Європейські геологи виявили, що сила техногенних землетрусів, викликаних закачуванням у свердловини води, може зменшуватися при підвищенні тиску в рідині. До такого ефекту призводить перехід води в розломі в надкритичний стан, в результаті чого вона поглинає велику кількість тепла і не дає гірській породі плавитися. Цей механізм можна використовувати для управління сейсмічною активністю, викликаною роботою геотермальних електростанцій, пишуть вчені в.
Відомо, що рідина, яка потрапляє в розломи гірських порід під високим тиском природним чином або в результаті діяльності людини (наприклад при видобутку нафти методом гідророзриву пласта або в результаті роботи геотермальних електростанцій), може призводити до помітного посилення сейсмічної активності. Наприклад, нещодавно вченим вдалося довести, що потужний землетрус у Південній Кореї в 2017 році біля міста Пхохан (його магнітуда склала 5,4) було викликано саме закачуванням води в свердловину геотермальної електростанції. Трохи слабші аналогічні землетруси спостерігалися в 2006 і 2014 роках і в Європі.
Однак залежність потужності цих землетрусів від умов роботи станцій все ще залишається досить мало вивченою, в першу чергу - через недостатню кількість даних. Наприклад, для залежності сили землетрусів від тиску в рідині існували тільки теоретичні оцінки, експериментально ж їх вдавалося перевірити лише для окремих випадків, в яких умови були досить далекі від реальних. Більш повне дослідження в лабораторних умовах провели геологи зі Швейцарії, Великобританії та Франції під керівництвом Марі Віоле (Marie Violay) з Федеральної політехнічної школи Лозанни. Дослідники вивчили, як зміна тиску рідини в розломі впливає на механічні властивості гірської породи і потужність можливого землетрусу. У своєму експерименті вчені проводили вимірювання зрушення в невеликій моделі геологічного розлому в сухих умовах і при наявності в ньому води під низьким і високим тиском. Також вчені простежили за зміною мікроструктури породи в різних умовах.
Автори роботи відзначають, що, оскільки рух гірських порід в розломі один щодо одного під час землетрусу відбувається з досить великою швидкістю (до метра в секунду), то одним з найбільш важливих фактором, що впливає на силу землетрусу, виявляється розігрів, який відбувається в результаті тертя порід з двох сторін розлому. При цьому в сухому стані і при наявності в розломі рідини цей розігрів по-різному протікає.
Виявилося, що можливих механізмів розігріву в такій ситуації може бути два: при відносно невеликих зрушених швидкостях відбувається різкий розігрів породи (flash heating), який призводить до її локального плавлення, в результаті чого коефіцієнт тертя різко падає, а сила землетрусу збільшується. При більш високих швидкостях домінуючим стає інший механізм - створення надлишкового тиску за рахунок розігріву рідини (thermal pressurization), і як це позначається на силі землетрусу - до проведення експерименту було неясно. При цьому, на відміну від першого варіанту (який спостерігається в сухих умовах), другий механізм реалізується тільки при наявності в розломі води під досить великим тиском.
Результати лабораторного експерименту показали, що вода в цьому випадку переходить у надкритичний стан, в якому різниця між рідиною і газом стирається, і може поглинати дуже велику кількість тепла, що виділяється. Таким чином вона стає буфером для теплової енергії, що виділяється, не дає розплавитися гірській породі, і через це зменшує силу землетрусу.
Вчені показали, що сила землетрусу в присутності в розломі води виявляється дуже чутлива до її термодинамічних властивостей і тому сильно залежить від тиску, під яким ця рідина знаходиться. Перехід від режиму різкого розігріву до надкритичного стану відбувається при тиску від десяти до двадцяти мегапаскалів. Модельні експерименти проводилися при тисках в один мегапаскаль (це близько 10 атмосфер), при якому спостерігався режим, аналогічний сухому стану, і при тиску 25 мегапаскалів (близько 250 атмосфер), при якому плавлення зразків не спостерігалося.
За словами авторів роботи, максимальний ефект ослаблення землетрусів при високих тисках рідини повинен спостерігатися в земній корі на глибині від 2 до 5 кілометрів - саме такі свердловини використовуються зараз в геотермальних станціях. При цьому використовувані для закачування рідини тиску навіть більше тих, які розглядалися в експерименті - до 50 мегапаскалей. На більшій глибині (і при більш високих тисках) ефективність механізму буде падати.
Зазначимо, що зараз дослідження землетрусів проводиться не тільки за допомогою класичних підходів - теоретичного аналізу, на основі даних спостережень і в лабораторних експериментах. Все частіше вчені вдаються до більш сучасних методів, пов'язаних з використанням комп'ютерних технологій. Наприклад, зовсім недавно за допомогою методів машинного навчання геологам вдалося виявити циклічність у сейсмічній активності, викликаній роботою геотермальних електростанцій.