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Matemáticas para aplacar la preocupante contaminación de nuestros ríos

Los ríos españoles están demasiado contaminados. Un modelo matemático consigue combinar los efectos del agua sobre los contaminantes y los organismos para estudiar los efectos de la contaminación en los organismos que allí habitan. Se espera que los resultados ayuden a diseñar políticas eficaces contra la contaminación.

Un río muy contaminado
Un río muy contaminadoDominio público
Patricia Contreras
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Hace solo cinco meses, en agosto de 2021, aparecieron toneladas de peces y moluscos muertos a orillas del Mar Menor, a causa de la contaminación. Decenas de municipios españoles no tienen agua potable, y España paga multa tras multa millonaria a la Unión Europea por la falta de depuración de aguas residuales. El reciente informe de esta institución expone que el 36% de los ríos europeos están más contaminados de lo que deberían, y señala a España como uno de los países con peor calidad del agua.

Los datos no dejan lugar a dudas: urge actuar. La contaminación de nuestros ríos favorece la sedimentación, degrada la calidad del agua para usos recreativos, merma la salud de los ecosistemas acuáticos y se extiende hacia los lagos y los mares.

Para atajarla, existen políticas que prohíben verter determinados productos químicos a los ríos. Pero la directiva europea que exige que todas las aguas superficiales europeas alcancen un “buen estado” antes de 2027 se antoja difícil de cumplir.

Evaluar el impacto

Aparte de vigilar que estas políticas se cumplan, es clave diseñarlas de manera acertada para limitar los daños causados por la contaminación en los ríos. Pero no siempre es fácil dar con políticas eficaces. El primer paso es conocer los riesgos reales que cada sustancia tóxica ejerce sobre las especies que viven en los ríos. Sin embargo, averiguarlo de manera experimental es sencillamente imposible. Analizar el efecto de cada insecticida, residuo de plástico, patógeno o producto químico en un grupo de organismos dañaría el ecosistema completo.

Por eso, hasta ahora la experimentación se limita a estudiar organismos individuales en el laboratorio y a corto plazo. Aunque los resultados de este tipo de análisis permiten avanzar en el conocimiento sobre los efectos de la contaminación, distan mucho de ser suficientes para diseñar políticas que los prevengan. Se necesita una visión de conjunto a largo plazo que estos experimentos no permiten obtener.

Por suerte, hay una vía alternativa: los modelos matemáticos. Estos permiten trasladar lo aprendido en el laboratorio a poblaciones enteras sin necesidad de intervenir en el ecosistema. Un estudio publicado ayer desarrolla un modelo que describe cómo interactúa una sustancia tóxica con una población en un río o, más generalmente, en un entorno donde un fluido transporta los materiales que encuentra en una dirección determinada. El modelo pretende servir de apoyo para estudiar cómo afecta el movimiento de un agente contaminante a lo largo de un río al bienestar y la distribución de sus habitantes.

Dos modelos en uno

Ya hay modelos matemáticos que persiguen el mismo objetivo. Pero, según defienden los investigadores (de las Universidades Normal de Shanghai y del Suroeste, en Chongqing, ambas en China), los modelos anteriores que estudian el efecto de las sustancias tóxicas en las dinámicas de poblaciones no tienen en cuenta muchas de las propiedades de las masas de agua. Por eso, sostienen, se pierden información clave.

Las características hidrológicas y físicas de las masas de agua influyen de manera decisiva en la concentración y la distribución de las sustancias tóxicas. Los mecanismos de dispersión que experimentan, como la difusión y el transporte, pueden ayudar a que estas sustancias se distribuyan a lo largo del río y afecten a las poblaciones de organismos.

Por el contrario, los modelos que se centran en describir el transporte de los agentes contaminantes a lo largo de un río no consideran la influencia de estos en la dinámica de las poblaciones afectadas. Por eso, también ignoran parte de la información.

El nuevo estudio une ambos tipos de modelo. Los investigadores parten de un modelo que estudia el transporte de los agentes contaminantes y añaden ingredientes que describen la interacción entre una sustancia tóxica y una población en un río contaminado. La primera ecuación del nuevo modelo describe el transporte de los productos contaminantes, mientras que la segunda, del mismo tipo, capta la dispersión y crecimiento de la población bajo la influencia de estos productos.

Los investigadores defienden que este es el primer modelo que usa el mismo tipo de ecuaciones para el transporte de los agentes contaminantes y para las interacciones entre estos y las poblaciones. Por eso esperan que su estudio abra nuevas líneas de investigación.

Criterios de calidad

Este modelo, además, permite alterar ciertos factores y observar los cambios que ocasionan en el ecosistema. Por ejemplo, los investigadores estudiaron una sustancia tóxica que se transportaba por el río a una velocidad mucho más lenta que la población, de modo que persistía en el agua. El modelo muestra que, cuanto mayor sea la corriente, menor es la densidad de población. Aunque la corriente empuja a la población río abajo, también contribuye a transportar la sustancia tóxica y dispersarla por el río.

Si, por el contrario, la sustancia tóxica viaja a mayor velocidad que la población, un aumento en la corriente ayuda a reducir la concentración de productos tóxicos. Por eso, el modelo muestra que, cuanto mayor sea la sensibilidad del agente contaminante al flujo del agua, mayor ventaja supone para la población. Además, aunque normalmente las corrientes fuertes se llevan a algunos individuos fuera del río y reducen la densidad de población, si hay sustancias tóxicas, las corrientes son beneficiosas.

La esperanza es que el modelo contribuya a establecer criterios en la calidad del agua que la permitan alojar vida. Conociéndolos, se podrán diseñar políticas a medida de las especies que habiten un determinado río y los agentes contaminantes que estén presentes. Por supuesto, el modelo no actuaría solo, sino que sus resultados se deberán agregar a otros factores, como la evolución de las sustancias tóxicas conforme avanzan río abajo.

Estos factores añadidos se podrían incorporar a un futuro modelo que expanda el actual. Además, para que el modelo sea más realista, se podrían considerar una corriente de velocidad variable, un flujo cambiante de sustancias tóxicas al río o tener en cuenta las diferencias entre cómo reaccionan unas especies u otras al mismo agente contaminante. El objetivo está claro: utilizar las matemáticas para mantener limpios nuestros ríos.

QUE NO TE LA CUELEN:

  • El nuevo modelo matemático tiene en cuenta más factores que los modelos anteriores, y los investigadores apuntan que futuros modelos podrían incorporar aún más. Pero no se trata de seguir añadiendo variables sin parar. Un buen modelo matemático no es el que más factores incorpora, sino el que hace las predicciones más fiables. Si se tienen en cuenta demasiadas variables, las predicciones podrían valer solo para un río particular en unas circunstancias concretas. Este fenómeno se conoce como sobreajuste, o overfitting. El mejor modelo deberá evitarlo, y tendrá que seleccionar solo los factores más relevantes para hacer que las predicciones sean generalizables a la mayoría de los ríos.

REFERENCIAS (MLA):

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