La civilización humana ha reestructurado el planeta de manera profunda, desde los cañones concretos de nuestras ciudades hasta las profundas cicatrices de las operaciones mineras. Mientras que muchas de estas alteraciones son visibles desde el espacio, algunos de los cambios más consecuentes ocurren muy bajo nuestros pies. Durante las últimas décadas, los científicos han construido un cuerpo convincente de evidencias que muestran que ciertas actividades industriales pueden desencadenar terremotos.

Seismicidad inducida por el conservador

La conexión entre grandes presas y terremotos se ha reconocido durante más de medio siglo. Cuando se llena un depósito profundo, el inmenso peso del agua ejerce nuevas tensiones en la corteza subyacente. Esta carga agregada puede cambiar la presión poro dentro de las fracturas de roca y a lo largo de las fallas preexistentes. Según la Encuesta Geológica de los Estados Unidos, el fenómeno se conoce como sísmica inducida por embalse (RIS).

Mecanismos detrás de los terremotos de reserva

Dos mecanismos físicos primarios impulsan la sísmica inducida por el embalse. El primero es el efecto de carga elástica directa: a medida que el embalse llena, el peso del agua comprime la roca subyacente, lo que la hace deformar. Esta deformación puede aumentar el estrés sobre las fallas cercanas.El segundo, a menudo más significativo, es la difusión de mayor presión poro lejos del embalse.

Casos notables de terremotos inducidos por el Reservoir

Algunos de los terremotos más dañinos inducidos en la historia están vinculados a grandes reservorios. El terremoto de Koyna en India de 1967, magnitud 6.3, fue asociado con la presa de Koyna. Mató a casi 200 personas y destruyó miles de hogares. La región de Koyna sigue experimentando sísmica décadas después de la construcción de la presa. Otro caso bien documentado es el terremoto de Oroville de 1975, magnitud 5.7, que se produjo cerca del nivel de la presa.

Factores que influyen en el riesgo

No todos los embalses provocan terremotos. Los factores clave incluyen la profundidad y el volumen del embalse, la tasa en la que se llena, y la geología local. Los depósitos profundos en regiones con fallas preexistentes y estrés tectónico elevado son muy propensos a inducir la sísmica. El llenado rápido parece ser más peligroso que el relleno gradual, ya que permite menos tiempo para la presión para disipar.

Fracturación hidráulica y terremotos

El fractar hidraúlico —conocido comúnmente como fracking— se ha convertido en un punto de inflamación en el debate sobre la sísmica inducida. El proceso implica perforar un pozo e inyectar una mezcla de alta presión de agua, arena y productos químicos en las formaciones de roca profundas para crear pequeñas fracturas que liberan petróleo y gas atrapados. La presión en sí puede causar terremotos muy pequeños, normalmente demasiado débiles para ser sentido en la superficie.

La conexión de fallas

El peligro sísmico de la fractura no es de la fractura misma sino de la activación no deseada de fallas fuera de la formación de destino. Si una falla se encuentra dentro de unos pocos cientos metros de la zona de inyección y se orienta favorablemente con respecto al campo de estrés regional, el aumento de la presión pore puede causar que se deslice. La mayoría de los terremotos relacionados con el fracking son inferiores a la magnitud 3.0, pero los eventos hasta la magnitud 4.6 han sido registrados en lugares como la revista DuverLT

Notables eventos de seismicidad inducida por el Fracking

En Estados Unidos, los aumentos más dramáticos de la sísmica han ocurrido en Oklahoma, Texas y Ohio. Sin embargo, esos eventos están principalmente vinculados a la eliminación de aguas residuales en lugar de fracking. Se han documentado eventos inducidos por el fracking en la cuenca del río Horn en Columbia Británica, Canadá, donde un terremoto de magnitud 4.4 en 2014 se atribuyó directamente a la fracturación hidráulica.

Inyección de aguas residuales: el conductor primario

Mientras que el encuadre puede causar pequeños temblores, el riesgo sísmico mucho mayor proviene de la eliminación de agua producida, la salina que fluye de regreso a la superficie durante la extracción de petróleo y gas. Este agua residual se inyecta generalmente bajo tierra en formaciones de rocas porosas a través de pozos de eliminación.El volumen de líquido inyectado durante largos períodos puede elevar la presión poro a través de una amplia área, potencialmente activando fallas muchos kilómetros del pozo de inyección.

El globo de terremoto de Oklahoma

El ejemplo más dramático de la sísmica inducida por aguas residuales es el aumento agudo de terremotos en Oklahoma y el sur de Kansas a partir de 2009. Antes del boom de la producción de petróleo y gas no convencional, Oklahoma promediaba alrededor de dos magnitud 3.0 o terremotos mayores al año. Para 2015, ese número había aumentado a más de 900.

Mecanismo y factores de riesgo

La inyección de agua residual induce terremotos a través de un proceso similar al llenado de embalses: el aumento de la presión poro reduce el estrés efectivo en los aviones de falla. Sin embargo, debido a que los pozos de inyección pueden apuntar a formaciones profundas y permeables, el frente de presión puede viajar lejos del pozo. Factores que aumentan el riesgo incluyen altas tasas de inyección, proximidad a fallas estresadas críticamente, y la presencia de vías perme.

Otras actividades humanas que pueden desencadenar terremotos

Las presas y la perforación son los culpables más hablados, pero están lejos de los únicos. Las actividades humanas que van desde la extracción minera hasta la extracción de energía geotérmica también pueden inducir eventos sísmicos.

