Oklahomans zijn geen vreemden voor de grillen van Moeder Natuur. Van tornado's en overstromingen tot bosbranden en winterstormen, de staat ziet meer dan zijn aandeel in natuurlijke gevaren. Maar vóór 2009 'Terra firma' in Oklahoma betekende precies dat - aardbevingen deden de staat zelden schudden.

Vervolgens, na decennia van seismische stilte waar de staat gemiddeld minder dan twee bevingen met een kracht van 3 of meer per jaar had, Oklahoma zag plotseling een scherpe stijging, tot 20 van dergelijke bevingen in 2009. In 2013 waren er 109 van dergelijke bevingen. Vanaf dat moment, de cijfers zijn enorm gestegen, bereikten 903 in 2015 alvorens vorig jaar te dompelen tot 623. In het proces, Oklahoma heeft Californië voorbijgestreefd om de meest seismisch actieve van de onderste 48 Amerikaanse staten te worden.

In 2011, een aardbeving met een kracht van 5,7 en twee gerelateerde aardbevingen met een kracht van 5,0 troffen in de buurt van de stad Praag in Oklahoma, schade en verwondingen veroorzaken. Toen afgelopen 3 september, een aardbeving met een kracht van 5,8 op de schaal van Richter trof een paar mijl ten noordwesten van de stad Pawnee, bevolking 2, 200. Die aardbeving, die zich voordeed bij een eerder niet-toegewezen fout, was de sterkste ooit gemeten door instrumenten in Oklahoma. Het schudde een groot gebied van noord-centraal Oklahoma en werd gevoeld in het hele Midwesten en zo ver weg als Phoenix en Pittsburgh.

Een seismisch detectiveverhaal, Met Satellieten

Zelfs voordat NASA de Pawnee-aardbeving bestudeerde, studies die sinds eind vorig jaar door de United States Geological Survey en andere instellingen zijn gepubliceerd, suggereerden dat de aardbeving door de mens was veroorzaakt als gevolg van een toename van de injectie van afvalwater in verband met aardolieactiviteiten. Injectieputten plaatsen vloeistoffen ondergronds in poreuze geologische formaties, waarvan wetenschappers denken dat ze soms begraven breuken kunnen binnendringen die op het punt staan ​​weg te glippen.

Om meer licht te werpen op de bron van de Pawnee aardbeving, een team onder leiding van geofysicus Eric Fielding van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, verbeterde seismische gegevens en satellietbeeldanalyse gebruikt om de locatie en omvang van de fout die verantwoordelijk is voor de aardbeving nauwkeuriger in te schatten, zijn hypocentrum (het punt onder het aardoppervlak waar de aardbeving begon) en zijn naschokken, en om te meten hoe de fout zich bewoog. De resultaten van hun onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in Seismologische onderzoeksbrieven .

Om te helpen bepalen welke fout scheurde en waar de grote aardbeving begon, Fielding's team heeft de locaties van aardbevingen bijgewerkt die zijn gepubliceerd in een Oklahoma Geological Survey-catalogus van naschokken. De catalogus omvatte bijna 2, 200 aardbevingen van meer dan magnitude 1,0 binnen ongeveer 50 kilometer van de hoofdschok van 3 september.

Rond Pawnee, de belangrijkste fouten zijn georiënteerd in een noordoostelijke of noordelijke richting. Maar de meeste naschokken van de aardbeving van 3 september vonden plaats langs een lijn die vanuit het epicentrum van oost naar zuidoost liep. Zoals gerapporteerd in eerdere studies en bevestigd door het team van Fielding, dit vertelde wetenschappers dat de grootste schok niet optrad bij een eerder in kaart gebrachte fout, maar op een nieuwe fout genaamd de Sooner Lake Fault.

Om te bepalen welke delen van de fout tijdens de aardbeving zijn uitgegleden, Fielding's team analyseerde interferometrische synthetische apertuurradar (InSAR)-gegevens van de Copernicus Sentinel-1A- en Sentinel-1B-satellieten die worden beheerd door de European Space Agency en de McDonald, Dettweiler and Associates Ltd RADARSAT-2 satelliet. Het team vergeleek InSAR-gegevens van meerdere satellietviaducten voor en na de hoofdschok om beelden te maken van grondvervormingen, ook wel interferogrammen genoemd. De aardbeving in Pawnee is de eerste aardbeving in Oklahoma die is waargenomen met behulp van radarsatellietgegevens.

"Met radarsatellieten kunnen we details van aardbevingen bestuderen op fouten die niet eerder in kaart waren gebracht en de oppervlakte niet bereiken, " zei Fielding. "Hierdoor kunnen we meer leren over de processen die aardbevingen veroorzaken."

Interferogrammen gemaakt door het team op basis van de InSAR-gegevens toonden aan dat de grond vervormd was in een patroon dat consistent is met slip langs een trendbreuk van oost naar zuidoost. De interferogrammen toonden ook aan dat de aardbeving het aardoppervlak niet scheurde, overeenstemming met veldrapporten.

Het onzichtbare zien:computermodellen maken van een begraven fout

Het team van Fielding voerde vervolgens de naschok- en InSAR-gegevens in een computer in om modellen te maken van de waarschijnlijke locatie van de fout en van welke delen van de fout tijdens de aardbeving zijn uitgegleden.

Hun voorkeursmodel van de Sooner Lake Fault berekent dat deze verticaal daalt en 18 kilometer lang en 15 kilometer breed is. Het model berekent ook dat de beweging op de breuk dieper dan 2,3 kilometer onder het oppervlak plaatsvond, en dat de delen die het meest bewogen zich dieper dan 4,5 kilometer bevonden. Deze bevindingen komen overeen met een hoofdbreukbreuk die plaatsvindt in kristallijn keldergesteente onder meer ondiepe sedimentaire gesteenten.

Aanwijzingen wijzen op een door mensen veroorzaakte aardbeving

De resultaten van het team laten zien dat de hoofdschok begon op een diepte van ongeveer 4,5 kilometer onder het oppervlak en zich naar beneden bewoog tot een diepte van minstens 10 kilometer en misschien wel 14 kilometer, in de keldergesteenten onder de sedimentaire laag. Deze neerwaartse breukrichting is ongebruikelijk voor natuurlijke aardbevingen. De fout gleed horizontaal ongeveer 60 centimeter op een diepte van 12 kilometer.

"Onze resultaten die een neerwaartse breuk laten zien, komen overeen met een door de mens veroorzaakte aardbeving als gevolg van afvalwaterinjectie, in plaats van een natuurlijk veroorzaakte aardbeving, ' zei Fielding.

Fielding zei dat het onderzoek kan helpen de geïnduceerde seismische activiteit beter te beheersen. "Door te begrijpen hoe en waar aardbevingen worden veroorzaakt door afvalwaterinjectie, we kunnen hun risico mogelijk verkleinen door zones te identificeren die moeten worden vermeden voor injectie, " hij zei.

De NASA-ISRO SAR (NISAR) missie, gepland voor lancering in 2021, kan wetenschappers helpen bij het identificeren van fouten die verantwoordelijk zijn voor aardbevingen en meer te weten komen over hun oorzaken, zowel natuurlijk als door mensen veroorzaakt. Het zal twee keer per 12 dagen een frequente dekking van alle landgebieden bieden.