SISMICIDAD INDUCIDA POR EL SER HUMANO

Los procesos del fracking desde la perforación hasta la activación de fallas y generación de terremotos: 1- Perforación e inyección a presión de los fluidos fracturando el macizo rocoso. 2- Extracción de los hidrocarburos a la superficie. 3- Inyección de las aguas residuales a zonas profundas. 4- Activación de fallas profundas y terremotos inducidos.

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Aunque incluso en círculos de expertos pueda parecer aún una cuestión de ciencia ficción, los terremotos artificiales han sido una realidad durante décadas. Especialmente en las últimas. Desde hace tiempo se ha venido considerando y cada vez más entendiendo, que los terremotos pueden ser inducidos por la acumulación de agua en embalses, minería de superficie y subterránea, la extracción masiva de agua, fluidos y gas del subsuelo o cambios en las condiciones climáticas, pero sobre todo por la inyección de fluidos en formaciones subterráneas.

ConocoPhillips (Conoco) Heidrun Water Injection

Ningún terremoto intraplaca ha sido jamás localizado en una falla cartografiada en ningún lugar del planeta. Los hipocentros y epicentros están siempre distribuidos de manera difusa.

JOHN K. COSTAIN

JOHN K. COSTAIN: TAN SÓLO 1/3 DE LOS TERREMOTOS DE EE.UU. SE EXPLICARÍAN SEGÚN LA TECTÓNICA CLÁSICA

1. INTRODUCCIÓN: TERREMOTOS QUE GENERAN TERREMOTOS

Desde hace tiempo se sabe que fuertes terremotos lejanos pueden causar sismos menores a miles de kilómetros del epicentro. Zonas volcánicamente activas como el Parque Nacional Yellowstone han venido siendo referencia de este fenómeno desde hace décadas. A menudo se registra actividad sísmica significativa pasados unos días de un sismo fuerte lejano.

“Las olas sísmicas producidas por terremotos lejanos son como un test de estrés”, explica Heather Savage, coautor de un estudio presentado en julio de 2013 en Science sobre esta manera de transferencia de esfuerzos que afectan especialmente a zonas de inyección de agua por actividades relacionadas con el ser humano. “Si el número de pequeños terremotos se incrementa, puede indicar que las fallas se están ‘estresando’ de manera crítica y que podría producirse un terremoto mayor”. 

Ahora sabemos algo más sobre la influencia de sismos remotos en fallas previamente debilitadas por las actividades humanas, como la minería, la bajada de niveles de agua, el movimiento de tierras, la extracción desorbitada, los embalses..., en especial por la eliminación con inyección a cierta profundidad de aguas residuales. Este nuevo estudio realizado por científicos de la Universidad de Columbia y publicado en julio de 2013 por la revista Science indica que esos fuertes terremotos al otro lado del planeta pueden desatar temblores menores cerca de los pozos de inyección en medio de una zona no propensa a la sismicidad como pueda ser la zona central u oriental de Estados Unidos.

De esta forma explican varios autores que terremotos de gran magnitud como los de Chile en febrero de 2010 (8,8 Mw), Sumatra en 2012 (8,6 Mw) o Japón en 2011 (9,1 Mw) fueron responsables de otros sismos disparados en zonas tan alejadas como Oklahoma, Colorado o Texas, pero con un factor común: eran áreas sometidas a un alto estrés sísmico provocado por las inyecciones de aguas residuales provenientes de la actividad petrolífera o el fracking.

OKLAHOMA 2011: ABRAZOS DESPUÉS DE "EL TERREMOTO CINCO PUNTO SIETE"

"Las ondas sísmicas actúan como la gota que colma el vaso, empujando a las fallas a ese último impulso que queda para disparar un sismo", afirmó en una entrevista el autor principal del estudio, Nicholas van der Elst. Las ondas llegan a estas áreas de acumulación de agua o pozos e inducen terremotos que son suficientemente grandes como para ser motivo de preocupación para el público, destacaban ya los científicos del United States Geological Survey (USGS) hace meses con motivo de un estudio similar sobre el ya famoso "terremoto cinco punto siete" (5.7) de Oklahoma, el mayor reconocido de origen antropogénico, agregando entonces que ya había numerosos estudios previos que avalaban la información.

De aquellos miles de terremotos ocurridos en el mes de noviembre de 2011 uno fue el más importante en la historia de Oklahoma. Según aquel estudio presentado en abril de 2013 y corroborado en 2014 por el USGS, fueron activados también por la inyección de aguas residuales utilizadas para la perforación de petróleo y gas. Los temblores, según lo informado entonces, dañaron catorce edificaciones y destruyeron completamente otras seis más. Asimismo, resultó dañada la estructura del campus de la Universidad de St. Gregory.

