Il 15 novembre 2017, un terremoto di magnitudo 5.5 ha colpito Pohang, citta di mezzo milione di abitanti della Corea del Sud. 135 persone sono rimaste ferite e altre 1.700 sono state risistemate in alloggi d’emergenza. Sono stati danneggiati migliaia di edifici per un costo di 75 milioni di dollari. Un’intera città era rimasta sotto shock: le immagini della forte scossa mostravano le persone fuggire dagli edifici mentre i muri crollavano dietro di loro. Una fortuna che non ci siano state vittime. Ma questo terremoto non è stato uno spaventoso evento naturale. È stato, invece, avviato dall’uomo.
È questa la conclusione di un team di esperti che ha cercato di capire cosa ha causato l’evento di Pohang. E poiché era stato avviato un progetto di perforazioni geotermiche nelle vicinanze, c’era un grande quesito a cui dare risposta: chi è stato? Gli umani o la natura? Per scoprire se era stata l’attività industriale ad innescare il terremoto, i sudcoreani si sono rivolti ad una nuova generazione di sismologi: i detective di terremoti. Questi esperti hanno combinato le registrazioni sismiche e i dati industriali per vedere se la scossa fosse stata naturale o no. Nonostante il compito sia tutt’altro che facile, questi scienziati stanno proponendo metodi sempre più sicuri per identificare i “colpevoli”.
Con le trivellazioni e le fratturazioni che continuano a crescere nel mondo, i terremoti antropogenici (ossia indotti dall’uomo) sono diventati una preoccupazione sempre più comune. Ogni anno, vengono perforati circa 100.000 pozzi petroliferi e l’uso dell’energia geotermica, che a volte prevede l’iniezione di fluidi nelle rocce calde per creare vapore, potrebbe aumentare di 6 volte entro il 2050. Rimuovendo grandi quantità di combustibili fossili o inondando di liquidi le rocce fratturate, è possibile sconvolgere l’equilibrio delle sollecitazioni sottostanti e innescare un terremoto. Su scala geologica, il materiale presente al di sotto dei nostri piedi è tutt’altro che solido: è pieno di piani mutevoli di materiale di varia densità. Ci sono faglie e fratture, spesso con strisce di fluidi che le attraversano. Ci sono sedimenti, argille e substrati rocciosi, per non parlare poi delle gigantesche placche tettoniche che si scontrano l’una contro l’altra o che si dividono.
La posta in gioco per gli esperti era molto alta. Sapevano fin dall’inizio che classificare il terremoto di Pohang come indotto dall’uomo sarebbe stata una grande sfida. I terremoti sono misurati sulla scala Richter, che è logaritmica, quindi un aumento di un punto significa un aumento di 10 volte dell’intensità. Un terremoto di circa 3 sulla scala Richter verrebbe avvertito dagli abitanti e di 4 sarebbe in grado di far cadere gli oggetti dalle mensole. Un evento di magnitudo 5.5 o maggiore causato dall’attività umana è molto raro e sebbene sia ancora considerato moderato, sarebbe sufficiente a danneggiare gli edifici. Il giorno dopo la scossa a Pohang, NexGeo, la compagnia che gestiva l’impianto geotermico, ha negato di aver avuto qualsiasi responsabilità nell’evento, ma quando gli esperti hanno iniziato ad indagare, è emersa tutta un’altra storia.
Credit: Rob Viesca e Pathikrit Bahattacharya, Tufts University
Il team internazionale ha considerato i dati sismici dell’area e le informazioni di NexGeo, che ha collaborato alle indagini, sull’attività di perforazione. Gli impianti geotermici funzionano utilizzando il calore del suolo per generare elettricità. Ci sono vari modi per farlo. Alcuni, per esempio, utilizzano il calore rilasciato direttamente dalle riserve geotermiche. In altri casi, la roccia potrebbe essere calda ma potrebbe non esserci abbastanza fluido da portare il calore in superficie sotto forma di vapore. Per fratturare la roccia e rilasciare il calore, NexGeo ha deciso di iniettare dei fluidi nel suolo. Ma prima di arrivare a questa fase, è stato necessario trivellare in profondità nel suolo. È proprio durante questo processo che qualcosa è andato storto. Quando la roccia sotterranea viene perforata, si distrugge in minuscole particelle e deve essere rimossa. Questo viene realizzato scaricando un fluido relativamente denso attraverso il centro della trivella, che poi esce dal fondo e lava via la roccia polverizzata intorno alla trivella fino alla superficie.
Le trivelle coreane però hanno colpito inaspettatamente un’area di roccia fratturata a circa 3,8km di profondità. Invece che fluire verso l’alto, una grande quantità di fango si è insinuata in quelle fratture e questo ha aumentato la pressione in quell’area. “Per qualche ragione, c’è stato un percorso che ha permesso al fluido di uscire dal foro”, ha spiegato Bill Ellsworth, del Center for Induced and Triggered Seismicity della Stanford University, che ha fatto parte del team internazionale che ha indagato sul terremoto di Pohang. Scaricando ulteriore fluido, le trivelle hanno fissato il foro, ma l’enorme pressione che ne è conseguita ha causato quello che non si voleva, ossia sismicità. “Ha innescato alcuni eventi molto piccoli, eventi che erano così piccoli da non essere notati allora”, ha aggiunto Ellsworth.
