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6.4: Ursachen von Erdbeben - Geowissenschaften

6.4: Ursachen von Erdbeben - Geowissenschaften


Ein Erdbeben ist eine plötzliche Bodenbewegung, die durch die plötzliche Freisetzung von in Gesteinen gespeicherter Energie verursacht wird, die als bezeichnet wird elastische Rückpralltheorie. Jedes Jahr gibt es mehr als 150.000 Erdbeben, die stark genug sind, um von Menschen gefühlt zu werden, und 900.000 von Seismometern aufgezeichnet!

Bei einem Erdbeben wird der Ausgangspunkt, an dem das Gestein in der Kruste aufbricht, als bezeichnet Fokus (manchmal auch genannt Hypozentrum). Das Epizentrum ist der Punkt auf der Landoberfläche, der direkt über dem Fokus liegt. Bei etwa 75 % der Erdbeben liegt der Schwerpunkt in den oberen 10 bis 15 Kilometern der Erdkruste. Flache Erdbeben den größten Schaden anrichten, weil der Fokus in der Nähe des Wohnortes liegt. Es ist jedoch das Epizentrum eines Erdbebens, über das Wissenschaftler und Medien berichten.

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6 Fakten über vom Menschen verursachte Erdbeben

Die zentralen Vereinigten Staaten haben in den letzten 6 Jahren einen dramatischen Anstieg der Seismizität erlebt. Von 1973 bis 2008 gab es durchschnittlich 24 Erdbeben der Magnitude 3 und größer pro Jahr.

Die zentralen Vereinigten Staaten haben in den letzten 6 Jahren einen dramatischen Anstieg der Seismizität erlebt. Von 1973 bis 2008 gab es durchschnittlich 24 Erdbeben der Magnitude 3 und größer pro Jahr. Von 2009 bis 2014 stieg die Rate stetig an, durchschnittlich 193 pro Jahr und erreichte 2014 mit 688 Erdbeben ihren Höhepunkt. Im Jahr 2015 gab es bis Ende Mai 430 Erdbeben dieser Größenordnung in der zentralen US-Region.

Es gibt viele Fragen und Missverständnisse über das, was passiert. Wie hängt der beobachtete Anstieg mit der Öl- und Gasförderung zusammen? Hängt das mit Fracking zusammen – besser bekannt als Hydraulic Fracturing? Was genau ist Fracking? Was sind induzierte Erdbeben?

USGS-Wissenschaftler haben kürzlich einen Bericht veröffentlicht, der erklärt, was diese seismischen Ereignisse verursacht und häufige Missverständnisse anspricht. Der Artikel ist veröffentlicht in der Seismologische Forschungsbriefe Tagebuch.

Flüssigkeitsinjektion kann Erdbeben verursachen

Das Einspritzen von Flüssigkeit in den Untergrund kann Erdbeben auslösen, eine Tatsache, die vor Jahrzehnten von USGS-Wissenschaftlern festgestellt wurde. Dieser Prozess erhöht den Flüssigkeitsdruck innerhalb der Verwerfungszonen, wodurch die Verwerfungszonen im Wesentlichen gelockert werden und sie bei einem Erdbeben eher versagen. Durch die Injektion von Flüssigkeiten können selbst Verwerfungen, die sich in historischen Zeiten nicht bewegt haben, abrutschen und ein Erdbeben verursachen, wenn die Bedingungen im Untergrund angemessen sind.

Es gibt mehrere Zwecke, um Fluid in den Untergrund zu injizieren. Die drei Hauptgründe sind die Abwassereinleitung, das Hydrofracking und die verbesserte Ölrückgewinnung. Innerhalb der Vereinigten Staaten hat jede dieser drei Aktivitäten in den letzten Jahren Erdbeben in unterschiedlichem Ausmaß ausgelöst. Alle drei Arten von Brunnen, die für diese Zwecke verwendet werden, unterliegen dem Safe Drinking Water Act mit Mindeststandards, die von der U.S. Environmental Protection Agency festgelegt wurden. Zusätzliche Regelungen variieren je nach Bundesland und Gemeinde. Andere Zwecke für die Injektion von Fluid in den Untergrund umfassen verbesserte geothermische Systeme und geologische Kohlenstoffbindung.

