Ook mensen veroorzaken aardbevingen “It’s all about friction, stupid!”

Presentatie over: "Ook mensen veroorzaken aardbevingen “It’s all about friction, stupid!”"— Transcript van de presentatie:

1 Ook mensen veroorzaken aardbevingen “It’s all about friction, stupid!”
Start to Study, Leuven november 2013 Ook mensen veroorzaken aardbevingen “It’s all about friction, stupid!” Manuel Sintubin Het besef dat ook menselijke activiteit niet alleen kleine, nauwelijks voelbare aardbevingen kan veroorzaken, maar ook schadelijke en dodelijk aardbevingen is zeer recent binnengeslopen in wetenschappelijke gemeenschap. En ik geef u al meteen de finale boodschap vanuit die wetenschappelijke gemeenschap: “don’t mess around with friction!” Geodynamics & Geofluids Research Group Department of Earth & Environmental Sciences KU Leuven Start to Study, Leuven, 14 oktober 2014 Manuel Sintubin

2 Start to Study, Leuven U heeft allicht gehoord over de heisa in de Nederlandse provincie Groningen rond de zogenaamde gasboringen, een fenomeen dat al meer dan 20 jaar gekend is, maar sinds de Loppersumaardbeving in 2012 niet meer van de politieke agenda te krijgen valt! Manuel Sintubin

3 Start to Study, Leuven En dan is er het protest tegen schaliegas en het ontginningsproces van “fracking”; steeds wordt er verwezen naar het verhoogde risico op aardbevingen … Manuel Sintubin

4 Start to Study, Leuven De vraag moet dus gesteld worden! Hoe zit dat nu met aardbevingen geïnduceerd door menselijke activiteit … ook wel antropogene aardbevingen genoemd? En wat betekent deze kennis voor de toekomst? Nemen we het voorzorgsprincipe “Better safe than sorry” of wat? Manuel Sintubin

5 Start to Study, Leuven Maar eerst moeten we weten wat eigenlijk een aardbeving is, zoals het woord het zelf zegt: een beving van de Aarde. Lange tijd wist men niet wat die bevingen veroorzaakten? Manuel Sintubin

6 Wat is een aardbeving? “trillingen veroorzaakt door het vrijkomen van elastische vervormingsenergie wanneer gesteentemassa’s in de ondergrond breken of langsheen bestaande breukvlakken verschuiven”

7 Wat is een aardbeving? “trillingen veroorzaakt door het vrijkomen van elastische vervormingsenergie wanneer gesteentemassa’s in de ondergrond breken of langsheen bestaande breukvlakken verschuiven” interseismische opbouw elastische vervormingsenergie Marshak 2008

8 Wat is een aardbeving? “trillingen veroorzaakt door het vrijkomen van elastische vervormingsenergie wanneer gesteentemassa’s in de ondergrond breken of langsheen bestaande breukvlakken verschuiven” coseismische vrijgave elastische vervormingsenergie Marshak 2008

9 Start to Study, Leuven Wat is een aardbeving? “trillingen veroorzaakt door het vrijkomen van elastische vervormingsenergie wanneer gesteentemassa’s in de ondergrond breken of langsheen bestaande breukvlakken verschuiven” seismogene korst En met de diepte neemt de sterkte van het gesteente toe, wat maakt dat het meer vervormingsenergie kan opslaan voor het breekt (dit omwille van de wrijving – zie later). Nog dieper wordt het te warm, dan geen gesteenten vloeien en niet meer breken. Dus aardbevingen beperken zich tot het bovenste deel van de aardkorst. Bij een kleinere aardbeving blijft de scheur diep in de ondergrond; enkel bij de heel zware aardbevingen komt de breuk tot aan het aardoppervlak. Sibson 2002 Passchier & Trouw 2005 Manuel Sintubin

