Caracterización de las condiciones microclimáticas.

A continuación, se describe el comportamiento de las principales variables climáticas de la atmósfera exterior (precipitaciones, humedad relativa, temperatura, presión y viento), del suelo externo (perfil de temperaturas y contenido volumétrico de agua a 5, 30 y 50 cm de profundidad) y de la cavidad (temperatura, humedad relativa y presión). Además, se incluye la evolución de la concentración de gas radón en dos puntos diferentes de la cavidad y se relaciona con las variaciones de los parámetros climáticos externos.

Atmósfera Exterior.

En este apartado se presentan los resultados de las mediciones climáticas realizadas con la estación meteorológica exterior a lo largo de tres ciclos anuales (2011-2013) durante los cuales, se obtuvo un registro completo de datos de temperatura, humedad relativa del aire y precipitaciones (Figura 1). Los valores medios y los rangos de variación de dichos parámetros se muestran en las Tablas 1 a 4.

Figura 1. Serie temporal de la temperatura exterior, la humedad relativa exterior y las precipitaciones en Castañar de Ibor durante el periodo comprendido entre 2011 - 2013.

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La zona de Castañar de Ibor presenta un clima templado con una temperatura media anual de 15,88°C obtenido durante el período de registro y con un rango de oscilación térmica medio de 23,51°C, registrándose los valores mínimos mensuales durante los meses de diciembre a marzo y los máximos de junio a agosto. El valor mínimo fue de -2,23°C en febrero, mientras que el valor máximo fue 40,83°C en agosto. La mayor variabilidad térmica se ha observado en junio con un rango de 30,16°C. La temperatura media mínima se registró en enero la cual corresponde con el valor máximo de humedad relativa (Tabla 1).

La pauta de evolución de los valores de la temperatura exterior controla y determina las pautas de variación térmica de la roca encajante de la cavidad, así como los fenómenos de intercambios de gases entre la cavidad y la atmósfera. Desde el punto de vista térmico se reconocen dos períodos bien diferenciados (Figura 1): uno frío de noviembre a abril y otro cálido que abarca desde junio a septiembre, en el que la oscilación térmica es mayor que en la época invernal. Ambos quedarían separados por dos períodos templados de transición, los meses de mayo y octubre.

Temperatura Exterior (°C)

2011-2013 Media Mínima Máxima Rango

Enero 7,15 -1,57 18,46 20,04 Febrero 7,55 -2,23 20,73 22,96 Marzo 10,63 -0,14 22,94 23,08 Abril 13,70 3,80 27,33 23,53 Mayo 17,97 6,27 33,17 26,90 Junio 23,54 10,18 40,34 30,16 Julio 26,64 15,18 38,01 22,83 Agosto 27,61 16,08 40,83 24,75 Septiembre 21,32 11,72 35,00 23,28 Octubre 16,79 4,73 31,02 26,29 Noviembre 10,45 0,83 20,93 20,10 Diciembre 7,22 -0,72 17,42 18,14 Media Total 15,88 -5,35 28,85 23,51

Tabla 1. Valores mensuales medios, mínimos, máximos y rango de variación de la temperatura de la atmósfera exterior de Castañar de Ibor.

En cuanto a las precipitaciones, Castañar de Ibor corresponde a una zona climática próxima a la semiaridez con valores que durante el período de registro no alcanzan los 400 L/m2 _{anuales (Tabla 2) e incluso están por debajo de las precipitaciones registradas} en los anteriores ciclos anuales (545,3 L/m2 _{en el año 2004, Fernández-Cortés et al.,} 2010b), concentrándose principalmente entre octubre y noviembre. La precipitaciones registradas durante el año hidrológico 2007-2008 indicaron también condiciones de semiaridez (480,3 L/m2_).

Durante los 3 ciclos anuales registrados (Tabla 2), otoño sería la estación más lluviosa aportando un total de 458,2 L/m2 _{en los que destaca noviembre con el mayor régimen de} precipitaciones. En primavera se registró una precipitación total de 372,8 L/m2_{, mientras}

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que en invierno sólo 122,2 L/m2_{. Finalmente, en verano sólo se registraron 24,2 L/m}2_, siendo julio el mes más seco (0 L/m2_).

