In un lavoro che offre informazioni sull'entità dei pericoli posti dalle faglie sismiche in generale, i sismologi hanno sviluppato un modello per determinare le dimensioni di un terremoto che potrebbe essere innescato dall'iniezione sotterranea di fluidi prodotti come sottoprodotto della fratturazione idraulica.

Frattura idraulica, o "fracking, " è una procedura di estrazione del petrolio in cui milioni di galloni di acqua (oltre a sabbia e sostanze chimiche) vengono iniettati in profondità nei letti sotterranei di scisto per rompere la roccia e rilasciare gas naturale e petrolio. Secondo l'United States Geological Survey, il fracking di per sé non provoca in genere i terremoti. Anziché, l'aumento del rischio di sismicità è più fortemente legato alla successiva iniezione delle acque reflue del fracking e di altri processi di estrazione del petrolio in pozzi di smaltimento massicci che si trovano a migliaia di piedi sotto terra.

Precedenti tentativi di modellare la relazione tra l'iniezione di acque reflue e l'innesco di terremoti suggerivano che la magnitudo massima dell'attività sismica indotta in questo modo sarebbe stata proporzionale al volume dei fluidi iniettati. Però, questa interpretazione non tiene conto del fatto che i terremoti possono crescere oltre l'area interessata dalla pressione del fluido, dice Jean Paul Ampuero, professore di sismologia al Caltech e coautore di un nuovo studio sull'argomento che appare sulla rivista Progressi scientifici il 20 dicembre.

Combinando la teoria e le simulazioni al computer delle rotture dinamiche dei terremoti, Ampuero e i suoi colleghi hanno sviluppato un modello che spiega come la dimensione dei terremoti indotti dall'iniezione dipenda non solo dal volume del fluido iniettato, ma anche dall'energia immagazzinata nelle faglie vicine. Il risultato è un modello che quantifica la distanza che un terremoto può propagare oltre un sito di iniezione, che a sua volta prevede la magnitudo massima di un evento sismico indotto.

"I terremoti indotti da attività umane che comportano l'iniezione sotterranea di fluidi o gas sono una preoccupazione crescente, un pericolo che deve essere controllato per sviluppare un futuro energetico più sicuro e più pulito, "dice Ampuero.

Questa sismicità indotta è stata oggetto di importanti ricerche negli ultimi anni e sta attirando anche ricercatori che, come Ampuero, sono principalmente interessati a svelare la fisica dei terremoti naturali. "Questo potrebbe essere il più vicino che i ricercatori potranno mai raggiungere un esperimento di terremoto controllato su larga scala, " Dice Ampuero. Per il nuovo lavoro, Ampuero ha collaborato con Martin Galis, ricercatore post-dottorato presso la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Arabia Saudita.

È importante notare che il nuovo modello prevede solo la massima magnitudo possibile di un terremoto piuttosto che quale sarà effettivamente la magnitudo del terremoto, dicono i ricercatori. Definisce i limiti superiori basati sulla quantità di energia repressa nella crosta terrestre prima dell'iniezione di fluido.

Il nuovo modello offre informazioni sui terremoti naturali, creare un quadro per capire cosa fa sì che i terremoti smettano di tremare. I terremoti possono essere innescati dalla pressione e dai disturbi causati dall'iniezione di fluidi, ma possono crescere oltre la zona immediatamente interessata dall'iniezione di acque reflue attingendo all'energia tettonica che è già immagazzinata nelle vicinanze. Come nel caso della sismicità indotta, i terremoti naturali possono iniziare in piccole aree della crosta terrestre dove si concentra quell'energia. Quanto crescono è determinato dalla quantità di energia nelle regioni circostanti.

Il documento è intitolato "La sismicità indotta fornisce informazioni sul motivo per cui le rotture dei terremoti si fermano". I coautori di Ampuero e Galis includono Paul Martin Mai di KAUST e Frédéric Cappa dell'Université Côte d'Azur di Nizza e dell'Institut Universitaire de France di Parigi. Il finanziamento è venuto dalla National Science Foundation, KAUST, e l'Agence Nationale de la Recherché in Francia.

Questo è il secondo studio di questo mese di Ampuero che offre nuove informazioni sulla scienza dei terremoti. Il 1 dicembre, Ampuero e colleghi del Centre national de la recherché scientifique di Parigi hanno scoperto che è possibile osservare disturbi nel campo gravitazionale terrestre quasi istantaneamente dopo un terremoto, aumentare il potenziale per l'uso di questi disturbi come parte di un sistema di allarme rapido. (Questi disturbi viaggiano alla velocità della luce, mentre le onde sismiche più veloci di un terremoto si propagano a diversi chilometri al secondo, il che significa che il monitoraggio dei disturbi potrebbe potenzialmente migliorare i sistemi di preallarme esistenti di secondi o addirittura minuti.)

Ampuero e i suoi colleghi hanno scoperto che i sismometri in Cina e Corea del Sud hanno rilevato perturbazioni nel campo gravitazionale terrestre durante il terremoto di Tohoku di 9,1 in Giappone nel 2011 tramite segnali che apparivano come minuscole accelerazioni sui sismometri più di un minuto prima che il terreno sotto i sismometri iniziasse a scuotere.