Una tercera parte de los acuíferos gigantes del mundo se agota

Según dos nuevos estudios dirigidos por la Universidad de California en Irvine (UCI), utilizando datos de satélites GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) de la NASA, publicados la semana en la revista Water Resources Research (1, 2), alrededor de un tercio de las mayores cuencas acuíferas de la Tierra se están agotando rápidamente por el consumo humano, a pesar de tener pocos datos precisos sobre la cantidad de agua que queda en ellos, Según los investigadores, eso significa que segmentos significativos de la población de la Tierra están consumiendo agua subterránea de forma rápida y sin saber cuándo podrían agotarse los acuíferos. 

Tendencias del almacenamiento de aguas subterráneas para los 37 acuíferos más grandes de la Tierra según un estudio de la Universidad de California en Irvine (UCI) basado en datos del satélite NASA-GRACE (2003-2013), una misión conjunta de los centros alemanes German Aerospace Center y German Research Center for Geosciences, y de la Universidad de Texas en Austin. De ellos, veintiuno han superado los puntos de inflexión de sostenibilidad, de los cuales trece están significativamente sobreexplotados y amenazan con acabar con la seguridad regional de agua y su propia capacidad de recuperación. Fuente UCI/NASA/JPL-Caltech. Una imagen a mayor tamaño puede obtenerse en este enlace.

«Las mediciones físicas y químicas disponibles son insuficientes, dice el investigador principal Jay Famiglietti, profesor de la UCI e investigador del Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Pasadena, California, que continúa diciendo: «Teniendo en cuenta la rapidez con que estamos consumiendo las reservas de agua subterránea del mundo, necesitamos un esfuerzo global coordinado para determinar la cantidad que queda».

Los estudios son los primeros en caracterizar exhaustivamente las pérdidas mundiales de aguas subterráneas con datos obtenidos mediante imágenes desde el espacio, usando lecturas generadas por los dos satélites GRACE de la NASA. Ambos satélites gemelos miden los cambios en la gravedad de la Tierra, que se ven afectados por las masas de agua. En el primer artículo, los investigadores encontraron que 13 de los 37 acuíferos más grandes del planeta estudiados entre 2003 y 2013 se están agotando mientras que reciben poca o ninguna recarga. Ocho fueron clasificados como «sobreexplotados», es decir, casi sin reposición natural para compensar el uso. Otros cinco resultaron ser «extremadamente» o «muy explotados», dependiendo del nivel de reposición de cada uno. Esos acuíferos siguen agotándose pero mantienen todavía cierto nivel de recarga.

Los acuíferos más sobrecargados están en zonas más secas del mundo, donde las poblaciones dependen en gran medida de las aguas subterráneas y las tensiones socioeconómicas o políticas no permiten adoptar medidas tendentes a evitar la sobreexplotación.

El equipo de investigación informa que el Sistema Acuífero de Arabia, una importante fuente de agua para más de 60 millones de personas, es el más sobreexplotado del mundo. El acuífero de la Cuenca del Indo, en el noroeste de la India y Pakistán, es el segundo más sobreexplotado, y la Cuenca del Murzuk-Djado, en el norte de África, es el tercero. Pero el problema no se ciñe únicamente a los países en desarrollo, porque el acuífero del Gran Valle Central de California, que se utiliza en gran medida para la agricultura, está sufriendo un agotamiento muy rápido, pero todavía se considera como extremadamente explotado según la primera publicación.

En el segundo artículo, complementario del primero, los científicos concluyen que el reservorio total de agua subterránea utilizable del mundo es poco conocido, con estimaciones que a menudo varían ampliamente. El volumen total de agua subterránea es probablemente mucho menor que las estimaciones rudimentarias hechas hace décadas. Al comparar las tasas de pérdida de agua subterránea obtenidas por satélite con los pocos datos existentes sobre la disponibilidad de las aguas subterráneas, los investigadores encontraron grandes discrepancias en el «tiempo de agotamiento» proyectado. En el sobreexplotado sistema acuífero del noroeste del Sahara, por ejemplo, el tiempo de las estimaciones de agotamiento varió entre 10 y 21.000 años.

«En realidad no sabemos cuánto se almacena en cada uno de estos acuíferos. Las estimaciones de almacenamiento restante podrían variar de décadas a milenios», dice Alexandra Richey, primera firmante del artículo. «En una sociedad con escasez de agua, ya no podemos tolerar este nivel de incertidumbre, sobre todo porque el agua subterránea está desapareciendo muy rápidamente».

