Kwade kansen

De Groningers willen weten hoe erg de aardbevingen bij hen nog kunnen worden. De prognoses worden zwarter.

Het is nog niet voorbij, weten de Groningers. Op 13 februari werd alweer een aardbeving met een kracht van 3,0 à la Richter geregistreerd en weer in het deel van Groningen waar al zoveel bevingen plaatsvonden: een paar kilometer van het beruchte Huizinge. Daar deed zich in augustus 2012 een beving met magnitude 3,6 voor – de zwaarste tot nu toe.

Nu wacht men gelaten op de bevingen die de magnitude 4,0 te boven zullen gaan, bevingen die minister Kamp in zijn Loppersumse rede van 17 januari niet langer uitsloot. Er is een kans van 10 procent dat er onder de tientallen bevingen van 1,5 en hoger die zich de komende drie jaar voordoen één of meer bevingen zullen zijn van 4,1 of zwaarder, zei hij kalm. Hij zei er niet bij dat dit, gezien de mogelijke gevolgen, een groot risico was, zoals het Staatstoezicht op de Mijnen (SodM) later wél deed.

Kamp noemde het in samenhang met het nieuwe beleid dat was geformuleerd: rond Loppersum (dat naast Huizinge ligt in het gebied met de grootste bodemdaling en meeste bevingen) zou de gaswinning met 80 procent worden teruggebracht. Van 15 bcm naar 3 bcm per jaar – een bcm is een miljard kubieke meter aardgas. De totale gaswinning uit het Groningenveld moest de komende twee jaar beneden de 42,5 bcm per jaar blijven en later nog wat verder dalen. Dat is geen zware bijstelling, want de productie was voor 2009 al jaren lager dan 42,5 bcm. Het SodM had vorig jaar januari nog aangeraden de winningssnelheid ‘zo veel als realistisch mogelijk’ terug te brengen, in overweging gevend dat het risico op bevingen pas bij 12 bcm werd geminimaliseerd. Inmiddels adviseert het SodM om in iedere geval de winning bij Loppersum stil te leggen om het hoogste risico zo goed mogelijk aan te pakken.

De Groningers begrijpen: de bevingen blijven. En nu willen zij weten hoe erg het nog kan worden. Het Britse bureau ARUP dat de kwetsbaarheid van de Groninger woningen en bedrijfspanden in kaart bracht, heeft een verontrustend rapport uitgebracht. Daarop is weliswaar door andere Britse experts kritiek geuit (ARUP komt wel erg hoog uit in schade en letsel en over de kwetsbaarheid van de Groninger bebouwing is au fond weinig bekend) maar tot nader orde is de conclusie: doet zich rond Huizinge een beving voor met magnitude 5,0, dan kunnen tientallen oude woningen zwaar beschadigd raken en zelfs instorten. En kunnen er zomaar 5 of meer doden vallen.

De buitenstaander vraagt zich af hoe hier in Holland een beving van 5,0 zó hard kan aankomen als elders op de wereld bij zo’n beving meestal alleen wat glaswerk rinkelt. In 1992 trad onder Roermond een natuurlijke, dat is: een tektonische beving op met een magnitude van 5,8. Er scheurden muren, er braken schoorstenen af, maar er stortten geen huizen in.

Het zit hem in de diepte. Het maakt alles uit op welke diepte een beving optreedt. Het ongeluk van Groningen is dat Groninger bevingen ondiep zijn, het beeft er maar 3 km beneden het maaiveld. De beving van Roermond zat op een diepte van ruim 15 km en had aan de oppervlakte het effect van een Groninger beving met magnitude 3,5. Het recente ARUP-rapport illustreert het effect van de diepte in een sense check. In Kentucky leverde een beving van 5,2 op 8 kilometer diepte destijds nauwelijks schade op. In het Spaanse Lorca vielen 9 doden en 3 zwaargewonden toen in 2011 op 1 kilometer diepte een beving van 5,1 optrad. Ruim duizend gebouwen liepen zware schade op of stortten in.

Kwaliteit bebouwing

Natuurlijk maakt het uit hoeveel bebouwing er is boven het hypocentrum van een beving, wat de kwaliteit van de gebouwen is en hoeveel mensen ze huisvesten. Maar van primair belang is hoe hevig de bovenste bodemlaag, de laag waarin de huizen zijn gefundeerd, door de aardbeving in beweging komt. Een gangbare maat voor dat laatste is de maximale bodemversnelling die tijdens de trillingen wordt bereikt, in vakkringen de PGA genoemd (peak ground acceleration). ARUP heeft de te verwachten schade aan gebouwen berekend voor een aantal PGA’s oplopend tot 4,9 m/s2, dat is gelijk aan de helft van de grootheid g, de zwaartekrachtsversnelling. Let wel: in Groningen is nooit een PGA hoger dan 0,85 m/s2 gemeten, dus nog niet eens 0,09 g.

Wat er aan piekversnellingen in de toekomst mogelijk is, wordt berekend met modellen die GMPE’s heten (ground motion prediction equations). Zij schatten de versnellingen simpelweg op grond van waarnemingen aan eerdere aardbevingen. Er zijn nogal wat GMPE’s in omloop, maar vele zijn onbruikbaar omdat ze zijn afgestemd op zwaardere bevingen dan die van Groningen of op een heel andere ondergrond. Of ze berusten op te weinig waarnemingen.

Het KNMI schat met een eigen GMPE dat een 5,0-aardbeving onder Huizinge een piekversnelling van maximaal 0,26 g zal opleveren. Mét de afstand tot Huizinge neemt de piekversnelling snel af, toch kan hij in Groningen-stad dan nog wel 0,1 g zijn. Volgens de ARUP-analyse is een versnelling van 0,26 g voor de kwetsbaarste bebouwing van Groningen (met name gemetselde huizen van vóór 1920) een serieuze bedreiging. Een deel kan instorten.

