Induzierte Erdbeben in Deutschland als Folge der Erdgasförderung?

Nicht Erdgasfeld Behringen, sondern Langensalza

Im Bereich oder unmittelbar nahe der inländischen Erdgaslagerstätten sind, bezogen auf die Richterskala, Mikrobeben (Magnitude <2,0) bis für hiesige Verhältnisse vergleichsweise starke Beben (Magnitude 4,0 bis 5,0) aufgetreten. Von wenigen Ausnahmen abgesehen, worunter auch das bisher stärkste mit Magnitude 4,5 bei Rotenburg aus 2004 zählt, sind nahezu alle anderen mittlerweile recht eindeutig als induzierte Erdbeben als Folge der Erdgasförderung anzusehen. In diesem Artikel wollen wir erklären, was unter induzierten seismischen Ereignissen überhaupt zu verstehen ist, wie sie ausgelöst werden und welche Folgen bisher auftraten. Wir wollen aber gleichzeitig mit einigen unbegründeten Behauptungen und Unterstellungen der Erdgasförderungsgegner und Medien aufräumen.

von Jens Skapski (JuSkis Erdbebennews, Student der Geowissenschaften) und Diplom-Geograph Steven Arndt

Induzierte Erdbeben – Was ist darunter zu verstehen?

Erdgasbohrung Preyersmühle-Süd Z1. Foto: Steven Arndt (April 2017)

Dass es infolge der Erdgasförderung zu Erdbeben kommt, hängt vor allem mit den Änderungen des Drucks in den Gesteinsporen der Lagerstätte zusammen. Durch das Fördern von Gas (oder auch Öl) sinkt der Druck, was Spannungen auf das umliegende Gestein ausübt und zu Erdbeben führen kann. Ebenso können Erdbeben durch steigenden Porenfluiddruck induziert werden, zum Beispiel indem Wasser in die Lagerstätte (oder generell in Gestein) gepumpt wird. In beiden Fällen treten Erdbeben an bereits existierenden Störungszonen auf, die fast überall zu finden sind.

Die Anzahl der induzierten Beben scheint in vielen Fällen von der Förder- bzw. Injektionsmenge abhängig zu sein. Geophysikalisch unterscheiden sich induzierte Erdbeben nicht von natürlichen, außer dass sie meist in geringerer Tiefe auftreten. Die maximale Stärke induzierter Erdbeben ist an die vorhandenen tektonischen Bedingungen gekoppelt. Das heißt, induzierte Erdbeben können nicht stärker werden, als natürliche Erdbeben in der selben Region.

Dass induzierte Erdbeben tatsächlich so stark werden, wurde bislang kaum beobachtet. Nach der Gutenberg-Richter Relation erhöht eine hohe Anzahl kleiner Erdbeben die Wahrscheinlichkeit für größere Erdbeben. Somit besteht in Gebieten mit viel induzierter Seismizität ein höheres Risiko von größeren Beben. Der wie gesagt wesentliche Unterschied ist die Herdtiefe.

Bei induzierten Erdbeben ist diese an die Förderteufe gekoppelt, während natürliche Erdbeben meist in 5 bis 15 Kilometern Tiefe auftreten. Aufgrund der geringeren Herdtiefe können induzierte Erdbeben stärker spürbar sein, als natürliche gleicher Magnitude. Dies führt dazu, dass es auch bei einer geringeren Magnitude zu Schäden kommen kann. Verstärkt wird dieser Effekt dadurch, dass induzierte Beben meist dort problematisch werden, wo wenig natürliche Seismizität vorhanden ist und entsprechend die nichtkritische Infrastruktur nicht auf solche Ereignisse ausgelegt ist.

Neben Erdgasförderung können verschiedene menschliche Prozesse zu Erdbeben führen. Dies ist vor allem Bergbau, welcher in der jüngeren Vergangenheit die Zahl der induzierten Beben in Deutschland erheblich anstiegen lies, vor allem an den ehemaligen und noch aktiven Steinkohlezechen in Ruhrgebiet und Saarland. Zudem können tiefe Geothermie-Anlagen, das Einlagern von Gasen und Fluiden, der Bau von Stauseen und das Fördern von Grundwasser in Einzelfällen zu induzierten Beben führen. Ebenso gibt es Einzelfälle von induzierten Beben infolge des Hydraulic Fracturing.