Precipitaciones (L/m²) 2011-2013 2011 2012 2013 Enero - 5,0 63,0 Febrero - 0,0 4,0 Marzo 37,6 1,6 86,6 Abril 42,8 81,2 43,4 Mayo 36,0 24,2 19,4 Junio 7,0 2,0 2,0 Julio 0,0 0,0 0,0 Agosto 13,2 0,0 0,0 Septiembre 4,8 94,4 26,4 Octubre 10,6 46,6 93,0 Noviembre 90,8 91,2 0,4 Diciembre 17,8 32,4 0 Suma Anual 260,60 378,60 338,20

Tabla 2. Muestra los valores mensuales de precipitación durante el periodo 2011-2013 en Castañar de Ibor.

En la Figura 1, se destacan con franjas amarillas los periodos con lluvias más intensas en ella, se observa una mayor acumulación durante el otoño, seguido de primavera y en último lugar, las precipitaciones caídas en invierno. En verano, son prácticamente inexistentes. Durante el invierno del 2011-2012, se observó una disminución de las precipitaciones respecto al invierno del 2013, considerándose como un periodo de sequía invernal.

Figura 2. Correlación con datos medios mensuales entre la humedad relativa exterior y la temperatura exterior obteniendo un coeficiente de determinación del 78,2%. Se observan dos meses atípicos (marzo y febrero del 2012).

A lo largo de los periodos de lluvias, la humedad relativa llega a sus máximos valores excediendo del 90% (Tabla 3), sin embargo, la temperatura del aire es baja llegando incluso a valores bajo cero (Tabla 1). En verano, sucede lo contrario, la humedad relativa

y = -1,944x + 93,322 R² = 0,7819 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 Hu med a d r el a tiva ex ter io r (%) Temperatura Exterior (°C) DATOS MEDIOS MENSUALES 2011-2013 MAR-12 FEB-12

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del aire disminuye por debajo del 15% y las temperaturas son altas. Ambas variables, por tanto, se anticorrelacionan con un coeficiente de determinación del 78% (Figura 2). Por tanto, la temperatura y la humedad relativa de la atmósfera exterior, se encuentran directamente relacionadas por el régimen de precipitaciones determinando los periodos de estacionalidad anual. En el período estudiado se observó un período de dos meses termo-higrométricamente atípicos (Figura 2), febrero y marzo del 2012, al ser extremadamente secos. Esta anomalía tendrá consideraciones importantes en el comportamiento de los gases de la cavidad, como se mostrará más adelante.

Humedad Relativa Exterior (%)

2011-2013 Media Mínimo Máximo Rango

Enero 80,08 33,45 95,79 62,34 Febrero 67,09 30,92 94,21 63,30 Marzo 68,86 28,96 93,50 64,54 Abril 69,25 29,75 94,09 64,34 Mayo 62,36 24,14 92,87 68,73 Junio 46,18 15,68 87,10 71,42 Julio 37,42 15,95 72,02 56,07 Agosto 37,71 13,80 74,66 60,86 Septiembre 55,51 19,67 95,11 75,43 Octubre 66,29 27,00 94,80 67,80 Noviembre 78,04 39,90 94,85 54,95 Diciembre 80,62 35,74 95,78 60,04 Media Total 62,45 26,25 90,40 64,15

Tabla 3. Se muestran los valores medios, máximos, mínimos y el rango de variabilidad de la humedad relativa (%) en la atmósfera exterior de Castañar de Ibor.

La atmósfera exterior de la cavidad de Castañar de Ibor tiene una humedad relativa media de 62,45% relativamente alta teniendo en cuenta las bajas tasas de precipitaciones (Tabla 3). Esta alta tasa de humedad probablemente esté relacionada con su situación intramontañosa.

Presión(mbar)

2011-2013 Media Mínimo Máximo Rango

Enero 955,57 931,28 969,09 37,81 Febrero 954,29 936,62 965,81 29,19 Marzo 949,51 934,72 959,35 24,63 Abril 946,27 935,45 955,74 20,29 Mayo 950,14 936,39 957,66 21,28 Junio 950,85 942,72 956,54 13,83 Julio 949,84 943,32 957,60 14,27 Agosto 950,19 942,46 957,06 14,60 Septiembre 950,84 941,69 957,78 16,10 Octubre 951,09 936,08 959,28 23,20 Noviembre 951,12 936,89 961,11 24,22 Diciembre 958,89 947,28 968,29 21,01 Media Total 951,55 938,74 960,44 21,70

Tabla 4. Valores medios, mínimos, máximos y rango de la presión atmosférica de Castañar de Ibor.

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La humedad ambiental presenta un rango de variación interanual muy elevado y también fuertes variaciones de corto período (diarias y mensuales) que responden a las variaciones térmicas del exterior por su dependencia directa respecto a la temperatura. Las medias mensuales máximas se registran en invierno (enero-diciembre) con valores por encima del 80%. En enero se alcanzó el valor máximo, el cual ascendió hasta el 95,79% y en julio-agosto los valores medios mínimos se registraron por debajo del 40%. La mayor oscilación se observó en septiembre (75,43%).

