Η άνοδος των σεισμών που προκαλούνται από έγχυση στις ΗΠΑ

Κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας, οι άνθρωποι που ζούσαν στις κεντρικές ΗΠΑ υπέστησαν πολύ περισσότερους σεισμούς μικρού έως μέτριου μεγέθους από ποτέ. Για παράδειγμα, αν και η Οκλαχόμα βρίσκεται πολύ μακριά από τα όρια μεταξύ των τεκτονικών πλακών, η σεισμική δραστηριότητα άρχισε να αυξάνεται εκεί περίπου το έτος 2009 και κορυφώθηκε κατά τη διάρκεια του 2015 και στις αρχές του 2016. Πριν από το 2009, η Οκλαχόμα τυπικά γνώρισε μόνο έναν ή δύο μικρούς σεισμούς με μέγεθος μεγαλύτερο από 3,0 ανά έτος. Μέχρι το 2015 ο αριθμός αυτός είχε αυξηθεί σε περισσότερους από 900 σεισμούς ετησίως, 30 από τους οποίους είχαν μέγεθος στιγμής μεγαλύτερο από 4,0 (το οποίο είναι αρκετά ισχυρό για να προκαλέσει καταστροφή). Ένας σεισμός με μέγεθος 5,7 χτύπησε κοντά στην πόλη της Πράγας, Okla., Το 2011 με προϋπάρχον σφάλμα και προκάλεσε σοβαρές ζημιές σε πολλά σπίτια και σχολικά κτίρια. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων έξι ετών, περισσότερες από 1.500 αναφορές καταστροφικών γεγονότων κλονισμού καταγράφηκαν σε παλαιότερα ειρηνικές περιοχές. Αυτή η αυξημένη σεισμικότητα πιθανότατα προκλήθηκε από ανθρώπινες βιομηχανικές δραστηριότητες. Περίπου οκτώ εκατομμύρια άνθρωποι ζούσαν στις περιοχές με αυξημένους σεισμούς και αξιωματούχοι υπεύθυνοι για τη δημόσια ασφάλεια ήθελαν να κατανοήσουν τους λόγους για την αύξηση και τις πιθανές απειλές για την κοινωνία.

Αιτίες των προκαλούμενων σεισμών.

Οι επιστήμονες της γης ανέλαβαν την πρόκληση να κατανοήσουν καλύτερα τους επαγόμενους σεισμούς. Επιστημονικά στοιχεία έδειξαν ότι ορισμένοι σεισμοί προκλήθηκαν από ανθρώπινες βιομηχανικές δραστηριότητες, κυρίως από τη διάθεση με έγχυση αλμυρού λυμάτων που εξήχθησαν με λάδι και αέριο σε πηγάδια παραγωγής. Οι περισσότεροι σεισμοί που προκλήθηκαν πιστεύεται ότι προκλήθηκαν από αλλαγές στην πίεση υγρού κοντά σε προϋπάρχοντα βαθιά σφάλματα. Τα υγρά λυμάτων σε πηγάδια βαθιάς απόρριψης βρίσκονταν συχνά πάνω από ένα μίλι υπόγεια, και η διάθεση λυμάτων αύξησε την πίεση στα υγρά που ήδη καταλαμβάνουν το χώρο των πόρων. Αυτή η πίεση αυξάνεται χωρίς περιορισμό ή εξασθένισε το σφάλμα, διευκολύνοντας έτσι τον σεισμό.

