El peligro de explosión que se esconde en un lago africano | Ciencias

El lago Kivu es uno de los cuerpos de agua más extraños de África. Un conjunto inusual de propiedades lo convierte en un tema intrigante para los científicos, así como una fuente potencial de peligro y prosperidad para los millones de personas que viven cerca.

Kivu no se comporta como la mayoría de los lagos profundos. Por lo general, cuando el agua en la superficie de un lago se enfría, por ejemplo, por la temperatura del aire en invierno o los ríos que llevan el deshielo primaveral, el agua fría y densa se hunde y el agua más cálida y menos densa se eleva desde las profundidades del lago. Este proceso, conocido como convección, generalmente mantiene las superficies de los lagos profundos más cálidas que sus profundidades.

Pero en el lago Kivu, las circunstancias han conspirado para bloquear esta mezcla, dando al lago cualidades inesperadas y consecuencias sorprendentes.

A caballo entre la frontera entre Ruanda y la República Democrática del Congo, Kivu es uno de una cadena de lagos que bordean el Valle del Rift de África Oriental, donde el continente africano se está separando lentamente por las fuerzas tectónicas. El estrés resultante adelgaza la corteza terrestre y desencadena la actividad volcánica, creando fuentes termales debajo de Kivu que alimentan agua caliente, dióxido de carbono y metano a las capas del fondo del lago. Los microorganismos utilizan parte del dióxido de carbono, así como la materia orgánica que se hunde desde arriba, para crear energía, produciendo metano adicional como subproducto. La gran profundidad de Kivu, más de 450 metros en su punto más profundo, crea tanta presión que estos gases permanecen disueltos.

Esta mezcla de agua y gases disueltos es más densa que el agua sola, lo que desalienta su ascenso. El agua más profunda también es más salada debido a la lluvia de sedimentos de las capas superiores del lago y de los minerales en las aguas termales, lo que aumenta aún más la densidad. El resultado, dice el limnólogo Sergei Katsev de la Universidad de Minnesota Duluth, es un lago con varias capas distintas de agua de densidades marcadamente diferentes, con solo capas de transición delgadas entre sí.

Las capas se pueden separar aproximadamente en dos regiones: una de agua superficial menos densa por encima de una profundidad de unos 200 pies y, debajo de ella, una región de agua salada densa que se estratifica aún más, dice Alfred Wüest, un físico acuático en el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana. Hay una mezcla dentro de cada capa, pero no interactúan entre sí. “Solo piense en toda la masa de agua que permaneció allí durante miles de años y no hizo nada”, dice Wüest, autor de un artículo de 2019 en el Revisión anual de mecánica de fluidos topografía de convección en varios lagos del mundo, incluidos extraños valores atípicos como el lago Kivu.

Pero el lago Kivu es más que una simple curiosidad científica. Su estratificación inusual y el dióxido de carbono y el metano atrapados en sus capas más profundas tienen a los investigadores preocupados de que podría ser un desastre esperando a suceder.

Gráfico del lago Kivu

La composición única del lago Kivu de África evita la mezcla que se ve normalmente en otros lagos profundos, lo que lleva a una estratificación inusual de las aguas. Existen distintas diferencias de densidad entre cada capa. Aquí se muestra la transición brusca entre dos de esas capas, con el agua más baja, más cálida y salada debajo (rojo) y el agua más fría y más fresca en la parte superior (azul). El límite entre las dos capas tiene solo unos centímetros de espesor.

(D. Bouffard y A. Wuest / Mecánica de fluidos AR 2019)

Peligro al acecho

A unas 1.400 millas al noroeste de Kivu, un lago de cráter en Camerún conocido como lago Nyos acumula y atrapa de manera similar grandes cantidades de gas disuelto, en este caso dióxido de carbono, de un respiradero volcánico en el fondo del lago. El 21 de agosto de 1986 se demostró de manera espectacular el potencial letal de ese depósito de gas. Posiblemente debido a un deslizamiento de tierra, una gran cantidad de agua se desplazó repentinamente, lo que provocó que el dióxido de carbono disuelto se mezclara rápidamente con las capas superiores del lago y se liberara al aire. Una gran y mortal nube de gas asfixió a unas 1.800 personas en las aldeas cercanas.

Eventos como este se denominan erupciones límbicas y los científicos temen que Kivu pueda estar listo para un evento similar, incluso más letal. Nyos es un lago relativamente pequeño, que mide un poco más de una milla de largo, poco menos de una milla de ancho y menos de 700 pies de profundidad. Kivu tiene 55 millas de largo, 30 millas de ancho en su punto más ancho y más del doble de profundidad que Nyos. Debido a su tamaño, dice Katsev, Kivu “tiene el potencial de una gran erupción límnica catastrófica en la que se liberarían muchas millas cúbicas de gas”.

Cerca de 14.000 personas vivían cerca de Nyos en el momento de la erupción; más de 2 millones viven en las cercanías del lago Kivu en la actualidad, incluido aproximadamente 1 millón de residentes de la ciudad de Bukavu, en la República Democrática del Congo. Si Kivu experimentara una erupción límnica, dice la limnóloga Sally MacIntyre de la Universidad de California en Santa Bárbara, “sería completamente catastrófico”.

