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Erdbeben durch Fracking? : Abwasser lässt die Erde zittern

  • -Aktualisiert am

Die Einspeisung von Abwasser in tiefe Brunnen in Oklahoma hinterlässt deutliche Spuren. Bild: Getty

Die umstrittene Öl- und Gasgewinnung durch Fracking ist nicht der Grund für die vermehrten Beben in Texas und Oklahoma, sondern die Einspeisung von Abwasser in tiefe Brunnen.

          Der rasante Anstieg spürbarer Erdbeben in den amerikanischen Bundesstaaten Texas und Oklahoma ist nicht - wie gemeinhin angenommen - auf das Fracking von Öl- und Gaslagerstätten zurückzuführen. Vielmehr werden die Erdbeben durch die vermehrte Einspeisung von Abwasser in tiefe Brunnen ausgelöst. Das zeigen immer mehr geophysikalische Untersuchungen. Das brackige und mit Rückständen aus Ölfeldern verschmutzte Wasser stammt dabei hauptsächlich aus konventionellen Lagerstätten von Kohlenwasserstoffen und wird bei der Ölförderung abgeschieden. Wissenschaftler von der Stanford University haben nun für drei Fördergebiete in Oklahoma einen direkten Zusammenhang zwischen der Zahl der Erdbeben und der Menge des Wassers festgestellt, das in die mehr als drei Kilometer tiefen Brunnen gepumpt wird.

          Bis vor etwa sieben Jahren galt das große Gebiet östlich der amerikanischen Rocky Mountains als weitgehend frei von Erdbeben. So traten im Bundesstaat Oklahoma im hundertjährigen Mittel pro Jahrzehnt höchstens ein bis zwei Beben der Magnitude 4 auf. Im vergangenen Jahr ereigneten sich dort aber allein 24 Erdbeben, die diese Stärke erreichten oder sogar überschritten. Damit überholte Oklahoma erstmals Kalifornien als „erdbebenreichster“ amerikanischer Bundesstaat. Weil Erdbeben dieser Stärke deutlich zu spüren sind und - wie im Fall des Bebens der Stärke 5,6 im November 2011 in der Nähe von Oklahoma City - auch zu Schäden führen können, haben Forscher des Geologischen Dienstes der Vereinigten Staaten (USGS) kürzlich eine neue seismische Risikokarte Amerikas veröffentlicht. Darin sind nun weite Teile Oklahomas und einige Gegenden in Texas als gefährdet eingestuft.

          Fracking erzeugt nur harmlose Mikrobeben

          Unklar war bisher aber, wie es zu dem geotektonisch nicht erklärbaren rasanten Anstieg der Erdbeben in diesen Bundesstaaten gekommen ist. Immer wieder wurden die Erdbeben mit dem hydraulischen Aufbrechen erdgashaltiger Schieferschichten, dem sogenannten Fracking, in Verbindung gebracht. Aber bereits vor zwei Jahren schrieb der USGS-Seismologe Bill Ellsworth in der Zeitschrift „Science“, dass in Amerika in den vergangenen Jahren in mehr als 100.000 Bohrlöchern gefrackt wurde, dabei aber nur Mikroerdbeben ausgelöst wurden. Diese wurden an der Erdoberfläche - wenn überhaupt - von nur wenigen Menschen wahrgenommen.

          Zum Fracking werden Tausende Kubikmeter Wasser unter hohem Druck in die Bohrlöcher gepumpt. Das Wasser bricht das Gestein auf und schafft damit Wege, durch die das darin enthaltene Erdgas ins Bohrloch wandern und dort gefördert werden kann. Dabei gelangt auch ein großer Teil des zum Fracking genutzten Wassers wieder an die Erdoberfläche. Weil es Chemikalien und aus den Lagerstätten gelöste Minerale enthält, kann dieses Wasser nicht auf konventionellem Weg entsorgt werden. Manche Bohrfirmen haben kürzlich damit begonnen, es wieder in benachbarten Ölfeldern zu verwenden. In den meisten Fällen aber wird das Abwasser durch sogenannte Injektionsbohrungen in tiefe Gesteinsschichten gepumpt und verbleibt dort. Nach Informationen des amerikanischen Energieministeriums gibt es in Amerika mehr als hunderttausend solcher tiefen Injektionsbohrungen, und die wenigsten haben bisher einen Anstieg der Erdbebentätigkeit gezeigt.

          Das gilt aber nicht für jene drei ölreichen Gegenden in Oklahoma, in denen sich das Gros der ungewöhnlichen Erdbeben ereignet. Die Forscher um Mark Zoback haben nun die Pumpraten in den größten Injektionsbohrungen in diesen drei Förderbezirken in den vergangenen Jahrzehnten analysiert und mit der Zahl der dort auftretenden Erdbeben verglichen. Dabei ergab sich ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Menge an eingepumptem Wasser und der Zahl und der Stärke der Erdbeben. Die Erdstöße häuften sich, wenn besonders viel Wasser gepumpt wurde.

          Gestörtes geologische Gleichgewicht

          Die untersuchten Injektionsbohrungen reichen mehr als drei Kilometer tief bis in die weit unterhalb der gashaltigen Schieferschichten liegende, aus metamorphem Gestein bestehende Arbuckle-Schicht. Sie befindet sich unmittelbar oberhalb des kristallinen Grundgebirges und ist deshalb auch hydraulisch mit den dortigen granitischen Schichten verbunden. Wie nahezu jedes andere Gestein enthält auch die Arbuckle-Schicht in ihren Poren geringe Mengen an Wasser, dessen Druck normalerweise mit dem umgebenden Gebirgsdruck im statischen Gleichgewicht steht. Wie Zoback und seine Kollegen in der Online-Zeitschrift „Science Advances“ berichten, führt die Wassereinspeisung aber zu einem Anstieg des Porendrucks in der Arbuckle-Schicht und bringt damit dieses Gleichgewicht aus dem Lot. Als Folge können alte, längst nicht mehr aktive Verwerfungen im Grundgebirge aktiviert werden und Erdbeben erzeugen.

          Offenbar werden Erdbeben nur dann ausgelöst, wenn die Druckveränderungen, die durch die Einspeisung ausgelöst werden, bis in das kristalline Grundgebirge reichen. Denn nur dort gibt es die alten Verwerfungen, die bei Druckvariationen aufplatzen können. In den darüberliegenden Sedimentschichten ist das nicht der Fall. Das erklärt nach Meinung von Zoback, warum nur einige der vielen Injektionsbohrungen Erdbeben erzeugen, die meisten anderen dagegen nicht. Diese „unproblematischen“ Bohrlöcher reichen nämlich nicht bis in das Grundgebirge.

          Zoback hat ebenfalls untersucht, wie groß der Anteil des beim Fracking produzierten Abwassers an der Menge an eingespeistem Wasser ist. Das Ergebnis war überraschend, denn der mit 95 Prozent weitaus größte Teil des Abwassers stammt aus konventionellen Öl- und Gasfeldern. In den meisten dieser Lagerstätten sind nämlich auch große Mengen Wasser enthalten, die nach der Förderung von den Kohlenwasserstoffen abgeschieden werden und entsorgt werden müssen. Wenn überhaupt, haben das Fracking und seine Folgen einen nur geringen Einfluss auf die „induzierten“ Erdbeben in Oklahoma und Texas.

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