Fracturación hidráulica y Terremotos

Monitoreo del terreno antes, durante y después de la fracturación hidráulica.

Actualmente se debate mucho sobre la fracturación hidráulica (fracking) derivada de la producción de energía geotérmica, la extracción de gas de vetas de carbón y las actividades de captura de carbono, y su relación con la actividad sísmica. En este artículo, explicaremos en términos sencillos qué significa esto y qué podemos hacer para comprender mejor el impacto de estas actividades en la Tierra y en la sociedad.

Comencemos con terremotos. ¿Qué es un terremoto? Sencillamente, terremotos son vibraciones causadas por la ruptura de rocas en el interior de la Tierra. ¿Por qué ocurren terremotos? Cuando la tensión aplicada a una sección de roca excede su resistencia, esta se rompe. ¿Qué causa la acumulación de tensión? Existen diversas causas.

Imagina que las placas tectónicas que forman la corteza exterior agrietada de la Tierra flotan en un mar de roca fundida. La mayoría de terremotos en el mundo ocurren en los límites de estas placas. Las placas tectónicas se fusionan en sus puntos de unión, pero este es su punto más débil, y cuando se acumula demasiada tensión debido a la presión ejercida por otras placas, se rompen en estos límites.

Entonces, ¿por qué se producen terremotos en Australia si se encuentra en medio de una placa tectónica y no cerca de un margen de placa? La placa indoaustraliana se desplaza hacia el norte a medida que la corteza se expande bajo el océano Antártico, donde nuevas rocas emergen a la superficie. La placa se desplaza desde un lado, por lo que la tensión se acumula tanto dentro de la placa como en los márgenes. Dentro de la placa existen zonas de debilidad, o fallas, en la roca, y a veces la tensión a la que está sometida toda la placa se libera a través de pequeñas fracturas en estas fallas. Estos se conocen como terremotos intraplaca.

Algunas actividades humanas pueden alterar la distribución de tensiones. Al modificar la distribución de tensiones en una sección de la Tierra, podemos alterar la forma en que la Tierra libera dicha tensión. Al excavar un pozo subterráneo, como túneles y cavernas mineras, modificamos la estructura de la roca que soportaba la tensión predominante. Al construir una represa, almacenamos mucho más peso en una sección de tierra previamente descargada y permitimos que mucha más agua se filtre en la tierra, cambiando la presión en la roca subyacente. De manera similar, al inyectar fluidos en la tierra, alteramos la tensión en la roca. En la mayoría de los casos, ya sea de forma natural o intencionada, estos cambios de carga no afectan significativamente la frecuencia de los terremotos, pero en algunos casos estas actividades pueden provocar estallidos de roca, desencadenar terremotos prematuros o causar fracturas inesperadas.

El término "fracking" suele tener una connotación negativa, pero la fractura de rocas para extraer recursos para el progreso humano se practica desde hace mucho tiempo y de diversas maneras. Analicemos el caso de la producción de energía geotérmica y comprendamos cómo se utiliza el fracking para aprovechar el calor natural renovable de la Tierra y generar energía.

La forma más común de generar grandes cantidades de electricidad es calentar agua hasta convertirla en vapor, que, bajo presión, se utiliza para hacer girar turbinas que, a su vez, emplean imanes y bobinas para producir electricidad. El método para generar calor y hervir el agua es variado: se queman carbón, gas y petróleo, y también se utiliza combustible nuclear. El calor del interior de la Tierra constituye una fuente aparentemente ilimitada de energía para calentar agua, pero acceder a él no es tarea sencilla. En algunas zonas, el calor de la corteza terrestre es suficiente a profundidades de tan solo unos kilómetros para calentar agua. Podemos perforar pozos hasta estas profundidades e inyectar agua en estas rocas calientes, y la fracturación hidráulica permite que el agua caliente y el vapor regresen a la superficie para la producción de energía.

En las estructuras rocosas bajo la superficie terrestre existen fracturas naturales que actúan como conductos para fluidos. En algunos casos, para lograr la capacidad suficiente para la producción de energía, es necesario expandir estas fracturas y crear otras nuevas para que el agua caliente pueda fluir a través del sistema de producción de energía a un ritmo adecuado. Esto se consigue bombeando fluidos a presión en la tierra, pero ¿cómo se logra de forma controlada? La mejor manera de observar lo que sucede es mediante el monitoreo de la actividad de las fracturas con instrumentos de medición de vibraciones (sismógrafos).

