Aguas cársicas

El carso debe su nombre a las primeras investigaciones hidrogeológicas ejecutas en rocas cársticas en Karst, lugar ubicado al norte del Adriático en la Península de Istria, en los Alpes de la antigua Yugoslavia. El significado de karst en yugoslavo es: campo de piedras calizas, al igual que carso en italiano o causse en francés.

Las aguas cársicas son las aguas subterráneas que yacen y circulan por grietas, cavidades, canales y cavernas que se forman como resultado de la lixiviación de las rocas, principalmente de rocas carbonatadas. En estas rocas el movimiento de las aguas y sus propiedades de disolución pueden provocar la formación de canales y cavernas de grandes dimensiones. En estas condiciones, el régimen predominante del movimiento de las aguas subterráneas en la zona de saturación total es laminar, aunque a menudo en zonas de gran desarrollo del carso, sobre todo en calizas del Mioceno y Cuaternario, en la zona no saturada y próximo a los límites superiores de la zona de saturación donde el agua circula por cavidades no saturadas en su totalidad, puede originarse un régimen de circulación turbulento de las aguas subterráneas, aunque este régimen generalmente se desarrolla en un espesor acuífero insignificante, en relación con la potencia total y área de extensión del estrato acuífero.

Solo en puntos aislados o zonas de canales dirigidos hacia zonas de drenajes próximos, en condiciones muy específicas, el régimen de circulación turbulento de las aguas subterráneas puede alcanzar magnitudes considerables en relación con la potencia total del acuífero. En los territorios cársicos podemos considerar las siguientes unidades hidrogeológicas:

1- Regiones cársicas: equivalente hidrológicamente a las regiones con clima común, existencia de megaestructuras, y un balance hídrico estable.

2- Sistemas cársticos: conjunto de aguas cársicas dependientes de una macroestructura común.

3- Aparatos o elementos cársicos: conjuntos de aguas cársticas con una zona de absorción y urgencias comunes. Son las unidades que dan origen a los sistemas y regiones cársticas.

En el conjunto del medio de rocas solubles (calizas, dolomitas, etc.), el fisuramiento, el agua circulante y el proceso de disolución y erosión inherentes a la circulación cársica, constituyen lo que podemos denominar un elemento cársico. Cuando en el elemento cársico ocurren los fenómenos mencionados el mismo, será activo; cuando falte la circulación del agua, será pasivo. En un elemento cársico se consideran tres zonas, atendiendo a la circulación del agua y su relación con el relieve:

1- Zona superior superficial: zona de absorción

2- Zona intermedia de circulación libre o libre y con presión 3- Zona inferior de circulación permanente bajo presión

Entre las zonas 2 y 3 puede existir una zona intermedia de afloramiento del agua. Zona de absorción: posee formas muy características denominadas de absorción o exocarso. Estas formas pueden ser cerradas, en las que la absorción se realiza lentamente y abiertas, en las que el agua penetra libremente de forma masiva y las denominadas alóctonas, que pueden estar formadas por las dos primeras.

Formas de la zona de absorción (o infiltración):

Cerradas: dolinas, uvalas, poljes, valles ciegos, valles muertos Abiertas: simas, sumideros, cavernas

Alóctonas: cañones

Dolinas: se originan en puntos de intersección de dos diaclasas (fallas), donde por la infiltración se produce el desprendimiento o sifonamiento de partículas de las rocas solubles que emigran desde este punto, produciéndose la descalcificación y

consiguiente pérdida de volumen de rocas, lo que proporciona un lento hundimiento de toda la zona afectada a partir del centro, originándose entonces, una depresión circular, al principio embudiforme, que con su desarrollo provoca la formación de otros elementos.

Uvalas: formadas por dolinas que han evolucionado más rápidamente en superficie que en profundidad, originando una depresión más amplia.

Poljes: constituyen las formas de absorción del carso de mayor extensión superficial. Polje en yugoslavo significa llanura o campo, estas, morfológicamente no difieren mucho de las fosas tectónicas o graben. Generalmente, el fondo de los poljes es plano, cubierto de sedimentos, de entre los cuales emergen islotes rocosos, fuertemente carsificados y atravesados por cavernas.

