Små jordbävningar, för liten för att kännas på jordens yta, skapa kemiska förändringar som gör grundvattnet surt, enligt nypublicerad forskning vid University of Strathclyde.

Forskningsdokumentet, "Mikroseismiska händelser orsakar betydande pH-fall i grundvattnet, " publicerad av Geofysiska forskningsbrev , dokumenterar för första gången hur små jordbävningar, känns inte på ytan, bryta de kemiska bindningarna i bergarter under sprickbildning. Dessa brutna kemiska bindningar reagerar med det omgivande vattnet och skapar fickor av surt grundvatten.

Surhetsgraden förändras

Strathclyde-teamet observerade pH-fall på 1-3 enheter i grundvattnet under en 24-timmarsperiod - motsvarande skillnaden mellan kranvatten och vinäger. Förändringarna i surhetsgraden är tillräckligt stora för att lösa mineraler i bergarter, släpper ut fångade element som metaller och låter dem röra sig genom jordens yta.

Tusentals liknande mikroseismiska händelser uppskattas inträffa varje år i Storbritannien och medan varje händelse är liten, de kumulativa effekterna kan vara stora. Under långa tidsperioder, mikrojordbävningar kan transportera element i stenar genom jordens yta. Vissa av dessa grundämnen – som kalcium och magnesium – kan spela en avgörande roll för att fånga upp koldioxid i atmosfären och därmed påverka den globala temperaturen. Men hittills, denna försurningsprocess har inte inkluderats i klimatmodeller eller förutsägelser om malmlägen.

Känsliga seismometrar

I Strathclyde-projektet, känsliga seismometrar lyssnade efter små jordbävningar i berget som omger tunnlarna vid Grimsel Test Site i de schweiziska alperna – ett underjordiskt stenlaboratorium. Grundvatten togs från tunnelsystemet för att leta efter förändringar i vattenkemin med jämna mellanrum under 2014 och 2015.

Huvudförfattare Dr Mark Stillings, en forskarassistent i civil- och miljöteknik vid Strathclyde, sa:"När några av dessa händelser ägde rum nära tunnlarna, vi observerade helt oväntade pulser av surt vatten i tunneln i samband med små jordbävningar som upptäckts av våra seismometrar i de omgivande stenarna. "

Laboratorieförsök visade då att förändringarna i surhetsgraden enbart är ett resultat av sprickbildning av kiselbaserade bergarter som granit.

Omärkliga jordbävningar

Stora jordbävningar, av magnitud större än tre, har tidigare visat sig förändra grundvattenkemin genom att skapa nya sprickor i berget som förbinder tidigare isolerade vattendrag och låter dem blandas. Strathclyde-studien, dock, visar för första gången att små, omärkliga jordbävningar kan också orsaka kemiska förändringar och att dessa sker genom en annan mekanism – brytning av kiseldioxidbindningar i berget vilket påverkar surheten i det omgivande vattnet.

Professor Rebecca Lunn, projektledaren, sa:"Dessa fynd är viktiga eftersom små, omärkta "mikro" jordbävningar är extremt frekventa och vattnets surhet påverkar avsevärt de flesta kemiska reaktioner på jorden – inklusive, till exempel, stenvittringsreaktioner som påverkar förutsägelser om globala koldioxidutsläpp och nederbördsreaktioner som påverkar de sannolika platserna för värdefulla metallmalmfyndigheter inom jorden."