Salziges oder durch Chemikalien verunreinigtes Wasser muss so entsorgt werden, dass es keine Süßwasserquellen kontaminiert. Es ist in der Regel am wirtschaftlichsten, es zu isolieren und in tiefe unterirdische Brunnen unter allen Grundwasserleitern, die Trinkwasser liefern, zu injizieren. Dieser Vorgang wird als Abwasserinjektion bezeichnet. Abwassereinspritzbrunnen arbeiten typischerweise über Jahre oder Jahrzehnte.

Das meiste derzeit entsorgte Abwasser ist Salzwasser, das in den gleichen Gesteinsformationen wie Öl und Gas vorkommt. Dieses Salzwasser fällt als Nebenprodukt bei der Öl- und Gasförderung an. Es liegt oft in großen Mengen vor und ist zu salzig oder enthält Mineralien und andere Chemikalien, die eine Reinigung und Freisetzung an der Oberfläche oder eine Wiederverwendung wirtschaftlich ausschließen.

Ein weiterer Bestandteil des Abwassers ist Hydrofracking-Flüssigkeit, die nicht wiederverwendet wurde. An den meisten Standorten in den USA macht es jedoch in der Regel weniger als 10 Prozent des Abwassers aus.

Beim Hydraulic Fracturing, allgemein als Fracking bezeichnet, wird Wasser mit hohem Druck in Gesteinsformationen eingespritzt, was einen leichteren Flüssigkeitsfluss und eine vollständigere Öl- und Gasförderung ermöglicht. Während der Hydrofracking-Prozess selbst oft von extrem kleinen „Mikroerdbeben“ begleitet wird, sind diese meist zu klein, um gefühlt zu werden. Hydraulische Fracking-Operationen dauern in der Regel einige Stunden, wobei die größten Operationen bis zu einigen Tagen dauern.

Sobald das Hydrofracking abgeschlossen ist, extrahieren die Bohringenieure die im Bohrloch verbleibenden Flüssigkeiten. Ein Teil dieser zurückgewonnenen Hydrofracking-Flüssigkeit wird in nachfolgenden Fracking-Vorgängen verwendet, während ein anderer Teil durch Abwasserinjektion in Tiefbrunnen entsorgt wird.

Die verbesserte Ölförderung beinhaltet die Injektion von Wasser, Dampf oder Kohlendioxid in die Formation, aus der Öl und Gas gewonnen werden. Diese Operationen versuchen, das Öl und Gas zu den Bohrlöchern zu spülen, die sie fördern. Verbesserte Ölgewinnungsbohrungen arbeiten normalerweise über Jahre oder Jahrzehnte und können große Mengen an Abwasser produzieren.

Sechs Fakten zu induzierten Erdbeben

Fakt 1: In den Vereinigten Staaten verursacht Fracking nicht die meisten induzierten Erdbeben. Die Abwasserentsorgung ist die Hauptursache für die jüngste Zunahme von Erdbeben in der Mitte der Vereinigten Staaten.

Abwasserentsorgungsbrunnen arbeiten in der Regel über längere Zeiträume und injizieren viel mehr Flüssigkeit als beim Hydraulic Fracturing, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, Erdbeben auszulösen. Bei der verbesserten Ölförderung wird Flüssigkeit in Gesteinsschichten eingespritzt, in denen bereits Öl und Gas gefördert wurden, während die Abwassereinleitung oft in noch nie zuvor berührten Gesteinen erfolgt. Daher kann die Abwassereinleitung das Druckniveau stärker erhöhen als eine verbesserte Ölförderung und somit die Wahrscheinlichkeit induzierter Erdbeben erhöhen.

Fakt 2: Nicht alle Abwasserinjektionsbrunnen lösen gefühlte Erdbeben aus.

Die meisten Injektionsbrunnen lösen keine gefühlten Erdbeben aus. Eine Kombination vieler Faktoren ist für die Injektion erforderlich, um gefühlte Erdbeben auszulösen. Dazu gehören die Injektionsrate und das Gesamtvolumen, das injiziert wird, das Vorhandensein von Verwerfungen, die groß genug sind, um gefühlte Erdbebenspannungen zu erzeugen, die groß genug sind, um Erdbeben zu erzeugen, und das Vorhandensein von Pfaden für den Flüssigkeitsdruck, um vom Injektionspunkt zu den Verwerfungen zu gelangen.

