At producere ren energi kan mindske risikoen for jordskælv

I månederne efter den 5. juli 2019 jordskælv med styrke 7,1 i Ridgecrest, Californien, seismologer registrerede tusindvis af efterskælv i regionen. Overraskende nok, ingen blev set i Coso geotermiske felt, et område kun omkring 10 kilometer fra overfladesprængningerne forårsaget af hovedchokket.

Nu, Caltech-forskere har opdaget, at operationer relateret til geotermisk energiproduktion i Coso gennem de sidste 30 år har afstresset regionen, gør området mindre udsat for jordskælv. Disse resultater kunne indikere måder til systematisk at afstresse højrisiko jordskælvsregioner, samtidig med at der bygges ren energiinfrastruktur.

Forskningen blev udført i laboratoriet hos Jean-Philippe Avouac, Earle C. Anthony professor i geologi og mekanik og anlægsteknik. Et papir, der beskriver undersøgelsen, vises i journalen Natur den 1. juli.

Geotermiske felter, ligesom Coso-regionen, er områder, hvor underjordiske temperaturer er særligt høje, for eksempel, som følge af vulkansk eller tektonisk aktivitet. Denne varme kan bruges til at skabe ren energi, der ikke kræver afbrænding af fossile brændstoffer. For at udnytte denne energi, vand pumpes ned i jorden, hvor de høje temperaturer opvarmer vandet; når vandet bringes tilbage til overfladen, at varmeenergi bruges til at producere elektricitet.

Vigtigt, under udviklingen af ​​et geotermisk felt, mange små jordskælv (omkring størrelsesorden 4) udløses, når vandet pumpes ind. Dette ses generelt som en kilde til bekymring; en række geotermiske projekter er blevet opgivet på grund af en sådan "induceret" seismicitet. Imidlertid, i denne nye undersøgelse, forskerne fandt ud af, at disse små jordskælv såvel som den "stille" eller aseismiske deformation (opstår uden at producere et jordskælv) forårsaget af injektion af væske faktisk aflaster stress og dermed sænker risikoen for et større jordskælv i regionen.

"Geotermisk energi er ren energi, og vi vil gerne have så meget ren energi som muligt, " siger Avouac. "Induceret seismicitet - udløsningen af ​​mange små jordskælv - under den indledende udvikling af et geotermisk felt er blevet set som en hindring for at bygge mere af denne infrastruktur. Men vores undersøgelse viser, at der faktisk er en fordel ved dette. Du kunne forestille dig at udvikle geotermiske felter langs San Andreas-forkastningen, for eksempel, hvor du både ville få ren energi og mindske risikoen for et stort jordskælv."

Ledet af Caltech postdoktor Kyungjae Im, holdet søgte at modellere, hvad der sker under overfladen af ​​et geotermisk felt, der er udviklet til energiproduktion. Ved at bruge en teknik kaldet syntetisk aperture radar (SAR) interferometri, geovidenskabsmænd har målt, at overfladen af ​​Coso geotermiske felt er deformeret og sunket med titusinder af centimeter i årtierne siden dets udvikling. Jeg byggede en model af denne deformation og fandt ud af, at undergrunden var termisk kontraherende på grund af vandet, der blev pumpet ind.

Jeg konkluderede, at denne termiske sammentrækning både aflastede nogle spændinger i Coso-området og tillod jorden at glide "stille" - dvs. på en jævn måde, der ikke producerer jordskælv. Dette forklarer, hvorfor Coso-området ikke oplevede større efterskælv efter det store 5. juli, 2019-skælv:der var mindre stress under jorden, fordi det allerede var blevet aflastet af den geotermiske aktivitet.

"Vores undersøgelse viser, at ved at injicere koldt vand, du kan faktisk undertrykke seismicitet hen ad vejen, " siger Im. "Men det er stadig ikke uden risiko:når du begynder at udvikle feltet, der er en risiko for, at de små inducerede jordskælv potentielt kan vokse til et stort. Men i princippet over tid, risikoen for store jordskælv i regionen er mindre, end hvis du ikke havde udviklet feltet. Du accelererer seismiciteten i et stykke tid, så risikoen for at du får den store er midlertidigt højere. Men hvis man ser på risikoen for at have en størrelsesorden 7 eller 8 over en længere periode, over 15 år eller deromkring, det vil være meget lavere. Det er en del af vores forskningsmål at udvikle metoder til at kvantificere denne effekt præcist. Det vil aldrig være nul risiko, men vores undersøgelse viser, at vi burde forske mere i denne metode til at reducere sandsynligheden for et stort jordskælv."

"Både termisk spændingsfrigivelse og hydrofracking kan frigive den akkumulerede spænding og derfor reducere fremtidige store jordskælv, men på samme tid, stadig har en risiko for at fremkalde store jordskælv under stressfrigivelsen, " forklarer Im. "Coso-sagen er det ønskede eksempel, idet stressfrigivelsen sker uden at inducere et stort jordskælv. Det kan skyldes arten af ​​termisk afspænding, som er langsom, intens, og lokaliseret sammenlignet med hydrofracking. Men at bekræfte dette kræver yderligere forskning."

Avisen har titlen "Ridgecrest Aftershocks at Coso suppressed by Thermal Destressing." Kyungjae Im er undersøgelsens første forfatter.