INTRODUCCIÓN A LA HIDROGEOLOGÍA CÁRSICA - Red Cubana de ... a la... · de este siglo, la ... a...

L.F. Molerio León (2006): Introducción a la Hidrogeología Cársica

INTRODUCCIÓN A LA HIDROGEOLOGÍA CÁRSICA..............................................................................3 INTRODUCCIÓN................................................................................................................................................3

CARSO SIN-, EPI- E HIPOGENÉTICO......................................................................................................................... 8 EL MEDIO AMBIENTE SUBTERRÁNEO DEL CARSO..............................................................................9

NIVEL FÍSICO ........................................................................................................................................................ 9 El clima de las cavernas ................................................................................................................................... 9

NIVEL BIÓTICO .................................................................................................................................................... 14 ANTECEDENTES HISTÓRICOS ...................................................................................................................17 MODELOS CONCEPTUALES. MODELO CONCEPTUAL DEL CARSO...............................................23

MODELO TERMODINÁMICO DE DESARROLLO DEL CARSO .................................................................................... 28 Procesos, leyes y campos físicos involucrados............................................................................................... 30

REFERENCIAS Y DOCUMENTOS DE CONSULTA ..................................................................................35

NOVENO CURSO INTERNACIONAL DE AGUA SUBTERRÁNEA

Y MEDIO AMBIENTE (CIASMA)

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INTRODUCCIÓN A LA HIDROGEOLOGÍA CÁRSICA

L.F. Molerio León1

Introducción Cuando Martonne, por citar sólo a uno de los geomorfólogos clásicos, sugería, a principios de este siglo, la individualización del “relieve calcáreo”, no hizo otra cosa que confirmar una independencia ya notada por los primeros exploradores del carso. Porque si bien es cierto que puede hablarse de una “morfología granítica”, “de esquistos” o de “relieves volcánicos”, ninguna es tan típica y compleja como la morfología de las calizas, el “carso”, sobre todo, por las modificaciones tan notables que produce en el relieve superficial e, incluso, en el subterráneo. Posee además, una físico-química singular, y una hidrodinámica que le es propia. De ahí su exclusividad. Evidentemente se trata de un fenómeno universal. Aunque las cifras varían, puede convenirse en que alrededor del 20% de las tierras emergidas del planeta, por razón de su constitución carbonatada, están en mayor o menor grado afectadas por procesos de carsificación (Fig. 1). Potentes acuíferos o regiones áridas, importantes reservas de petróleo, gas y otros minerales o una absoluta pobreza en estos recursos, presencia de suelos aptos para el cultivo o terrenos insanos se encuentran, indistintamente, en estos territorios. El carso se origina como consecuencia de complejos mecanismos de erosión, entendida ésta en su sentido más amplio, transporte y deposición de los residuos, dentro o fuera del macizo carbonatado. El agua -superficial y subterránea- actúa como agente de transferencia en los procesos, de manera que la dinámica general de la carsificación se centra en el modo en que se organiza, distribuye y desarrolla el movimiento de las aguas. Señalaba aquel autor que “la originalidad del relieve calizo es tal, que parecen faltar en el las leyes ordinarias del modelado de la erosión. Ninguna subordinación regular en los valles, ningún sistema de pendientes continuas descendiendo hasta el nivel de base; a menudo depresiónes cerradas que es imposible atribuir al trabajo de las aguas corrientes. Para explicar estas formas es preciso vislumbrar todo un nuevo conjunto de procesos erosivos. No se trata de modificaciones de detalle en la evolución del ciclo de erosión normal; es preciso abrir un amplio paréntesis y dejar un lugar aparte al “relieve calizo”…”. Para designarlo genéricamente, se adoptó el nombre de una región oriental de la Mar Adriático, conocida indistintamente como “Karst” cuando pertenecía al imperio Austro-húngaro; “carso”, a Italia, hasta 1945, o “Krâs”, a la antigua Yugoslavia. Regiones con características semejantes eran denominadas en Francia como “Causses” y en América 1 Especialista Principal, CESIGMA, S.A., Apartado 6219, CP 10600, Habana 6, Ciudad de La Habana, Cuba. E-mail: [email protected] Primero de la Sociedad Espeleológica de Cuba.

NOVENO CURSO INTERNACIONAL DE AGUA SUBTERRÁNEA Y MEDIO AMBIENTE (CIASMA)

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mailto:[email protected]


Central y el Caribe, el nombre de Cuba, al provenir del arawaco “ciba”, piedra hueca, representaría una denominación antiquísima para designar el carso. Fig. 1. Distribución mundial de las rocas carbonatadas

La región del Cibao, en República Dominicana, es un territorio altamente carsificado habitado por los primitivos arawacos 5 000 años antes de nuestra era. Los mayas de la cársica región de Yucatán no parecen haber denominado su país atendiendo a estos fenómenos, pero dejaron su impronta en el término “d´zonot”, cenote, incorporado, como sinónimo de “blue-hole” o “casimba”, para designar aquellas depresiones inundadas de aguas subterráneas, muchas veces conectadas con grandes cavernas horizontales, y que constituyen una de las más impresiónantes morfologías cársicas del mundo. Asimismo, de las antiguas lenguas indoeuropeas se han incorporado al léxico del carso términos como “dolina”, “ponor”, “uvala”, “polje” que hoy tienen un particular significado geomorfológico, geológico e hidrogeológico. Así, las características morfológicas e hidrológicas que hacen de los relieves cársicos un entorno singular, son las siguientes:

1. Ausencia de valles verdaderos (Fig. 2), los que están sustituidos por otras formas negativas del relieve, que reciben nombres particulares: dolinas, poljes, uvalas, entre otros;



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Fig.2. Forma negativa del relieve cársico

2. Una red de drenaje superficial que, aunque de variables dimensiones, generalmente está mal desarrollada, distorsionada a trechos y donde la mayor parte de los ríos tienen cursos parcial o totalmente subterráneos (Fig. 3);

3. Una red de drenaje subterránea de compleja configuración, regida por leyes

hidrodinámicas particulares, o con acuíferos muy típicos, a veces extensos y profundos, pero otras veces discontinuos, con singulares condiciones de alimentación, movimiento y descarga (Fig. 4);

4. Sedimentos autóctonos de cobertura generalmente muy permeables, de variable

potencia y, en ocasiones, inexistentes, aflorando la roca denudada (Fig. 5) y,

5. Desarrollo subterráneo de una amplia red de canales y conductos intercomunicados, con longitudes desde pocos centímetros hasta centenares de kilómetros (Fig. 6).



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Fig. 3. Río subterráneo

Fig. 4. Descarga de agua subterránea hacia un conducto cársico subterráneo.



