In nieuwsberichten over de aardbevingen in Groningen wordt op dit moment de magnitudeschaal volgens Richter aangehouden. Deze schaal zegt echter weinig over het effect van een aardbeving aan de oppervlakte, of in iemands huis. Richter kun je zien als een meting, van hoe hard een vuistvechter slaat. Maar dat zegt weinig over het effect: waar staat de tegenstander, onder welke hoek? Wat is de botstructuur van zijn gezicht? Daarom pleit ik in dit artikel voor herintroductie van de Modified Mercalli Intensity schaal (MMI), een moderne aanpassing van de aardbevings-effectschaal die Giuseppe Mercalli al in 1902 opstelde en die het KNMI sinds de aardbeving van Huizinge 2012 niet meer transparant gebruikt.

Follow the money, 5 februari 2018

Zoals beloofd ga ik het deze week hebben over de aardbevingen in het Slochterenveld en de schade die we in de nabije toekomst in Groningen kunnen verwachten. Voor de leesbaarheid doe ik dat in twee delen. Vandaag het eerste deel: over de aardbevingen die al geweest zijn, en hoe we daar over praten.

Het onderstaande kaartje geeft een overzicht van de waardedaling van woningen in Groningen als gevolg van aardbevingsschade. De data voor dit kaartje zijn verzameld door dr. ir. George de Kam, hoogleraar Volkshuisvesting aan de Rijksuniversiteit Groningen. De totale waardedaling tot dusver: ongeveer een miljard euro.

Beeld gerealiseerd door het team van dr. Govert Schoof van de GeoDienst van de Rijksuniversiteit Groningen.

Let wel, deze berekende waardedaling is een ondergrens. Het is aannemelijk dat de uiteindelijke schade na afhandeling van alle schademeldingen tot dusver flink groter zal zijn. Desalniettemin illustreert deze afbeelding mooi wat ik in mijn vorige stuk over Groningen uitleg: je ziet dat de grootste schade zich concentreert in het poldergebied rond Loppersum. In deze poldergrond zit zoveel water, dat hij zo’n beetje de consistentie heeft van een drilpudding.

Hier moet ik voor alle duidelijkheid een paar dingen bij opmerken. Ten eerste: natuurlijk zijn niet alle huizen in Groningen goedkoop gebouwd. De provincie heeft, mede dankzij de inpoldering van het wad, in het verleden goed geboerd. Een groot deel van de huizen en boerderijen is dus degelijk gebouwd.

De financiële schade aan dergelijke gebouwen is evenwel navenant: er staan zo’n 1200 rijksmonumenten in het aardbevingsgebied. Die kun je niet zomaar even slopen, zoals wel gebeurde met het veertigtal beroerd goedkoop gebouwde ‘Jarino-woningen’, die in 2017 tegen de vlakte gingen. Echter: soms is een monument niet meer te redden. In dat geval wordt er toch gesloopt.

Ten tweede: de ‘drilpudding-grond’ dempt soms aardbevingen, maar soms versterkt hij ze juist. Woningen kunnen onverwacht zwaar getroffen worden door een relatief lichte aardbeving, en door een zwaardere aardbeving uit een andere hoek weinig schade oplopen. Dat komt doordat de verschillende soorten drilpudding-grond in het Groninger binnendijkse gebied ongeveer net zo logisch verdeeld liggen als de blokjes van een net omgevallen Jenga-toren. 

Dat is overigens overal in ons mooie polderlandje zo. Toen Amsterdam in 2002 aan de Noord-Zuidlijn begon, was het plan: opleveren in maart 2011, voor een prijs van zo’n 1,5 miljard euro. Inmiddels zijn de kosten gestegen tot meer dan drie miljard en hoopt men te kunnen opleveren in de zomer van 2018. De belangrijkste reden voor deze overschrijdingen, zowel qua planning als budget: het stelselmatig onderschatten van de complexiteit van onze met water verzadigde poldergrond.

