¿Cómo circula el agua bajo tierra? Su conocimiento es fundamental para predecir inundaciones y contaminación
Los científicos pretenden modelizar y caracterizar los sistemas de cuevas subterráneas de todo el mundo para poder predecir el flujo de agua y el transporte de contaminantes.
La iniciativa coordinada por Marco Dentz (IDAEA-CSIC) combina estudios de cuevas, experimentos y modelos digitales para comprender el flujo del agua y el transporte de contaminantes en sistemas kársticos a escala global.
En el contexto del cambio climático, fenómenos extremos como tormentas, sequías e inundaciones afectan no solo la superficie, sino también los acuíferos subterráneos, de los que dependen millones de personas. Aún existe escaso conocimiento sobre cómo circula el agua bajo tierra.
El proyecto europeo Karst, financiado por el ERC y liderado por Marco Dentz, busca modelizar sistemas de cuevas para predecir el flujo de agua y contaminantes. Desde 2023 ha avanzado con una base global de redes, y continuará perfeccionando sus modelos.
Entender el flujo subterráneo de agua y contaminantes
Los sistemas kársticos son cuevas formadas por la disolución de rocas como calizas, yesos y dolomitas. Generan redes subterráneas extensas que cubren cerca del 10 % de la superficie terrestre, siendo clave para la hidrología global.
Tradicionalmente, el flujo de agua en estos sistemas se ha estudiado con leyes clásicas de la física de fluidos. Sin embargo, estos modelos no logran representar la complejidad real de las cuevas ni su comportamiento dinámico.
“Una cueva no es una tubería lisa”, explica Marco Dentz. Para entender su geometría, el equipo utilizó tecnología LIDAR y escaneó 16 cuevas en Europa, generando modelos digitales 3D detallados del interior subterráneo.
A partir de los escaneos, los investigadores desarrollaron simulaciones numéricas para analizar el flujo y transporte del agua. Además, crearon réplicas físicas impresas en 3D —algunas de más de dos metros— que reproducen con gran precisión la estructura interna de las cuevas.
Estas réplicas se utilizan en experimentos de laboratorio para observar cómo circula el agua en condiciones controladas y comparar los resultados con modelos matemáticos. El objetivo es definir leyes físicas que expliquen el movimiento del agua y de los solutos en sistemas kársticos reales.
La mayor base de datos mundial de cuevas
Uno de los grandes avances del proyecto Karst ha sido recopilar información de sistemas kársticos a nivel global, en colaboración con espeleólogos y exploradores. El objetivo: caracterizar su topología, es decir, cómo se conectan los conductos, su ramificación y dimensiones.
Con estos datos se está construyendo la base de datos más completa del mundo sobre redes de cuevas kársticas. Esto permite identificar patrones comunes a partir de atributos como diámetro, estructura y linealidad, facilitando la creación de modelos sintéticos con propiedades realistas.
Actualmente, la base incluye 172 sistemas de cuevas —15 en España—, clasificados en cuatro tipos: ramificadas, laberínticas, anastomóticas y con forma de esponja. Cada categoría refleja distintas dinámicas de formación subterránea según su evolución geológica.
Estas morfologías dependen del tipo de roca, el entorno y su origen (hipogénico o epigénico). Gracias a esto, se mejora la predicción del flujo de agua. Además, mediante Deep Learning, el equipo logra reconstruir zonas inaccesibles de las cuevas.
Evaluación y rastreo de la contaminación
La rápida circulación del agua en sistemas kársticos los vuelve altamente vulnerables: lluvias intensas pueden saturarlos y causar inundaciones, mientras que contaminantes pueden viajar en horas o días hasta fuentes de agua potable, afectando directamente a las comunidades.
Uno de los casos más conocidos es la Tragedia de Walkerton (2000) en Canadá. Tras intensas lluvias, la bacteria Escherichia coli contaminó pozos de agua potable. Más de 2.300 personas enfermaron y siete fallecieron por la rápida propagación en acuíferos kársticos.
El evento evidenció una grave subestimación del riesgo: la velocidad del flujo subterráneo permitió que el contaminante avanzara en pocas horas, alcanzando fuentes de consumo humano. Este tipo de sistemas no filtra el agua como otros acuíferos, lo que aumenta su vulnerabilidad.
Para evitar situaciones similares, el proyecto Karst impulsa la hidrogeología forense, una disciplina que usa modelos numéricos para reconstruir el origen, la trayectoria y el impacto de contaminantes en aguas subterráneas, permitiendo identificar responsabilidades y mejorar la gestión del recurso.
Un caso emblemático es el de Erin Brockovich, donde se demostró la propagación de cromo hexavalente en California. Así, Karst evidencia cómo la física de fluidos y la modelación matemática son clave para enfrentar los desafíos hídricos en un clima cambiante.
Referencia de la noticia
IDAEA - CSIC.