Japan ligt in zee van kruiende aardschollen

De vorige week woensdag begonnen uitbarsting van de vulkaan Karymsky, op het Siberische schiereiland Kamtsjatka, en de aardbevingen die eerder plaatsvonden op de Koerilen, Sachalin en Honshu (Kobe), hebben weer eens de aandacht gevestigd op een tektonisch nog vrij onbekend gebied.

Deze activiteiten zijn een gevolg van de onderlinge bewegingen van stukken aardkorst in een gebied waar de Euraziatische en de Noordamerikaanse aardschollen bij elkaar komen. De grens tussen deze twee grote aardschollen is elders op aarde - in de oceaanbodem - goed te traceren, maar in het noordoosten van Azië is van deze plaatgrens nog maar weinig met zekerheid bekend.

De theorie van de plaattektoniek is gebaseerd op het feit dat de aardkorst is opgebouwd uit twaalf tot vijftien starre platen of schollen die ten opzichte van elkaar bewegen. Die bewegingen hangen samen met trage stromingen in de diepere, taaivloeibare mantel. Hun grenzen zijn gebieden waar de ene plaat onder de andere wordt geperst en in de mantel verdwijnt (subductie), waar door het uit elkaar bewegen van platen nieuwe aardkorst ontstaat, of waar platen alleen langs elkaar schuren.

Langs deze grenzen vinden aardbevingen plaats en die zijn dan ook de belangrijkste basis voor het lokaliseren van de grenzen tussen de platen. In oceanische gebieden zijn de plaatgrenzen duidelijk te traceren. Waar de plaatgrenzen echter continentale korst doorsnijden, zijn zij vaak veel moeilijker te volgen. Dit komt doordat de continentale korst veel dikker, ouder en meer vervormd is dan de oceanische korst. Dit probleem wordt nog vergroot wanneer twee platen slechts langzaam ten opzichte van elkaar bewegen.

Waar de grens tussen de Euraziatische en de Noordamerikaanse plaat over de zeebodem loopt, is hij duidelijk gelokaliseerd: in de Atlantische Oceaan door de Middenatlantische rug en de Reykjanesrug en in de Noordelijke IJszee door de Nansenrug. Deze gordels zijn vrijwel nergens breder dan zo'n 50 km. Minder duidelijk is echter hoe de plaatgrens door Oost-Siberië loopt en waar hij aan de rand van de Grote Oceaan aansluit op de Pacifische en de Filippijnse plaat.

Vulkanische activiteit

Als men de epicentra (haarden) van alle ondiepe aardbevingen in dit gebied op een kaart weergeeft, tekenen zich verschillende gordels af. Opvallend zijn de gordels die samenvallen met de Japanse trog en de Koerilentrog. Deze smalle gordels op de oceaanbodem markeren de noordwestelijke rand van de Pacifische plaat, die hier met een snelheid van 8 cm per jaar onder de Noordamerikaanse plaat schuift. Het op grote diepte smelten en weer omhoog komen van dit plaatmateriaal leidt tot vulkanische activiteit langs deze plaatgrens. De uitbarsting van de vulkaan Karymsky, op Kamtsjatka, is een van de voorbeelden van dit nimmer eindigende proces.

Verder loopt er een minder scherp begrensde seismische gordel van de Laptewzee (de monding van de Lena) naar het punt waar de Koerilentrog voor de oostkust van het schiereiland Kamtsjatka een rechte hoek vormt met de naar Alaska lopende Aleoetentrog. Deze gordel volgt in Siberië ruwweg het Cerskogogebergte. Een andere gordel, de Sachalingordel, begint ook bij de Laptewzee, maar loopt via het Verchojanskgebergte naar de noordpunt van Sachalin en vervolgens verder naar het Japanse eiland Hokkaido. En dan is er nog een brede gordel van seismische activiteit van het Bajkalmeer naar de Zee van Ochotsk.

De Amerikaanse geofysici Michael E. Chapman en Sean C. Solomon deden in het midden van de jaren zeventig een eerste poging om uit al deze seismische gordels de meest waarschijnlijke ligging van de plaatgrenzen af te leiden. Zij gingen zowel uit van vervormingen van de aardkorst als van de ligging van de epicentra van alle ondiepe bevingen die vanaf 1909 tot 1973 in dit gebied hadden plaatsgevonden.

Hun conclusie was dat de grens tussen de Euraziatische en de Noordamerikaanse plaat wordt aangegeven door de Sachalingordel en dat deze op het Japanse eiland Hokkaido bij de Pacifische plaat komt: op het punt waar de Japanse trog en de Koerilentrog bij elkaar komen. Hokkaido was een triplepunt, waar drie grote aardschollen elkaar ontmoeten. De zware aardbeving die op 28 mei vorig jaar het noorden van Sachalin trof, zou dus samenhangen met de onderlinge beweging van de Euraziatische plaat en de Noordamerikaanse plaat.

In het midden van de jaren tachtig verdedigde onder andere David B. Cook, van de Michigan State University, het bestaan van een microplaat die ingeklemd zou zitten tussen deze grote platen. Op grond van verschuivingen na recente aardbevingen leidde hij het bestaan af van een flinke microplaat, die het grootste deel van de Zee van Ochotsk, het schiereiland Kamtsjatka en het Suntar-Chajata-gebergte in Oost-Siberië omvatte. Deze plaat zou ten opzichte van de Noordamerikaanse plaat heel langzaam tegen de wijzers van de klok in draaien.