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Fig. 5. Porosidad secundaria de la caliza

Fig. 6. Conducto cársico vertical



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Carso sin-, epi- e hipogenético Los procesos de carsificación y cavernamiento (espeleogénesis) son de tres grandes tipos: singenéticos, cuando ocurren durante el proceso de deposición del los carbonatos y se producen asociados a ligeras variaciones en la superficie del mar de la cuenca sedimentaria, que permite la acción de procesos subaéreos; epigenéticos, cuando tienen lugar en la zona no saturada (vadosa para los autores clásicos), en el epikarst o en la zona saturada (freática para algunos autores) e hipogenéticos, cuando tienen lugar en profundidad sin intercambio con la superficie y, por supuesto, sin estar sometidas a la acción de procesos superficiales o subsuperficiales. La Tabla 1 resume los procesos de control fundamentales. Tabla 1. Procesos de carsificación y espeleogénesis

Tipo Zona hidrodinámica

Tipo de acuífero

Controles hidráulicos

Sistemas físico-

químicos

Controles físico-

químicos

Procesos dominantes en el control de la tasa

de disolución Singenéticos No saturada o

vadosa Libre Intercambio

con procesos subaéreos (efecto de mezcla)

H2CO3-CaCO3

Cinéticos Mezcla de aguas (fundamentalmente efecto salino y de insaturación por mezcla agua dulce/agua salada

H2CO3-aCOC 3

Cinéticos

Efectos combinados de agua en movimiento y mezcla de aguas.

H2S-H2SO4

Balance de masas

Efecto de mezcla

Epigenéticos Epikarst Zona No saturada o vadosa Zona Saturada o Freática

Libre

Intercambio con procesos subaéreos (agua en movimiento y mezcla de aguas). La capacidad de disolución se atenúa en la dirección del flujo

Sistemas mixtos: H2CO3-CaCO3 y H2S-H2SO4

Controles mixtos: cinético y balance de masas

Efectos combinados de agua en movimiento y mezcla de aguas

Hipogenéticos Circulación profunda

Confinado, semi-confinado o semilibre

Sin intercambio con procesos subaéreos. La capacidad de disolución es independiente del flujo

H2S-H2SO4 Balance de masas

Irrupciones de agresividad limitadas en tiempo y espacio: Efecto de mezcla Oxidación del H2S Enfriamiento de aguas termales ascendentes Metamorfismo Reducción de sulfatos Maduración de hidrocarburos Dedolomitización



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el medio ambiente subterráneo del carso El ecosistema subterráneo se caracteriza por la ausencia de luz en su mayor parte, el silencio casi completo y las particulares propiedades del aire cavernario. Presenta dos niveles interactuantes: el físico y el biológico. En el nivel físico se encuentran el microclima, los flujos de masa, el sustrato. En el nivel biológico se encuentra la peculiar flora y fauna subterráneas. El microclima se caracteriza por presentar tres zonas: de penumbra, donde los componentes físicos y biológicos se vinculan al medio exterior y presenta variaciones apreciables de luz, temperatura, humedad y materia orgánica; la zona intermedia (o de temperatura variable), que es un área de oscuridad completa donde la temperatura y la humedad oscilan con la media exterior y la zona profunda, donde la temperatura y humedad son constantes y casi estables. Los flujos de masa consideran el agua, que es el transportador de materiales y nutrientes hacia y desde la cueva, y el aire, que provoca cambios de temperatura, humedad, y de las concentraciones de CO2 y O2 en la cueva. Lo integran, también, la transferencia de materiales desarrollada por animales que viven en la cueva pero obtienen su comida en superficie, la radiación, principal suministrador de energía y las rocas y sedimentos que provocan alteraciones en el flujo de masa interno. El nivel biológico de las cuevas es sorprendente. Si bien la abundancia de vida no es una de las características más importantes de las cuevas, la fauna y la flora que viven en ellas, con diferentes niveles de adaptación, constituyen una extraordinaria manifestación de la diversidad biológica. La fauna se clasifica en tres grandes grupos: los Troglobios, que son especies obligadas de las cuevas, que no podrían sobrevivir en otros hábitat; los Troglofilos, especies facultativas que viven y se reproducen en cuevas, pero pueden hacerlo en micro hábitat frescos, oscuros, protegidos y húmedos en superficie y los Trogloxenos, que usan las cuevas como refugio por su microclima favorable. También hay especies que llegan accidentalmente a las cuevas y no adaptadas a la vida en el subsuelo. Excepto algunas briofitas (musgos), la flora no puede adaptarse a las condiciones de oscuridad y humedad de las cuevas. Por último, se encuentran las bacterias. En este caso, debido a la falta de producción de energía dentro de la cueva los organismos, en su mayoría son heterótrofos, es decir, que se alimentan de cualquier planta o animal aunque se exceptúan algunas bacterias que sintetizan químicamente el hierro (ferrobacterias) o el nitrógeno (nitrobacterias). Nivel Físico

El clima de las cavernas El clima de las cavernas se caracteriza, en general, por los siguientes elementos: • La oscuridad total, que reduce los efectos directos e indirectos de la radiación solar,

como la evaporación y el calentamiento diurno. • Pequeñas variaciones diarias, estacionales e hiperanuales de la temperatura del aire. • Bajo nivel de perturbaciones del aire interior, como la presencia de vientos o corrientes

de aire.


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• Elevada humedad del aire interior, debida a las bajas perturbaciones que sufre el aire interior.

Aunque, sin embargo, hay notables excepciones de estas regularidades y, así, se reconocen fuertes oscilaciones de temperatura y humedad en muchas cuevas, tanto de climas templados como tropicales. Del mismo modo, la ocupación parcial o total de la caverna, su uso ocasional, la iluminación artificial, la apertura o sellaje de entradas o claraboyas, desvío de ríos, sustitución de la fauna subterránea o desecación de lagos son factores que impactan fuertemente sobre el clima de las cavernas. Es precisamente el clima subterráneo el que condiciona la estabilidad de las reacciones químicas y los procesos físicos que tienen lugar en su interior y controla el crecimiento y desarrollo de las espeleotemas y el que soporta la diversidad biológica subterránea. De todos estos elementos, la temperatura del aire es, quizás, el más importante. La temperatura del aire subterráneo está controlada por la temperatura del aire exterior, la temperatura de las rocas y la temperatura del agua, así como por la latitud y altura a la que se encuentra la cueva, la morfología y disposición de las galerías subterráneas, el número de entradas y su altitud y, en ciertos casos, por el tipo y distribución de ciertos especimenes de la fauna subterránea y los productos asociados a los ciclos biogeoquímicos subterráneos. La oscuridad es el aspecto más notable del mundo subterráneo. Aún cuando las cuevas y túneles pueden estar iluminados, salvo los que se usan para el transporte vial, no están iluminados de modo permanente. Estas condiciones de oscuridad y de ausencia de focos interiores de emisión de calor o frío disminuyen, notablemente, el efecto de evaporación en el subsuelo. La mitigación de la radiación solar contribuye decisivamente a ello. Por lo común, el movimiento del aire dentro de una caverna es tan lento que a unos pocos cientos de metros de la entrada de una caverna el aire adquiere, aproximadamente, la misma temperatura de la roca de las paredes, de modo que, en las partes más profundas de las cavernas, la temperatura del aire suele estar controlada por la de las rocas que, en suma, es aproximadamente igual a la temperatura media anual del aire exterior. La fluctuación diaria y estacional de la temperatura en la superficie de la Tierra tiende a disminuir según el calor se mueve hacia el interior de la cueva y a través de las rocas. Una fluctuación diaria de 30°C de temperatura se reduce a una fluctuación no mayor de 1°C a 57 centímetros de profundidad. De igual modo, una oscilación anual de alrededor de 1°C a la profundidad de 11 metros. Esto es lo que se conoce como gradiente geotérmico. Como quiera que las cuevas suelen encontrarse a más de 11 metros de profundidad, de ordinario presentan variaciones de temperatura menores de 1°C. Las condiciones térmicas de la roca son una función de una propiedad conocida como conductividad térmica, así como de la densidad de la roca, su capacidad calorífica y, por supuesto, nuevamente, de la temperatura del aire exterior y equivale, aproximadamente a 1/535 veces la variación exterior.