Los poljes presentan génesis diversas: Por progresivas conjugaciones de dolinas y uvalas. Por desarrollo de uvalas sobre fallas. Por carsificación de una zona tectónica que es la que mayores magnitudes alcanza.

Valles muertos y valles ciegos: Son valles espígeos (subterráneos) que han dejado de funcionar a consecuencia de la carsificación en las zonas de sus cabeceras; estos valles se encuentran presentes en territorios donde existieron glaciales.

Los valles ciegos son estructuras desarrolladas sobre conjuntos de diaclasas o fallas que presentan formas alargadas en dirección del accidente que las ha originado, estos valles pueden estar surcados por arroyos epigeos, cuya hidrografía ha sido desorganizada por el carso. Si sobre uno de estos valles comienza a producirse una absorción (infiltración) cárstica, la circulación subterránea se desorganiza y se producen divisorias de las aguas subterráneas y superficiales a lo largo del valle, originándose así los valles ciegos.

Simas: surge como resultado de la evolución de la dolina por el arrastre de los sedimentos que cubren la dolina, hacia el interior del elemento cárstico, formándose una forma de absorción abierta.

En el desarrollo de una sima se originan las siguientes fases:

1- Fase premonitoria: ensanchamiento de la intersección de las diaclasas madres 2- Fase juvenil: generación de una dolina de fondo plano

3- Fase de madurez: relleno diverso, intensa descalcificación en profundidad

4- Fase de senilidad: multiplicación de los embudos y hundimiento total del interior de la dolina

5- Surgimiento de la sima propiamente

Sumideros: Se originan cuando en la fase de formación de las simas, al aparecer dolinas “satélites”, la absorción es masiva, dando origen a los sumideros.

Los sumideros pueden ser permanentes, alimentados por arroyos o ríos. Accidentales, que actúan solamente durante las crecidas de los ríos o en períodos de fuertes lluvias. Periódicos, que tienen un régimen estacional durante los períodos lluviosos.

Cavernas: Se originan por el desarrollo interno de las anteriores formas, formando infinidad de formas cársticas. Las mismas pueden presentarse de forma aislada o interconectadas entre sí por los denominados canales cársticos, grietas, etc. Las cavernas pueden alcanzar grandes magnitudes, incluso hasta miles de metros de longitud, con desarrollo tanto en horizontal como en vertical. Las mayores cavernas se desarrollan generalmente sobre el nivel de las aguas subterráneas en zonas altas y montañosas.

Cañones: Se originan por la combinación de flujos de aguas superficiales y subterráneas.

Con la combinación de todas o algunas de las formas de absorción cársicas descritas pueden formarse los paisajes cársicos, sobre todo cuando ello ocurre sobre rocas calizas. El paisaje cársico definido por Martonne se describe como: un relieve original, en el que parece faltar las leyes ordinarias del modelado de erosión.

Las características del paisaje cárstico son:

1- Ausencia de circulación hídrica superficial en las zonas altas. A veces el territorio está cruzado por profundas gargantas, cárcavas y cañones, procedentes de la erosión de ríos nacidos en zonas extracarsicas (fuera de los límites del carso y dentro del propio carso).

2- Presencia de cumbres y vertientes cubiertas de hendiduras, grietas, etc. en profundidad muy variable, llamadas lapiaz.

3- Presencia de abundantes formas ciegas: valles ciegos y además dolinas, uvalas y poljes.

4- Presencia de numerosas simas y cavernas en las vertientes.

5- Cubierta vegetal ausente o escasa representada por una flora característica. Las rocas carecen generalmente de otra cubierta.

Zona de circulación: Es la zona hidrogeológicamente más importante, ya que por ella circula el agua en su recorrido desde la zona de absorción (infiltración) hasta la surgencia. Las formas aquí presentes son estructurales, puesto que están relacionadas totalmente con la tectónica del territorio y se desarrollan a lo largo de los elementos tectónicos de las rocas carbonatadas (diaclasas, fallas, pliegues, planos de estratificación y sistemas de grietas).

