De aarde scheurt uiteen onder het noordwesten van de Pacific

Wetenschappers hebben een subductiezone voor de kust van Vancouver Island vastgelegd die in het proces is zichzelf uit elkaar te scheuren. Deze ontdekking onthult dat deze massieve tektonische systemen stuk voor stuk kunnen sterven, in plaats van in één keer. De vondst kan helpen bij het verklaren van oude plaatfragmenten, vulkanische activiteit en de manier waarop verborgen breuken onder Cascadia toekomstige aardbevingen kunnen beïnvloeden.

Hoe een subductiezone sterft

Subductie is een van de belangrijkste processen die het aardoppervlak voortdurend hervormen. Wanneer een oceanische plaat onder een andere plaat zakt, wordt materiaal uit de korst mee naar beneden getrokken richting de mantel, de hete laag onder de aardkorst.

Deze systemen kunnen miljoenen jaren actief blijven, maar ze kunnen niet oneindig doorgaan. Gebeurde dat wel, dan zouden continenten uiteindelijk tegen elkaar opgestapeld raken, zouden oceanen verdwijnen en zou een groot deel van de geologische geschiedenis van de aarde worden uitgewist.

Voor geologen roept dit een fundamentele vraag op: wat zorgt er precies voor dat een volwassen subductiezone stopt?

Brandon Shuck, geoloog aan de Louisiana State University en hoofdauteur van de studie, legt uit: "Het opstarten van een subductiezone is als het omhoog duwen van een trein op een helling: dat kost een enorme inspanning. Maar zodra hij beweegt, is het alsof de trein de heuvel af raast en onmogelijk te stoppen is. Om het te beëindigen is iets dramatisch nodig — in feite een treinongeluk."

Wetenschappers observeren dit proces nu mogelijk onder Cascadia.

Een tektonische plaat die uiteenvalt onder Cascadia

Voor de kust van Vancouver Island worden de Juan de Fuca- en Explorer-platen langzaam onder de Noord-Amerikaanse plaat geduwd. Dit gebied maakt deel uit van de Cascadia-subductiezone, een enorme tektonische grens die zich uitstrekt langs het noordwesten van de Pacific.

Onderzoekers combineerden gedetailleerde aardbevingsgegevens met seismische reflectie-imaging om diep onder de zeebodem te kijken. Deze techniek werkt vergelijkbaar met een medische echo: wetenschappers sturen geluidsgolven de aarde in en meten hoe deze golven terugkaatsen van verschillende ondergrondse structuren.

De seismische metingen zijn afkomstig van het in 2021 door de NSF gefinancierde Cascadia Seismic Imaging Experiment (CASIE21). Tijdens dit experiment stuurden onderzoekers vanaf een schip geluidsgolven de oceaanbodem in, waarbij een 15 kilometer lange kabel met onderwaterinstrumenten de terugkerende signalen registreerde.

Door deze echo's te analyseren, creëerden de wetenschappers gedetailleerde beelden van structuren onder de zeebodem. Het resultaat was opvallend: grote breuken en fracturen snijden door de zinkende plaat, inclusief gebieden waar de plaat actief lijkt af te breken.

"Dit is de eerste keer dat we een duidelijk beeld hebben van een subductiezone die op heterdaad is betrapt terwijl hij sterft," aldus Shuck. "In plaats van in één keer stil te vallen, scheurt de plaat stukje bij stukje uiteen, waardoor kleinere microplaten en nieuwe grenzen ontstaan. In plaats van één groot treinongeluk, is het alsof we toekijken hoe een trein langzaam ontspoort, wagon voor wagon."

Een scheur van 75 kilometer door de plaat

De onderzoekers identificeerden verschillende scheuren in de oceanische plaat. Eén bijzonder dramatisch kenmerk is een enorme verschuiving waarbij een deel van de plaat ongeveer vijf kilometer is gezakt.

"Er is een zeer grote breuk die de plaat actief splijt," legt Shuck uit. "Het is nog niet 100% afgescheurd, maar het is er bijna."

Aardbevingsactiviteit biedt een andere aanwijzing over wat er gebeurt. Langs een scheur die zich over ongeveer 75 kilometer uitstrekt, blijven sommige delen aardbevingen produceren, terwijl andere ongebruikelijk stil zijn geworden. Dit verschil is van belang, omdat aardbevingen ontstaan wanneer verbonden blokken gesteente spanning opbouwen en plotseling verschuiven.

"Zodra een stuk volledig is afgebroken, produceert het geen aardbevingen meer, omdat de gesteenten niet meer aan elkaar vastzitten," zegt hij. De afwezigheid van aardbevingen langs een deel van de scheur suggereert daarom dat een sectie van de plaat al is losgekomen. Volgens de onderzoekers breidt dit losgekoppelde gebied zich geleidelijk uit.

De aardkorst valt stuk voor stuk uiteen

In plaats van te bezwijken in één enorm incident, lijkt de subductiezone te stoppen via een reeks kleinere breuken. Onderzoekers beschrijven dit proces als "episodische" of "stapsgewijze" beëindiging. Individuele secties scheuren op verschillende tijdstippen af, waardoor het grotere tektonische systeem langzaam wordt ontmanteld.