Período Denominación Alcance en profundidad (penetración de la longitud

de onda) 24 horas Ciclo Diario 1,25 m 28 horas Ciclo lunar 6,6 m

1 año Ciclo anual 24, 0 m 11 años Ciclo solar 79,5 m

20 000 años Precesión de los equinoccios 3 400 m 1 000 000 años Ciclo hipotético 24 000 m



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Esto es particularmente importante para el estudio de los cambios climáticos ya que, probablemente, el evento climático más antiguo registrado en una cueva, sea el último estadio climático de la edad de hielo del Pleistoceno. Como han señalado otros autores, asumiendo que el ciclo a la cual pertenece comenzó hace 40 000 años, y que la temperatura mínima promedio fue de unos 10°C menos que la actual, la fórmula anterior indica que el efecto de esta última glaciación igualaría 1°C a la profundidad de 1 464 metros. Como la cueva más profunda del mundo es, actualmente la Sima de la Pierre Saint Martín (-1474 metros), la temperatura en su fondo, presumiblemente, refleja la temperatura media anual de la región 40 0000 años atrás. La temperatura del aire exterior también está condicionada por la latitud y la altitud sobre el nivel del mar. Esto es especialmente notable en los continentes. En América del Norte, por ejemplo, la diferencia entre Canadá y el Sur de los Estados Unidos es de 5 a 20°C. En cuanto altitud, una diferencia de 2000 metros en altitud puede provocar una diferencia de temperatura del aire de casi siete grados centígrados. En el Trópico, sin embargo, estas diferencias se amortiguan mucho más al igual que en las zonas glaciales y periglaciales. Dos casos especiales son sin embargo, aquellas cuevas que presentan anomalías térmicas, como las cuevas de calor o las cuevas frías, a las que nos referiremos más adelante. Algunos autores han establecido una relación entre la temperatura media del aire de las cuevas, la latitud y la altitud de las mismas. En la mayor parte de los casos en que las circulaciones de aire y de agua no sean violentas, a cierta distancia de la entrada se encuentra una zona de temperatura aproximadamente invariable. Pero, más allá, puede producirse un fenómeno completamente opuesto y estrechamente relacionado con el numero de accesos a la cueva y su distribución en altura. Uno de estos fenómenos es el lento aumento de temperatura, considerado normal, en climas templados, y que a veces también se manifiesta en los trópicos o, por otro lado, un descenso de la misma, la llamada inversión. La existencia de diferentes entradas en una misma red subterránea es un agente importante del clima subterráneo en cuanto concierne a sus efectos sobre la distribución de la temperatura, la humedad relativa y la circulación del aire. El tipo térmico normal corresponde, esencialmente, con simas verticales, del tipo de pozos angostos o compuestos por varias chimeneas que unen, entre sí, varios pasos oblicuos. En este tipo de cavidades, por debajo de la zona superficial de elevada variabilidad y después de la zona invariable, se registra un ascenso de la temperatura mayor que el que debía esperarse solamente de la diferencia de altitud en una atmósfera generalmente saturada de vapor de agua o muy cerca de la saturación. En el Abismo de Kluc, donde la temperatura media exterior es de 18,5°C, se observa un aumento de 1,2°C por cada 180 m de profundidad. El tipo térmico inverso corresponde al descenso de la temperatura por debajo de la zona invariable y es común en cuevas de entrada amplia. Suele darse aquí el fenómeno denominado de inversión de temperatura donde el aire frío, más denso que el aire caliente, se acumula en el interior, mientras que los accesos se calientan. Esta es la razón por la cual algunas cavidades descendentes son cavidades frías, cuya temperatura se muestra inferior a la media del lugar. La Cueva del Frigorífico, en el Escambray cubano es un caso típico. Un caso muy bien estudiado, el del Abismo Enrico Revel, en La Spezia, Italia, presenta un descenso sistemático de temperatura con la profundidad.



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En cuanto concierne a la humedad relativa, generalmente es muy alta, próxima al 100%, lo que significa que el aire de la mayor parte de las cuevas está saturado de vapor de agua. Ello es debido tanto a que los techos paredes y piso están humedecidos con aguas de rezumamiento en contacto con el aire circulante. La constancia de la temperatura en las partes internas de la cueva permite que la alta humedad se mantenga casi indefinidamente. Cerca de las entradas, no obstante, la humedad relativa puede ser más baja debido, parcialmente, a que la humedad exterior es usualmente más baja y, en parte, también, a que la temperatura de la cueva difiere de la temperatura exterior del aire. Una caída en la temperatura incrementa la humedad y una elevación en la temperatura la disminuye. Así, en el verano, el aire que penetra en una cueva fría se satura rápidamente sin absorber agua de las paredes de la cuyeva. En invierno, el aire se calienta cuando entra en las cuevas y, en una pequeña distancia, su humedad disminuye. En los sectores más profundos, la humedad de este aire caliente se eleva, lentamente, hasta alcanzar un nivel de saturación. El efecto opuesto ocurre cuando las corrientes de aire fluyen hacia el exterior de los conductos subterráneos. Los efectos de la circulación del aire son especialmente notables en el control del clima subterráneo y pueden modificar, completamente, los efectos y regularidades descritos anteriormente. Estos fenómenos son más importantes en cuevas con varias entradas a diferentes alturas, pero los circuitos de convección también se producen en cuevas con una sola entrada y, bajo ciertas condiciones se pueden producir los llamados cmitores, o corrientes de aire falsas, especialmente asociados, en Cuba, a los flujos de aire en cuevas que constituyen trampas térmicas de calor. Tipos de cuevas de acuerdo con la circulación del aire En general se conoce como circulación en saco de aire la que se produce en cuevas con una sola entrada, o cuevas estáticas, y circulación en tubo de viento la que se realiza en cuevas con diferentes entradas, también llamadas cuevas dinámicas. En ambos casos, la circulación puede ser ascendente o descendente, múltiple o sencilla. El esquema de funcionamiento se describe a continuación. En el saco de aire, la circulación varía según la estación y en correspondencia con que la cavidad sea ascendente o descendente o, incluso, horizontal respecto a la abertura del “saco”. Durante el verano, el aire que penetra en la cavidad se enfría al contacto con el aire y las paredes de la cueva. El enfriamiento la hace descender y el aire regresa al exterior próximo al piso de la cavidad. En cavidades ascendentes, el circuito de convección iría hasta el fondo y se emitiría aire fresco por la entrada; si fuese descendente, suele quedar una bolsa de aire frío permanente y el circuito provoca una débil corriente de aire. Si es horizontal, suele conservarse aire frío en las zonas deprimidas. Pero en invierno, todo este esquema se invierte. El aire exterior penetra en la cavidad, calentándose, y generando una bolsa de aire caliente en una cueva ascendente, o una gran aspiración a nivel del piso, si fuese descendente o conservación de aire caliente en las bóvedas altas si fuese horizontal. En climas templados, durante la primavera y el otoño, se presentan esquemas más suavizados. En el tubo de viento, las entradas superiores siempre son más cálidas que las inferiores, ya que el aire caliente es más ligero y tiende a ascender. Pero como el aire interior suele ser más caliente que el exterior en toda la cavidad durante el invierno, se producirá una entrada



