Oost-Anatolische breuk: een verwachte ramp?

7 maart 2023
Auteurs:
Bernd Andeweg
geoloog, aardwetenschapper, docent VU en regelmatig op TV of radio over aardbeving, vulkaan, vulkaanuitbarsting, geologie, aardwetenschappen
Dit artikel is verschenen in: geografie april 2023
Turkije
Syrië
Kennis
FOTO: STATE EMERGENCY SERVICE OF UKRAINE/WIKIMEDIA COMMONS
Verwoeste gebouwen in de provincie Hatay in Zuidoost-Turkije bij de aardbeving langs de Oost-Anatolische breuk op 6 februari jl.

Op 6 februari jl. vond een verwoestende aardbeving plaats in Zuidoost-Turkije en Noord-Syrië, met een magnitude van 7.8-8.0. Daarop volgde een tweede beving langs een andere breuk met een kracht van 7.5. Beide met duizenden naschokken. Dat de regio met twee breukzones levensgevaarlijk is, wisten we al. Maar dat de bewegingen zo desastreus zouden uitpakken? Bernd Andeweg legt uit wat daarbij allemaal meespeelde. En dat bevingen écht niet exact te ‘voorspellen’ zijn.

  

De Noord-Anatolische breuk kenden we helaas al als gevaarlijk na de aardbevingen van 1995 en 1999 bij Izmit. Er is veelvuldig gewaarschuwd voor een volgende beving dicht bij Istanbul. Langs de Noord-Anatolische breuk beweegt de kleine tektonische plaat Anatolia met heftige horten en stoten naar het westen. In Geografie november/december 2004 heeft Pim Beukenkamp de situatie al eens beschreven. Ook de Oost-Anatolische breuk staat in de kaartjes bij dat artikel (figuur 1 en 2). Alleen was voor deze breukzone toen nog weinig aandacht. Dat is nu wel anders: ook hier blijken verwoestende aardbevingen te kunnen optreden. Het enorme gebied dat getroffen is (oranje ellips in figuur 1), de twee bevingen na elkaar, de hoeveelheid slachtoffers en de soms bijna totale verwoesting, maken het een van de ergste bevingen van de afgelopen tijd.

Figuur 1: Platentektoniek in het oostelijke Middellandse Zeegebied
Figuur 2: Aardbevingsgevoelige gebieden in Turkije

Aardplaten

Om de situatie even snel weer te geven in de les hebben jullie vast de kaarten in de atlas van Turkije erbij gepakt. Liefst die met ook Arabia, Afrika en Eurazië erbij. Want dat geeft een beter overzicht van hoe Anatolia klem is komen zitten. De nadering van de Afrikaanse en Euraziatische platen wordt voor de zuidkust van Kreta en Cyprus mogelijk door een laatste restantje subducerende oceanische lithosfeer van de oude Tethys Oceaan. Uiteraard gaat dat ook met aardbevingen gepaard. Door het proces van roll-back (de plaat wil harder naar beneden zakken dan de naderingssnelheid) wordt de Egeïsche Zee daarbij uit elkaar getrokken.

Ook de Arabische plaat beweegt naar het noorden, maar doet dat ietsje sneller dan de Afrikaanse. De openende Rode Zee en de beweging van de Dode Zee-breuk laten dat duidelijk zien. Het contact tussen de Arabische plaat en Anatolia is de Oost-Anatolische breuk. Samen met de Noord-Anatolische breuk maakt die dat het oosten van Anatolia een wig vormt die door de nadering van Arabia naar het westen weggeduwd wordt. Dat kan relatief makkelijk, met die rek in de Egeïsche Zee. Je kunt dit eenvoudig nabootsen met een paar plankjes met ongeveer de juiste vormen (figuur 3a-b).

BEELD: OP1
Figuur 3a-b (onder): Model dat Bernd gebruikte bij Op1 om de beweging na te bootsen. Voor en na verschuiven, zie de korte groene lijntjes over de breuken heen.

Als je goed kijkt naar de beweging van de groene lijntjes, valt misschien wat op. Bij de Noord-Anatolische breuk is er – gezien vanaf de overzijde van de breuk – een verschuiving naar rechts (dextraal) opgetreden, bij de Oost-Anatolische breuk juist een verschuiving naar links (sinistraal).

Je kunt dus heel goed zien dat de platen hier echt lángs elkaar schuiven, een horizontale beweging langs verticale breuken. In De Grote Bosatlas staat dat het hier om een opschuivingszone zou gaan (pijltje naar elkaar toe). Dat is weliswaar ongeveer de oriëntatie van de hoofdspanning op de breuk, maar die gaat als gevolg daarvan naar links bewegen. Foutje in de Bosatlas.

