09. Dez. 2016

Stürme über den Great Plains in Oklahoma.

Oklahoma wird in absehbarer Zeit einen Spitzenplatz verlieren, auf den der Prärie- und Erdölstaat überhaupt nicht stolz ist. 2014 war er zum ersten Mal Erdbebenmeister der USA. Ein Risikomodell, das jetzt in "Science Advances" vorgestellt wurde, erfasst den Zusammenhang zwischen Beben und der Wassermenge, die die Erdöl- und Erdgasindustrie in den Untergrund einleitet. Die Wissenschaftler haben so abgeschätzt, wie lange die Beben noch anhalten, nachdem die Einleitungen drastisch reduziert wurden.

Ursache der regen Bebentätigkeit ist die Erdöl- und Erdgasindustrie, genauer, eine spezielle Betriebsart, die seit Beginn des 21. Jahrhunderts massiv ausgeweitet wurde. "Das Besondere bei der Ölförderung in Oklahoma ist, dass mit dem Öl auch sehr viel Wasser gefördert wird", erklärt Cornelius Langenbruch, der nach seiner Promotion an der Freien Universität Berlin an der kalifornischen Elite-Universität Stanford über induzierte Seismizität forscht, "man hat im Prinzip mehr Wasser als Öl gefördert und dieses Wasser durch Bohrungen in eine tiefe Gesteinsschicht zurückgepumpt." Seit 2009 erhöhte sich in dem bis dahin nahezu aseismischen Binnenstaat die Bebentätigkeit um fast das Tausendfache.

Im April 2016 verhängte die Aufsichtsbehörde schließlich eine drastische Reduktion der Pumpraten, zuvor hatte schon der trudelnde Ölpreis die Förderung schwächeln lassen. "Um einige Monate verzögert, können wir beobachten, dass die Erdbebenaktivität abnimmt", sagt Langenbruch. Seit 2015 hat die Zahl der Erdbeben von 60 bis 90 pro Monat um rund zwei Drittel abgenommen. "Im November dieses Jahres waren es nur 24 Beben", berichtet Langenbruch.

Der deutsche Geowissenschaftler und sein Chef Mark Zoback, Professor am Institut für Erd-, Energie- und Umweltwissenschaften in Stanford, haben jetzt ein Risikomodell erarbeitet, mit dem die Erdbebengefährdung abgeschätzt werden kann, die von den Abwassereinleitungen ausgeht. Danach wird sie sich erst in fünf bis zehn Jahren wieder normalisiert haben, und jedes starke Beben wird diesen Normalisierungsprozess verzögern. "Man kann diesen Prozess, der die Erdbeben auslöst, nicht einfach abschalten, selbst wenn man gar kein Wasser mehr in den Untergrund pumpt, wird es dauern, bis die Erdbeben komplett abgeklungen sind", sagt Langenbruch.

Beschädigtes Gebäude nach dem 5,6-Erdbeben in Prague, Oklahoma, vom 5. November 2011.
Bild: USGS
Traditionelle Ölförderstellen in Oklahoma.
Bild: Jean Beaufort
Bebenhäufigkeit in Nord-Zentraloklahoma.
Bild: Science Advances/Cornelius Langenbruch

Die Ölförderung hat in dem Midwest-Staat Tradition. 1859 wurde das erste Öl gefunden, im ersten Drittel des 20. Jahrhunderts war das Gebiet neben Kalifornien der Hauptölproduzent der Vereinigten Staaten und seit Beginn des 21. Jahrhunderts ist es ein Zentrum der Fracking-Industrie. Deren Boom hat - das steht inzwischen weitgehend unumstritten fest - zum drastischen Anstieg der Seismizität geführt. Denn die Förderbetriebe pumpten steigende Mengen von Abwasser in die Arbuckle-Formation, die tiefste Sedimentschicht, die sich unter weiten Teilen des Midwest-Staats erstreckt. Seit dem Jahr 2000 stiegen die Wassermengen in den beiden Hauptfördergebieten nordwestlich und nordöstlich von Oklahoma City kontinuierlich an und erreichten 2014 einen Höhepunkt mit fast 14 Millionen Kubikmetern im Monat. Dabei hat die Pumprate 2008 im nordöstlichen und 2012 im nordwestlichen Fördergebiet offenbar eine Schwelle überschritten. Die Wassermassen ließen in der Tiefe den Druck so stark steigen, dass noch tiefere Bruchzonen aus dem Tiefschlaf gerissen und aktiviert wurden.

Seit sich die Fördermengen reduziert haben, ist auch die Erdbebenfrequenz zurückgegangen, dennoch warnen Zoback und Langenbruch, dass die Gefahr selbst größerer Erdbeben mit Schadenspotenzial weiterhin hoch sei. "Für 2017 sagt unser Modell voraus, dass wir ungefähr 250 spürbare Erdbeben haben werden", sagt Langenbruch, "die Wahrscheinlichkeit, dass es dabei ein Erdbeben mit einer Magnitude von größer als 5 gibt, liegt bei 40 Prozent." Ab einer Magnitude 5 muss mit Gebäudeschäden gerechnet werden. Die Tücken der Probabilistik haben die Oklahomians bereits in diesem Jahr zu spüren bekommen. In der Kleinstadt Pawnee, die zwischen Oklahoma City und dem größten amerikanischen Ölspeicher in Cushings liegt, bebte die Erde im September mit einer Magnitude von 5,8. Es war das größte in Oklahoma je registrierte Beben, das Stanford-Risikomodell hatte dafür eine Eintrittswahrscheinlichkeit von knapp acht Prozent errechnet. Mit schweren Erschütterungen muss daher weiterhin gerechnet werden.