El estudio señala que la escasez de agua subterránea ya está causando a un impacto ecológico muy significativo, que incluye ríos agostados, disminución de la calidad del agua y hundimiento del terreno. Los acuíferos subterráneos se encuentran normalmente en suelos o en sustratos rocosos más profundos debajo de la superficie terrestre. La profundidad y el grosor de muchos grandes acuíferos hacen que sea difícil y costoso perforarlos o indagar por otros medios la profundidad de los mismos. Pero es imprescindible hacerlo, concluyen los autores.

Como puede verse en la siguiente figura, nuestra dependencia del agua es extraordinaria.

Cantidades de agua que se necesitan para la obtención de determinados bienes de consumo. Las comas en los números señalan los miles. Por ejemplo, obtener un kilo de carne de vacuno requiere un consumo de 15.500 (quince mil quinientos) litros de agua. Fuente: Stockholm Water Institute. 

A más fracking más terremotos

Esconder la suciedad debajo de la alfombra mientras se barre no es una buena idea: la porquería acaba siempre por aparecer. La idea de que las actividades humanas pueden causar terremotos ha existido durante décadas, pero ahora se sabe con certeza que la conexión entre las prácticas asociadas al fracking y los movimientos sísmicos es real. Dos estudios, publicados la semana pasada en Science Advances y Science, concluyen que los terremotos están siendo inducidos por la inyección en el subsuelo del fluido salado y contaminado que se extrae de los pozos de fracking después de que haya sido inyectado a alta presión para forzar la salida del petróleo o del gas natural.

Las relaciones entre los cambios volumétricos del agua subterránea y la inducción de seísmos se conocen desde la década de 1960, cuando los geólogos se dieron cuenta de que las minas de oro en Sudáfrica  provocaban pequeños terremotos, aunque en algún caso la magnitud superó los cinco puntos en la escala Richter. Desde entonces, los científicos han encontrado que incluso bombear agua fuera de las minas subterráneas para evitar las inundaciones de las galerías modifica lo suficiente la dinámica de la tensión en las formaciones rocosas como para desencadenar un terremoto. Algunas rocas están saturadas de agua, lo que quiere decir que el agua rellena los poros entre las partículas de roca. Se forma así lo que se llama «presión de poro», lo suficientemente poderosa como para mantener a la formación rocosa en una especie de equilibrio de turgencia. Si se aspira el agua, las partículas tienden a colapsar sobre sí mismas y la roca se comprime. Si se añade un fluido sea agua o sea gas, el efecto es el contrario: las partículas se separan y la roca se expande. De manera que el agua moviéndose bajo tierra puede afectar a las tensiones en las formaciones rocosas. Ahora supongamos que hay una falla cercana. Si se modifica el contenido de agua alrededor de la falla, esta podría deslizarse. Si el agua penetra en la falla en sí, puede lubricarla y provocar un terremoto de cierta magnitud.

Las operaciones de bombeo en el fracking inyectan grandes cantidades de agua a presión para fracturar la roca y liberar el hidrocarburo. Desde que comenzaron a multiplicarse las operaciones de fractura a mediados de la pasada década, se sospechaba que podían inducir movimientos sísmicos. En 2013, las pruebas comenzaron a aflorar con nitidez. El aumento de la actividad sísmica en Oklahoma, Ohio y Arkansas se relacionó inmediatamente con la práctica del fracking. Aunque provocar microseísmos para obtener imágenes de los estratos rocosos es una práctica común en la exploración de los depósitos de hidrocarburos y las explosiones provocadas para fracturar pueden inducir movimientos telúricos, la causa principal de los seísmos parece estar estrechamente relacionada con la inyección de aguas residuales en el subsuelo, una de las prácticas que usan los operadores del fracking para deshacerse de los contaminados fluidos de retorno. El agua que se utiliza para fracturar la roca se recupera y se bombea en esos pozos de agua residuales, que inyectan mucha agua. A varios kilómetros de profundidad, hasta nueve en muchos pozos, el agua a alta presión puede acumularse durante meses o años. Es esa presión la que en realidad puede crear terremotos. 

Figura 1. Terremotos con magnitud (M) ≥ 3 en el centro de Estados Unidos entre 1967 y 2012. Después de décadas de una tasa constante de terremotos (21 de media al año), la actividad se incrementó a partir de 2001 y alcanzó los 188 terremotos en 2011. Fuente: Ellsworth, W.L. Injection-Induced Earthquakes. Science, 341 (julio de 2013).

