Fracking: Als Sweetheart die Erde zum Beben brachte

von Magdalena Klemun / 13.04.2015

Messen lässt sich der Druck nur unter der Erde. Spürbar ist er für Oklahomas Ölindustrie allerdings auch überirdisch. Tendenz: steigend. Die wachsende Zahl von Erdbeben in dem südlichen US-Bundesstaat (siehe Grafik unten) wird von mehreren wissenschaftlichen Studien mit der Injektion von Fracking-Abwasser unter Hochdruck in Verbindung gebracht.

Neu ist das nicht, doch die ersten Klagen betroffener Hausbesitzer entwickeln sich nun zur Belastungsprobe für Ölfirmen und Behörden. Während die seismische Aktivität des Großteils der rund 10.000 Entsorgungsbrunnen in Oklahoma als harmlos gilt, wurden Warnungen rund um die vier größten Wasserspeicher (zärtlich benannt etwa als Sweetheart und Flower Power) bislang ignoriert. Dass der Präsident der mitverantwortlichen University of Oklahoma gleichzeitig im Aufsichtsrat einer betroffenen Ölfirma sitzt, wie etwa die New York Times berichtet, ist nur eine Facette vom „Fall Oklahoma“.

Was ist hier passiert?

2014 hat Oklahoma mit 424 Erdbeben mit einer Stärke größer als 3 sogar den Bundestaat Kalifornien überholt. Stärke drei gilt als nahe am Bebenherd fühlbar, zum Vergleich: Stärke 7 gilt als „stark“.

Grundsätzlich ist der Zusammenhang zwischen Eingriffen in die Erdkruste und Erdbeben gut bekannt, und nicht erst seit gestern. 1962 löste die US-Armee durch das Einpressen von Abwassern aus der chemischen Waffenproduktion mehrere kleinere Erdbeben in Colorado aus. Geophysiker fassen diese von Menschen gemachten Ereignisse unter dem Begriff „induzierte Seismizität“ zusammen – ein Phänomen, das nicht nur bei der Öl- und Gasförderung oder der Abwasserentsorgung entstehen kann, sondern auch bei „tiefer Geothermie“, der Wärmegewinnung aus Gesteinsschichten in mehreren Kilometern Tiefe. Dabei werden Wärmereservoirs durch gezielte Frakturierung für Wasserzirkulation nutzbar gemacht. Die dabei verursachten Bruchvorgänge können vorhandene tektonische Spannungen lösen. Dann knarrt es nicht nur im Gebälk, sonden auch an der Oberfläche. In Basel etwa 2006, in St. Gallen 2013 – die Beben waren harmlos, die Bevölkerung jedoch verunsichert – der Traum von der Geothermie war vorerst ausgeträumt.

It’s the Abwasser, stupid

In den USA ist der Großteil der seismischen Aktivität rund um Ölfördergebiete nach derzeitigem Forschungsstand nicht auf Hydraulic Fracturing direkt, sondern auf Abwasser-Injektionen nach der Frakturierung zurückzuführen. Um wenig durchlässige Gesteinsschichten aufzubrechen und Öl und Gas daraus zu lösen, werden pro Bohrloch im Durchschnitt zehn- bis zwanzigtausend Kubikmeter Wasser unter die Erde gepumpt (etwa 200-mal soviel, wie eine Einzelperson in Wien im Jahr verbraucht). Nur ein Teil dieses Flüssigkeitsgemisches bleibt unter der Erde – jenes Wasser, das zurückkommt, wird abzüglich der gewonnenen Rohstoffe durch alte Bohrkanäle in tief gelegene Lagerstätten oder Grundwasserleiter eingepresst. Mit Wasser gefüllte Poren sind schwerer und reduzieren den Reibungswiderstand, sodass unter Spannung stehende Gesteinsschichten in Bewegung geraten können.

Als deterministischen Zusammenhang zwischen dem Verpressen von Abwässern und Erdbeben sollte man sich dies nicht vorstellen – die Auswirkung von unterirdischen Druckwellen hängt von vorliegenden Spannungsverhältnissen und der Orientierung von Brüchen im Gestein ab. Es lässt sich aber vermuten, dass das Erbeben-Risiko in seismisch riskanten Gebieten steigt, wenn mehr Wasser mit hohem Druck immer wieder am selben Ort in große Tiefe injiziert wird. Deshalb liegt der Zusammenhang zwischen Abwasserentsorgung und Erdbeben näher als jener zum Fracking direkt, weil dort weniger Wasser am selben Ort verpresst wird. Es gibt auch einige wenige neue Publikationen, die einen Zusammenhang zwischen seismischer Aktivität und der Frakturierung selbst herstellen, etwa in Ohio. Größere, direkt durch Frakturierung induzierte Beben werden jedoch als rar eingeschätzt.

