La epidermis de la Tierra. Pozos famosos.

 

Por: Julio E. Stampone

William Shakespeare (1564-1616) en “El Rey Enrique IV”, parte 1ª expresa:                                                                                      

Con frecuencia la Tierra temblorosa sufre de un cólico punzante y doloroso a causa del vientoincontrolado que queda en su entraña aprisionado y el que pugnando por salir, viento furioso sacude a la vieja bruja tierra; derribando, fatal, los campanarios y las torres de algún templo musgoso.

 

El interior terrestre

En el encabezamiento del presente artículo la pluma de Shakespeare nos ilustra sobre el pensamiento de esa época, en la que atribuían el origen de los terremotos a la fuerza del viento. Concepto tomado de Aristóteles quién propugnaba que el aire  presionado en las cuevas y cavernas producía los temblores de la Tierra.

Esta idea perduró durante siglos, pero hoy sabemos que los terremotos naturales se producen por la liberación súbita de la energía contenida en aquellas zonas del interior terrestre donde las rocas ceden fracturándose ante los esfuerzos a que están sometidas. La zona de liberación de la energía se denomina hipocentro o foco, y se transmite como vibraciones en forma de ondas a través de los materiales de la geosfera.

La profundidad media de los focos sísmicos está en el orden de los 25 km y la amplia mayoría de ellos se producen a menos de 70 km. 

Estas ondas sísmicas viajan tanto por el interior terrestre (ondas P y S) como superficialmente (ondas L). Las ondas interiores modifican su velocidad y trayectoria según el tipo de materiales que atraviesan; estas propiedades físicas fueron aprovechadas desde antaño por los geofísicos para estudiar el interior terrestre y determinar que el planeta está compuesto por capas concéntricas de diferentes materiales y en distintos estados físicos,  definiéndose así un modelo estructural teórico del interior terrestre, que es el que podemos observar en la Figura Nº 1.

 

Las discontinuidades identificadas en el gráfico nos señalan las zonas del interior terrestre donde las ondas sísmicas ven afectada su velocidad o trayectoria, esto obedece a cambios físicos en los materiales que atraviesan como ocurre con la astenosfera que es plástica y el núcleo externo que probablemente se encuentre en estado líquido. Al resto lo consideramos sólido.

Asimismo, los datos estadísticos en los cambios de velocidad que se producen en las ondas sísmicas durante su trayectoria, han permitido establecer con bastante aproximación las profundidades límites de cada capa, tanto es así, que se considera que la corteza tiene un espesor de unos 25 a 60 km en las zonas continentales, siendo mucho más delgada en las zonas oceánicas donde sólo registra unos 5 a 10km. La litosfera que abarca la corteza y parte del manto superior, se localiza entre los primeros 70 a 150 km, mientras que el manto superior se extiende hasta los 700 km de profundidad, y el inferior hasta los 2900 km, aquí limita con el núcleo externo que llega hasta los 5154 km, dando luego paso al núcleo interno cuyo centro se encuentra a 6370 km de la superficie, medidos a 45º de latitud.

Debo destacar que no es cosa sencilla escudriñar en forma directa el interior profundo del planeta, las mayoría de las rocas ofrecen notable resistencia a los equipos perforadores que pretenden horadarlas, debiéndose superar algunos obstáculos como: el aumento de la temperatura en profundidad, disponer de alta tecnología de perforación tanto en ambientes continentales como marinos, se necesitan grandes inversiones y años de trabajo, estos y otros aspectos influyeron para que la humanidad retarde la idea de conocer directamente el interior terrestre; priorizando mirar hacia arriba, tratando de descubrir los misterios del infinito universo.

De los 6370 km que distan desde la superficial centro de la Tierra, sólo llegamos a conocer directamente 12.262 metros (0,19% del radio terrestre), casi nada, y eso gracias al pozo más profundo construido por los rusos en la península de Kola, del que hablaré más adelante.