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del aire exterior por la entrada inferior, un calentamiento interno y una expulsión, a veces particularmente intensa por las entradas de la cumbre, a veces llamadas “huecos” o “pozos sopladores”. En el verano, como la cavidad en su conjunto es más fresca que el exterior, el aire frío suele salir violentamente por la entrada inferior y atraerá el aire de los niveles superiores. En ciertas angosturas la velocidad del viento puede ser particularmente alta y permite calcular su presión motriz. No pocas veces, la presencia de corrientes de aire constantes han sido excelentes indicadores para proseguir la exploración de muchas cavernas. Este efecto de chimenea directo o inverso se presenta, normalmente sobre ciclos anuales y, en invierno o después de lluvias intensas, forman columnas de vapor de agua visibles a gran distancia. Es el fenómeno llamado de las cuevas humeantes, que ha permitido descubrir no pocos accesos, a diferentes alturas, de grandes sistemas cavernarios, particularmente en el Occidente de Cuba. Un fenómeno a veces adscrito al efecto de chimenea o a la circulación mñas general, de tubo de viento, es el de las “cuevas que respiran”. No es un fenómeno muy estudiado que se produce cuando el aire se mueve hacia el interior por unos pocos minutos y hacia el exterior por otros tantos, como si la cueva, en realidad, estuviese respirando. El fenómeno es semejante al llamado “Resonador Compuesto de Helmholtz” . El agente que lo produce es, probablemente, la turbulencia del viento que sopla cuando pasa la entrada. La velocidad es menos importante, ya que el resonador responde a pequeñas perturbaciones en la corriente de aire que están en fase con la frecuencia de resonancia. Los cambios de presión pueden producir, también, corrientes de aire. La mayor parte de las entradas a los conductos subterráneos están ventilados debido al intercambio de aire con el exterior. Tal intercambio varía en función de la presión cambiante en la atmósfera exterior. Estos cambios son de dos tipos periódicos y no periódicos. El más importante es el cambio periódico que ocurre con un período de 24 horas resultante de la diferencia de temperatura del aire entre el día y la noche. Durante el día, el aire es más caliente, se hace menos denso y la presión disminuye. Durante la noche ocurre lo contrario. Normalmente, el aire, entonces, comienza a fluir hacia la cavidad al atardecer y desde ella, al amanecer. Variaciones no periódicas están asociadas con el paso de un frente de tormenta o un huracán. Entonces, tales efectos se superponen a la fluctuación diaria y la cueva se ajusta al efecto resultante de ambos cambios. Un fenómeno particularmente interesante es el de las trampas térmicas. Se trata de cuevas o sectores de cuevas donde las regularidades descritas anteriormente no se cumplen y están asociadas, por ello, a focos internos de emisión de calor o de frío. Las trampas térmicas pueden ser permanentes, episódicas o estacionales. Las trampas de calor son comunes en climas tropicales mientras que las frías lo son de climas templados. Las primeras suelen asociarse a la conjugación de factores morfológicos y biológicos y, en particular con la producción local de calor derivada de reacciones exotérmicas biogeoquímicas, entre las que destacan la descomposición del guano del murciélago Phylonicteris poeyi, de hábitos especialmente gregarios. En Cuba hay notables ejemplos de las llamadas “cuevas de calor”.



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Las trampas frías más espectaculares son las llamadas cuevas de hielo, y están asociadas a cuevas situadas a gran altitud que presentan una temeratura inferior a la congelación cuando la temperatura media annual es inferior a 0°C y, por ende, contienen hielo durante todo el año. La Cueva de Los Gigantes de Hielo, en los Alpes austriacos es uno de los más notables ejemplos de este tipo. Ledenika o Cueva Fría, en Bulgaria, es una de las más famosas del mundo. Nivel biótico Uno de los aspectos más interesantes de los ecosistemas subterráneos es la biota (bacterias, flora y fauna) que habita en la compleja red de galerías, grietas, fisuras y pasajes del subsuelo, algunos de ellos permanente o temporalmente inundados de agua. Por lo general, la diversidad biológica y la biomasa son relativamente bajas. En estos ecosistemas, básicamente en las partes más profundas, están representados pocos ejemplares de pocas especies, aunque con atributos que los hacen únicos. Uno de los aspectos más singulares es que los animales que habitan las cuevas exhiben diferentes estados de adaptación a tal ambiente, debido, ante todo, a las singulares condiciones de iluminación, silencio, humedad relativa, presión y temperatura, que convierten al sistema subterráneo en un entorno terrestre excepcional. De acuerdo con tal nivel de adaptación se han propuestos diversos sistemas que pretenden clasificar a los organismos cavernícolas en diferentes categorías ecológicas. El que se ofrece a continuación es el más extendido y fue propuesto por Schiner (1854) y completado por Racovitza (1907): Troglobios Son los verdaderos animales de las cavernas, que no podrían

sobrevivir en un ambiente diferente. Por lo general exhiben adaptaciones morfológicas evidentes (despigmentación, anoftalmia o reducción ocular, alargamiento de los apéndices). Ejemplos: peces y camarones ciegos, grillos de cueva, etc.

Troglófilos Especies facultativas que normalmente viven y se reproducen en cuevas, pero que también pueden ser encontradas en hábitats frescos, húmedos, oscuros y protegidos del ambiente epígeo. Suelen separarse en dos grupo, los subtroglofilos, que presentan adaptación al ambiente subterráneo y usan la caverna solamente como refugio temporal, y los eutroglofilos, que están bien adaptados a la vida bajo tierra, pero que en condiciones favorable pueden volver al ambiente epígeo. Estos animales son la fuente de origen de todos los troglobios.

Troglóxenos Especies que utilizan las cuevas como refugio, pero que no completan su ciclo de vida en ellas. Por lo general regresan periódicamente a la superficie en busca de comida o para reproducirse. Muchas de ellas son especies de hábitos nocturnos. Los murciélagos son el caso más común, aunque se pueden mencionar a las ratas, majáes, lechuzas, avispas, entre otros.

