Een nieuwe studie onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Buffalo onderzoekt een reeks kleine aardbevingen tussen 2011 en 2015 in de buurt van Lake Erie die aanleiding gaven tot bezorgdheid, gezien hun nabijheid tot de kerncentrale in Perry, Ohio, en andere nabijgelegen infrastructuur. Uit de studie blijkt dat hoewel vloeistofveranderingen in het meer of regionale opstijging een rol kunnen hebben gespeeld bij het veroorzaken van de aardbevingen, er niet genoeg bewijs is om één enkele bijdragende factor te identificeren.

De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Seismological Research Letters.

De aardbevingen vonden plaats in het centrale stroomgebied van Lake Erie nabij Conneaut, Ohio; twee van de aardbevingen hadden een kracht van 4,0, terwijl de rest kleiner was. Hoewel kleine aardbevingen niet ongebruikelijk zijn in het noordoosten van de Verenigde Staten, was dit de eerste zwerm aardbevingen waarvan bekend was dat ze plaatsvonden in de buurt van Lake Erie, waar dergelijke activiteit als zeldzaam of niet-bestaand werd beschouwd.

De onderzoekers beoordeelden aanvankelijk meer dan 25 geologische en geofysische datasets om te onderzoeken of de aardbevingen konden worden toegeschreven aan reeds bestaande breuken, zoutstructuren of andere ondergrondse formaties onder het meer. Om de waarschijnlijkheid van door vloeistof veroorzaakte seismiciteit te testen, voerden ze twee soorten modellering uit:één om de reactie van aardse materialen in de buurt van de aardbevingen op verschillende drukveranderingen te begrijpen, en een andere om de spanningsveranderingen in het gebied te simuleren, waarbij enkele van de simulaties omvatten de poriëndruk neemt toe of af.

Om hun modellen beter te kunnen beperken, installeerden de onderzoekers ook zes instrumenten op de bodem van het meer en registreerden ze gedurende bijna negen maanden seismische activiteit. Op basis van de gegevens van de nieuwe instrumenten lijken de aardbevingen geconcentreerd te zijn in de buurt van een noord-zuid trendzone die zich 20 kilometer ten zuiden uitstrekt van de omgeving van Elk Creek, Ontario.

De studie vond geen bewijs van specifieke breuken, zoutstructuren of ondergrondse zwaktezones op diepten die consistent waren met de aardbevingslocaties en die gereactiveerd hadden kunnen worden door drukveranderingen.

"De volgorde van de aardbevingen is nog steeds onverklaard, maar we kunnen enkele van de kenmerken ervan beperken", zegt hoofdauteur van het onderzoek Yajing Liu, wetenschappelijk onderzoeker aan de Universiteit van de afdeling Geologie van het Buffalo College of Arts and Sciences. "Toekomstige studies zouden baat hebben bij het monitoren van extra lokale seismiciteit en het installeren van een seismische array in Lake Erie om de aardbevingen beter te kunnen lokaliseren."

Hoewel er geen actieve breuken in het Lake Erie-bekken bekend zijn die de aardbevingen zouden kunnen hebben veroorzaakt, zeggen de onderzoekers dat het mogelijk is dat er nog onontdekte breuken zijn die kleine aardbevingen kunnen veroorzaken.

De wetenschappers zeggen dat hun onderzoek aantoont dat vloeistofgerelateerde processen niet kunnen worden uitgesloten als mogelijke oorzaak van de aardbevingen, hoewel het bewijzen van het verband een uitdaging is. Eén mogelijkheid, zeggen ze, is dat de waterstanden van het meer van invloed kunnen zijn.

Lake Erie is een ondiep meer met een maximale waterdiepte van 64 meter. De waterstanden fluctueren op natuurlijke wijze, waarbij de peilgegevens van het meer teruggaan tot het begin van de 20e eeuw. Tijdens natte jaren stijgt het waterpeil, waardoor de wetlands van de regio onder water komen te staan ​​en het gewicht van de waterkolom in diepe delen van het meer toeneemt. Dit extra gewicht kan de vloeistofdruk in ondergrondse formaties verhogen. Bovendien merken de onderzoekers op dat de timing van de aardbevingen – tussen december en februari – consistent is met de historische maximale merenniveaus die zich tijdens de late winter voordoen.

"Gezien de grote volumeverandering in Lake Erie, kan zelfs een relatief kleine verandering in het niveau van het meer een significante verandering in de belasting en de vloeistofdruk in de poriën veroorzaken", zegt co-auteur Hao Zhang, hoogleraar geologie aan het UB College of Arts and Sciences.

Hoewel de aardbevingen klein waren, zeggen de onderzoekers dat de reeks voldoende groot was om over een breed gebied voelbaar te zijn. De aardbeving van 2012 bereikte een intensiteitsniveau V, dat sterk genoeg is om schade aan oudere of slecht gebouwde gebouwen te veroorzaken, en de aardbeving van 2014 bereikte een intensiteitsniveau IV. De onderzoekers wijzen erop dat deze intensiteiten hoger kunnen zijn als er gebouwen op zachte sedimenten aan de oever van het meer staan.

"In de buurt van Lake Erie staat de kerncentrale van Perry en, nog dichter, windturbines die in het meer zijn gebouwd", zei Zhang. "Hoewel deze infrastructuurvoorzieningen zijn ontworpen om grotere aardbevingen op te vangen, zijn toekomstige studies over seismiciteit in deze regio gerechtvaardigd om elk risico te beperken."