Los pozos en la antigüedad

El vocablo pozo proviene del latín puteus, y lo  podemos definir como un hoyo, por lo común cilíndrico y vertical, o también inclinado; de diámetros y profundidades diversas, que se construyen tanto en ambiente continental como marino utilizando diferentes métodos, y tienen distintas finalidades específicas: entre muchas, la investigación del suelo y subsuelo, exploración y explotación de agua, minerales e hidrocarburos, y enterramientos de distintos tipos.                                  

 

Como observamos en la Figura Nº 2, ya en el siglo XVI Georgius Agrícola ejemplificaba un sistema avanzado de construcción de pozos cuadrangulares, en este caso destinado a la actividad minera.

Figura Nº 2: Dibujo tomado de

Re Metallica, Agrícola, 1556.

 

No obstante, los pozos más antiguos de los que se tiene conocimiento a ciencia cierta, fueron encontrados en Siria (de unos 2 m de diámetro y 4 m de profundidad) y  en Chipre (de unos 10 m de profundidad), en ambos casos se construyeron con la finalidad de captar aguas subterráneas, quizás estos sean los primeros aljibes; tienen entre 9.000 y 10.500 años, y se hicieron con herramientas líticas,

Algunos pozos de agua son verdaderas obras de arte arquitectónico, como los que se encuentran en la India. Se estima que fueron construidos entre los siglos VII y XIX y están distribuidos en todo el país.  Estas fuentes de agua en muchos casos no sólo se utilizaban con la finalidad de abastecer de agua a la población sino que también cumplían una función social como templos y centros de reuniones. En las fotos siguientes podemos apreciar dos ellos.

Figura Nº 3: Pozos de agua en la India

Izquierda. ChandBaori en Abhaneri, Rajasthan

Derecha: UjalaBaoli en la ciudad de Mandav

Hoy día estas hermosas construcciones y las restantes similares del país ya no cumplen con el cometido de su creación, sino que se encuentran inactivas por considerárselas antihigiénicas; decisión tomada por el gobierno colonial de la colonia británica (Raj Británico) que gobernó la India entre los años 1858 y 1947. Muchos pozos fueron destruidos, otros abandonados, y algunos más se reemplazaron por sistemas de abastecimiento más modernos.

 

Pozos profundos modernos
A-Pozos en ambiente marino
Los pozos del proyecto Mohole (acrónimode Mohorovicic y hole, agujero en inglés).

Este proyecto, cuyo esbozo nació a principios de la década del cincuenta, dio inicio operativo en 1957 y finalizó en 1966, inicialmente recibió el respaldo de dos prestigiosos científicos norteamericanos,  el oceanógráfo Walter Heinrich Munk y el geólogo Harry Hammond Hess, ambos impulsaron  el ambicioso proyecto científico de taladrar en el mar hasta alcanzar la discontinuidad de Mohorovicic (Figura Nº1). Esta discontinuidad debida a cambios litológicos, fue descubierta en 1909 por el sismólogo Andrija Mohorovicic estudiando la variación brusca en la velocidad de las ondas símicas en profundidad; La misma se localiza entre 25 a 60 km de profundidad en los continentes y 5 a 10 km por debajo del suelo marino.

El proyecto implicaba un gran desafío tecnológico, ya que se pensaba alcanzar una profundidad de perforación récord y en el fondo marino, donde se considera que la discontinuidad está más próxima a la superficie. Finalmente la idea se concretó con financiamiento del gobierno de los Estados Unidos de Norteamérica.

Como curiosidad cabe destacar que contemporáneamente, el 4 de octubre de 1957, la Unión Soviética lanza al espacio el Sputnik I, primer satélite artificial que orbitó nuestro planeta. Mientras que la carrera hacia el conocimiento del interior terrestre duró muy poco y sólo recorrió una docena de kilómetros, la espacial aún continúa con millones de kilómetros recorridos, y muchos mundos por conocer. ¿Será quizás porque la promesa de la vida eterna está en el cielo y tememos al infierno del interior terrestre?.