Por definición, la fracturación hidráulica consiste en romper rocas en el interior de la Tierra, y estas rupturas generan vibraciones. La magnitud de estas rupturas suele ser muy pequeña e insuficiente para provocar terremotos perceptibles. Como se mencionó anteriormente, las rocas se rompen naturalmente debido a las presiones tectónicas, y a menudo estos terremotos también son pequeños e imperceptibles para la población. Los sismógrafos pueden detectar estos eventos microsísmicos, pero necesitan estar ubicados cerca del origen de la ruptura para poder observar las vibraciones.

No siempre se dispone de un historial detallado de la actividad sísmica en zonas donde la producción de energía geotérmica es viable. Esto puede llevar a suponer que el nivel natural de actividad sísmica (sismicidad) es menor de lo que realmente es. La única forma de conocer el nivel de actividad sísmica de fondo en una zona determinada es instalar una red de sismógrafos para el monitoreo microsísmico, idealmente durante varios años, para establecer un nivel de referencia de la actividad natural.

El Centro de Investigación Sismología (SRC) lleva más de 35 años monitorizando terremotos en el este de Australia, especialmente en Victoria. Su red de sismógrafos está distribuida entre los activos de sus clientes, pero no ofrece una cobertura uniforme en todo el estado. En algunas zonas, la red registra terremotos pequeños (de magnitud inferior a cero) donde hay muchos sismógrafos muy cerca unos de otros, pero solo terremotos de mayor magnitud (superiores a 3) en otras donde el sismógrafo más cercano puede estar a decenas o cientos de kilómetros de distancia.

Para Victoria, la base de datos histórica de actividad microsísmica registrada por el SRC es sumamente valiosa. Si bien su red no tiene la resolución suficiente para indicar la sismicidad natural en todas las áreas propuestas para la producción de energía geotérmica o gas de vetas de carbón, puede ampliarse fácilmente para brindar este nivel de cobertura. Se recomienda encarecidamente realizar un monitoreo sísmico de referencia durante el mayor tiempo posible antes de que comience la producción de energía.

Los sismógrafos utilizados para determinar la sismicidad de referencia pueden seguir utilizándose una vez iniciada la producción de energía. Además de monitorizar la región para detectar cambios en las tasas de actividad sísmica, se requiere una monitorización más detallada en el punto de inyección de fluidos para controlar la progresión de la fracturación. Las fracturas producidas por la fracturación hidráulica suelen ser muy pequeñas, por lo que es necesario instalar equipos de alta sensibilidad muy cerca del origen de los eventos. La ubicación de estos eventos se representa en tres dimensiones para proporcionar a los operadores una visión de los efectos de la inyección de fluidos y que puedan modificar sus actividades si fuera necesario. Además de la monitorización de vibraciones, es preciso monitorizar la deformación del terreno mediante herramientas como sensores de inclinación. Los yacimientos subterráneos pueden cambiar de forma muy lentamente y no necesariamente con fracturas drásticas, por lo que la monitorización a largo plazo del movimiento subterráneo y superficial es igualmente importante.

La monitorización sísmica es de vital importancia en cualquier situación donde la actividad humana pueda alterar el régimen de tensiones en la corteza terrestre, ya sea mediante pruebas nucleares, la producción de energía geotérmica, el almacenamiento subterráneo de emisiones de carbono o la extracción de minerales o gases. La necesidad de la monitorización sísmica es reconocida por industrias consolidadas, como las relacionadas con el almacenamiento de agua y la minería, y es fundamental que industrias emergentes, como las de energías alternativas y renovables, hagan lo mismo.

Todo lo que hacemos sobre la Tierra tiene un impacto, pero eso no significa que no debamos hacerlo. La sociedad no podría progresar si no intentáramos cosas nuevas. Es nuestra responsabilidad abordar estas actividades con todo el conocimiento disponible y proceder con cautela para garantizar la seguridad y la sostenibilidad de nuestra sociedad.