Schon seit längerem ist in der Forschung bekannt, dass Menschen durch den Eingriff in die Natur Erdbeben auslösen können. Eine neue Studie von Geophysikern der Freien Universität Berlin (FU) und weiteren internationalen Universitäten hat nun ergeben, dass insbesondere Industrieaktivitäten wie etwa tiefe Geothermie, Öl- oder Gasförderung und die unterirdische Entsorgung großer Salzwassermengen, die mit Kohlenwasserstoffen mitgefördert werden, zu Erdbeben führen können.

Das internationale Forscherteam fand heraus, dass Erderschütterungen „bei der konventionellen Kohlenwasserstoffgewinnung, beim hydraulischen Fracking unkonventioneller Kohlenwasserstoffreservoire, bei der Entwicklung von tiefen geothermischen Systemen, bei Bergbaubetrieben, der unterirdischen Salzwasserentsorgung oder bei unterirdischen Gas- oder Co2-Speichervorgängen verursacht werden können.“ Dabei entstehen Erdbeben, die durch Flüssigkeitsinjektionen und -extraktionen ausgelöst werden, hauptsächlich durch Spannungsänderungen an tektonisch bereits belasteten Bruchflächen.

Internationales Team forscht zu vom Menschen verursachten Erdbeben

„Die Studie (...) könnte dazu beitragen, mögliche negative Auswirkungen durch innovative Energiewende-Technologien wie die tiefe Geothermie oder die unterirdische CO2-Speicherung zu minimieren“, teilte die FU am Dienstag mit. Im Dezember 2023 erschien die Studie in Zusammenarbeit mit der ETH Zürich, der Universität Pisa, der Stanford University und der Southern University of Shenzhen im Fachmagazin Nature Reviews – Earth and Environment.

Eine weitere Erkenntnis der Forschenden ist, dass die Auslösemechanismen für vom Menschen verursachte Erdbeben von Standort zu Standort variieren können. „Ein wichtiger Aspekt ist dabei die komplexe Interaktion zwischen verschiedenen industriellen Aktivitäten, insbesondere in Gebieten, in denen sowohl hydraulisches Fracking als auch die Entsorgung großer Salzwassermengen, die mit dem Kohlenwasserstoff mitgefördert wird, stattfinden“, teilte die FU mit. Andere Faktoren seien die Entfernung zu jedem Bohrloch, die Menge des injizierten Flüssigkeitsvolumens, Betriebszeitfenster und die jeweiligen geologischen und hydrologischen Eigenschaften.

Forschungsteam plädiert für neue Methoden, auch KI denkbar

Um vom Menschen verursachte Erdbeben frühzeitig zu erkennen, empfiehlt das internationale Forschungsteam den Aufbau eines mikroseismischen Überwachsungsnetzes an jedem Bohr-Standort oder Faser-optische Sensortechnologien. Die Forschenden wollen zudem neue Forschungsansätze, möglicherweise auch physikbasierte KI-Methoden, einsetzen, um vom Menschen verursachte Erdbeben besser erforschen zu können. Bisher konnten die Erkenntnisse dazu vor allem aus In-situ-Experimenten, also bei Veränderungen vor Ort, abgeleitet werden.

„Aktuell können die Risiken von induzierter Seismizität nur statistisch geschätzt werden. Dabei werden bislang nur wenige physikalische Faktoren in entsprechende Vorhersage-Modelle integriert“, sagte der Geophysiker Cornelius Langenbruch. Geophysiker und Erstautor der Studie Mohammad Javad Afshari Moein sagte dazu: „Die Entwicklung physikbasierter Vorhersagemodelle und die damit verbundene Risikominimierung von induzierten Erdbeben könnte die gesellschaftliche Akzeptanz neuer Geo-Energie-Technologien erhöhen.“