Ublažitev in odprava učinkov podnebnih sprememb je najpomembnejši znanstveni izziv, s katerim se sooča človeštvo. Sekvestracija ogljika opisuje vrsto tehnologij s potencialom za zmanjšanje koncentracije ogljikovega dioksida (CO2) v atmosferi. Večina teh shem vključuje skladiščenje plina pod zemljo, vendar to ni brez tveganja in znanstvenike skrbi, da bi podzemno skladiščenje lahko povzročilo povečano seizmično aktivnost (pojav, znan kot "inducirana seizmičnost").
Zdaj so raziskovalci v ZDA in Švici preučevali mikroseizmičnost, majhne seizmične dogodke, ki jih povzroči vbrizgavanje ogljika v gostiteljsko kamnino, pri projektu Illinois Basin Decatur (IBDP) na srednjem zahodu ZDA. V letih 2011–2014 je IBDP vbrizgal milijon ton CO2 v podzemni rezervoar tik nad riolitnim kristalnim bazenom. Nikita Bondarenko in Roman Makhnenko na Univerzi v Illinoisu in Jurij Podladčikov na Univerzi v Lausanni so uporabili kombinacijo terenskih opazovanj in računalniških simulacij, da bi pokazali, kako je mikroseizmičnost na IBDP zelo odvisna od mikroskopske strukture gostiteljske kamnine.
Mohrov krog
Temelj raziskovalčevega pristopa je koncept, imenovan »Mohrov krog«, ki opisuje graf, ki ga je mogoče narisati, da prikaže tenzor napetosti. Mohrove kroge, ki so sestavni del številnih geoinženirskih prizadevanj, je mogoče narisati za opis odziva tal, mineralov in drugih geofizičnih materialov na obremenitve v več smereh. Cilj raziskovalcev je bil razviti globlje razumevanje lokalne mikroseizmičnosti, pri čemer so upoštevali le dogodke z magnitudo 2.0 ali manj po Richterjevi lestvici med vbrizgavanjem CO2 v kamninski rezervoar IBDP.
Da bi dopolnili svoje izračune Mohrovega kroga, je skupina preučila, kako CO2 se obnaša kot tekočina in zapolni razpoke in pore gostiteljske kamnine. Njihovi rezultati iz opazovanja seizmične aktivnosti IBDP kažejo, da je vbrizgavanje CO2 v "kristalno klet" (kamninska plast pod nanosom sedimenta) lahko poslabša obstoječe razpoke in napake ter tako destabilizira bazen. Poleg tega lahko pride do razpok, ki jih povzroči vbrizgavanje, v togi plasti neposredno nad kristalno osnovo, znani tudi kot »toga kompetentna plast«.
Pri IBDP, CO2 je vbrizgan v spodnjo enoto peščenjaka Mt. Simon znotraj stratigrafije bazena Illinois (glej sliko). Zaradi prisotnosti intraformacijskih tesnil (neprepustnih mineralnih žil v kamnini) v kompleksu Mt. Simon je vbrizgani CO2 vpliva na prelome v kristalni podlagi pod rezervoarjem, kar omogoča reaktivacijo vseh prelomnih struktur, ki so ugodno usmerjene.
Poroelastičen učinek
Še en pojav, ki ga je treba obravnavati med CO2 vbrizgavanje je pororoelastičen učinek, ki je povezan s pornim tlakom in mehanskimi obremenitvami. Ta del študije se je osredotočil na peščenjak Argenta in predkambrijski riolit iz vrtine TR McMillen #2, ki je 25 km jugozahodno od mesta vbrizgavanja IBDP. Cilj je bil izmeriti poromehanske lastnosti mesta. Jedra peščenjaka Argenta in predkambrijskega riolita so bila izkopana v globini 1900–2000 m.
Znano je, da ima predkambrijski riolit, kristalna temeljna kamnina, zlome, ki omogočajo notranjo migracijo tekočine, s čimer oslabijo kamnino in znižajo njen modul elastičnosti. Nepoškodovani ali heterogeni vzorci so bili pridobljeni z laboratorijskimi poskusi na vzorcu z velikostjo reda 10-100 mm. Meritve, dobljene na tej majhni lestvici, so bile nato izvedene skozi "popolnoma povezano hidromehansko numerično kodo" ekipe, ki temelji na naboru parcialnih derivatov Biotovih enačb za tekočino v porah in obnašanje, da bi modelirali seizmičnost, ki jo povzroča CO2 injekcijo na IBDP.
Numerično modeliranje
Čiščenje ogljika
Poleg laboratorijskih meritev je bilo opravljenih nekaj numeričnih modelov, da bi povezali stratigrafijo peščenjaka in riolita z mikroseizmičnostjo, ki se dogaja na mestu vbrizgavanja. Rezultati seizmičnih raziskav, ki jih je izvedel Geološki zavod države Illinois, kažejo nekaj neenakomerne sedimentacije v stratigrafskih plasteh pod IBDP, kar bi lahko povzročilo spremembo napetosti v kamnini. Poleg tega je bila izmerjena trdnost kamnine in primerjava kota trenja s tangento na Mohrov krog je raziskovalcem omogočila razumevanje praga za razpoke, ki jih povzroča vbrizgavanje, in razpad kamnine. Skratka, sklepajo, da je vbrizgavanje CO2 ni verjetno, da bo povzročilo znatno seizmično aktivnost.
Raziskovalci opisujejo svoje rezultate v Znanstvena poročila, in glavna ugotovitev njihovega prispevka je, da je seizmičnost zelo kompleksen pojav. Lokalne stratigrafske značilnosti otežujejo analizo seizmičnosti, ki jo povzroči vbrizgavanje. Zaradi tega mesta vbrizgavanja IBDP ni mogoče učinkovito opisati z enim samim Mohrovim krogom, niti mikroseizmičnega odziva ni mogoče pojasniti samo s spremembami pornega tlaka. Hidromehansko sklopitev, dvofazni tok, stratigrafske učinke in temperaturo je treba obravnavati kot del širše slike profila seizmičnosti IBDP. Dejansko je treba storiti več, da bi potrebo po sekvestraciji ogljika uskladili z nadaljnjo razširjenostjo industrije; seizmičnost pomeni varnostno nevarnost, ki vpliva na dojemanje ljudi o ukrepih za skladiščenje ogljika. Dokler ne dosežemo boljšega razumevanja seizmičnosti, povzročene z vbrizgavanjem ogljika, je ublažitev nevarnosti najboljši način ukrepanja.