Toen een aantal sjieke panden aan de Amsterdamse Vijzelgracht begon te scheuren en te verzakken, was Amsterdam in rep en roer. Matthijs van Nieuwkerk pleitte er bij De Wereld Draait Door zelfs voor voor om het project volledig stil te leggen. Maar op datzelfde moment waren er duizenden woningen in Groningen al jarenlang aan het scheuren en aan het verzakken. En Groningen pleitte al jaren vergeefs voor het dichtdraaien van de gaskraan — zonder gehoor.

Maximale grondversnelling

In de bovenstaande twee kaartjes maakt hoogleraar geo-energie van de Rijksuniversiteit Groningen Rien Herber duidelijk dat de zwaarste aardbevingsklappen vallen in de grond waar het meeste water zit. De groene gebieden in het linker kaartje zijn poldergrond, gewonnen van het wad; de lichtgroene stukken zijn zeeklei; de donkergroene stukken zijn veengrond — een soort grond die ontstaat als je veenmoeras drooglegt.

Nu is dat ‘droogleggen’ een relatief begrip. Iedereen die weleens een spannend verhaal over het doorkruisen van een moeras heeft gelezen, weet dat je in zo’n veenmoeras makkelijk kunt verdrinken. Dat komt omdat veen vooral bestaat uit dode planten en water. Als er nu in het gasveld onder Slochteren op drie kilometer diep stukken gesteente langs breukvlakken schuiven, bewegen de aardbevingsschokken daarvan zich met 10.000 kilometer per uur naar boven. Als deze aardschokken vervolgens in de laatste tientallen meters onder het maaiveld op de met water verzadigde, slappe klei- of veengrond stuiten, krijg je een effect dat een beetje lijkt op wat er gebeurt als je met je lepel tegen je gelatinepudding aantikt. De snelheid van de aardschok neemt met een factor tien af: al die energie wordt omgezet in beweging in de slappe, waterige grond.

In het kaartje rechts zie je waar de Groningse bodem maximaal schudt door aardbevingen. In vaktaal noem je dat de maximale of piekgrondversnelling. In het Engels: Peak Ground Acceleration (PGA). Als je de donkergroene stukken veengrond links en de rode stukken die het hardst schudden rechts naast elkaar legt, zie je dat ze min of meer één op één overeen komen. Er is dus een direct verband tussen PGA en veengrond.

Met andere woorden: hoe meer de Groningse ondergrond lijkt op een drilpudding, des te sterker ze reageert op aardschokken, hoe harder de woningen erop heen en weer geschud worden, en hoe groter de schade. Zoals ik al zei in mijn vorige stuk: als ik grond had moeten ontwerpen die op een natuurlijke manier zo aardbevingsgevoelig mogelijk is, was ik waarschijnlijk uitgekomen op iets wat lijkt op de situatie rond Loppersum.

“De Groninger schadekaart is min of meer identiek aan de PGA-kaart”

Met veen en klei analyseren alleen, heb je echter nog altijd niet genoeg informatie om een reële inschatting te maken van de aardbevingsschade.

Noord-Groningen is een ingepolderd waddengebied. Er lopen dus ook prehistorische geulen door de Groninger ondergrond, en er liggen zandplaten. Veen en klei versterken de bevingen meer of minder, afhankelijk van de hoek waaruit de aardschok komt. Maar zandplaten en geulen kunnen een beving ook terugkaatsen, waardoor een woning eerst vanaf de ene, en vlak daarna vanaf de andere kant een duw krijgt. Dat verdubbelt de schade.

Door al deze bijkomende effecten is de Groninger schadekaart wel min of meer, maar niet helemáál identiek aan de PGA-kaart. En laat ik vooral niet dit vergeten: dat de zogenaamd stijve ondergrond ten zuiden van Groningen-stad weinig water bevat, betekent niet dat hij helemaal niet trilt door de gasbevingen. In Groningen-stad en omgeving vind je ook huizen met scheuren erin. Sterker nog: de Martinikerk, die bovenop de Hondsrug staat, scheurt ook. Hierbij moet ik wel opmerken dat deze scheuren ook ontstaan kunnen zijn doordat er onder het nabijgelegen Forum momenteel een garage gebouwd wordt. En het feit blijft dat de situatie in de polder veel ernstiger is dan in en rondom de stad.

