Californiens regn kan kaste lys over nye spørgsmål om, hvad der forårsager jordskælv

I de seneste uger har Californien har oplevet usædvanligt kraftig nedbør. Californien er også udsat for jordskælv, vært for den store San Andreas forkastningszone.

Hvis der er en usædvanlig bølge af jordskælv i den nærmeste fremtid - hvilket giver tid til, at regnen kan trænge dybt ned i forkastninger - kan Californien meget vel blive et interessant laboratorium til at studere mulige sammenhænge mellem vejr og jordskælv. Effekten vil sandsynligvis være subtil og vil kræve sofistikeret computermodellering og statistisk analyse.

Jordskælv udløses af en lille ekstra stigning i stress tilføjet til en fejl, der allerede er belastet næsten til bristepunktet. Mange naturlige processer kan give denne lille stigning af stress, herunder bevægelse af pladetektonik, en smeltende indlandsis, og endda menneskelige aktiviteter.

For eksempel, indsprøjtning af vand i boringer - enten til affaldsbortskaffelse eller for at drive olierester ud af udtømte reservoirer - er særlig sandsynligt, at det vil udløse jordskælv.

Dette skyldes, at vandtrykket i forkastningszonen er vigtigt for at kontrollere, hvornår en geologisk fejl glider. Forkastningszoner indeholder uvægerligt grundvand, og hvis trykket af dette vand stiger, fejlen kan blive "løsnet". De to sider er så frie til at glide forbi hinanden, forårsager et jordskælv.

Hydrologiske ændringer behøver ikke at være pludselige eller store for at ændre vandtrykket i en fejlzone. Da grundvandsmagasinerne udtømmes til kunstvanding, vandspejlet falder langsomt, som også kan udløse jordskælv. Det er derfor ikke overraskende, at ekstreme nedbørshændelser også kan tilskynde til jordskælv. En række tilfælde af dette er blevet markeret af videnskabsmænd. For eksempel, sværme af jordskælv i 2002 fulgte intens nedbør omkring Hochstaufen i Tyskland og Muotatal- og Riemenstalden-regionerne i Schweiz.

Enhver undersøgelse af forholdet mellem vejr og jordskælv vil sandsynligvis tage tid, og resultaterne er kontroversielle. I mellemtiden, nu er det et godt tidspunkt at kontrollere, at din gasvarmer er jordskælvssikret, og dit nøddrikkevand er frisk. Trods alt, en "stor" kunne komme når som helst.

Udløser jordskælv

Folk vidste, at vi kunne fremkalde jordskælv, før vi vidste, hvad de var. Så snart folk begyndte at grave mineraler op af jorden, stenfald og tunnelkollaps må være blevet anerkendte farer.

I dag, jordskælv forårsaget af mennesker forekommer i meget større skala. Begivenheder i det sidste århundrede har vist, at minedrift kun er en af ​​mange industrielle aktiviteter, der kan fremkalde jordskælv, der er store nok til at forårsage betydelig skade og død. Fyldning af vandreservoirer bag dæmninger, udvinding af olie og gas, og geotermisk energiproduktion er blot nogle få af de moderne industrielle aktiviteter, der har vist sig at fremkalde jordskælv.

Da flere og flere typer industriel aktivitet blev anerkendt for at være potentielt seismogene, Nederlandse Aardolie Maatschappij BV, et olie- og gasselskab baseret i Holland, bestilte os til at udføre en omfattende global gennemgang af alle menneskeskabte jordskælv.

Vores arbejde samlede et rigt billede af de hundredvis af stiksavsstykker spredt ud over den nationale og internationale videnskabelige litteratur fra mange nationer. Den store bredde af industriel aktivitet, vi fandt som potentielt seismogen, kom som en overraskelse for mange forskere. Efterhånden som industriens omfang vokser, problemet med inducerede jordskælv er også stigende.

Ud over, vi fandt det, fordi små jordskælv kan udløse større, industriel aktivitet har potentiale, i sjældne tilfælde, at fremkalde ekstremt store, skadelige begivenheder.

