Hvordan jordskælvsværme opstår

Forskere har længe undret sig over oprindelsen af ​​jordskælvsværme:den pludselige optræden af ​​mange små jordskælv i et lille område. De optræder almindeligvis før store jordskælv eller vulkanudbrud, men disse er en lille brøkdel af alle jordskælvsværme. De fleste sværme sker langt fra vulkaner og områder med tektonisk aktivitet.

Ved at studere en jordskælvsværm, der ramte et olie- og gasfelt i Oklahoma, foreslår forskere fra ETH Zurich og University of Texas i Austin en simpel forklaring i et papir offentliggjort i Nature Geoscience. Sværme er forårsaget af ændringer i balancen mellem grundvand og fossilt vand fra dybe lag frembragt af olie- og gasudvinding.

"Sværmskælv er en af ​​de mest almindelige typer jordskælv på verdensplan, men deres oprindelse har været et rigtigt mysterium," siger ETH-professor Domenico Giardini. "Vi ville finde ud af, hvorfor der i de fleste tilfælde ikke er mere bag dem end vand".

Hydroskælv forårsaget af menneskelig aktivitet

Det meste af vandet, der er naturligt til stede i jordskorpen, er låst i bittesmå porer mellem mineralkorn. Men når sten udsættes for meget højt tryk, kan de begynde at lække det absorberede vand.

Sværmen, der blev undersøgt af forskerne i Oklahoma, varede seks måneder og fandt sted på relativt lave dybder på 1,5 til 6,5 kilometer. Som forskerne viser i deres papir, steg grundvandsniveauet i den berørte region med mere end 10 meter under denne sværm. Samtidig steg væsketrykket i jordskorpen også, hvilket udløste rækken af ​​jordskælv.

Jordskælvene blev sandsynligvis udløst, da det stigende vand nåede geologiske forkastningszoner. Forkastninger er brækkede overflader mellem klipper, og under normale forhold er overfladerne af den modstående bjergart tætnet af det tryk, de udsættes for. Men efterhånden som trykket i den omgivende bjergart stiger, bliver væskerne i forkastningsplanet i stand til at opløses og slides på klippeoverfladerne, hvilket svækker klippernes evne til at modstå.

Til sidst får kræfterne, der virker på forkastningsplanerne, klipperne til at glide og frigiver den opbyggede energi i form af et jordskælv. "Sværme er som bittesmå kopier af, hvad der sker før store tektoniske jordskælv, så vi kan lære af dem i meget mindre skala", forklarer ETH Postdoc-forsker Michael Goebel, hovedforfatter af papiret.

En kæde af begivenheder

For nogle fejl sker svækkelsesprocessen ret hurtigt, inden for få måneder eller endda timer, og væskerne er i stand til at tvinge klipperne fra hinanden ret hurtigt, hvilket skaber en sværm af små rystelser. For andre forkastninger sker svækkelsen langsommere over år, og de resulterende bevægelser vil kun producere nogle få, men meget større jordskælv.

Forskerne beskriver i deres undersøgelse et komplekst samspil mellem ændringerne i grundvandsspejlet, som fører til trykændringer i bjerget, og forkastningernes egenskaber, som fører til ændringer i jordskælvs størrelse. "At forstå dette samspil er afgørende for at forstå hele processen", siger Giardini, som også er direktør for ETH Zürichs schweiziske seismologiske tjeneste (SED), som driver et netværk af seismiske overvågningsstationer over hele landet.

Et almindeligt fænomen?

Forskerne studerede netop denne sværm i Oklahoma, men de har mistanke om, at de underliggende mekanismer er fælles for andre sværme, der sker i andre regioner i verden. Sværme opstår hyppigt i forbindelse med olie- og gasudvinding og sker også i geotermiske felter og nær dæmninger, hvor ændringer i vandbudgettet kan udløse ændringer i skorpetrykket.

De resultater, som forskerne har opnået, er særligt relevante for seismisk overvågning af sikkerhedsmæssige årsager, for eksempel overvågningen på atomkraftværker eller under væskeindsprøjtninger i jorden. Deres resultater hjælper med at adskille harmløse væskedrevne sværme fra andre sværme, der kan være relateret til vulkansk eller tektonisk aktivitet.