Quello che il team non sembrava aver realizzato allora, ma che è stato poi dimostrato dall’analisi spaziale di questi mini terremoti, era che le trivellazioni avevano attraversato una linea di faglia, ossia il confine sotterraneo in cui si incontrano due piani di terra. Lungo queste faglie possono avvenire movimenti di terra, che a loro volta causano terremoti. Idealmente, le linee di faglia in aree soggette a trivellazioni o iniezioni di fluidi sono note e solitamente vengono evitate. In questo caso, in parte perché non c’erano indicazioni di una linea di faglia in superficie, il team sudcoreano non aveva idea di dove stava andando a scavare. “È stato molto sfortunato. Questa faglia era quella che definiamo come criticamente sollecitata: solo un piccolo cambiamento nelle condizioni potrebbe causare il movimento della faglia, che è quello che è successo alla fine”, ha spiegato Ellsworth. Quei primi terremoti minori, trascurati all’epoca, erano un segno che qualcosa non stava andando bene: solo poche settimane dopo, si è verificato il terremoto di magnitudo 5.5.
I dati raccolti da Ellsworth e colleghi li hanno convinti che l’evento è stato indotto dall’uomo. I risultati sono stati accettati dal governo sudcoreano, che ha dichiarato che smantellerà l’impianto geotermico. Ma il team dell’impianto avrebbe potuto notare la prima sismicità e fermarsi giusto in tempo? È possibile, secondo Ellsworth, ma si affidavano ad un sistema relativamente semplice per giudicare se la trivellazione era sicura. Questo includeva monitorare la sismicità e smettere di perforare solo se si raggiungeva una certa magnitudo. Ellsworth ha sottolineato che in questo caso, la magnitudo di questi mini terremoti era davvero piccola, ma la zona in cui si sono verificati svela la presenza di una faglia. Questo tipo di analisi più completa, in teoria, avrebbe potuto allertare gli operatori dell’impianto sulla gravità della situazione.
Il caso dell’Inghilterra
Nel sud dell’Inghilterra, uno scienziato si è trovato coinvolto in un altro caso da detective di terremoti, che coinvolgeva un’operazione di estrazione del petrolio nelle campagne di Surrey. Stephen Hicks è un sismologo dell’Imperial College London che si è ritrovato a guidare le indagini locali per scoprire la causa di una serie di piccoli terremoti nell’area, qualcosa a cui Surrey, con le sue dolci colline e il mormorio dei suoi torrenti, non è abituata. Ma il 27 febbraio, l’area è stata colpita da un terremoto di magnitudo 3.1 nelle prime ore del mattino. È stato il più forte registrato finora e sebbene non enormemente devastante, è stato un evento insolito. Il Regno Unito registra 2 o 3 all’anno di questi terremoti.
Poiché un’azienda, chiamata UK Oil and Gas (UKOG) stava estraendo del petrolio nelle vicinanze, molti residenti locali erano preoccupati che l’attività stesse disturbando antiche linee di faglia e causando i terremoti. Attraverso un kit del British Geological Survey di circa 10.000 sterline, Hicks e colleghi hanno iniziato a monitorare i segnali dall’estate del 2018, ma a differenza di Pohang, qui non sembrano esserci prove schiaccianti. Quasi tutti e 90 i terremoti che Hicks ha rilevato negli ultimi 8 mesi hanno magnitudo inferiore a 1 e si verificano ad una profondità abbastanza superficiale di circa 2,5 km. Ma non così superficiale come le trivellazioni, che avvengono a circa 700-800m. Inoltre, le scosse erano distribuite intorno all’area e non raggruppate vicino al sito di perforazione. “Crediamo che sia una coincidenza. Lo sciame di terremoti sembra casuale”, ha spiegato Hicks.
In questo caso, il meccanismo sismico è trascorrente, ossia piani di terra si muovono l’uno accanto all’altro. E sebbene Hicks non creda che siano indotti dall’uomo, questi terremoti rimangono interessanti perché scosse come queste ad una profondità così superficiale non vengono registrati solitamente con una risoluzione così alta nel Regno Unito. Per il momento, la conclusione degli esperti è che i terremoti siano naturali. “In generale, non abbiamo trovato indicatori nei parametri sismici che suggeriscano fortemente una fonte indotta”, hanno scritto nei risultati della loro indagine.
Trivellazioni e terremoti
La preoccupazione pubblica sul fatto che le scosse di terremoto possano essere prodotte dall’uomo sta diventando sempre più comune nel mondo, soprattutto quando le trivellazioni o l’attività geotermica si verificano nello stesso posto dei terremoti. La risoluzione del monitoraggio sismico è migliorata molto. Le società di trivellazione oggi possono utilizzare reti di ascolto altamente sensibili che sentono “ogni schiocco e ogni crepa”, secondo James Verdon dell’University of Bristol: “Questo ci dà migliaia o persino centinaia di migliaia di punti di dati con cui realizzare una valutazione molto più dettagliata del pericolo sismico”.
Una relazione pubblicata quest’anno ha descritto come il monitoraggio microsismico abbia aiutato a mantenere al minimo la sismicità indotta dai fluidi in un progetto geotermico in Finlandia. In quel caso, il team ha ascoltato attentamente la sismicità su piccola scala, che a sua volta ha fatto abbassare occasionalmente il tasso di iniezione del fluido o aspettare per periodi più lunghi tra i pompaggi. Gli autori della relazione credono che questo abbia tenuto a bada qualsiasi scossa più seria.
Per molti, sarà sempre inaccettabile l’idea di trivellare nei pressi di aree popolate, temendo che le potenziali conseguenze siano troppo grandi, anche se la probabilità di scatenare un grande terremoto rimane bassa. Questi detective dei terremoti, in teoria, possono aiutare a valutare la situazione mentre le trivellazioni sono già in corso, lanciando l’allarme se le operazioni diventano pericolose, prima che sia troppo tardi.