Hvordan mennesker fremkalder jordskælv

Som en del af vores gennemgang har vi samlet en database over sager, dvs. til vores viden, den til dato mest udfærdigede. I januar, vi udgav denne database offentligt. Vi håber, at det vil informere borgerne om emnet og stimulere videnskabelig forskning i, hvordan man kan håndtere denne helt nye udfordring for menneskelig opfindsomhed.

Vores undersøgelse viste, at minerelateret aktivitet tegner sig for det største antal sager i vores database.

I første omgang, minedriftsteknologi var primitiv. Minerne var små og relativt lavvandede. Sammenbrudsbegivenheder ville have været mindre - selvom dette måske havde været ringe trøst for enhver, der var fanget i en.

Men moderne miner eksisterer i en helt anden skala. Ædle mineraler udvindes fra miner, der kan være over to miles dybe eller strække sig flere miles offshore under havene. Den samlede mængde sten, der fjernes ved minedrift på verdensplan, beløber sig nu til flere titusinder af milliarder tons om året. Det er det dobbelte af, hvad det var for 15 år siden – og det er sat til at fordobles igen i løbet af de næste 15. I mellemtiden, meget af det kul, der brænder verdens industri, er allerede opbrugt fra lavvandede lag, og miner skal blive større og dybere for at tilfredsstille efterspørgslen.

Efterhånden som minerne udvides, minedriftsrelaterede jordskælv bliver større og hyppigere. Skader og dødsfald, også, opskalere. Hundredvis af dødsfald er sket i kul- og mineralminer i løbet af de sidste par årtier som følge af jordskælv op til størrelsesordenen 6,1, der er blevet induceret.

Andre aktiviteter, der kan fremkalde jordskælv, omfatter opførelsen af ​​tunge overbygninger. Den 700 megaton store Taipei 101-bygning, opvokset i Taiwan i 1990'erne, fik skylden for den stigende hyppighed og størrelse af nærliggende jordskælv.

Siden begyndelsen af ​​det 20. århundrede, det har været klart, at opfyldning af store vandreservoirer kan fremkalde potentielt farlige jordskælv. Dette kom i tragisk fokus i 1967, da kun fem år efter, at det 32 ​​kilometer lange Koyna-reservoir i det vestlige Indien blev fyldt, et jordskælv med en styrke på 6,3 ramte, dræbte mindst 180 mennesker og beskadigede dæmningen.

Gennem de følgende årtier, igangværende cyklisk jordskælvsaktivitet ledsaget stigninger og fald i den årlige reservoir-niveaucyklus. Et jordskælv større end 5 optræder der i gennemsnit hvert fjerde år. Vores rapport viste, at til dato, omkring 170 reservoirer verden over har angiveligt forårsaget jordskælvsaktivitet.

Produktionen af ​​olie og gas var involveret i flere ødelæggende jordskælv i størrelsesordenen 6 i Californien. Denne industri bliver mere og mere seismogen, efterhånden som olie- og gasfelter bliver udtømte. På sådanne områder, ud over massefjernelse ved produktion, væsker injiceres også for at skylle de sidste kulbrinter ud og for at bortskaffe de store mængder saltvand, der følger med produktionen i udløbne felter.

En relativt ny teknologi inden for olie og gas er skifergas hydraulisk frakturering, eller fracking, som i sagens natur genererer små jordskælv, efterhånden som klippen sprækker. Lejlighedsvis, dette kan føre til et større jordskælv, hvis de injicerede væsker lækker ind i en forkastning, der allerede er belastet af geologiske processer.

Det største fracking-relaterede jordskælv, der hidtil er blevet rapporteret, fandt sted i Canada, med en styrke på 4,6. I Oklahoma, flere processer er i gang samtidigt, herunder olie- og gasproduktion, spildevandsbortskaffelse og fracking. der, jordskælv så store som 5,7 har raslet skyskrabere, der blev rejst længe før en sådan seismicitet var forventet. Hvis et sådant jordskælv fremkaldes i Europa i fremtiden, det kunne mærkes i flere nationers hovedstæder.

