La ecorregionalización de los acuíferos: una cuestión recurrente en la evaluación del estado ecológico de las aguas subterráneas

Para evaluar adecuadamente el estado ecológico de los acuíferos es necesaria una clasificación fiable en ecorregiones de los ecosistemas acuáticos subterráneos. En un ensayo publicado en la prestigiosa revista científica Nature (2012), el Instituto de Ecología de las Aguas Subterráneas (IGOE) – Helmholtz Center München y la Universidad de Koblenz-Landau (Alemania) proponen una nueva regionalización de las aguas subterráneas (stygoregions) de Alemania. La clasificación es un paso adelante en la evaluación del estado medioambiental de las aguas subterráneas y en la gestión con una orientación ecológica de esas masas de agua.

Dra. Sanda Iepure, investigadora de IMDEA Agua

La gestión y protección de las aguas subterráneas (considerando estas como las aguas del subsuelo, que incluye las aguas de las zonas saturadas, por ejemplo los acuíferos, y no saturadas, por ejemplo la zona vadosa de los acuíferos kársticos y aluviales) es una cuestión cada vez más acuciante debido al aumento exponencial de la demanda de agua en todo el mundo.

La Directiva Marco del Agua Subterránea (GWD, 2006/116/CE) intenta mantener o, cuando sea necesario, mejorar el buen estado químico del agua hasta el año 2015, evitar y/o limitar la contaminación, así como favorecer el progreso de los análisis sobre aguas subterráneas con el fin último de mejorar la calidad del agua. Una carencia de la GWD en el momento de su publicación fue la no incorporación de la evaluación del estado ecológico, algo habitual en lo referente a los ecosistemas de aguas superficiales y específicamente recogido dentro de la Directiva del Agua (DMA, 2000/60/EC). El estado ecológico considera como atributos específicos biológicos la calidad y la cantidad respecto a las comunidades faunísticas que definen las condiciones ambientales de su entorno. Ello es importante debido a que las aguas subterráneas son reconocidas como proveedoras de servicios ambientales en los ecosistemas acuáticos del subsuelo y los dependientes de ellos (humedales, ríos, etc.)

Las aguas subterráneas y su fauna proporcionan varios servicios ambientales en forma de provisión, regulación, apoyo y también servicios culturales. Sin embargo, estos servicios son menos considerados en comparación a los suministrados por los ecosistemas de las aguas superficiales. Los servicios de los ecosistemas se proporcionan en función de las características de las aguas subterráneas y de los distintos organismos que viven en él, e incluyen: i) servicios de provisión – de almacenamiento y retención de agua para usos doméstico, industriales y agrícolas; ii) servicios de regulación – purificación del agua a través de los organismos capaces de descomponer contaminantes, materia orgánica y nutrientes; control de la erosión e inundaciones por la absorción de la escorrentía; amortiguación de los efectos de sequías graves; retención de dióxido de carbono antropogénico; iii) servicios de apoyo – afectan indirectamente a los seres humanos por ser un prerrequisito para la vida en la Tierra, cuya ausencia se percibe cuando la extracción o contaminación de las aguas superficiales afecta a las aguas subterráneas, y viceversa y iv) servicios culturales – por lo general, prestaciones no materiales para la sociedad, obtenidas a través del «enriquecimiento espiritual, el desarrollo cognitivo, la reflexión, la recreación, la experiencia estética», incluyendo también el valor espiritual y religioso en algunas culturas.

