Esplorazione e terremoti

terremoto-emilia-petrolio-cavoneDa qualche tempo alcuni movimenti popolari ed organizzazioni territoriali hanno manifestato preoccupazione che i terremoti possano essere provocati dalle attività di estrazione di idrocarburi nei pressi di zone sismiche. In particolare, dopo il terremoto dell’Emilia del maggio 2012, molti si sono scatenati contro le attività estrattive della zona, additandole come possibili cause del terremoto che aveva provocato ingenti danni e diverse vittime. Normalmente un geologo rimane molto perplesso di fronte a queste idee e soprattutto non riesce ad immaginare come si possa accusare attività così superficiali di aver provocato crolli di edifici e strutture che erano state costruite senza rispettare i dovuti criteri sismici. Il dato di fatto più triste è che terremoti della stessa entità di quello dell’Emilia del 2012, ma anche di quello dell’Aquila del 2006, non avrebbero neanche fatto notizia in altri luoghi del pianeta dove, conoscendo bene la sismicità del territorio, si costruisce in modo che le strutture resistano. E la sismicità del territorio è ben nota anche da noi. Solo che basta un terremoto tutto sommato “piccolo” a creare tragedie, quando nel resto del mondo industrializzato questi terremoti a stento si notano. Ma qui non si parla di aver costruito male. No. Sono stati i “petrolieri”…

Dopo gli eventi sismici del 2012,  la Regione Emilia Romagna ha ritenuto di assegnare a commissioni di esperti indagini sui possibili effetti delle attività estrattive sulla sismicità locale. Un geologo è abituato a pensare ai terremoti come fenomeni naturali, presenti anche nella Pianura Padana da ben prima dell’uomo, figuriamoci delle sue attività. Posso si può facilmente immaginare come il cittadino medio (e non), specialmente in Italia poco erudito in fatto di materie scientifiche, possa facilmente impressionarsi nel pensare che qualcuno si metta a perforare su una faglia che potrebbe scattare violentemente da un momento all’altro. Il cittadino medio, purtroppo, cosa sia una faglia non lo sa, non sa nemmeno cosa sia davvero un terremoto, ma neanche un giacimento di idrocarburi o un acquifero e tanto meno cosa sia un pozzo per la ricerca di idrocarburi, tanto che questi vengono normalmente chiamati “trivelle”…

trivella-elicoidale oilwell
Trova le differenze:
Trivella Pozzo per idrocarburi
Nota: Anche i geologi degli idrocarburi sono No Triv – mai sognerebbero di andare a cercare idrocarburi con una trivella!

platesCominciamo dal terremoto. La superficie del nostro pianeta è formata da numerose placche che si muovono l’una rispetto all’altra “galleggiando” (si fa per dire) su un materiale che normalmente ci sembrerebbe solido, ma per movimenti molto lenti, paragonabili alla crescita delle unghie, può comportarsi in modo fluido, esattamente come se fosse acqua su cui galleggi del ghiaccio o del legno. E’ inevitabile che l’interazione lungo i margini delle placche, degli enormi, incommensurabili ammassi di rocce, un po’ di “rumore” lo faccia: ed ecco vulcani e terremoti (e spesso catene montuose). Un terremoto avviene quando una roccia si spacca e una parte scorre sull’altra lungo un piano di scorrimento che noi geologi chiamiamo faglia. Sono i movimenti delle placche a causare lungo i loro margini le deformazioni che portano alla rottura delle rocce di cui sono fatte. E’ un fenomeno naturale che coinvolge forze inimmaginabili. Personalmente non mi è mai passato per la testa che un piccolo pozzo petrolifero o a gas potesse fare a queste masse poco più che un solletico. Lo spessore di una placca litosferica si aggira attorno ai 100-200 km; l’attività estrattiva perfora fino a migliaia, ma non decine di migliaia di metri di profondità. I pozzi più profondi mai perforati superano di poco i 12 km e si contano sulle dita di una mano.

libro-su-pianoCosa succede quando si muove una faglia? Immaginate un libro su un tavolo. Se voglio spostarlo facendolo scorrere lungo la superficie del tavolo mi basta spingerlo un po’ orizzontalmente. Se pensiamo alla superficie di contatto tra tavolo e libro come ad una faglia, dobbiamo tenere conto che essa è sepolta in profondità e quindi c’è anche un peso su di essa non indifferente. Proviamo a immaginare di spingere con un dito in verticale sul libro: nessun movimento, ovviamente; ma se inclinassi il dito progressivamente, ad un certo punto riuscirei a farlo scivolare sul tavolo perché la forza che prima era solo verticale ha acquisito via via anche una componente orizzontale (figura a lato). Il libro riesce a muoversi quando il rapporto tra la forza verticale e quella orizzontale è quello giusto, quello che fa superare l’attrito tra libro e tavolo e lo fa muovere. Il fatto è espresso dalla formula

τ = tan Φ(σn – P)

Dove τ è la componente della forza parallela al tavolo (detto sforzo di taglio) e σn è la componente verticale; Φ indica l’angolo di inclinazione della spinta che stiamo esercitando e P è la pressione dei fluidi (n natura ci sono spesso anche i fluidi nella roccia). Di solito si tratta di acqua, ma a volte anche di olio e/o gas, derivati dalla decomposizione della materia organica contenuta nei sedimenti che si depositavano, poi trasformatisi in roccia. I fluidi occupano i pori della roccia, esattamente come fa una spugna imbevuta di un qualunque liquido. Così è per gli acquiferi e per i giacimenti di idrocarburi: nessun lago sepolto, nessuna caverna inondata, nessuna cavità riempita di gas come fosse una bombola: solo volumi di roccia impregnati.