Induzierte Erdbeben durch Hydraulic Fracturing in Deutschland?

Thema Fracking: Fracbehandlung einer Erdgasbohrung in Niedersachsen

Erdgasbohrung in Deutschland wird einer Fracmaßnahme unterzogen (“Goldenstedt Z23″) Quelle: BVEG – Bundesverband Erdgas, Erdöl und Geoenergie e.V.

Mit dem Aufkommen der Diskussion um das Standardverfahren Hydraulic Fracturing (umgangssprachlich Fracking) kam es auch dazu, dass das Verfahren mit Erdbeben im Bereich inländischer Erdgaslagerstätten in Verbindung gebracht wurde. Der konstruierte Zusammenhang dabei war zunächst Folgender: Bei uns wurde in der Lagerstätte gefract, es gab ein Erdbeben, also ist das „Fracking“ verantwortlich. In unserem ersten Artikel auf diesem Blog überhaupt, welcher ein Erdbeben Ende 2012 bei Verden thematisierte, haben wir diese unzutreffende Schlussfolgerung dokumentiert (Erdbeben der Stärke 2,8 auf der Richterskala bei Verden registriert).

Doch auch Massenmedien haben sich in dieser Frage nicht mit Ruhm bekleckert. Besonders negativ tat sich seinerzeit einmal mehr der NDR hervor, welcher sich frühzeitig in der Debatte entgegen des Neutralitätsgebotes öffentlich-rechtlicher Medien auf der Seite der Gegner der inländischen Erdgasförderung positionierte. Nach einem weiteren Beben, welches ca. ein Jahr nach dem oben bezeichneten ebenfalls bei Verden auftrat, war beim NDR zu lesen: „Experten gehen davon aus, dass Fracking in der Region die Ursache sei“.  Dabei hat das seinerzeit kein einziger ernstzunehmender Experte behauptet. Auch das haben wir im Artikel LBEG informiert über Beben bei Langwedel – NDR desinformiert  dokumentiert und belegt.

Tatsächlich wiesen die Fachleute seinerzeit bereits darauf hin, dass es keine zeitliche Korrelation zwischen Fracmaßnahmen (die letzte in der betroffenen Erdgaslagerstätte Völkersen/-Nord fand mehr als zwei Jahre zuvor statt) und dem seismischen Ereignis gäbe. Auch bei späteren Beben im Bereich von Erdgaslagerstätten in Niedersachsen wurde in den nachfolgenden Berichten der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) sowie des Landesamtes für Bergbau, Energie und Geologie klargestellte, dass es keinen Zusammenhang zwischen Fracmaßnahmen und seismischen Ereignissen gebe, weder räumlich noch zeitlich.

Deutlich wird diese Tatsache noch einmal beispielsweise in dieser Präsentation (Umweltauswirkungen von hydraulischen Gesteinsbehandlungen in der tiefen Geothermie – Seismizität) herausgestellt. Dort ist zu lesen: Bei 327 Frackmaßnahmen in Erdgaslagerstätten in Niedersachsen keine nachgewiesenen Erdbeben.

Und was bezüglich Fracmaßnahmen im Bereich von Erdgaslagerstätten gilt, gilt auch für einen anderen mit der Gewinnung von Kohlenwasserstoffen in Verbindung stehenden Bereich. Das soll im nächsten Abschnitt diskutiert werden.

Induzierte Erdbeben durch Abwasserversenkung in Deutschland?

LaWa-Versenkbohrung Mahlsdorf-Salzwedel 3 in der Altmark. Foto: Steven Arndt, Dezember 2012

Um es gleich klarzustellen: Mit Abwasser ist hier nicht solches aus Haushalten oder Industrie zu verstehen, sondern vorrangig solches, welches bei der Erdgasförderung natürlicherweise aus der Lagerstätte mitgefördert wird. Dieses wird gemeinhin als Lagerstättenwasser (LaWa) bezeichnet. Insbesondere in Medienberichten zu findende Bezeichnungen wie „Bohrwässer“ oder „Bohrabwässer“ sind sachlich unzutreffend.

