A földrengés az egyik legpusztítóbb és leggyakoribb természeti katasztrófa, amely a történelem során sok millió áldozatot követelt és milliárdos anyagi károkat okozott. Az eddigi legnagyobb erejű földrengést Chile vészelte át 1960-ban, amely mintegy 10 percen át tombolt és az ország partjainál 25 méter magas árhullámokat keltett. De nem kell ilyen messzire merészkednünk az időben, elég csak a 2011-es fukushimai erőművet megrázó, vagy akár nemrég Indonéziát sújtó földrengéssorozatra gondolunk.
Mégis mit tehet az ember, ha a természet önkényesen tombolni kezd? Számtalan vizsgálat zajlott és zajlik mind a mai napig, hogy a lehető legjobban felmérjük a földrengések természetét, és az információ birtokában a legmegfelelőbb intézkedéseket hozzuk meg. Ehhez járul hozzá az a legújabb kutatás, amely a földrengések és egyéb talajmozgások érzékelésére is képes optikai vezetékek adatgyűjtő szerepével foglalkozik. Ezek ugyanis felfogják a szeizmikus jeleket, legyen szó kalapácsütésről, elhaladó járműről, vagy az óceánok hullámzásáról. Az optikai szálak eddigi kiaknázatlan lehetőségéről szóló tanulmány a Nature Communications című szaklapban jelent meg.
A tanulmány szerzői egy potsdami központú földtudományi kutatóintézet munkatársai. Vizsgálatuk során az izlandi Reykjanes-félsziget telekommunikációját biztosító optikai kábelen keresztül – amely része egy 1994-ben lefektetett, 15 km hosszú vezetéknek – lézerfény impulzusokat küldtek. A kábel keresztezi azt az ismert törésvonalat, amely elválasztja az Eurázsiai tektonikus lemezt az Észak-Amerikai-lemeztől. A visszaverődő impulzusokat elemezve és egy sűrű szeizmográfhálózat adataival összehasonlítva a kutatók meglepő eredményre jutottak. „A méréseink meglepő részletességgel fedték fel a föld alatti szerkezeti jellemzőket. Jobban, mint bármely más szeizmológiai hálózat.” – mondta Philippe Jousset, a tanulmány társszerzője. Habár a módszer egyéb alkalmazásban nem újkeletű (évek óta használják például mélyfúrásoknál), ez a kutatócsoport végzett először ilyen hosszú optikai kábel segítségével szeizmológiai vizsgálatokat. Jelen munkájuk során nem csak a jól ismert töréseket és teléreket térképezték fel, hanem egy eddig ismeretlen felszín alatti vetődésre is rávilágítottak. Emellett a vezetéknek köszönhetően képesek voltak a nagyobb földrengések hullámai által keltett kisebb helyi földrengéseket és az óceáni aljzat mikrorengéseit is nagy pontossággal kimérni. Az új módszer legnagyobb előnye, hogy számtalan hasonló, sűrű hálózatot alkotó telekommunikációs vezeték fut körbe a bolygón, különösen olyan nagyvárosokban (San Francisco, Mexikóváros, Tokió vagy Isztambul), amelyek egyébként is nagy kockázatnak vannak kitéve a földrengések miatt. Így az ilyen kábelek költséghatékony és széles körben elterjedt kiegészítést biztosíthatnak a már meglévő szeizmológiai mérőeszközök mellett. Az elkövetkezendő kutatások a mélytengeri vezetékek ilyen irányú vizsgálatai felé mutatnak. A szakemberek úgy gondolják, hogy a tengeraljazon lévő kábelek segítségével képesek lesznek a mélytengeri földrengéseket, a kisebb tektonikus mozgásokat és a víz nyomásváltozásait érzékelni, így ezek az elsősorban telekommunikációs vezetékek a szeizmológia mellett az oceanográfiában is fontos szerepet tölthetnek be.
