Man mano che aumenta la preoccupazione per i terremoti indotti da attività umane come l'esplorazione petrolifera, i geologi dell'Università del Kansas riportano una nuova comprensione dei recenti terremoti in Kansas e Oklahoma. Questa svolta potrebbe un giorno portare a un metodo per prevedere dove potrebbero verificarsi terremoti indotti e potrebbe aiutare l'industria energetica e le autorità di regolamentazione a decidere dove posizionare i pozzi in sicurezza.

In un articolo pubblicato online oggi in Progressi scientifici , K. Alex Nolte, dottorando presso il Dipartimento di Geologia; George Tsoflias, professore associato del dipartimento; Tandis Bidgoli, assistente scienziato presso il Kansas Geological Survey, e Lynn Watney, ricercatore scientifico senior presso KGS, riferiscono di essere stati in grado di utilizzare una serie di sensori nel giacimento petrolifero di Wellington nel Kansas centro-meridionale per rilevare segnali di terremoti locali che indicano un aumento della pressione del fluido in particolari aree del sottosuolo. La capacità di rilevare direttamente la pressione che causa il terremoto può consentire ai geologi di sviluppare metodi per prevedere quali aree del sottosuolo potrebbero essere soggette a terremoti indotti.

"È molto promettente, ma non abbiamo ancora risolto nulla, " Ha detto Nolte. "Ci sono ancora molti ostacoli da superare".

Il documento pubblicato fornisce nuovi spunti, ma è anche insolito perché il suo autore principale, Nolte, è ancora uno studente. Pochi scienziati, figuriamoci studenti, mai pubblicato su una delle prestigiose riviste come Progressi scientifici prodotti dall'American Association for the Advancement of Science. La pubblicazione è la prima di Nolte, e si occupa di un problema che colpisce la sua città natale di Wichita.

Lo studio è stato stimolato da un sorprendente aumento dei terremoti in quello che in precedenza era stato il continente sismicamente tranquillo. Negli oltre tre decenni tra il 1977 e il 2012, solo 15 terremoti di magnitudo pari o superiore a 3.0 sono stati registrati nell'intero stato del Kansas. Un terremoto di magnitudo 3.0 è tipicamente sentito dagli esseri umani. Dal 2012 più di 100 terremoti di 3,0 o più sono stati registrati in solo due contee dello stato, Summer e Harper. Questi includono il più grande terremoto mai monitorato in Kansas nel novembre 2014, un evento di magnitudo 4.9 nei pressi della città di Sumner County a Milano. La frequenza dei terremoti ha continuato ad aumentare. Tra maggio 2015 e luglio 2017 l'array di sensori KU ha rilevato più di 2, 400 terremoti nella sola contea di Sumner, che vanno in magnitudo da 0,4 a 3,6.

Un certo numero di ricercatori ha già collegato il crescente verificarsi di terremoti nell'area con l'attività umana, in particolare un boom petrolifero che ha prodotto quantità sempre maggiori di acque reflue. Ogni pozzo petrolifero produce acque reflue. Questo è vero per i pozzi convenzionali e per i pozzi che utilizzano la fratturazione idraulica (conosciuta popolarmente come fracking). Il boom petrolifero ha portato alla perforazione di più pozzi petroliferi nell'area, che ha portato ad un forte aumento del volume delle acque reflue. I ricercatori ora ritengono che l'aumento dell'iniezione di acque reflue nella falda acquifera salata nel sottosuolo, l'Arbuckle, causato l'aumento dei terremoti.

Poiché le condizioni nel sottosuolo variano e deve essere presente una tempesta perfetta di problemi affinché un pozzo di iniezione di acque reflue induca un terremoto, solo una frazione relativamente piccola dei pozzi di iniezione provoca tremori. Ciò rende difficile per le autorità di regolamentazione e l'industria energetica determinare dove possono collocare i pozzi.

Come spugne fatte di roccia, le falde acquifere immagazzinano il fluido nei loro pori. Le acque reflue iniettate aumentano la pressione del fluido nei pori della falda acquifera e nelle fratture (crepe) della roccia. Un terremoto si innesca quando il fluido che spinge contro la roccia colpisce una faglia esistente che è già prossima allo scivolamento. Se i ricercatori possono rilevare regioni di elevata pressione del fluido nei pori della falda acquifera, potrebbero essere in grado di prevedere dove potrebbero verificarsi terremoti indotti.

I geologi hanno monitorato l'aumento della pressione interstiziale notando una differenza nel modo in cui le onde sismiche dei recenti terremoti, presumibilmente indotto da iniezione, agire in confronto al modo in cui le onde da più vecchie, i terremoti naturali agiscono. Il gruppo ha studiato quelle che i geologi chiamano onde di taglio, o onde S, osservando attentamente la loro anisotropia, un fenomeno in cui le onde si dividono in due con una componente dell'onda che viaggia lungo le fratture nella roccia e la seconda componente che viaggia perpendicolare o quasi perpendicolare all'orientamento della frattura.

Nei terremoti naturali che non comportano alta pressione, la componente d'onda che viaggia lungo le fratture si muove più velocemente della componente d'onda che si muove perpendicolarmente alle fratture. Nei terremoti indotti in Kansas, i geologi trovarono il contrario.

"Tali cambiamenti, o "capovolgimenti", nell'orientamento veloce dell'onda S era stato precedentemente documentato in terremoti naturali e ambienti vulcanici dove esistono zone criticamente sollecitate dalla pressione del fluido interstiziale, "Tsoflias ha detto. "La nostra osservazione delle oscillazioni dell'onda S nei recenti terremoti del Kansas meridionale fornisce per la prima volta la prova di un aumento della pressione dei pori nella regione da dati sismologici".