Como cualquier otra clasificación que pretenda esquematizar o encasillar la extraordinaria diversidad del mundo viviente, esta no es más que una forma de aproximación a la realidad. Otros autores han añadido otras categorías, como “especies de umbral” (aquellas que habitan en las zonas de penumbra, cerca de las entradas), “especie accidentales” (aplicado a las especies epígeas que por alguna razón pueden ser halladas, en un momento determinado, en el interior de una cueva, pero por lo general sin llegar a constituir una



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población en la misma), “parásitos” (especies parásitas que por su condición dependen del hospedero y no de los factores cavernarios para su supervivencia), etc. En el caso de la fauna acuática, los términos de troglobio, troglófilo y troglóxeno son sustituidos por estigobio, estigófilo y estiglóxeno. Sin embargo, a diferencia de la fauna terrestre, en la acuática son muy raros los estiglóxenos. Los animales más comunes en las cuevas son los troglófilos, que pueden formar más de la mitad de la comunidad cavernícola. Los menos comunes son los troglobios, los verdaderos cavernícolas que, en algunas cuevas de países templados pueden llegar a constituir hasta el 20% de la población total pero, en el trópico pueden ser tan bajos como el 5% o resultar totalmente inexistentes. Una de las explicaciones dadas a este fenómeno ha sido el de la mayor abundancia de recursos tróficos en las cuevas tropicales, lo cual haría que la selección natural favorezca el desarrollo de un número importante de nichos mutuamente exclusivos, mientras que en las cuevas templadas la menor abundancia de alimento obligaría a los animales a explotar las pocas fuentes disponibles y a sobrevivir adaptándose a condiciones más extremas. Entre las adaptaciones que presentan las especies animales troglobias, proceso que recibe el nombre de troglobización, se pueden mencionar las siguientes: Despigmentación del tegumento, atrofia ocular; adelgazamiento de los apéndices, con hipertrofia de otros órganos no ópticos; y una tasa metabólica muy baja. Adicionalmente, se pueden observar otras adaptaciones, como: (1) gigantismo, (2) puesta de un menor número de huevos, pero estos de mayor tamaño que el de especies afines; (3) cuerpo estilizado, con los apéndices muy alargados; (4) entre los insectos, puede ocurrir apterismo (pérdida o atrofia de las alas); (5) simplificación, reducción o asimetrías en ciertos órganos internos (tubo digestivo, gónadas, glándulas endocrinas, etc.); (6) cambios de la conducta (ausencia de ritmos diurnos y estacionales, fototropismo negativo o indiferencia a la luz, pausada exploración en la búsqueda de alimento y escasa agresividad depredadora, etc.). El origen de los troglobios y el valor adaptativo de sus reducciones estructurales han sido motivo de encontradas discusiones científicas y aún se continúa investigando sobre el tema. Algunos, incluso, han llegado a postular que los troglobios no se han originado en las cuevas, sino que habitan en estas porque sus ojos degenerados y la falta de pigmento les impiden continuar habitando en el medio hipogeo. Como los principales factores limitantes del ecosistema cavernícola son el alimento y el agua, la mayoría de los organismos terrestres son estenohidróbicos, de manera que están restringidos a galerías o grietas donde no solamente hay suficiente alimento, sino también suficiente humedad, factores que determinan el grado de complejidad de la comunidad. La diversidad biológica subterránea está positivamente correlacionada con el contenido orgánico de los sustratos, por lo que las cuevas que disponen de bajo suministro de alimento tienen pocos habitantes. En las cuevas, el flujo de energía está relacionado con la distribución de iluminación en la cavidad. En la zona subliminar o de penumbra pueden ser detectadas pequeñas cantidades de luz, por lo que ciertas plantas despigmentadas pueden crecer. Las pteridofitas sufren alteraciones en el ciclo de reproducción de esporas, en tanto los musgos y las hepáticas pierden el esporangio. Las angiospermas no producen flores o frutos y los hongos no producen cuerpo frutescente. Las algas también tienen problemas de reproducción, pero



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pueden adaptarse mejor que otras plantas, creciendo con una intensidad menor que 1/2000 de la luz exterior. Finalmente, los líquenes perecen al alterarse su relación simbiótica. En general, las plantas se consideran trogloxenos, excepto en el caso de algunas briófitas que, bajo ciertas condiciones, pueden clasificarse como troglófilas. Como no existe fotosíntesis en las cuevas, la mayor parte de los nutrientes son traídos desde el exterior en las aguas de escurrimiento, de infiltración, en residuos vegetales que caen en los sumideros o en las excrecencias de animales que se alimentan en el exterior y llegan a la caverna a descansar. La cantidad de alimento disponible para los troglobios es limitada y no sería suficiente de no ser por la extrema eficiencia con que la utilizan. Todos los organismos son prácticamente heterótrofos y la cadena alimenticia se aproxima a un sistema ecológico cerrado. Los únicos animales que pueden considerarse autótrofos son las bacterias quimiosintéticas, que tienen la habilidad de sintetizar su propia sustancia en ausencia de luz. La cadena alimenticia comienza entonces, por los descomponedores, que se encargan de transforma la madera, el guano, la vegetación en descomposición, cadáveres y otra materia orgánica para que puedan ser utilizadas por animales a niveles superiores. Aquí se incluyen, en el medio terrestre, las bacterias, protozoarios y hongos Le siguen los saprófagos, pero también los coprófagos, necrófagos y pequeños omnívoros, como las cucarachas, mientras que en el medio acuático se incluyen copépodos, isópodos y moluscos, entre otros. El tercer y más alto nivel lo forman los depredadores, que tienen numerosos representantes en las cuevas, como los murciélagos carnívoros, las ratas, ofidios (culebras y majáes), peces, ranas y sapos, las arañas, alacranes, ciempiés, hormigas y ectoparásitos de murciélagos y ratas. De acuerdo con sus hábitos de vida, cada especie animal ocupa uno o varios de los estratos (techo, paredes, suelo, acuatorios) y zonas (entrada o zona de umbral, zona de penumbra y zona de oscuridad absoluta) de la cueva. Sin embargo, aunque algunos troglófilos son capaces de penetrar en la parte profunda de la cueva (que es la más estable climáticamente y la que además posee la mayor humedad), en esta proliferan los troglobios, pues es aquí donde hallan los máximos requerimientos ecológicos (lo cual no les impide, a veces, incursionar en otras zonas de la cueva).