Fakt 3: Abwasser wird an fast jeder Öl- und Gasquelle produziert, nicht nur an Hydrofracking-Standorten.

Das meiste Abwasser, das derzeit landesweit entsorgt wird, ist Salzwasser, das ein Nebenprodukt der Öl- und Gasförderung ist. Salzwasser kommt in fast jeder Öl- und Gasförderbohrung vor, unabhängig davon, ob die Bohrung hydraulisch gebrochen wurde.

Fakt 4: Der Gehalt des in Entsorgungsbrunnen eingeleiteten Abwassers ist sehr variabel.

Abwasser hat an vielen Standorten wenig oder gar nichts mit Hydrofracking zu tun. In Oklahoma werden weniger als 10 Prozent des Wassers, das in Abwasserentsorgungsbrunnen eingespritzt wird, als Fracking-Flüssigkeit verwendet. In einigen Teilen Oklahomas, wo sehr viel Abwasser injiziert wird, findet überhaupt kein Hydrofracking statt, das Abwasser ist also reines Salzwasser, das beim Extraktionsprozess mit Öl anfällt.

Im Gegensatz dazu bestand die Flüssigkeit, die bei Erdbeben in der Nähe von Sequenzen in Youngstown, Ohio, und Guy, Arkansas, entsorgt wurde, größtenteils aus verbrauchter Hydraulic-Fracking-Flüssigkeit.

Fakt 5: Induzierte Seismizität kann in erheblichen Abständen von Injektionsbohrungen und in unterschiedlichen Tiefen auftreten.

Erdbeben können in Entfernungen von 10 Meilen oder mehr vom Injektionspunkt und in deutlich größeren Tiefen als dem Injektionspunkt ausgelöst werden.

Fakt 6: Brunnen, die keinen Oberflächendruck benötigen, um Abwasser einzuleiten, können dennoch Erdbeben auslösen.

Bei Operationen, bei denen Ingenieure ohne zusätzlichen Druck am Bohrlochkopf Flüssigkeit in das Bohrloch gießen, erhöhen Sie immer noch den Flüssigkeitsdruck innerhalb der Formation und können somit Erdbeben auslösen.

Warum passiert das jetzt?

Die Abwasserentsorgung aus Öl- und Gasbetrieben hat in den Vereinigten Staaten in den letzten zehn Jahren stark zugenommen, insbesondere in Oklahoma, wo sich das Abwasserentsorgungsvolumen in den letzten Jahren verdoppelt hat. Dies ist auf Änderungen in der Öl- und Gasproduktion zurückzuführen, die letztendlich zu einer höheren Abwasserproduktion führen.

Nächste Schritte: Beginnen Sie mit der Wissenschaft

In Zukunft entwickeln Wissenschaftler weiterhin neue Strategien, um die Wahrscheinlichkeit von Schäden durch Erdbeben zu verringern. Das USGS widmet sich der Forschung, die zu einem detaillierten Verständnis der physikalischen Prozesse bei der Auslösung von Erdbeben führt.

Das USGS hat vorläufige Methoden entwickelt, um die Erdbebengefahr im Zusammenhang mit induzierten Ereignissen abzuschätzen. Die Modelle berechnen, wie oft kurzfristig mit induzierten Erdbeben zu rechnen ist und wie stark der Boden dadurch beben wird. USGS-Wissenschaftler arbeiten daran, diese Modelle weiter zu verfeinern.

Eine enge Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern, Aufsichtsbehörden und der Industrie ist erforderlich, um die Gefahr durch induzierte Erdbeben zu mindern. Von besonderer Bedeutung ist die freie Verfügbarkeit von Daten zu Einspritzdrücken und Durchflussmengen. Mit diesen Daten können Wissenschaftler die sich ändernde Gefahr durch Injektionen besser einschätzen, wodurch Betreiber möglicherweise schädliche Erdbeben verhindern können.


Was passiert bei einem Erdbeben?

Was verursacht Erdbeben und welche Arten von Erdbeben gibt es? Um diese Fragen zu beantworten, ist es zunächst hilfreich, die Zusammensetzung der Erde zu verstehen.