Αυτή η υπόθεση που εξηγεί την αιτία των προκληθέντων σεισμών επικυρώθηκε σε ένα πείραμα του 1969 Rangely, Colo, στο οποίο η πίεση του ρευστού σε μια δεξαμενή αυξήθηκε και μειώθηκε με άντληση. Οι σεισμοί έγιναν συχνότεροι όταν αυξήθηκαν οι πιέσεις, όπως προέβλεπε η υπόθεση και σπάνια όταν μειώθηκαν οι πιέσεις. Υδραυλική θραύση (fracking) - μια διαδικασία ανάκτησης αερίου και πετρελαίου που χρησιμοποιεί έγχυση υγρού για να ανοίξει ρωγμές σε βράχο για να επιτρέψει στο παγιδευμένο αέριο ή το αργό πετρέλαιο να ρέει μέσω ενός σωλήνα σε μια κοιλότητα στην επιφάνεια - αποδείχθηκε επίσης ότι προκαλεί σεισμούς και βρέθηκε ότι να είναι η πρωταρχική αιτία των προκληθέντων σεισμών στη Βρετανική Κολομβία και τη δυτική Αλμπέρτα, καθώς και σε ορισμένες τοποθεσίες στις ΗΠΑ. Ωστόσο, η ίδια η Fracking δεν ήταν η κύρια αιτία της επαγόμενης σεισμικής δραστηριότητας στην Οκλαχόμα και σε πολλά άλλα μέρη στις ΗΠΑ, όπου οι σεισμοί είχαν ως επί το πλείστον προέκυψε από έγχυση λυμάτων. Ένας αξιοσημείωτος σεισμός εξαγωγής υγρών, ένα γεγονός 4,8 μεγέθους, έλαβε χώρα τον Οκτώβριο του 2011 κοντά στο Fashing του Τέξας. Άλλοι προκληθέντες σεισμοί προκλήθηκαν από την πλήρωση δεξαμενών στη Νεβάδα και τη Νότια Καρολίνα. Στις περισσότερες περιπτώσεις τέτοιες βιομηχανικές δραστηριότητες δεν διεγείρουν σεισμούς. Οι ρυθμοί έγχυσης υγρού και οι όγκοι, οι προσανατολισμοί σφαλμάτων, οι συσσωρευμένες καταπονήσεις και οι ιδιότητες βράχου πρέπει να είναι βέλτιστα για να προκαλέσουν σεισμούς.

Οι επιστήμονες είχαν μελετήσει τα σφάλματα και τους φυσικούς και τους προκληθέντες σεισμούς για να κατανοήσουν καλύτερα και να προβλέψουν τα μεγέθη και τις τοποθεσίες των μελλοντικών επαγόμενων σεισμών. Το μέγεθος ή το μέγεθος του σεισμού σχετίζεται με την περιοχή που σπάει στο ρήγμα. Οι επιστήμονες εξέτασαν τα αρχεία πολλών παραδειγμάτων ιστορικών φυσικών σεισμών που είχαν συμβεί τα τελευταία 300 χρόνια στις κεντρικές και ανατολικές ΗΠΑ, συμπεριλαμβανομένου ενός γεγονότος μεγέθους 7,3 το 1886 κοντά στο Τσάρλεστον, στην SC και της σειράς σοκ περίπου 7,5 μεγέθους που σημειώθηκαν 1811–12 κοντά στη Νέα Μαδρίτη, Μ. Σεισμοί στην ανατολική Βόρεια Αμερική σημειώθηκαν με τη μορφή σμήνους σεισμικής δραστηριότητας σε μη αναγνωρισμένα σφάλματα στην κεντρική Βιρτζίνια, στο ανατολικό Τενεσί, στον ανατολικό Καναδά και στη Νέα Αγγλία. Πολλά από αυτά τα γεγονότα προηγήθηκαν βιομηχανικών δραστηριοτήτων και κατά συνέπεια πιθανότατα δεν σχετίζονται με ανθρώπινες δραστηριότητες. Τα τελευταία χρόνια, οι επιστήμονες συζήτησαν εάν οι επαγόμενοι σεισμοί θα μπορούσαν να προκαλέσουν μεγάλους σεισμούς σε κοντινά αρχαία σφάλματα, στα οποία οι συσσωρευμένες τάσεις ήταν έτοιμες να απελευθερωθούν. Ο σεισμός της Πράγας του 2011, Okla., Απάντησε σε αυτήν την ερώτηση αποδεικνύοντας ότι σεισμοί έως 5,7 μεγέθους θα μπορούσαν να σπάσουν σε προϋπάρχοντα μεγάλα σφάλματα. Επομένως, η παρουσία αρχαίων βλαβών ήταν ένας σημαντικός παράγοντας για την ακριβή πρόβλεψη του μεγέθους ενός σεισμού. Ωστόσο, το μέγεθος και η θέση των σφαλμάτων παρέμειναν ελάχιστα κατανοητά σε πολλά μέρη στις κεντρικές και ανατολικές ΗΠΑ, όπως η Οκλαχόμα, και οι επιστημονικές προσπάθειες διεξήχθησαν από την αμερικανική γεωλογική έρευνα, άλλους κρατικούς και ομοσπονδιακούς οργανισμούς και ακαδημαϊκά ιδρύματα και σε συνεργασία με τη βιομηχανία πετρελαίου για να εντοπίσει τις τοποθεσίες εκείνων που ήταν δυνητικά οι πιο επικίνδυνοι.