La perforación. Por los años cuarenta del siglo pasado surgió en EEUU la necesidad de perforar pozos petrolíferos más alejados de las costas; para ello, y ante la ausencia de embarcaciones específicas se modificaron buques de guerra, adaptándolos para esta finalidad. Más tarde, en 1956 se construyó el primer barco de perforación offshore, el CUSS I, dotado de una capacidad de perforación en aguas de hasta 3600 m de profundidad, manteniendo su posición en un radio de 180 m, gracias a un sistema de posicionamiento dinámico.

Figura Nº4: Buque perforador offshore CUSS I

Como se aprecia en la foto de la Figura Nº 4 la embarcación disponía de una torre de perforación, contando además de un hueco central denominado “agujero lunar” por donde se bajaba y subía la columna de perforación.

El proyecto comenzó con la denominada Fase I, que consistía en probar estrategias de perforación, esta fase se ejecutó entre marzo y abril de 1961 frente a la costa de la isla Guadalupe en México. Se perforaron cinco pozos, y el más profundo horadó 183 m de roca en el fondo marino, bajo 3560 m de columna de agua. Las muestras sedimentarias de los primeros 13 metros revelaron una antigüedad correspondiente al Mioceno, por debajo de ese nivel se encontró basalto.

Las Fases II y III, nunca se llevaron a cabo. La Fase II consistía en construir un “buque intermedio” que realizaría operaciones de perforación científica menos profundas con recuperación de muestras del lecho marino, mientras que la última fase era el Mohole propiamente dicho.

 

En 1966 el Congreso de los Estados Unidos decidió dejar de financiar el proyecto y lo canceló. Su objetivo: alcanzar la discontinuidad de Mohorovicic, fue sólo una quimera.

Cabe destacar que en ese momento la mencionada discontinuidad era considerada como la interfaz corteza manto; hoy día, con la aceptación mundial de la Teoría de la Tectónica de Placas, dicho criterio perdió validez, interpretándose actualmente que más importante que los cambios en la composición litológica son los relacionados con la deformación, por tal motivo, actualmente se divide la parte exterior de la Tierra en: litosfera (rígida), de unos 100 km de espesor promedio que contiene a la corteza y la parte superior del manto, que se apoya sobre la subyacente astenosfera (plástica), ver Figura Nº1.

 

La semilla del Mohole

Si bien el Proyecto Mohole fracasó en su intento de alcanzar la discontinuidad de Mohorovicic, su parcial realización no fue en vano dado que aportó científicamente al conocimiento del subsuelo marino y tecnológicamente a la metodología de perforación en aguas profundas. Tanto es así que algunas de las personas y sus instituciones que habían participado del Mohole se unieron para continuar la tarea de reconocimiento del fondo oceánico, constituyéndose como las Instituciones Oceanográficas Conjuntas para el Muestreo de la Tierra Profunda. En 1963 este grupo logra financiamiento para construir un buque adaptado para perforar el fondo marino con la finalidad científica de estudiar las rocas del piso oceánico. Resultado de ello se concreta la construcción del Glomar Challenguer, dotado de un sistema de posicionamiento dinámico más sofisticado que el del CUSS I y equipado con una torre de perforación de 43 m de altura, que le otorgaba una capacidad de perforación de 1.700 m por debajo del fondo marino.

Las primeras expediciones de este barco fueron más que satisfactorias, dado que las muestras de basalto obtenidas en la cordillera submarina del Atlántico Medio, confirmaron la antigüedad enunciada en la Teoría de la Tectónica de Placas; es decir, que las lavas basálticas más próximas a ambos lados del eje de la cordillera resultaron más modernas, que las situadas en las franjas adyacentes más alejadas, lo que confirmó que el suelo oceánico se expandió a partir del eje de la cordillera medio oceánica.