Erdgrundlagen

  • ein fester innerer Kern
  • ein geschmolzener äußerer Kern
  • der dicke und meist feste Mantel, der etwa 84 Prozent des Gesamtvolumens der Erde einnimmt
  • die vergleichsweise dünne Kruste, die zwischen 5 und 50 km dick ist.

Die Außenhaut der Erde ist keine durchgehende Oberfläche. Stattdessen besteht es aus massiven Segmenten namens tektonischen Platten. Erdbeben treten entlang der Grenzen zwischen tektonischen Platten oder an der Stelle von Rissen innerhalb der Platten auf, die als bezeichnet werden Fehler.

Was verursacht Erdbeben?

Die tektonischen Platten, aus denen die Erdkruste besteht, bewegen sich ständig. Da die Kanten dieser Platten in Störzonen gegeneinander gleiten, kann die Reibung sie verlangsamen, was zu einem Druckaufbau über lange Zeiträume führt. Wenn die Bewegungskraft schließlich die Reibung überwindet, brechen Teile der Kruste schlagartig oder werden verschoben und geben den aufgestauten Druck in Form von seismischen Wellen ab. Dies ist ein natürlich vorkommendes Erdbeben, das manchmal als a . bezeichnet wird tektonisches Erdbeben.

Während tektonische Erdbeben an jedem Ort der Welt auftreten können, ereignet sich die Mehrheit der großen Erdbeben – etwa 80 Prozent – ​​im zirkumpazifischen seismischen Gürtel entlang des Randes des Pazifischen Ozeans. Zwei weitere Regionen, in denen regelmäßig Erdbeben auftreten, sind der Alpide-Gürtel, der sich entlang des Südrandes Eurasiens durch das Himalaya-Gebirge, Sumatra und Java erstreckt, sowie der Mittelatlantische Rücken, der sich entlang des Atlantischen Ozeans erstreckt.

Wenn ein Erdbeben auftritt, werden verschiedene Arten von Energiewellen erzeugt.

  • "P-Wellen" oder "Primärwellen" sind die ersten zu detektierenden Wellen. Dies sind Druckwellen, die drücken und ziehen, wenn sie sich durch Gestein und Flüssigkeiten bewegen.
  • "S-Wellen" oder "Sekundärwellen" sind die nächsten zu detektierenden Wellen. Diese Wellen bewegen sich nur durch Gestein. Sie bewegen sich auf und ab oder von einer Seite zur anderen, senkrecht zur Bewegungsrichtung der Welle.
  • Oberflächenwellen folgen P- und S-Wellen. Sie wandern entlang der Erdoberfläche und verursachen damit die meisten Schäden. Oberflächenwellen können als Liebeswellen charakterisiert werden, die schneller sind und den Boden von einer Seite zur anderen bewegen, und als Rayleigh-Wellen, die wie Wellen auf der Oberfläche von Ozeanen und Seen rollen.

Welche anderen Arten von Erdbeben gibt es?

Neben tektonischen Erdbeben haben Seismologen drei weitere Erdbebenarten klassifiziert:

  • Vulkanisch: Erdbeben, die in Verbindung mit vulkanischer Aktivität auftreten
  • Zusammenbruch: Erdbeben kleineren Ausmaßes, die aus dem unterirdischen Einsturz von Kavernen oder Minen resultieren
  • Explosion: Erdbeben, die durch unterirdische Explosionen nuklearer oder chemischer Geräte verursacht werden.

Verursacht Fracking Erdbeben?

"Fracking" ist ein informeller Begriff für Hydraulic Fracturing, ein Verfahren, das verwendet wird, um den Öl- oder Gasfluss zu einer Produktionsbohrung zu erhöhen. Dabei werden große Mengen Wasser, Sand und Chemikalien unter hohem Druck in eine Gesteinsformation injiziert, um neue Brüche im Gestein zu erzeugen oder die Größe, Ausdehnung und Konnektivität bestehender Brüche zu erhöhen, was zu einer höheren Durchlässigkeit führt.

