• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Naturen
    Kaliforniens regn kan kasta ljus över nya frågor om vad som orsakar jordbävningar

    Kalifornien är särskilt utsatt för jordbävningar, värd för den stora San Andreas förkastningszonen. Kredit:wlscience/flickr, CC BY-SA

    De senaste veckorna har Kalifornien har upplevt ovanligt kraftiga regn. Kalifornien är också utsatt för jordbävningar, värd för den stora San Andreas förkastningszonen.

    Om det kommer en ovanlig ökning av jordbävningar inom en snar framtid – vilket ger tid för regnet att tränga in djupt i förkastningar – kan Kalifornien mycket väl bli ett intressant laboratorium för att studera möjliga samband mellan väder och jordbävningar. Effekten är sannolikt subtil och kommer att kräva sofistikerad datormodellering och statistisk analys.

    Jordbävningar utlöses av en liten extra ökning av stress som läggs till ett fel som redan är laddat nästan till bristningsgränsen. Många naturliga processer kan ge denna lilla ökning av stress, inklusive plattektonikens rörelse, en smältande iskappa, och till och med mänskliga aktiviteter.

    Till exempel, Att injicera vatten i borrhål – antingen för avfallshantering eller för att driva ut restolja ur uttömda reservoarer – är särskilt sannolikt att utlösa jordbävningar.

    Detta beror på att vattentrycket i förkastningszonen är viktigt för att kontrollera när ett geologiskt förkastning glider. Förkastningszoner innehåller undantagslöst grundvatten, och om trycket i detta vatten ökar, felet kan bli "uppspänt". De två sidorna är sedan fria att glida förbi varandra, orsakar en jordbävning.

    Hydrologiska förändringar behöver inte vara plötsliga eller stora för att ändra vattentrycket i en förkastningszon. När akviferer utarmas för bevattning, vattenytan sjunker sakta, vilket också kan utlösa jordbävningar. Det är därför inte förvånande att extrema nederbördshändelser också kan uppmuntra jordbävningar. Ett antal fall av detta har flaggats av forskare. Till exempel, svärmar av jordbävningar 2002 följde på intensiva regn runt berget Hochstaufen i Tyskland och Muotatal- och Riemenstalden-regionerna i Schweiz.

    Varje studie av sambandet mellan väder och jordbävningar kommer sannolikt att ta tid, och resultaten är kontroversiella. Sålänge, nu är ett bra tillfälle att kontrollera att din gasolvärmare är jordbävningssäker och att ditt akutdricksvatten är färskt. Trots allt, en "stor" kunde komma när som helst.

    Utlöser jordbävningar

    Folk visste att vi kunde framkalla jordbävningar innan vi visste vad de var. Så fort folk började gräva upp mineraler ur marken, stenfall och tunnelraser måste ha blivit erkända faror.

    I dag, jordbävningar orsakade av människor inträffar i mycket större skala. Händelser under det senaste århundradet har visat att gruvdrift bara är en av många industriella aktiviteter som kan framkalla jordbävningar som är tillräckligt stora för att orsaka betydande skada och dödsfall. Fyllning av vattenreservoarer bakom dammar, utvinning av olja och gas, och geotermisk energiproduktion är bara några av de moderna industriella aktiviteter som visat sig orsaka jordbävningar.

    Eftersom fler och fler typer av industriell verksamhet erkändes vara potentiellt seismogena, Nederlandse Aardolie Maatschappij BV, ett olje- och gasbolag baserat i Nederländerna, gett oss i uppdrag att genomföra en omfattande global granskning av alla jordbävningar orsakade av människor.

    Vårt arbete sammanställde en rik bild från de hundratals sticksågsbitar som var utspridda i den nationella och internationella vetenskapliga litteraturen från många nationer. Den stora bredd av industriell verksamhet som vi fann vara potentiellt seismogen kom som en överraskning för många forskare. När industrins omfattning växer, problemet med inducerade jordbävningar ökar också.