10 Wat is een aardbeving? Wrijving houdt een breuk bijeen!
Start to Study, Leuven Wat is een aardbeving? Wrijving houdt een breuk bijeen! Zoals gezegd “It’s all about friction, stupid!”. Wrijving houdt breuk bijeen. Dit omdat een breukvlak zeer onregelmatig is; het zit vol ankers. De breuk beweegt pas als ankers gebroken worden; dan pas aardbeving. Marshak 2008 Manuel Sintubin

11 Wat is een aardbeving? Wrijving houdt een breuk bijeen!
Start to Study, Leuven Wat is een aardbeving? Wrijving houdt een breuk bijeen! schuifspanning veroorzaakt breukbeweging  AARDBEVING omgevingsdruk schuifspanning Alle breuken staan onder een kritische spanning! Ze hebben dus niet veel nodig om door te bewegen en een aardbeving te veroorzaken! De schuifspanning veroorzaakt de breukbeweging, terwijl de normaalspanning de breuk door wrijving bijeen houdt! normaalspanning schuifspanning BREUK normaalspanning Van der Pluijm & Marshak 2004 Manuel Sintubin

12 Wat is een aardbeving? Wrijving houdt een breuk bijeen!
Start to Study, Leuven Wat is een aardbeving? Wrijving houdt een breuk bijeen! schuifspanning veroorzaakt breukbeweging  AARDBEVING extra belasting omgevingsdruk schuifspanning MAGNITUDE Dus als we extra belasting aanbrengen, dan neemt schuifspanning en normaalspanning toe, tot breukbeweging en dus aardbeving, MET ZWAARDERE MAGNITUDE! normaalspanning schuifspanning BREUK normaalspanning Van der Pluijm & Marshak 2004 Manuel Sintubin

13 Wat is een aardbeving? Wrijving houdt een breuk bijeen!
Start to Study, Leuven Wat is een aardbeving? Wrijving houdt een breuk bijeen! schuifspanning veroorzaakt breukbeweging  AARDBEVING ontlasting omgevingsdruk schuifspanning MAGNITUDE Bij ontlasting, vooral normaalspanning neemt af, ook een beetje schuifspanning … en weerom breukwerking en aardbeving! normaalspanning schuifspanning BREUK normaalspanning Van der Pluijm & Marshak 2004 Manuel Sintubin

14 Wat is een aardbeving? Wrijving houdt een breuk bijeen!
Start to Study, Leuven Wat is een aardbeving? Wrijving houdt een breuk bijeen! schuifspanning veroorzaakt breukbeweging  AARDBEVING vloeistofdruk omgevingsdruk schuifspanning MAGNITUDE En toename vloeistofdruk in breuk, ook verlaging normaalspanning, dus aardbeving! normaalspanning schuifspanning BREUK normaalspanning Van der Pluijm & Marshak 2004 Manuel Sintubin

15 Start to Study, Leuven Dat is de theorie, hoe zit het nu in de praktijk! We doen een beroep op de ondergrond … en in de toekomst gaan we dat nog meer doen! Manuel Sintubin

16 Antropogene aardbevingen?
Start to Study, Leuven Antropogene aardbevingen? extractie & injectie van ‘vloeistoffen’ en/of ‘gassen’ Niet alleen bron van grondstoffen: olie, gas, water, zout, aardwarmte … Maar ook bergplaats van afvalstoffen, waaronder CO2 opslag in teken van klimaatproblematiek Dus veel extractie en injectie van vloeistoffen en/of gassen … Rijksoverheid Nederland – structuurvisie ondergrond Manuel Sintubin

17 Antropogene aardbevingen?
Start to Study, Leuven Antropogene aardbevingen? extractie & injectie van ‘vloeistoffen’ en/of ‘gassen’ direct effect door verhoging van vloeistofdruk op breukweerstand indirect effect door belasting/ontlasting (omgevingsdruk) van breuk Ellsworth 2013 Dubbel effect: Indirecte belasting/ontlasting door vullen of ledigen van reservoirs! Directe injectie van vloeistoffen in breuksystemen, die de vloeitstofdruk doen toenemen Manuel Sintubin

