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Die Abwassereinspritzung spielte beim größten Erdbeben in Oklahoma eine Rolle

2022

Es war einige Minuten nach 7:00 Uhr am 3. September 2016, als die Erde in Pawnee, Oklahoma, zu beben begann. Waren fielen aus den Regalen der Lebensmittelgeschäfte, und Sandsteinfassaden fielen zu Boden.

Das Beben war mit einer Stärke von 5, 8 das größte in der Geschichte von Oklahoma. Die Stärke eines Erdbebens wird als die Größe der Energie gemessen, die an der Quelle des Bebens freigesetzt wird.

Oklahoma verzeichnete in den letzten Jahren einen starken Anstieg der Erdbeben. Dieser Anstieg ist darauf zurückzuführen, dass Öl- und Gasunternehmen Wasser aus Bohrarbeiten wieder in den Boden injizieren. Geologen haben die Praxis mit Hunderten von Beben im ganzen Staat in Verbindung gebracht.

Kurz nach dem Beben befahlen die staatlichen Regulierungsbehörden den Betreibern von Brunnen in der unmittelbaren Umgebung, den Betrieb einzustellen. Die genaue Ursache des Bebens blieb jedoch ungewiss.

Jetzt haben Geologen ein weiteres Puzzleteil.

In einem Artikel, der am Dienstag in Seismological Research Letters veröffentlicht wurde, sammelten Geologen Daten aus Injektionsbohrungen in der Region und verwendeten Computermodelle, um zu sehen, wie sich das in die Oberfläche injizierte Wasser auf die zugrunde liegenden Verwerfungen auswirkt.

Öl- und Gasbohrer in der Gegend injizieren normalerweise Abwasser in eine poröse Gesteinsschicht, die auf einer viel härteren Granitschicht liegt. Der härtere Granit enthielt den Fehler, der beim Erdbeben in Pawnee im September ausrutschte. Die Forscher wussten bereits, dass das Pumpen von Wasser unter Tage den Druck unter Tage erhöht und einen Fehler zusätzlich belastet.

"Mit zunehmendem Druck der Porenflüssigkeit könnte sich der Fehler destabilisieren und schließlich ein Erdbeben auslösen, lange bevor es natürlich passiert wäre", sagt der leitende Autor Andrew Barbour, ein Geophysiker der USGS. "Was wir hier zeigen, ist, dass zusätzlich zu diesem Flüssigkeitsdruckanstieg bei diesem Fehler auch die Einspritzrate diesen Effekt verstärken kann."

Barbour und Kollegen stellten fest, dass drei Jahre vor dem Erdbeben von 2016 im Jahr 2013 mehrere Bohrlöcher schnell mit dem Einspritzen von Abwasser begannen. Barbour ist sich nicht sicher, warum an diesen Bohrlöchern Geschwindigkeit erforderlich war, aber sein Modell zeigt, dass die Geschwindigkeit das Erdbeben möglicherweise früher hätte auslösen können.

"Die Geschwindigkeit, mit der Sie ein festes Volumen injizieren, wirkt sich auf das Endergebnis aus", sagt Barbour. Die Spannungsänderungen entlang eines Fehlers werden stärker und schneller, wenn Sie schneller spritzen.

Laut Barbour spielten auch konstante Flüssigkeitsinjektionsraten in anderen Bohrlöchern in der Region vor 2013 eine Rolle. Das Modell zeigt, dass während die stetigeren Injektionsstellen dazu beitrugen, den Stress im Laufe der Zeit zu erhöhen, die plötzliche Zunahme und dann die plötzliche Abnahme der Pumpraten an den variableren Bohrlöchern dazu beitrugen, das seismische System in Aktion zu versetzen.

Forscher untersuchen Ereignisse wie Pawnee intensiv, um besser zu verstehen, wie durch Menschen verursachte Erdbeben auftreten. Einige Gruppen setzen zusätzliche Sensoren ein, um zukünftige Beben zu überwachen, und Forscher wie Barbour suchen nach Physik- und Computermodellen, um nicht nur zu verstehen, wie menschliche Aktivitäten diese Katastrophen verursachen, sondern auch, wie potenzielle Warnzeichen identifiziert werden können.

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