Het probleem werd enkele jaren geleden nogmaals aangepakt door de Amerikaanse geofysicus Charles DeMets. Ook hij zocht naar de meest eenvoudige plaatconfiguratie die de meeste tektonische verschijnselen kon verklaren. Daarbij ging hij onder andere uit van de gegevens van 397 horizontale verschuivingen door ondiepe aardbevingen langs de Japanse trog en de Koerilentrog in de periode 1963 tot 1991.

Ook DeMets meent dat de Euraziatische en de Noordamerikaanse plaat de Sachalingordel als grens hebben. Deze gordel zou echter langs het Japanse eiland Hokkaido lopen, het hoofdeiland Honshu doorsnijden en ten zuidoosten hiervan bij de Filippijnse plaat komen: de plaat die tussen de Euraziatische en de Pacifische plaat ligt en langzaam onder Japan verdwijnt. Het noordelijke deel van Honshu zou dus op de Noordamerikaanse plaat moeten liggen en het zuidelijke deel op de Euraziatische plaat (Journal of Geoph. Res. 97, p. 17.627).

DeMets meent ook dat een systematisch verschil tussen de voorspelde en gemeten bewegingen van de Pacifische en de Noordamerikaanse plaat kan worden verklaard als men aanneemt dat zich bij Hokkaido van de Noordamerikaanse plaat een 'splinter' heeft losgemaakt, die nu met een snelheid van 6 tot 11 mm per jaar langs de Koerilentrog naar het zuidwesten schuift. Deze splinter zit ingeklemd tussen de Noordamerikaanse plaat en de hieronder verdwijnende Pacifische plaat. De zware beving op 4 oktober 1994 ten oosten van Hokkaido aan de Koerilentrog was een gevolg van de beweging van deze 'splinter'.

Ook de plaatconfiguratie van DeMets laat echter nog vele vragen open. Zo geeft hij geen verklaring voor de seismische activiteit langs het Siberische Cerskogogebergte en voor de juist zeer geringe activiteit ten noorden van Sachalin. Het eerstgenoemde gebied ligt ver van de gesuggereerde grens tussen de Euraziatische en de Noordamerikaanse plaat, terwijl het tweede er op zou liggen, zodat men eigenlijk precies het omgekeerde zou verwachten.

Mogelijk wijst deze tegenstrijdigheid toch op het bestaan van een afzonderlijke Ochotsk-plaat, ingeklemd tussen drie grotere broers. Helaas is het nog niet mogelijk om de preciese beweging van dit gebied te bepalen. Het enige dat DeMets kan zeggen is dat deze microplaat - als hij inderdaad bestaat - zich minder dan 5 mm per jaar ten opzichte van de Noordamerikaanse plaat verplaatst. De Sachalin-beving van 28 mei vorig jaar zou dus óók het gevolg kunnen zijn geweest van de bewegingen van de Euraziatische plaat en een Ochotsk-plaat.

Een ander raadsel is de brede gordel van seismische activiteit die van de noordpunt van het Bajkalmeer naar Sachalin loopt. Deze gordel wijst mogelijk op het bestaan van een China-plaat die ten opzichte van Eurazië draait. Volgens de Franse geofysici Gillles Peltzer en Paul Tapponnier zouden op zijn minst een deel van de vervormingen in dit gebied samenhangen met de botsing tussen India en Eurazië, die óók tot de opstuwing van de Himalaja heeft geleid. Het is echter onbekend in welke mate de beweging van een mogelijke China-plaat samenhangt met de vervormingen van de aardkorst op Sachalin of in de Japanse Zee.

Afzonderlijke microplaat

DeMets hield overigens nòg een slag om de arm. Volgens hem kon niet worden uitgesloten dat Hokkaido en het noordelijke deel van Honshu een afzonderlijke microplaat vormen en dus niet op de Noordamerikaanse plaat liggen. Om hierover zekerheid te krijgen zou hun beweging nog nauwkeuriger moeten worden bepaald. Dat is nu gedaan door de Japanse geofysicus Manabu Hashimoto en zijn Amerikaanse collega David D. Jackson. Zij hebben de aardkorst in het gebied van Japan op grond van de seismische activiteit verdeeld in 19 'blokken', waarvan de bewegingen werden gemeten.

De twee onderzoekers stellen vast dat het Izu-schiereiland aan de zuidkust van Honshu, dat door velen als een vast uitsteeksel van de Filippijnse plaat werd beschouwd, daar geen deel meer van uitmaakt. Het is een afzonderlijk blok dat tegen Honshu aanbotst. Verder zou het noordelijke deel van Honshu inderdaad niet tot de Amerikaanse plaat behoren, maar op zijn minst uit twee blokken bestaan die in verschillende richtingen bewegen.

Ook over dit stuk van de oostrand van de Euraziatische plaat is het laatste woord dus nog niet gesproken. Misschien moet moet men wel zeggen dat de plaatgrens hier verdwijnt in 'het botsen en schuiven van de vele onregelmatig gevormde blokken' waaruit de aardkorst in Japan bestaat (Journal of Geoph. Res. 98, p. 16.149). Zo blijft vrijwel het gehele noordoostelijke tracé van de Euraziatische plaatgrens in nevelen gehuld.

Hoe complex en onvoorspelbaar de 'blokkendoos' in dit gebied is, blijkt uit de zware beving die op 17 januari vorig jaar Kobe trof. Deze was niet het directe gevolg van het schuiven van grote, continentale schollen of van één van de 19 kleinere blokken. Hij vond plaats op een nòg minder opvallende breuk in de aardkorst, die al heel lang vrij weinig activiteit had vertoond. Dat maakt het voor seismologen ook vrijwel onmogelijk om met enige zekerheid te zeggen wanneer en waar er in de toekomst weer een beving zal plaatsvinden.

    • George Beekman