Op zich is het geen verrassing dat de breukzone seismisch actief is. Figuur 4 toont dat er langs diverse delen van de breukzone aardbevingen waren in 1998, 2003, 2010 en 2020. Het deel ten noorden van Gaziantep was al sinds 1513 niet noemenswaardig seismisch actief. In 2002 wees een groep seismologen erop dat dit deel onder verhoogde spanning stond en zou kunnen bewegen met een magnitude van 7.3. Op 6 februari dit jaar was er ineens meer dan 5 meter verplaatsing bij de eerste beving en tot 7 meter bij de tweede, waarbij dus alle opgeslagen energie is vrijgekomen. Op dít stuk van de breuk duurt het wel weer even voordat hier zo veel spanning is opgebouwd dat zich een volgende zware aardbeving aandient (even snel uitrekenen: is de onderlinge beweging 5 mm per jaar, dan dus nog ruim 1000 jaar).

Figuur 4: Delen van de breuk met de laatste zware aardbevingen vóór 6 februari 2023, met in het paars het aantal jaren zonder grote aardbeving. Het stuk ten noorden van Gaziantep had al zo’n 500 jaar geen aardbeving veroorzaakt.  

Landschappelijke gevolgen

Het is belangrijk je te realiseren dat het niet (zoals bij de plankjes in figuur 3) gaat om één enkel breukvlak. De Anatolische breuken vormen niet-helemaal-rechte breukzones, met een allerlei bochtige en overlappende segmenten (figuur 4). Daarom kan er op bepaalde plekken door de zijwaartse beweging wat ruimte over zijn (transtensie), waarbij afschuivingen met kleine rifts (depressies) ontstaan, en op andere plekken een beetje te weinig ruimte (transpressie), met plooien en opschuivingen als gevolg. Dat is eenvoudig na te bootsen in de klas: bedek een lang stuk karton (de breukzone) met een golvende lange zijde (de breukzone is namelijk niet helemaal recht) onder een laagje fijn zand of meel (het landoppervlak). Trek zachtjes aan de korte kant van het karton, je bootst zo de beweging van de breukzone na. Vanwege de golving aan de rand zie je in het zand/meel segmenten waar depressies ontstaan en segmenten waar het zand/meel ophoopt. Zie de voorbeelden op geo.vu.nl/~andb/media/geografie.

Op figuur 4 is dat effect in het groot zien: ook deze breukzone is niet één rechte lijn, terwijl de Arabische plaat wel in dezelfde richting beweegt. Bij Adiamayan verloopt de Oost-Anatolische breuk in WZW-ONO-richting, wat tegen/langs elkaar schuiven oplevert (transpressie): een klein gebergte. Voorbij Gaziantep is de oriëntatie van de breukzone NNO/ZWW. Dat leidt daar tot langs/uit elkaar bewegen (transtensie): de lokale rek leidt tot dalende gebieden (het vlakkere dal dat doorloopt tot Hatay), van de bergen gescheiden door segmenten van de  breukzone.

Op de sociale media gingen foto’s en een video rond van een olijfboomgaard die ‘in tweeën is gesplitst’ of werd gepresenteerd als een ‘rift van wel 20 m breed’. De vorm van de verzakking volgt alleen geen duidelijke richting die overeenkomt met de breuken. Op satellietbeelden bleek al snel dat je hier een ander gevolg van het hard trillen ziet: een stevige landslide. In het diepste deel van het dal dat is ontstaan, zie je blauwgrijze afzettingen, waarschijnlijk kleilagen. Daarover schuift het relatief makkelijk.

BRON: HABER GLOBAL
Foto’s van een deel van de breukzone: niet een rechte streep, maar meerdere verspringende segmenten met meer en minder beweging, en sommige stukken die gezakt zijn en andere juist opgestuwd.

Nog een beving

Alsof de eerste beving niet genoeg was, veroorzaakte negen uur later een tweede schok met een kracht van 7.5 nog meer drama. Er zijn beelden van reddingswerkers in Edilstan die zich op de puinhopen van een gebouw uit de voeten maken, omdat er achter hen weer een serie panden instortte. Daarop is duidelijk te zien dat gebouwen die bij de eerste schok al zwaar beschadigd waren, bezweken onder de tweede aardbeving.