Las primeras relaciones sobre seísmos y fracking se establecieron en Texas en 2013 (Figura 1). No era nada nuevo: se piensa que un pozo de aguas residuales en el yacimiento Arsenal de las Montañas Rocosas en Colorado fue el detonante de un terremoto de grado 4,8 que tuvo lugar en la década de 1960. También en 2013, en otro estudio también publicado en la revista Science se relacionó a los terremotos con la inyección de aguas residuales procedentes del fracking. Los investigadores, de la Universidad de Columbia, aseguraban que seísmos ocurridos en lugares lejanos habían desencadenado terremotos en zonas de Estados Unidos donde se elimina el líquido sobrante de las explotaciones inyectándolo en el subsuelo a gran profundidad (Figura 2).

Figura 2. Activación de terremotos a distancia en el medio oeste de Estados Unidos, según el catálogo del Advanced National Seismic System (ANSS). (A): terremotos de magnitud 3 o superior entre 2003 y 2013. Los terremotos marcados en rojo se produjeron durante los primeros diez días después del terremoto de Maule (Chile) de febrero de 2010; diez días después del terremoto Tohoku-Oki (Japón) de marzo de 2011, y diez después de los terremotos de Sumatra de abril de 2012. La activación se produjo casi exclusivamente en tres campos de inyección de fluidos residuales llamados Praga, Trinidad, y Snyder. (B): terremotos registrados en los 10 días antes y después de los tres terremotos remotos de magnitud ≥8.6. Fuente: van der Elst, N.J. et al. Enhanced Remote Earthquake Triggering at Fluid-Injection Sites in the Midwestern United States. Science, 341 (julio 2013).

El estudio hablaba, por ejemplo, de un terremoto en Chile que provocó actividad sísmica en Oklahoma y de otro en Japón que generó seísmos en Tejas. Otro estudio, esta vez publicado en la revista Geology relacionó un seísmo de magnitud 5,6 (seis décimas superior al registrado en Lorca en 2011) ocurrido en Oklahoma en 2011, que dejó dos heridos, catorce casas destruidas y carreteras dañadas, con la inyección del fluido de retorno del fracking en el subsuelo. Ese terremoto, el más potente registrado jamás en Oklahoma, provocó posteriormente varios planos de falla al sur del epicentro, causando más de mil réplicas. Las mismas prácticas produjeron durante 2010 y 2011 unos 800 terremotos leves (menos de 3 grados en la escala Richter) en Arkansas. Los más de 600 terremotos registrados en ese estado en 2010 superaban en número a los registrados durante los últimos cien años. La Arkansas Oil and Gas Commission relacionó inequívocamente esos seísmos con la habitual práctica de los operadores de fracking de inyectar las aguas residuales en el subsuelo y prohibió tales prácticas. 

Terremotos similares han ocurrido en los estados de Texas, Oklahoma, Nuevo México, Nueva York y Virginia Occidental, todos ellos relacionados con la inyección de agua residual (1; 2; 3). Tan segura era la estrecha relación entre la inyección de fluidos en el subsuelo y los terremotos, que Arthur McGarr, geólogo del Servicio Geológico estadounidense en Menlo Park, California, decía en 2011 que era capaz de predecir la magnitud de los terremotos en la escala Richter en función del volumen de líquido que se inyecte.

También hay registrados incidentes sísmicos en Europa. En junio de 2011, dos terremotos ocurridos en Reino Unido obligaron a parar las actividades de exploración que se habían iniciado en Lancashire. El Servicio Geológico Británico informó que el momento de las operaciones y la proximidad de los terremotos al yacimiento indicaban que tales seísmos eran consecuencia del proceso de fracking. Cuadrilla Resources, una empresa energética del Reino Unido, admitió que su proyecto de fracking era el causante de la inducción de esos terremotos. Con el habitual comportamiento de las empresas del sector, el informe de Cuadrilla (que la empresa ha retirado de su web), llegaba a la conclusión de que no había impedimento para continuar con las operaciones de fracking en la zona.

En los Países Bajos, entre 2000 y 2013, el número de terremotos aumentó más de cinco veces respecto al decenio precedente, mientras la producción de gas se duplicó. A través de un comunicado emitido en abril de 2013, la compañía petrolífera holandesa Nederlandse Asrdolie Maatschappij (NAM) admitió implícitamente ser la causa desencadenante de estos seísmos, asignando una cantidad de 100 millones de euros en compensaciones para todos los ciudadanos que habían comunicado daños tras las últimas sacudidas sísmicas (Peinado, M. Fracking: El espectro que sobrevuela Europa. Icaria, 2015). 

