Het is al even geleden dat de aardbevingen in Haïti en Chili de wereld even deden stilstaan. Deze natuurrampen hebben een verrassend effect op onze planeet gehad: de dagen zijn korter geworden. Ook al gaat het maar om enkele microseconden, toch slaagden wetenschappers erin dit exact te berekenen. Ondanks dit tijdverlies vonden fysicus Joris Dirckx en geoloog Stijn Temmerman toch de tijd om aan dwars uit te leggen hoe dat nu allemaal in elkaar zit.
Professor Stijn Temmerman, docent aan de UA, vertelt hoe aardbevingen tot stand kunnen komen. Hiervoor moet men eerst weten hoe de aarde precies in elkaar zit.
Over de lithosfeer, asthenosfeer en convectiestromingen
“De aarde heeft een schilvormige opbouw. Het buitenste gedeelte van de aarde bestaat uit vast gesteente, dit noemen we de lithosfeer. Deze lithosfeer is opgebouwd uit een korst en een buitenmantel. Onder de vaste lithosfeer bevindt het gesteente zich in een plastische, gedeeltelijk gesmolten toestand, de zogenaamde asthenosfeer. In deze zone treden trage stromingen op als gevolg van de herverdeling van warmte. Die convectiestromingen trekken als het ware aan de bovenliggende vaste lithosfeer, die als gevolg van deze rekspanningen op bepaalde plekken zal breken. Op die manier is de ganse harde buitenste schil van de aarde opgedeeld in verschillende lithosfeerplaten, die als het ware mee worden getrokken met de convectiestromingen in de onderliggende asthenosfeer. België ligt bijvoorbeeld op de reusachtige Euraziatische plaat die Europa en Azië draagt.”
Nu we een idee hebben van de opbouw van de aarde, kunnen we dieper ingaan op het ontstaan van aardbevingen. Stijn Temmerman: “Er bestaan verschillende types van zogenaamde plaatranden: divergente platen gaan uit elkaar, convergente platen bewegen naar elkaar toe en transforme platen bewegen langs elkaar heen. Die beweging gaat uiteraard niet vlot, want harde gesteenten glijden niet gemakkelijk langs elkaar. Maar er worden geleidelijk aan spanningen opgebouwd tussen langs elkaar bewegende platen, die op bepaalde momenten tot ontlading komen onder de vorm van aardbevingen. Intense aardbevingen doen zich bijgevolg voor langs dergelijke plaatranden, en dan vooral bij de convergente en transforme randen. Haïti en Chili liggen bijvoorbeeld langs convergente plaatranden, meer bepaald plaatranden waar zogenaamde subductie van een oceanische plaat gebeurt onder een andere plaat.”
Draai-impuls = massa x baansnelheid x de afstand tot de rotatie-as
Door deze fenomenen wordt het oppervlak van de aarde voortdurend aangepast en die veranderingen hebben een effect op de rotatie van onze planeet. De fysica hierachter wordt opgehelderd door professor Joris Dirckx, directeur van the Laboratory of Biochemical Physics en docent aan de UA. “De reden dat de lengte van de dagen wat verandert na een aardbeving, is omdat de aarde een iets perfectere bol wordt. De aarde is van nature een afgeplatte bol, en als ze dus wat minder afgeplat wordt, zal een deel van haar massa op een minder grote cirkel rond de aardas draaien. Hierdoor wordt de rotatiesnelheid wat groter en worden de dagen dus korter. Dit effect is vergelijkbaar met een schaatster die een pirouette maakt en haar armen naar binnen trekt: hoe dichter de bewegende massa bij de draai-as zit, hoe sneller ze gaat rondtollen omdat de draai-impuls behouden blijft. Om het in termen van de fysica te zeggen: draai-impuls = massa x baansnelheid x de afstand tot de rotatie-as. Met deze formule kunnen we dus het verkorten van de dagen ‘eenvoudig’ verklaren. De uitleg laten we over aan professor Dirckx.
“Als er geen energie verloren gaat, dan blijft de draai-impuls behouden. Heb je een massa die met een zekere snelheid draait op een bepaalde afstand van een as, dan draait die massa rond met een bepaald toerental. Wordt de afstand tot die as kleiner, dan zal de baansnelheid van de massa toenemen om dezelfde draai-impuls te behouden. Bovendien draait de massa op een kleinere straal, waardoor eenzelfde baansnelheid ook al een hoger toerental geeft. Als de afstand van de draaiende massa tot de as vermindert, dan zal het toerental kwadratisch toenemen: een twee keer kleinere straal geeft een vier keer hoger toerental. Hierdoor geeft het intrekken van de armen zo'n spectaculair effect op een schaatser. Hoe overweldigend een aardbeving ook is, tegenover de hele aardkluit is het maar een héél kleine verschuiving van de massa. Door het kwadratisch effect veroorzaakt zo'n subtiele verschuiving echter toch een meetbaar verschil op het toerental van de aarde. Het gevolg is dus dat de aarde wat sneller gaat draaien en de dagen korter worden.”
De aardbeving in Chili zorgde concreet voor een verkorting van de dagen met 1,26 microseconden. Ook andere gebeurtenissen uit het verleden hebben een effect gehad op de lengte van de dagen. Zo zorgde de tsunami in 2004 voor een verkorting van de dagen met 6,8 microseconden. Het lijkt er ook op dat de mens de daglengte zal beïnvloeden, want als de Drieklovendam in China volledig gevuld zou worden met water (40 km³), dan zullen de dagen 0,06 microseconden langer worden. Ach ja, een microseconde meer of minder, we zullen altijd te weinig tijd hebben.