Calcarenite alveolar rock decay and related erosion rates: a 10 years record on coastal quarries of es Carnatge (Mallorca, Balearic Islands)
P. Balaguer1, L. Gómez-Pujol1,2, M. Fuster3 y J.J. Fornós2
1 ICTS SOCIB, Sistema de Observación y Predicción Costero de las Islas Baleares, ParcBit, Ed. Naorte, Cra. Valldemossa km 7.4, 07121, Palma de Mallorca, Islas Baleares, España. [email protected]
2 Departament de Ciències de la Terra, Universidad de las Illes Baleares. Cra. Valldemossa km 7,5, 07122, Palma de Mallorca.
3 IMEDEA (CSIC-UIB). Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados. C/ Miquel Marqués 21, 07190 Esporles, Mallorca, Islas Baleares.
Resumen: Las paredes de las canteras litorales de arenisca (eolianita, marès) abandonadas, a menudo, presentan formas de erosión alveolar. El objetivo de este trabajo ha sido calcular las tasas de erosión derivadas de la erosión alveolar sobre dos paredes de una cantera de es Carnatge (Bahía de Palma, Mallorca) que en 2003 y con motivo de la extracción de fragmentos rocosos actualmente expuestos en el muro geológico del CosmoCaixa (Barcelona) quedaron completamente pulidas. Se ha cuantificado el desarrollo de las formas alveolares sobre una superficie aparentemente inalterada durante un periodo de 10 años (2003-2013) y las tasas medias estimadas de erosión obtenidas presentan valores comprendidos entre -2,35 mm/año y -1,76 mm/año.
Palabras clave: Erosión, meteorización, erosión alveolar, es Carnatge, Mallorca.
Abstract: The walls of abandoned coastal calcarenite quarries (eolianite, marès) often show an intensive development of alveolar/cavernous weathering. The main goal of this work has been to calculate the erosion rates derived from alveolar erosion of two walls from the rock quarry of es Carnatge (Bay of Palma, Mallorca). In 2003, due to the extraction of rock samples currently exposed in the geological wall of CosmoCaixa (Barcelona), those walls were polished. Alveolar/cavernous development has been quantified for a period of 10 years (2003-2013) and estimated average erosion rates reach values between -1.76 mm/year and -2.35 mm/year.
Key words: rock weathering, erosion, alveolar rock decay, es Carnatge, Mallorca
INTRODUCCIÓN
La erosión alveolar se caracteriza por el desarrollo de cavidades de carácter cavernoso sobre superficies rocosas cuyas dimensiones pueden oscilar desde el orden milimétrico a varios metros. Las formas de erosión alveolar de grandes dimensiones (cm–m) reciben el nombre de tafone, mientras que las de menores dimensiones (cm–mm), especialmente cuando comparten alguna de sus paredes, se conocen como nidos de abeja o honeycombs (Turkington y Paradise, 2005). La erosión alveolar se puede desarrollar, tanto en planos horizontales y verticales como en superficies inferiores de extraplomos. La erosión y/o alteración alveolar puede tener lugar sobre litologías de diferente naturaleza y suelen ser más comunes en ambientes húmedos y con una amplitud térmica considerable, como son las zonas áridas, desérticas o costeras.
El origen de la alteración alveolar y la erosión asociada, especialmente en medios costeros, ha sido históricamente objeto de debate (Mustoe, 1982;
Trenhaile, 1987; Turkington y Paradise, 2005), puesto que su formación responde a una serie de procesos y
agentes entre los que se cuentan la disgregación granular, la alteración por sales aportadas por el roción marino y las salpicaduras del oleaje, o bien por los ciclos de humectación-desecación y la acción eólica.
Varios autores han abordado el estudio de superficies rocosas creadas o modificadas por el hombre, como fachadas, monumentos históricos o elementos de obra civil, para caracterizar este proceso de alteración del roquedo. Esto permite establecer un marco de referencia temporal, estimando la velocidad, y los diferentes procesos (i.e. orientación de las superficies respecto de los agentes), que intervienen en la evolución de las formas alveolares (Takahashi et al., 1994).