18 Antropogene aardbevingen?
Start to Study, Leuven Antropogene aardbevingen? extractie & injectie van ‘vloeistoffen’ en/of ‘gassen’ direct effect door verhoging van vloeistofdruk op breukweerstand indirect effect door belasting/ontlasting (omgevingsdruk) van breuk belastende & ontlastende infrastructuur Maar ook activiteiten op en nabij aardoppervlak geeft aanleiding tot belasting of ontlasting! Manuel Sintubin

19 Start to Study, Leuven Laten we eens naar een aantal voorbeelden van aardbevingen kijken en telkens afvragen of ze veroorzaakt zijn door menselijke activiteit. Vooreerst het proces van “fracking” bij schaliegasontginning. Manuel Sintubin

20 Schaliegasontginning & aardbevingen
Start to Study, Leuven Schaliegasontginning & aardbevingen Veroorzaakte ‘fracking’ de 2011 Oklahoma aardbeving? MW 5.6 – 6 november 2011 Wat met de middelmatige aardbeving in Oklahoma, die toch heel wat schade veroorzaakte? Manuel Sintubin

21 Schaliegasontginning & aardbevingen
Start to Study, Leuven Schaliegasontginning & aardbevingen Veroorzaakte ‘fracking’ de 2011 Oklahoma aardbeving? MW 5.6 – 6 november 2011 Op deze kaart is duidelijk dat we middenin het gebied van schaliegasuitbating zitten? Geel is schaliegasput; paars is injectieput van afvalwaters … En wat blijkt? Manuel Sintubin

22 Schaliegasontginning & aardbevingen
Start to Study, Leuven Schaliegasontginning & aardbevingen Veroorzaakte ‘fracking’ de 2011 Oklahoma aardbeving? MW 5.6 – 6 november 2011 NEEN! ‘Fracking’ is niet verantwoordelijk voor de Oklahoma aardbeving? ‘Fracking’ veroorzaakt natuurlijk aardbevingen, maar zeer klein, nauwelijks voelbaar aan aardoppervlak … fracking breekt inderdaad het gesteente, dus laat vervormingsenergie vrij! Maar soms lekt vloeistof naar een breuk … Lawrence Berkeley National Laboratory Manuel Sintubin

23 Schaliegasontginning & aardbevingen
Start to Study, Leuven Schaliegasontginning & aardbevingen Veroorzaakte injectie van ‘waste water’ de 2011 Oklahoma aardbeving? MW 5.6 – 6 november 2011 JA! massaal injecteren van water verhogen van vloeistofdruk, dus verlagen breukweerstand Maar wat is dan de oorzaak van de verhoogde seismiciteit in het midden van de VS/Oklahoma? Dat is de massale injectie van afvalwaters in zeer diepe reservoirs? Deze lekken naar nabije breuken, verhogen vloeistofdruk en verlagen dus breukweerstand. Ellsworth 2013 Lawrence Berkeley National Laboratory Manuel Sintubin

24 Schaliegasontginning & aardbevingen
Start to Study, Leuven Schaliegasontginning & aardbevingen Veroorzaakte injectie van ‘waste water’ de 2011 Oklahoma aardbeving? MW 5.6 – 6 november 2011 JA! Maar er is nog iets zeer bijzonders! Eigenlijk is de Oklahoma aardbeving een soort verre en late naschok van de Chili aardbeving in 2011 (ongeveer 20 maanden later). En dit is verontrustend! Zware aardbevingen overal ter wereld kunnen breuken die onder kritische spanning staan dat extra duwtje geven … van der Elst et al. 2013 Manuel Sintubin

25 Start to Study, Leuven Dan toch maar groene, duurzame energie zoals geothermie! Maar ook voor diepe geothermie heeft men “fracking” nodig! Manuel Sintubin