Een beweging langs dezelfde breuk als de hoofdschok noemen seismologen officieel een naschok. Door de hoofdbeving verandert de spanning langs de breuk (figuur 5) en dat kan net weer genoeg zijn om een stukje verder te bewegen. Dit is ook nu weer pijnlijk duidelijk geworden: ná de hoofdschok is de Oost-Anatolische breuk over meer dan 300 km geactiveerd (figuur 6). En zelfs het bovenste deel van de aangrenzende Dode Zee- breukzone is gaan meedoen.

Figuur 5: Gemodelleerde verandering in spanning in de aardkorst na de eerste aardbeving: blauw = minder, rood = meer. De tweede aardbeving (wit sterretje) ligt in een zone waar de spanning door de eerste beving is toegenomen.
BRON: TEMBLOR.NET
Figuur 6: De twee grote aardbevingen (respectievelijk 7.8 en 7.5, zie de sterretjes) en hun grootste naschokken (rode rondjes). De naschokken laten zien dat de tweede breuk ongeveer oost-west georiënteerd is.

Hoe lang gaan die naschokken nog door? Ze volgen een in de tijd duidelijk afnemend patroon. Dat werd al in 1891 in Japan vastgesteld door wetenschapper Omori. Met de tijd neemt het aantal bevingen evenredig af. Maar dat geldt niet voor de zwaarte ervan. Weken na de bevingen zijn er dagelijks nog bevingen tot bijna 5.0, en meer dan 25 met een kracht van 2.8 en hoger. Op 20 februari was er zelfs nog een zware naschok van 6.8 aan het zuidwestelijke einde van de zone die bij de eerdere aardbevingen had bewogen. De komende weken zal het nog wel doorrommelen, waarbij ook de sterkte uiteindelijk zal afnemen.

De zwaarste naschok is statistisch gezien ongeveer een magnitude minder zwaar dan de hoofdschok. Helaas is statistiek van wereldwijde bevingen eigenlijk niet toepasbaar voor een lokale situatie. Datzelfde geldt nu: door de eerste aardbeving is de spanning ook toegenomen in de richting bijna loodrecht op de breuk. Daar loopt op meer dan 100 kilometer afstand een op zich bekende breuk, maar niet als oorzaak van zware aardbevingen. Tot nu: deze was goed voor nóg een klap van 7.5 (figuur 6). Met ook weer eigen naschokken. Die naschokkenseries overlappen dus in tijd en plaats.

Oorzaken van de grote schade

Een magnitude van 7.8 is een behoorlijk stevige aardbeving. Het gekke blijft dat je die getallen niet kunt vertalen naar schade of wat de gemiddelde mens als ‘zwaar’ zou bestempelen. Want gevolgen zoals het instorten van gebouwen zijn niet alleen afhankelijk van de aardbeving zelf. Anders dan bij temperatuur is de zwaarte van een beving niet zomaar eenduidig te meten. Ja, bij 0 graden bevriest water of ontdooit ijs. En dat kun je overal ter wereld met een thermometer meten. ‘Moment magnitude’ is een natuurkundige grootheid. Dat zegt nog niet direct iets over de te verwachten schade (zie Geografie november 2021 over de voors en tegens van de diverse schalen om de kracht van aardbevingen aan te geven). Waarvan hangt de schade dan af?

Nabijheid tot beving, zwaarte en diepte (natuurkundige eigenschappen breukbeweging)
Van een ondiepe aardbeving zijn de seismische golven aan het oppervlak sterker dan wanneer dezelfde beving dieper plaatsvindt. Denk aan de steen die in het water valt: een grote plons en een steeds verder uitdijende rimpeling die daarmee ook minder hoog wordt. In de aarde gaat de golfbeweging zelfs in drie richtingen en neemt de kracht dus nog sneller af. In het geval van de Anatolische breuksystemen hebben we te maken met vrijwel verticale breuken, die echt beweging langs elkaar mogelijk maken. De bevingen zijn dan niet dieper dan 20 kilometer (want daaronder begint de beweging meer ‘vloeiend’ te worden). Da’s nog altijd dieper dan de 3 kilometer in Groningen, maar veel minder diep dan veel bevingen in subductiezones.

Lokale bodemgesteldheid
Zoals uit Groningen bekend is: slappe ondergrond kan seismische golven versterken. Door waterinhoud neemt de snelheid van de golven af en daarmee juist de uitslag (amplitude) toe. Door het trillen kunnen water en sediment zich ook van elkaar scheiden, wat tot drijfzand-achtige omstandigheden kan leiden. En zo’n ondergrond kan geen gebouwen dragen. Dorpen en steden in de riviervlaktes zijn hier dan ook zeer gevoelig voor: zie Antakya, Kahranmaraṣ, Osmaniye en Nurdaḡi. Het vliegveld van Hatay is aangelegd in het drooggelegde meer van Amik, een slappe, watervoerende bodem. De seismische golven kunnen op de overgang van slappere bodem naar hard gesteente ook gereflecteerd worden en daarmee kan interferentie van golven ontstaan: een soort eierdoosstructuur, omdat de pieken en de dalen elkaar kunnen versterken.

