Seismische und Infraschallsignale zur Charakterisierung von Nord Stream-Pipeline-Ereignissen

Seismische Ereignisse, die mit plötzlichen Druckabfällen in den Erdgaspipelines Nord Stream 1 und 2 im September 2022 zusammenfielen, machten die Welt auf den Bruch von Pipelines in der westlichen Ostsee aufmerksam. Der mutmaßliche Sabotageakt, bei dem Berichten zufolge Sprengladungen eingesetzt wurden, um die Pipelines zu sprengen, wird noch von mehreren Ländern untersucht.

A neue Studie veröffentlicht in Der seismische Rekord liefert einen weiteren Beweis dafür, dass die seismischen Signale von Nord Stream aus einer komplexen Quelle stammten. Die Signale hielten länger an, als man es von einer einzelnen Sprengquelle erwarten würde, sagen die Forscher, und ähnelten eher den Signalen eines Unterwasservulkans oder einer Pipeline, die Gas ausströmt.

Die ersten Signale von seismischen Ereignissen, die am 26. September 2022 entdeckt wurden, „werden möglicherweise von Energie dominiert, die durch das schnelle Ablassen von Hochdruckgas erzeugt wird, was bedeutet, dass es schwierig sein kann, die Quellengröße und die Eigenschaften von Sprengladungen zu beurteilen, die zum Aufbrechen verwendet werden.“ Nord Stream-Pipelines“, sagte Ross Heyburn von AWE Blacknest.

Die Nord Stream-Ereignisse bieten eine seltene Gelegenheit, seismische und Infraschallsignale vom Bruch einer Unterwasser-Gaspipeline zu untersuchen, stellten Heyburn und Kollegen fest. Die Forscher hatten Zugriff auf Daten, die von lokalen und regionalen seismischen Netzwerken gesammelt wurden, sowie auf seismische und Infraschalldaten, die vom International Monitoring System (IMS) gesammelt wurden, einem globalen Netzwerk, das nukleare und andere Explosionen für die Organisation des Vertrags über das umfassende Verbot von Nuklearversuchen erkennt ( CTBTO).

„Nach unserem besten Wissen war dies das erste Mal, dass das IMS Signale von einem Unterwasserereignis im Zusammenhang mit einem Gasrohrbruch aufzeichnete“, sagte Heyburn. „Die Ereignisse boten daher die Gelegenheit, die Eigenschaften von Signalen, wie etwa die lange Dauer, zu beobachten, die von dieser Art von Quelle erzeugt werden.“

Die natürliche seismische Aktivität in der Region ist gering, aber das Forschungsteam konnte die Nord Stream-Signale mithilfe seismischer Daten einiger kleiner Erdbeben und Explosionen analysieren, die während einer NATO-Operation in der Region im Jahr 2019 zur Räumung britischen Bodens im Zweiten Weltkrieg explodierten Minen.

Eine der Methoden, mit denen Seismologen bestimmen, ob ein seismisches Ereignis durch eine Explosion oder ein Erdbeben verursacht wird, besteht darin, das Verhältnis von P- zu S-Wellen für das Ereignis zu messen. Explosionen haben normalerweise ein höheres Verhältnis von P- zu S-Wellen als Erdbeben, und die Nord Stream-Ereignisse unterscheiden sich in dieser Hinsicht stark von Erdbeben in der Nähe, kamen die Forscher zu dem Schluss.

Die Spektren seismischer Signale von Unterwasserexplosionen weisen manchmal eine Reihe von Modulationen auf, die durch Interferenzen zwischen dem durch die Explosion erzeugten Primärimpuls und späteren Impulsen, die durch die sich ändernde Größe der durch die Explosion erzeugten Gasblase erzeugt werden, verursacht werden. Heyburn und Kollegen konnten diese Reihe von Modulationen nicht klar beobachten, was eher auf eine komplexe Quelle als auf eine einfache Explosionsquelle für die Nord Stream-Ereignisse schließen lässt.

Eines der auffälligsten Merkmale der Nord Stream-Ereignisse sind die lang anhaltenden seismischen und Infraschallsignale, fanden die Forscher heraus. Diese Signale klingen langsam über Tausende von Sekunden ab – viel länger, als man von einem impulsiven, einzelnen Explosionsereignis erwarten würde. Beispielsweise dauerte der in Süddeutschland vom ersten Nord Stream-Ereignis vom 26. September aufgezeichnete Infraschall etwa 2.000 Sekunden, während ein in dieser Entfernung aufgezeichnetes Impulsereignis normalerweise nicht länger als etwa 600 Sekunden dauern würde.

Diese lang anhaltenden seismischen und Infraschallsignale sind wahrscheinlich das Ergebnis von Vibrationen, die durch unter hohem Druck stehendes Gas verursacht werden, das schnell aus der Pipeline ins Wasser und in die Atmosphäre entweicht. Die langen Signale ähnelten seismischen Signalen, die durch tosende Flammen verursacht werden, wenn Pipelines an Land explodieren, kamen Heyburn und Kollegen zu dem Schluss und stellten fest, dass die Dauer der Nord Stream-Infraschallsignale denen ähnelte, die beim Ablassen von Unterwasservulkanen festgestellt wurden.

Die Forscher verglichen auch das Ausmaß des ersten seismischen Ereignisses der Nord Stream-Pipeline mit dem Ausmaß eines seismischen Ereignisses am 7. Oktober 2023, das durch den Unterwasserbruch der Balticconnector-Gaspipeline zwischen Finnland und Estland verursacht wurde. Der Bruch der Balticconnector-Pipeline wurde vermutlich durch einen Schiffsanker und nicht durch eine Sprengladung verursacht.

Der Unterschied in der seismischen Stärke zwischen den beiden Ereignissen „steht im Einklang mit dem geschätzten potenziellen Energieverhältnis des Gases in jeder dieser Pipelines“, erklärte Heyburn, was darauf hindeutet, dass die seismoakustischen Signale des ersten Nord Stream-Ereignisses durch das schnelle Ablassen von Hochwasser dominiert wurden -Druckgas.