OKLAHOMA 2011: EL USGS CONFIRMA EL ORIGEN HUMANO INDUCIDO NO INTENCIONADO DEL TERREMOTO 5.7 (EL MAYOR TERREMOTO INDUCIDO POR EL HOMBRE CONOCIDO. EN ROJO SE PUEDE VER LA ALINEACIÓN DE VARIOS EVENTOS SENTIDOS POR LA POBLACIÓN, EN VERDE EL 5.0 Y EN AMARILLO EL FAMOSO 5.7.

Aquella aportación a la sismología mundial y nuestra interacción con el medio, aglutinaba información conocida de varios informes previos al mismo respecto. El artículo publicado en la revista Geology, sostiene que la inyección de las aguas residuales causó el terremoto de magnitud 5,0 cerca de Prague (Oklahoma). Ese terremoto a su vez animó posteriormente varios planos de falla al sur del epicentro, causando más de 1.000 réplicas incluyendo el famoso "terremoto cinco punto siete".

Elizabeth Cochran, geofísica del USGS y una de las autoras afirmó entonces: "creo que esto debería hacer que tomemos conciencia sobre el potencial de eventos más importantes que podrían suceder en un futuro”, en una entrevista concedida a Popular Science. Ahora en julio de 2013, el geofísico William Ellsworth del USGS examinó también la cuestión de los terremotos inducidos por la inyección en un estudio reciente publicado en la revista Science. El artículo se centra en la inyección de fluidos en pozos profundos como una práctica común para la habitual eliminación de aguas residuales, y se examinan los acontecimientos recientes y los retos científicos clave para la evaluación de este riesgo y avanzar para reducir los riesgos asociados.

INSTALACIONES DE INYECCIÓN Y FRACKING EN COLORADO FUERON CAUSANTES DE SISMICIDAD

Hay otro nuevo estudio relacionado con las inyecciones de agua en el subsuelo: los investigadores de la Universidad de California en Santa Cruz, han descubierto que las instalaciones de energía geotérmica pueden también inducir terremotos, y han encontrado una alta correlación entre la actividad sísmica y la producción de este tipo de energía, lo cual implica asimismo inyectar agua en el subsuelo.

Debido a las fundadas sospechas por el incremento de la sismicidad en la zona, estudiaron el número de terremotos producidos entre 1981 y 2012 en la región de Salton Sea (California), y cruzaron esos datos con los de la actividad de las plantas geotérmicas que fueron proliferando desde entonces. Hasta 1986, año en que aún era poca la actividad de producción geotérmica, el nivel de terremotos se mantenía bajo y más o menos constante. Pero después de 2001, este tipo de energía creció de manera significativa al mismo ritmo que lo fue haciendo la actividad sísmica, finalmente ambas se dispararon.

INCREMENTO DE LA SISMICIDAD (TERREMOTOS M>3 EN EEUU) DESDE 1975. Las barras en rojo están asociadas a la inyección de aguas residuales provenientes de la industria del petróleo y el gas, las barras en gris no. (Fuente: Matt Weingarten/UC Boulder)

Para poder discriminar y separar los terremotos directamente producidos por la industria de aquellos debidos a causas naturales, los investigadores desarrollaron un método estadístico. “Podríamos predecir los terremotos generados por la actividad humana a partir de los datos del agua que entra y sale del suelo”, explica Emily Brodsky, geofísica de la universidad de California y autora principal de este otro estudio.

La publicación en abril de 2013 del trabajo sobre los terremotos de Oklahoma, en especial del denominado "terremoto cinco punto siete" relacionándolo con las inyecciones profundas de agua, es uno más de tantos trabajos similares que aparecen en todo el mundo cada vez con más frecuencia, también en España; todos apuntan a las mismas sintomatologías y desencadenantes en diversas partes del mundo, relacionan siempre de una u otra manera la actividad industrial, las inyecciones de agua, los cambios tensionales o climáticos, la hidrosismicidad natural o mixta (con influencia humana), con un siempre notable incremento de los terremotos en zonas donde incrementos en la presión de agua por una u otra causa, llega a disparar el estrés de las fallas, hablemos o no de zonas propensas.

