Kracht Sumatrabeving waarschijnlijk groter dan gedacht

De magnitude van de Sumatra aardbeving moet waarschijnlijk naar boven worden bijgesteld van 9,0 naar 9,3. De seismologen Seth Stein en Emile Okal hebben een nieuwe schatting gemaakt van de magnitude van de grote aardbeving bij Sumatra. Zij hebben daarvoor een methode gebruikt die Robert Geller samen met Stein in 1979 heeft ontwikkeld.

Deze methode gaat uit van een analyse van de eigentrillingen met de grootste periodes die gedurende de aardbeving worden aangeslagen. Omdat die eigentrillingen alleen bij zeer grote aardbevingen van de ruis te onderscheiden zijn, is er weinig of geen ervaring met deze methode. Hier komt nog bij dat het aantal registraties van zeer grote bevingen met de huidige hoge kwaliteit beperkt is, omdat de seismometers pas in de laatste 20 jaar sterk verbeterd zijn.De eigentrillingen of modes die door de onderzoekers gebruikt zijn, worden aangeduid met ₀S₂, ₀S₃ en ₀S₄ en hebben perioden van respectievelijk 3231, 2134 en 1546 seconden. De gebruikelijke perioden die nog worden bekeken voor een magnitude bepaling zijn 300 seconden of kleiner. Het blijkt dat wanneer de periode groter gekozen wordt de magnitude ook groter wordt. De nieuwe uitkomst is 0,3 op de schaal van Richter groter. Dit komt overeen met amplitudes die een factor 2 groter zijn. Dit lijkt erg veel maar dergelijke onnauwkeurigheden zijn niet ongewoon in de seismologie.

De door Geller en Stein ontwikkelde methode rekent de amplitude van de eigentrillingen, die dagen, weken of zelfs maanden kunnen aanhouden, terug naar het tijdstip van de beving door de demping van de trillingen te bepalen. De verschillende eigentrillingen hebben zeer verschillende dempingseigenschappen. De demping wordt uitgedrukt in een dimensieloos getal Q. De Q staat voor “Quality factor”, de kwaliteit of  het scheidend vermogen van een LC-kring uit de radio techniek, die bepalend is voor de scheiding van de verschillende zenders in een primitieve radio. De factor Q is een maat voor het energieverlies per trillingscyclus. Hoe groter de Q factor hoe minder energie er per cyclus verloren gaat en hoe langer de trilling dus kan aanhouden.

Op basis van de amplitude van de eigentrillingen kan voor een aantal discrete periodes het seismisch moment uitgerekend worden. Het seismisch moment wordt tegenwoordig gezien als de beste maat voor de kracht van een aardbeving. Het seismisch moment (M₀) wordt gegeven door de elastische constante voor een schuifbeweging (G) te vermenigvuldigen met de gemiddelde verplaatsing van het breukvlak (d_gem) en het totale oppervlak van de breuk (A). In formule vorm: M₀ = G ´ d_gem ´ A . Het is de meest recente magnitudeschaal (1977), die duidelijk verschilt van andere schalen die eerder ontwikkeld zijn. De eenheid van M₀ is newton meter (Nm). (Een wat ouderwetsere maat is dyne centimeter (dyne cm), 1 newton = 100.000 dyne).
De moment magnitude is dan: M_W = 2/3 log M₀ - 6,1 . Deze magnitude zegt dus iets over wat er in de bron gebeurt en niet iets over de effecten daarvan op een bepaalde afstand. De moment magnitude verzadigt niet en wordt daarom vooral gebruikt bij hele grote aardbevingen (> 7.5).

Het verrassende van de berekeningen van Stein en Okal voor de Sumatra beving is dat naar mate de periode van de trillingen groter is, het seismisch moment en daarmee dus ook de magnitude groter wordt. In tabelvorm:

bron	Periode sec.	Q - factor	M0 Nm	Magnitude Mw
Harvard	300	-	4,0 1022	9,0
1S0	613	2000	5,0 1022	9,0
0S0	1227	5700	8,4 1022	9,2
0S4	1546	360	8,9 1022	9,2
0S3	2134	445	9,5 1022	9,2
0S2	3231	560	1,3 1023	9,3

Deze berekeningen laten dus zien dat er blijkbaar tijdens de aardbeving langzame bewegingen optreden met periodes tot een uur waarbij alleen de laagste modes worden aangeslagen en niet, of in veel mindere mate, de oppervlakte golven met een wat hogere frequentie. Het is voor de eerste keer dat deze langzame bewegingen gemeten zijn. De grotere waarde voor de magnitude past nu ook beter bij de opgetreden verschuivingen en het totale oppervlak van de breuk zoals die uit de serie naschokken naar voren komt. Deze naschokken treden nu, 6 weken na de hoofdschok, nog steeds op.

Het zou kunnen betekenen dat de Sumatra aardbeving, naar sterkte gemeten, niet op de vijfde plaats maar op de tweede plaats komt. Voordat dit zeker is zullen opnieuw berekeningen moeten worden uitgevoerd aan de Chili aardbeving uit 1960 en de Alaska aardbeving uit 1964 met dezelfde methoden. Dit is geen eenvoudige opgave omdat de instrumenten in die tijd veel minder gevoelig waren voor deze zeer lage frequenties.