Et livsviktig verktøy

270 mennesker mistet livet da deponidammen ved gruveselskapet Vales jernmalmgruve sørøst i Brasil brast. En forskningsartikkel har antydet at satellittdata kunne ha varslet om bruddet rundt 40 dager i forveien. Foto: Vinícius Mendonça/Ibama, Wikimedia commons

13. februar 2024 skjedde det som ikke skal skje – nok en gang. Ni arbeidere mistet livet da de ble begravd av et massivt skred ved Çöpler-gruven i Tyrkia. Skredmassene – om lag 10 millioner kubikkmeter – skled fra en malmhaug og nærmere 1 kilometer ned i en dal (geoforskning.no: Skredet i Tyrkia i 2024).

En uavhengig etterforskning konkluderte med at skredet skyldtes en feil i designet av linersystemet. Samtidig viser en ny forskningsartikkel at satellittdata registrerte opptil 60 mm/år deformasjon i de oppstablede massene over fire år, en indikasjon på ustabilitet som burde ha blitt fulgt opp.

Dessverre er ikke den fatale hendelsen ved gullgruven i Tyrkia et enkelttilfelle. Den er en av de seneste i en lang rekke liknende hendelser der store, ukontrollerte massebevegelser ved gruver har kostet liv og påført store natur- og infrastrukturskader.

Det enorme landdeponibruddet i Brumadinho i Brasil i 2019 krevde 270 liv, og avgangsmassene forurenset elven flere hundre kilometer nedstrøms. Kanskje kunne også denne hendelsen ha blitt avverget, da en studie i 2021 avslørte at satellittdata kunne ha varslet om et sannsynlig dambrudd rundt 40 dager i forveien.

Eksperter ved Norges Geotekniske Institutt (NGI) gjennomgikk i 2022 deponibruddhendelser og talte 257 brudd siden 1915, der rundt 2 650 mennesker har mistet livet og 250 millioner kubikkmeter har ødelagt nærliggende omgivelser.

Mengden gruveavgang i landdeponier øker eksponentielt, og per 2020 fantes det globalt 29 – 35 000 deponier på land som holder om lag 223 milliarder tonn masser.

Teknologien som kan varsle om mulige farlige bevegelser i grunnen (som i deponimasser), kalles InSAR (interferometrisk syntetisk-apertur radar). Satellitter tar bilder av samme område over tid, og beregning av endringer i bildene avslører bevegelser ned til millimeterpresisjon.

Massebevegelser i gruvedrift

InSAR-teknologien kan oppdage mulige kritiske bevegelser i gruver:

• Kollaps av avgangsdammer og malmhauger: Ustabile dammer eller hauger kan føre til katastrofale brudd.

• Kollaps i dagbrudd: Ustabile skråninger i åpne gruver kan føre til steinsprang eller skred.

• Innsynkning ved underjordisk drift: Uttak under bakken kan få bakken til å sprekke opp og synke inn, eller i verste fall kollapse.

InSARs potensial og begrensninger

– Det er helt åpenbart at teknologien kan brukes for langsiktig overvåking innen gruvedrift, sier Tom Rune Lauknes.

Han er seniorforsker innen jordobservasjon i NORCE og vært involvert i utviklingen av InSAR og tjenesten InSAR Norge gjennom det meste av karrieren.

Norge er et foregangsland for InSAR, og var først i verden med en landsdekkende karttjeneste for bakkebevegelser, initiert med støtte fra Norsk Romsenter og Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE) for å overvåke ustabile fjellpartier. Tjenesten InSAR Norge har vært mye brukt til å identifisere setninger i urbane strøk og ustabilitet i fjell, men bruken i gruvedrift er mindre utbredt.

Ifølge Lauknes oppdateres InSAR Norge én gang i året, mens grunnlagsdataene kommer inn hver 6. dag (med kombinasjonen av Sentinel-1A og den nyoppskutte Sentinel-1C).

NVE og Norges geologiske undersøkelse (NGU), som overvåker ustabile fjellpartier, benytter InSAR operasjonelt med reflektorer og utnytter overlappende satellittspor slik at de får nesten daglig dekning. Han påpeker imidlertid at det i praksis har liten nytte å oppdatere oftere enn én gang i måneden, da enkeltmålinger kan inneholde støy, og man vil gjerne se en trend over flere datapunkter før man vurderer en bevegelse som signifikant.

– InSAR kan riktignok ikke løse «alle problemer», men er ett av verktøyene i verktøykassa som bør brukes for å overvåke bakkebevegelser, understreker Lauknes.

Dyre Oliver Dammann, geofysiker og leder for avdelingen Fjernanalyse og geofysikk ved NGI, er enig, men nyanserer:

– Selv om InSAR-data i mange tilfeller har vist bevegelser i grunnen i forkant av et skred eller et dambrudd, kan bevegelser også forekomme i perioder der ingenting har skjedd.

Han forklarer at bevegelser, eller setninger, er noe vi kan forvente, enten vi snakker om en nybygd vei eller et gruvedeponi, og at intensitet og tidsforløp varierer.

Dermed er det enklere å peke på InSARs evne til å forutsi brudd i etterkant, men vanskeligere å fastslå risiko i sanntid.

Avdelingslederen peker også på tekniske begrensninger. Satellittdata har visse svakheter som vanskeliggjør overvåkning av en eventuell kritisk og raskt utviklende hendelse i grunnen. Det går flere dager mellom hver gang samme satellitt passerer og datagrunnlaget oppdateres, og kvaliteten av dataene påvirkes av faktorer som vinkelen bildet er tatt i forhold til bevegelsen som ønskes målt, stabilitet av signalet og støy.