La relación entre la estructura y las zonas de circulación es tan estrecha que las zonas de circulación más desarrolladas, como las grandes cavernas o galerías colectotas de los denominados ríos subterráneos, están también formadas en estructuras importantes como ejes de pliegues o fallas.

Los denominados “sistemas circulatorios localizados”, es decir, los conductos con más de un metro de diámetro (o altura) representan las genuinas formas de conducción del carso. Los sistemas circulatorios localizados pueden tener dos orígenes distintos:

1- Por hundimiento de dolinas

2- Por ensanchamiento y excavación de conductos embrionarios aislados o de redes de hendiduras o grietas. Los mismos se subordinan siempre a dos formas de absorción: las simas y las cavernas.

En perfil, la parte de las rocas donde se desarrollan las formas cársicas, forman las capas o estratos cársicos, los que almacenan grandes recursos de aguas subterráneas, con características similares y formando parte de las aguas freáticas. Los estratos o capas cársicas deben su desarrollo a la evolución de conductos aislados que en el proceso de sus fases evolutivas forman una red.

En las regiones cársicas donde están desarrollados los estratos o capas cársicas, existen cuatro zonas hidrodinámicas verticales, que se diferencian entre sí por las condiciones de movimiento y régimen de las aguas cársticas:

• Zona de aireación (no saturada), en la que ocurre principalmente un movimiento descendente de las aguas de infiltración; en muchas regiones en esta zona se forman aguas colgantes.

• Zona de oscilación temporal del nivel de las aguas cársicas, ocupa una posición intermedia entre la zona no saturada y la zona de saturación total.

• Zona de saturación total, ubicada en la esfera de influencia del drenaje de la red hidrográfica local que atraviesa el macizo de rocas cársticas.

• Zona de circulación profunda, se encuentra fuera de la influencia de la red hidrográfica local; las aguas subterráneas en esta zona se dirigen fuera de los límites de las mismas en dirección al territorio de drenaje de las aguas cársticas.

Formas de emisión: Las principales formas de emisión o surgencias de las aguas cársticas las representan los manantiales. La mayor parte de los manantiales cársicos se caracterizan por tener grandes caudales y fuertes variaciones estacionales. De tal forma, existe dentro de las aguas freáticas las bases para diferenciar dentro de las mismas a las aguas cársicas, por su dinámica y considerando que esta aguas se desarrollan en zonas locales de mayor o menor dimensión, con características específicas de la estructura interna de los horizontes o estratos acuíferos muy heterogénea, tanto en planta como en perfil, la surgencia o drenaje ocurre diferente a las aguas freáticas, ya que la misma se desarrolla de forma puntual, local y en excepciones, regional. Otra característica que diferencia a las aguas cársticas de las tradicionales aguas freáticas es que la roca acuífera en las aguas cársticas no presenta una estabilidad en su matriz, es decir, generalmente varía en tiempo y espacio, debido a los procesos de lixiviación y sedimentación que en ellas se desarrollan de génesis química, por lo que la permeabilidad de estas rocas es muy variable en tiempo y espacio.

Procesos de disolución de las rocas cársticas (carbonatadas)

En las rocas carbonatadas, la formación del carso no solo se debe a procesos mecánicos originados por la circulación del agua a través de los primeros conductos, sino que también se desarrollan procesos químicos motivados por determinados elementos presentes en las rocas y en las aguas que se infiltran, equilibrio de esos elementos, propiedades de disociación y asociación de los mismos, temperatura, etc. Debido a lo antes expuesto, como toda reacción química, en las rocas carbonatadas y sobre todo en las calizas, las reacciones químicas y demás procesos de disolución, provocan la formación de nuevos elementos, los procesos que se originan, no solo provocan las lixiviación de las rocas, dando origen al carso, sino que también se desarrollan procesos que conllevan al restablecimiento de las rocas lixiviadas.

El carso se forma principalmente por la disolución del carbonato de calcio (CO3Ca)-

calcita, y el restablecimiento se origina dentro del mismo proceso, al formarse nuevamente este elemento. Ya en 1932, Marte denominó este fenómeno como “formas de reconstrucción”.