Figura 3. Series temporales de la velocidad del viento (m/s), presión atmosférica (mbar) y precipitaciones (L/m2_{) de la atmósfera exterior de Castañar de Ibor.}

En la Tabla 4, se observa que la presión barométrica media durante los 3 años fue de 951,55 mbar. En enero se obtuvo la menor y la mayor presión media con 931,28 y 969,09 mbar respectivamente, implicando un rango máximo de 37,81 mbar. En la Figura 3 se muestran las bajadas de presión y el aumento de los vientos durante las épocas de lluvias, siendo oscilaciones propias de las borrascas. En los veranos, la presión atmosférica se mantiene más estable.

Perfil Edáfico.

El ambiente subterráneo y su atmósfera interior, quedan separados de la atmósfera exterior, por dos “membranas” o capas aislantes con características geoquímicas y geofísicas muy diferentes (Cuezva et al., 2011): el suelo en conexión directa con la atmósfera externa, y la roca, en contacto directo con el interior ya que actúa como encajante de la cavidad. El suelo constituye la zona más superficial de esa interfase y las variaciones en su temperatura y en el contenido de agua de su sistema poroso afectarán de forma directa al comportamiento de los gases de las cavidades subterráneas.

En las Tablas 5 y 6 se resumen los valores medios y los rangos de variación de la temperatura y humedad del suelo a lo largo del período de registro, respectivamente.

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Temperatura del suelo a 3 Profundidades (°C)

2011-2013 5 cm 30 cm 50 cm Diferencia (50 - 5 cm) Enero 7,72 9,19 9,86 2,14 Febrero 7,66 8,85 9,42 1,76 Marzo 12,71 12,80 12,69 -0,01 Abril 14,21 14,65 14,59 0,39 Mayo 18,45 17,96 17,35 -1,10 Junio 26,44 24,58 23,33 -3,11 Julio 31,94 30,12 28,55 -3,39 Agosto 30,80 30,95 29,49 -1,31 Septiembre 22,89 24,41 24,61 1,73 Octubre 18,67 20,25 20,62 1,95 Noviembre 12,63 14,26 14,98 2,35 Diciembre 8,90 10,70 11,46 2,57 Media Total 17,75 18,23 18,08 0,33

Tabla 5. Valores medios de 2011 - 2013 de las temperaturas del perfil edáfico a 5, 30 y 50 cm de profundidad.

En la Figura 4 se observa el marcado paralelismo entre la serie temporal de la temperatura del aire con las series temporales de temperatura del perfil edáfico del suelo a las 3 profundidades monitorizadas (5, 30 y 50 cm), con los valores máximos en verano y los mínimos en invierno. Las precipitaciones generan fuertes bajadas de temperatura del aire y del perfil edáfico.

Figura 4. Series temporales de la temperatura exterior, las temperaturas en el perfil edáfico a 5, 30 y 50 cm de profundidad y las precipitaciones en Castañar de Ibor.

En la Figura 5, se observa con mayor detalle el comportamiento de las temperaturas del perfil edáfico dependiendo de la profundidad (5, 30 o 50 cm). Se indican con franjas azules los periodos en los que la temperatura del suelo a 50 cm es superior a la temperatura a 5 y 30 cm. Estos periodos coinciden con las épocas de frío y humedad. Sin embargo, las capas más profundas, con un espesor de suelo suficientemente potente (50 cm), preservan su

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aislamiento de manera que en diciembre la temperatura media a 50 cm se mantiene 2,57°C más caliente que a 5 cm de profundidad (Tabla 5).

Figura 5. Gráfico en detalle de la evolución de las temperaturas del perfil edáfico a 5, 30 y 50 cm de profundidad en el suelo de Castañar de Ibor.

Las franjas blancas, por el contrario, indican los períodos durante los que, en general, se mantiene un gradiente positivo de temperaturas hacia la superficie, principalmente al final de la primavera y durante el verano. La radiación solar es capaz de elevar la temperatura del suelo hasta los 31,94°C de media en julio a una profundidad de 5 cm, siendo 3,39°C más caliente que la capa monitorizada más profunda del suelo (Tabla 5).

Figura 6. Evolución del perfil edáfico del contenido volumétrico de agua en tanto por uno a 3 profundidades diferentes (5, 30 y 50 cm) en Castañar de Ibor.

