Modelización del transporte difusivo de gases en el conjunto suelo-rocaaplicación al análisis e interpretación de datos microclimáticos en sistemas kársticos someros

Zusammenfassung

Los ambientes subterráneos, ampliamente distribuidos en los distintos ecosistemas terrestres, contienen un volumen significante de aire subterráneo con altas concentraciones de CO2 producido en el suelo. Concretamente, los sistemas kársticos constituyen emisores o almacenes temporales naturales de CO2 que, durante su estado de ventilación, emiten CO2 a la atmósfera. Los balances anuales calculados, que demuestran el aumento del CO2 atmosférico a consecuencia de las emisiones con origen antrópico, no son coincidentes con las observaciones atmosféricas, demostrándose la existencia de estos almacenes naturales. Por tanto, la caracterización de la dinámica gaseosa de los ambientes subterráneos es fundamental para conocer y determinar el intercambio gaseoso que se produce entre los mismos y la atmósfera exterior. Este estudio se centra, fundamentalmente, en la Cueva del Rull, ubicada en la provincia de Alicante. Paralelamente, también se han estudiado ciertos aspectos de la Cueva de Altamira (Cantabria) para poder comparar los resultados de ambos espacios subterráneos y poder relacionarlos entre sí. Se ha desarrollado un estudio de los parámetros microclimáticos y gases traza (CO2 y 222Rn) en la Cueva del Rull, con el objetivo de estudiar la evolución natural de su dinámica gaseosa y la influencia que las visitas ejercen en ella, puesto que se trata de una cueva visitable. El análisis de los datos registrados se realiza, de forma novedosa, implementando el análisis de wavelets. Otro punto de la investigación se aborda mediante el estudio del suelo que existe sobre una cueva. El suelo forma parte de la membrana que separa la atmósfera subterránea de la exterior, y es responsable de regular la conexión existente entre ambas. Por esta razón, dos suelos diferentes, que quedan ubicados sobre dos cuevas distintas (Cueva del Rull y Cueva de Altamira) han sido estudiados, tanto en campo como mediante ensayos de laboratorio. Los distintos resultados obtenidos en cada una de las cuevas están directamente relacionados con las diferentes propiedades de los suelos. Algunos de los ensayos de laboratorio realizados se diseñaron, específicamente, para cuantificar la difusión gaseosa de CO2 e infiltración de agua en el suelo, bajo diferentes grados de saturación y compactación. A partir de los resultados obtenidos, se confirma que la aplicación de wavelets constituye una herramienta eficiente para el análisis de este tipo de señales microambientales, puesto que permite detectar las periodicidades que constituyen las señales, ubicadas en el dominio del tiempo y de la frecuencia, simultáneamente, así como la relación entre pares de señales distintas. El análisis de wavelets diferencia el componente de baja frecuencia de la señal (que se corresponde con la dinámica natural de la cueva, a escala anual) y el componente de alta frecuencia, relacionado con las alteraciones que produce la presencia de visitas sobre esta tendencia natural. Los ensayos de laboratorio confirman que la granulometría del suelo, su contenido de materia orgánica, su composición mineral y su contenido en agua son factores decisivos en el transporte de gas a través del sistema poroso del suelo. Cuando los suelos están próximos a la saturación, el transporte de fluidos no depende tanto de las propiedades físicas del suelo como de su contenido en agua. Bajo estas condiciones, el transporte líquido es el que regula el espacio disponible en el sistema poroso del suelo que, cuando está lleno de agua, impide el transporte difusivo de CO2. Después de un evento de lluvia, la conexión entre la atmósfera de la cueva y el exterior se reduce, debido al incremento de agua en el suelo. La difusión de CO2 se reduce, aproximadamente, un 60% cuando el contenido de agua en el suelo aumenta desde 0 hasta 30%. El estudio demuestra que el CO2 producido en el suelo alcanza ambas cuevas mediante procesos de difusión similares a través del suelo – roca, que están controlados por las propiedades del suelo (porosidad, granulometría, textura, mineralogía y contenido de materia orgánica) y su contenido de agua. El estudio de la dinámica gaseosa de la Cueva del Rull (CO2 y 222Rn) ha demostrado su dependencia de los parámetros climáticos, fundamentalmente de la diferencia de temperaturas entre el interior y el exterior. En la cueva, los ciclos anuales descritos por CO2 y 222Rn se caracterizan por dos estados, que son la recarga gaseosa y la ventilación de la cueva. De esta forma, la cueva actúa como fuente o almacén temporal del gas. La conexión entre la atmósfera subterránea y la exterior queda controlada por el estado del suelo ubicado sobre las cuevas. La temperatura y humedad del suelo son responsables de la variabilidad en la producción de CO2 en el suelo. Las proyecciones futuras sobre el clima confirman que, para el área de estudio, las temperaturas aumentarán y el clima se volverá más seco. Esto repercutirá, directamente, en la producción de CO2 del suelo, y consecuentemente, variará la cantidad de gas almacenado en la cueva y la cantidad que, posteriormente, será emitida a la atmósfera exterior.