Fluyendo juntos: explorando la interacción entre agua y sedimentos

Conectividad de agua y sedimentos

El estudio de la conectividad de flujos y sedimentos en la superficie terrestre no es nuevo en la geomorfología, la ciencia del suelo y otras disciplinas relacionadas. En general, los modelos desarrollados para el estudio de la erosión del suelo consideran la erosión del suelo asociada con el flujo de agua concentrado y las zonas de sedimentación. Las observaciones de campo indican que la pérdida de suelo depende de áreas potenciales de captación de sedimentos y la presencia de obstáculos (por parte del relieve o la vegetación) reduce la pérdida, favoreciendo la acumulación localizada.

Parque Nacional de Doñana (Huelva). Imagen de Google Earth.

¿Qué es la conectividad?

En las últimas décadas, un número creciente de estudios ha destacado el papel de los procesos de conectividad hidrológica y sedimentaria en relación con la gestión de cuencas hidrográficas, el relieve, la erosión del suelo, el movimiento de nutrientes y contaminantes, la vegetación o la construcción de infraestructuras. La “conectividad” ha surgido como un marco conceptual significativo para entender la transferencia del agua superficial y los sedimentos, así como las sustancias asociadas a través del paisaje. Así, con “conectividad” nos referimos a la interdependencia de los procesos hidrológicos con otros elementos del paisaje como el suelo, destacando la fuerte relación entre ellos. Esta relación ocurre espacialmente en diferentes escalas, desde procesos moleculares hasta procesos del paisaje a través de escalas pequeñas (agregados, poros, grietas), intermedias (pedones) o grandes (formas del terreno, cuencas).

Arroyo Salado, cerca de Tarifa (Cádiz). Imagen de Google Earth.

La predicción de las vías de generación de escorrentía durante las tormentas y el transporte asociado de sedimentos es de considerable importancia para la sociedad, ya que permite la predicción de impactos en otros aspectos como la calidad del agua y la provisión de servicios ecosistémicos relacionados. Hasta hace poco tiempo, el papel de la conectividad en el control de la escorrentía y la erosión ha recibido una atención científica significativa y creciente, aunque de manera dispar y descoordinada. Existe una gran cantidad de experiencia y conocimiento sobre la conectividad a nivel mundial que puede aprovecharse para asegurar que el potencial ya demostrado en estudios clave se cumpla de manera más amplia; para avanzar en líneas acordadas e identificar metas emergentes, y para beneficiarse de la interacción de ideas de los campos de hidrología, ciencias del suelo, geomorfología y ecología.

Sur de Córdoba. Imagen de Google Earth.

¿Es posible rastrear el camino seguido por una partícula desde la cima de una montaña hasta el valle?

Los científicos del suelo han aprendido a cuantificar los procesos de transporte de partículas, sustancias solubles e incluso organismos debido a los flujos de agua superficiales y subsuperficiales. Predecir las formas de generación de escorrentía y los mecanismos asociados con la erosión del suelo inducida por la lluvia tiene importantes consecuencias para la calidad del agua y los servicios ecosistémicos relacionados. Sin embargo, en la actualidad, todavía tenemos un conocimiento limitado sobre la conectividad y cómo enlazar correctamente todos los procesos involucrados. Los modelos informáticos son herramientas útiles y muy potentes en esta tarea, pero necesitan mejorarse.

Ladera sur de Sierra Nevada (Granada y Almería). Imagen de Google Earth.

La conectividad entre diferentes sistemas depende de la intensidad de los mecanismos hidrológicos (precipitación, infiltración, escorrentía, evaporación, etc.), tasas de transferencia (a su vez, dependiendo de las características del suelo como porosidad, textura, agregación), parámetros de pendiente (longitud de pendiente, gradiente) y las características de la superficie (rugosidad, heterogeneidad, microtopografía) o tipo y cobertura de vegetación. Muchos científicos han destacado el papel de la complejidad del paisaje y la heterogeneidad espacial en la escorrentía y la producción de sedimentos. Los valles aluviales amplios tienen un alto potencial para que se desarrollen formas de almacenamiento de sedimentos, todas con diferentes tiempos de residencia. En estas áreas, es más probable que los sedimentos se almacenen en áreas concretas, reduciendo así la conectividad del flujo. Por el contrario, en valles parcialmente confinados, los sedimentos se almacenan solo temporalmente. En consecuencia, la complejidad de las formas del terreno controla los compartimentos de sedimentos y la frecuencia con la que se resta o agrega sedimento a la escorrentía superficial, que funciona como una cinta transportadora a lo largo de las laderas.

La conectividad puede verse tanto como un motor de los procesos hidrológicos y geomorfológicos dentro de una cuenca como una propiedad emergente de esta última causada por estos procesos y su interacción. Como una causa de complejidad, no solo gobierna la producción del sistema de la cuenca, sino también la sensibilidad del sistema en términos de su reacción al cambio y la forma en que el cambio se propaga a través de la cuenca. A diferencia de la ecología, donde la movilidad de las especies entre mosaicos de hábitats bien conectados amortigua los efectos de la destrucción o fragmentación, la sensibilidad y vulnerabilidad de los sistemas hidrogeomorfológicos aumenta debido a la alta conectividad.