Konventionelle Erdgaslagerstätten sind regelmäßig von meist salzhaltigem Wasser unterschiedlicher Salinität unterlagert. Während in der Anfangsphase der Förderung noch wasserfreies Erdgas gefördert wird, nimmt im Laufe der Produktion der Anteil mitgeförderten LaWa zu, bis die Bohrung aufgrund von vollständiger Verwässerung aufgegeben wird. Dieses mitgeförderte Wasser ist in Deutschland oft extrem salzhaltig und somit nicht nutzbar. Deshalb wird es nach Vorreinigung (Abscheidung höherer verwertbarer Kohlenwasserstoffe, so vorhanden) wieder in bereits salzwasserführende Gesteinsschichten versenkt.

Auch in anderen Staaten wird so verfahren. In den USA, insbesondere in Oklahoma, ist es dabei zu deutlich spürbaren Erdbeben mit teilweise erheblichen Gebäudeschäden gekommen. Auch in der deutschen Medienlandschaft wurden mangels sorgfältiger Recherche diese Beben dem „Fracking“ zugeschrieben. Doch mit diesem Verfahren haben die Ereignisse nichts zu tun, wie z.B. hier nachgelesen werden kann: „Erdbeben, Abwasserentsorgung und Hydraulic Fracturing“.

Hierzulande wird seitens der Erdgasförderungsgegnerschaft unterstellt, dass die LaWa-Versenkung auch für seismische Ereignisse verantwortlich sei. Das hat z.B. nach dem Langwedel-Beben von Ende 2012 einer der dortigen Aktivisten behauptet. Es sei diesbezüglich nochmals auf unseren ersten Artikel auf diesem Blog überhaupt verwiesen (LINK).

Dabei sprechen alle bisherigen Erkenntnisse gegen diese These oder besser gesagt Behauptung. Die bislang dokumentierten Ereignisse im Bereich von Erdgaslagerstätten befinden sich mit Ausnahme des Rotenburger Bebens von 2004 im Teufenbereich der Speicherhorizonte. Die Versenkhorizonte liegen aber mehrere Kilometer darüber und teilweise befinden sich die Lokationen der Versenkbohrungen außerhalb der Erdgasfelder. In den Berichten, welche regelmäßig zu den seismischen Ereignissen seitens der BGR sowie des LBEG erstellt werden, wird mit aller Deutlichkeit darauf hingewiesen. Erdbeben infolge der Versenkung von LaWa sind für Deutschland demnach nicht dokumentiert.

Induzierte Beben durch Erdgasförderung in Deutschland?

Karte mit Lage des Soltauer sowie Rotenburger Bebens (rote Kreise mit violettem Kästchen und Fragezeichen südlich von Hamburg). Quelle: Dahm et al. (Erscheinungsjahr unbekannt)

Im Gegensatz zu nicht nachgewiesenen Erdbeben durch hydraulische Stimulationen sowie LaWa-Versenkung im Zusammenhang mit der Erdgasproduktion verhält es sich bei der eigentlichen Förderung anders. Hier sind zahlreiche seismische Ereignisse dokumentiert, welche sowohl aufgrund ihrer unmittelbaren Nähe als auch ihrer Herdtiefe im Bereich der Lagerstätten mit der Erdgasgewinnung sehr wahrscheinlich zusammenhängen. Mit Ausnahme von zwei Ereignissen, einem Beben zwischen Soltau und Munster 1977 sowie einem bei Rotenburg 2004 haben diese Beben die Lokalmagnitude (ML) 3 kaum überschritten.

Bezüglich des Soltauer Bebens von 1977, das von Dahm et al. (Erscheinungsjahr unbekannt) „möglicherweise“ und für die Erdgasförderungsgegner hundertprozentig sicher mit der dortigen Erdgasförderung im Zusammenhang steht, folgende Anmerkungen:

Die erste dortige Erdgaslagerstätte „Munster“, zentrales bis westliches Teilglied der Lagerstätte „Dethlingen“, ist im August 1975 in Produktion gesetzt worden und hatte bis Ende Mai 1977, also bis 2 Tage vor dem Ereignis nach kaum 2 Jahren Förderzeit 760 Mio m³ Erdgas produziert (Erdgasförderung 1949-1996). In Anbetracht des kurzen Förderzeitraums, des vergleichsweise geringen Fördervolumens sowie der räumlichen Entfernung zwischen dem Epizentrum und der Fördersonden von über 10 bis 15 Kilometer erscheint, auch unter Hinzuziehung der außer gewöhnlich hohen Stärke von ML 4,0 , ein Zusammenhang mit der Erdgasförderung äußerst fragwürdig. Schließlich traten seismische Ereignisse an anderen Lagerstätten Deutschlands erst über 10 Jahre bis mehrere Jahrzehnte nach Förderbeginn auf.