Torniamo al tavolo sul libro: se ci fosse acqua, o meglio ancora olio, sulla superficie di contatto (come spesso accade in natura), lo scorrimento sarebbe molto più facile. Questa potrebbe essere l’idea di una situazione naturale di un giacimento di petrolio in una roccia attraversata da una faglia attiva. Quando arriva l’uomo con il suo pozzo (non certo con una trivella) ad estrarre il petrolio, non fa altro che rendere più difficile il movimento lungo la faglia (come se asciugassimo il tavolo con sopra il libro). Non significa che il prossimo terremoto è stato evitato, ma che è stato solo ritardato. Sembra assurdo, ma basta leggere la formula per capire come le attività estrattive (che diminuiscono P) possano stabilizzare le faglie, non farle scatenare prima. Agiscono come “ritardante”. In pratica, estraendo fluidi il valore di P nella formula diminuisce, facendo crescere il suo risultato τ, che è lo sforzo parallelo al piano necessario a farlo muovere.

fault

Faglia

Diverso è se invece i fluidi vengono iniettati nel sottosuolo. Di solito questo si fa in giacimenti di idrocarburi che sono già stati sfruttati. Il fluido iniettato va ad occupare i pori di roccia lasciati liberi, svuotati dopo l’estrazione. La prima cosa che va precisata è che non si fa altro che riportare la situazione alle condizioni di pressione naturali precedenti l’attività estrattiva. E’ stato dimostrato che in alcuni casi queste attività hanno causato od innescato terremoti, sebbene di entità non distruttiva; iniettando fluidi si aumenta il valore di P nella formula, abbassando così la τ necessaria allo scorrimento. Altra cosa da precisare è che in questi casi si era trattato di volumi davvero ingenti, di grandezza tale da farli risaltare rispetto alle attività di iniezione, diciamo così, “normali”. Negli USA ciò ha causato scalpore e non pochi guai, comprese alcune cause legali. Va ulteriormente precisato che questi eventi si sono verificati soltanto nei casi in cui il volume di fluidi iniettati era considerevolmente maggiore rispetto a quello estratto in precedenza: la situazione non era come quella naturale, precedente le estrazioni; le nuove pressioni erano molto più alte. E’ stato dimostrato che per innescare così un terremoto bisogna eccedere di una certa percentuale le pressioni che c’erano originariamente prima dell’attività estrattiva, non basta tornare alla situazione di partenza.

Quindi, le attività estrattive ritardano i terremoti stabilizzando le faglie; quelle di iniezione possono innescare terremoti, anticipandoli, ma solo se “si esagera” con i volumi re-iniettati, aumentando le pressioni dei fluidi ben più dello stato naturale di prima delle estrazioni.

Nello specifico, per il terremoto dell’Emilia del 2012, si è andati a scomodare ricercatori e professori di università americane quali Harvard e MIT, individuando i maggiori esperti in materia. Quelli di cui sopra sono i concetti da loro evidenziati. Tra l’altro, le attività di iniezione fluidi nei pozzi “vicini” alla zona epicentrale (10-20 km) coinvolgevano volumi ben inferiori a quelli dei ben noti casi americani di induzione di terremoti dimostrata (18 mila contro 500 mila metri cubi di fluidi, ad esempio – tanto per farvi un’idea delle dimensioni). Il terremoto dell’Emilia è iniziato con una scossa principale il 20 maggio 2012 di magnitudo Richter M 6,0. Sono seguite le consuete repliche finché il 29 maggio c’è stata un’altra forte scossa, magnitudo M 5,8: è stato dimostrato che si trattava di un altro terremoto (avvenuto su una faglia diversa), innescato dal precedente e dalle sue repliche. La variazione di pressione che ha innescato il secondo evento è stata calcolata attorno ai 6 bar. Le variazioni di pressione che gli studiosi hanno calcolato nelle zone epicentrali causate dalle attività presso i pozzi vicini sono risultate variabili tra 5 millibar e meno di un millibar, cioè inferiori a quelle causate dalle maree (l’attrazione gravitazionale della Luna si sente anche sulla crosta, non solo sui mari) e dalle variazioni meteorologiche di pressione atmosferica!

Un geologo è abbastanza familiare con i concetti relativi ai fenomeni sismici, ma leggere questo studio può far capire diverse cose. Anche se una formazione scientifica di base può far storcere il naso quando si parla di relazioni tra terremoti ed attività umane, la pubblicazione di questo lavoro, accessibile a chiunque qui, può comunque aprire la mente su queste possibilità, sebbene solo in casi, diciamo così, estremi.