Aardbevings-gevaarkaart en schadetabellen

De onderstaande aardbevings-gevaarkaart beschrijft de maximaal mogelijke PGA ten gevolge van de bevingen van het Slochterenveld. Het Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut (KNMI), dat ook de aardbevingen registreert, berekende deze te verwachten grondversnelling in Groningen met een overschrijdingskans van ’eens in de 475 jaar’. Ook in dit kaartje zie je dezelfde veengebieden weer rood uitslaan.

De maximale verwachte grondversnelling tijdens het schudden is volgens het KNMI 0,24 g. Dit is dezelfde “g” waar piloten of astronauten in centrifuges het over hebben, als ze zeggen dat ze ‘4 g trekken’: 1 g is de versnelling van de zwaartekracht. Een PGA van 0,24 g lijkt niet veel, maar dit beschrijft een heen-en-weer-schudbeweging — geen straaljager die een bocht omgaat. Bovendien reageert een gebouw anders dan een mens en bestaat er nog zoiets als verweking van de grond, waardoor een gebouw in de drilpudding-grond kan zakken. Daar ga ik het in een volgend stuk over hebben. 

De Magnitudeschaal volgens Richter zegt dus in Groningen weinig over het effect van een aardbeving aan de oppervlakte. Dat is ook zo in de rest van de wereld: de zwaarste aardbeving die ooit geregistreerd is, is er één met een magnitude van 9.5 op de schaal van Richter — zo’n achthonderdduizend keer sterker dan de aardbeving van Huizinge in 2012. Deze beving vond plaats in Valdivia, Chili, in 1960. De beving ontstond evenwel zo diep, en onder zulk hard gesteente, dat deze aan de oppervlakte op de PGA-schaal in dezelfde categorie valt als de Groninger aardbevingen.

Deze PGA-schaal is ontwikkeld door het gezaghebbende United States Geological Survey (USGS), omdat aardwetenschappers behoefte hadden aan een bruikbare aardbevings-intensiteitsschaal op basis van PGA — één die schade aan gebouwen en gevoelde intensiteit relateert aan de Mercalli-schaal, die al eerder de aan de oppervlakte gevoelde intensiteit weergaf. Deze nieuwe PGA-schaal wordt steeds vaker gebruikt voor het maken van kaarten door seismologen over de hele wereld. 

Zoals je hieronder kunt zien, komt de maximaal mogelijke PGA van 0,24 g die het KNMI berekende voor Groningen in deze schaal overeen met een categorie VII (‘very strong perceived shaking’) op de Mercalli-schaal.

Hoe sterk was Huizinge 2012 volgens de PGA/Mercalli schaal?

De aardbeving van Huizinge van 2012 had een Magnitude volgens Richter van 3.6, wat betreft het gasreservoir op drie kilometer diep klopt dat ook. Maar als je het verslag van de aardschok in het Dagblad van het Noorden leest, is er toch echt meer aan de hand: ‘Geschrokken haasten sommigen zich naar buiten, de straat op. In een straal van tientallen kilometers rond het epicentrum Huizinge barst het pleisterwerk, scheuren vloeren en raken oude en kwetsbare muren ontzet.’

De PGA staat te laag in het NAM-rapport 

Dit ooggetuigenverslag gaat nog verder: ‘Een enorm grommend en donderend geluid zwol aan. De woning ging met golven en schokken op en neer en heen en weer diverse kanten op. Het huis kraakte aan alle kanten. Het bleek lastig je staande te houden … Muren van monumenten met een dikte tot een meter vertoonden diepe scheuren. Klokken van het carillon van Middelstum begonnen te luiden.’