Los ecosistemas soportados por las aguas subterráneas y superficiales son fundamentalmente distintos, por lo que la evaluación de su salud e integridad debe tener en cuenta sus particularidades. Los ecosistemas de las aguas subterráneas se caracterizan por la oscuridad permanente, lo que significa que la producción primaria no está presente; hay una escasa disponibilidad de nutrientes que depende en gran medida de la conexión hidrológica y los intercambios con la superficie, y unas condiciones de hipoxia general (nivel de oxígeno <3 mg/l) y/o anóxicas. Las aguas subterráneas se perciben como sistemas inertes con condiciones ambientales constantes. Sin embargo, sufren cambios en el espacio y el tiempo, pero en un menor grado en comparación con los ecosistemas superficiales. En consecuencia, los organismos que viven en los diferentes compartimentos del subsuelo (la zona de ecotono hiporreica de los ríos, los acuíferos superficiales y/o profundos, cuevas, etc.) están muy bien adaptados a condiciones ambientales hostiles. Los organismos de las aguas subterráneas (generalmente denominada estigofauna) están representados principalmente por crustáceos (Copépoda, Ostrácoda, Syncarida, Isópoda, Amphipoda en casi un 80%) y bacterias, pero otros grupos pueden estar también presentes, aunque con una baja diversidad (Gasterópoda, Oligochaeta y Polychaeta). La gran variedad taxonómica de crustáceos hace que los ecosistemas de las aguas subterráneas sean más parecidos a los medios marinos que a los medios acuáticos superficiales continentales. La fauna de las aguas subterráneas está formada por una combinación de especies de diferente valor ecológico: especies transportadas ocasionalmente por la infiltración del agua superficial (estygoxenes); colonizadores de una amplia gama de hábitats tanto en las aguas subterráneas como en medios acuáticos superficiales (estygophiles), y los habitantes estrictamente adaptados morfológica, fisiológica y metabólicamente a las aguas subterráneas (estigobiontes). Por otro lado, los medios subterráneos también albergan especies únicas que son el producto de una larga evolución. Sólo aquí pueden encontrarse algunas especies relictas del Terciario y el Cuaternario. Sus antepasados superficiales se extinguieron debido a la destrucción del hábitat a lo largo de las glaciaciones recurrentes del Pleistoceno. El endemismo es también frecuente y significativamente mayor que en los medios superficiales debido a la alta fragmentación del hábitat, lo que crea una gran variedad de nichos ecológicos. La mayor endemicidad documentada se encuentra generalmente en el Mediterráneo y la región Ponto-Cáspica, donde el enfriamiento climático del Pleistoceno fue moderado en comparación con las zonas situadas al norte de los Alpes. Por lo tanto, la antigua fauna Terciaria todavía se encuentra en el sur de Europa (incluida la Península Ibérica), mientras que la fauna de las aguas subterráneas en el norte de Europa se sigue considerando como pobre.

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La evaluación del estado ecológico de los ecosistemas de las aguas subterráneas no es una tarea fácil, ya que el acceso a los compartimentos profundos de los acuíferos está limitado, lo que dificulta la evaluación y caracterización de los proveedores de servicios ambientales que suministran. La estigofauna ha demostrado ser un buen indicador para evaluar la integridad y la «salud» de los acuíferos. Son indicadores sensibles a la contaminación del agua (fertilizantes, metales pesados), a los cambios en las condiciones hidrológicas e intercambios entre aguas superficiales y subterráneas, y a la regulación térmica entre otros. La estigofauna puede ser considerada como un sistema de alerta temprana ante cambios en la calidad del agua, debido a su gran sensibilidad ante variaciones ambientales desfavorables.

56722_medicionEl primer paso en la evaluación de la integridad y el estado ecológico de los ecosistemas en general comprende la estimación de la diversidad específica. Según Botoşăneanu (1986), en todo el mundo se conocen cerca de 7.000 especies de estigobiontes. Aunque la diversidad regional de las aguas subterráneas puede ser alta, a escala local (por ejemplo, perforaciones, pozos), la diversidad biológica puede ser baja (no es raro encontrar sólo 2-3 especies/sitio). A estos se añade una distribución espacial de la diversidad muy heterogénea debido a la variedad y la fragmentación de los hábitats en las aguas subterráneas. Por lo tanto, un segundo paso en el enfoque de la investigación supone establecer una región espacial de investigación. Dentro de la Directiva Marco del Agua se han definido las así llamadas ecorregiones: «grandes unidades de tierra/agua con conjuntos geográficamente distintos de especies, comunidades naturales y condiciones ambientales». Los límites de una ecorregión no están claramente establecidos, sino que son más bien grandes unidades biogeográficas establecidas por la distribución de las especies. Mientras que para los ecosistemas de agua dulce superficiales estas regiones están relativamente bien establecidas, su delimitación en las aguas subterráneas es una tarea desafiante. La razón principal para crear regiones de las aguas subterráneas es que las tipologías aplicadas a la clasificación de las ecorregiones superficiales no son aplicables a las aguas subterráneas.

Los intentos de producir una regionalización de las aguas subterráneas en las últimas décadas no son nuevos y su eficacia ha sido señalada por varios autores. Botoşăneanu (1986) establece la primera regionalización de las aguas subterráneas en todo el mundo en Stygofauna Mundi – una síntesis faunística, de distribución y ecológica de la fauna mundial que habita en las aguas subterráneas (incluyendo las especies marinas intersticiales) . Aunque no perfecta, la delimitación de las (eco) regiones y sus sub zonas se realizó en base a la topografía, a la historia geológica y a criterios paleo-geográficos, y con la distribución de las especies en las aguas subterráneas conocidas hasta ese momento. En las últimas décadas, el avance de los estudios sobre la biodiversidad de las aguas subterráneas a nivel continental, los progresos en los estudios de ecología de aguas subterráneas y la estandarización del protocolo de muestreo han incrementado la necesidad de revisar la regionalización establecida. Los avances en la investigación favorecen también una nueva percepción respecto a las aguas subterráneas, basada en el establecimiento de un nuevo marco de evaluación ecológica, señalando la importancia de su fauna como proveedora de servicios ambientales, y su utilización como uno de los criterios básicos en el establecimiento de ecorregiones. Esta nueva visión integra también la consideración de la vulnerabilidad de la fauna de las aguas subterráneas cuando los cambios ambientales se producen tanto en la superficie como en los ambientes subterráneos. Las pérdidas de las especies estigobiontes y su hábitats no sólo deben ser vistas como un daño a un proveedor de servicios ambientales de los ecosistemas subterráneas, sino además como un perjuicio de nuestro patrimonio natural, base de recursos en la economía nacional, y bien cultural. Las especies primitivas y relictas que habitan hoy en día en las aguas subterráneas de todo el mundo son verdaderos ‘fósiles vivientes’ y testimonios de un mundo pasado.