El Glomar Challenguer navegó en misiones científicas desde 1968 hasta 1983,siendo reemplazado por el buque de perforación petrolero Sedco/BP471, posteriormente su nombre fue cambiado pasando a llamarse JOIDES Resolution; este barco (Figura Nº 6), aún hoy continúa la tarea del Challenguer, navegando los mares en su misión de perforar los fondos oceánicos recolectando muestras para comprender mejor el cambio climático y la evolución geológica y de la vida en el planeta. Su tarea es parte del Programa Internacional de Descubrimiento de los Océanos y está financiada por la National Science Foundatión.

Una muestra de su importante labor quedó reflejada en los resultados de  su expedición Nº 371 de 2017, donde se obtuvieron datos microbiológicos fósiles y geológicos sustanciales que revelaron como el antiguo continente Zelandia, hoy sumergido en el Océano Pacífico, se separó de Australia y la Antártida hace 80 millones de años, y lleva 23 millones de años bajo el agua.

Figura Nº 6: Buque JOIDES Resolution y trayectoria de la expedición Nº 371. JOIDES = acrónimo de “Joint Oceanografhic Institutions for Deep Earth Sampling”

B- Pozos en ambiente continental

El continente antártico es el más austral de la Tierra y se encuentra cubierto por un manto de hielo que ocupa aproximadamente el 98% de su superficie y tiene un espesor promedio entre 1900 ma 2300 m, y un máximo de 4776 m medido en la cuenca subglaciar Astrolabio (Figura Nº7).

Uno puede pensar que por debajo del hielo hay una masa rocosa uniforme, pero parece ser que no es así, estudios modernos hacen presumir que si se descongelara totalmente este continente helado observaríamos un archipiélago formado por grandes islas, cuya superficie estaría alrededor de los 500 m bajo el nivel del mar actual.

La Antártida, además de lo atractiva que puede resultar por sus atributos naturales, las propias características del clima presente y las que pudo tener en el pasado geológico, hacen que este continente resulte motivador y haya despertado desde hace ya algún tiempo el interés de muchos científicos en investigar aspectos paleoclimáticos, paleobiológicos, paleoatmosféricos y geológicos, entre otros.

Tanto es así, que el interés por reconstruir las condiciones paleoclimáticas de alrededor de un millón de años atrás ha llevado al grupo científico internacional “European Project for Ice Coring in Antarctica” nombre sintetizado con el acrónimo EPICA (en castellano: Proyecto Europeo de Muestreo de Hielo en Antártida), a realizar perforaciones exploratorias como la ejecutada en la Base Antártica Concordia (Figura Nº 7) localizada a 3233 msnm, la que concluyó en el año 2004 y alcanzó los 3270 m profundidad, llegando hasta 5 m más arriba del manto de roca, sus muestras revelaron una antigüedad máxima de 740.000 años del manto de hielo en ese lugar.

Los pozos más famosos de la Antártida, y que sin lugar a dudas merecidamente llevan este galardón,son los construidos por científicos en la base antártica rusa Vostokentre los años 1998 a 2015 con la finalidad de investigar el lago subglaciar que lleva el mismo nombre que la mencionada base (Figura Nº 7), y se lo considera el mayor de los 375 lagos registrados que yacen bajo el hielo antártico.

Figura Nº8: Científicos rusos. Base Vostok. Fin de perforación año 2012. Prof . 3769,30 m

 

El Lago Vostok (en castellano: Lago del Oriente), tiene una profundidad media de 344 m y una superficie de casi 16.000 km2, que representa aproximadamente dos veces el tamaño del Lago Titicaca, el lago navegable más alto del mundo. Uno, el más alto del planeta, el otro el más profundo ya que se encuentra a unos 3800 m por debajo del hielo y 500 m bajo el nivel del mar.