Die klokken lijken het weg te geven, maar we hebben het over het carillion. Omdat er geen schoorstenen zijn afgebroken, valt de aardbeving bij Huizinge op de schaal van Mercalli waarschijnlijk in de categorie VI. (‘strong’): ‘Lichte schade. Schrikreacties. Voorwerpen in huis vallen om. Lichte schade aan minder solide huizen.’ Daaruit kun je afleiden dat de PGA op de plekken die het hardst heen en weer schudden ergens tussen de 0.092 – 0.18 gelegen moet hebben.

In het rapport van de NAM dat Huizinge 2012 analyseert, wordt echter gesproken van een categorie V (‘moderate’) beving — dat kun je afleiden uit de grondsnelheid: de experts van de NAM hebben het over 85 cm/sec/sec. Dat is bijna een meter per seconde kwadraat grondversnelling: 0,084 g.

Het punt is: een categorie V (‘moderate’) klopt gewoon niet, want dan zou er geen schade moeten zijn. Aangezien het hier gaat over een uitermate ingrijpende gebeurtenis waar halve volksstammen overstuur van waren (om nog maar niet te spreken van de schade), vind ik de onzorgvuldigheid van het onderzoek en de manier waarop de NAM de cijfers bagatelliseert nogal opgepast. Ik weet niet waar zij hun seismografen hadden staan die dag, maar het is duidelijk dat het niet in Huizinge was. 

“Ik weet niet waar de NAM hun seismografen hadden staan die dag, maar het is duidelijk dat het niet in Huizinge was”

Ik pleit wel voor duidelijkheid. Zeggen dat Huizinge 2012 een ‘categorie 6’ was, bevordert onduidelijkheid en overdrijft de situatie. Om verwarring te voorkomen, kun je het beste Romeinse cijfers blijven gebruiken voor PGA/Mercalli en Arabische cijfers voor Richter. Huizinge 2012 was dus in het gasreservoir een magnitude 3.6 volgens Richter, en aan de oppervlakte een VI: Strong volgens PGA/ Mercalli.

Is er sprake van levensgevaar?

Zoals gezegd schat het KNMI de maximaal mogelijke PGA in de meest kwetsbare gebieden op 0.24 g, oftewel een categorie VII (‘very strong’) aardbeving. De Mercalli-schaal vermeldt daarbij: ‘Schade te verwaarlozen in gebouwen met een goed ontwerp en constructie; lichte tot matige schade in goedgebouwde structuren; aanzienlijke schade in slecht gebouwde of slecht ontworpen constructies; sommige schoorstenen breken.’ Dit is de reden dat de schoorstenen in Loppersum en omgeving vervangen worden.

Hoewel de materiële schade aanzienlijk kan zijn, zou er in principe dus geen direct gevaar voor mensenlevens moeten zijn. Maar in Groningen is er sprake van cumulatieve schade — iets dat vooral speelt bij boerderijen die in de oude stijl gebouwd zijn. Door de daklast in deze boerderijen worden de wanden bij elke beving verder uit elkaar gedrukt. Daardoor kunnen de dakbalken hun ondersteuning verliezen, en kan er tijdens een aardbeving een moment van bezwijken ontstaan.

Er staan honderden van dit soort boerderijen in het aardbevingsgebied; bij een maximale PGA is de kans dus niet ondenkbaar dat er een paar instorten — en dat er dus doden vallen. Geen 118 doden, zoals het Staatstoezicht op de Mijnen ooit becijferde, maar ook pak ‘m beet drie slachtoffers zijn er al drie teveel.

Ook moet ik bij deze even melden dat de PGA van de beving bij Zeerijp de door het KNMI vastgestelde bovengrens van 0,12 g voor het gebied doodleuk overschreed. Of die ‘eens in de 475 jaar’ betrouwbaar is, valt dus nog te bezien.