Pico Torreón en el Parque Natural de Grazalema (Cádiz). Imagen de Google Earth.

Por lo tanto, la conectividad también está relacionada con temas importantes como la reacción de los sistemas naturales al cambio climático, a los peligros naturales asociados con la dinámica del agua o los sedimentos y a la gestión de las cuencas fluviales.

Es especialmente significativo el impacto de las infraestructuras y los impactos derivados de la actividad humana en la conectividad del agua y el sedimento. Carreteras forestales, surcos de ruedas de vehículos pesados, vallados, compactación de suelos o, incluso, incendios forestales contribuyen a aumentar considerablemente la conectividad, mientras que la reforestación o la aplicación de medidas de manejo de la erosión en los cultivos (como los aterrazamientos o el cultivo en curvas de nivel) pueden reducirla. Un cambio fundamental en el concepto de conectividad de agua y sedimentos puede ayudar a mejorar nuestra comprensión de los procesos del paisaje tanto en términos de su implementación como herramienta de gestión.

Un largo camino por recorrer

Aunque el papel de la conectividad en el control de los procesos hidrológicos y la erosión del suelo ha recibido una atención significativa por parte de la comunidad científica, los estudios han sido parciales y desiguales. Además, tradicionalmente, la importancia de la conexión hidrológica entre los diferentes elementos del paisaje, como la vegetación, la topografía y el suelo, no ha recibido mucha atención. Actualmente, algunos enfoques nuevos han hecho necesario plantear este problema (por cierto, generando discusiones animadas entre científicos del regolito y del suelo). Existe mucha experiencia y conocimiento sobre los mecanismos relacionados con la conectividad que pueden usarse para avanzar en el conocimiento e identificar objetivos emergentes. Sin embargo, es urgente vincular estos mecanismos de manera sistemática para entender la conectividad. Especialmente en sistemas áridos y semiáridos, hay una creciente conciencia sobre la importancia de la conectividad hidrológica (y desconexión) entre los diferentes compartimentos de los ecosistemas a través de elementos como arroyos, escorrentía o flujo subsuperficial. Estas conexiones (y desconexiones) tienen impactos en las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo.

Parque Nacional de Doñana (Huelva). Imagen de Google Earth.

¿Por qué estudiar la conectividad?

Una de las aplicaciones más importantes de la conectividad hidrológica y sedimentaria es el estudio y la gestión de cuencas hidrográficas y los factores que la afectan. Según Bracken et al. (2013), el objetivo de la gestión de cuencas hidrográficas suele ser mantener la desconexión entre diferentes nichos (hidrológicos, ecológicos o geomorfológicos), especialmente contra perturbaciones (incendios forestales, cambio en el uso del suelo, calentamiento global, etc.). Por lo tanto, la gestión efectiva requiere una comprensión de los procesos basados en la conectividad para que los gestores puedan interpretar la función de los sistemas y saber cuándo, dónde y cómo intervenir de la manera más adecuada y sostenible según las condiciones ambientales. Estudiar la conectividad permitirá entender la interconexión entre los diferentes elementos del paisaje. Esto es extremadamente importante para una mejor planificación del uso del suelo, gestión y toma de decisiones. Por ejemplo, las medidas de atrapamiento de sedimentos en el sitio, como la forestación, las franjas vegetativas, la vegetación ribereña y la terrazas, pueden usarse para manejar las áreas de origen de sedimentos. Además, las medidas de atrapamiento de sedimentos fuera del sitio, como presas y estanques, pueden implementarse en los canales de drenaje. Entonces, tanto las medidas de atrapamiento de sedimentos en el sitio como las medidas fuera del sitio pueden ayudar a desconectar la red de transferencia de sedimentos y retardar la transferencia de sedimentos hacia abajo en la pendiente.

Pero, ¿sabemos cómo?

En esta etapa, “qué» podría ser incluso más importante que “cómo». A pesar del gran número de personas que trabajan en ello, no hay consenso sobre cómo definir la conectividad. Por lo tanto, no sabemos cómo medirla. Actualmente, los científicos que trabajan en la definición de la conectividad hidrológica han propuesto algunas discusiones interesantes, comparando diferentes definiciones y proponiendo algunas líneas futuras de investigación.

Río Ribera de Huelva. Imagen de Google Earth.

La necesidad de una metodología común

El concepto de conectividad permite investigar el impacto de las características y elementos del paisaje en su evolución. Así, para modelar procesos globales y hacer propuestas de gestión eficientes y sostenibles, es necesario conocer cómo interactúan estos elementos. Sin embargo, la forma de abordar el estudio de la conectividad varía de un investigador a otro (debido a la variedad de mecanismos, componentes y objetos de estudio). Otro aspecto importante es que la conectividad no es comprendida de la misma manera por las diferentes ramas de la ciencia que se dedican a estudiar los mecanismos involucrados. La conectividad necesita una definición común y una metodología estándar. Además, una dificultad adicional es que los aspectos clave de la conectividad implican procesos estáticos y dinámicos. Mientras que tenemos una comprensión relativa de los elementos estáticos, se necesita mucha investigación para entender los componentes dinámicos de la conectividad hidrológica en el tiempo y el espacio.