Η εκδήλωση της Πράγας του 2011 ήταν ο μεγαλύτερος σεισμός που προκλήθηκε στις ΗΠΑ έως ότου σημειώθηκε σεισμός μεγέθους 5,8 το 2016 κοντά στο Pawnee της Οκλαχόμα, ο οποίος μπορεί να έχει προκληθεί. Ωστόσο, παρατηρήθηκαν αλλού ισχυρότεροι σεισμοί. Κοντά στο Koynanagar της Ινδίας, το 1967, ένας καταστροφικός σεισμός μεγέθους 6,3 υποψιάστηκε ότι προκλήθηκε από υψηλά επίπεδα νερού που αποθηκεύτηκαν σε μια δεξαμενή και η δραστηριότητα απόσυρσης φυσικού αερίου στο Ουζμπεκιστάν ήταν πιθανότατα η αιτία της καταστροφής των 7,0 φυσικών σεισμών το 1976 και 1984. Τέτοια στοιχεία έδειξαν ότι ήταν δυνατοί σεισμοί μεγαλύτεροι από εκείνους της Πράγας. Επιπλέον, οι γεωλόγοι αναγνώρισαν σφάλματα και ρήξεις προϊστορικών σεισμών που προκλήθηκαν από σεισμούς μεγέθους 7,0 στην Οκλαχόμα και το Κολοράντο. Μελέτες σεισμών σε ηπειρωτικούς εσωτερικούς χώρους εκτός των ΗΠΑ έδειξαν ότι τόσο μεγάλοι φυσικοί σεισμοί ήταν δυνατοί μακριά από τα όρια των πλακών. Πολλοί επιστήμονες πίστευαν ότι οι επαγόμενοι σεισμοί θα μπορούσαν επίσης να προκαλέσουν μεγάλους σεισμούς σε ανεξερεύνητα αρχαία σφάλματα. Ωστόσο, σε περίπτωση επαγόμενου συμβάντος με μέγεθος μεγαλύτερο από 5,6, θα ήταν πιθανότερο να έχει μέγεθος πλησιέστερο στο 6,0 από το 7,0, παρόμοιο με τους επαγόμενους σεισμούς σε ανάλογες περιοχές.

Αύξηση του κινδύνου σεισμού.

Τόσο οι επαγόμενοι όσο και οι φυσικοί σεισμοί προκαλούν παρόμοια επίπεδα ανακίνησης του εδάφους. Σε σύγκριση με τους φυσικούς σεισμούς, ωστόσο, οι επαγόμενοι σεισμοί είναι συχνά πιο ρηχοί και μπορεί να μην κουνήσουν το έδαφος τόσο βίαια από το επίκεντρο του σεισμού. Αν και παρατηρήθηκαν λεπτές διαφορές στην ανακίνηση μεταξύ των δύο τύπων, χρειάστηκε περισσότερη έρευνα για την κατανόηση αυτών των ιδιοτήτων ανακίνησης.

Οι προβολές της ανατάραξης του εδάφους που διεξήχθησαν από την Αμερικανική Γεωλογική Έρευνα έδειξαν ότι οι επαγόμενοι σεισμοί αύξησαν τον κίνδυνο στην Οκλαχόμα και σε άλλα μέρη όπου οι βιομηχανικές διεργασίες επηρεάζουν τις πιέσεις εντός της γης, όπως φαίνεται στην πρόβλεψη ενός έτους του 2016 τόσο για τους προκληθέντες όσο και για τους φυσικούς σεισμούς. Ο υπολογισμός κινδύνου απαιτούσε πληροφορίες για το πού και πόσο συχνά θα μπορούσαν να συμβούν σεισμοί, το μέγιστο μέγεθός τους και τα πιθανά επίπεδα ανακίνησης του εδάφους. Για την πρόβλεψη της συχνότητας επαγόμενου-σεισμού του 2016, οι επιστήμονες εξέτασαν σε μεγάλο βαθμό τη συχνότητα σεισμού του 2015, χρησιμοποίησαν τυπική σεισμική θεωρία - με τους μεγαλύτερους σεισμούς που αναμένεται να έχουν γενικά μέγεθος μικρότερο από ή ίσο με 6,0 - και εφάρμοσαν ένα νέο μοντέλο εδάφους-κίνησης που παρείχε καλύτερες εκτιμήσεις ανακίνησης για ρηχά σεισμούς.

Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι η Οκλαχόμα, το Κάνσας, το Τέξας, το Αρκάνσας, το Νέο Μεξικό και το Κολοράντο είχαν περισσότερες από 1 στις 100 πιθανότητες να προκληθεί ζημιά κατά τη διάρκεια του 2016, με τις υψηλότερες πιθανότητες (περίπου 1 στους 10) να εμφανίζονται σε τμήματα της βόρειας Οκλαχόμα και του νότιου Κάνσας. Οι προκληθέντες σεισμοί που προέκυψαν από την πρόβλεψη αποδείχθηκαν αρκετά ικανοί να προκαλέσουν καταστροφή σε αυτήν την περιοχή εάν η βιομηχανική δραστηριότητα συνεχιζόταν αμείωτη. Βάσει αυτών των προβλέψεων, λίγοι εκπλήχθηκαν όταν ένας σεισμός μεγέθους 5,1 μεγέθους χτύπησε κοντά στο Fairview, Okla., Στις 13 Φεβρουαρίου.

Ωστόσο, η συχνότητα των σεισμών στην περιοχή φαίνεται να μειώθηκε μεταξύ του 2015 και του 2016. Κατά το πρώτο εξάμηνο του 2016, ο αριθμός των σεισμών που σημειώθηκαν κοντά στο Ίρβινγκ και το Ντάλας, για παράδειγμα, μειώθηκε από περίπου τέσσερα συμβάντα μεγέθους 3.0 ή μεγαλύτερο στο μηδέν. Αυτή η μείωση μπορεί να σχετίζεται με την τιμή του πετρελαίου (η οποία μειώθηκε σημαντικά το 2015 και το 2016, μειώνοντας έτσι την εξόρυξη και την έγχυση λυμάτων) και τις κανονιστικές ενέργειες που μείωσαν τον όγκο των λυμάτων που αντλούνται σε βαθιές οπές. Τα αρχικά στοιχεία παρείχαν ελπίδα ότι τα ποσοστά των προκληθέντων σεισμών θα συνεχίσουν να μειώνονται το 2016. Ωστόσο, οι δραστηριότητες ένεσης συνεχίστηκαν σε περιοχές με υψηλά ποσοστά σεισμικότητας και δεν ήταν γνωστό εάν οι χαμηλότεροι όγκοι ένεσης θα εξαλείφουν τους επαγόμενους σεισμούς ή απλώς θα τους καθυστερήσουν.

Ενώ οι αυξήσεις της συχνότητας επαγόμενου-σεισμού ήταν πιο αισθητές στις κεντρικές ΗΠΑ, οι επαγόμενοι σεισμοί είχαν επίσης παρατηρηθεί σε αρκετές τοποθεσίες στην Καλιφόρνια, συμπεριλαμβανομένων των περιοχών Geysers και Coso γεωθερμικής ενέργειας. Επιπλέον, μια μελέτη του 2015 έδειξε μικρές αλλαγές στα ποσοστά σεισμών σε όλη τη νότια Καλιφόρνια και σημείωσε ότι πρόσθετη επαγόμενη δραστηριότητα θα μπορούσε να συμβεί κοντά σε περιοχές με δραστηριότητες εξόρυξης πετρελαίου. Δεδομένου ότι το ποσοστό των φυσικών σεισμών στην περιοχή ήταν πολύ υψηλότερο από αυτό των κεντρικών ΗΠΑ, ήταν πιο δύσκολο να προσδιοριστεί ποιοι σεισμοί προκλήθηκαν και ποιοι ήταν φυσικοί. Οι επιστήμονες συνέχισαν να ερευνούν τους προκληθέντες σεισμούς για τον καλύτερο μετριασμό των μελλοντικών σεισμών.