26 Geothermie & aardbevingen
Start to Study, Leuven Geothermie & aardbevingen Veroorzaakte ‘fracking’ de 2006 Basel aardbeving? MW 3.4 – 7 december 2006 Zo’n geothermisch project in Basel is zeer slecht afgelopen. Middenin de stad wenste men een goethermisch project opstarten voor duurzame energie in Basel. Manuel Sintubin

27 Geothermie & aardbevingen
Start to Study, Leuven Geothermie & aardbevingen Veroorzaakte ‘fracking’ de 2006 Basel aardbeving? MW 3.4 – 7 december 2006 ‘enhanced geothermal system’ verhoogde vloeistofdruk  verlaagde breukweerstand einde ‘fracking’ Bij aanvang van fracking (1 december) nam de seismische activiteit zeer snel toe. Op 7 december schokte een beving Basel dooreen en werd project onmiddellijk stilgelegd. De analyse concludeerde dat het risico te groot was en dat kosten door aardbevingschade groter was dan de baten die het project ooit zou opbrengen … begin ‘fracking’ Manuel Sintubin

28 Geothermie & aardbevingen
Start to Study, Leuven Geothermie & aardbevingen Spelen we met vuur? Salton Sea geothermisch veld  wat met San Andreasbreuk? Maar nog verontrustender is wat te zien is in het geothermische veld in Zuid California (Salton Sea). Als het ware leeft de San Andreas mee met de productie in het geothermische veld … Maar we kennen de kritische spanningstoestand van de San Andreas niet? Het gevaar bestaat dan ook dat de mens de “Big One” in zuidelijk California zou kunnen induceren! Brodsky & Lajoie 2013 Manuel Sintubin

29 Start to Study, Leuven En dan de paniek in Groningen? Manuel Sintubin

30 Gaswinning & aardbevingen
Start to Study, Leuven Gaswinning & aardbevingen Veroorzaakte de gaswinning in Groningen de 2012 Loppersum aardbeving? MW 3.6 – 16 augustus 2012 Zeker na de Loppersumaardbeving in 2012, met heel wat schade! Rijksoverheid Nederland 2013 Manuel Sintubin

31 Gaswinning & aardbevingen
Start to Study, Leuven Gaswinning & aardbevingen Veroorzaakte de gaswinning in Groningen de 2012 Loppersum aardbeving? MW 3.6 – 16 augustus 2012 wegnemen gasdruk door gaswinning bodemdaling & ontlasting Leegpompen van gasreservoir, die als een spons ineengedrukt wordt … Groningse gasveld van Slochteren Manuel Sintubin

32 Gaswinning & aardbevingen
Start to Study, Leuven Gaswinning & aardbevingen Veroorzaakte de gaswinning in Groningen de 2012 Loppersum aardbeving? MW 3.6 – 16 augustus 2012 Rijksoverheid Nederland 2013 Sterke correlatie tussen cummulatieve productie en cumulatieve vrijgave van seismische energie, met steeds grotere stappen, zwaardere aardbevingen dus. Ook een tijdsrelatie tussen productiepiek in winter en aardbevingspiek in zomer … Manuel Sintubin

33 Lorca aardbeving, 11 maart 2011 – MW 5.1 – 9 slachtoffers
Start to Study, Leuven Maar het kan erger! Met slachtoffers! Lorca aardbeving, 11 maart 2011 – MW 5.1 – 9 slachtoffers Manuel Sintubin

34 Waterwinning & aardbevingen
Start to Study, Leuven Waterwinning & aardbevingen Veroorzaakte glastuinbouw de 2011 Lorca aardbeving? MW 5.1 – 9 slachtoffers – massaal ontrekken van grondwater bodemdaling & ontlasting van breuk Massale waterwinning voor glastuinbouw! Ontlasting van bestaande breuk; deze breuk had toch ooit een aardbeving veroorzaakt, maar klok is vooruit gedraaid door mens! Gonzalez et al. 2012 Manuel Sintubin

