Onderzoekers van EPFL en de Ecole Normale Supérieure in Parijs hebben ontdekt dat de aanwezigheid van vloeistof onder druk in het omringende gesteente de intensiteit van aardbevingen kan verminderen die worden veroorzaakt door ondergrondse menselijke activiteiten zoals de productie van geothermische energie.

Rond de 100, Wereldwijd worden er elk jaar 000 aardbevingen geregistreerd, maar niet alle komen van nature voor. Sommige van de zwakkere worden veroorzaakt door menselijke activiteit onder de grond - dit wordt geïnduceerde seismiciteit genoemd. Onderzoekers van EPFL's Laboratory of Experimental Rock Mechanics (LEMR) en de Ecole Normale Supérieure in Parijs hebben zojuist een onderzoek afgerond naar de rol van vloeistoffen in de voortplanting van geïnduceerde aardbevingen in een poging de onderliggende mechanismen te ontcijferen. Hun bevindingen omvatten de uiterst contra-intuïtieve ontdekking dat water onder hoge druk in de buurt van een aardbeving de neiging heeft de intensiteit ervan te beperken - in plaats van te verhogen. Deze resultaten zijn vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Geïnduceerde aardbevingen kunnen het gevolg zijn van activiteiten zoals mijnbouw, gas- en oliewinning, giftig afval of CO2-opslag, en de bouw van tunnels en stuwmeren. De opwekking van geothermische energie is een andere potentiële bron van geïnduceerde aardbevingen - en de belangrijkste in Zwitserland. Volgens de Zwitserse seismologische dienst, een geothermisch project in de buurt van Bazel veroorzaakte in 2006 een aardbeving van 3,4 op de schaal van Richter, en één in St. Gallen veroorzaakte in 2013 een beving met een kracht van 3,5 op de schaal van Richter.

Geothermische energie wordt opgevangen door het aanboren van ondergrondse warmte. Water onder hoge druk wordt op een diepte van twee tot vier kilometer in de aardkorst gepompt. Het water wordt vervolgens teruggewonnen als stoom en gebruikt om een ​​elektriciteitsproducerende turbine aan te drijven. "Het injecteren van water kan de water-gesteente-evenwichten beïnvloeden en nabijgelegen breuken verstoren, waardoor aardbevingen in het gebied ontstaan, " zegt Marie Violay, die LEMR runt.

Dit type aardbeving is een doorn in het oog van geothermische voorstanders, merkt Mateo Acosta op, een doctoraat student aan LEMR en hoofdauteur van de studie:"Deze aardbevingen kunnen laag in intensiteit zijn, maar ze kunnen schade aanrichten en de publieke opinie beïnvloeden - tot het punt van ontsporen van projecten."

Warmte absorptie

Acosta voerde tests uit waarin hij de omstandigheden van aardbevingen probeerde te repliceren om de impact van verschillende niveaus van ondergrondse waterdruk op de breukdynamiek te bestuderen. Hij richtte zich vooral op de voortplanting van aardbevingen, dat is wanneer de twee platen in een fout tegen elkaar wrijven, seismische golven naar de omgeving sturen.

"Rotswrijving genereert een aanzienlijke hoeveelheid warmte, wat het voortplantingseffect verder versterkt, ", zegt de promovendus. "Een deel van deze warmte wordt geabsorbeerd door het water in de omringende rots, en de geabsorbeerde hoeveelheid hangt in grote mate af van de thermodynamische parameters van het water. Wat we van onze experimenten hebben geleerd, is dat hoe dichter de begindruk van de vloeistof bij de kritische waterdruk ligt, hoe zwakker de aardbeving zal zijn."

"Dit onderzoek toont aan dat de initiële vloeistofdruk in de rotsen cruciaal is, vooral op diepten die gewoonlijk worden bereikt door geothermische activiteiten. Geothermische modellen moeten hier rekening mee houden, " zegt François-Xavier Passelègue, een LEMR-onderzoeker en de tweede auteur van de studie.

Het laboratorium heeft onlangs geavanceerde apparatuur aangeschaft waarmee druk- en temperatuurniveaus kunnen worden gesimuleerd op een diepte van 10 tot 15 kilometer in de aardkorst. De onderzoekers zijn van plan deze apparatuur te gebruiken om de impact van grondwater op de intensiteit van aardbevingen nauwkeuriger te meten.