Zu Berücksichtigen ist bei der Bewertung allerdings auch das unterschiedliche Verhalten von seismisch aktiven Fördergebieten. Während es in vielen Fällen Lagerstätten gibt, die auch bei intensiver Ausbeutung nicht zu hoher Seismizität neigen, gibt es Fälle, wo unmittelbar nach Beginn der Förderung, aber auch erst viele Jahre danach erhöhte Seismizität aufgetreten ist.

In der Diskussion steht auch die Ursache des noch stärkeren Rotenburger Erdbebens aus dem Jahr 2004 mit ML 4,5. Anders als das Soltauer Erdbeben lag das Epizentrum in unmittelbarer Nachbarschaft zur Erdgaslagerstätte „Söhlingen“, und zwar an dessen südwestlicher Begrenzung. Dieser Sachverhalt spricht für einen Zusammenhang mit der Erdgasförderung.

Allerdings sind sich Wissenschaftler hinsichtlich der Herdtiefe uneinig, was mit verschiedenen Methoden der Bebenerfassung zu erklären ist. So haben instrumentelle Messungen, auf die sich z.B. Dahm bezieht, eine Herdtiefe von 5 bis 7 Kilometer ergeben, womit sich der Herd im Bereich der ca. 5 Kilometer tiefen Lagerstätte befindet. Makroseismisch wurde hingegen eine Herdtiefe von 10 km +/- 3 km ermittelt, womit die Herdtiefe teils deutlich unter der Lagerstätte ausgemacht wurde (Leydecker et al. 2006). Das Soltauer Erdbeben wird hingegen mit einer Tiefe von 8 Kilometern bei ähnlicher Unsicherheit angegeben. Ungewöhnlich für ein induziertes Erdbeben durch Erdgasförderung ist zudem die hohe Magnitude. Doch obwohl Unklarheit bezüglich der Ursache besteht, steht für die Gegner der Erdgasförderung diese als Ursache fest.

In beiden Fällen muss man berücksichtigen, dass es sich um die stärksten jemals in Norddeutschland registrierten Erdbeben handelt. Weder aus Zeiten instrumenteller Überwachung noch aus historischen Überlieferungen sind aus Niedersachsen ähnliche Beben bekannt. Das einzig vergleichbare Ereignis, das Alfhausen-Erdbeben im Jahr 1770, galt lange als das stärkste Beben in der Niedersächsischen Geschichte, wurde es doch aufgrund der lokal überlieferten Schäden auf Magnitude 4,5 bis 5 geschätzt. Neuere Beurteilungen durch LEYDECKER (2017) lassen jedoch andere Rückschlüsse zu. Demnach sei der verursachte Schaden sehr lokal begrenzt gewesen. Dies und ein sehr kleines Schüttergebiet deuten eher auf ein kleineres Beben (ML < 4,0) mit niedriger Herdtiefe hin.

Somit stehen das Soltauer und das Rotenburger Erdbeben in der Historie relativ isoliert an der Spitze, was mit der zeitlichen und räumlichen Nähe beider Ereignisse berechtige Fragen an einen möglichen Einfluss der Erdgasförderung aufwirft. Dass beide Erdbeben nach BGR-Auswertungen (LINK) wahrscheinlich den selben Herdmechanismus aufweisen und wahrscheinlich auch auf die selbe Störungszone zurückgehen, lässt unterschiedliche Ursprünge unwahrscheinlich erscheinen.

Eine mögliche aber rein spekulative Erklärung wäre das Triggern des Rotenburger Erdbebens durch das Soltauer Erdbeben wenige Jahrzehnte zuvor, womit das Rotenburger Erdbeben quasi zum Nachbeben würde. Die Förderung könnte dabei durchaus die Entstehung des Rotenburger Erdbebens begünstigt haben.

