Aardbevingen in Nederland

Introductie
Geologische processen lijken op een mensenleven haast niet belangrijk. Europa en Noord-Amerika drijven per jaar bijvoorbeeld maar een aantal centimeter uit elkaar. Niet echt iets om van wakker te liggen, lijkt het. Vaak merk je ook niets van deze processen, behalve bij bijvoorbeeld aardbevingen of vulkaanuitbarstingen.

Als geoloog denk je echter al snel in grote tijdseenheden, vaak niet eens in duizenden maar in miljoenen jaren. Een miljoen jaar maal 3 centimeter per jaar betekent toch al 30 kilometer verplaatsing.

Sommige gebieden op de aarde zijn zelfs in een mensenleven duidelijk niet stabiel en rustig, denk maar aan de aardbevingen in Turkije en Iran of de vulkaan uitbarstingen in Japan en Indonesië. Deze gebieden liggen vaak aan de rand van 'platen', zoals de verschillende stukken van de aardkorst heten.

Deze platen bewegen ten opzichte van elkaar en dat kan op drie manieren: uit elkaar, langs elkaar en tegen elkaar:



Spanning
Door spanning in de aardkorst ontstaan breuken en komen aardbevingen voor. Aardbevingen in Zuid-Nederland tonen aan dat de spanning daar blijkbaar hoog genoeg is om breuken te bewegen. Omdat Nederland niet bij de rand van een tektonische plaat ligt, zijn de bevingen gelukkig niet verwoestend, maar de beving van 13 april 1992 die in Roermond en omgeving aanzienlijke schade veroorzaakte had toch een behoorlijke kracht (5.4 op de schaal van Richter).

De redenen voor spanning in de aardkorst in Nederland zijn twee grootschalige processen:
1. Opening van de Atlantische Oceaan (uit elkaar drijven Amerika en Europa)
2. Botsing Afrika en Europa (vorming van de Alpen, Pyreneeën)

Opgeteld zorgen deze krachten voor een spanning in Nederland waarbij de aardkorst een beetje in elkaar gedrukt wordt in noordnoordwest-zuidzuidoost richting en loodrecht daarop uit elkaar getrokken wordt. 



Aardbevingen
Als er aan de aardkorst getrokken of geduwd wordt, vervormt de korst. Dit gebeurt niet gelijkmatig, overal een beetje (zoals bij elastiek), maar geconcentreerd op een aantal plaatsen; breuken! Wrijving langs breukvlakken voorkomt dat breuken steeds een klein beetje bewegen. De spanning moet hoog genoeg worden om ondanks die wrijving beweging langs de breuk te veroorzaken. Op het moment dat dat zo is, beweegt de breuk met een schok: een aardbeving.

De schaal van Richter
De sterkte van aardbevingen wordt weergegeven door de schaal van Richter.
Informatie over de schaal van Richter (op deze site)

Hoe vaak hoe sterk?
Pas sinds ongeveer 100 jaar meet het KNMI de bevingen die in en rond Nederland plaatsvinden en weten we dus meer over wanneer, hoe vaak en met welke kracht aardbevingen voorkomen. Kleine bevingen die we niet eens merken, kunnen wel door seismograven worden gemeten. In Nederland komen meerdere van dit soort bevingen voor (1-2 op de schaal van Richter). Zwaardere bevingen zijn (gelukkig) zeldzamer in Nederland. Onderzoek in oude boeken kan ons een beetje inzicht geven in het voorkomen van aarbevingen sinds de middeleeuwen. Er is ontdekt dat als deze gegevens op een bepaalde manier in een grafiek worden gezet, er een duidelijk verband bestaat tussen hoe vaak een beving voor kan komen in een gebied en hoe sterk de beving is. Ook voor Nederland is zo’n grafiek gemaakt. Daaruit blijkt dat zware aardbevingen zoals die bij Roermond (april 1992, 5.4 op de schaal van Richter) maar eens in de 2000 tot 5000 jaar voor komen (eigenlijk hebben we dus ‘geluk’ gehad dat we die hebben meegemaakt!). Sterkere aardbevingen zijn in Nederland en omgeving niet door de mens waargenomen, maar dat wil niet zeggen dat ze niet zouden kunnen plaatsvinden. Geologisch gezien is de 1000 jaar dat we over gegevens beschikken een erg korte tijd. Daarom is onderzoek naar breuken nodig om inzicht te krijgen in activiteit op een langere tijdschaal.