2. LA SISMICIDAD INDUCIDA POR EL SER HUMANO

Desde los trabajos que relacionaron los terremotos de Lorca y la extracción masiva de agua ya en 2011 y en 2012, pasando por la crisis sísmica de Jaén y las masivas extracciones seguidas de lluvias históricas, presentado en mayo de 2013 en México para la American Geophysical Union, por investigadores españoles o la crisis sísmica de Navarra y el papel de las antiguas minas de Potasas S.A. como canales de filtración, ahora en julio de 2013, se vuelven a corroborar doblemente las tesis de la denominada hidrosismicidad, tanto por inyección de las aguas residuales provenientes de la industria petrolífera o el fracking como del aprovechamiento de la energía geotérmica.

En todos los casos, como veremos más abajo, el papel protagonista desencadenante de la sismicidad lo juega el agua, el mecanismo físico que subyace ha sido publicado en artículos tanto en congresos, como en revistas científicas o de divulgación y se puede encontrar en este blog en varias de sus entradas. No obstante, el apartado 3 del presente artículo acerca al público en general dicho mecanismo.

El agua utilizada y parcialmente extraída para minería, petróleo, fracking, etc., es contaminada por productos químicos y debe ser eliminada de una manera que evite la contaminación de las fuentes de agua dulce. No se puede devolver a ríos o lagos. A menudo, lo más económico es forzar un rapto geológico mediante la inyección subterránea, muy por debajo de los acuíferos que abastecen de agua potable.

La investigación de estos autores como Ellsworth mostró algo que ya era bien conocido tanto por fenómenos naturales climáticos como la hidrosismicidad natural, como cuando se eliminan las aguas residuales cerca de las fallas, aunque éstas permanezcan inactivas. Si las condiciones subterráneas son las adecuadas, y así es cerca de los pozos de inyección, pueden ser más probable que ocurran terremotos. Se pueden activar por el mecanismo bien conocido de elevar la presión del agua en el interior de una falla. Si la presión aumenta lo suficiente, la falla puede moverse, liberando la tensión almacenada en forma de una sacudida o terremoto. Incluso las fallas que no se han movido en millones de años pueden ser disparadas y causar  terremotos si las condiciones subterráneas son las adecuadas.

Ahora varios científicos del USGS y otras organizaciones mundiales, estamos dedicados a lograr una mejor comprensión de las condiciones geológicas y las prácticas industriales asociadas con los terremotos inducidos, y a determinar cómo se puede gestionar el riesgo sísmico en zonas no propensas que con nuestras actividades las convertimos en potencialmente propensas.

LOS TERREMOTOS DISPARADOS EN EE.UU. CERCA DE POZOS DE INYECCIÓN POR OTROS MÁS LEJANOS

Ellsworth, destaca un enfoque para la gestión de los riesgos que se articularía con la fijación de umbrales de actividad sísmica para operaciones tecnológicas seguras. Bajo este sistema “semáforo”, si la actividad sísmica excede los umbrales previamente acordados, se harán reducciones de la inyección. Si la sismicidad continúa o se intensifica, las operaciones podrían ser suspendidas.

El actual marco regulador de los pozos de eliminación de aguas residuales se ha diseñado para proteger el agua potable de la contaminación, pero hasta ahora no se ocupaba de la seguridad contra los terremotos. Ellsworth señaló que una de las consecuencias es que la cantidad de la información sobre los volúmenes y presiones de inyección reportados a las agencias reguladoras está aún lejos de ser ideal para gestionar el riesgo sísmico de las actividades de inyección.

Por lo tanto, impulsar o exigir incluso mejoras en la recopilación y presentación de los datos de inyección a los correspondientes organismos reguladores podría suministrarnos una información muy necesaria sobre las condiciones potencialmente asociadas con la sismicidad inducida por extracción de gas, agua, fracking... En particular, dijo Ellsworth, una información diaria de los volúmenes de inyección y presiones de inyección máximas y promedio sería un paso en la dirección correcta, al igual que la medición de la presión de agua y el estrés tectónico calculado antes de la inyección.

OKLAHOMA: PARADIGMA DE LA SISMICIDAD INDUCIDA

3. EL MECANISMO FÍSICO QUE GENERA LA SISMICIDAD INDUCIDA

Estos casos estudiados entran de lleno dentro de los postulados y preceptos cada vez más en auge de la hidrosismicidad (ver por ejemplo el libro de Wang & Manga, 2009; “Earthquakes influenced by water”) que sugiere básicamente la idea de que el agua actúa como un lubricante de las fallas, y por ello facilita su movimiento brusco con episodios sísmicos. Para explicarlo de manera que se entienda claramente: todos sabemos que cuando llueve resbalamos con mayor facilidad al caminar por la calle ya que el asfalto está húmedo, el concepto es tal cual, sencillo.