Földrengető faj
Egyre többet és többet tudunk meg ennek a kiszámíthatatlan erőnek a mibenlétéről, azonban létezik a földrengéseknek egy olyan válfaja, amely nem is annyira kiszámíthatatlan, sőt… Egészen pontosan mesterségesen előállított. Persze nem szándékosan, hanem mellékhatásként. Furcsa csavar azonban a történetben, hogy ami miatt létrejön a földrengés, ugyanaz képes megfékezni is azt. A Lausanne-i Egyetem és a párizsi Ecole Normale Supérieure kutatói ugyanis kimutatták, hogy a kőzettestek között, nyomás alatt lévő folyadék jelenléte csökkentheti a föld alatti emberi tevékenység által kiváltott földrengések erősségét. Világszerte nagyjából százezer földrengést regisztrálnak minden évben, ám ezek közül nem mindegyik természetes folyamat eredménye. Néhány gyengébbet ugyanis az ember föld alatti munkálatai okoznak, melyet a szakemberek idegen szóval indukált szeizmicitásnak neveznek.
A kiváltott földrengések olyan ténykedések eredményei lehetnek, mint a bányászat, a gáz- és olajkitermelés, a mérgező hulladék vagy szén-dioxid tárolása, az alagutak és gátak építése. Egy másik potenciális és talán kevésbé ismert forrása az indukált szeizmicitásnak a geotermikus energiatermelés. Egy Bázel közelében lévő svájci erőmű például 2006-ban 3,4-es magnitúdójú földmozgást generált, míg 2013-ban egy másik telephely működése ugyancsak hasonló erősségű rengést váltott ki. A kutatók jelen tanulmányukban, amelyet szintén a Nature Communications folyóiratban publikáltak, a folyadékok szerepét vizsgálták a kiváltott földrengésekkel összefüggésben. A felfedezés rávilágított egy érdekes ellentmondásra: míg a természetes állapotában, nagy nyomás alatt jelenlévő víz korlátozója, addig a mesterségesen besajtolt víz kiváltó oka az emberi tevékenységből származó földrengéseknek. A Föld belső hőjéből kinyert geotermikus energia előállítási folyamata során ugyanis vizet pumpálnak a földkéregbe 2-4 kilométeres mélységbe. A felforrósodó vizet ezt követően gőz formájában nyerik vissza, melyet egy turbinába vezetve elektromos áramot állítanak elő. A besajtolt víz azonban a közeli töréseket szétfeszítve és tovább repesztve szeizmikus aktivitást okozhat. A tanulmány első számú szerzője, Mateo Acosta olyan szimulációkat végzett, amelyek reprodukálják a földrengéseket kiváltó körülményeket. Ezeket vizsgálta, hogy felmérje a különböző nyomású víz hatását a törésvonalakra. A vizsgálatok során különös figyelmet fordított a rengéshullámok terjedésére. Az egymásnak feszülő kőzetek súrlódása ugyanis jelentős hőmennyiséget generál, amely tovább táplálja a terjedési hatást. A hő egy része azonban elnyelődhet a környező kőzettestek által közrefogott víz hatására, ami jelentős mértékben függ a tárolt víz termodinamikai tulajdonságaitól. A vizsgálat rávilágított arra, hogy a mélyben, nyomás alatt lévő víz kritikus fontosságú a geotermikus energia hasznosításánál, így amikor szeizmológiai modelleket készítenek a leendő erőmű hatásainak vizsgálatára, ezt a tényt is figyelembe kell venni.
A földrengések tehát eredetüknél fogva a modern kor beköszöntével már korántsem nevezhetők teljes mértékben természetesnek. Érdekes párhuzam, hogy míg évszázadok óta próbáljuk megismerni és legyőzni a legyőzhetetlent, ezalatt az egyre növekvő energiaigényünket hajszolva épp magunk idézzük elő ezeket a folyamatokat.
A cikk a Természet Világa 2018. októberi (149. évf. 10. sz.) számában jelent meg.
