Πώς προκύπτουν σμήνη σεισμού
Οι επιστήμονες έχουν μακρά αμηχανία για την προέλευση των σμήνων σεισμού:η ξαφνική εμφάνιση πολλών μικρών σεισμών σε μια μικρή περιοχή. Συνήθως εμφανίζονται πριν από μεγάλους σεισμούς ή ηφαιστειακές εκρήξεις, αλλά αυτά είναι ένα μικρό κλάσμα όλων των σεισμών. Τα περισσότερα σμήνη συμβαίνουν μακριά από ηφαίστεια και περιοχές τεκτονικής δραστηριότητας.
Μελετώντας ένα σμήνος σεισμού που έπληξε ένα πετρέλαιο και ένα πεδίο φυσικού αερίου στην Οκλαχόμα, οι επιστήμονες από την ETH Ζυρίχη και το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν υποδηλώνουν μια απλή εξήγηση σε ένα έγγραφο που δημοσιεύεται στο Nature Geoscience. Τα σμήνη προκαλούνται από αλλαγές στην ισορροπία των υπόγειων υδάτων και των ορυκτών νερού από βαθιά στρώματα που αναφέρονται από την εξαγωγή πετρελαίου και αερίου.
"Οι σεισμοί Swarm είναι ένας από τους πιο συνηθισμένους τύπους σεισμών παγκοσμίως, αλλά η προέλευσή τους ήταν ένα πραγματικό μυστήριο", λέει ο καθηγητής Eth Domenico Giardini. "Θέλαμε να μάθουμε γιατί, στις περισσότερες περιπτώσεις, δεν υπάρχει τίποτα περισσότερο πίσω από τους από το νερό".
Hydroquakes που προκαλούνται από ανθρώπινη δραστηριότητα
Το μεγαλύτερο μέρος του νερού που υπάρχει φυσικά στο φλοιό της Γης είναι κλειδωμένο σε μικροσκοπικούς πόρους μεταξύ ορυκτών κόκκων. Ωστόσο, όταν οι βράχοι υποβάλλονται σε πολύ υψηλή πίεση, μπορεί να αρχίσουν να διαρρέουν το απορροφημένο νερό.
Το σμήνος που μελετήθηκε από τους επιστήμονες στην Οκλαχόμα διήρκεσε έξι μήνες και συνέβη σε σχετικά ρηχά βάθη από 1,5 έως 6,5 χιλιόμετρα. Όπως δείχνουν οι επιστήμονες στην εργασία τους, κατά τη διάρκεια αυτού του σμήνους, το επίπεδο των υπόγειων υδάτων στην πληγείσα περιοχή αυξήθηκε κατά περισσότερο από 10 μέτρα. Ταυτόχρονα, η πίεση ρευστού μέσα στην κρούστα της Γης αυξήθηκε επίσης, η οποία προκάλεσε τη σειρά των σεισμών.
Οι σεισμοί πιθανότατα ενεργοποιήθηκαν όταν το ανερχόμενο νερό έφθασε σε γεωλογικές ζώνες σφάλματος. Τα σφάλματα είναι σπασμένες επιφάνειες μεταξύ των βράχων και υπό κανονικές συνθήκες οι επιφάνειες του αντίπαλου βράχου σφραγίζονται από την πίεση που υποβάλλονται. Ωστόσο, καθώς η πίεση στο περιβάλλον βράχο αυξάνεται, τα υγρά στο επίπεδο βλάβης μπορούν να διαλύονται και να φορούν τις επιφάνειες των βράχων, εξασθενίζοντας την ικανότητα των πετρωμάτων να αντισταθούν.
Τελικά οι δυνάμεις που δρουν στα επίπεδα σφάλματος προκαλούν την ολίσθηση των βράχων, απελευθερώνοντας την ενσωματωμένη ενέργεια με τη μορφή σεισμού. "Τα σμήνη είναι σαν μικροσκοπικά αντίγραφα του τι συμβαίνει πριν από τους μεγάλους τεκτονικούς σεισμούς, ώστε να μπορέσουμε να μάθουμε από αυτά σε πολύ μικρότερη κλίμακα", εξηγεί ο μεταδιδακτορικός ερευνητής του ETH Michael Goebel, επικεφαλής του χαρτιού.
Μια αλυσίδα γεγονότων
Για ορισμένα σφάλματα η διαδικασία αποδυνάμωσης συμβαίνει αρκετά γρήγορα, μέσα σε λίγους μήνες ή και ώρες, και τα υγρά είναι σε θέση να αναγκάσουν τα βράχια να χωρίζονται αρκετά γρήγορα, γεγονός που δημιουργεί ένα σμήνος μικρών τρόμων. Για άλλα σφάλματα η αποδυνάμωση συμβαίνει πιο αργά κατά τη διάρκεια των ετών και οι προκύπτουσες κινήσεις θα παράγουν μόνο μερικούς αλλά πολύ μεγαλύτερους σεισμούς.
Στη μελέτη τους, οι ερευνητές περιγράφουν μια πολύπλοκη αλληλεπίδραση μεταξύ των αλλαγών στο επίπεδο των υπογείων υδάτων, οι οποίες οδηγούν σε αλλαγές στην πίεση στο βράχο και στις ιδιότητες των σφαλμάτων, οι οποίες οδηγούν σε αλλαγές στο μέγεθος των σεισμών. "Η κατανόηση αυτής της αλληλεπίδρασης, είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση ολόκληρης της διαδικασίας", λέει ο Giardini, ο οποίος είναι επίσης ο διευθυντής της ελβετικής σεισμολογικής υπηρεσίας (SED) της ETH Zurich, το οποίο εκμεταλλεύεται ένα δίκτυο σεισμικών σταθμών παρακολούθησης σε ολόκληρη τη χώρα.
ένα κοινό φαινόμενο;
Οι επιστήμονες μελέτησαν αυτό το συγκεκριμένο σμήνος στην Οκλαχόμα, αλλά υποψιάζονται ότι οι υποκείμενοι μηχανισμοί είναι συνηθισμένοι σε άλλα σμήνη που συμβαίνουν σε άλλες περιοχές του κόσμου. Τα σμήνη εμφανίζονται συχνά σε σχέση με την εξαγωγή πετρελαίου και φυσικού αερίου και επίσης συμβαίνουν σε γεωθερμικά πεδία και κοντά στα φράγματα, όπου οι αλλαγές στον προϋπολογισμό του νερού θα μπορούσαν να προκαλέσουν αλλαγές στην πίεση των κρούστας.
Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τους ερευνητές είναι ιδιαίτερα σημαντικά για τη σεισμική παρακολούθηση για σκοπούς ασφαλείας, για παράδειγμα η παρακολούθηση σε πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής ή κατά τη διάρκεια ενέσεων υγρών στο έδαφος. Τα ευρήματά τους συμβάλλουν στον διαχωρισμό των αβλαβών σμήνων που οδηγούνται από το υγρό από άλλα σμήνη που μπορεί να σχετίζονται με ηφαιστειακή ή τεκτονική δραστηριότητα.