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Recientemente, después de un estudio a largo plazo de la fauna de las aguas subterráneas de Alemania, el Instituto de Ecología de las Aguas Subterráneas (IGOE) (grupo liderado por el Dr. Christian Griebler) y la Universidad de Koblenz-Landau (grupo liderado por el Dr. Hans-Jürgen Hahn) han establecido un esquema biorregional de clasificación para los acuíferos basado en estigorregiones (stygoregions) lo que representa un enfoque valioso para la evaluación del estado ecológico. El ensayo se ha publicado después de 7 años de intenso seguimiento de los acuíferos kársticos, porosos y fracturados de poca profundidad (10-80 m; 515 pozos). Los autores hacen hincapié en que la clasificación obtenida no se ajusta a las ecorregiones de superficie ya establecidas para la zona estudiada, tanto a escala espacial como temporal. Los autores también evalúan varios criterios posibles para establecer los límites de las estigorregiones: la tipología de los acuíferos (karst, poroso, etc.), las características físico-químicas del agua (porosidad de los sedimentos, contenido de oxígeno), las condiciones climáticas pasadas y presentes (glaciaciones del Pleistoceno, presencia del permafrost, distribución de la precipitación) y las características de la fauna de las aguas subterráneas (ecología, colonizadores post-glaciación, endemismos).

56722_piezometrosDe acuerdo a la distribución de la fauna subterránea a gran escala en Alemania, se han establecido cinco estigorregiones -Tierras Bajas del Norte, Tierras Altas Centrales, Tierras Altas del Suroeste, Tierras Altas del Sur y Norte de los Alpes- mientras que se establecieron cuatro estigoregions para la superficie de acuerdo con la DMA -Tierras Bajas del Norte, Tierras Altas Centrales, Tierras Altas Occidentales, y Sistemas Alpinos. Cada estigorregión se clasificó de acuerdo a los atributos de la fauna subterránea (diversidad y distribución de las, especies, incluido las especies endémicas y raras), el estado físico-químico del agua y la historia climática pasada/presente de las regiones investigadas. Por lo tanto, las Tierras Bajas del Norte tienen una diversidad baja, lo que se considera una consecuencia de la extinción de especies y de las dificultades para la recolonización postglacial. La glaciación parece haber modificado la permeabilidad de los acuíferos y contribuido a limitar el espacio poroso, lo que junto con el aumento de la materia orgánica y el flujo bajo de aguas subterráneas contribuyó a la reducción del contenido de oxígeno. Por el contrario las Tierras Altas Centrales, menos afectadas por la glaciación, sirvieron como refugio para algunas especies, aunque algunos acuíferos se secaron o se vieron fuertemente afectados por el permafrost (capa de hielo perpetuo en los niveles superficiales del suelo) y las precipitaciones bajas. La post recolonización y recuperación de los hábitats de las aguas subterráneas, menos afectados por las condiciones de enfriamiento, permitieron aquí el aumento de cierta diversidad de estigofauna. Sin embargo, esta estigorregión tiene pocas especies endémicas y más especies ubiquistas que son colonizadores post glaciales procedentes del sur que se suman al número de supervivientes subterráneos a las glaciaciones. Las Tierras Altas del Suroeste tienen la mayor diversidad, dominada por estigobiontes antiguos no afectados por la glaciación. Esta estigorregión parece proporcionar refugio ante las condiciones de frío en los acuíferos kársticos profundos, pero también en los hábitats subterráneos de los acuíferos aluviales de grandes ríos. El Valle del Bajo Rin ha sido asociado a esta estigorregión hasta ahora, aunque desde el punto de vista biológico y geográfico este valle está incluido en la región de las Tierras Bajas del Norte. De acuerdo con el patrón de la estigofauna (estructura y distribución de las comunidades), las aguas subterráneas del Valle del Bajo Rin son más similares a las Tierras Altas del Suroeste que a las Tierras Bajas del Norte. Este hecho indica que probablemente el agua subterránea del valle está conectada a la cuenca Pleistocénica del Danubio y del río Meno, principalmente a través de la parte media del Valle del Rin. El estatus de la estigorregión Tierras Altas del Sur y del Norte de los Alpes aún no está clara, ya que las comunidades son semejantes a las de la anterior estigorregión, pero menos diversas. Además, algunas especies de esta región se conocen sólo por los hábitats situados en Austria (la región más próxima al sureste). Se supone que la recolonización de esta estigorregión ocurrió tanto desde las Tierras Altas del Suroeste como también desde el este a través de la «autopista» hiporréica del Danubio y sus afluentes desde el sur.