Waar?
Aardbevingen hebben te maken met de beweging van breuken. Daarom vinden aardbevingen ook niet zo maar overal plaats. Een kaartje van de aardbevingen in Nederland en omgeving (zie hieronder) laat zien dat ze geconcentreerd voorkomen langs bepaalde zones: breukzones. Die breuken en aardbevingen hebben dus alles met de botsing van Europa en Afrika te maken. In tegenstelling tot de bevingen in Groningen en rond Alkmaar: die worden veroorzaakt doordat we gas uit de ondergrond pompen. Daardoor 'krimpt' de ondergrond een beetje en dat gaat met lichte (tot 3.0 op de schaal van Richter) aardbevingen gepaard. 
 
   
Aardbevingen in Nederland en omgeving (rode en gele rondjes). Hoe groter, des te zwaarder is de beving. Let op de kleine gele rondjes in Groningen, Drenthe en rond Alkmaar: dit zijn bevingen veroorzaakt door de gaswinning in dat gebied (geinduceerd). Duidelijk is dat de rest van de bevingen geconcentreerd zijn langs breuken in de ondergrond: echte aardbevingen door tektoniek.


Invloed van breuken op het landschap

De activiteit van breuken heeft veel invloed op het landschap. Actieve breuken kunnen hellingen vormen tussen opgeheven en gedaalde gebieden. Bovendien bepalen verticale bewegingen (opheffing of daling) sterk de loop van rivieren. 

Topografie door breukactiviteit
Door het uitrekken van de aardkorst, bewegen de breuken. Als gevolg daarvan daalt in bepaalde zones de aardkorst (slenk), in andere komt de korst juist relatief omhoog (horst).



In Zuid Nederland bestaat een heel systeem van horsten en slenken. De breuken die dalende gebieden van de opgeheven scheiden, zijn vaak zones met meerdere schuifvlakken. In figuur hierboven staan de vier belangrijkste zones aangegeven: de Feldbiss, de Peelrand, de Viersen en Tegelen zone.



Voor Nederlandse begrippen ontstaan hier flinke hellingen. Een (verticaal overdreven!) topografisch profiel  langs de blauwe lijn in de figuur laat dit duidelijk zien. Zo lijkt het meer op een bergetappe uit de Tour de France: 



Onderzoek naar de Feldbiss breukzone
De Feldbiss breukzone loopt door Sittard en de gemeente Born. De zone is een tiental kilometer breed en er zijn drie afzonderlijke breuken te onderscheiden. Dat zijn de Heerlerheide-, de Geleen- en de Feldbissbreuk. Dr. Rob Houtgast (Aardwetenschappen, VU) heeft sleuven gegraven over de Feldbiss- en de Geleenbreuk.

Dit is gebeurd in het kader van project waarbij onderzoek wordt gedaan naar de activiteit van breuken in de ondergrond van Nederland en de daarmee gepaard gaande verschijnselen, zoals aardbevingen of topografische elementen in het landschap.

Door de nieuwe bevingen in Voerendaal (juni 2001) is het weer overduidelijk dat het belangrijk is om te weten of aardbevingen zoals die in Roermond in het voorjaar van 1992 uitzonderlijk zijn of dat we rekening moeten houden met vaker voorkomende bevingen van dit kaliber. Zou er zelfs een nog zwaardere beving kunnen voorkomen? Met welke regelmaat zijn bevingen van een bepaalde kracht te verwachten in de regio?

