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    Ridurre il rischio di terremoti indotti dall'uomo

    Credito:iStock

    I ricercatori dell'EPFL e dell'Ufficio federale dell'energia hanno ideato strategie per ridurre il rischio sismico associato all'energia geotermica, CO 2 stoccaggio e altre attività umane che avvengono in profondità nel sottosuolo.

    Sebbene la maggior parte dei terremoti sia attribuibile a cause naturali, alcuni sono innescati, direttamente o indirettamente, dall'attività umana. Questi piccoli tremori, nota come "sismicità indotta, " sono una delle maggiori sfide poste dalla geotermia profonda, CO 2 Conservazione, e altre attività che comportano l'iniezione di gas e liquidi in profondità nel sottosuolo.

    I ricercatori del Laboratorio di meccanica del suolo (LMS) dell'EPFL e dell'Ufficio federale dell'energia (UFE) hanno ideato nuove strategie per ridurre il rischio di terremoti di origine antropica. I loro risultati sono stati pubblicati in Giornale geofisico internazionale .

    Serbatoi geotermici profondi di formazione personalizzata

    I sistemi geotermici profondi forniscono un sostenibile, rinnovabile, fonte di energia a zero emissioni di carbonio e sono coerenti con la strategia energetica 2050 del governo svizzero e il suo impegno a diventare carbon neutral. Eppure la tecnologia utilizzata in Svizzera, nota come stimolazione geotermica potenziata (EGS), ha subito battute d'arresto dopo aver innescato i terremoti a Basilea nel 2006 e a San Gallo nel 2013.

    L'EGS prevede un processo chiamato iniezione idraulica, dove il liquido pressurizzato viene iniettato in caldo, asciutto, roccia impermeabile, a circa 3 km o più sotto la superficie terrestre, per creare un serbatoio geotermico artificiale. Il problema è che questo processo può causare microsismicità, o piccole scosse e terremoti.

    Poiché l'acqua viene iniettata nel sottosuolo e riempie la matrice rocciosa, la pressione interstiziale aumenta. "C'è una credenza diffusa che questa sia l'unica causa di sismicità indotta, "dice Barnaby Fryer, un assistente di dottorato presso l'LMS e l'autore principale del documento. "Ma non è così semplice. Stress tettonico, o geometria e movimento delle faglie, entra anche in gioco».

    Immagine © Barnaby Fryer / EPFL Da sinistra a destra:guasto normale (estensionale), guasto inverso (compressione), errore di sciopero

    Un delicato gioco di equilibri

    I guasti sono causati da forze verticali e orizzontali che agiscono su sezioni della crosta terrestre. Rientrano in una delle tre categorie:faglie normali o estensionali (dove le due sezioni si separano), faglie inverse o di compressione (dove le due sezioni si spingono l'una contro l'altra), e faglie strike-slip (dove le due sezioni si muovono orizzontalmente).

    Il team congiunto dell'EPFL e dell'UFE è partito dalla premessa che le faglie sono più stabili, e quindi la probabilità di un terremoto, ridotta, quando lo stress differenziale (ovvero la differenza tra lo stress massimo e quello minimo) è inferiore. "Quell'osservazione ha sollevato una domanda ovvia, "dice Gunter Siddiqi, vicecapo della sezione Ricerca energetica dell'UFE e secondo autore del documento. "Di che tipo di colpa abbiamo a che fare, e cosa possiamo fare per limitare i grandi terremoti e scosse?"

    I ricercatori hanno avuto l'idea di "addestrare" il serbatoio prima che inizi il processo di stimolazione. In caso di guasto inverso, che comporta elevate sollecitazioni orizzontali, il fluido freddo viene iniettato nel sottosuolo per un periodo di almeno 12 mesi. "Mentre il serbatoio si raffredda, la roccia si contrae, " spiega Fryer. "Questo abbassa le forze orizzontali che agiscono su di esso, riducendo così lo stress differenziale e rendendo meno probabili i terremoti".

    Alzando la pressione

    Contrariamente alle credenze popolari, l'iniezione di fluidi ad alta pressione nella crosta terrestre non sempre provoca terremoti. "In quasi tutti i serbatoi, sono solo le sollecitazioni orizzontali che cambiano in modo significativo, " dice Fryer. "Con un difetto normale, le sollecitazioni verticali sono molto maggiori delle sollecitazioni orizzontali. Quando inietti un liquido nella roccia, la pressione interstiziale aumenta. Questo, a sua volta, aumenta le sollecitazioni orizzontali e chiude il divario tra i valori orizzontali e verticali."

    In altre parole, iniettare fluidi in questo modo può effettivamente stabilizzare il guasto, a condizione che le sollecitazioni all'interno del giacimento siano sufficientemente reattive alle variazioni della pressione interstiziale. "Ecco perché è così importante capire le proprietà di un serbatoio prima di iniziare a iniettare, "aggiunge Friggitrice.

    Applicazioni promettenti

    Questa ricerca fornisce importanti spunti per l'industria, potenzialmente aiutare le aziende a escogitare modi per ridurre la probabilità di sismicità indotta. "Comprendere ogni possibile scenario e agire di conseguenza potrebbe aprire la strada ad alcune promettenti applicazioni del mondo reale, "dice Siddiqi.


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