La cuestión principal surgida a partir del estudio es que la delimitación de estigorregiones a escala regional y continental debería ser independiente de las existentes en superficie, y estar basada exclusivamente en criterios adecuados aplicables a los ecosistemas de aguas subterráneas. El ensayo es enormemente valioso para orientar y sensibilizar a los responsables de la gestión de las aguas subterráneas, los responsables del abastecimiento de agua, para reconducir su atención y redefinir el estatus legal de la gestión de las aguas subterráneas desde un punto de vista cuantitativo y cualitativo. Los ecosistemas de las aguas.

Las aguas subterráneas proporcionan un amplio espectro de valores económicos para sus usuarios consuntivos, que incluyen usos urbanos (residencial, comercial, espacios abiertos), rurales (regadío), y grandes usuarios como la minería o la industria. Hay notables diferencias en los diferentes países de Europa en relación a la extracción de agua subterránea, dependiendo de la disponibilidad real del recurso, el nivel de desarrollo económico del país (de base industria o agraria), y del clima. En 2012 Alemania (con 5.825 millones de m3), Francia (5.710 m3), España (5.700 m3) y Turquía (12.811 m3) encabezan el ranking de Estados Miembros de la UE con el mayor uso de agua subterránea. Entre ellos, los países de la ribera norte del Mediterráneo enfrentan amenazas adicionales derivadas del aumento de temperatura y de la existencia de profundas sequías, percibidas tanto en las aguas superficiales como subterráneas. En España algunos acuíferos están sobreexplotados, lo que supone una cantidad de 700 millones de metros cúbicos al año. Esto afecta profundamente al régimen hidrológico de esos acuíferos, genera cambios en la relación aguas superficiales / subterráneas y humedad / agua subterránea, lo que conduce a numerosas repercusiones legales y económicas. Es evidente que tal uso intensivo afectaría a las condiciones ambientales de las aguas subterráneas en sí, a los ecosistemas dependientes de las mismas y a la provisión de flujos biofísicos de ecosistemas. La comprensión de la naturaleza y el valor de los flujos de servicios de ecosistemas para una región concreta sería crucial para la selección de instrumentos económicos adecuados y la mejora de la legislación para garantizar un uso eficiente del agua subterránea, para salvaguardar su integridad como ecosistema y hábitat para la vida de diferentes especies.

Aunque en la Directiva de Aguas Subterráneas de la UE y en la Ley Alemana de Gestión del Agua hay pasajes en los que las aguas subterráneas se someten a los mismos principios generales de gestión del agua, y a las leyes de protección como las ya establecidas para las masas de agua superficiales, no hay hasta la fecha ninguna clarificación consistente con respecto a la necesidad de evaluar el estado ecológico de los ecosistemas de aguas subterráneas en muchos países europeos. Los únicos países que, a día de hoy, disponen de una base jurídica para evaluar tanto la cantidad como la calidad de las aguas subterráneas y que tienen en cuenta la evaluación del estado ecológico en los planes de gestión de las aguas subterráneas, son Suiza (a través de NAQUA – Seguimiento Nacional de Aguas Subterráneas) y Australia (a través de NWI – Iniciativa Nacional del Agua). Para gestionar eficazmente los ecosistemas de las aguas subterráneas a nivel nacional, serían indispensables actividades intensas de persuasión e instrumentos económicos operativos, que sin duda exigen una voluntad política firme.

Referencias:

DOLE-OLIVIER, M. J., MATHIEU, J. & STOCH, F. (eds.) (2008). Sampling manual for the assessment of regional groundwater biodiversity. Protocols for the Assessment and Conservation of Aquatic Life In the Subsurface (PASCALIS)

Botoşăneanu Lazare (1986) Stygofauna Mundi. A faunistic, distributional, and ecological synthesis of the world fauna inhabiting subterranean waters (Including the Marine Interstitial Species). Brill, Backhuys, Leiden.

Heide Stein, Christian Griebler, Sven Berkhoff, Dirk Matzke, Andreas Fuchs, Hans Jürgen Hahn. Stygoregions – a promising approach to a bioregional classification of groundwater systems, 2012, Nature Scientific Reports, DOI: 10.1038/srep00673.

Un articulo divulgativo de la Doctora Sanda Lepure, investigadora de IMDEA Agua, publicada en la web de Madri+d dentro de la sección «Análisis».