De maximale PGA verwachting van het KNMI van 0,24 g (dat is hetzelfde als 24 procent g) in de veengebieden rond Ten Boer, valt in de onderstaande aardbevings-gevaarkaart die de USGS maakte voor de gehele Verenigde Staten in categorie geel. De maximale PGA rond Ten Boer is daarmee vergelijkbaar met het aardbevingsrisico in grote delen van de westkust en Californië, die onderdeel zijn van de zogenaamde Ring Of Fire, en delen van de sluimerende reuzenvulkaan van Yellowstone Park. Zo groot is het aardbeving-versterkende effect van met water verzadigde poldergrond.

Wat bepaalt de sterkte van de aardbevingen in het Slochteren-gasveld?

Om een idee te krijgen van de te verwachten aardbevingssterkte in Groningen in de toekomst, heeft het KNMI in het verleden het Slochteren-veld met andere gasvelden wereldwijd vergeleken. Volgens het KNMI leek het Fashing Field in Texas nog het meeste op ons Groninger-gasveld: de zwaarste aardbeving die daar officieel geregistreerd staat, was er één van magnitude (M) 4.3 op de schaal van Richter.

Maar omdat de schaal van Richter logaritmisch is, is een M 4.3 vijf keer zo sterk als de M 3.6 bij Huizinge in 2012. Bij zo’n beving kun je dus ook veel grotere schade verwachten. Het Fashing Field ligt net als het gasveld onder Slochteren op ongeveer drie kilometer diepte. Het is tien bij twee mijl groot, zeg 50 vierkante kilometer, en 177 meter dik. Slochteren is 900 vierkante kilometer groot en 300 meter dik — ongeveer achttien keer zo groot en anderhalf keer zo dik dus. Dat lijkt weinig goeds te voorspellen.

Maar volgens dr. Bernd Andeweg, geoloog aan de Faculty of Earth and Life Sciences van de Vrije Universiteit en deskundig op het gebied van breukbewegingen, heeft zo’n vergelijking tussen het Fashing Field en het Slochteren-veld weinig zin. De maximale aardbevingssterkte in een gasveld wordt volgens Andeweg namelijk niet bepaald door de grootte van het veld an sich, maar door de fysieke grootte en de positie van de breuken in het veld. 

Wat wij als aardbevingen voelen, zijn grote stukken rots die over een bepaalde lengte en diepte langs een breuklijn schuiven. Volgens dr. Andeweg blijft dit in het Slochteren-reservoir bij geringe bewegingen. De breuken in het gesteente van het Slochteren gasreservoir moeten dus lang en diep genoeg zijn om bij deze kleine bewegingen tóch een zwaardere aardbeving te kunnen genereren.

Volgens Adriaan Houtenbos, een ingenieur die 20 jaar voor de Nederlandse Aardolie Maatschappij (NAM) gewerkt heeft, blijkt ten slotte uit de zogeheten Long Term Subsidence Study van de NAM dat zij — en wij burgers dus ook — eigenlijk geen flauw idee hebben hoe de drukverstoring van 260 atmosfeer die door de gaswinning ontstaan is, zich in ruimte en tijd in het gesteente onder Slochteren gaat ontwikkelen.

Wat we volgens Andeweg wél redelijk goed weten, is hoe groot de breukvlakken van het Slochterenveld zijn, en of ze meer horizontaal of verticaal lopen. Omdat de breuken min of meer verticaal lopen in het Slochterenveld (zie bovenstaande figuur), hebben we te maken met rek in het gesteente (afschuivende breuken). Dat geeft veel minder stress dan bij opschuivende breuken, die gesteente samendrukken. De spanning in het gesteente door drukverschillen kan dus volgens Andeweg niet heel ver oplopen, voor deze zich gaat ontladen.

Groningen krijgt dus hoe dan ook niet te maken met een magnitude 6 op de schaal van Richter: daar zijn de breuken gewoon niet groot genoeg voor. En maar goed ook, want de schade zou niet te overzien zijn.

Sam Gerritsen = Sam Gerrits