La extracción en 2003 de varios bloques de eolianita cuaternaria de una antigua cantera litoral de es Carnatge, en la Bahía de Palma (Mallorca, Islas Baleares), para la representación de los tiempos cuaternarios en la escala geológica de la exposición permanente del CosmoCaixa de Barcelona (muro geológico), ofreció la oportunidad de estudiar la evolución de varios cortes netos sobre los que posteriormente se han ido desarrollando diferentes formas alveolares, desde alvéolos a tafone de
dimensiones modestas (centimétricas a decimétricas) que al unirse forman buenos ejemplos de honeycombs.
FIGURA 1. Localización del área de es Carnatge dentro de la zona en la que se encuentra la cantera estudiada (Zona de Estudio).
El presente estudio aborda la evolución de las formas alveolares de alteración y la estimación de las tasas de erosión asociadas durante un periodo de 10 años. En base a la orientación de las diferentes paredes, se considera además el papel de diferentes agentes en la evolución de dichas formas.
MATERIAL Y MÉTODO
El presente trabajo se basa en la estimación delas tasas de erosión a partir de la medición de las formas alveolares desarrolladas en dos paredes verticales de una cantera litoral de la zona de es Carnatge, localizada en el centro de la Bahía de Palma en Mallorca (Fig. 1). El área de es Carnatge constituye el único espacio natural costero perteneciente al municipio de Palma, que está constituido, principalment,e por costas rocosas bajas (96%) y por depósitos de playa (4%). El conjunto del área no ha sido urbanizado principalmente debido a su condición militar entre los años 40 y 70 del siglo pasado y por localizarse en la zona de aproximación del aeropuerto de Son Sant Joan. A lo largo de toda el área de es Carnatge, se pueden apreciar gran número de canteras destinadas a la extracción de areniscas –marès–, que fueron explotadas hasta la segunda mitad del siglo XX y posteriormente abandonadas, siendo muchas de ellas utilizadas como vertederos ilegales.
La temperatura media de la zona es de 18ºC, el régimen de vientos se caracteriza por el predominio de los vientos de S y SO. En cuanto al oleaje en la zona de estudio, el régimen anual medio en aguas profundas, dentro de la Bahía de Palma, se caracteriza por alturas significantes (Hs) en torno a 1 m y períodos (Tp) entre los 4 y 6 segundos con direcciones predominantes del SO y SE, siendo más energéticos (mayor altura) los del SO (2 a 3 m).
Desde un punto de vista petrográfico, las paredes de la cantera corresponden a unas areniscas calcáreas
depositadas en un ambiente dunar litoral del Pleistoceno. El diámetro medio de grano es de 0,63 mm y están bien cementadas. Están compuestas principalmente por bioclastos con escasos granos de cuarzo. Respecto a su composición, un 71,6% se corresponde a calcita, 20,7% a dolomita, 6,8%
aragonito y, finalmente, en torno a 1% de cuarzo.
Puede apreciarse una marcada laminación con distancias medias entre sets de 3 a 5 mm.
Se ha procedido al estudio morfométrico de las formas alveolares que se han desarrollado sobre dos paredes de las que, en febrero de 2003, fueron extraídos 17 bloques de eolianita (10,75 t). Tras la obtención de los bloques, la pared de la cantera mostraba una superficie plana y sin rugosidades que se ha tomado como cero relativo para la cuantificación de la profundidad máxima de 90 formas alveolares distribuidas en dos paredes con orientación S (Fig. 2) y O, respectivamente (Fig. 3).
FIGURA 2. Dimensiones y aspecto de la pared orientada al S de la cantera estudiada en 2003 y 2013.
En 2003 se procedió a numerar los alveolos con la intención de reconocerlos en futuras mediciones y tanto en 2003 como en 2013 se realizaron mediciones directas sobre cada alveolo del eje máximo, el eje medio y la profundidad máxima con un calibrador digital de pie de rey de 2 decimales.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se han caracterizado un total de 90 alvéolos presentes en las imágenes correspondientes a 2003 y 2013 (Figs. 2 y 3). 48 de ellas corresponden a la pared S y 42 a la pared O. Aunque en 2003 se individualizaron 157 formas alveolares, 67 observaciones no se han podido repetir dada la coalescencia o la colonización biológica.
