L’investigador de l’IDAEA Tomás Aquino desenvoluparà mètodes probabilístics per predir el flux d’aigua, nutrients i contaminants al sòl gràcies a una beca ERC.
L’investigador de l’IDAEA Tomás Aquino acaba d’obtenir una prestigiosa ERC Starting Grant del Consell Europeu de Recerca per estudiar el transport d’aigua, contaminants i nutrients a través de la capa més superficial del subsòl: la zona no saturada.
La zona no saturada del subsòl
La zona no saturada es defineix com l’espai que s’estén des de la superfície terrestre fins a la zona saturada d’aigua, ocupada per bosses d’aigua subterrània. Aquesta capa pot variar des d’uns pocs centímetres fins a diversos metres, segons la ubicació, i la seva forma i estructura complexes la converteixen en un veritable repte per al seu estudi.
L’estructura del subsòl. | Junta d’Andalusia
En l’àmbit de la hidrologia, es diu que una zona està saturada quan tot l’espai porós de les roques està completament ple d’aigua, mentre que la zona no saturada presenta espais ocupats tant per aigua com per aire. A més, a la capa superior de la zona no saturada, és molt comú trobar activitat biològica de microorganismes.
Aquesta àrea és clau per comprendre les dinàmiques climàtiques i hidrològiques que mantenen el funcionament dels ecosistemes i sustenten l’activitat humana. De fet, sobre aquesta zona es desenvolupen l’agricultura i la ramaderia, s’hi construeixen habitatges i s’hi ubiquen totes les vies de transport terrestre.
“A la zona no saturada, l’aigua de pluja s’infiltra fins a les aigües subterrànies, actuant com un filtre fisicoquímic i servint de barrera contra la contaminació dels aqüífers”, explica l’investigador de l’IDAEA Tomás Aquino.
La zona no saturada és altament complexa
Com tots els sistemes subterranis, la zona no saturada és molt heterogènia. La seva estructura, gruix i composició varien significativament, tant a escala mil·limètrica com a nivells de metres o quilòmetres.
“El nostre coneixement actual sobre aquesta àrea és molt limitat. Això dificulta enormement predir paràmetres clau del sistema aigua-sòl, com la composició de l’aigua filtrada, el temps que triga a infiltrar-se o el volum de flux que finalment arriba a les capes més profundes”, assenyala Aquino.
Un altre repte en l’estudi d’aquesta zona intermèdia és la presència d’aire. Les bosses d’aire que es troben entre pedres, roques, arrels i altres components del sòl afecten el flux de l’aigua. A més, la majoria dels estudis actuals es basen en experiments de laboratori, on els investigadors estableixen condicions controlades que proporcionen taxes de reacció fisicoquímiques que no sempre reflecteixen els processos que es donen a la natura.
Aquest buit de coneixement implica que les investigacions existents encara no són suficients per comprendre completament aquests processos.
El projecte Uplift
Gràcies a un finançament d’1,5 milions d’euros del Consell Europeu de Recerca (ERC), el projecte Uplift disposarà de cinc anys per desenvolupar models capaços de predir amb precisió el flux d’aigua, contaminants i nutrients a través de la zona no saturada.
L’objectiu principal és desenvolupar mètodes estocàstics, o probabilístics, que permetin predir el comportament a gran escala amb la màxima precisió possible. Donada la gran complexitat de la zona no saturada, és pràcticament impossible determinar processos a escala micromètrica o mil·limètrica. Tanmateix, basant-se en estudis realitzats a la zona saturada, els investigadors poden utilitzar mètodes estadístics per analitzar l’estructura del medi i fer prediccions fiables a escala de camp (de metres a quilòmetres).
“Tot i que no coneixem en detall el que passa a escala micromètrica i mil·limètrica a causa de l’alta heterogeneïtat de l’entorn, aquests mètodes ens permeten fer prediccions molt precises a escales més grans”, explica Tomás Aquino.
El projecte s’estructura en dues àrees principals: (1) una part teòrica, en la qual l’equip de científics desenvoluparà models matemàtics; (2) una part d’implementació, que inclourà simulacions numèriques tant a petita com a gran escala. El projecte compta amb col·laboracions clau que proporcionaran dades experimentals per validar aquests models tant al camp com al laboratori. La col·laboració de l’IDAEA-CSIC amb altres institucions europees és fonamental; en concret, la Universitat de Rennes i l’ETH de Zuric provaran els models en entorns de laboratori, mentre que el Servei de Conques d’Investigació de Vallcebre de l’IDAEA-CSIC, que disposa de dades hidrològiques reals de sèries temporals llargues, permetrà la seva validació in situ.
“La veritable fortalesa d’aquest projecte rau en desenvolupar models capaços de predir fenòmens reals. Ho aconseguirem comprenent els processos físics de la zona no saturada i les característiques estadístiques que la defineixen, fet que ens permetrà determinar els paràmetres dels models i ajustar-los millor a la realitat”, conclou Aquino.
Simulació numèrica del transport d’un contaminant reactiu en un medi porós parcialment saturat d’aigua, basada en imatges d’experiments de laboratori realitzats pel Dr. Borgman (MIGAL)
La clau, per tant, és identificar les variables o característiques més simples de l’entorn que permetin predir amb més precisió què passa al sòl a escala real. D’aquesta manera, es pot desenvolupar un model en el qual, indicant les característiques d’un espai específic (per exemple, tipus de sòl, geologia, flux d’aigua circulant, etc.), es pugui predir amb més exactitud el destí d’un contaminant o nutrient que s’infiltri a través d’aquest medi fins a les aigües subterrànies.
Més notícies