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Antecedentes históricos Los años finales del siglo XIX marcan el inicio de la primera gran etapa del estudio hidrogeológico de uno de los medios acuíferos agrietados más controvertidos: el carso. En la penúltima década de ese siglo, Cvijic comienza los más rigurosos estudios del llamado Carso Dinárico, publicando hacia 1893, su fundamental obra "Das Karstphänomen", trabajo en el que "se expusieron las primeras y brillantes ideas sobre hidrogeolgía cársica, con observaciones tan serias e importantes que en sus líneas generales no se han cambiado y hoy constituyen conceptos básicos sobre los que se apoyan nuestros conocimientos sobre Hidrogeología del Karst" (Llopis, 1970). Otra de sus obras clásicas fue Hydrographie souterraine et evolution morphologique du Karst. Quizás el mejor análisis de las ideas de Cvijic fue el elaborado, en su momento, por Roglic (1965). Aproximadamente en la misma época, Eduardo Alfredo Martel funda la Sociedad Espeleológica de Francia, la primera del mundo, sentando -con ello- las bases de la moderna Espeleología. Entre sus obras más destacadas merecen citarse Les Abismes (1893), L'evolution souterraine (1908), La France ignorée (1928) y La Spéléologie au siecle XX, publicado hacia el final de su vida. Las conclusiones, muchas veces polémicas, de estos dos investigadores y, en particular, la concerniente a la existencia o no de un nivel de agua subterránea continuo en el carso, promovió el desarrollo de una fuerte controversia por parte de diferentes autores, con especial énfasis a la circunscripción del origen de las cavernas a determinada zona hidrodinámica, sobre todo, a partir de la fuerte influencia de Grund (1903) quien señaló que éstas se originaban en la parte superior de un nivel continuo de aguas subterráneas. En buena medida, el llamado "problema del origen de las cavernas" derivó importantísimas consecuencias respecto a la hidrodinámica de los medios agrietados y, en particular, para la hidrodinámica del carso. A partir de entonces, dos problemas capitales centraron la atención de los hidrogeólogos: la aclaración de la presencia o no de un nivel continuo de aguas subterráneas en los macizos cársicos, semejante a la "capa freática" de los acuíferos en medios porosos, y el concerniente al origen de las cavernas. Ambos han estado tan estrechamente vinculados, que marcaron toda una etapa en el estudio del carso y de la cual, sin dudas, W. M. Davis fue su mayor exponente, aún cuando puedan discreparse de sus conclusiones. Pocos años después que Grund publicara su clásico estudio sobre las aguas subterráneas en el carso, algunos autores como Greene (1909), Beede (1911) y Addington (1927) no consideraron la influencia del nivel de las aguas subterráneas en el control de la carsificación vertical y apenas lo estudiaron. La causa del flujo horizontal y de galerías subterráneas superpuestas, por ejemplo, la explicaban argumentando la presencia de estratos impermeables o a la influencia de niveles de base de erosión de corrientes fluviales epigeas. Por otra parte, autores como Matson (1909), Weller (1927) y Swinnerton (1929), reconocieron el importante papel del nivel de las aguas subterráneas en la dinámica de los sistemas de flujo y, por ello, en la formación de cavernas y, aunque no pensaron en la posibilidad de una circulación más profunda, capaz de producir carsificación, supusieron -no sin razón- que la más intensa disolución ocurría en el límite de las llamadas zonas "vadosa" y "freática", siguiendo la terminología de Grund y Meinzer (1927)



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Sin embargo, autores europeos como Katzer (1909) y Bock (1913) señalaron los rasgos esenciales que, inicialmente, serían los más importantes en la formación de conductos cársicos. En este sentido, sugirieron que la velocidad del flujo sería un elemento determinante. No obstante, especulando sobre la presencia de una masa integral de agua sometida a presión en los macizos cársicos, indicaron que la zona de excavación se encontraría por debajo de la superficie potenciométrica. En 1930, William Morris Davis publicó su clásico estudio sobre el origen de las cavernas. A partir de entonces, desde el punto de vista hidrodinámico y, por ende, genético, comenzaron a distinguirse dos tipos esenciales de conductos: aquellos debidos a la acción de las aguas subterráneas en la llamada "zona freática" y las que se originaron como consecuencia de la acción disolvente de las aguas infiltradas en la "zona vadosa". Tales cuevas fueron llamadas por Davis, respectivamente, cuevas del doble ciclo y cuevas del ciclo único y, por lógica generalización de su teoría, por tanto, cuevas freáticas y cuevas vadosas. Aunque Davis formalmente reconoció que sus ideas eran similares a las de Grund (Fig. 7), a diferencia de éste propuso considerar que la formación de cavernas tenía lugar en la llamada "zona freática". Fig. 7. Patrones de flujo en acuíferos cársicos (según Davis, 1930)

Piper, en 1932, concluyó que la circulación profunda adquiriría cierta velocidad siempre que las aguas no se saturaran de calcita, de manera que las grandes cavernas por él estudiadas se formaron en el límite entre las zonas freática y vadosa. Esta idea fue ampliada por Swinnerton (1932) quien, basándose en los trabajos ya citados de Matson y Weller, estableció que la circulación que ocurre a la altura del nivel de las aguas subterráneas es fundamental en la formación de conductos, apoyándose en la tesis de Finch (1904) que suponía que en los acuíferos constituidos por rocas consolidadas existían dos zonas de saturación: una superior, de agua en movimiento, y otra inferior, estática. Swinnerton consideró que si el agua podría fluir directamente bajo el "nivel freático" siguiendo todos los conductos posibles, el más horizontal de todos, por ser el más corto, movería el mayor volumen de agua, de manera que esta zona estaría menos saturada de calcita que aquella que fluye por canales más profundos. El esquema de patrones de flujo adoptado por este autor se representa en la Fig. 8. En 1932 también, O. Lehmann publicó el primer intento de aplicación de la teoría de la mecánica de los fluídos a la aclaración de la circulación del agua subterránea en el carso. Un análisis de este tipo no volvería a hacerse sino treinta años más tarde.



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Fig. 8. Patrones de flujo en acuíferos cársicos (según Swinnerton, 1932)

Gardner (1935) y Malott (1938) estudiaron el papel de la litología y de la evolución geomorfológica en el control de la carsificación subterránea; sin embargo, no consideraron los mecanismos de flujo hipodérmico y de la teoría de la infiltración, sobre todo, porque sus estudios se centraron en aquellos casos de "espeleogénesis vadosa". Hubbert (1940), por su parte, analizó las opiniones de Swinnerton y mostró que, generalmente, el agua subterránea en los medios fisurados se mueve siguiendo patrones curvos y que los conductos alternos para el fluído no eran posibles, de manera que elaboró un esquema diferente del flujo en acuíferos cársicos (Fig. 9) Fig. 9. Patrones de flujo en acuíferos cársicos (según Hubbert, 1940)

En 1941, Rhoades y Sinacori elaboraron un esquema similar al anterior, concluyendo que la disolución será mayor allí donde el flujo está más concentrado. De este modo, según esos autores, la excavación comenzaría en el punto de descarga del acuífero hacia una corriente superficial progresando horizontalmente en sentido contrario a la dirección del flujo, como se muestra en la Fig.10. Al año siguiente, 1942, Bretz estudió una serie de formas de erosión en las cavernas que vinculó a las etapas de inundación por "aguas freáticas", así como a la presencia de corrientes "vadosas" en la segunda etapa davisiana de evolución del circuito de drenaje subterráneo. Durante años, la teoría de Davis sobre el origen de las cavernas y por ello, sobre el origen de los circuitos de flujo concentrado en acuíferos agrietados cársicos, predominó en la literatura. Sucesivos reajustes y modificaciones promovidos por el desarrollo de la exploración netamente espeleológica señalaron otros procesos de formación de elementos de


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conducción; sin embargo, la eclosión de estudios que ella produjo marcó uno de los más importantes capítulos en la historia de la hidrogeología. Fig. 10. Patrones de flujo en acuíferos cársicos (según Rhoades y Sinacori, 1941)