81 FIGURA 3. Dimensiones y aspecto de la pared orientada al O de la cantera estudiada en 2003 y 2013.
Morfometría y evolución de alvéolos
Las 90 observaciones realizadas revelan una gran variabilidad en las dimensiones y forma de los alvéolos, tanto en su conjunto, como en referencia a cada una de las paredes estudiadas (Tabla I).
TABLA I. Resumen estadístico de las variables morfométricas de los alvéolos. a: longitud máxima del eje mayor en planta; b: amplitud máxima en planta y c: profundidad máxima respecto de la superficie de referencia.
En cuanto a su eje máximo, en 2013, los alvéolos oscilan entre 9,72 mm y 195 mm, correspondiendo los mayores a formas coalescentes. Aunque la media del eje mayor de las formas se sitúa en los 54,42 mm, lo cierto es que la variabilidad es muy alta y la desviación típica del eje mayor alcanza los 35,75 mm. La situación no es muy diferente para el eje menor o la profundidad, que oscila en rangos de 8,20 a 104,50 mm y 2,32 a 153,08 mm, respectivamente. Vale la pena destacar que algunas de las formas alveolares están condicionadas por la presencia de bioturbaciones de la duna cuaternaria y, por tanto, sus dimensiones no responden
exclusivamente al papel de la alteración. Se aprecia cómo los alvéolos de la pared S, orientada a la dirección de los vientos dominantes de la zona y expuesta directamente al aporte del roción marino y las salpicaduras durante los temporales, presenta alvéolos mayores (59,21 mm vs 48,95 mm) y más profundidad (39,99 mm vs 35,59 mm) que la pared O, protegida de dichos vectores ambientales.
La Fig. 4 presenta la evolución morfológica de los alvéolos durante el periodo de estudio. A grandes rasgos pueden apreciarse más formas esféricas de los alvéolos –agrupadas en torno al vértice superior del diagrama triangular– ha dado paso a un mayor protagonismo de las formas alargadas rods. Dicho patrón responde, como se aprecia en la imagen de 2013 (Fig. 2) al descrito en otros estudios sobre materiales de edad y naturaleza parecida (Gómez-Pujol et al., 2002), a la coalescencia de alvéolos acentuada por la laminación de la eolianita y la erosión diferencial de las láminas como resultado de la rugosidad asociada al tamaño de grano o el diferente grado de cementación.
2003
2013
FIGURA 4. Evolución morfológica de los alvéolos de la pared S.
Diagrama tri-plot de forma de los alvéolos en 2003 (superior) y en 2013 (inferior).
Tasas de erosión
Una vez descartados aquellos alvéolos para los que se había advertido que los moldes de antiguas raíces – bioturbaciones– habían jugado un papel importante en el desarrollo de las formas de alteración alveolar, la tasa de retroceso medio de la pared del roquedo para Todos los alvéolos
a (mm) b (mm) c (mm) N 90 90 90 Media 54,42 32,05 37,94 Desviación Típica 35,75 20,03 29,25 Mínimo 9,72 8,20 2,32
Máximo 195,00 104,50 153,08 Pared S
a (mm) b (mm) c (mm) N 48 48 48 Media 59,21 35,78 39,99 Desviación Típica 39,00 21,64 29,28 Minimo 12,00 9,59 7,35
Máximo 195,00 104,50 123,73 Pared O
a (mm) b (mm) c (mm) N 42 42 42 Media 48,95 27,77 35,59 Desv. Típica 31,39 17,30 29,39 Mínimo 9,72 8,20 2,32
Máximo 141,15 81,10 153,08
los diez últimos años es de 2,09 mm/a, cubriendo un intervalo que oscila de 0,09 a 9,80 mm/a (Tabla II). La Fig. 5 pone de manifiesto que el 60% de las observaciones representan tasas de erosión inferiores a 2 mm/a y que la variabilidad de las tasas, así como la magnitud, es mayor en la pared S que la O. De hecho, los valores medios apuntan a tasas de 2,35 mm/a en la exposición a los agentes dominantes de oleaje y viento (pared S), mientras que la pared protegida (pared O), es de 1,76 mm/a con unos valores más homogéneos.