35 Wenchuan aardbeving, 12 mei 2008 – MW 7.9 – 68.000 slachtoffers
Start to Study, Leuven En de winnaar is … Zeer ontluisterend! Nooit gedacht dat dit mogelijk zou zijn, maar deze aardbeving is antropogeen! Wenchuan aardbeving, 12 mei 2008 – MW 7.9 – slachtoffers Manuel Sintubin

36 Stuwdammen & aardbevingen
Start to Study, Leuven Stuwdammen & aardbevingen Veroorzaakte vullen van stuwmeer achter Zipingpu dam de 2008 Wenchuan aardbeving? vullen van stuwmeer in 2004/2005 320 miljoen ton water statisch belasten van breuken 3 jaar na vulling stuwmeer slaat noodlot toe! Klose 2012 Manuel Sintubin

37 Stuwdammen & aardbevingen
Start to Study, Leuven Stuwdammen & aardbevingen Veroorzaakte vullen van stuwmeer achter Zipingpu dam de 2008 Wenchuan aardbeving? vullen van stuwmeer in 2004/2005 320 miljoen ton water statisch belasten van breuken verhoogde microseismiciteit MW 7.9 Wenchuan aardbeving! Klose 2012 Na vulling onmiddellijk verhoogde seismiciteit in 3 clusters. In één van die clusters slaat het noodlot toe met superzware aardbeving (~1 per jaar) Xian et al 2010 Manuel Sintubin

38 MW 7.9 Wenchuan aardbeving MW 5.6 Oklahoma aardbeving
Start to Study, Leuven Antropogene aardbevingen BELASTING ONTLASTING VLOEISTOFDRUK Conclusie: Mensen veroorzaken aardbevingen, niet alleen kleine, nauwelijks voelbare, maar ook zware, schadelijke en dodelijk aardbevingen! MW 7.9 Wenchuan aardbeving 12 mei 2008 slachtoffers MW 5.1 Lorca aardbeving 11 maart 2011 9 slachtoffers MW 5.6 Oklahoma aardbeving 6 november 2011 0 slachtoffers Manuel Sintubin

39 “Don’t mess around with friction!”
Start to Study, Leuven En de boodschap: knoei niet met wrijving! Want dat kan leiden tot een schadelijke en dodelijke uitschuiver! En wie is dan verantwoordelijk? Vandaar dat er nog veel onderzoek nodig is naar “de aard van het beestje” zijnde de breuksystemen. En gezien we steeds meer nog van ondergrond gaan gebruik maken, is werk voor geoloog verzekerd! Manuel Sintubin

40 Start to Study, Leuven En hoe pakken we dat dan aan in toekomst? (1) monitoring! Verkeerslichtprincipe: groen geen probleem, oranje oppassen en rood onmiddellijk stoppen omdat risico te groot wordt (bv. als zware aardbeving erger toeslaat … Manuel Sintubin

41 Start to Study, Leuven En (2) proactionary principle Maatschappelijk debat over het aanvaardbare risico voor de lokale gemeenschap? Hoe ver wil de gemeenschap gaan? Ik denk niet zover als deze waaghals … Manuel Sintubin

42 Ook mensen veroorzaken aardbevingen “It’s all about friction, stupid!”
Start to Study, Leuven november 2013 Ook mensen veroorzaken aardbevingen “It’s all about friction, stupid!” Manuel Sintubin Het besef dat ook menselijke activiteit niet alleen kleine, nauwelijks voelbare aardbevingen kan veroorzaken, maar ook schadelijke en dodelijk aardbevingen is zeer recent binnengeslopen in wetenschappelijke gemeenschap. En ik geef u al meteen de finale boodschap vanuit die wetenschappelijke gemeenschap: “don’t mess around with friction!” Geodynamics & Geofluids Research Group Department of Earth & Environmental Sciences KU Leuven Start to Study, Leuven, 14 oktober 2014 Manuel Sintubin