– Vi er skeptiske til om InSAR alene er rett verktøy for å varsle hendelser som dambrudd, men det er definitivt et nyttig informasjonsverktøy for å overvåke bevegelser og stabilitet – på tvers av bransjer.

Teknologien er verdifull for å overvåke setninger over tid. Om dataene skulle indikere en unormal utvikling, kan dette potensielt benyttes til å utløse økt overvåkning, for eksempel gjennom å plassere ut bakkebaserte instrumenter og la kyndige fagpersoner analysere InSAR-dataene og eventuelt gjøre en befaring i felt.

Begrenset bruk i Norge

Det er ikke uten grunn at den globale gruvebransjen for lengst har omfavnet InSAR-teknologien, og Dammann anser bruk av InSAR som vanlig i sektoren, særlig knyttet til dagbrudd og deponier.

NGI har erfaring fra konkrete gruveprosjekter på dette området og Dammann nevner eksempelvis et oppdrag i Brasil der målet er å forstå stabilitet og setninger i deponier, blant annet med bruk av InSAR.

I Norge er situasjonen annerledes.

Hverken Lauknes eller Dammann kjenner til norske gruveprosjekter som anvender teknologien i daglig drift. Lauknes mener en naturlig forklaring er at bergindustrien ikke er like stor i Norge som i mange andre land, inkludert våre naboer Sverige og Finland.

– NORCE var involvert i et nordisk forskningsprosjekt der temaet var stabilitet av gruvedammer. Da så vi blant annet på landdeponiet ved Aitik i Sverige, en av Europas største kobbergruver.

Forskningsrapporten konkluderte med at InSAR kan være egnet for å overvåke deponidammer, og styrken er at teknologien tilbyr dekning av store områder til begrensede kostnader, gitt at det brukes åpne data.

Også underjordsdrift kan gi bevegelser på overflaten. Et slående eksempel er Kirunagruven i Sverige, som ifølge LKAB er verdens største underjordiske jernmalmgruve.

Malmuttaket i dypet fører til oppsprekking og innsynkning av landoverflaten, noe som har tvunget frem den pågående flyttingen av Kiruna by.

– Vi vet at LKAB benytter InSAR for å overvåke setninger i Kiruna, der malmkroppen løper under byen, sier Lauknes.

Det svenske selskapet har hatt positive erfaringer med teknologien og senere også implementert InSAR-overvåking ved dets andre jernmalmgruve, Malmberget. InSAR-data har vært nyttig for å kartlegge deformasjoner og sikre trygge soner for bebyggelse ved begge gruver.

I norsk sammenheng har en forskningsstudie ved Rana Grubers Kvannevann-gruve, der NTNU deltok, vist at offentlige InSAR-data kan estimere deformasjoner fra underjordsdrift, som for eksempel sublevel caving.

Studien konkluderte med at driften kan påvirke et større område enn tidligere antatt, og at InSAR er godt egnet for slik overvåking.

Bakkebasert InSAR

En annen årsak til at bruken av InSAR innen gruvedrift er begrenset i Norge, kan være størrelsen av gruvene.

– Da kan bakkebasert overvåkning være et bedre alternativ, mener Dammann.

For mens en styrke ved satellittbasert InSAR er muligheten til å overvåke store arealer kostnadseffektivt, kan bakkebaserte instrumenter, inkludert InSAR-målinger, være mer kostnadsforsvarlige for relativt små operasjoner.

Bakkebasert InSAR gir langt hyppigere målinger og høyere kvalitet enn den satellittbaserte ekvivalenten. En står fritt til å velge avbildningsgeometri selv, mens satellitter har faste spor og liten eller ingen sensitivitet til bevegelser i nord-sør-retning.

Avdelingslederen forteller at NGI har bidratt til å etablere en slik løsning for en norsk dagbruddsgruve og er i samtaler om noe tilsvarende for en annen.

Fremtidens overvåkning

Bruken av InSAR og satellittdata generelt i sterk vekst, og Norge har tatt en ledende rolle i utviklingen av en verdikjede for satellitteknologi fra utvikling og oppskyting til nedlasting av data og sluttprodukter til brukerne.

Dammann trekker frem Inio som eksempel. Den kommersielle InSAR-aktøren ble etablert av NGI og Kongsberg Satellite Services (KSAT) for å skalere opp bruken av satellittdata og utnytte potensialet bedre for det nordiske markedet.

Inio tilbyr rask InSAR-basert overvåking av bakkebevegelser, integrert med bakkebaserte sensorer og geotekniske analyser, gjennom en brukervennlig portal for overvåking av områder og infrastruktur, inkludert gruver.

Flere andre aktører utvikler og leverer også liknende tjenester. Lauknes understreker rollen NGU og NORCE spiller ved å prosessere offentlige InSAR-data og ved å levere data til European Ground Motion Service (EGMS).

Med økt tilgang på satellittdata og fremvoksende kommersielle tjenester, kan InSAR få en større rolle i å styrke sikkerheten i sektorer som bergindustri.

De fatale hendelsene i Tyrkia og Brasil minner oss om at gruvedrift og flytting av store mengder masser kan få konsekvenser. InSAR er ikke en mirakelløsning, men ved å kombinere teknologien med bakkebaserte målinger og geofaglig ekspertise kan gruvedrift bli tryggere – for mennesker, infrastruktur og natur.