    Dessutom, vi hittade det, eftersom små jordbävningar kan utlösa större, industriell verksamhet har potential, vid sällsynta tillfällen, att framkalla extremt stora, skadliga händelser.

    Hur människor framkallar jordbävningar

    Som en del av vår granskning sammanställde vi en databas med fall, dvs. så vitt vi vet, den mest fullständiga hittills. I januari, vi släppte denna databas offentligt. Vi hoppas att det kommer att informera medborgarna om ämnet och stimulera vetenskaplig forskning om hur man kan hantera denna mycket nya utmaning för mänsklig uppfinningsrikedom.

    Vår undersökning visade att gruvrelaterade aktiviteter står för det största antalet fall i vår databas.

    Initialt, gruvtekniken var primitiv. Gruvor var små och relativt grunda. Kollapshändelser skulle ha varit mindre – även om detta kanske hade varit en liten tröst för någon som fastnat i en.

    Men moderna gruvor finns i en helt annan skala. Värdefulla mineraler utvinns från gruvor som kan vara över två miles djupa eller sträcka sig flera miles offshore under haven. Den totala mängden sten som tas bort genom gruvbrytning över hela världen uppgår nu till flera tiotals miljarder ton per år. Det är dubbelt så mycket som det var för 15 år sedan – och det kommer att fördubblas igen under de kommande 15 åren. mycket av kolet som driver världens industri har redan förbrukats från grunda lager, och minor måste bli större och djupare för att möta efterfrågan.

    När gruvorna expanderar, gruvrelaterade jordbävningar blir större och vanligare. Skador och dödsfall, för, skala upp. Hundratals dödsfall har inträffat i kol- och mineralgruvor under de senaste decennierna som ett resultat av jordbävningar upp till magnituden 6,1 som har inducerats.

    Andra aktiviteter som kan framkalla jordbävningar inkluderar uppförandet av tunga överbyggnader. Taipei 101-byggnaden på 700 megaton, uppvuxen i Taiwan på 1990-talet, fick skulden för den ökande frekvensen och storleken på närliggande jordbävningar.

    Sedan början av 1900-talet, det har varit tydligt att fyllning av stora vattenreservoarer kan framkalla potentiellt farliga jordbävningar. Detta kom i tragiskt fokus 1967 när, bara fem år efter att den 32 mil långa Koyna-reservoaren i västra Indien fylldes, en jordbävning med magnituden 6,3 inträffade, dödade minst 180 människor och skadade dammen.

    Under de följande decennierna, pågående cyklisk jordbävningsaktivitet åtföljs av uppgångar och fall i den årliga reservoarnivåcykeln. En jordbävning större än magnitud 5 inträffar där i genomsnitt vart fjärde år. Vår rapport visade att hittills, cirka 170 reservoarer världen över har enligt uppgift orsakat jordbävningsaktivitet.

    Produktionen av olja och gas var inblandad i flera destruktiva jordbävningar i storleksordningen 6 i Kalifornien. Denna industri blir allt mer seismogen i takt med att olje- och gasfälten utarmas. Inom sådana områden, förutom massuttag genom produktion, vätskor injiceras också för att spola ut det sista av kolvätena och för att göra sig av med de stora mängder saltvatten som följer med produktionen i utlöpande fält.

    En relativt ny teknik inom olja och gas är hydraulisk sprickning av skiffergas, eller fracking, som till sin natur genererar små jordbävningar när berget spricker. Ibland, detta kan leda till en jordbävning av större magnitud om de injicerade vätskorna läcker in i ett fel som redan är stressat av geologiska processer.

    Den största fracking-relaterade jordbävningen som hittills har rapporterats inträffade i Kanada, med en magnitud på 4,6. I Oklahoma, flera processer pågår samtidigt, inklusive olje- och gasproduktion, avloppsvattenhantering och fracking. Där, jordbävningar så stora som magnituden 5,7 har skramlat till skyskrapor som restes långt innan en sådan seismicitet förväntades. Om en sådan jordbävning induceras i Europa i framtiden, det kunde kännas i huvudstäderna i flera nationer.

