Schok komt zeker, maar wanneer

Morgen is het een jaar geleden dat San Francisco werd getroffen door een aardbeving met een kracht van 7,1 op de schaal van Richter. Er vielen 62 doden en 3000 mensen raakten gewond.

Nog altijd herinneren scheuren in het wegdek en ingezakte muren aan de ravage die werd aangericht. De schade had nog veel groter kunnen zijn als het epicentrum van de Loma Prieta-beving (genoemd naar een berg bij Santa Cruz) dichter bij San Francisco had gelegen.

De kans dat dat gebeurt, is aanzienlijk gestegen. Voor de aardschok van 1906 werden gedurende 83 jaar in de Bay Area zeven grote bevingen geregistreerd. In de volgende 83 jaar waren dat er slechts twee. Nu bouwt de spanning in het korstgesteente langs de randen van de tektonische platen van de San Andreas-breuk zich geleidelijk weer op.

De volgende grote aardverschuiving doet zich waarschijnlijk voor langs de Hayward-breuk. Deze breuk loopt dwars door de dichtbevolkte East Bay. De beving zal zo'n 30 seconden aanhouden, 4400 mensen vinden de dood en er zal zo'n 40 miljard dollar schade worden aangericht, schatten deskundigen.

'Als Loma Prieta iets duidelijk heeft gemaakt dan is het wel dat San Francisco niet is voorbereid op een krachtige aardbeving', zegt Vitelmo V. Bertero, directeur van het Earthquake Engineering Research Center (EERC van de Universiteit van Californie in Berkeley.

Grote delen van San Francisco zijn volgens Bertero wel veilig. De opvallende piramidevormige Transamerica Building heeft driehoekige spanten en zuilen van gewapend beton, die drie meer keer zoveel druk kunnen verdragen als is voorgeschreven. Bij een aardbeving zal het gebouw hooguit heen en weer zwaaien. Maar andere delen van de stad, waaronder de Chinese wijk Chinatown, veranderen bij een krachtige beving in een ravage. De bewoners kunnen verbetering van de oude gebouwen niet betalen, krotten blijven staan om onderdak te bieden aan armen.

Huizen zijn volgens Bertero absoluut schokbestendig te maken. Funderingen kunnen rusten op een flexibel draagvlak van staal en elastomeer (een synthetisch rubber), dat bij een beving als schokbreker fungeert. Het effect van een schok met een kracht van 8 op de schaal van Richter kan hiermee worden teruggebracht tot 5 of 6. In plaats van elastomeer kan de fundering ook bestaan uit een bewegende stalen constructie. Beide toepassingen zijn echter duur, en voor gebouwen met meer dan vijftien verdiepingen komen ze niet in aanmerking.

Geen van deze schokvrije huizen zijn in de praktijk getest. Wel wordt in Japan veel geld geinvesteerd in onderzoek naar dit soort funderingen: 20 miljoen dollar per jaar. De Amerikaanse inspanningen bedragen nog geen 900.000 dollar per jaar.

Statistische analyse

Allan G. Lindh van de Amerikaanse Geologische Dienst had de beving van Loma Prieta al lang verwacht. 'We werden gealarmeerd door twee kleinere aardschokken, een in in juni 1988 en een andere in augustus '89', zegt Lindh. Hij erkent dat de huidige voorspellingen voornamelijk zijn gebaseerd op de statistische analyse van een reeks bevingen op dezelfde lokatie. Lindh gelooft in vaste tijdsintervallen tussen aardverschuivingen (semi-periodiciteit). Op grond van deze hypothese wordt in Parkfield, halverwege San Francisco en Los Angeles, een aardbeving verwacht met een intensiteit van 5,5 tot 6 op de Richterschaal. Nieuwe berekeningen komen uit op maart 1991.

Rond Parkfield staat een net van instrumenten opgesteld. Diep in de grond worden spanningsverschillen in het gesteente gemeten. Met magnetometers worden veranderingen in het aardmagnetisch veld opgespoord. Laser-afstandmeetapparaten registreren elke verschuiving van de tektonische platen aan weerszijden van de breuk.

Er wordt ook gekeken naar geochemische gegevens, maar daarvan is de kennis nog niet erg groot. Wel wordt voor alle zekerheid de hoeveelheid radongas en waterstofgas in de grond gemeten. Ook hoopt men wijs te kunnen worden uit voorspellende verschijnselen die met aardbevingen samenhangen, zoals de waterstand van putten, het gedrag van meervallen en het terugtrekken van de zee. Lindh geeft toe dat men nog altijd niet weet welke methode de beste is; voorlopig is systematische waarneming de enige basis voor nieuwe ontdekkingen.