En la actualidad, bajo un diferente esquema conceptual aplicando, sobre todo, métodos de análisis físico-matemático se ha ido abandonando, poco a poco, la tendencia de la apreciación cualitativa de Davis y sus seguidores que, de hecho, resolvían todo el problema hidráulico en el carso adscribiendo cada caverna (o circuito de drenaje) a uno u otro proceso genético, simplificando, en demasía, la complejidad hidrodinámica de la organización y desarrollo del drenaje subterráneo en los medios agrietados. Ya a principios de los años cincuenta comenzaba a manifestarse, más nítidamente, una diferenciación entre los seguidores de Davis, ocupados en fundamentar los rasgos distintivos entre las cuevas "vadosas" y "freáticas" y los autores cuyas investigaciones estaban encaminadas a la definición de las características del drenaje superficial y subterráneo en el carso. Probablemente, el motivo de esta ruptura deba buscarse en el diferente enfoque del estudio por ambos grupos de investigadores. Los primeros adoptando y, muchas veces, extrapolando arbitrariamente a los sistemas cársicos los conceptos hidrodinámicos comunes a acuíferos en medios porosos homogéneos, y los segundos, estableciendo las principales diferencias entre éstos y los sistemas de flujo en medios agrietados, dirigiendo sus esfuerzos a la definición de una zonación hidrodinámica válida para la precisión de las leyes hidráulicas en este tipo de acuíferos. Por esta misma época, en Cuba se publica un primer intento de sistematización espeleogenética (Núñez Jiménez, 1955) que, esencialmente, se basa en los criterios de Davis y sus seguidores, por lo que distingue fundamentalmente tipos freáticos y vadosos, separando de estos últimos los llamados tipos fluviales (esto es, individualizando el entonces llamado vadose flow de los autores anglosajones) e introduciendo el tipo de “cueva marina”. En 1967, esa clasificación fue perfeccionada por su autor, aunque manteniendo los criterios esenciales de 1955 y distinguiendo tipos, subtipos y fases evolutivas lineales en la formación de cavidades subterráneas. Entre 1952 y 1975, todos los estudios espeleológicos realizados en Cuba estaban basados en esta clasificación o sus principios (Núñez 1952, 1970, 1975; Acevedo, 1965a, 1965b, 1967; Viña, 1970; Graña, 1970; Skwaletski e Iturralde, 1973, entre otros), aunque ya en esta fecha, otros criterios de distinción comenzaban a ser empleados (Molerio y Valdés, 1975, Molerio, 1975b). El desarrollo de la geomorfología cuantitativa y la hidrogeología cársica imprimió nuevas modalidades en la interpretación de las teorías sobre el desarrollo de las cavernas y



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conductos cársicos y, en general, de las llamadas formas de conducción del carso. De este modo, en la década de 1960 comienza a reevaluarse, de acuerdo con las conclusiones derivadas del estudio de nuevos modelos físicos y matemáticos, los principales rasgos de las cavernas. La hidrogeología cársica avanzó considerablemente al considerarse, con mayor rigor, la hidráulica de los conductos cársicos y la físico-química de las soluciones carbonatadas. De este modo, White y Longyear, en 1962, demostraron que los flujos en canales y conductos cársicos son turbulentos, es decir, ocurren en régimen no líneal, lo que impone ciertas restricciones tanto al desarrollo de las formas de conducción como en la determinación cuantitativa, de las variables que estructuran el campo de propiedades físicas en ese tipo de acuíferos. Roglic (1965), Bögli (1965) y Gams (1965) señalaron indistintamente fenómenos de corrosión interna de gran trascendencia en la explicación del movimiento de las aguas y la evolución del drenaje en el carso. Curl y Goodchild (1966), partiendo del principio de que formas de erosión tales como los scallops registraban las velocidades de flujo, establecieron una relación entre la longitud de estos y el Número de Reynolds, de manera que fue posible precisar la longitud del scallop como elemento de medida de la velocidad del agua subterránea. Howard (1964) y Palmer (1969) indistintamente, aplicaron la teoría de la mecánica de los fluidos al movimiento del agua subterránea en pequeños canales, ensayando estas conclusiones en la interpretación del desarrollo de las cavernas y Thrailkill (1968), examinó detalladamente la hidráulica de los conductos y el desarrollo de las cavernas a partir, simultáneamente, del estudio de la mecánica del flujo en tuberías y de factores de orden físico-químico. White y White (1970) aplicaron a las cavernas un análisis de hidráulica de canales y calcularon algunos índices fundamentales que caracterizan el movimiento de los fluidos a sectores del sistema cavernario Flint Ridge-Mammoth Cave. En 1977, Atkinson determina los valores de rugosidad y factor de fricción actual al drenaje subterráneo en Mendip Hills, discriminando el volumen de flujo concentrado del difuso en el caudal total drenado por un carso. Entre 1974 y 1978, estudiando el comportamiento hidrodinámico de algunos manantiales cársicos que drenan a través de cavernas en el carso, el autor destacó que la descarga en tales conductos se efectúa en régimen turbulento que se mantiene, incluso, en los cursos subterráneos de las cavernas a través de las cuales circulan (Molerio, 1975c; Molerio y Guerra, 1977; Varela y Molerio; Varela, Molerio y Guerra, 1978; Molerio, Díaz, Guerra y Carvajal, 1978). De esta época datan los primeros intentos de explicar el desarrollo de las cavernas aplicando principios hidráulicos y de la cinética química (Palmer, 1975; Wigley, 1976, Rauch y White, 1977 y Plummer et al., 1978). Los fundamentos de la modelación matemática y de la propia simulación y, con ello, del pronóstico del desarrollo de las cavernas y conductos cársicos se expresó, intensamente, a partir de las dos décadas siguientes en tres direcciones fundamentales: • El pronóstico de la dirección del cavernamiento, con los trabajos de Eraso y sus

colaboradores Eraso, 1975, 1982, 1985/1986; Eraso et al., 1992) esencialmente basados en el análisis microtectónico.


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• La simulación del crecimiento tridimensional de los conductos cársicos y las cavernas combinando técnicas hidráulicas y de cinética química (Palmer 1981, 1988, 1991, 1995, 1998; Dreybrodt 1990, 1992, 1993, 1995, 1996, 1998; Dreybrodt y Buhmann, 1991; Dreibrodt y Siemers, 1997).

• La simulación de la posición y distribución espacial de los conductos cársicos y el

cavernamiento aplicando métodos complejos de análisis geodinámico, morfodinámico, hidrodinámico, físico-químico y termodinámico (Molerio 1982a, 1985a,1985c, 1986a, 1986b, 1988, 1989b, 1989c, 1989d, 1990, 1992c, 1992d, 1995b, 1996; Molerio Guerra y Flores 1984, Molerio et al. 1997; Molerio 2000) o técnicas geoestadísticas (Jacque y Jeannin, 1994)