Dos estudios, publicados el pasado 18 de junio en Science Advances y Science, llegan a la conclusión de que los terremotos están siendo inducidos por la inyección en el subsuelo del fluido salado y contaminado que se extrae de los pozos de fracking después de que haya sido inyectado a alta presión para extracción petróleo. Los operadores han dado con el viejo truco de esconder la suciedad debajo de las alfombras: lo inyectan en el subsuelo. Los estudios científicos han concluido que la inyección del fluido de alta concentración producido en la extracción de petróleo o gas viene inmediatamente seguida de movimientos sísmicos. El aumento de esa práctica de eliminación está directamente relacionada con el aumento de los terremotos en Oklahoma y en todo Estados Unidos.

Figura 3. Terremotos desde 1975. Las barras rojas están asociados en el tiempo con la inyección de agua salada mientras que las de color gris no lo están. Fuente: Weingarten, M. et al. High-rate injection is associated with the increase in U.S. mid-continent seismicity. Science, 348 (junio de 2015).

Las evidencias científicas están fuertemente apoyadas por las estadísticas: en los últimos años han aparecido datos suficientes que correlacionan en lugar y tiempo a los terremotos y la eliminación de fluidos. La práctica de bombear los fluidos en depósitos subterráneos no es nueva, pero se ha incrementado exponencialmente en los últimos años. Hoy, algunos pozos bombean más de 300.000 barriles de agua al mes (cada barril son 159 litros). Ese cambio en la práctica se correlaciona perfectamente con el aumento de los terremotos (Figura 3). Cabe destacar que desde que Kansas pidiera en marzo de este año una moratoria para la eliminación subterránea de fluidos, la tasa de los terremotos se ha reducido, aunque aún es demasiado pronto para saber con certeza si esta tendencia continuará.

La mayor parte del aumento de la actividad sísmica consiste en terremotos relativamente pequeños, pero como desde 1974 los geólogos son capaces de registrar terremotos de magnitud 3, han podido observar que mientras que durante el período 1974-2008 en Oklahoma se registraba solamente un terremoto de magnitud 3 una vez al año, entre 2013 y 2014 el registro se disparó hasta más de un centenar.

El aumento en la actividad sísmica es aún más notable cuando se consideran los terremotos de magnitud 4 o superior, ya que los antiguos métodos de registro de datos (los anteriores a 1974) también pueden rastrearlos. Entre 1882 y 2009 en Oklahoma se había registrado solamente un terremoto de al menos esa magnitud cada diez años aproximadamente; a partir de 2009 la tasa se incrementó hasta multiplicarse casi 200 veces: en 2014 se registraron 24 seísmos de magnitud 4 o superior. (La escala de magnitud moderna sustituye a la antigua escala de Richter; la moderna escala es logarítmica: un terremoto de magnitud 4 libera 101,5 veces más energía que un terremoto de magnitud 3). Otros estados han visto incrementos similares, aunque menos dramáticos en términos de números absolutos.

Figura 4. Terremotos asociados con la inyección subterránea de fluidos entre 1975 y 2015. Fuente: Matt Weingarten/University of Colorado-Boulder (http://www.forbes.com/sites/matthewfrancis/2015/06/18/oil-byproduct-practices-to-blame-for-oklahoma-earthquakes/).

Para analizar las causas de dichos aumentos, los autores de los estudios publicados la semana pasada examinaron varias posibilidades. Si bien es probable algunos terremotos se deban directamente al fracking, la investigación demuestra claramente que se deben a la eliminación del fluido extraído después de la fractura mediante su bombeo a alta presión en el subsuelo. Es ahí donde radica el problema: si el líquido se añade a un lugar donde los fallas son un poco inestables, la presión adicional es suficiente para causar sacudidas sísmicas. Las rocas del subsuelo de Oklahoma están repletas de pequeñas fallas o grietas sometidas a una cierta tensión. La inyección presurizada de líquido es suficiente para que esas fallas liberen la energía acumulada. Cuando la inyección era relativamente pequeña, era difícil vincular los terremotos con la actividad humana; cuando la tasa de inyección aumentó en los últimos años, la actividad sísmica se disparó hasta el punto que la conexión resulta estadísticamente significativa.

Animación. Terremotos relacionados con la inyección de agua salada en el tiempo. Fuente: Matt Weingarten/University of Colorado-Boulder. (http://www.forbes.com/sites/matthewfrancis/2015/06/18/oil-byproduct-practices-to-blame-for-oklahoma-earthquakes/)