Dana Carciumaru1,3; Mario Gonzalez Escobar2 y Roberto Ortega1
1Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada – Unidad Académica La Paz, Miraflores 334, Bellavista, La Paz 23050, Baja California Sur, México
2 Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Ensenada, Baja California, México
3SECIHTI – Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada – Unidad Académica La Paz, Miraflores 334, Bellavista, La Paz 23050, Baja California Sur, México
Introducción
Baja California Sur, una región conocida por su belleza natural y su clima árido, enfrenta un desafío crítico: la escasez de agua. El agua subterránea, almacenada en capas de rocas permeables llamadas acuíferos es esencial para la población y los ecosistemas locales. Sin embargo, la sobreexplotación y el cambio climático han puesto en riesgo esta valiosa reserva. En este contexto, los sismos y el ruido sísmico emergen como herramientas innovadoras para el monitoreo y gestión de los recursos hídricos subterráneos.
El estado tiene una tectónica interesante debido a su ubicación en una región geológicamente activa. La península de Baja California, que incluye Baja California Sur, está situada entre la placa del Pacífico y la placa de América del Norte.
Los sismos en la región son el resultado de la actividad tectónica en el sistema de fallas del Golfo de California. Estos movimientos pueden variar desde temblores, casi imperceptibles, hasta terremotos más significativos que pueden causar daños. La región experimenta una actividad sísmica constante debido a la interacción entre las placas tectónicas. Además de los sismos perceptibles, existe lo que se conoce como «ruido sísmico ambiental». Este ruido sísmico está constituido por pequeñas vibraciones continuas generadas por fenómenos naturales cotidianos como las olas del océano golpeando la costa, viento, lluvias intensas, movimiento de masas de agua subterránea, cambios en la presión atmosférica o incluso eventos climáticos lejanos. Asimismo, actividades humanas cotidianas, como el tráfico vehicular o construcciones urbanas también.
El ruido sísmico, la lluvia y los acuíferos están interrelacionados a través de cambios físicos en el subsuelo que afectan la propagación de las ondas sísmicas. En este contexto el ruido sísmico emerge como herramientas innovadoras para el monitoreo y gestión de los recursos hídricos subterráneos.
Este fenómeno es aprovechado por métodos de monitoreo pasivo para evaluar la condición de los acuíferos.
Lluvia, acuíferos y ruido sísmico: Una Relación Sorprendente
La infiltración de agua de lluvia en el suelo provoca cambios en la saturación de las capas freáticas. Este cambio modifica la velocidad de propagación de las ondas sísmicas, así como la forma en que se dispersan o atenúan.
Cuando un acuífero se recarga con agua de lluvia, se alteran las propiedades del suelo como la rigidez del suelo y la impedancia acústica (diferencia entre las propiedades físicas de las capas saturadas y no-saturadas). Esto genera una respuesta detectable en los registros sísmicos.
Durante o después de eventos de lluvia intensa, el agua se infiltra en el suelo y migra hacia diversas capas, incluyendo las más profundas provocando cambios en la saturación del suelo en áreas con acuíferos cercanos a la superficie. Este aumento en la cantidad de agua modifica las propiedades físicas del medio, lo que afecta la propagación de las ondas sísmicas. Al moverse por poros y fracturas, se genera un ruido continuo que puede detectarse con instrumentos sísmicos.
Figura 1. (a) Sección transversal del terreno en condiciones normales, destacando diferentes capas geológicas y un acuífero superficial; (b) Acuífero durante episodios de lluvia fuerte ; (c) y (d) presentan vistas detalladas de la vibración de edificios. Estas alteraciones en la saturación del medio provocan cambios detectables en el ruido sísmico ambiental, permitiendo así monitorear la recarga y dinámica del acuífero mediante instrumentos sísmicos instalados en la superficie.
Durante eventos de lluvia intensa, este ruido sísmico puede aumentar en amplitud y frecuencia debido al movimiento del agua.
Cuando el agua de lluvia llega a un acuífero, la saturación del medio aumenta y este aumento modifica la forma de vibrar, sobre todo en la parte donde se ha almacenado el agua. Los cambios en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas, la dispersión y la atenuación de las ondas pueden ser medidos para evaluar la recarga del acuífero.
Utilizando estaciones de monitoreo sísmico pasivo, es posible detectar en tiempo real cómo se recargan o descargan los acuíferos tras eventos de lluvia significativa.
En Baja California Sur empezamos un proyecto para monitorear el acuífero de San José del Cabo. En esta zona se instalaron pequeños sismografos que están monitoreando continuamente estos cambios que en los casos de lluvias fuertes presentan cambios abruptos en el ruido sísmico.
Los sismómetros de banda ancha se instalan en áreas de interés para registrar continuamente el ruido sísmico de fondo (Fig.2).
Figura 2. Instalación y calibración de instrumentos sísmicos en el acuífero de San José del Cabo
Durante y después de eventos de lluvia, se pueden observar cambios en la señal sísmica que indican procesos de infiltración o recarga del acuífero, incluso empieza a temblar más, eso se debe a que el agua permite que se lubriquen las fallas y ocurre cambios en el número de eventos.
Para procesar los datos utilizamos diferentes técnicas unas de ellas muy útiles en la ingeniería civil para identificar la profundidad de la capa freática y monitorear cambios en la saturación del suelo e identificar variaciones en la saturación del acuífero.
Conclusión
El uso del ruido sísmico para el monitoreo de acuíferos representa un avance significativo en la gestión sostenible de los recursos hídricos. Este método, que se basa en la detección de vibraciones naturales y antrópicas, permite evaluar el estado y comportamiento de los acuíferos de manera no invasiva, continua y económica.
La interacción entre la lluvia, el ruido sísmico y los acuíferos es esencial para comprender cómo se producen procesos de recarga y descarga en el subsuelo. Cuando la lluvia se infiltra y recarga un acuífero, se generan cambios detectables en el ruido sísmico debido a modificaciones en las propiedades físicas del medio (como densidad y rigidez).
Este enfoque es particularmente útil en áreas donde el acceso físico a los acuíferos es limitado o donde se desea minimizar el impacto ambiental. Además, permite la implementación de sistemas de monitoreo en tiempo real que pueden ayudar a gestionar el uso del agua y a prevenir problemas relacionados con la sobreexplotación, la contaminación o los efectos del cambio climático.
Bibliografía:
Assi Hagmaier, H.M. (2022). Estudio de las variaciones de la velocidad y los periodos de vibración en el Valle de México mediante el procesado de ruido sísmico. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 76 pp.
Clements, T., Denolle, M. A., & Thurber, C. H. (2018). Temporal changes in groundwater content from ambient seismic noise autocorrelations. Geophysical Research Letters, 45(18), 9585–9594. https://doi.org/10.1029/2018GL078931