Analizando el caso de disolución de la calcita, tenemos que este proceso se desarrolla en cuatro estadíos de la forma siguiente:

1- Disociación de la calcita en la superficie de contacto entre la fase sólida y líquida:

CaCO3 ↔ Ca2++ CO32-

2- Dilución en el agua del CO2 gaseoso

CO2+ H2O ↔CO2 (líquido)

3- Formación y disociación del CO2

H2CO3 ↔ H+ + HCO3

En acción del H2CO3 con la calcita CaCO3 se obtiene la formación de bicarbonato de

calcio soluble en agua:

H2CO3 + CaCO3 ↔(HCO3)2Ca

4- Traslado de los iones de la dilución en dirección a la compensación de los gradientes de concentración.

La reconstrucción o restablecimiento de la roca en las cavidades cársticas se debe a la deposición o precipitación del CO3Ca desde el agua, este fenómeno se origina cuando

el agua sobresaturada de CO3Ca en su circulación se encuentra con alguna cavidad en

la cual existe en el aire cantidades de CO2 superior a la necesaria para su equilibrio,

por lo que se produce la precipitación del CO3Ca.

Al precipitarse el CO3Ca, lo hace según las leyes de la cristalización. De este modo, se

forman asociaciones macroscópicas de cristales que en su conjunto crean las formas que corrientemente se encuentran en las cavernas y otras formas de cavidades cársicas, como las estalactitas (asociaciones colgantes) y las estalagmitas (formaciones pavimentarias). La deposición del CO3Ca, en muchas ocasiones en forma

de cristales limpios de calcita, como regla tiene lugar en las aguas sobresaturadas de CO3Ca, con presencia de CO2 y bajo cambios muy pequeños de temperatura.

Paralelo a los procesos analizados, en el desarrollo del carso pueden influir otros factores como los ácidos húmicos, procedentes de la desintegración bacteriana de la materia orgánica y otros como ácidos minerales, ejemplo NO3H (ácido nítrico), los

cuales pueden incorporarse fácilmente al agua subterránea aumentando su poder disolvente sobre el carbonato de calcio de las calizas y otras rocas carbonatadas. Acción similar producen muchas sustancias provenientes de residuales industriales, etc.

Como ya se mencionó las propiedades de disolución de las rocas carbonatadas depende de la composición química del agua, presión, temperatura y sobre todo de la presencia del bióxido de carbono agresivo (CO2).

La influencia de la temperatura en la solubilidad de la calcita (CaCO3) aumenta con su

ascenso entre 0 a 100 0_{C, a mayores temperaturas la solubilidad disminuye. La}

presión atmosférica influye poco, independientemente de sus variaciones.

La presencia de CO2 agresivo provoca un ascenso progresivo en la solubilidad de la

calcita. La relación de la propiedad de dilución del agua que contienen CO2 agresivo

con la velocidad del proceso de dilución de la calcita se refleja en la fórmula de Laptiev, donde: I =

.

0,36

.)

(

2 3 2 2

CO agres

HCO

CO agres

+

(4.5) Donde:

I; coeficiente que representa la intensidad o velocidad del proceso de dilución. Co2agres.; HCO3; Contenidos en el agua, mg/l.

Con: I

〈

1, las aguas no son agresivas

Con: I

〉

1, las aguas son agresivas y mientras mayor sea el valor mayor será la agresividad de las mismas.

De la expresión 4.5 se desprende que distintos tipos de aguas con el mismo contenido de CO2 agresivo, pero con distintos contenidos de HCO3, tendrán distintas propiedades

FIGURA 4.7. Esquema de zonalidad de las aguas cársicas, según Sokolóv.

I- Zona no saturada; II- Zona de oscilación temporal del nivel de las aguas cársicas; III-Zona de saturación total; IV- Zona de circulación profunda; 1- Nivel superior de las aguas cársicas; 2- Nivel inferior de las aguas cársicas (límite superior de la zona de saturación total); 3- Dirección del movimiento de las aguas cársicas.

In document Hidrogeología aplicada con aspectos ambientales. (página 114-120)