TABLA II. Tasas de erosión (mm/a) a partir de la profundidad máxima de los alvéolos.
TODOS LOS ALVÉOLOS
ALVÉOLOS PARED S
ALVÉOLOS PARED O
FIGURA 5. Histogramas de las tasas de erosión para el conjunto de los alvéolos medidos y los correspondientes a cada una de las paredes S y O.
En este sentido, como apuntan Turkington y Paradise (2005) el papel conjugado de la acción del viento y la alteración por sales, que son los que operan y marcan un gradiente entre las paredes S y W, tienen gran importancia en la génesis y evolución de los alveolos. Las sales, aportadas por el roción o directamente por las salpicaduras durante fuertes temporales, debilita el roquedo y contribuye a la disgregación granular, especialmente de aquellas láminas de eolianita con tamaño de grano más fino, quedando delimitados muchos de los alveolos por aquellas láminas más cementadas y de grano más grueso y favoreciendo la coalescencia de formas en la dirección o continuidad lateral de la lámina. En cuanto al orden de magnitud de las tasas obtenidas, éste entra dentro del rango de las obtenidas en otras localidades cuantificadas mediantes profundidades máximas en elementos de patrimonio histórico (Gómez-Pujol et al., 2002 o mediante experimentos de exposición de pastillas de roca (Gómez-Pujol y Fornós, 2004).
AGRADECIMIENTOS
El presente trabajo es una contribución al proyecto de investigación MICINN (MINECO) CGL2010- 18616. Los autores agradecen la ayuda en las tareas de campo de D. Bonnín y A. Quintana y a Joan Bta. Baren i Cebrian por la documentación facilitada sobre el muro geológico del Cosmocaixa.
REFERENCIAS
Gómez-Pujol, L., Balaguer, P., Fornós, J.J. (2002):
Meteorización del patrimonio histórico en ambientes costeros marinos: el caso de la Torre d'en Beu (Santanyí, Mallorca). En: Estudios recientes (2000-2002) en Geomorfología (Serrano, E. et al., eds.), PUV, Valladolid. Comunicaciones: 403-413.
Gómez-Pujol, L., Fornós, J.J. (2004): Tasas de meteorización química en la costa carbonatada de Mallorca. Evaluación preliminar mediante tests de exposición (weight-los rock tablets). En: Procesos geomorfológicos y evolución costera (Blanco, R., Bedoya, J., Pérez-Alberti, A., eds.). SPUSC, Santiago de Compostela. Comunicaciones, 401-410.
Mustoe, G.E. (1982): Origin of honeycomb weathering. Geolocal Society American. Bulletin, 93 (N2): 108-115.
Takahashi, K., Suzuki, T., Matsukura, Y. (1994):
Erosion rates of a sandstone used for masonry bridge pier in the coastal spray zone. En: Rock weathering and landform evolution (Robinson, D.A. y Williams, R.G.B., eds.). John Wiley & Sons, Chichester, 175-192.
Trenhaile, A.S. (1987): The geomorphology of rock coasts. Oxford University Press, Oxford, 384 p.
Turkington, A.V. y Paradise, T.R. (2005): Sandstone weathering: a century of research and innovation.
Geomorphology, 67: 229-253 0,0
10,0 20,0 30,0 40,0 50,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 >9
%
tasa de erosión (mm/a)
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 >9
%
tasa de erosión (mm/a)
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 >9
%
tasa de erosión (mm/a)
Todo Pared S Pared O
N 71 40 31
Media 2,09 2,35 1,76
Desviación Típica 2,24 2,55 1,74
Mínimo 0,09 0,09 0,17
Máximo 9,81 9,81 7,94