Marco Dentz: “Estudiar las cuevas subterráneas es esencial para predecir eventos extremos debidos al cambio climático"

El investigador Marco Dentz, del Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua (IDAEA-CSIC), centra su carrera en el flujo de fluidos y transporte de solutos en medios porosos. Estos se encuentran en las formaciones geológicas que almacenan agua (acuíferos), en los medios biológicos como esponjas o el cerebro humano, y en medios industriales como la cerámica o el hormigón. En general se refieren a cualquier medio que es permeable.

El proyecto Karst, del que Dentz es el investigador principal, ha sido recientemente galardonado con una de las prestigiosas Synergy Grants del Consejo Europeo de Investigación (ERC, por sus siglas en inglés). Karst tiene como objetivo 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 idea es poder tener una especie de “catálogo” de sistemas de cuevas, según sus distintas características, que ayude a comprender mejor cómo son y cómo circulan los fluidos por su interior. Los resultados ayudarán a predecir el movimiento de agua y contaminantes y evaluar el impacto de inundaciones, vertidos o sequías.

Pregunta: Su proyecto se llama Karst, por los sistemas kársticos. ¿Qué diferencia hay entre estos y una cueva?

Respuesta: Cualquier cavidad en una roca a través de la cual pueda fluir el agua se puede considerar una cueva. Una cueva puede tener cientos de kilómetros, pero también puede ser un pequeño conducto de unos pocos centímetros de diámetro. Por tanto, ¿dónde empieza y dónde termina una cueva? Popularmente se consideran cuevas las cavidades que son accesibles para el ser humano.

Desde un punto de vista geológico, el karst o sistemas kársticos son redes de cuevas que se han formado por la disolución de rocas calizas u otros tipos rocas. Su nombre proviene de la región fronteriza Carso, entre Italia y Eslovenia, que se caracteriza por ese tipo de formaciones.

P.: ¿En qué beneficia su estudio a la sociedad?

R.: El agua que circula por las cuevas subterráneas cubre hasta un 25% del suministro de agua potable, para la industria y agricultura al nivel mundial. Los acuíferos kársticos forman una gran reserva de agua dulce y se caracterizan por una conducción de flujo y solutos extremadamente rápida. Sin embargo, son sistemas realmente sensibles y frágiles. Pueden inducir inundaciones y contaminación de los recursos hídricos frente a eventos de precipitación extrema o vertidos puntuales de contaminantes. Así que saber cómo fluye el agua y como se transportan los contaminantes a través de estos sistemas kársticos es de gran relevancia para la sociedad.  

P.: ¿Cuáles son los pasos del proyecto Karst para caracterizar cuevas subterráneas?

R.: El proyecto Karst es un proyecto ambicioso que trabajará a varios niveles. El primer nivel consistirá en entender el flujo de agua y el transporte de solutos a nivel de conducto (es decir, en la propia cueva).

Lo que pretendemos hacer aquí es establecer las leyes físicas que gobiernan el movimiento de los fluidos dentro de la cueva. Hoy en día se aplican las leyes para conductos regulares como las tuberías o canales. Pero una cueva es mucho más compleja: es irregular, tiene una rugosidad mayor, grietas o rocas, por lo que las leyes establecidas para la física de fluidos no sirven para las cuevas. 

En esta fase iremos físicamente a las cuevas con un equipamiento técnico basado en láser que digitaliza las cuevas y así las podemos imprimir en 3D a escala más pequeña.

Esta impresión en 3D nos permitirá hacer experimentos de flujo y transporte en el laboratorio para establecer las leyes físicas del transporte de fluidos dentro de la cueva. Al mismo tiempo, se hará un gemelo digital en el ordenador para simular y cuantificar los experimentos matemáticamente.  

En un segundo nivel estudiaremos cómo son las estructuras de las redes de cuevas. Es decir, definiremos los parámetros que permitan cuantificar su estructura y poder clasificarlas lo cual nos permite generar redes de karst sintéticas con propiedades realistas.  

El tercero es la predicción del flujo de agua y, por tanto, el transporte de contaminantes por los sistemas de cuevas. Aquí utilizaremos las leyes físicas desarrolladas para los conductos (nivel 1) y su estructura (nivel 2) para establecer un enfoque predictivo.El proyecto implica que la caracterización de las cuevas es a nivel mundial.

P.: ¿Realmente se pueden obtener unos pocos modelos que caractericen a todas ellas?

R.: Este es uno de los desafíos del proyecto Karst. Los sistemas de cuevas se pueden clasificar cualitativamente según su origen o morfología. Nuestro objetivo es una definición cuantitativa basada en la teoría de redes que permita distinguir, clasificar y simular diferentes tipos de sistemas kársticos. A diferencia de otros tipos de redes (como internet o el transporte por carreteras) las redes de karst están condicionados por la geología.
Somos optimistas para abordar este desafío gracias a la sinergia entre los grupos de investigación del proyecto.    

P.: El proyecto Karst también abordará el transporte de contaminantes dentro de las cuevas. ¿De dónde provienen estos contaminantes y de qué tipo son?

R.: Los contaminantes en sistemas kársticos o en aguas subterráneas en general pueden provenir de distintas fuentes, como la industria, la agricultura o los vertederos, por ejemplo, y por tanto hay una gran variedad también de contaminantes. En el proyecto estudiaremos un acuífero kárstico en Suiza que está contaminado con sustancias solventes cloradas. En este caso no se conoce el origen de la contaminación.             

P.: La convocatoria ERC Synergy del Consejo Europeo de Investigación implica una financiación de 10 millones de euros para el proyecto de 6 años. ¿Por qué se requiere tanta financiación?

R.: La mayor parte irá a la contratación de personal investigador. Para desarrollar este proyecto, necesitamos un equipo interdisciplinar muy cualificado que consistirá sobre todo en investigadores e investigadoras postdoctorales, pero también de estudiantes de doctorado, con experiencia y conocimientos en dinámica de fluidos, modelación numérica, matemáticas, geología, hidrogeología, geoquímica, física, ingeniería.

P.: ¿Cómo de importante es contar con un equipo multidisciplinar para llevar a cabo este tipo de estudios?

R.: En el caso de este proyecto es fundamental. La financiación ERC Synergy se basa en proyectos muy ambiciosos desde el punto de vista científico que sólo pueden ser abordados por la sinergia entre varios grupos de investigación. En nuestro caso, somos cuatro investigadores de diferentes países de Europa que aportamos conocimiento muy especializado y complementario: Philippe Renard, de la Universidad de Neuchâtel (Suiza), aporta los conocimientos sobre la hidrogeología del karst y estadística espacial; Benoit Noetinger, del IFP Energies Nouvelles en Francia, es el experto en mecánica de fluidos; Bojan Mohar, de la Universidad de Ljubljana (Eslovenia), es matemático experto en teoría de redes; y yo aportaré mi conocimiento sobre el flujo de agua y el transporte de solutos en medios heterogéneos.

Alicia Arroyo/ IDAEA CSIC Comunicación