Wanneer de Groningse gaskraan in 2022 wordt dichtgedraaid, zit er in de bodem minder energie die aardbevingen kan verergeren dan voorheen werd aangenomen. Dat concludeert geofysicus Ronald Pijnenburg van de Universiteit Utrecht nadat hij de eigenschappen onderzocht van het gasdragend zandsteen in de Groningse bodem.

Al sinds 1959 boort de Nederlandse Aardolie Maatschappij (NAM) in de Groningse bodem, nabij het dorp Slochteren, naar aardgas. Met dat aardgas wordt de rest van Nederland voorzien van energie en warmte. Een lange tijd ging dat goed, maar sinds begin jaren negentig zijn kleine aardbevingen (tot 3,6 op de schaal van Richter) te constateren in Groningen als gevolg van de aardgaswinning. Die aardbevingen leidden tot schade aan gebouwen en woningen en tot toenemende onvrede onder de bewoners. In september 2019 besloot de Nederlandse regering daarom de gaswinning in Groningen te staken per medio 2022.

Elastisch zandsteen

Het Groningse aardgas zit opgeslagen in de poriën van zandsteen, dat een 200 meter dikke gesteentelaag vormt op een diepte van 3 kilometer. Bij het winnen van aardgas uit dat zandsteen, verlaagt ter plekke de druk. Door die drukverlaging, gecombineerd met het gewicht van het gesteente daarboven, wordt de zandsteenlaag samengeperst. Dat resulteert in een zakkende bodem. Sinds begin jaren zestig is het Groninger oppervlak ongeveer 36 centimeter ingezakt.

‘We moeten ons afvragen: wat kost ons gedrag de samenleving?’
LEES OOK

‘We moeten ons afvragen: wat kost ons gedrag de samenleving?’

Hoe denkt Reint Jan Renes dat we mensen hun gedrag kunnen laten veranderen om de klimaatverandering een halt toe te roepen?

Vaak wordt aangenomen dat de samendrukking van de zandsteen elastisch (en dus omkeerbaar) is. Dit betekent dat er energie wordt opgeslagen in de ondergrond, die gedeeltelijk vrij kan komen tijdens aardbevingen, wat tot grotere bevingen leidt. In zijn promotieonderzoek concludeert geofysicus Ronald Pijnenburg dat die aanname niet volledig klopt in het geval van Gronings zandsteen: ‘Onze resultaten laten zien dat, bij gaswinning, 30 tot 50 procent van de samendrukking van dit zandsteen permanent is. Daarmee is er dus minder energie beschikbaar voor aardbevingen dan voorheen werd aangenomen.’

Indeukende kleirandjes

Zandsteen bestaat voornamelijk uit zandkorrels. Dat zijn zeer sterke en kleine stukjes steen, die er gewoonlijk voor zorgen dat de zandsteen niet zo makkelijk permanent samengedrukt wordt.

Pijnenburg vond in zijn onderzoek echter een andere speler die verantwoordelijk was voor de permanente samendrukking van Gronings zandsteen: klei. Pijnenburg: ‘Tussen de zandkorrels van de zandsteen zitten kleirandjes, die ongeveer 5 procent van het totale volume van de zandsteen bedragen. We zagen dat door die kleirandjes, die indeuken bij een drukverlaging, de zandsteen toch makkelijk samengedrukt wordt.’

Microscopie-afbeelding van de zandsteen uit het Groninger gasveld. Het gas zit opgeslagen in de poriën – de donkere delen. Elke zandkorrel is bedekt met een kleirand. Foto: Bart Verberne.

Om zijn theorie te testen, onderwierp Pijnenburg kleine hoeveelheden Gronings zandsteen aan een drukverlaging in het lab. Pijnenburg: ‘In een drukvat drukten we met een verticale stalen staaf tegen de zandsteen aan, waarmee we de druk simuleerden die ontstaat op 3 kilometer diepte. Daarna konden we de zandsteen op de micrometerschaal nauwkeurig analyseren onder de microscoop.’

Een drukvat waarmee de krachten in de ondergrond gesimuleerd worden. Beeld: Universiteit Utrecht.

Barstende mineralen

Nu de gaskraan medio 2022 wordt dichtgedraaid, is de vraag wat er daarna gebeurt. De experimenten van Pijnenburg duurden enkele uren tot een week. Maar wat kunnen we verwachten over tientallen tot honderden jaren? Pijnenburg: ‘In theorie kunnen, op tijdschalen van tientallen jaren, langzamere processen een rol spelen, zoals het barsten of gedeeltelijk oplossen van zwakke mineralen in het gesteente. In toekomstige experimenten willen wij zulke mechanismes in kaart brengen, zodat we met modellen kunnen voorspellen wat er op zulke tijdschalen gebeurt.’