Transformbreuken spelen hierbij een belangrijke rol. Dit zijn breuken waarbij delen van de aardkorst zijwaarts langs elkaar bewegen. In deze context kunnen ze fungeren als geologische scharen die door de plaat snijden en helpen individuele fragmenten te isoleren.

Zodra een stuk is gescheiden, kan er een microplaat ontstaan. Een microplaat is in feite een kleiner stuk van de rigide buitenste schil van de aarde dat zich enigszins onafhankelijk beweegt van de grote omringende tektonische platen. Ondertussen kunnen nabijgelegen delen van de grotere plaat blijven zinken.

Naarmate er meer stukken loslaten, verliest de resterende plaat een deel van de neerwaartse trekkracht die de subductie in stand houdt. Shuck vergelijkt dit proces met het verwijderen van wagons van een weglopende trein. Uiteindelijk blijft er niet genoeg van het systeem over om op dezelfde manier door te gaan. De afbraak van elk individueel segment kan enkele miljoenen jaren duren, maar samen kunnen deze episoden uiteindelijk een hele subductiezone beëindigen.

Oude tektonische mysteries worden verklaard

De ontdekking kan helpen bij het oplossen van geologische puzzels in andere delen van de wereld. Wetenschappers hebben elders verlaten plaatfragmenten en ongebruikelijke sequenties van vulkanisch gesteente gevonden die de laatste stadia van oude subductiesystemen lijken vast te leggen. Tot nu toe was er bewijs dat deze systemen uit elkaar waren gevallen, maar was er veel minder directe informatie over hoe dit proces precies verliep.

Een belangrijk voorbeeld is te vinden voor de kust van Baja California. Daar hebben geologen fossiele microplaten geïdentificeerd die zijn achtergelaten door de Farallon-plaat, een enorme oude oceanische plaat die ooit een groot deel van de oostelijke Pacific besloeg. De fragmenten suggereerden al lang dat de Farallon-plaat niet simpelweg in één gebeurtenis is verdwenen. De waarnemingen in Cascadia bieden nu een mogelijke verklaring voor hoe dergelijke overblijfselen ontstaan.

Gevolgen voor vulkanische activiteit

Het uiteenvallen kan ook processen dieper in de aarde beïnvloeden. Wanneer een stuk van een zinkende plaat zich scheidt, kan er een opening ontstaan, een zogenaamd "slab window". Deze opening staat toe dat heter materiaal uit de mantel naar het oppervlak stijgt.

Dit opstijgende materiaal kan de magmaproductie veranderen en potentieel bijdragen aan perioden van vulkanische activiteit. Naarmate het uiteenvallen voortduurt, kunnen tektonische grenzen verschuiven, kunnen er extra microplaten ontstaan en kunnen verschillende delen van het subductiesysteem op verschillende tijdstippen stoppen.

"Het is een progressieve afbraak, episode per episode," zegt Shuck. "En dat komt heel goed overeen met wat we zien in het geologische archief, waar vulkanische gesteenten jonger of ouder worden in een volgorde die deze stapsgewijze scheuring weerspiegelt."

Impact op aardbevingen in Cascadia

De bevindingen roepen ook een belangrijke vraag op voor het noordwesten van de Pacific: kunnen deze nieuw geïdentificeerde scheuren toekomstige aardbevingen beïnvloeden?

Onderzoekers willen nu begrijpen of een grote aardbeving kan doorgaan over een van de breuken, of dat de beschadigde delen van de plaat het pad van een breuk (ruptuur) kunnen veranderen. De afstand die een breuk aflegt, en de structuren die het onderweg tegenkomt, kunnen de omvang en het gedrag van een aardbeving sterk beïnvloeden.

Voorlopig benadrukken de onderzoekers dat de ontdekking het gevaar van aardbevingen in Cascadia op menselijke tijdschaal niet significant verandert. De regio is nog steeds in staat om extreem grote aardbevingen en tsunami's te produceren. Het uiteenvallen dat onder de oceaan wordt waargenomen, voltrekt zich over miljoenen jaren, niet over decennia of eeuwen.

Het toevoegen van deze nieuw ontdekte structuren aan aardbevingsmodellen zou echter uiteindelijk het begrip van wetenschappers over het gedrag van toekomstige breuken kunnen verbeteren. Voor geologen biedt Cascadia iets zeldzaams: de kans om te zien hoe een van de grote tektonische systemen van de aarde zichzelf langzaam ontmantelt, stukje bij stukje.

***

Bronverwijzing: Brandon Shuck, Brian Boston, Suzanne M. Carbotte, Shuoshuo Han, Anne Bécel, Nathaniel C. Miller, J. Pablo Canales, Jesse Hutchinson, Reid Merrill, Jeffrey Beeson, Pinar Gurun, Geena Littel, Mladen R. Nedimović, Genevieve Savard, Harold Tobin. Slab tearing and segmented subduction termination driven by transform tectonics. Science Advances, 2025; 11 (39) DOI: 10.1126/sciadv.ady8347