Esta no es solo una preocupación teórica. Los científicos han encontrado lo que puede ser evidencia de al menos una erupción límnica previa en Kivu que probablemente ocurrió hace entre 3500 y 5000 años, y posiblemente varios más recientes. Los núcleos de sedimentos extraídos del fondo del lago tienen características reveladas conocidas como capas marrones que son diferentes a los sedimentos circundantes. Estas bandas de sedimentos son “capas muy inusuales y ricas en materia orgánica”, dice Katsev, que pueden ser el resultado de erupciones.

Las erupciones límnicas pueden ocurrir por dos razones. Si el agua se satura por completo con gases disueltos, cualquier dióxido de carbono o metano adicional inyectado en el lago se verá obligado a burbujear fuera de la solución, elevarse y liberarse en el aire. Las erupciones también pueden ser causadas cuando algo obliga al agua profunda con sus gases disueltos a mezclarse con las capas superiores, reduciendo la presión sobre los gases y permitiendo que salgan rápidamente de la solución y escapen, similar al efecto de agitar una lata de refresco. y luego abrirlo.

Si bien un deslizamiento de tierra de la escala que se sospecha en la erupción de Nyos podría no causar suficiente mezcla en Kivu, debido al tamaño y la profundidad del lago, existen varios otros posibles desencadenantes. Kivu se encuentra en un área sísmicamente activa, por lo que un terremoto podría generar olas en el lago que mezclarían las capas lo suficiente como para liberar los gases atrapados. El clima también es un posible culpable. Al menos una erupción pasada descubierta en el registro de sedimentos parece haber sido causada por una sequía que evaporó suficiente agua de la parte superior del lago para reducir la presión en los niveles más bajos y liberar los gases disueltos. Los niveles de agua más bajos durante los períodos secos también podrían hacer que Kivu sea más vulnerable a las interrupciones causadas por lluvias particularmente intensas. Podrían eliminar suficiente sedimento acumulado de las docenas de arroyos que desembocan en el lago para hacer que las capas se mezclen, dice MacIntyre.

Las posibilidades de tal secuencia de eventos pueden aumentar a medida que el planeta se calienta, dice MacIntyre. El cambio climático traerá más lluvia a África Oriental y “vendrá en forma de eventos de lluvia más extremos con intervalos más grandes de sequía en el medio”.

Otro posible desencadenante es la actividad volcánica debajo del lago o de los volcanes circundantes, pero los científicos creen que el riesgo es bajo. UN 2002 erupción del cercano monte Nyiragongo no trajo suficiente material para romper las capas inferiores de Kivu. Y los estudios de modelos han demostrado que el vulcanismo debajo del lago no causaría una interrupción lo suficientemente grande tampoco, dice MacIntyre.

Cualquiera sea el culpable, el efecto sería el mismo: los gases acumulados se liberan de su estado disuelto, creando densas nubes de dióxido de carbono y metano que, como sucedió con el dióxido de carbono en Nyos, podrían desplazar el oxígeno y asfixiar a personas y animales por igual. Y si se libera suficiente metano al aire en Kivu, hay el riesgo adicional de que pueda encenderse.

Katsev dice que el lago se monitorea regularmente para detectar signos de aumentos en la concentración de gas, por lo que un surgimiento repentino “no nos tomará por sorpresa”. Más de una docena de estaciones sísmicas medir la actividad cerca del lago también en tiempo real. Y en 2001, se inició un esfuerzo para reducir el riesgo de otro desastre en Nyos al desviar agua del fondo del lago a través de una tubería a la superficie, donde el dióxido de carbono se libera en el aire a un ritmo seguro. Se están realizando esfuerzos similares en Kivu.

Explotando las profundidades

A medida que aumentan las concentraciones de gas en las profundidades de Kivu, también aumenta el riesgo. Wüest y sus colegas encontraron que de 1974 a 2004 la concentración de dióxido de carbono aumentó en un 10 por ciento, pero la mayor preocupación en Kivu es la concentración de metano, que aumentó del 15 al 20 por ciento durante el mismo período.

Sin embargo, puede haber una forma de convertir el riesgo de Kivu en recompensa. El mismo gas que podría alimentar un desastre natural mortal tiene potencial como fuente de energía renovable para la región. En 2008, Ruanda lanzó un programa piloto tomando metano del lago para quemarlo como gas natural y el año pasado firmó un contrato para exportación de metano embotellado. Un programa mucho más amplio, llamado KivuWatt, entró en línea en 2015.

Los proyectos Bombear agua de las capas profundas del lago., y a medida que se reduce la presión en esa agua, se liberan los gases. El metano se extrae para usarlo como combustible y el dióxido de carbono se bombea de regreso al fondo del lago. “Toman este gas, lo envían a través de un gasoducto a tierra y lo queman de la forma en que quemarían combustibles fósiles para generar electricidad”, dice Katsev.

Esta recolección podría ayudar a reducir el riesgo de gas acumulado en el lago, aunque no lo eliminará. Aún así, para un lago con tanto peligro acechando debajo, cualquier cosa ayuda. Y para la región alrededor del lago, podría ser una importante fuente de energía. Una vez que KivuWatt esté completamente en línea, los 100 megavatios de energía producidos por ese proyecto por sí solos marcarán una diferencia significativa para Ruanda, un país en desarrollo que busca el acceso universal a la electricidad.

Conocible

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