Aber zurück nach Oklahoma. Die vier größten Entsorgungsbrunnen in Oklahoma schluckten über Jahre rund eine halbe Million Kubikmeter Abwasser pro Monat. Das ist ein Vielfaches von anderen Wasserdeponien, und damit eine massive Entlastung für Firmen, die ohnehin nicht wissen, wohin mit dem Fracking-Abwasser. Auch wenn die Technik schon länger bekannt ist – ihr breiter Einsatz ist ein relativ junges Phänomen, entsprechend hinkt die Weiterentwicklung beim Recycling von Abwasser hinterher. Vor allem in trockenen Regionen wie Kalifornien und Texas ist dies ein ungelöstes Problem.

Katie legte nahe, dass Sweetheart schuld war

2011 entlastete sich in Oklahoma schließlich das Gesteinsreich: Eine Erdbebenwelle erschütterte die Gegend rund um Prague. Das größte Ereignis maß 5,7 auf der Richter-Skala, verletzte zwei Personen und beschädigte mehrere Gebäude. Katie Keranen, Geophysikerin an der Cornell University, wurde neugierig. Ein Vergleich von seismischen Daten und Simulationen der unterirdischen Druckausbreitung erlaubte es ihr, Zusammenhänge zwischen Abwasserinjektion und Erdbeben in ein und derselben Region in Oklahoma aufzuzeigen. Keranens Artikel erschien bereits 2013 im Wissenschaftsmagazin Science. Trotzdem beharrte die Oklahoma Geological Survey, die zuständige Behörde, auf „natürlichen Ursachen“ für die Erdbebenserie. Und das, obwohl Keranen auf ein erhöhtes Risiko im „Fall Oklahoma“ hingewiesen hatte. Die vier Entsorgungsbrunnnen befinden sich in der Nähe der Nemaha-Verwerfungszone – eine lang gezogene tektonische Bruchstelle, die unter ungünstigen Druck-Bedingungen ein Erdbeben der Stärke 6 oder 7 auslösen könne (diese Stärke gilt als stark, 3 hingegen als Grenze zur Fühlbarkeit).

Uni-Präsident in Doppelrolle

Genau deshalb hatte sich Harold Hamm, Chef der Ölfirma Continental Resources, in punkto persönlicher Einflussnahme vielleicht etwas übernommen. Er soll einem behördlichen Seismologen (der auch an der University of Oklahoma tätig ist) in einem Gespräch nahegelegt haben, bei Zusammenhängen zwischen Fracking und Erdbeben besonders vorsichtig zu sein. Das alleine überrascht noch nicht. Lobgesänge für umwelttechnische Wahrheitsfindung wird man von Ölmagnaten wie Hamm selten vernehmen.

Ein etablierter Wissenschaftler könnte wohl damit umgehen – würde ihm nicht die Rückendeckung durch die Universitätsführung fehlen. David Boren, Präsident der University of Oklahoma, ist Aufsichtsratsmitglied in Hamms Ölfirma Continental Resources. Einen Job, den er wohl nicht gratis macht. Es wird ihm alleine aus persönlichen finanziellen Gründen schwergefallen sein, seinem Mitarbeiter Rückendeckung zu geben. Von gefährdeten Forschungsgeldern ganz zu schweigen.

Bessere Standards definieren sich kaum selbst

Der Fall Oklahoma kratzt damit nicht nur am Image von Kooperationen zwischen Universitäten und finanzkräftigen Unternehmen, die andernorts auch ohne ungewollte Einflussnahme von Geldgebern funktionieren. Er schadet auch der Industrie selbst: Um öffentliche Akzeptanz von Fracking nicht weiter zu reduzieren, werden Unternehmen auf standardisierte (und daher vergleichbare) Kontrollverfahren und Best Practices angewiesen sein. Vertrauenswürdige Standards, etwa Beschränkungen für Abwasser-Injektionsraten, entstehen selten von alleine, sondern tendenziell in Zusammenarbeit mit Behörden und Forschungseinrichtungen. Wichtig ist die Verfügbarkeit von Daten auch im Falle weiterer Klagen (eine solche liegt derzeit vor dem Obersten Gerichtshof). Dann gilt es abzuwägen, ob sich Ölfirmen den Betrieb von Entsorgungs-Brunnen in seismisch riskanten Gebieten leisten können. Induzierte Seismizität ist in Oklahoma zwar besonders häufig – möglicherweise, weil Abwasser dort in besonders anfällige Gesteinsschichten injiziert wurde – tritt aber auch in anderen ölfördernden Bundesstaaten auf. Auch wenn strengere Auflagen Geld kosten – das Letzte, was die US-Ölindustrie und die dort beschäftigte Bevölkerung angesichts niedriger Ölpreise braucht, ist eine teure Klagewelle.