No obstante haberse registrado en la base Vostok la temperatura más baja del planeta (89ºC bajo cero, el 21 de julio 1983); curiosamente  el agua del lago se encuentra en estado líquido a una temperatura de -3ºC.Al respecto existen diversas hipótesis, quizás la más acertada explica que el agua permanece líquida aún por debajo del punto de congelación debido a la elevada presión a la que está sometida (360 atm), provocada por el peso de la masa de hielo superpuesta; no se descarta que el calor geotérmico también tenga influencia al fluir desde el interior terrestre, transmitiendo a través de las rocas el calor al agua, mientras que la cubierta de hielo, mala conductora del calor, cumpliría la función de manto aislante.

Un poco de historia reciente. La probable existencia de un cuerpo de agua líquida subglaciar en la zona de la base Vostok la sugirió por primera vez el geógrafo ruso Andréi Kapitsa luego de analizar los resultados de sondeos sísmicos realizados entre 1958 y 1964 con el objetivo de medir el espesor del manto de hielo.

En 1993, una nueva investigación dirigida por científicos rusos y británicos confirmo la existencia de un gran lago subglaciar.

Para 1998 científicos rusos, franceses y norteamericanos deciden investigar el manto helado de forma directa, realizando la primera perforación exploratoria de 3623 m de profundidad, obteniendo muestras de hielo en todo su recorrido. El registro paleoclimático indicó una edad del hielo de 400.000 años de antigüedad máxima, no obstante se presume que la masa de agua del lago quedó aislada hace unos 15 millones de años o más. La construcción del pozo se detuvo 100 m antes de la superficie del lago, previendo su probable contaminación por sustancias lubricantes y anticongelantes, como kerosene y freón usados en la técnica de perforación.

Hay quienes criticaron esta técnica argumentando que se debería haber perforado usando agua caliente como lo hacen los norteamericanos e ingleses. Los rusos manifestaron que en la base Vostok no tenían la gran cantidad de energía requerida para usar ese método.

 La curiosidad humana pudo más, y en 2011 se inicia una nueva perforación que culmina en 2012 (Figuras Nº 8 y 9), la misma alcanzó 3769,30 m, y esta vez se llegó a la superficie líquida del lago; la presión a cuál estaba sometida hizo que el agua ascendiera por el pozo, congelándose rápidamente, sin poder evitarse que se mezcle con sustancias contaminantes. La primera muestra de esa agua congelada se obtuvo en el verano de 2013, a 3406 m de profundidad. Las pruebas de ADN y ARN efectuadas en las muestras del agua detectaron la presencia de miles de formas microscópicas, predominando las bacterias. Hay quienes objetaron estos resultados argumentando contaminación superficial de las muestras.

En enero de 2015 se realizó una nueva perforación, obteniéndose nuevas muestras del agua de la capa superficial del lago, presuntamente virgen.

 La existencia de organismos microscópicos en la parte superficial del cuerpo de agua subglaciar puede indicar que una biosfera más profunda esté habitando el lago. Es posible que esta biosfera, al entrar en contacto con la de la superficie terrestre pueda interactuar en forma imprevisible, motivo por el cuál esta investigación se debe llevar a cabo con suma precaución. Por esta razón, el equipo ruso planea enviar una sonda que pueda ofrecer mayores garantías en la toma de las muestras de agua y de los sedimentos del fondo del lago, cuyo espesor se estima en 70 m.

Así también, nuevos métodos de muestreo, más seguros, están siendo elaborados para investigar este ecosistema único sin provocar riesgo de contaminación. La propuesta que hasta la fecha ofrece mayores garantías fue realizada por la NASA, que sugiere enviar un “cryobot” consistente en una sonda con una punta caliente que penetraría el hielo; al llegar a las aguas del lago se eyecta un pequeño robot llamado “hydrobot” que será el encargado de capturar datos, fotografiar y tomar muestras no contaminadas.

Aún debemos esperar para conocer que secretos paleobiológicos albergan los sedimentos del fondo y las profundas y oscuras aguas fósiles del lago Vostok.

 

El pozo más profundo del planeta

Conocido como “El pozo de la península de Kola”, fue construido por los rusos en dicha península, siendo sus coordenadas geográficas 69º 23´46,39´´N; 30º 36´31,20´´E. En la Figura Nº 10 se muestra la ubicación del pozo, en el norte del país próximo  a la frontera ruso-finlandesa.