Unabhängig von einem möglichen Zusammenhang gibt es für beide Beben Indizien, die sowohl menschliche als auch natürliche Ursprünge unterstützen. Eine finale Beurteilung bleibt somit bis auf weiteres offen. Sollte der unwahrscheinliche Fall eintreten und es in Zukunft ähnlich starke Beben mit deutlichen Indizien für Zusammenhänge mit der Erdgasförderung geben, würde es die Zusammenhänge auch bei den früheren Beben wahrscheinlicher machen.

Bezüglich aller anderen Erdbeben im Umfeld von Erdgaslagerstätten in Norddeutschland besteht insbesondere für die der jüngeren Vergangenheit quasi keine Unklarheit mehr. Räumliche Lage sowie Herdtiefe, welche grundsätzlich im Bereich der Lagerstätten ermittelt wurde, sind so eindeutig, dass Fachleute die Erdgasgewinnung als „sehr wahrscheinliche“, also fast sichere Ursache festmachen.

Fazit

Bis Ende April 2016 instrumentell aufgezeichnete Erdbeben im Bereich der Erdgaslagerstätte Völkersen/-Nord. Quelle: Kurzbericht zum Erdbeben bei Völkersen (Landkreis Verden) am 22. April 2016, ML 3,1 (BGR/LBEG)

Erdbeben im komplexen Gesamtprozess der Erdgasproduktion, von Stimulationsmaßnahmen zur Inproduktionsnahme einer Bohrung über die eigentliche Förderung bishin zur Entsorgung mitgeförderten Lagerstättenwassers sind ein Reizthema in der Diskussion um die Förderung aus heimischen Quellen.

In unserem Artikel haben wir die Fragen beantwortet, inwiefern die international bekannten seismischen Ereignisse durch Fracarbeiten (sehr selten), Entsorgung von Produktionsabwässern,. insbesondere LaWa (häufiger dokumentiert) sowie durch die eigentliche Förderung (nicht ungewöhnlich) auch für Deutschland gelten.

Hinsichtlich der beiden erstgenannten Punkte konnten wir die Fragen anhand seriöser Quellen verneinen und somit Behauptungen und Unterstellungen aus dem Kreise der gegen eine inländische Erdgasgewinnung opponierenden Bürgerinitiativen sowie einiger großer Medienbetriebe fachlich widerlegen.

Tatsache ist jedoch, dass nahezu alle anderen im Bereich von niedersächsichen Erdgaslagerstätten aufgetretenen Beben mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit Folge der Förderung sind. Dementsprechend sollten die Förderunternehmen ihrer Verantwortung nachkommen und eventuell auftretende Schäden unbürokratisch regulieren. Bezüglich der aus BI-Kreisen sowie zum Teil aus der Politik geforderten sofortigen Einstellung der Erdgasförderung aufgrund der Beben sei darauf hingewiesen, dass hierbei eine gesamtgesellschaftliche und gesamtwirtschaftliche Analyse (Vorteil/Nachteil-Abwägung) erfolgen sollte, bevor Tatsachen geschaffen werden.

Zudem gilt es, die bis dato sehr gute seismische Überwachung und Analyse aufrechtzuerhalten und ggf. auszubauen. Dabei liegt es im Interesse der betroffenen Bürger und der Industrie, mit wissenschaftlicher Neutralität zu arbeiten und diese Arbeit nicht durch parteiische mediale Berichterstattung zu beeinflussen und Ergebnisse korrekt und unvoreingenommen wiederzugeben. Eine saubere Öffentlichkeitsarbeit gehört neben der Risikoanalyse zur Vermeidung unnötiger Risiken zu den wichtigsten Aspekten der Forschung, denn beim Versäumen drohen in beiden Fällen große Schäden für Natur, Anwohner und Industrie.

Artikelfoto: Erdgasförderung bei Bad Langensalza (Thüringer Becken), einem der ältesten aktiven Erdgasfelder Deutschlands. Induzierte Erdbeben durch Erdgasförderung sind hier unbekannt. Foto: Steven Arndt, Mai 2016