Negli ultimi dieci anni le persone che vivono negli Stati Uniti centrali hanno subito molti più terremoti di piccole e moderate dimensioni che mai. Ad esempio, sebbene l'Oklahoma si trovi lontano dai confini tra le placche tettoniche, l'attività sismica ha iniziato ad aumentare lì intorno all'anno 2009 e ha raggiunto il picco durante il 2015 e l'inizio del 2016. Prima del 2009 l'Oklahoma in genere ha subito solo uno o due piccoli terremoti di magnitudo superiore a 3.0 per anno. Nel 2015 quel numero era salito a più di 900 terremoti all'anno, 30 dei quali avevano un momento di magnitudo superiore a 4,0 (che è abbastanza forte da causare rovina). Una scossa di magnitudo 5,7 ha colpito nei pressi della città di Praga, Oklahoma, nel 2011 su una faglia preesistente e ha causato gravi danni a diverse case ed edifici scolastici. Negli ultimi sei anni, più di 1,Sono state documentate 500 segnalazioni di eventi di scosse distruttive in aree precedentemente pacifiche. Quell'aumento della sismicità è stato probabilmente causato dalle attività industriali umane. Circa otto milioni di persone vivevano nelle aree con un aumento dei terremoti e le autorità responsabili della sicurezza pubblica volevano capire le ragioni dell'aumento e le potenziali minacce per la società.
Cause di eventi sismici indotti.
Gli scienziati della Terra hanno accettato la sfida di comprendere meglio i terremoti indotti. Le prove scientifiche hanno dimostrato che alcuni terremoti sono stati causati da attività industriali umane, principalmente dallo smaltimento mediante iniezione di acque reflue salate estratte con petrolio e gas nei pozzi di produzione. Si pensava che la maggior parte dei terremoti indotti fosse stata generata da cambiamenti nella pressione del fluido vicino a faglie profonde preesistenti. I fluidi delle acque reflue nei pozzi di smaltimento profondo erano spesso situati a più di un miglio sottoterra e lo smaltimento delle acque reflue aumentava la pressione sui fluidi che già occupavano lo spazio dei pori. Quell'aumento di pressione ha sbloccato o indebolito la faglia, facilitando così il verificarsi di un terremoto.
Quell'ipotesi che spiega la causa dei terremoti indotti è stata convalidata in un esperimento di Rangely, Colorado, del 1969 in cui la pressione del fluido in un serbatoio veniva aumentata e abbassata mediante pompaggio. I terremoti sono diventati più frequenti quando le pressioni sono state aumentate, come previsto dall'ipotesi, e rari quando le pressioni sono state abbassate. È stato anche dimostrato che la fratturazione idraulica (fracking), un processo di recupero di gas e petrolio che utilizza l'iniezione di fluido per aprire fessure nella roccia e consentire al gas intrappolato o al petrolio greggio di fluire attraverso un tubo fino alla testa del pozzo in superficie, causa i terremoti. essere la causa principale dei terremoti indotti nella Columbia Britannica e nell'Alberta occidentale, nonché in alcuni siti negli Stati Uniti, il Fracking stesso, tuttavia, non è stata la causa principale dell'attività sismica indotta in Oklahoma e in molti altri luoghi negli Stati Uniti,dove i terremoti erano principalmente causati dall'iniezione di acque reflue. Un notevole terremoto di estrazione di fluidi, un evento di magnitudo 4,8, si è verificato nell'ottobre 2011 vicino a Fashing, in Texas. Altri terremoti indotti sono stati innescati dal riempimento di bacini idrici in Nevada e South Carolina. Nella maggior parte dei casi tali attività industriali non stimolano i terremoti. Le velocità e i volumi di iniezione del fluido, l'orientamento delle faglie, le sollecitazioni accumulate e le proprietà delle rocce devono essere tutti ottimali per indurre i terremoti.gli orientamenti delle faglie, le sollecitazioni accumulate e le proprietà delle rocce devono essere tutti ottimali per indurre i terremoti.gli orientamenti delle faglie, le sollecitazioni accumulate e le proprietà delle rocce devono essere tutti ottimali per indurre i terremoti.
Gli scienziati hanno studiato le faglie e i terremoti sia naturali che indotti per comprendere e prevedere meglio le dimensioni e le posizioni dei futuri terremoti indotti. La magnitudo o la dimensione del terremoto è correlata all'area che si rompe sulla faglia. Gli scienziati hanno esaminato le registrazioni di diversi esempi di terremoti naturali storici che si erano verificati negli ultimi 300 anni negli Stati Uniti centrali e orientali, compreso un evento di magnitudo 7,3 nel 1886 vicino a Charleston, SC, e la serie di scosse di magnitudo 7,5 1811–12 vicino a New Madrid, Mo. I terremoti nell'America settentrionale orientale si sono verificati sotto forma di sciami di attività sismica su faglie non riconosciute nella Virginia centrale, nel Tennessee orientale, nel Canada orientale e nel New England. Molti di questi eventi sono antecedenti alle attività industriali e quindi molto probabilmente non erano correlati alle attività umane.Negli ultimi anni, gli scienziati avevano discusso se i terremoti indotti potessero innescare grandi terremoti su faglie antiche vicine in cui le tensioni accumulate erano pronte per essere rilasciate. Il terremoto di Praga del 2011, Oklahoma, ha risposto a questa domanda dimostrando che i terremoti fino a magnitudo 5.7 potrebbero rompersi su faglie lunghe preesistenti. Pertanto, la presenza di antiche faglie è stato un fattore importante per prevedere con precisione le dimensioni di un terremoto. Tuttavia, la dimensione e la posizione delle faglie sono rimaste scarsamente comprese in molti luoghi negli Stati Uniti centrali e orientali, come l'Oklahoma, e gli sforzi scientifici erano in corso da parte dell'US Geological Survey, altre agenzie statali e federali e istituzioni accademiche e in collaborazione con l'industria petrolifera per identificare le posizioni di quelle potenzialmente più pericolose.