El contenido volumétrico de agua en el perfil edáfico del suelo en 3 profundidades distintas (5, 30 y 50 cm) está esencialmente controlado por el régimen de precipitaciones.

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Como se observa en la Figura 6, durante los periodos de lluvia el contenido volumétrico de agua en el suelo es generalmente superior en profundidad (30 y 50 cm) que a 5 cm. Esto indicaría que la primera capa del suelo (5 cm) es altamente permeable e infiltra de forma eficaz las precipitaciones a capas más profundas y además, sería la capa que reflejase mejor y de forma más inmediata las variaciones termo-higrométricas externas incluidas las precipitaciones y los fenómenos diarios de evapotranspiración.

En las épocas de lluvias el contenido volumétrico de agua en la capa más profundas (50 cm) asciende hasta el 20,36%, en cambio en las épocas cálidas y secas desciende hasta el 9 % (Tabla 6). Las similitudes entre las capas de 30 y 50 cm son muy altas (R2_{: 96,4 %) y su} comportamiento es prácticamente el mismo. En cambio, la similitud con la capa a 5 cm muestra divergencias (R25-30cm: 83,6%; R25-50cm: 75,1%) y en general, el contenido volumétrico de agua es menor. La diferencia entre la capa a 5 y a 50 cm es máxima en verano alcanzando hasta un 6,16%, mientras que en otoño se obtiene la menor diferencia con un 3,3%.

Contenido volumétrico de agua en el suelo a 3 profundidades (%)

2011-2013 5 cm 30 cm 50 cm Rango Enero 13,75 18,7 18,85 5,1 Febrero 8,9 13,8 15,5 6,6 Marzo 13,3 17,7 18,35 5,05 Abril 14 17,6 17,55 3,55 Mayo 10,9 14,25 14,45 3,55 Junio 6,15 9,85 10,25 4,1 Julio 2,8 8,2 9 6,16 Agosto 4,1 8,2 8,83 4,7 Septiembre 5,9 8,9 9,26 3,3 Octubre 11,6 15,3 15,06 3,4 Noviembre 14,4 19,9 20,36 5,9 Diciembre 13,7 18,93 19,36 5,6 TOTAL 9,90 14,28 14,73 4,75

Tabla 6. Valores medios de 2011 al 2013 del perfil edáfico a 5, 30 y 50 cm de profundidad indicando los rangos de contenido volumétrico de agua (%) en el suelo de Castañar de Ibor.

Como se mencionó previamente, existen diferencias destacables entre el invierno- principios de primavera de 2012 y 2013. En 2012, las precipitaciones durante enero, febrero y marzo disminuyeron fuertemente, observándose un comportamiento en el contenido volumétrico del agua similar al que sucede en verano, lo cual sigue indicando un periodo de sequía invernal a principios de 2012.

Cueva de Castañar de Ibor.

En este apartado se presentan los resultados de las medidas realizadas y registradas durante los años 2011 a 2013 en la unidad de adquisición de datos instalada en la Sala Nevada. Los registros muestran que la cueva presenta una elevada estabilidad térmica a lo largo de todo el ciclo anual, con rangos naturales de oscilación térmica absoluta por debajo de los 0,20°C. En cavidades situadas en zona vadosa (por encima del nivel freático) y relativamente próximas a la superficie como es el caso de Castañar de Ibor, el valor medio de la temperatura interior está controlado directamente por el de la temperatura externa y aumentado por el gradiente geotérmico derivado del espesor de roca suprayacente

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(Wigley & Brown., 1976). En general, las rocas muestran una oscilación térmica muy baja debido a que son malas conductoras del calor. Ello le confiere una gran capacidad filtrante de las variaciones termo-higrométricas externas, facilitando el desarrollo de reacciones químicas con tasas poco afectadas por las variaciones de temperatura. Su capacidad aislante aumenta con su espesor y debe reflejarse en un desfase temporal de las variaciones la zona interna respecto a la externa y un rango de variación mucho menor.

Figura 7. Serie temporal de la temperatura (°C) de Sala Nevada a lo largo de los 3 años de estudio en la cueva de Castañar.

En la Figura 7, se observa la fuerte estabilidad de la serie temporal de la temperatura a una altura media (130 cm del suelo) en Sala Nevada. La temperatura media a lo largo de todo el período de registro fue de 17,02 ± 0,02 °C (Tabla 7). En los meses de verano se observan suaves perturbaciones con mínimos descensos, posiblemente debido a procesos de evaporación dentro de la cavidad durante los periodos advectivos. La relación de temperaturas de la atmósfera exterior y la cavidad es un factor determinante en los fenómenos de intercambio entre ambos medios.