Met het openen van de sleuven hopen we op dit soort vragen een beter antwoord te kunnen geven. We kunnen in ieder geval reconstrueren welke verticale bewegingen hebben plaatsgevonden in welke perioden. 
 
De sleuf over de Feldbissbreuk
De sleuf over de Feldbissbreuk, 80 meter lang en ruim 4 meter diep, is bij Born in Zuid Limburg gegraven, vlak langs de A2.

Hier zie je wat foto's van de spannende dag... zit de breuk er echt? Er zijn heel wat boringen gezet om de lokatie van de breuk te bepalen, aan de hand daarvan wordt de met zorg vastgestelde richting uitgezet en gaat de graafmachine aan de slag.



Na een dag graven is er een gat ontstaan van 60 meter lang. Aan de ene kant zijn de wanden meer dan vier meter hoog, aan de ander kant kun je zo de sleuf in en uit wandelen.
Tijdens het graven wordt al duidelijk dat het goed zit! Aan de ene kant van de sleuf schept de machine grof zand met grote keien omhoog, aan de andere kant niet. Dat duidt erop dat deze laag ergens in de sleuf plotseling weg is. Dat zou door de breuk moeten komen.
Nu moeten de wanden nog schoongemaakt en netjes afgestoken worden om de structuren goed te kunnen zien. Een team van studenten werkt keihard in de hitte.
 
In het Gemeentehuis in Born is een half jaar lang een tentoonstelling ingericht. De sleuf is veel in het (lokale) nieuws geweest bij L1 (regionaal Radio en TV station Limburg), in Dagblad de Limburger, maar ook bij "Jota" (TELEAC/NOT), een programma over verrassend onderzoek in Nederland. 
 
Uitzending van Jota (Teleac site)

Resultaten
In de sleuf is de breuk duidelijk te zien aan de verstoorde lagen (zie foto). Het is alleen nog niet eenvoudig uit te vinden wanneer de breuk hoeveel heeft bewogen!
 
Aan het einde van de voorlaatste IJstijd (het Saalien) heeft de breuk voor het laatst bewogen. Dat is al 200.000 jaar geleden, maar toch is nog steeds in het landschap de helling goed te zien!
 
De helling van de Feldbissbreuk is nog altijd te herkennen in het landschap! 

Het gebied ten noorden van Limburg is vrijwel vlak, zeker als je het vergelijkt met het gebied ten zuiden (het bekende Limburgse Heuvellandschap). De breuken hebben er door hun beweging voor gezorgd dat het noordelijk deel gedaald is ten opzichte van het zuiden. In de omgeving zijn verschillende hellingen waar te nemen die door breukbeweging zijn veroorzaakt.

Het landschap in Zuid Limburg is dus 'gemaakt' door de actieve breuken in het gebied. Het opgeheven deel is door rivieren ingesneden en vormt nu het Limburgse heuvellandschap. Als je op een hoger gelegen deel bent in Zuid-Limburg kun je heel goed zien dat het gebied als een soort plateau is omhoog gekomen: de 'toppen' van de heuvels zijn erg vlak en liggen ongeveer overal even hoog. Tussen de heuvels zijn voor Nederlandse begrippen diepe dalen ontstaan (de Geul, de Gulp, de Jeker).



Rivier stroomt langs een flauwe helling



Door beweging langs breuk, wordt de helling plaatselijk steiler. Op die plek gaat de rivier iets sneller stromen, waardoor het water een dal uitslijt. Waar de rivier in de vlakte komt, stroomt het water juist weer minder snel. Daardoor kan het zand en stenen niet meer vervoeren en 'legt' die neer. 



Als de breuk een tijd niet meer beweegt, ontstaat er een nieuw evenwicht: een uitgesleten dal in een plateau en daar voor een vlak en lager gebied. Dit is de huidige situatie in de buurt van Born: het gebied ten noorden van Born is steeds gedaald en de rivieren hebben hier de erosieproducten (zand, keien) 'afgezet', zodat een vlak gebied is ontstaan. 

