zo kom je bij een schaal van drie uit op de energie van een heel zware klassieke bom, terwijl je bij M=5 op de energie van een zwaar kernwapen zit. Een grote meteoriet levert een M=9 op.

Om een idee te geven over welke energieën het gaat, die in golven worden omgezet, keren we even terug naar de DAR. Zo'n auto weegt geladen 20 ton (m=20.000 kilo) en gaat met 30km per uur (v=8,33m/s) over onze drempel. Met een simpele formule is de energie (E_DAR) van de auto te berekenen (E_DAR=1/2 m × v²). We komen uit op E_DAR=700.000J=0,7Megajoule. De drempel zorgt ervoor dat in een korte tijd een gedeelte van die energie wordt omgezet in een klap. Stel dat het 1% is, dan komen we dus uit op 0,007MJ. En dat is op de schaal van Richter zo klein, dat je het geen aardbeving kan noemen, terwijl je die DAR-auto vlakbij best voelt, maar natuurlijk niet op 100km afstand. Voor echte aardbevingen moeten we wat groter denken.

Onze Groningse buren

Om een indruk te krijgen wat ze daar in Groningen doormaken, wat gegevens: Het gas zit 3km onder de grond, de steenlagen waar het gas zit zijn 200m dik, het Slochteren veld is 900km² groot en het soortelijk gewicht van de aarde is ongeveer 2kg/liter=2000kg/m³. Nu staat het daar in Groningen vol met detectoren en herhaaldelijk zijn daar schokken gevoeld in de orde van M=3. Dus energieën die overeenkomen met een heel zware bom (10¹² Joule).

Omdat door de jaren heen het gas uit de bodem is gehaald, is de bodem zo'n halve meter gedaald onder het gewicht (900×10⁶×3×10³×2000 = 5,4×10¹⁵kg) van de bodem. Dat levert enorme spanningen en zo nu en dan een schok. Dat is misschien voor een aardbeving klein, maar wel zeer goed voelbaar, en zeker als zo'n klap ergens vlak bij jouw huis plaatsvindt daar in Slochteren. Die Groningers hebben dus vreselijk gelijk en gelukkig krijgen ze het ook, ook al duurt dat wel erg lang. 

Het echte werk

Het echte werk bij aardbevingen gebeurt wanneer de diepere aardkorsten langs elkaar heen schuren. Daar hebben we in Zuid-Limburg, bij de Peellandbreuk, een beetje last van. Recordhouder is Roermond met M=5,8 in 1992 met een energie equivalent van een groot kernwapen op 100km (10¹⁵ Joule). Op Lombok zijn bevingen gemeten met M= 6,9 in augustus 2018. Dan zijn er erg veel slachtoffers. Groningen, Limburg en de wereld staan vol met seismograaf systemen die in drie richtingen "kijken": Noord-Zuid, Oost-West en Verticaal. En uit de seismogrammen kun je dan niet alleen de sterkte, maar ook de richting van de golven nauwkeurig bepalen. 

Er ontstaan bij een aardschok verschillende soorten golven in de aardmassa: 

Verdichting/verdunningsgolven (primaire P-golven). Denk aan geluidsgolven in lucht of een harmonica. 

Slingergolven (secondaire S-golven), zoals je ze klassiek voorstelt

Oppervlaktegolven (denk aan de branding van de zee). 

De snelheid door de aarde verschilt per soort golf en uit de tijdsverschillen waarop die golven aankomen, is de afstand tot het epicentrum te berekenen. Het aflezen van seismogrammen is lastig, vanwege de vele soorten golven die er zijn. Seismologie is een mooi maar moeilijk vak. 

Wat hebben we in Hees te vrezen? Niet zo veel denk ik. We zullen misschien nog een schokje uit Roermond kunnen verwachten aangesterkt met een DAR-auto, Groningen is voor ons te ver. En verder dan maar hopen, dat we hier geen meteorietinslag krijgen (M=9 en hoger).

Bronnen:

Wikipedia (Eng en NL): aardbevingen, aardgasvelden, Schaal van Richter. 

Het formuletje over de kinetische energie (1/2m×v²) vind je in een natuurkundeboek.

De zeer informatieve KNMI-site: https://www.knmi.nl/home. Zoek op: seismische waarnemingen.

Tekening: Joop van Eck