Neue Art von Erdbeben entdeckt

Eine neue Art von Erdbeben hat ein kanadisch-deutsches Forschungsteam in Britisch Kolumbien entdeckt. Anders als herkömmliche Erdbeben der gleichen Stärke verlaufen sie langsamer und dauern länger an. Bei den untersuchten Ereignissen handelte es sich um sogenannte induzierte Erdbeben, die durch Fracking ausgelöst werden, eine Methode, die in Westkanada zur Öl- und Gasgewinnung genutzt wird.

Mit einem Netz aus acht seismischen Stationen rund um das Bohrloch zeichneten die Forschenden des Geological Survey of Canada, der Ruhr-Universität Bochum und der McGill University Daten von 350 Erdbeben auf. Rund zehn Prozent davon entpuppten sich als langsame Beben, die zuvor hauptsächlich in Vulkangebieten beobachtet worden waren.

In der Zeitschrift Nature Communications, online veröffentlicht am 25. November 2021, beschreibt die Gruppe um Hongyu Yu – zu Beginn der Arbeiten an der RUB, später am kanadischen Geological Survey of Canada – und RUB-Professorin Dr. Rebecca Harrington die Ergebnisse.

Mehrere Theorien zur Entstehung von Erdbeben

Bislang erklären Forschende die Entstehung von Erdbeben im Fracking-Prozess mit zwei Theorien: Die erste besagt, dass die für das Fracking ins Gestein gepumpte Flüssigkeit den Druck im Gestein so erhöht, dass bereits existierende Risse im Untergrund weiter aufbrechen. Dadurch kann sich der Druck leicht im Untergrund ausbreiten und ein Beben auslösen. Nach der zweiten Theorie erhöht die Fracking-Flüssigkeit ebenfalls den Druck im Untergrund, der sich jedoch in weitere Entfernungen ausdehnt und dort das Spannungsgefüge im Boden so verändern kann, dass sich die Energie in einem Erdbeben entlädt.

Theoretische Modelle und Laboruntersuchungen haben mittlerweile aber noch eine andere Form von geologischen Bewegungen vorhergesagt, bei der sich der Untergrund zwar verschiebt, es aber nicht zu seismischer Aktivität kommt. Aufgrund der fehlenden seismischen Aktivität ist dieses geologische Phänomen in der Natur schwer zu beobachten. Für induzierte Erdbeben haben Forschende solche erdbebenlosen geologischen Bewegungen daher bislang nicht dokumentieren können.

Fracking-Prozess anpassen

Das deutsch-kanadische Forschungsteam vermutet, dass die neu entdeckten langsamen Erdbeben eine Zwischenform der herkömmlichen Erdbeben und der erdbebenlosen Bewegungen sein könnten – und somit indirekt einen Hinweis darauf geben, dass es auch in der Umgebung der Bohrlöcher zu erdbebenlosen geologischen Bewegungen kommen kann. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler tauften die Ereignisse daher hybrid-frequency waveform earthquakes, kurz EHW.

„Wenn wir verstehen würden, wann der Untergrund auf den Fracking-Prozess mit Bewegungen reagiert, die kein Erdbeben und somit keinen Schaden an der Oberfläche anrichten, könnte man die Prozesse entsprechend anpassen“, beschreibt Rebecca Harrington, Leiterin der Gruppe Hydrogeomechanik an der RUB, eine Implikation der Studie.

Nicht alle Beben breiten sich gleich schnell aus

„Eigentlich waren wir davon ausgegangen, dass die meisten Erdbeben die gleiche Bruch-Geschwindigkeit von zwei bis drei Kilometern pro Sekunde haben“, erklärt Rebecca Harrington. Doch das scheint nicht immer der Fall zu sein. Während ein herkömmliches Beben der Stärke 1,5 im untersuchten Datensatz etwa nach sieben Sekunden vorüber war, hielt ein EHW-Erdbeben der gleichen Stärke mehr als zehn Sekunden an.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Rebecca Harrington
Hydrogeomechanik
Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik
Fakultät für Geowissenschaften
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: +49 234 32 23297
E-Mail: rebecca.harrington@rub.de

Originalpublikation:

Hongyu Yu, Rebecca M. Harrington, Honn Kao, Yajing Liu, Bei Wang: Fluid-injection-induced earthquakes characterized by hybrid-frequency waveforms manifest the transition from aseismic to seismic slip, in: Nature Communications, 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-26961-x

http://www.ruhr-uni-bochum.de/