Así se mueve el agua bajo tierra: el proyecto que quiere anticipar inundaciones y contaminación

Las tormentas intensas, las sequías y otros fenómenos extremos se han convertido en habituales en muchas zonas del mundo, entre las que destaca España. Fenómenos como la dana de Valencia aún resuenan y ponen en alerta a los expertos por si pudiera volver a repetirse en el futuro próximo. Pero para entender este tipo de eventos no solo hay que mirar al cielo, sino también al suelo.

Y es que, además de afectar a la superficie de la Tierra, los fenómenos extremos también afectan a los acuíferos subterráneos, de los que dependen millones de personas para obtener agua potable. No obstante, pese la importancia que esto supone, se desconoce a ciencia cierta cómo circula esa agua bajo tierra.

Por ello nace el proyecto europeo Karst, financiado con una Synergy Grant del Consejo Europeo de Investigación y coordinado por Marco Dentz, del Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua (IDAEA-CSIC), que afronta uno de los grandes retos de la hidrología actual: comprender y modelizar los complejos sistemas de cuevas subterráneas para predecir cómo circula el agua y cómo se transportan los contaminantes.

Iniciado en 2023, el proyecto ya ha logrado avances relevantes, como la creación de la mayor base de datos global de redes kársticas. Con tres años aún por delante, el objetivo es perfeccionar estas herramientas para anticipar fenómenos como inundaciones o la dispersión de vertidos contaminantes.

Entender el flujo subterráneo

Los sistemas kársticos se forman por la disolución de rocas como calizas, yesos o dolomitas, generando extensas redes de galerías subterráneas. Estos sistemas ocupan aproximadamente el 10 % de la superficie terrestre y desempeñan un papel clave en la hidrología global. A diferencia de otros acuíferos, el agua en medios kársticos no se almacena de forma estable, sino que fluye rápidamente a través de conductos irregulares. Esto los hace sensibles a cambios climáticos: lluvias intensas pueden provocar inundaciones súbitas, mientras que las sequías pueden vaciarlos por completo.

Hasta ahora, el estudio de estos flujos se basaba en modelos clásicos de física de fluidos que no captan la complejidad real de las cuevas. Para superar esta limitación, el equipo del proyecto ha escaneado con tecnología LIDAR 16 cuevas europeas, obteniendo modelos tridimensionales de alta precisión. A partir de estos datos, han desarrollado simulaciones numéricas y réplicas físicas impresas en 3D que permiten estudiar en laboratorio cómo se mueve el agua y cómo se transportan sustancias disueltas en condiciones controladas.

Una base de datos sin precedentes

Uno de los mayores logros del proyecto Karst ha sido la recopilación de información detallada sobre sistemas de cuevas de todo el mundo, en colaboración con espeleólogos y exploradores. Esta base de datos, la más completa hasta la fecha, incluye 172 sistemas, 15 de ellos en España, y permite analizar la estructura y conectividad de las redes subterráneas.

Las cuevas se han clasificado en cuatro tipos principales según su morfología: ramificadas, laberínticas, anastomóticas –con conductos que se separan y vuelven a unirse– y aquellas con estructuras similares a esponjas. Estas diferencias dependen de factores geológicos y ambientales, como el tipo de roca o su localización. Gracias a esta clasificación, los investigadores pueden generar modelos sintéticos realistas y mejorar la predicción del flujo subterráneo. Además, mediante técnicas de aprendizaje profundo, el equipo está logrando reconstruir virtualmente zonas inaccesibles de estas redes.

La rapidez con la que circula el agua en estos sistemas los convierte en especialmente vulnerables a la contaminación. Un vertido puede propagarse en cuestión de horas o días hasta fuentes de agua potable. Un ejemplo trágico fue el caso de Walkerton (Canadá) en el año 2000, cuando la bacteria Escherichia coli contaminó el suministro de agua tras intensas lluvias, causando miles de afectados y varias muertes.

Para prevenir situaciones similares, el proyecto desarrolla herramientas de hidrogeología forense que permiten rastrear el origen y la trayectoria de contaminantes. Este tipo de análisis ha sido clave en casos reales de contaminación industrial, como el que inspiró la película Erin Brockovich.

En conjunto, Karst demuestra que la investigación en física de fluidos y modelización matemática puede traducirse en soluciones concretas para la gestión del agua y la protección ambiental, especialmente en un contexto de cambio climático creciente.