Opšte je poznato da ljudi imaju veliki uticaj na svet i svoje prirodno okruženje. Međutim, ono što je možda manje poznato je da ljudi takođe mogu izazvati zemljotrese. Industrijske aktivnosti kao što su proizvodnja geotermalne energije, fracking za naftu i prirodni gas i odlaganje otpadnih voda mogu dovesti do povećane seizmičke aktivnosti koja obično poprima oblik zemljotresa. U ekstremnim slučajevima, ovi zemljotresi mogu dovesti do žrtava i imati značajne negativne društvene, ekološke i ekonomske posledice po pogođene regione.
Istraživački tim sastavljen od geofizičara sa Freie Universitat Berlin, zajedno sa kolegama sa ETH Cirih (Švajcarska), Univerziteta u Pizi (Italija), Univerziteta Stanford (SAD) i Južnog univerziteta nauke i tehnologije (Šenžen, Kina), sumirali su složene fizičke mehanizme koji uzrokuju zemljotrese izazvane ljudima.
Rezultati njihovog rada objavljeni su u dva članka, jedan u Nature Revievs Earth & Environment, a drugi u Nature Communications. Ova otkrića mogu pomoći da se minimiziraju negativni sporedni efekti uzrokovani inovacijama u tehnologijama kao što su geotermalna energija ili prakse skladištenja ugljenika. Konkretno, informacije koje je objavio tim mogle bi biti relevantne za naučnike Zemlje, predstavnike industrije, regulatorne vlasti i donosioce političkih odluka.
Zajedno sa svojim međunarodnim kolegama, Mohammad Moein, Cornelius Langenbruch i Serge Shapiro sa Freie Universitat Berlin istraživali su izazvane zemljotrese koji se mogu javiti tokom industrijskih aktivnosti kao što su konvencionalni oporavak ugljovodonika, fracking nekonvencionalnih resursa, poboljšan razvoj geotermalnog sistema, iskopavanje vode, podzemnih operacija skladištenja gasa ili CO 2 i akumulacije rezervoara. Tim je otkrio da su se zemljotresi uzrokovani podzemnim ubrizgavanjem ili ekstrakcijom prvenstveno dešavali duž postojećih kritično naglašenih rasjeda.
„Difuzija pora-pritiska i poroelastičnost identifikovani su kao glavni pokretački mehanizmi seizmičnosti izazvane ubrizgavanjem i ekstrakcijom“, kaže Serge Shapiro. Ubrizgavanje tečnosti duboko u Zemlju smanjuje normalan stres koji deluje na lomove i ravni raseda, što može da destabilizuje rasede i izazove zemljotrese.
Važan rezultat studije tima, objavljene pod naslovom „Fizički mehanizmi indukovanih zemljotresa“, u časopisu Nature Revievs Earth & Environment, jeste da okidački mehanizmi za zemljotrese izazvane ljudima mogu da variraju od lokacije do lokacije. Jedan aspekt koji igra ulogu u ovome je složena interakcija između različitih industrijskih aktivnosti, posebno u oblastima gde se odvija fraking i gde se odlažu velike količine otpadnih voda kontaminiranih ugljovodonicima.
Drugi faktori, kao što su rastojanje između injekcionih/ekstrakcionih bunara, zapremina ubrizgane tečnosti ili gasa, operativni vremenski okviri i jedinstvene geološke i hidrološke karakteristike područja, takođe su se pokazale relevantnim u smislu složenih fizičkih mehanizama koji može da izazove veći pritisak na okolne stenske formacije.
Tim međunarodnih istraživača preporučuje da se mikroseizmička mreža za praćenje postavi na svakom industrijskom mestu rada kako bi se obezbedio sistem ranog upozorenja za izazvane zemljotrese. Tehnologija distribuiranog akustičnog sensiranja mogla bi biti jedan od pristupa za praćenje mikroseizmičkih događaja.
Naše trenutno razumevanje zemljotresa izazvanih čovekom prvenstveno se zasniva na nalazima eksperimenata na licu mesta u kojima ograničen pristup i izloženost ciljne stenske mase na velikoj dubini ometa precizna merenja promena u stenskoj masi. Kao rezultat toga, istraživači pozivaju na nove pristupe koji mogu da iskoriste prednosti modela zasnovanih na fizici koji koriste AI.
„Trenutno se rizici od seizmičnosti izazvane ljudima mogu proceniti samo statistički. Modeli predviđanja obično se sastoje od samo nekoliko fizičkih faktora“, kaže geofizičar Kornelijus Langenbruh. Iz tog razloga, studija naglašava važnost modela zasnovanih na fizici koji mogu uhvatiti multifizičke procese povezane sa indukovanom seizmičnošću i takođe mogu uzeti u obzir inicijaciju i širenje rupture raseda na više skala.
„Razvijanjem modela predviđanja zasnovanih na fizici i smanjenjem rizika od zemljotresa izazvanih ljudima, mogli bismo povećati društveno prihvatanje geotermalnih tehnologija sledeće generacije“, kaže Mohammad Javad Afshari Moein, geofizičar na Freie Universitat Berlin i glavni autor studije.
Rezultati studije su takođe bili osnova za još jedan članak, koji su objavili Nepomuk Boitz, Cornelius Langenbruch i Serge Shapiro—članovi sekcije za geofiziku na Odeljenju za nauke o Zemlji Freie Universitat—u Nature Communications. U njemu su tri istraživača dalje razvila ideje istražene u prvoj studiji i primenila ih na gasno polje Groningen u Holandiji, najveće polje prirodnog gasa u zapadnoj Evropi.
Istraživači su uspeli da pokažu da su zemljotresi izazvani proizvodnjom gasa u gasnom polju Groningen uzrokovani poroelastičnim efektima i da prirodni fizički uslovi koji bi izazvali velike tektonske zemljotrese verovatno ne postoje. „Ovo smanjuje verovatnoću tektonskog zemljotresa veće magnitude koji se dogodi u gasnom polju Groningen“, kaže geofizičar Nepomuk Boic.