Temperatura Cueva (°C)

Media Mínimo Máximo Rango

Enero 17,03 17,02 17,05 0,03 Febrero 17,02 17,01 17,04 0,03 Marzo 17,04 17,02 17,05 0,03 Abril 17,03 17,02 17,04 0,02 Mayo 17,02 17,00 17,04 0,03 Junio 17,02 17,01 17,03 0,03 Julio 17,01 16,98 17,04 0,05 Agosto 17,00 16,99 17,03 0,04 Septiembre 17,02 17,00 17,03 0,03 Octubre 17,03 17,02 17,03 0,01 Noviembre 17,03 17,02 17,03 0,02 Diciembre 17,03 17,02 17,03 0,01 MEDIA TOTAL 17,02 17,01 17,04 0,03

Tabla 7. Valores medias mensuales de la temperatura anual 2011- 2013 de Sala Nevada en el interior de la cueva de Castañar de Ibor.

Desde otoño hasta primavera la temperatura exterior ha sido menor que la temperatura de la cavidad pudiendo dominar la difusión sobre la advección en los fenómenos de

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transferencia de gases entre la atmósfera y el subsuelo (Tabla 8). Son periodos fríos y húmedos en los que el sistema poroso de la doble membrana suelo-roca se encuentra saturado o muy próximo a la saturación. En cambio, los meses con valores positivos indica que la temperatura exterior ha sido superior a la temperatura de la cavidad pudiendo, por tanto, dominar la advección sobre la difusión. Durante este periodo la doble membrana se irá abriendo progresivamente al disminuir el contenido volumétrico de agua en el sistema poroso del suelo externo.

Diferencia Temperatura Exterior - Temperatura Cueva (°C) 2011 2012 2013 Enero -9,31 -10,42 -9,83 Febrero -7,84 -10,33 -10,17 Marzo -6,70 -4,43 -7,97 Abril 0,72 -6,22 -4,41 Mayo 3,51 1,77 -2,37 Junio 8,08 6,83 4,70 Julio 10,25 6,94 11,72 Agosto 8,45 11,09 12,3 Septiembre 5,54 -0,11 7,53 Octubre 1,17 -1,80 0 Noviembre -6,01 -6,60 -7,05 Diciembre -9,95 -9,64 -9,75 MEDIA TOTAL -0,17 -1,91 -1,27

Como se observa en la Tabla 8, estos periodos oscilan dependiendo del año estudiado. Los resultados parecen indicar que el año 2012 ha sido el año más frío, con sólo 4 meses (mayo a junio) con valores positivos. En cambio, en el 2011 prevalecieron los meses en los que la temperatura exterior ha sido superior a la temperatura de la cavidad.

Figura 8. Series temporales de la presión barométrica (mbar) de la atmósfera exterior y del interior de la cueva de Castañar de Ibor.

Tabla 8. Datos medios mensuales de la diferencia de temperaturas (Texterior -Tcueva) durante los 3 años de registro. Los valores positivos indican que la temperatura exterior es superior a la temperatura de la cueva y viceversa.

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Además, se analizaron los valores registrados de humedad absoluta del aire en la Sala Nevada, los cuales corresponden a una atmósfera permanentemente saturada en vapor de agua. La humedad absoluta media a lo largo del año es de 14,65 gramos/m3_{, con una} oscilación muy baja debido a la mínima oscilación térmica del aire. El valor mínimo se registró en agosto (14,62 g/m3_{) y el máximo en abril (14,72 g/m}3_{). La humedad relativa} del aire en el interior de la Sala Nevada, permanece muy próxima a la saturación a lo largo de todo el año, oscilando entre el 99,5 y el 100%, suficiente para mantener un continuo grado de humedad sobre las paredes y techos. Esta es una característica de los ambientes subterráneos con bajas tasas de intercambio con el exterior y escasa oscilación térmica. La presión barométrica de la cavidad y de la atmósfera exterior fueron muy similares a lo largo de todo el período de registro, como se observa en la Figura 8. Durante el periodo de registro, la presión de la cavidad ha sido superior a la presión de la atmósfera exterior en 2,5 mbar aproximadamente en respuesta a la diferencia de cota topográfica de 25 metros de diferencia de altitud entre Sala Nevada y la atmósfera exterior. Las épocas de mayor variabilidad se registraron entre otoño e invierno, registrándose también valores medios mensuales por encima de los estivales.

4.2.2.2 Series temporales de la concentración de radón en Castañar en relación con