El patrón de distribución del sistema de flujo de agua kárstica controlado por fallas en la cuenca de la Fuente Baotu, Shandong, China

Por qué importan los manantiales de una ciudad

En el corazón de Jinan, una ciudad del norte de China famosa por sus manantiales claros y burbujeantes, el verdadero drama ocurre bajo tierra. Esos manantiales icónicos dependen de ríos ocultos de agua subterránea que recorren rocas fracturadas y disueltas. Este estudio explora cómo las principales fracturas de la corteza terrestre, llamadas fallas, y los conductos disueltos en la caliza, denominados karst, trabajan juntos para guiar el agua subterránea hacia el grupo de manantiales de Baotu, y cómo esas mismas vías podrían transportar contaminación hacia la ciudad. Al descifrar este sistema de canalización invisible, los investigadores aportan pistas para mantener el flujo de los manantiales de Jinan y la seguridad de su agua potable.

El paisaje oculto bajo la ciudad

Bajo la cuenca de la Fuente Baotu se encuentra un espeso paquete de roca madre de caliza y dolomía, antiguas, que han sido lentamente disueltas por agua de lluvia ligeramente ácida durante millones de años. Este proceso ha esculpido una red compleja de poros, fracturas y canales subterráneos. Grandes fallas atraviesan estas rocas, actuando ora como barreras estrechas, ora como conductos abiertos. En conjunto crean un patrón tripartito: la lluvia y la nieve se infiltran en el terreno en las montañas del sur más elevadas, el agua se desplaza subterráneamente por una zona central donde fallas y rasgos kársticos guían el flujo, y finalmente el agua subterránea asciende y emerge como manantiales en la llanura baja del norte. El estudio muestra que este patrón general —recarga en el sur, escorrentía central, descarga en el norte— forma la columna vertebral del sistema de abastecimiento local.

La química que cuenta una historia

Para entender cómo se mueve el agua a través de esta red oculta, el equipo recolectó más de 200 muestras de agua de manantiales, pozos y cursos superficiales entre 2014 y 2021. Midieron iones disueltos como calcio, magnesio, bicarbonato y sulfato. En el agua kárstica, en el agua de poros de sedimentos sueltos y en el agua superficial, el calcio fue el ion cargado positivamente dominante, mientras que el bicarbonato y el sulfato fueron los principales iones cargados negativamente. Los sólidos disueltos totales fueron moderados y bastante estables, con solo pequeñas fluctuaciones año tras año. Estas firmas señalan un proceso simple pero potente: el agua recoge minerales a medida que meteorizan y disuelven la roca circundante. Los minerales carbonatados como la calcita y la dolomita están mayormente saturados —es decir, cerca de su límite de disolución— mientras que las sales como el yeso y la halita tienden a seguir disolviéndose, alimentando lentamente sulfato y otros iones en el agua.

Cómo las fallas reconfiguran el flujo subterráneo

La química por sí sola no puede mostrar por dónde viaja el agua, por lo que los investigadores construyeron un modelo computacional tridimensional detallado de la cuenca usando registros de sondeos, mapas y datos de elevación. Emplearon software especializado de aguas subterráneas para simular cómo se mueve el agua a través de 13 capas de roca hasta 600 metros de profundidad. Tras afinar cuidadosamente el modelo para que coincidiera con los niveles de agua medidos, hallaron que el flujo subterráneo generalmente va desde el sureste más alto hacia el noroeste más bajo. Pero las fallas hacen que ese recorrido sea todo menos simple. La falla Qianfoshan bloquea el flujo en su tramo sur pero permite el paso en el norte, doblando y desviando las líneas de corriente subterráneas. La falla Chaomidian, en contraste, es altamente permeable a lo largo de su longitud, atrayendo agua desde ambos lados como un desagüe y formando un corredor de flujo concentrado. Estas estructuras convierten la cuenca en una serie de zonas conectadas pero distintas, con diferentes velocidades y rutas de movimiento del agua subterránea.

Rastreando un contaminante invisible

Para explorar cómo podría propagarse la contaminación a través de este sistema, el equipo usó el nitrato —común en fertilizantes y aguas residuales— como contaminante representativo en su modelo. Introdujeron fuentes continuas de nitrato cerca de las fallas principales y observaron cómo evolucionaban las plumas de contaminación simuladas durante 20 años bajo distintas permeabilidades de las fallas. Cuando la falla Chaomidian era muy conductiva, la pluma se expandió rápida y ampliamente a lo largo de los canales asociados a la falla. A lo largo de la falla Qianfoshan, el tramo permeable del norte permitió que la pluma avanzara, mientras que el tramo sur más compacto actuó como barrera, impidiendo el cruce. En todos los escenarios, mientras existiera una diferencia de presión hidráulica que impulsara el flujo, las plumas continuaron creciendo con el tiempo, incluso cuando la permeabilidad general era moderada. Esto pone de relieve cómo las fallas pueden tanto enfocar como confinar la contaminación, creando zonas de riesgo estrechas pero de gran alcance.

Qué significa esto para los manantiales y la gente

Tomados en conjunto, los resultados químicos y de modelado dibujan una imagen clara para el público general: los famosos manantiales de Jinan se alimentan de un sistema de aguas subterráneas robusto y guiado por fallas, cuyas direcciones principales de flujo son estables en el tiempo, pero cuyos caminos detallados son muy sensibles a la estructura y permeabilidad de las fallas y los conductos kársticos. Las mismas características que entregan agua limpia de montaña a los manantiales también pueden acelerar el traslado de contaminantes si estos entran en el sistema. Al identificar dónde se sitúan las zonas clave de recarga, cómo las fallas principales dirigen el agua y dónde es más probable que se expandan las plumas de contaminación, este estudio ofrece una hoja de ruta científica para proteger los caudales de los manantiales, establecer prácticas de uso del suelo más seguras y planificar la gestión a largo plazo de las aguas subterráneas en Jinan y en regiones kársticas similares en todo el mundo.

Cita: Gang, S., Jia, T., Deng, Y. et al. The distribution pattern of the fault karst water flow system in the Baotu spring Basin, Shandong, China. Sci Rep 16, 9857 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39308-7

Palabras clave: acuífero kárstico, flujo controlado por fallas, Fuente Baotu, contaminación por nitratos, modelado numérico