Un estudio reveló cómo el agua bajo tierra llega al mar y lo modifica

* Este contenido fue producido por expertos del Instituto Weizmann de Ciencias, uno de los centros más importantes del mundo de investigación básica multidisciplinaria en el campo de las ciencias naturales y exactas, situado en la ciudad de Rejovot, Israel.

Hemos descendido al fondo del océano para estudiar cómo su composición química influye en el clima de nuestro planeta, incluso persiguiendo volcanes submarinos que expulsan lava para lograrlo. Pero resulta que quizá hayamos pasado por alto algo mucho más cercano: el agua bajo nuestros pies.

En un estudio publicado recientemente en Nature Communications, la Dra.Yael Kiro, geoquímica del Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias del Instituto Weizmann de Ciencias, presentó nuevos e impactantes hallazgos sobre el intercambio de agua y sustancias químicas entre el océano y los acuíferos costeros, depósitos de agua subterránea bajo las regiones costeras.

Su investigación demostró que estos flujos de agua ocultos pueden tener un poderoso efecto en la química del océano, un efecto que podría rivalizar con el de los ríos y las fumarolas volcánicas de las profundidades marinas.

“Durante años me pregunté si se había medido la cantidad de sustancias químicas que fluyen entre los acuíferos costeros y el océano”, dijo Kiro. “Supuse que alguien ya lo habría hecho, pero no encontré ningún estudio que lo abordara en detalle. Me llevó años reunir el valor necesario para investigarlo yo misma”.

Su interés por los acuíferos comenzó en la salina y abrasada cuenca del Mar Muerto. Como estudiante de doctorado en hidrología, Kiro investigó los sumideros de la región, un fenómeno espectacular causado por la disolución de las capas de sal bajo la superficie terrestre por el agua subterránea.

Contrariamente a lo que se suele creer, el acuífero local contenía no solo agua dulce, sino también agua salada rica en minerales, lo que sugería la posible existencia de procesos químicos que se desencadenaban bajo la superficie. Kiro se dio cuenta de que los hallazgos del Mar Muerto podrían arrojar luz sobre procesos que ocurren en acuíferos de todo el mundo, aunque esto requeriría un enfoque completamente diferente. “Fue entonces cuando empecé a pensar: quiero estudiar esto algún día en los océanos”, afirmó.

La química oceánica es fundamental para comprender el clima. El océano absorbe enormes cantidades de dióxido de carbono de la atmósfera, lo que contribuye a regular las temperaturas globales. Sin embargo, la cantidad que puede absorber y la velocidad a la que lo hace dependen de la composición química de sus aguas.

“Cuando intentamos comprender cómo responde el océano al aumento de los niveles de CO₂ que acompañan al cambio climático, necesitamos averiguar qué controla su equilibrio químico”, afirmó Kiro.

Hasta ahora, los científicos se habían centrado principalmente en los ríos como fuente principal de sustancias químicas que llegan al océano. Otra fuente bien estudiada se encuentra en el fondo marino: corrientes de agua extremadamente calientes y ricas en sustancias químicas, generadas por la actividad volcánica en el lecho oceánico, donde las dorsales oceánicas se forman por el movimiento de las placas tectónicas. Sin embargo, los acuíferos costeros rara vez se habían estudiado en este contexto, y nadie había intentado cuantificar su efecto sobre la química oceánica.

Para comprender ese efecto, Kiro tuvo una idea original y creativa. Comparó dos tipos de muestras de agua de acuíferos recogidas por otros investigadores: las tomadas de perforaciones profundas a varios cientos de metros tierra adentro desde la costa, y las obtenidas más cerca de la costa, justo debajo de la línea costera.

Descubrió una diferencia sorprendente. En las muestras cercanas a la costa, la composición química del agua del acuífero se veía solo ligeramente afectada por la mezcla con el agua de mar que las mareas y las olas empujaban hacia el acuífero, un proceso a corto plazo que duraba como máximo un año.

Sin embargo, las muestras más profundas, que contenían agua de mar que se filtraba al acuífero debido a las diferencias de densidad —un proceso a largo plazo que duraba décadas o incluso siglos—, mostraban una presencia de agua de mar mucho más marcada. Kiro concluyó que una interacción lenta pero constante con el agua de mar a través de los sedimentos había transformado la composición del agua en las profundidades de los acuíferos con el paso del tiempo.

Yendo un paso más allá, Kiro calculó las cantidades de elementos químicos como calcio, magnesio, sodio y potasio que se movían entre los acuíferos y el océano. Determinó sus concentraciones en diferentes regiones y extrapoló esas cifras al nivel global. Surgió un patrón claro: ciertos elementos fluían constantemente hacia el océano, mientras que otros eran extraídos de él.

Uno de los elementos era el calcio, que desempeña un papel indirecto pero crucial en el ciclo del carbono de la Tierra. Cuando el CO₂ se desintegra en el agua del océano, uno de sus productos de descomposición es el carbonato, que, mediante una serie de reacciones bioquímicas y geoquímicas, se une al calcio para formar carbonato de calcio: el mineral que compone las conchas de los organismos marinos. Cuando estos organismos mueren, sus conchas quedan enterradas en el fondo marino, reteniendo el carbono durante miles o incluso millones de años.

En otras palabras, el calcio influye en la capacidad del océano para atrapar el CO₂ atmosférico en una forma sólida y estable, actuando como uno de los reguladores climáticos naturales del planeta.

Los cálculos de Kiro demostraron que los acuíferos costeros aportan al agua oceánica alrededor de 5 teramoles de calcio al año, en comparación con los aproximadamente 13 teramoles de los ríos y los 1,6 de las fumarolas submarinas. Esto representa una proporción considerable, lo que significa que estos acuíferos desempeñan un papel real —y a menudo ignorado— en el ciclo global del carbono.

Al mismo tiempo, otros elementos como el sodio y el potasio están siendo extraídos del océano hacia los acuíferos: debido a que tienden a permanecer en el acuífero, el agua que sale del acuífero contiene notablemente menos de estos elementos que la que ha entrado.

Estos procesos, hasta ahora no documentados, amplían considerablemente nuestra comprensión de la química oceánica. Y esto cobra aún mayor importancia ante el cambio climático.

A medida que sube el nivel del mar, una mayor cantidad de agua marina se infiltra en los acuíferos costeros, lo que altera el flujo de sustancias químicas hacia y desde el océano, de una manera que podría potenciar la captura de carbono por parte del agua oceánica. Esa es la buena noticia. Pero hay un inconveniente: el aumento de agua marina también puede contaminar los acuíferos de agua dulce, incrementándolos de salinidad y poniendo en peligro nuestras reservas de agua dulce.

“La salinización de los acuíferos podría estar ocurriendo más rápido de lo que predicen los modelos actuales, lo cual debe tenerse en cuenta en la gestión de los recursos hídricos costeros”, afirmó Kiro.

Con cientos de miles de kilómetros de costa en todo el mundo, las implicaciones de su estudio son globales. “Hemos demostrado que existe todo un sistema oculto bajo la línea de costa que desconocíamos”, afirmó Kiro. “Para los científicos que intentan comprender la química oceánica y el papel de los océanos en el ciclo del carbono a largo plazo del planeta, este sistema aporta una pieza clave que faltaba”.