Toch maakt het voorspellingsonderzoek volgens Lindh flinke vorderingen. Zo bestuderen Yong-Gang Li van de Universiteit van Zuid-Californie in Los Angeles en Peter Malin van de Universiteit van Californie het gedrag van seismische golven langs breukzones. De golven bewegen er trager dan door gesteente aan weerskanten van de zone. Aan de hand van seismische metingen in boorgaten 300 en 400 meter onder de grond kan de breedte van de zone nauwkeurig worden vastgesteld. Veranderingen in het gedrag van de golven zouden kunnen waarschuwen voor toekomstige bevingen.

Lindh heeft voorgesteld om langs gevaarlijke segmenten van de San Andreas-breuk dezelfde meetapparatuur te plaatsen als in Parkfield, om op deze manier de kansen op een volgende beving beter te bepalen, maar daar is minstens 10 miljard dollar voor nodig.

VLF-seignalen

Maar misschien zijn dergelijke metingen niet eens nodig. Een ontdekking van Anthony C. Fraser-Smith van de Stanford Universiteit heeft geologen onlangs in staat van grote opwinding gebracht. Fraser-Smith experimenteerde in oktober 1989 met zeer lage frequenties ten behoeve van een communicatiesysteem voor onderzeeboten. Hiervoor werd de VLF-band (Very Low Frequency) gebruikt: de reikwijdte van VLF-signalen is groter doordat de energie van de straling makkelijk wordt geabsorbeerd door de aarde en het zeewater. VLF-signalen zijn echter ook zeer gevoelig voor atmosferische storingen. Fraser-Smith besloot daarom eerst de hoeveelheid magnetische straling te meten in de nog lagere ULF-band (Ultra Low Frequency). Op de campus van de universiteit was dat niet mogelijk: Stanford ligt dicht bij de spoorlijn van CalTrain, het boemeltje van Silicon Valley. Daarom werd uitgeweken naar Corralitos, 7 kilometer van het epicentrum van de Loma Prieta-aardbeving. De gegevens van dit meetstation werden via de telefoon naar Stanford verzonden.

Bij de aardbeving van oktober werd de verbinding tijdelijk verbroken, zodat de onderzoekers de gegevens pas later onder ogen kregen. Fraser-Smith: 'Tot onze verbazing zagen we dat de magnetische activiteit enkele dagen voor de aarbeving geleidelijk was toegenomen en een piek had bereikt drie uur voordat de grond begon te schudden. We hebben onmiddellijk de apparatuur gecontroleerd, maar we hebben niets afwijkends kunnen vinden. Er leek maar een conclusie mogelijk: de magnetische activiteit had direct te maken met de aardbeving.'

Geologen verschillen nog van mening over de oorzaak van de magnetische activiteit. Fraser-Smith zelf denkt aan piezoelektrische verschijnselen. In sommige mineralen ontstaan elektrische spanningen als de kristallen worden samengegedrukt. Anderen vermoeden dat de magnetische activiteit wordt beinvloed door veranderingen van het vochtigheidsgehalte van het gesteente.

Sceptisch

Om na te kunnen gaan of er inderdaad een verband bestaat tussen de signalen en aardbevingen zullen in Parkfield twee meetstations worden geinstalleerd. Voor nauwkeurige metingen heeft Fraser-Smith een krachtige aardverschuiving nodig. Kleinere bevingen gaven tot nu toe geen wijzigingen in de magnetische activiteit te zien.

Fraser-Smith zelf blijft vooralsnog sceptisch. Aan het begin van jaren zeventig dacht men ook al eens de sleutel tot het voorspellen van aardbevingen gevonden te hebben toen seismische golven aangaven dat de geluidssnelheid in het korstgesteente kort voor een beving veranderde. Maar al gauw bleek dat dit slechts incidenteel gebeurde. Lindh is echter blij met elke nieuwe ontdekking. 'We komen steeds meer te weten over aardbevingen', zegt hij. 'We kunnen nu in elk geval berekenen hoe groot de kans is dat zich in een bepaald gebied een aardbeving voordoet. Honderd jaar geleden was dat nog absoluut ondenkbaar.'