Un nuevo método permite hallar las islas de calor subterráneas de las ciudades

Las islas de calor subterráneas en las ciudades tienen un enorme potencial geotérmico. Están formadas por las aguas subterráneas calientes que pueden utilizarse para producir energía sostenible para la calefacción y la refrigeración.

Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT, Alemania) han desarrollado un nuevo método para encontrar las islas de calor subterráneas: Estiman la temperatura de las aguas subterráneas a partir de las temperaturas de la superficie y la densidad de construcción, medidas por satélite. El artículo se publica en la revista Environmental Science & Technology.

En las ciudades más grandes, las temperaturas por lo general son mucho más altas que en el entorno rural. Estas llamados islas de calor urbanas son el resultado de varios factores, tales como la densidad de población, el sellado de la superficie, la radiación térmica de los edificios, la industria y el transporte, así como la escasez de vegetación. Este fenómeno afecta a la atmósfera, la superficie y el subsuelo de las ciudades modernas.

Las anomalías de temperatura pueden contribuir a la contaminación del aire en la región y un aumento de la mortalidad durante las olas de calor en verano. El aumento de las temperaturas de las aguas subterráneas influye en los ecosistemas subterráneos y puede favorecer el crecimiento de patógenos en el agua.

Pero las islas de calor subterráneas también tienen un alto potencial para el suministro de energía y la protección del clima: La energía de los acuíferos subterráneos cercanos a la superficie se pueden utilizar para la calefacción en invierno y la refrigeración en verano con la ayuda de bombas de calor geotérmicas o subterráneas. Si se utiliza este potencial geotérmico, podría cubrirse parte del creciente consumo de energía de las ciudades. Esto reduciría la emisión de gases de efecto invernadero y, por tanto, contrarrestar el calentamiento global.

Las islas de calor superficiales y subterráneas están conectadas principalmente por conducción térmica. Hasta el momento, la investigación ha estudiado las islas de calor individuales por separado unas de otras, de tal manera que se sabe poco acerca de las interacciones y relaciones entre las temperaturas por encima del suelo y las subterráneas.

Un grupo de científicos del KIT, así como de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (Suiza), han analizado recientemente la relación entre las temperaturas por encima y por debajo del suelo en cuatro grandes ciudades de Alemania.

Mediciones

Los científicos utilizaron mediciones satelitales de la temperatura de la superficie para determinar fácilmente los parámetros espaciales y temporales de las islas de calor superiores. La descripción de las islas de calor bajo la tierra es mucho más difícil. La interpolación de las mediciones de temperatura de las aguas subterráneas de las estaciones de medición existentes es lenta y costosa.

Por esta razón, se requieren otros métodos. Los investigadores de KIT y ETH compararon las temperaturas sobre el suelo y subterráneas de Berlín, Múnich, Colonia y Karlsruhe. Se encontró una correlación espacial de hasta el 80%. La correlación de las ciudades más antiguas, como Colonia, es superior a la de ciudades relativamente jóvenes como Karlsruhe. Cuanto más antigua es una ciudad, más pronunciado el calentamiento subterráneo.

En el 95% de las áreas estudiadas se encontró que tienen una temperatura superior en las aguas subterráneas que en la superficie. Los científicos lo atribuyeron a fuentes de calor adicionales antropogénicas, tales como sótanos de edificios, alcantarillas, o puntos de reinyección de agua de refrigeración.

Por lo tanto, la temperatura superficial medida por satélite, por sí sola no es suficiente para estimar de forma fiable la temperatura de las aguas subterráneas. Por esta razón, los científicos también tienen en cuenta la densidad de población y la temperatura de los sótanos. Estimaron las temperaturas de las aguas subterráneas regionales con un error medio absoluto de 0,9 grados Kelvin.

"Este método se puede aplicar para una primera evaluación de las islas de calor bajo la tierra y, por tanto, de las condiciones ecológicas en las aguas subterráneas y del potencial geotérmico. No se requieren medidas ni interpolaciones complejas de la temperatura de las aguas subterráneas, dice Philipp Blum, profesor de Ingeniería Geológica de KIT.

Referencia bibliográfica:

Susanne A. Benz, Peter Bayer, Frank M. Goettsche, Folke S. Olesen, y Philipp Blum: Linking Surface Urban Heat Islands with Groundwater Temperatures. Environmental Science & Technology (2015). DOI: 10.1021/acs.est.5b03672.