De klemmende vraag is dus: hoe groot is die kans op zo’n beving van magnitude 5,0 en wat is de zwaarst mogelijke beving? Als voor elk punt in Groningen bekend is hoe groot daar de kans op bepaalde bevingen is, kan het KNMI berekenen hoe groot daar de kans op bepaalde bodemversnellingen is en kan ARUP aangeven hoe groot de kans is dat er huizen instorten en Groningers bedolven raken. Op nationaal niveau kan dan beslist worden of de Groningers onaanvaardbare risico’s lopen – er bestaan nog geen regels voor. Vooralsnog is de trein van kansen en onzekerheden alleen voor een paar specifieke plaatsen en bevingen uitgewerkt.

Tot de beving bij Huizinge namen seismologen van het KNMI op grond van statistisch onderzoek aan dat geen bevingen zwaarder dan 3,9 konden voorkomen (zie kader links). De methode bleek niet langer toepasbaar en sindsdien houdt het instituut veiligheidshalve de magnitude 5,0 als bovengrens aan. In buitenlandse velden met geïnduceerde bevingen werd die waarde nooit overschreden.

Het SodM, dat ook vorig jaar een rapport uitbracht, wil zich evenmin uitspreken over de zwaarst mogelijke beving. In zijn rapport wordt de waarde 6,0 (naast de waarden 5,0 en 4,5) uitsluitend hypothetisch opgevoerd om de kansen op minder zware bevingen te kunnen schatten. Het SodM ontwierp een empirische formule waarmee het totaal aantal bevingen in een toekomstig jaar wordt afgeleid uit de gasproductie in het jaar daarvoor én het totaal van de gasproductie sinds er bevingen optreden. Men gaat ervan uit dat zowel het totaal van de gaswinning als de winningssnelheid van invloed zijn. Maar de NAM gelooft niet in de invloed van de winningssnelheid – daarover bestaat een fel meningsverschil.

Hoe ziet de NAM zelf de kwade kansen? Ook de NAM komt er niet helemaal uit. Uitgaande van de waargenomen en ook experimenteel vastgestelde elastische eigenschappen van het zandsteen en van de totale inklinking (compactie) die geomechanische modellen voorspellen, is te schatten hoeveel elastische vervormingsenergie bij de gaswinning in het gesteente wordt opgeslagen. Zou al deze energie in één klap vrijkomen dan zou een beving van magnitude 6,5 ontstaan. Verdeelt de energie zich over het normale boeket bevingen dan heeft de zwaarste beving magnitude 6,3. Dit is de absolute bovengrens. Dat die grens ooit bereikt wordt, is onwaarschijnlijk. Richt men zijn berekeningen op het totaal beschikbare breukoppervlak in het zandsteen en op de maximaal waarschijnlijke verschuiving daarlangs dan komt een hoogste magnitude van 5,8 in beeld. Een derde, nog onzekerder methode voorspelt 5,0. Heel veel houvast geeft het niet.

De NAM besloot daarom tot een grondige statistische analyse van alle bevingen groter dan 1,5 die sinds 1995 zijn geregistreerd. Zij deed twee belangrijke waarnemingen. Een: er is onmiskenbaar een relatie tussen de bodemdaling (dus compactie) en het optreden van aardbevingen. Twee: het deel van alle elastische vervormingsenergie dat zich ontlaadt in aardbevingen (het is nu 0,1 procent) is misschien niet constant maar lijkt exponentieel te stijgen. Het is een zeer verontrustend vermoeden waarover veel onzekerheid bestaat.

Zou deze zogenoemde ‘partitiecoëfficiënt’ constant blijven (dus 0,1 procent) dan schat de NAM de maximale bevingsmagnitude op 4,5 (met een ruime onzekerheidsmarge). Stijgt de coëfficiënt even hard als zij nu lijkt te doen, dan ontstaat er volgens de NAM een kans van 10 procent dat zich de komende tien jaar een beving voordoet met een magnitude van meer dan 4,9 en wordt zelfs een magnitude 5,4 niet uitgesloten. Je zou kunnen zeggen dat het lot van de Groningers afhangt van het gedrag van de partitiecoëfficiënt.

‘Conservatief’

Het is velen ontgaan dat de NAM zelf zulke zwarte kansen berekende. Zij relativeert ze overigens weer door aan te tekenen dat de schatting ‘conservatief’ is, dus min of meer als ‘worst case’ scenario moet worden beschouwd. Bovendien was nog geen rekening gehouden met de productiebeperking die nu is opgelegd en die het gebied met de grootste bodemdaling (en meeste bevingen) tijdelijk tegen verdere compactie moet beschermen. (Of dat ook werkt, zal pas over anderhalf jaar blijken.)

Er is zóveel onzekerheid over het gedrag van de partitiecoëfficiënt dat de NAM besloot haar eigen berekeningen aan de bodemversnellingen die zich in Groningen kunnen voordoen los te maken van vermoedens over de maximale magnituden. In een heel nieuwe aanpak wordt voor een piekbodemversnelling van 0,26 g een jaarlijkse overschrijdingskans van 1 procent berekend. Omdat zich in tien jaar waarschijnlijk meer dan 200 bevingen boven de 1,5 voordoen, is dat een verontrustende kans. ARUP becijferde dat 5 procent van de oude woningen in Groningen bij een piekversnelling van 0,26 g kan instorten. Treft het lot de lege weilanden waaraan de provincie zo rijk is dan valt de schade te overzien, maar duidelijk is dat er grote behoefte is aan verdere precisering van de kwade kansen.

    • Karel Knip