    Vår forskning visar att produktion av geotermisk ånga och vatten har associerats med jordbävningar upp till magnituden 6,6 i Cerro Prietofältet, Mexiko. Geotermisk energi är inte förnybar genom naturliga processer på tidsskala för en mänsklig livstid, så vatten måste återinjiceras under jord för att säkerställa en kontinuerlig tillförsel. Denna process verkar vara ännu mer seismogen än produktion. Det finns många exempel på jordbävningssvärmar som åtföljer vatteninjektion i borrhål, som på The Geysers, Kalifornien.

    Andra material som pumpas under jorden, inklusive koldioxid och naturgas, orsakar också seismisk aktivitet. Ett nyligen genomfört projekt för att lagra 25 procent av Spaniens naturgasbehov i en gammal, övergivet oljefält till havs resulterade i omedelbar början av kraftig jordbävningsaktivitet med händelser upp till magnituden 4,3. Hotet som detta utgjorde mot den allmänna säkerheten gjorde det nödvändigt att överge detta projekt på 1,8 miljarder USD.

    Vad detta betyder för framtiden

    Nu för tiden, jordbävningar orsakade av stora industriprojekt möter inte längre överraskning eller ens förnekelse. Tvärtom, när en händelse inträffar, tendensen kan vara att leta efter ett industriprojekt att skylla på. 2008, en jordbävning i storleksordningen 8 drabbade prefekturen Ngawa, Kina, dödade omkring 90, 000 personer, förödande över 100 städer, och rasande hus, vägar och broar. Uppmärksamheten vändes snabbt till den närliggande Zipingpu-dammen, vars reservoar hade fyllts bara några månader tidigare, även om kopplingen mellan jordbävningen och reservoaren ännu inte har bevisats.

    Den minsta mängden stressbelastning som forskare tror behövs för att framkalla jordbävningar kryper stadigt nedåt. Den stora Three Gorges Dam i Kina, som nu beslagtar 10 kubikmil vatten, har redan förknippats med jordbävningar så stora som magnitud 4,6 och är under noggrann övervakning.

    Forskare ställs nu inför några spännande utmaningar. Jordbävningar kan ge en "fjärilseffekt":Små förändringar kan ha stor inverkan. Således, inte bara kan en uppsjö av mänskliga aktiviteter ladda jordskorpan med stress, men bara små tillägg kan bli det sista halmstrået som bryter kamelens rygg, utfällning av stora jordbävningar som frigör den ackumulerade spänningen som belastats på geologiska förkastningar genom århundraden av geologiska processer. Huruvida eller när den stressen skulle ha släppts naturligt i en jordbävning är en utmanande fråga.

    En jordbävning i storleksordningen 5 frigör lika mycket energi som atombomben släpptes över Hiroshima 1945. En jordbävning i storleksordningen 7 frigör lika mycket energi som det största kärnvapen som någonsin testats, Tsar Bomba-testet utfört av Sovjetunionen 1961. Risken för att framkalla sådana jordbävningar är extremt liten, men konsekvenserna om det skulle hända är extremt stora. Detta utgör ett hälso- och säkerhetsproblem som kan vara unikt inom industrin för den maximala storleken på en katastrof som kan, i teorin, inträffa. Dock, sällsynta och förödande jordbävningar är ett faktum på vår dynamiska planet, oavsett om det finns mänsklig aktivitet eller inte.

    Vårt arbete tyder på att det enda evidensbaserade sättet att begränsa storleken på potentiella jordbävningar kan vara att begränsa omfattningen av själva projekten. I praktiken, detta skulle innebära mindre gruvor och reservoarer, mindre mineraler, olja och gas som utvinns från fält, grundare borrhål och mindre injicerade volymer. En balans måste göras mellan det växande behovet av energi och resurser och den risknivå som är acceptabel i varje enskilt projekt.

    Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.




    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com