Seismicidad inducida por la minería

La minería subterránea puede provocar terremotos de dos maneras. Primero, la eliminación de grandes volúmenes de roca altera la distribución del estrés alrededor de la excavación, causando que la roca circundante colapsara o se deslizara por las fracturas preexistentes. Segundo, el colapso de las minas abandonadas puede generar "temblores mineros" que a menudo se sienten como terremotos. En algunas regiones, como la zona de Ruhr de Alemania y partes de Sudáfrica, el monitoreo de peligros inducidos

Extracción de energía geotérmica

Los sistemas geotérmicos mejorados (EGS) funcionan inyectando agua de alta presión en roca caliente y seca para crear fracturas y agua circulante para extracción de calor. Este proceso es esencialmente similar a la fractura hidráulica y puede inducir terremotos. El ejemplo más famoso es el terremoto de magnitud 3.4 en Basilea, Suiza, durante un proyecto EGS. El evento causó daños menores y llevó a la suspensión del proyecto.

Extracción de fluidos (Oil, Gas, Agua)

No es sólo la inyección que puede desencadenar terremotos; la eliminación de líquidos también puede causar subsidence y cambios de estrés que conducen a la sísmica. En el campo de gas de Groningen en los Países Bajos, décadas de extracción de gas han causado miles de terremotos pequeños, como la compactación de la roca de embalses de las fallas de sobrestabilización.El mayor evento, una magnitud 3.6 en 2012, causó daños a edificios y condujo a una presión de agua en el terreno.

Otras actividades notables

Los ensayos nucleares subterráneos han producido terremotos mensurables, típicamente de magnitud modesta. La prueba nuclear norcoreana 2017 generó una magnitud 6,3 evento, aunque fue una explosión en lugar de deslizamiento tectónico. Proyectos de captura y almacenamiento de carbono (CCS), que inyectan CO2 profundo subterráneo, plantean riesgos sísmicos similares a la inyección de aguas residuales, aunque los volúmenes de CCS son actualmente mucho más pequeños.

Cómo seduce la seismicidad de los terremotos naturales

Los terremotos inducidos son indistinguibles de los naturales en términos de sacudido y daño. La diferencia radica en la causa y la previsibilidad. Los terremotos naturales ocurren cuando las tensiones tectónicas se acumulan a lo largo de cientos o miles de años a lo largo de una falla hasta que superan la fricción. Una actividad humana que cambia el estrés o la presión poro puede desencadenar una falla que ya estaba cerca del fracaso.

Los terremotos inducidos tienden a ser más superficiales (en pocos kilómetros de la superficie) que los terremotos naturales, que pueden ocurrir en profundidad en la corteza. Los terremotos afilados producen una sacudida más fuerte en la superficie por una magnitud determinada, haciéndolos más peligrosos en relación con su tamaño. También tienden a ocurrir en racimos cerca de la actividad desencadenante, mientras que los terremotos naturales siguen patrones tectónicos regionales.

Mitigation and Monitoring

No es inevitable la sísmica inducida. Con una cuidadosa planificación y monitoreo en tiempo real, se pueden evitar muchos de los eventos más grandes. Las herramientas clave incluyen la evaluación previa del sitio, sistemas de trafico y la gestión adaptativa.

Sistemas de luz de tráfico

Muchas jurisdicciones requieren ahora que los operadores de pozos de inyección o fracking adopten un sistema de luz de tráfico. Las operaciones verdes continúan normalmente; el amarillo desencadena una reducción de la tasa de inyección o volumen; el rojo requiere un cierre completo. Los umbrales varían por región, pero un umbral amarillo común es la magnitud 1,5 a 2.0, y el rojo es la magnitud 3.0 o superior. El Reino Unido impuso una magnitud 0.5 luz roja para las operaciones de fracking después de los eventos de Blackpool.

Criterios normativos

En Oklahoma, después del terremoto, la Comisión Oklahoma Corporation ordenó a los operadores cerrar o reducir significativamente los volúmenes de inyección en las zonas de mayor riesgo. El resultado fue una marcada disminución de la sísmica para 2017. En Holanda, el gobierno evitó la producción de gas de Groningen tras los terremotos inducidos. Estos casos demuestran que la regulación puede ser eficaz cuando se basa en la ciencia racional y se aplica constantemente. Sin embargo, hay desafíos: los terremotos pueden volver a la responsabilidad estricta.

Política pública y comunicación de riesgos

La sísmica inducida plantea desafíos únicos para la política pública. Debido a que los terremotos son causados por operaciones industriales, existe potencial de responsabilidad legal y oposición pública. En muchos casos, las pólizas de seguros no cubren los daños causados por terremotos inducidos, y los propietarios han luchado por presentar reclamaciones. La comunicación clara de los datos de riesgo y vigilancia transparente es esencial para mantener la confianza pública.

Conclusión

La evidencia es clara: las actividades humanas, desde la construcción de depósitos hasta la inyección de aguas residuales, pueden desencadenar terremotos. Los mecanismos son bien comprendidos, cambios en la presión poro y el estrés sobre las fallas preexistentes. La magnitud del problema varía según la región y la actividad, pero es manejable con la supervisión adecuada. Como el mundo sigue dependiendo de las presas para el almacenamiento de agua y la energía hidroeléctrica, y de la regulación totalmente inexistible para el control del subs.