LO QUE PASA CUANDO EL AGUA QUE ENTRA EN LAS ROCAS ES MÁS QUE LA QUE SALE: UN AUMENTO DE PRESIÓN

Así, dentro de la disciplina de la mecánica de rocas, hace muchos decenios que se describió el cómo a los esfuerzos tectónicos procedentes de la lenta convergencia frontal y/o rozamiento lateral de las placas tectónicas, se suma el aumento de la presión de fluidos ante la presencia de agua, de esta manera se desencadenan terremotos en las fallas activas sismogenéticas que el hombre ha reconocido con diferentes conceptos a lo largo de la historia. Hoy esa modificación en la presión de fluidos se puede identificar con los bruscos cambios climáticos y también con las actividades humanas.

POZO DE INYECCIÓN

Cierto es que las fuerzas isostáticas, la erosión y el levantamiento juegan un papel fundamental, y tarde o temprano la transferencia de esfuerzos de Coulomb se reparte entre las piezas del sistema, pero no es menos verdad que un pequeño cambio en la presión de poros puede modificar esa transferencia de esfuerzos, lo cual supone que el agua juega un papel primordial en la configuración espacial y temporal de la sismicidad, y aunque aún debe ser demostrado y estudiado, algún paso ya se está dando (Wang, Manga, Sirnagesh, Costain, Elsworth, Doblas, Aretxabala, etc.).

Cuando ocurre un terremoto, éste puede aumentar los esfuerzos de Coulomb entre las fallas colindantes, lo que aumenta a su vez el momento de ocurrencia del próximo. Sobre todo si la falla sobre la que influye, está cerca como está siendo el caso, del esfuerzo de rotura.

El agua en este caso, como en otros ya estudiados, sería el detonante del cambio en la distribución y transferencia de los esfuerzos. Terremotos lejanos actuarían exactamente igual sobre zonas propensas recién sometidas a cambios de presión por obras hidráulicas, inyecciones o fracking.

Los escépticos con respecto a estas hipótesis que también consideramos al agua cuando su presencia es extraordinaria siguen apoyando sus especulaciones en la exclusividad de la transferencia de esfuerzos como agente que genera la sismicidad.

La transferencia de esfuerzos, se ha venido identificando como un mecanismo importante en la generación de terremotos. Dicho mecanismo está basado en el bien conocido criterio de rotura de Coulomb (CRC); en el caso de que esperemos un tipo de rotura como es la ocurrencia de un terremoto, tendríamos que:

 CRC = t - u (q - P) > 0

Indicando que un valor positivo de CRC puede generar la fractura. Aquí t define el esfuerzo cortante y q el normal, sobre el plano (suponiendo que una falla pueda asemejarse a un plano), q es positivo para la compresión, u es el coeficiente de fricción y P la presión de poros, cuyo papel protagonista es reducir el esfuerzo normal efectivo.

TRES FORMAS DE DISPARAR UNA FALLA (CUANDO EL SEMICÍRCULO TOCA LA RECTA ENVOLVENTE) SEGÚN EL CRITERIO DE ROTURA DE MOHR-COULOMB :

1. Aumentando la presión principal σ1

2. Disminuyendo la presión de confinamiento σ3

3. Aumentando la presión de fluidos P que reduce la presión efectiva σ1 y la σ3

Hay dos formas de aumentar la presión de poros (caso 3) natural por lluvias y tecnológica: pantanos e inyecciones de fluidos en las rocas. En todos los casos, las fallas se disparan y provocan sismicidad.

Por lo tanto, los terremotos pueden ser desencadenados por cambios de esfuerzos tanto como por el cambio de presión del agua o de poros. Las réplicas posteriores se suelen asociar a cambios en los esfuerzos transferidos usando la misma ley. La transferencia de esfuerzos estáticos y la interacción entre fallas cercanas o lejanas, satisfacen un papel de mecanismo físico que puede explicar la formación de enjambres, terremotos compuestos, premonitorios, principales, réplicas; los intervalos pueden ser horas, días, meses, años, décadas. Hoy sabemos mucho mejor que la Tierra no es insensible a nuestras actividades, y que el agua es una sustancia capaz de redistribuir esfuerzos provenientes de muy lejos.

FRACKING Y SISMICIDAD INDUCIDA: MINUTO 20'49''  DIARIO DE (CUATRO)