Aantal bewoners/bebouwing
Bij een zware aardbeving midden in de Sahara of op Antarctica treedt nauwelijks schade op, maar wél in drukbevolkte gebieden met veel infrastructuur. De laatste decennia zijn de steden en dorpen in Zuidoost-Turkije in rap tempo uitgebreid, onder meer door de migratie van Koerden in de jaren 1980 en 90, en in de afgelopen decennia door vluchtelingen uit Syrië. De provincie Hatay is van ruim 300.000 inwoners in 1975 naar ruim 1,6 miljoen in 2015 gegroeid. De regering heeft bouwbedrijven gestimuleerd huizenblokken uit de grond te stampen, zonder streng te controleren op de kwaliteit. Terwijl er wel geadverteerd werd dat nieuwe appartementencomplexen aardbevingsbestendig waren.

Kwaliteit bebouwing
En daarmee komen we op een belangrijk punt dat nog veel onderzoek vergt. Want hoe komt het dat zo veel nieuwe gebouwen de bevingen niet hebben doorstaan? Dicht bij de beving is dat nog plausibel, want de bouwvoorschriften gaan uit van een maximale magnitude van 7.7. En deze beving was 7.8. Maar dat zelfs in Diabakyir, op honderden kilometers afstand, gebouwen zijn ingestort, roept een hoop vragen op.

Er zijn ook voorbeelden van gebouwen die op zichzelf aardbevingsbestendig zijn gebleken, maar als één blok zijn omgevallen, omdat de ondergrond de fundering niet goed kon vasthouden.

FOTO: HILMI HACALOGLU/WIKIMEDIA COMMONS
De fundering van dit pand is duidelijk onvoldoende voor de kracht van de beving. Hatay, 7 febuari 2023
Hoe komt het dat zo veel nieuwe gebouwen de bevingen niet hebben doorstaan?

Het is overduidelijk dat er na de aardbeving in Izmit van 1999 veelal niet volgens de bouwnormen is gebouwd. In 2019 is er zelf een ‘bouwamnestie’ geweest, waarbij projectontwikkelaars hun clandistien gebouwde panden na betaling van een boete gewoon mochten laten staan. Die boetes leverden de schatkist veel geld op. Opvallend is het bericht dat er in de stad Erzin, waar de burgemeesters illegale gebouwen niet hebben toegestaan, minder gebouwen zijn ingestort. Wel beschadigd en onbewoonbaar, maar weinig doden en gewonden. Terwijl die stad midden in het gebied ligt dat het zwaar te verduren kreeg door de seismische golven. Als je de lokale situatie bekijkt, lijken hier de ondergrond én de manier van bouwen het verschil te maken: geen gebouwen hoger dan zes verdiepingen. De menselijke maat is ook nu weer van toepassing: we vergeten dat zich rampen kunnen voordoen naarmate er generaties tijd tussen die rampen zitten. Bij de tsunami in Japan was er één dorp aan een baai dat niet door de golven is overspoeld, omdat de burgemeester in 1931 nog zelf een tsunami had meegemaakt en erop stond dat de golfbrekende muur in de baai anderhalf meter hoger werd dan de overheid adviseerde.

Nieuwe panden kunnen zeker beter gebouwd worden om het schudden zo veel mogelijk te dempen. Op een fundering met rollers en rubberen delen, en door flexibele constructies met veel kruisende elementen (net als de steiger voor je huis als de schilder komt). Of met elementen in de gebouwen die kunnen in- en uitschuiven. Langs de San Andreasbreuk, in Taiwan en in Japan, is daar ervaring mee opgedaan. Ook met het versterken van oudere gebouwen trouwens. Of die 7.8 aankunnen, is nog afwachten. Al deze toepassingen in bestaande of nieuwe gebouwen kosten wel geld, heel veel zelfs. Waaraan het ontbreekt in Noord-Syrië. Zo valt er bovendien minder te verdienen. En uiteraard, het kost tijd. Kijk maar eens naar Groningen.

Voorspellen?

