Qué es la porosidad del suelo y de qué depende
Cuando el agua de lluvia se infiltra, no llega a ninguna cavidad subterránea. Se reparte por los espacios que quedan entre los granos minerales del suelo, que nunca encajan por completo por mucho que se compacten. Esos espacios son los poros, y la porosidad es la fracción del volumen total de un material que ocupan.
n = Vporos / Vtotal
En una arena, la porosidad ronda el 33 %, de modo que uno de cada tres metros cúbicos es espacio vacío. Cerca de la superficie, esos poros contienen a la vez agua y aire. A cierta profundidad, todos quedan llenos de agua y el terreno está saturado. El límite superior de esa zona saturada es el nivel freático, y el agua que hay por debajo es el agua subterránea propiamente dicha.
En los sedimentos sueltos, la porosidad depende sobre todo de dos factores. El primero es la colocación de los granos. En un modelo teórico de esferas idénticas, una disposición cúbica deja un 47,6 % de huecos, mientras que la disposición romboédrica, la más compacta posible, los reduce al 26 %. En la naturaleza, los granos se depositan de forma irregular y la porosidad real queda entre ambos valores.
Un resultado poco intuitivo de este modelo es que el tamaño de los granos no influye. Con granos grandes los huecos son grandes pero escasos; con granos pequeños, son pequeños pero mucho más numerosos. La proporción de vacío es la misma.
El segundo factor es la selección, es decir, la uniformidad de tamaños. Un sedimento bien seleccionado mantiene sus huecos libres, mientras que en uno mal seleccionado los granos finos ocupan los espacios entre los gruesos. Por eso una arena de playa, homogénea por el lavado del oleaje, almacena proporcionalmente más agua que un depósito de ladera donde se mezclan bloques, gravas, arenas y limos.
Porosidad eficaz y permeabilidad: arena frente a arcilla
La porosidad indica cuánta agua cabe en un material, pero en hidrogeología importa sobre todo cuánta puede extraerse. La arcilla es el mejor ejemplo de esta diferencia. Su porosidad, del 40 al 70 %, supera a la de la mayoría de las arenas, y aun así nadie perfora un pozo de abastecimiento en ella.
La explicación está en sus partículas, de menos de dos micras y con forma laminar. Entre ellas los poros son extremadamente estrechos y casi toda el agua está en contacto con una superficie mineral. La adhesión y la tensión superficial la retienen con más fuerza que la gravedad.
De ahí la distinción entre porosidad total, todo el espacio vacío, y porosidad eficaz, la parte de ese espacio por la que el agua puede circular. En la práctica se mide con el rendimiento específico, el volumen de agua que un material saturado libera por gravedad en relación con su volumen total. En una arena es del 20 al 30 %, de 200 a 300 litros por metro cúbico. En una arcilla puede no llegar al 3 %.
La segunda propiedad clave es la permeabilidad, que se cuantifica con la conductividad hidráulica (K) y relaciona el caudal que atraviesa un material con el gradiente que lo impulsa, según la ley de Darcy.
Q = −K · A · (dh / dl)
Entre una grava y una arcilla compacta, K puede variar en ocho a diez órdenes de magnitud. El agua recorre un metro de grava en minutos u horas y puede tardar siglos en atravesar la misma distancia de arcilla.
Con estos conceptos se define un acuífero, una formación capaz de almacenar agua y transmitirla en cantidad suficiente para extraerla mediante pozos o manantiales. Una capa que almacena agua pero la transmite muy lentamente, como la arcilla, es un acuitardo.
Valores orientativos por tipo de material
| Material | Porosidad total | Rendimiento específico | Conductividad hidráulica (m/s) |
|---|---|---|---|
| Grava | 25–40 % | 15–30 % | 10−3 – 1 |
| Arena | 25–50 % | 20–30 % | 10−6 – 10−2 |
| Limo | 35–50 % | 5–15 % | 10−9 – 10−5 |
| Arcilla | 40–70 % | < 3 % | 10−12 – 10−9 |
| Arenisca | 5–30 % | 5–25 % | 10−10 – 10−6 |
| Granito fracturado | 0–10 % | 0–5 % | 10−8 – 10−4 |
| Caliza kárstica | 5–50 % | variable | 10−6 – 10−2 |
Rangos habituales en los manuales de hidrogeología; los valores reales dependen de cada formación.
Porosidad de las rocas: areniscas, granito y karst
En las rocas, los poros pueden tener dos orígenes. La porosidad primaria es la que la roca tiene desde su formación. Una arenisca es arena enterrada durante millones de años, compactada por el peso de los sedimentos superiores y cementada por minerales como la calcita o el cuarzo que precipitan en los huecos. Ese cemento convierte la arena en roca y, al mismo tiempo, reduce su porosidad, que puede ir del 30 % en una arenisca poco cementada al 5 % en una muy cementada.
La porosidad secundaria aparece después. El granito, formado por cristales que crecen encajados al enfriarse el magma, sería casi impermeable si no fuera por las fracturas que le provocan los esfuerzos tectónicos y la descompresión al erosionarse las rocas que tenía encima. En un granito fracturado el agua se concentra en las grietas, de modo que dos pozos a pocos metros pueden tener rendimientos muy distintos.
El caso más llamativo es el de las calizas. El agua de lluvia se vuelve ligeramente ácida al absorber dióxido de carbono en el suelo y disuelve poco a poco el carbonato de calcio. Con los milenios, una fisura se ensancha hasta convertirse en conducto, galería o cueva, y así se forma un acuífero kárstico, muy frecuente en el Mediterráneo. En ellos el agua circula a velocidades de metros o kilómetros por día. Son muy productivos y, por la misma razón, muy vulnerables, porque un contaminante puede recorrer grandes distancias sin apenas filtrarse.
Gestión sostenible de los acuíferos
La porosidad no se ve, pero determina cuánta agua almacena un territorio, cuánta puede extraerse y cuáles son los límites de esa extracción. Cuando se superan en formaciones con arcillas, la pérdida de presión del agua en los poros compacta el terreno, que se hunde de forma irreversible. Gestionar bien el agua subterránea significa preservar el recurso y también la estructura geológica que lo contiene.