La nueva “varita de avellana” de la hidrogeología

Por: José Ortega Ramírez*

La Resonancia Magnética Nuclear (NMR por sus siglas en inglés) es una técnica bien probada en medicina que auxilia  a detectar de manera temprana los tumores malignos y contribuye  a vencer al cáncer. Actualmente,  ya no es  exclusiva de esta disciplina; en las manos de los hidrogeólogos sirve como una “varita mágica” para detectar acuíferos o aguas subterráneas, ayudando así a  sanar otro de los grandes males de la humanidad: la sed.

De manera paralela al aumento de la población mundial  que de  1950 a 2009  se ha más que duplicado pasando de 2 mil 500 a 6 mil 800 millones de habitantes, el consumo de agua se ha más que cuadruplicado por  las actividades domésticas, industriales  y agrícolas. Según un reporte de 2006 de la UNESCO, dos mil millones  de seres humanos en cuarenta países están afectados seriamente por la falta de agua y entre ellos mil 100 millones  no tienen acceso a una fuente suficiente de agua potable; así mismo, según el  Programa de las Naciones Unidas  para el Ambiente, en 2025 los dos tercios de la población  mundial tendrán carencias en agua.

Sabemos también que en la actualidad, el agua dulce superficial producto de las precipitaciones podría  alcanzar fácilmente para consumo  humano en  la mayoría de los países, a excepción de los que se localizan en zonas áridas, aunque  esta agua se encuentra a menudo contaminada por desechos industriales y  abonos químicos (nitratos) de la agricultura intensiva y de  la ganadería a través del amoniaco desprendido de la orina y de las deyecciones de puercos y bovinos; por lo que  los acuíferos subterráneos  representan un recurso muy  valioso en agua potable para un gran número de ciudades y comunidades  puesto que se hallan en buena medida relativamente a salvo de contaminantes.

Por lo tanto, el conocimiento de las capas contenedoras de agua, sus  relaciones entre  sí (acuitardo) y sus propiedades de flujo así como  la geometría de sus  límites y la estimación de los parámetros relacionados con la acumulación son  de gran interés para su preservación y explotación de manera racional y sustentable,  sobre todo en áreas seleccionadas  para fines urbanísticos venideros, para nuevas carreteras o rutas, para desarrollo industrial, agricultura o para rellenos sanitarios, por mencionar los más importantes.

Tradicionalmente,  los hidrogeólogos para encontrar agua subterránea se basaban  en el estudio de  los parámetros geológicos y geofísicos del terreno, en particular en la conductividad eléctrica del subsuelo, considerando que si un suelo conduce la electricidad, se debe a las sales disueltas en el agua que contiene; por lo tanto los parámetros medidos no corresponden directamente al agua subterránea, sino a todo el medio poroso, incluidas las capas del acuitardo  o acuicludo (capas semipermeables o impermeables).  En consecuencia,  la presencia del agua se determina indirectamente a partir de las propiedades geofísicas del subsuelo y por ello, la interpretación de los resultados presenta a veces ambigüedades debidas a las limitaciones de cada técnica y a las características del sitio, por lo que las perforaciones cuando se llevan a cabo no son completamente  seguras y a veces el pozo no aporta suficiente agua o ésta se encuentra sucia o salada.

Después de haber pasado por una etapa experimental a principios de los años setentas en Rusia y antes de que la técnica pudiera ser  ampliamente conocida fuera del círculo primario de expertos, la exploración de recursos hídricos y su evaluación hidrogeológica fue probada a partir del conocimiento de la resonancia magnética nuclear de superficie (SNMR Surface Nuclear Magnetic Resonance) o  MRS (Magnetic Resonance Sounding), y los resultados preliminares se tuvieron  hasta 1979; sin embargo, debido a la desintegración de la Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas Rusas, fue  hasta 1996 por medio de una colaboración entre la Academia de Ciencias  de Rusia y el Bureau des Recherches Géologiques et Minières de Francia  (BRG por sus siglas en francés), cuando finalmente  se pudo elaborar el primer prototipo denominado NUMIS.

El principio es similar al utilizado por la resonancia magnética nuclear en medicina para obtener una imagen médica del cuerpo humano y  se basa exclusivamente en los protones de hidrógeno (¹H) de la molécula del agua activados por una señal magnética provocada en superficie por una corriente eléctrica alterna (AC), a través de un cable de 150 a 600 m en forma de  bucle y  utilizando  el campo magnético estático de la Tierra. El  proceso produce un campo magnético que alcanza a las moléculas del agua subterránea y reorienta el momento magnético de los protones de los átomos de hidrógeno. Terminada la impulsión, los protones regresan a su orientación inicial  enviando a su vez ondas electromagnéticas, las cuales, en función de las características de las señales recibidas y emitidas, testifican la cantidad de agua presente así como la profundidad a la que se encuentra, su grado de libertad en el subsuelo y hasta la permeabilidad del mismo y en consecuencia, el grado de dificultad de extracción.

A pesar de la efectividad del método, el procedimiento no es perfecto debido a que la señal emitida por los protones es muy débil  y por lo tanto, en muchas ocasiones, parasitada por otras fuentes de campos electromagnéticos; por ello, su utilización es  particularmente útil en regiones alejadas o  zonas desprovistas  de fuentes parasitas como torres de alta tensión y/o zonas industriales, o suelos conteniendo rocas con alto contenido magnético. Aunque la efectividad actual del método permite alcanzar hasta 150 m de profundidad con voltajes del orden de 4 mil a 5 mil V,  los investigadores trabajan en lograr penetraciones a profundidades mayores, aumentando la tensión más allá de los 5 mil V  para excitar las moléculas del agua a grandes profundidades; se espera también disminuir el tiempo de prospección, ya que a veces se necesitan varias horas en el terreno antes de captar la señal.

No obstante lo anterior, se ha probado con éxito  su eficiencia en Portugal, en acuíferos contenidos en conglomerados intercalados en secuencia de rocas fracturadas, demostrando así la respuesta del método en un medio de baja porosidad, lo mismo en  sedimentos no consolidados cuaternarios de muy baja porosidad en los Países Bajos (Holanda) y  en Camboya, Honduras y Birmania. En 2005, el Bureau de Recherche Géologique et Minière (BRGM) de Francia, utilizando  un instrumento  de resonancia magnética bautizado “Numis Plus”,  encontró acuíferos y perforó pozos con un flujo de agua de 5 a 10 m³/seg dentro del basamento de roca granítica en Burkina Faso, un pequeño país del África Occidental, en terreno en donde por  métodos de prospección geofísica tradicionales habían logrado solamente localizar acuíferos con débitos de agua de 5 a 10 veces inferiores. Actualmente, el método se está aplicando también en Sri Lanka (antes Ceilán) en Asia del Sur para la localización de acuíferos en donde el tsunami de diciembre de 2004 destruyó y contaminó los recursos en agua dulce.

El éxito del método abre una nueva era para el “varero” o buscador de agua subterránea: la de la certeza, permitiendo así  disminuir fuertemente la proporción de perforaciones  nulas y con éstas los gastos de perforación que son en sí muy costosos; además, abre un nuevo y novedoso campo de aplicación para las nuevas generaciones de ingenieros geólogos, geofísicos y físicos, en donde las instituciones de educación superior tienen la palabra.

*Investigador Laboratorio de Geofísica, INAH.