In seltenen Fällen kann Fracking direkt zu Erdbeben führen. Häufiger werden Erdbeben durch die Einleitung von Abwasser aus der Erdölförderung in unterirdische Bohrlöcher ausgelöst. Seismische Ereignisse im Zusammenhang mit Fracking und der Entsorgung von Abfallflüssigkeiten sind in der Regel gering und hängen von Bedingungen wie der Injektionsrate und dem injizierten Gesamtvolumen, der Nähe von Fehlern in der Nähe der Injektionsstelle und den Pfaden ab, die es ermöglichen, den Druck von der Injektionsstelle zur Injektionsstelle zu transportieren Verwerfung und das Vorhandensein von Spannungen auf Verwerfungen, die groß genug sind, um Erdbeben zu erzeugen.


Was ist der Große?

Es ist das zerstörerische Erdbeben, über das wir uns hier in Südkalifornien Sorgen machen – das, von dem Sie wahrscheinlich wissen, dass Sie mehr tun müssen, um sich vorzubereiten.

Wie groß und wie schlimm es sein wird, lässt sich nicht genau sagen. Yule sagte, die Kalifornier sollten sich das vorstellen als „30 oder 40 Northridge-Erdbeben, um die Energiefreisetzung eines großen San Andreas-Erdbebens zu erreichen“.

Lokale Angelegenheiten: Wie man den Großen überlebt

Die Los Angeles Times und KPCC/LAist arbeiten zusammen, um Ihnen zu zeigen, wie Sie sich auf ein schweres Erdbeben in Südkalifornien vorbereiten und dieses überleben können. Die Teilnahme an diesem Online-Community-Forum ist kostenlos.

Wann: Donnerstag, 24. Juni, 18 Uhr
Wo: Live-Streaming auf YouTube, Facebook und Twitter
WHO: Erdbebenexpertin Dr. Lucy Jones, Times-Reporter Rong-Gong Lin II, Times-Kolumnist Patt Morrison, KPCC/LAist-Reporter Jacob Margolis, KPCC/LAist-Moderator Austin Cross

"Die Platten bewegen sich täglich, aber sie sind entlang der Verwerfung gesperrt. Die Idee ist also, je länger Sie warten, desto größer wird das Erdbeben, weil Sie mehr Energie aufgebaut haben", sagte Onderdonk.

Die San-Andreas-Verwerfung habe alle 100 bis 200 Jahre ein großes Erdbeben, fügte er hinzu. Das letzte große Erdbeben entlang der San-Andreas-Verwerfung ereignete sich 1906 in San Francisco. Onderdonk sagte, es besteht die Möglichkeit, dass innerhalb kürzerer Zeit mehrere kleinere Erdbeben auftreten, aber der Druck, der sich seit 1906 aufgebaut hat, muss irgendwann abgebaut werden.

Die Theatralik des Staates Kalifornien, der in den Pazifischen Ozean driftet, sei genau das, sagte Onderdonk. „Die Bewegung des San Andreas ist ein seitliches Vorbeigleiten, es gibt also keine wirkliche Wegbewegung. Kalifornien bewegt sich im Vergleich zu Nordamerika nicht in Richtung Westen“, sagte Onderdonk. „Die Filme, die zeigen, wie sich eine große Kluft auftut – das ist überhaupt nicht der Fall.“

Außerdem: „Barstow wird kein Strandgrundstück werden“, sagte Yule.

Aber das Land wird sich bewegen – in einigen Gebieten bis zu 15 Fuß, sagte er.

Diese Bewegung werde dauerhaft sein, sagte Seulgi Moon, Professor für Geologie an der UCLA, und beispielsweise als Erdrutsche oder Veränderungen der Position von Zäunen oder Straßen sichtbar sein.

Und Kalifornien wird immer in Bewegung sein.

"Irgendwann werden San Bernardino und der Großraum L.A. neben der Bay Area liegen und die Baseball-Rivalität wird viel schlimmer", scherzte Lozos. "Und mit schließlich meine ich in etwa 20 Millionen Jahren."

Bei der Erdbebenvorsorge geht es um Kommunikation, Widerstandsfähigkeit und das Verständnis und die Minderung Ihrer Risiken. Unser Newsletter-Kurs zeigt Ihnen, wie.


Schau das Video: Erdbeben - Die Grundlagen