Forskare från EPFL och Ecole Normale Supérieure i Paris har funnit att närvaron av trycksatt vätska i omgivande berg kan minska intensiteten av jordbävningar som utlöses av underjordiska mänskliga aktiviteter som geotermisk energiproduktion.

Runt 100, 000 jordbävningar registreras över hela världen varje år, men alla är inte naturligt förekommande. Några av de svagare utlöses av mänsklig aktivitet under jorden – detta kallas inducerad seismicitet. Forskare från EPFL:s Laboratory of Experimental Rock Mechanics (LEMR) och Ecole Normale Supérieure i Paris har precis avslutat en studie om vätskors roll i utbredningen av inducerade jordbävningar i ett försök att dechiffrera de underliggande mekanismerna. Deras resultat inkluderar den extremt kontraintuitiva upptäckten att vatten under högt tryck i närheten av en jordbävning tenderar att begränsa – snarare än att öka – dess intensitet. Dessa resultat publicerades idag i Naturkommunikation .

Inducerade jordbävningar kan vara resultatet av aktiviteter som gruvdrift, gas- och oljeutvinning, giftigt avfall eller CO2-lagring, och byggandet av tunnlar och dammmagasin. Generering av geotermisk energi är en annan potentiell källa till inducerade jordbävningar – och den främsta i Schweiz. Enligt den schweiziska seismologiska tjänsten, ett geotermiskt projekt nära Basel orsakade en jordbävning med magnituden 3,4 2006, och en i St. Gallen utlöste en darrning på 3,5 magnitud 2013.

Geotermisk energi fångas upp genom att tappa in underjordisk värme. Högtrycksvatten pumpas in i jordskorpan på ett djup av mellan två och fyra kilometer. Vattnet återvinns sedan som ånga och används för att driva en elproducerande turbin. "Att injicera vatten kan påverka vatten-bergsjämvikten och störa närliggande förkastningar, vilket utlöser jordbävningar i området, säger Marie Violay, som driver LEMR.

Denna typ av jordbävning är en nagel i ögonen på förespråkare av geotermisk värme, noterar Mateo Acosta, en doktorsexamen student vid LEMR och studiens huvudförfattare:"Dessa jordbävningar kan ha låg intensitet, men de kan orsaka skada och påverka den allmänna opinionen – till den grad att projekt spårar ur."

Värmeabsorption

Acosta körde tester där han försökte replikera jordbävningsförhållanden för att studera effekterna av olika nivåer av underjordiskt vattentryck på förkastningsdynamiken. Han fokuserade främst på jordbävningsutbredning, vilket är när de två plattorna i ett fel gnider mot varandra, skickar seismiska vågor ut i det omgivande området.

"Stenfriktion genererar en betydande mängd värme, vilket ytterligare underblåser förökningseffekten, " säger doktoranden. "En del av denna värme absorberas av vattnet i den omgivande stenen, och mängden som absorberas beror till stor del på vattnets termodynamiska parametrar. Det vi lärde oss från våra experiment är att ju närmare vätskans initiala tryck är det kritiska trycket för vatten, desto svagare blir jordbävningen."

"Denna forskning visar att det initiala vätsketrycket i stenarna är avgörande, särskilt på djup som vanligtvis nås av geotermiska aktiviteter. Geotermiska modeller måste ta hänsyn till detta, " säger François-Xavier Passelègue, en LEMR-forskare och studiens andra författare.

Laboratoriet skaffade nyligen sofistikerad utrustning som kan användas för att simulera tryck- och temperaturnivåer på ett djup av 10 till 15 kilometer i jordskorpan. Forskarna planerar att använda denna utrustning för att mer exakt mäta grundvattnets inverkan på jordbävningens intensitet.