Toename aardbevingen door afvalwaterinjectie

De olie-industrie pompt steeds meer afvalwater de bodem in. Dat water smeert breuklijnen waardoor de grond vaker trilt.

Hydraulische pomp in Pennsylvania, gebruikt bij gaswinning door ‘fracking’.
Hydraulische pomp in Pennsylvania, gebruikt bij gaswinning door ‘fracking’. FOTO JIM LO SCALZO / ANP

De sterke toename van aardbevingen in het midden en oosten van de Verenigde Staten houdt verband met het diep in de bodem pompen van grote hoeveelheden afvalwater door de olie- en gasindustrie. Dat blijkt uit een statistische analyse van 7.175 aardbevingen in deze regio in de afgelopen 42 jaar, en de locatie van 187.570 afvalwaterputten. Het onderzoek is afgelopen vrijdag gepubliceerd in Science.

Sinds begin deze eeuw pompen energiebedrijven in de VS steeds grotere hoeveelheden afvalwater de grond in. Dat water is eerder gebruikt om leeg rakende olievelden op druk te houden – het komt met de oliewinning weer naar boven. Verder nemen bedrijven, geholpen door nieuwe technieken en hoge brandstofprijzen, vaker velden in productie met een ongunstige verhouding brandstof/water. „Op elke liter olie krijg je misschien wel tien of twintig liter water mee naar boven”, zegt geoloog Matthew Weingarten van de Universiteit van Colorado, en eerste auteur van het onderzoek. Dat zoute water gaat terug de grond in, via speciale putten, honderden meters tot kilometers diep.

Vanaf 2009 zijn in het midden en oosten van de VS de aardbevingen in aantal en kracht snel toegenomen. In Oklahoma was er van 1974 tot 2008 gemiddeld één aardbeving met een magnitude boven de 3 per jaar, maar in 2013 en 2014 zijn het er gemiddeld meer dan honderd per jaar.

Afvalwaterinjectie wordt al jaren als de oorzaak hiervan vermoed. Vorig jaar is dat voor het eerst daadwerkelijk aangetoond. Amerikaanse onderzoekers – Weingarten was een van hen – herleiden de oorzaak van de bevingen in de buurt van het dorpje Jones tot de vier grootste injectieputten in de buurt (Science 25 juli 2104).

Het vandaag gepubliceerde statistische onderzoek legt geen oorzakelijke verbanden, maar laat wel zien dat er behalve in Oklahoma ook in Wyoming en delen van Texas, Colorado, Kansas, Illinois en Alabama een duidelijk verband bestaat tussen aardbevingen en nabijgelegen (binnen een straal van 15 kilometer) afvalwaterinjectie.

Het idee is dat door de injectie van grote volumes water de druk in de gesteenteporiën toeneemt. De stijgende druk zet zich door tot, meestal dieper gelegen, breuklijnen. Voor centraal Oklahoma is onlangs uitgezocht dat ruim 60 procent van de aardbevingen zich voordoet op een diepte tussen 5 en 6 kilometer, wat suggereert dat de oplopende druk vanaf het waterinjectiepunt kilometers ver kan doorwerken (Geophysical Research Letters, 23 april 2015). Het leidt daar tot een verlaging van de wrijving. Breukvlakken kunnen dan makkelijker ten opzichte van elkaar bewegen.

Geoloog Weingarten zegt dat het vooral uitmaakt hoeveel afvalwater per maand naar beneden wordt gepompt. Boven een volume van 16 miljoen liter per maand (ongeveer een half miljoen liter per dag) zagen de onderzoekers het verband met aardbevingen snel sterker worden.

Dat ook andere factoren bijdragen, blijkt uit het feit dat de onderzoekers gebieden aantroffen in het midden en oosten van de VS (in North Dakota, New Mexico en delen van Texas en Louisiana) met veel afvalwaterinjectie, maar zonder een toename van aardbevingen. De grootte van breuklijnen is zo’n factor, en de oriëntatie van de breuk ten opzichte van het lokale krachtenveld.

In gebieden met afvalwaterinjectie én aardbevingen staan de breuken al „op scherp”, zegt Weingarten. „De extra druk die het vele afvalwater veroorzaakt is het strootje dat de rug van de kameel breekt.”