Vores forskning viser, at produktion af geotermisk damp og vand har været forbundet med jordskælv op til størrelsesordenen 6,6 i Cerro Prieto-feltet, Mexico. Geotermisk energi kan ikke fornyes af naturlige processer på tidsskalaen af ​​et menneskes liv, så vand skal reinjiceres under jorden for at sikre en kontinuerlig forsyning. Denne proces ser ud til at være endnu mere seismogen end produktion. Der er talrige eksempler på jordskælvsværme, der ledsager vandinjektion i boringer, som ved The Geysers, Californien.

Andre materialer pumpet under jorden, herunder kuldioxid og naturgas, også forårsage seismisk aktivitet. Et nyligt projekt om at opbevare 25 procent af Spaniens naturgasbehov i en gammel, forladt offshore oliefelt resulterede i den øjeblikkelige begyndelse af kraftig jordskælvsaktivitet med hændelser op til størrelsesordenen 4,3. Truslen, som dette udgjorde for den offentlige sikkerhed, gjorde det nødvendigt at opgive dette projekt på 1,8 milliarder USD.

Hvad det betyder for fremtiden

I dag, jordskælv forårsaget af store industriprojekter møder ikke længere overraskelse eller endog benægtelse. Tværtimod, når en begivenhed indtræffer, tendensen kan være at lede efter et industrielt projekt at give skylden. I 2008 et jordskælv i størrelsesordenen 8 ramte Ngawa Prefecture, Kina, dræbte omkring 90, 000 mennesker, ødelægger over 100 byer, og kollapsende huse, veje og broer. Opmærksomheden vendte hurtigt mod den nærliggende Zipingpu Dam, hvis reservoir var blevet fyldt få måneder tidligere, selvom sammenhængen mellem jordskælvet og reservoiret endnu ikke er bevist.

Den minimale mængde stressbelastning, som forskere mener, er nødvendig for at fremkalde jordskælv, kryber støt nedad. Den store Three Gorges Dam i Kina, som nu beslaglægger 10 kubikmil vand, har allerede været forbundet med jordskælv så store som 4,6 og er under nøje overvågning.

Forskere bliver nu præsenteret for nogle spændende udfordringer. Jordskælv kan give en "sommerfugleeffekt":Små ændringer kan have stor indflydelse. Dermed, ikke kun kan en overflod af menneskelige aktiviteter belaste Jordens skorpe med stress, men bare små tilføjelser kan blive det sidste strå, der knækker kamelens ryg, udløser store jordskælv, der frigiver den akkumulerede stress, der er belastet geologiske forkastninger af århundreders geologiske processer. Hvorvidt eller hvornår den stress ville være blevet frigivet naturligt i et jordskælv er et udfordrende spørgsmål.

Et jordskælv i størrelsesordenen 5 frigiver lige så meget energi som atombomben, der blev kastet over Hiroshima i 1945. Et jordskælv i størrelsesordenen 7 frigiver lige så meget energi som det største atomvåben, der nogensinde er testet, Tsar Bomba-testen udført af Sovjetunionen i 1961. Risikoen for at fremkalde sådanne jordskælv er ekstrem lille, men konsekvenserne, hvis det skulle ske, er ekstremt store. Dette udgør et sundheds- og sikkerhedsproblem, der kan være unikt i industrien for den maksimale størrelse af katastrofe, der kunne, i teorien, forekomme. Imidlertid, sjældne og ødelæggende jordskælv er et faktum på vores dynamiske planet, uanset om der er menneskelig aktivitet eller ej.

Vores arbejde tyder på, at den eneste evidensbaserede måde at begrænse størrelsen af ​​potentielle jordskælv kan være at begrænse omfanget af selve projekterne. I praksis, dette ville betyde mindre miner og reservoirer, færre mineraler, olie og gas udvundet fra felter, lavvandede boringer og mindre mængder indsprøjtet. Der skal skabes balance mellem det stigende behov for energi og ressourcer og det risikoniveau, der er acceptabelt i hvert enkelt projekt.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.