De beving zou voorspeld zijn door een Nederlandse geoloog. Om te beginnen: Frans Hoogerbeets is geen geoloog. Maar ja, dat was Alfred Wegener ook niet. Die kon evenmin verklaren waaróm de platen bewogen, hij had er wel sterke geologische argumenten voor. Dus: als we honderdduizenden mensen kunnen redden, moeten we alle strohalmen aangrijpen om tot betere waarschuwingen te komen. Hoogerbeets duidde deze regio aan als seismisch gevaarlijk. Dat klopt. Zeker omdat dit stuk van de Oost-Anatolische breuk al honderden jaren niet had bewogen, wisten we dat zich daar steeds meer spanning had opgehoopt. Daarmee viel redelijk nauwkeurig in te schatten dat áls er een aardbeving zou optreden, deze een sterkte van rond de 7.5 zou kunnen hebben. Hoogerbeets had ook 4-6 februari genoemd. Dat lijkt erg knap. Alleen was het niet de eerste keer dat hij een waarschuwing uitgaf voor deze zone – de keren ervoor had hij het dus mis. Hij heeft heel wat waarschuwingen afgegeven die niet door (zwaardere) aardbevingen werden gevolgd.

En andersom: een aardbeving van 5.6 voorspellen met een marge van een ruime week in een actieve tektonische zone is geen kunst. Daarvan komen er tienduizenden per jaar voor.

Hoogerbeets baseert zijn uitspraken op de stand van de aarde, zon, maan en buurplaneten. Volgens hem heeft dat effect op het elektromagnetische veld en daarmee op aardbevingen. Die connectie zie ik niet: welke natuurkundige verklaring is er dat elektromagnetisme leidt tot veranderingen in de spanning in de aarde? Op zich hebben de stand van de zon, aarde en maan ten opzichte van elkaar best wat invloed. Niet alleen het water op aarde wordt hierdoor opgestuwd tot eb en vloed, zelfs het aardoppervlak beweegt een aantal centimeter op en neer. Als er een breuk onder kritische spanning staat, zóu dat het laatste zetje kunnen zijn. Alleen: vorige maand was het óók een keer volle maan en nieuwe maan. En in de maand ervoor ook. Zou je dan iedereen een paar dagen per maand buiten moeten laten leven? Na een aantal keer loos alarm gaan mensen dat natuurlijk niet meer doen.

Figuur 7: Verwachte herhalingstijd en kans op aardbevingen langs de Oost-Anatolische breuk

Magnitude aantal jaar tussen twee bevingen (marge) kans op herhaling binnen 30 jaar
Mw ≥ 7.5 361 jaar (± 30 jaar) 8%
Mw ≥ 7.5 1763 jaar (± 319 jaar) 1,7%

Begrijp me niet verkeerd: konden we de verwachting maar verbeteren. Want een verwachting, dat is het. Net als bij het weer: dat is ook geen voorspelling. Als je op het weerbericht hoort dat er 20% kans is op regen, neem je dan een regenjas of paraplu mee? Gaat het dan zeker regenen? Zou je bij elke suggestie dat er een aardbeving komt, naar buiten gaan, als er 8% is op een aardbeving >7.5 in de komende 30 jaar (figuur 7)? Het zijn allemaal afwegingen. De kans is héél klein, de gevolgen heel groot. Kortom: hoe specifieker en bruikbaarder een verwachting wordt, des te lastiger die te maken is. ‘In de vroege middag kans op een bui in het midden van het land’; lukte dat maar met de aardbevingsverwachting. Of een soort BevingRadar. Want dat is wat mensen en bestuurders willen weten.

Persoonlijk vind ik het de moeite waard goed te kijken naar wat mensen denken te kunnen voorspellen aan de hand van diergedrag, lichtflitsen, allerlei andere gegevens, vermoedens en onderbouwingen. Ook al snappen we wellicht het achterliggende proces nog niet. Als het gaat om honderdduizenden mensenlevens is elke hulp welkom. Maar wel met een wetenschappelijke aanpak. En niet op basis van niet hard te maken claims.

Mapathon
mapathon

Op 9 februari was er een Missing Maps-mapathon in Amersfoort, waar vrijwilligers samen  en digitale kaart van de Turkse en Syrische aardbevingsgebieden bijwerkten. Zulke bijeenkomsten worden vaker georganiseerd, dikwijls door Missing Maps, waarin de OpenStreetmap, zeg maar de ‘wikipedia’ van de cartografie, wordt geactualiseerd aan de

hand van recente satellietbeelden en (drone)foto’s. Dit in reactie op een ramp (of verwachte ramp), in gebieden waarover weinig data beschikbaar zijn.

FOTO: KOOS KRIJNDERS

BRONNEN