Flujo de calor y geotermia en el Alto Golfo de California: primer reporte




Ciencias del mar y de la Tierra

Según un estudio del CICESE que está por ser publicado en la revista Earth and Planetary Science Letters, los valores de flujos de calor en la cuenca de Wagner, en el Alto Golfo de California, alcanzan valores extremadamente altos en su extremo oriental (la porción somera más cercana al bloque continental), lo que la convierte en candidato para una posible explotación geotérmica.

El trabajo es el primero que de manera sistemática mide el flujo de calor en esta cuenca marina, y es parte del estudio que realiza Florian Neumann para obtener su doctorado en este centro.

En entrevista con TODoS@CICESE, Florian explicó que las mediciones fueron hechas en mayo de 2015, cuando realizaron un crucero en esa cuenca marina a bordo del buque oceanográfico Alpha Helix, propiedad del CICESE.

En esa ocasión realizaron tres perfiles (transectos), pero en el artículo que está por publicarse presenta los datos de uno solo, de 40 kilómetros de longitud con espaciamiento de aproximadamente un kilómetro entre cada estación.

Se utilizó una sonda de flujo de calor para hacer las mediciones, un equipo adquirido en Alemania que también por primera vez era utilizado por personal académico de este centro de investigación.

Esta sonda mide 6 metros de largo y está equipada con 22 termistores a lo largo de su estructura. Se lanza desde el barco y baja verticalmente hasta que penetra en el sedimento. Al hacerlo, genera fricción y ésta, a su vez, calor, por lo que es necesario esperar alrededor de 12 minutos para que la temperatura de los sedimentos se estabilice. Una vez que la temperatura de los sedimentos está estable, se emite un pulso de calor. Con el decaimiento de ese pulso es posible obtener las propiedades térmicas del sedimento:  conductividad, difusividad térmica y calor específico. Con estos parámetros se calcula el gradiente de temperatura y el flujo de calor.

Florian explicó que la profundidad promedio de Wagner no supera los 250 metros. Se trata de una cuenca somera donde las variaciones temporales anuales de la temperatura del agua de fondo son significativas. Por eso fue necesario corregir las mediciones obtenidas con datos de CTD (un instrumento oceanográfico que, al sumergirlo, mide temperatura, profundidad y conductividad del agua) colectados por otros investigadores del CICESE a lo largo de varios años.

Para obtener los valores precisos de flujo de calor fue necesario desarrollar nuevas metodologías en este centro de investigación, en colaboración con Robert Harris, de la Universidad Estatal de Oregon.

El perfil se dividió en tres secciones: al oeste, al centro y al este del trayecto. Una vez corregidos los valores de flujo de calor se obtuvo la media en cada sección. Los resultados indican que la parte central del perfil es donde se presentan los valores más bajos: 99 miliwatts por metro cuadrado (mW m2). Al oeste la media sube a 220, y en la parte oriental llega a 419 mW m2.

El valor promedio de flujo de calor en la corteza oceánica es de 105 mW m2, por lo que se considera que los resultados encontrados en Wagner, sobre todo en la parte oriental, son muy altos. Se destacan tres mediciones donde los valores superaron los 1000 mW m2 (dos tuvieron más de 1500).

Esto al parecer está asociado a la presencia de las mismas fallas que controlan el campo geotérmico de Cerro Prieto. “Es como una extensión (de ellas) hacia la parte norte del golfo”, explicó.

La tesis de Florian está siendo co-dirigida por los doctores Juan Contreras Pérez y Raquel Negrete Aranda, del Departamento de Geología del CICESE. Ambos explicaron que el estudio se enmarca en el proyecto de investigación “Campaña intensiva de exploración geotérmica de las cuencas Wagner, Consag, Delfín, Guaymas y Alarcón del sistema de rifts del Golfo de California”, que comenzó en 2015, al iniciar actividades el Centro Mexicano de Innovación en Energía Geotérmica (CEMIE-Geo).

Raquel Negrete indicó que el proyecto es liderado por Antonio González Fernández, también del Departamento de Geología, e implica utilizar diversas técnicas de geofísica marina (núcleos de sedimento, métodos electromagnéticos, sísmica de reflexión, flujo de calor) para identificar áreas de interés geotérmico en el golfo (ver nota). Los estudios correspondientes a flujos de calor están a cargo de Juan Contreras y de ella misma.

“El proyecto original contemplaba que pudiera abarcar todo el golfo. El proyecto incluye tres campañas; una en el norte, una en el centro y una más en el sur, y hacer lo mismo que ya hicimos en Wagner”, explicó Raquel Negrete.

Pero el reto es la profundidad. “Wagner es una cuenca somera, en particular el norte del golfo tienen una profundidad promedio de menos de 250 metros. En cambio conforme vas más al sur, las cuencas se van haciendo más profundas. La profundidad de las cuencas centrales (Delfín, Guaymas) andan del orden de los dos kilómetros, mil metros mínimo en el caso de Delfín Inferior. Las cuencas del sur del golfo tienen más de dos kilómetros de profundidad, hasta tres kilómetros en el caso de Pescadero. Y el problema en realidad no es que no se pueda hacer flujo de calor en cuencas profundas. La técnica como tal siempre se aplica en mar profundo; el tema es que necesitas un barco que te lo permita”.