 

Figura Nº 10: Ubicación  “Pozo de la Península de Kola”.

 

La perforación comenzó en el año 1970 y finalizó en 1992, en los 22 años que llevó la realización de la obra superaron diferentes dificultades técnicas propias de las complejas características del proyecto, cuyo objetivo era fundamentalmente científico: alcanzar el manto superior de la Tierra. 

Durante la ejecución, el pozo se desvió en varias oportunidades, hasta que finalmente el tramo más hondo alcanzó la profundidad récord de 12.262 metros, aún vigente. El motivo fundamental que impidió alcanzar los 15.000 m proyectados fue el exceso de la temperatura del fondo, se esperaba que fuera la mitad de los 180ºC que en realidad resultó ser.

 

El pozo, que en definitiva resultó ser un laboratorio geológico y geofísico, aportó importantes conocimientos sobre las características de las rocas de la litosfera; continuó siendo estudiado hasta el año 2008, fecha en que  finalmente se abandonó el proyecto (Figura Nº 11).

 

Figura Nº 11: Estado actual de las instalaciones utilizadas en el proyecto.

 

La ilusión se puede hacer realidad

La encargada de concretar la ilusión de alcanzar el manto terrestre en la presente década es la Agencia Japonesa para la Ciencia y Tecnología Marítimo-Terrestre (Jamstec) que junto a otros países y  expertos de Europa y Estados Unidos tienen previsto perforar el suelo oceánico tratando de concretar el objetivo del Mohole, la discontinuidad de Mohorovicic.

Para ello se están realizando estudios preliminares en la zona de Hawai, pero también se tienen en consideración lugares tales como las costas pacíficas de México y Costa Rica. Se estima que la perforación la realizará el buque japonés Chikyu, navío de investigación científica de vanguardia, capaz de perforar hasta 10 km por debajo de la superficie del agua. Este barco tiene el mérito de haber logrado alcanzar la profundidad submarina de 2,2 km baja el fondo del mar, tarea llevada a cabo frente a la costa de la península japonesa de Shimokita, en el noroeste del Océano Pacífico.

Referencias

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Benitez, A.1972.Captación de aguas subterráneas. Editorial Dossat S.A. Madrid.
Custodio, E. y M. Llamas. 1983. Hidrología subterránea. Editorial Omega. Barcelona.
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https://elpais.com/sociedad/2012/02/08/actualidad/1328715535_232394.html. Publicación referida al Lago Vostok
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https://es.wikipedia.org/wiki/Pozo_superprofundo_de_Kola
https://escorialvic.org/llibredigitalciencies/lecturacientifica/geoC.pdf
https://joidesresolution.org/a-foolish-and-unjustifiably-expensive-fiasco-the-beginnings-of-ocean-drilling/
https://nmas1.org/news/2019/01/24/hielo-Antartida-2k-ciencia
http://oer2go.org/mods/es-wikipedia-static/content/a/base_concordia.html
https://www.diariovasco.com/sociedad/lago-vostok-antartida-20180801194933-nt.html
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https://www.britannica.com/topic/Glomar-Challenger
https://www.europapress.es/ciencia/cambio-climatico/noticia-japon-lidera-proyecto-perforar-manto-tierra-20170410104440.html
https://www.google.com/search?q=espesor+del+hielo+de+la+ant%C3%A1rtida&rlz=1C1CHBD_esAR919AR919&oq=espesor+del+hielo+de+la+ant%C3%A1rtida&aqs=chrome..69i57j0i22i30.12337j1j15&sourceid=chrome&ie=UTF-8
https://www.informador.mx/Cultura/Hallan-en-Chipre-pozos-de-agua-de-hace-10-mil-anos-20090623-0132.html
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Stampone, J. 2003. Geología; una visión a partir del cosmos. UNPSJB. Argentina