L'evento di Praga del 2011 è stato il più grande terremoto indotto mai registrato negli Stati Uniti fino a quando un terremoto di magnitudo 5.8 si è verificato nel 2016 vicino a Pawnee, Oklahoma, che potrebbe essere stato indotto. Tuttavia, altrove sono stati osservati terremoti indotti più forti. Vicino a Koynanagar, in India, nel 1967, si sospettava che una devastante scossa di magnitudo 6,3 fosse stata innescata da alti livelli di acqua immagazzinata in un bacino idrico, e l'attività di prelievo di gas in Uzbekistan fu probabilmente la causa dei dannosi terremoti naturali di magnitudo 7.0 nel 1976 e 1984. Tali dati suggerivano che fossero possibili terremoti indotti più grandi di quello di Praga. Inoltre, i geologi hanno riconosciuto faglie e rotture di terremoti preistorici generate da terremoti di magnitudo 7.0 in Oklahoma e Colorado. Studi sui terremoti negli interni continentali al di fuori degli Stati Unitiha dimostrato che tali grandi terremoti naturali erano possibili lontano dai confini delle placche. Molti scienziati ritenevano che i terremoti indotti potessero anche innescare grandi terremoti su antiche faglie sconosciute. Tuttavia, se dovesse risultare un evento indotto con una magnitudo maggiore di 5.6, sarebbe più probabile che avesse una magnitudo più vicina a 6.0 che a 7.0, simile ai terremoti indotti in regioni analoghe.
Aumentare il rischio di terremoto.
Sia i terremoti indotti che quelli naturali causano livelli simili di scuotimento del suolo. Se confrontati con i terremoti naturali, tuttavia, i terremoti indotti sono spesso più superficiali e potrebbero non scuotere il terreno così violentemente lontano dall'epicentro del terremoto. Sebbene fossero state osservate sottili differenze nello scuotimento tra i due tipi, erano necessarie ulteriori ricerche per comprendere tali proprietà di scuotimento.
Le proiezioni di scuotimento del terreno condotte dallo US Geological Survey hanno indicato che i terremoti indotti hanno aumentato il rischio in Oklahoma e in altri luoghi in cui i processi industriali influenzano le sollecitazioni all'interno della terra, come mostrato nelle previsioni di un anno del 2016 sia per i terremoti indotti che per quelli naturali. Il calcolo del rischio richiedeva informazioni su dove e quanto spesso potevano verificarsi i terremoti, sulla loro dimensione massima e sui probabili livelli di scuotimento del suolo. Per prevedere la frequenza dei terremoti indotti del 2016, gli scienziati hanno preso in seria considerazione la frequenza dei terremoti del 2015, hanno utilizzato la teoria sismologica standard, con i maggiori terremoti indotti che si prevede generalmente abbiano una magnitudo inferiore o uguale a 6.0, e hanno applicato un nuovo modello di movimento del suolo che ha fornito migliori stime di scuotimento per terremoti superficiali.
I risultati hanno rivelato che Oklahoma, Kansas, Texas, Arkansas, New Mexico e Colorado hanno avuto più di 1 possibilità su 100 di subire danni durante il 2016, con le più alte probabilità (circa 1 su 10) che si verificano in alcune parti dell'Oklahoma settentrionale e del Kansas meridionale . I terremoti indotti proiettati dalla previsione si sono dimostrati perfettamente in grado di provocare rovina in quella regione se l'attività industriale continuasse senza sosta. Sulla base di queste proiezioni, pochi sono rimasti sorpresi quando un terremoto di magnitudo 5.1 ha colpito vicino a Fairview, Oklahoma, il 13 febbraio.
La frequenza dei terremoti in quella regione, tuttavia, è sembrata diminuire tra il 2015 e il 2016. Durante la prima metà del 2016, il numero di terremoti verificatisi nei pressi di Irving e Dallas, ad esempio, è sceso da circa quattro eventi di magnitudo 3.0 o superiore a zero. Tale riduzione potrebbe essere correlata al prezzo del petrolio (che è sceso in modo significativo nel 2015 e 2016, riducendo così l'estrazione e l'iniezione di acque reflue) e le azioni normative che hanno ridotto il volume delle acque reflue pompate in pozzi profondi. I dati iniziali hanno fornito la speranza che i tassi di terremoti indotti continueranno a diminuire nel 2016; tuttavia, le attività di iniezione sono continuate in aree con tassi di sismicità elevati e non era noto se volumi di iniezione inferiori avrebbero eliminato i terremoti indotti o semplicemente li avrebbero ritardati.
Mentre gli aumenti della frequenza dei terremoti indotti erano più evidenti negli Stati Uniti centrali, i terremoti indotti erano stati osservati anche in diversi siti in California, inclusi i geyser e le aree geotermiche di Coso. Inoltre, uno studio del 2015 ha mostrato lievi variazioni nei tassi di terremoti nella California meridionale e ha osservato che potrebbero verificarsi ulteriori attività indotte vicino a siti con attività di estrazione del petrolio. Poiché il tasso di terremoti naturali in quella zona era molto più alto di quello degli Stati Uniti centrali, era più difficile identificare quali terremoti erano stati indotti e quali erano naturali. Gli scienziati hanno continuato a indagare sui terremoti indotti per mitigare meglio i futuri effetti dei terremoti.
Mark D. Petersen