“Necesitamos un barco como el B/O El Puma, propiedad de la UNAM, con las capacidades técnicas para realizar mediciones de flujo de calor en cuencas profundas. Ahora estamos en conversaciones con investigadores del Instituto de Geofísica de la UNAM para poder usar esta plataforma oceanográfica para ir al centro del golfo en 2018, y eventualmente para ir a las cuencas del sur”, aseguró la investigadora.

Los estudios de flujo de calor en el mar comenzaron hacia finales de los años 60 a nivel mundial, con técnicas diferentes a las utilizadas para mediciones en tierra. Si bien en el mar también se puede medir a partir de pozos, como en tierra, es mucho más eficiente utilizar una sonda diseñada para este tipo de mediciones. Razón por la cual se decidió adquirir este equipo con recursos del proyecto.

Pero nadie en el CICESE tenía experiencia de trabajar con estas sondas y en general con todo el proceso (recolección, procesado e interpretación de datos). Por eso fue importante la incorporación de Raquel Negrete y de dos investigadores norteamericanos: Robert Harris, de la Escuela de Ciencias de Tierra, Oceánicas y Atmosféricas de la Universidad Estatal de Oregon, y de John Sclater, de la División de Investigación en Geociencias del Instituto de Oceanografía Scripps (UCSD).

Raquel hizo una estancia posdoctoral en Scripps con John Sclater, quien tiene reconocimiento mundial por el trabajo que ha hecho en los últimos 40 años con flujo de calor en el mar. Su trabajo es de alto impacto y ha permitido entender procesos que tienen que ver con el enfriamiento de la corteza terrestre, entre otras cosas.

Conoce el estado del arte de estas sondas que, según explica Raquel Negrete, “son mucho más sofisticadas que con las que empezaron, pero que sin embargo se basan en el mismo principio; no hay tanta diferencia, simplemente la tecnología ha permitido sofisticarlas un poco más”.

Respecto al potencial de explotación geotérmica que descubrieron en Wagner, Raquel es enfática: “Por supuesto que entre más somero esté el recurso, mucho más factible de que pueda ser explotado. Pero si lo tienes a dos kilómetros, ¿quién le entra?”

Es importante remarcar, agregó, que la tecnología de explotación de recursos geotérmicos en el mar está en pañales. En general, en el mundo no es una tecnología que esté muy desarrollada, y en México por supuesto no existe.

Juan Contreras difiere un poco: “Tecnología la hay, pero no ha sido aplicada en la industria geotérmica. Toda la tecnología de perforación que se cuenta fue desarrollada por la industria petrolera, y modificada en su tiempo por la industria de la geotermia. Hoy estamos en una situación similar”. Esto es: recurrir a lo que la industria petrolera ya tiene para mar somero y profundo, y utilizarlo en esta nueva aplicación.

Respecto al artículo, Florian Neumann dijo que se titula “Systematic Heat Flow Measurements Across the Wagner Basin, Northern Gulf of California”. La confirmación de que fue aceptado para su publicación en Earth and Planetary Science Letters, una revista de alto impacto de la editorial Elsevier, ocurrió apenas a mediados de septiembre.

Florian es primer autor. El resto de los coautores son: Raquel Negrete, Robert Harris, Juan Contreras, John Sclater y Antonio González.

La propia Raquel Negrete explica que si bien existe una publicación de 2013 que reporta flujos de calor en el norte del Golfo de California, se trata de mediciones puntuales que se hicieron en un área más grande, no en una cuenca específica. Tampoco aplicaron correcciones ambientales, por lo que “sí podríamos decir con toda tranquilidad que este es el primer trabajo que de manera sistemática mide el flujo de calor en la cuenca de Wagner”.

Florian acota todavía más: “nosotros en vez de hacer mediciones aleatorias hicimos tres perfiles. En el trabajo (que está por publicarse) se describe un perfil, y los otros dos todavía no, porque nos faltan los datos de sísmica (de reflexión) para confirmar”.

El artículo hace una descripción tectónica de las cuencas de ruptura (rift) al norte del Golfo de California, y analiza el flujo de calor en la cuenca Wagner, para lo cual examina las variaciones de temperatura en el agua de fondo, los procesos de sedimentación y el flujo de fluidos. Además, explora las implicaciones de estos hallazgos en procesos de ruptura continental en esta cuenca.

Respecto al grupo de trabajo, dijeron que además de ellos tres, tanto John Sclater como Robert Harris han estado involucrados desde que comenzó el proyecto y se tiene una colaboración muy estrecha. Además, en este momento una estudiante ya está trabajando con los datos de Wagner haciendo cuestiones de modelado, “y hay el plan de que continúe con el doctorado, por lo que sería la siguiente estudiante que estaría directamente involucrada con estudios de flujo de calor”.

 

Palabras clave: Wagner, flujo de calor, Florian Neumann, Juan Contreras, Raquel Negrete

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