Fracking för naturgas i delar av Pennsylvania med ett arv av energiutvinning kan öka risken för förorening av grundvatten, enligt ett team som leds av Penn State-forskare.

Forskarna fann ett potentiellt samband mellan förhöjda nivåer av klorid i grundvatten och områden där horisontell borrning och fracking för skiffergas överlappar en hög täthet av äldre, konventionella olje- och gaskällor och kolbrytning i sydvästra Pennsylvania. Länken observerades inte i prover från nordöstra Pennsylvania, som också upplevde Marcellus Shale-boomen, men som inte har samma långa historia av intensiv energiutvinning.

Förhöjda kloridnivåer i sydvästra Pennsylvania hittades i några regionala hot spots belägna nära höga tätheter av okonventionella brunnar, sa forskarna. Även om dessa nivåer inte överskrider säkerhetsstandarderna, om de orsakas av läckor eller spill från okonventionell borrning, kan ämnen som också finns i skiffergasavfallsvätskor, såsom tallium, överskrida EPA-gränserna i de mest tätt utvecklade hotspots.

"Våra resultat pekar på en regional ökning av grundvattenklorid i närheten av okonventionella brunnar i sydvästra Pennsylvania där Marcellus Shale-spelet överlappar ett långt arv av olja, gas och kolutvinning", säger Samuel Shaheen, doktorand i Penn State och huvudförfattare på pappret. "Men snarare än att varje brunn producerar högre klorid, är denna regionala påverkan sannolikt driven av hotspots där saltlösningar når grundvattnet via läckor eller spill, eller möjligen där underjordiska egenskaper eller brunnsintegritet tillåter läckage."

Forskarna sa att ytterligare studier behövs för att avgöra om det finns potentiella effekter på dricksvattnet. Studien kan dock vägleda var det framtida arbetet sker.

"En av utmaningarna med att studera grundvattenföroreningar från okonventionell utveckling är att vi har borrat över 10 000 av dessa brunnar i Pennsylvania," sa Shaheen. "Antalet av de som sannolikt har förorenat någons dricksvattenbrunn är ganska litet i förhållande till det stora antalet brunnar som borrades."

Studien, med titeln "Geokemiska bevis för förorening av grundvatten och potentiella hälsorisker för människor där hydraulisk sprickbildning överlappar med omfattande äldre kolväteutvinning", visas i Environmental Science &Technology .

Teamet fokuserade sin undersökning på sydvästra Pennsylvania, ett område som har upplevt omfattande kolbrytning och borrning efter olja och gas med anor från 1800-talet, och som nyligen upplevde Marcellus Shale-boomen, inklusive horisontell borrning och hydraulisk sprickning för att utvinna naturgas.

Fracking för skiffergas använder stora volymer vatten, injicerat vid högt tryck, för att öppna underjordiska sprickor och exponera instängd gas. Som ett resultat av detta innehåller avloppsvattnet som genereras av denna process ofta stora - och högkoncentrerade - kvantiteter av djupa saltlösningssalter, såsom klorid, barium och strontium, såväl som spårämnen som tallium och arsenik. Vissa av dessa ämnen utgör potentiella risker för människors hälsa.

Teamet fann ökningar av klorid-, barium- och strontiumkoncentrationer lokaliserade i regionala hot spots. Dessa små – men statistiskt signifikanta – ökningar hittades närmare okonventionella brunnar och i områden där mer okonventionella brunnar var belägna mindre än en mil från vattenprover.

"Det är inte så att varje gasbrunn släpper ut salterna, det är mer att det finns en handfull av dessa problemområden där vi observerar ökande koncentrationer i närheten, och vi upptäcker det över hela regionen," sa Shaheen. "Antalet okonventionella brunnar som vi tror orsakar problem är väldigt lågt."

Klorid kan komma från andra källor som vägsalt och teamet använder metoder för att identifiera sådana effekter. En del av proverna i teamets datamängd samlades in under en tid då reglerna för lagring av borravloppsvatten var mindre strikta. Nu krävs att avloppsvatten lagras i tankar istället för fodrade reservoarer.

In contrast to the increase in chloride, the team found lower frequencies of methane contamination in southwestern Pennsylvania as compared to northeastern parts of the state. Methane can leak from wells that were improperly constructed or damaged. Methane itself is non-toxic, but it poses an explosion hazard in high concentrations in enclosed areas and can lead to conditions that produce toxic elements like arsenic in water.

"We as geochemists have paid a lot of attention to the methane issue because of the potential for explosions or fire, but here we saw potentially bigger issues on the salt side of things," Shaheen said.

The lower frequency of methane contamination initially surprised Shaheen and the rest of the team because of coal's significant emission of methane and the high incidence of coal extraction within the region. But due to the region's long history of conventional energy extraction, methane may have previously been extracted via conventional drilling or leaked out through coal mines or oil and gas infrastructure into the atmosphere, the scientists said.

"Even though we thought it would cause more issues, this overlap with conventional oil and gas drilling, and coal mining, might have actually released some of the methane that normally causes these issues and reduced the frequency of methane migration during unconventional drilling," Shaheen said.

The team utilized a data set that consisted of 6,991 groundwater samples, with 4,325 collected from domestic wells and 2,666 from springs. They also used advanced data mining techniques, such as machine learning, to find contamination that is usually infrequent across large data sets. + Utforska vidare

Researchers develop affordable, less intensive methane detection protocol