Invloed van breuken op grondwaterstroming
De studie naar grondwater in geologische context wordt hydrogeologie genoemd. Onderzoek heeft laten zien dat breuken een sterke invloed kunnen hebben op de ondergrondse stroming van water. In het onderzoek in de sleuf wordt hier ook aandacht aan besteed.

Basaal grondwaterstromingsmodel
In een systeem van grondwaterstroming door de ondergrond onderscheiden we zogenaamde infiltratie- en afvoer-gebieden.
Infiltratie-gebieden zien we wat hoger in het landschap, het grondwater komt hier relatief diep voor. Water kan in deze gebieden de grond in stromen. Afvoer-gebieden vinden we in lager gelegen gedeelten van het landschap, hier komt grondwater ondieper onder het oppervlak (maaiveld) voor. In die gedeelten van afvoer-gebieden waar het grondwater helemaal tot aan het maaiveld staat, ontstaan natte ‘kwel’-zones. In kwelzones treedt water aan de oppervlakte en stroomt zo het systeem uit, dit water kan vervolgens afgevoerd worden in een beek of opgenomen worden door vegetatie.



Een profiel over een breuk laat zien dat de lagen zand en klei die oorspronkelijk horizontaal zijn gevormd, bij de breuk steil staan. Zachte lagen (klei, bijvoorbeeld, de blauwe plekken) zijn langs de breuk ‘blijven plakken’ en uitgesmeerd in plaats van netjes gebroken. Klei laat slecht water door, dus deze kleilagen zullen ervoor zorgen dat het grondwater moeilijker de breuk kan passeren. Dit fenomeen wordt kleiversmering genoemd. Het zand buigt niet zoals klei en daardoor vormen zich kleine breukjes. De doorlatendheid van het zand verandert ook door de vervorming (deformatie). In detail is dat goed te zien op de foto. 


  
Kleilagen zijn langs de breuk 'gesmeerd' en blokkeren grondwaterstroming

Op grond van het normale grondwaterstromingsmodel verwachten we dat in hoger gelegen gebieden het grondwater ver onder het maaiveld zit. In het gebied de Groote Peel is dat echter niet zo. Water dat de randbreuk van de Peelhorst niet kan passeren wordt omhoog gestuwd en zorgt voor een kwelgebied op de Groote Peel, waar de afgelopen 10.000 jaar hoogveen is ontwikkeld.



De structuur als geheel die ontstaat door breukbeweging heeft dus een belangrijke invloed op de grondwaterstroming. Kennis van hoe dit soort structuren in elkaar zit en wat hun specifieke invloed is op het grondwatersysteem is daarom zeer belangrijk als we vraagstukken willen oplossen waarin grondwater een belangrijke rol speelt.
 
De sleuf bezoeken?
Helaas! De sleuf is na het onderzoek weer dichtgegooid. Een bezoek aan de sleuf is dan ook niet meer mogelijk. Er is wel een route die in de buurt is uitgezet die langs aardwetenschappelijk interessante punten voert. En ook hier als PDF-file: (vrij groot, je kunt ook rechter muisknop aanclicken en "Link opslaan" kiezen). Print uit, leg op elkaar en vouw in drieën!

route_page1.pdf 

route_page2
 
Wel kun je nog een informatiebord vinden in de buurt van de breuk, ten westen van Sittard! Zie hier het bord: Feldbiss bord

Vraag stellen of een practicum op de VU doen?
We hebben van een aantal grote aardbevingen wat uitleg staan op onze site. Wil je een vraag stellen of misschien een practicum op de VU komen doen? Neem dan contact op met de voorlichter, Bernd Andeweg:

t: 020 598 7339
e: bernd.andeweg@falw.vu.nl