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Modelos conceptuales. Modelo conceptual del carso Cualquier acción que se emprenda sobre un sistema natural presupone el conocimiento de su comportamiento ante el estímulo a fin de prever adecuadamente sus consecuencias. A más de un siglo de los fundamentales trabajos de Jovan Cvijic en el Krs de Yugoslavia no puede decirse que, en el carso, se conozca tal comportamiento. No sólo como fuente de conocimiento primario, sino por la necesidad de actuar en beneficio de las economías nacionales es que se impone disponer de un claro concepto del carso y de los procesos que en el tienen lugar. Numerosos países en vías de desarrollo poseen vastas extensiónes de sus territorios ocupadas por rocas carsificadas, de manera que el carso tiene un cierto peso en la conformación de sus economías y, por ende, debe ser evaluado con rigor y seguridad suficientes como para permitir realizar pronósticos certeros de su utilización. En el caso de Cuba, cualquier tratamiento del carso significa una aplicación que toma en cuenta el 65% de la superficie país y desde los 1000 metros sobre el nivel del mar hasta la profundidad de -200, para cualesquiera objetivos de ingeniería, manejo y gestión ambiental, aprovechamiento de recursos hidráulicos, minerales, turístico, agrícolas y ganaderos y la construcción civil e hidrotécnica. La importancia social, económica, política, ambiental y militar del adecuado tratamiento de los fenómenos cársicos es incuestionable. Como quiera que un objetivo de esta naturaleza queda fuera del alcance de los métodos de análisis cualitativo tradicionalmente empleados en la interpretación del carso y también de muchos métodos analíticos que, como consecuencia de un planteamiento inadecuado del problema ofrecen sólo soluciones parciales o incompletas, es obvio que resulta imprescindible la búsqueda de recursos físicos -y por supuesto, matemáticos- que permitan avanzar, multidisciplinariamente, en la descripción y simulación del sistema. Por lo común, los modelos conceptuales del carso se reducen a distinguir sus propiedades morfológicas o hidrológicas independientemente. En algunos casos, suelen reunirse ambas, mientras que en otros, se insiste, para la conformación del modelo, en ciertas peculiaridades de la evolución de estos macizos o se les compara con las características de otros medios geológicos. Resulta frecuente, sin embargo, que la mayor parte de los rasgos que se toman como característicos del carso no resulten de aplicación universal. En ciertas ocasiones no pueden, siquiera, ser generalizados dentro de una misma zona climática o estructuro-facial, lo que impide descubrir las leyes más generales que rigen el desarrollo del carso. Con el inicio de las evaluaciones regionales comenzaron a aparecer los modelos conceptuales del carso. La evolución de las ideas acerca de la naturaleza de los mecanismos y fenómenos que provocan la carsificación ha estado matizada por una aguda polémica acerca de los procesos genéticos y la evolución del drenaje en las comarcas carsificadas (Mandel, 1961; Thrailkill, 1968; Llopis, 1970; Jennings, 1971; Herak y Stringfield, 1972; Burger y Dubertret, 1975; LaMoureaux, Wilson y Memon, 1984; Molerio, Guerra y Flores, 1984; entre otros). Sin embargo, hasta el presente, ningun modelo es capaz de explicar o servir de base para explicar, simultáneamente, los tres problemas cardinales de la evolución del carso: la químico-física de los procesos de disolución, transporte y deposición que ocurren en el sistema; el desarrollo de las formas superficiales y subterráneas del relieve; y, la organización y evolución de la compleja red de drenaje de estos macizos, tanto la que discurre en superficie como la que circula subterráneamente.



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Las dos últimas décadas han sido testigos de una eclosión de métodos muy rigurosos de estudio del carso que interesan varias disciplinas. Ello ha permitido lograr aproximaciones cada vez más precisas al conocimiento de la estructura y el comportamiento del medio cársico. Por este motivo, fenómenos que parecían de difícil explicación o atribuidos a un místico comportamiento aleatorio del sistema resultan ahora propiedades intrínsecas o de tendencia del sistema. La heterogeneidad manifiesta, la discontinuidad del intrincado sistema de colectores-conductores, y la pronunciada anisotropía tridimensional progresiva con que se estructura su campo de propiedades físicas son, sin dudas, sus rasgos más sobresalientes, pero a veces, el haber sobreestimado estos rasgos ha impedido, en buena medida alcanzar una visión de conjunto del problema. Intentando desarrollar un tratamiento físico-matemático del carso que deviniera en un modelo de simulación de su desarrollo, el autor adopto un modelo conceptual del carso que, sin pretender universalidad de aplicación, resultara lo bastante general como para permitir fundamentar los algoritmos parciales que lo describieran adecuadamente. En este sentido reunió los resultados de los trabajos de no pocos investigadores y en su elaboración primaron aquellos derivados de la aplicación de diferentes técnicas de análisis de sistemas y pruebas de depuración de información y de contrastación matemática de hipótesis. El modelo conceptual adoptado considera al carso como resultado de la interacción de procesos hidrodinámicos y termodinámicos. Durante el análisis previo mostró su validez, en el primer caso, mucho del aparato matemático derivado para medios discontinuos, heterogéneos y anisotrópicos y, en ciertos casos, para medios homogéneos. En el segundo caso fueron útiles, sobre todo, los principios de la termodinámica de los procesos de no equilibrio. Algunos de los resultados parciales, consecuentemente, fueron adelantados en los últimos años como parte de una sostenida labor de varios equipos de trabajo (Molerio, 1975a, 1975b, 1982, 1984a, 1984b, 1984c, 1985a, 1985b, 1985c, 1986a, 1986b, 1986c; Molerio, Guerra y Flores, 1982; Molerio y Valdés, 1975; Molerio y March, 1985; March, 1984; March y Molerio, 1987; Guerra, 1986; Valdés, 1975, 1981, 1984; Fagundo, Pajón y Rodríguez, 1981; entre otros). El carso (Fig. 11), como resultado de la interacción de procesos físicos y químicos sobre las rocas carbonatadas, viene definido por las siguientes propiedades (Molerio, 1982, 1985a, 1985b, 1986a, 1986b, 1988, 1989a, 1989b): • Se trata de un sistema termodinámico abierto, es decir, en interacción con el medio

exterior; • Las variables del campo de propiedades físicas exhiben anisotropía tridimensional

progresiva; • El espacio que constituye el medio acuífero se presenta rigurosamente jerarquizado

(Tabla 1); • Cada espacio presenta un dominio de flujo particular y entre ellos se manifiesta

intercambio de masa y energía; • Consecuentemente, el campo de propiedades físicas se define y estructura para cada

espacio; • Se manifiesta una fuerte influencia del factor de escala sobre el campo de propiedades

físicas;



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• En el sistema, el trabajo se manifiesta mediante la formación y desarrollo de estructuras autorreguladas de disipación de energía que, mediante retroalimentación, afectan el proceso;

• Un momento de inercia, función del estado inicial del sistema, que modula jerárquicamente las respuestas a los estímulos inducidos natural o artificialmente;

• La elevada dependencia del tiempo de las propiedades que caracterizan el campo de propiedades físicas;

• La irreversibilidad del proceso de carsificación y su evolución unidireccional. Fig. 11. Esquema general de un macizo cársico

De este modo, puede concluirse que el carso se caracteriza por constituir un sistema en el que interactúan diferentes espacios. Circunscribiéndonos a la fase liquida, esta interacción representa un intercambio de materia y energía entre los diferentes espacios constitutivos del sistema y entre estos y el medio exterior (Tabla 1). Bajo tal modelo conceptual, la búsqueda del algoritmo que contenga el sistema de ecuaciones capaz de describir el funcionamiento del sistema y su evolución, aunque no deja de ser una tarea en extremo compleja, se facilita por razón de la naturaleza física del conjunto de variables involucradas. Tomando en cuenta, entonces, la susceptibilidad al tratamiento físico-matemático de esta concepción, nos ha resultado posible abordar el conocimiento del carso como sistema y avanzar hacia el pronostico de su comportamiento -de su evolución, en definitiva- bajo diferentes condiciones de contorno, en correspondencia con la necesidad, expuesta hace mas de una década (Molerio y Valdés, 1975), de acometer la solución de algunos problemas teóricos que pudieran satisfacer ciertos objetivos de naturaleza pragmática planteados por la utilización multipropósito del carso, relieve que, solo en Cuba, se extiende sobre poco mas del 65% de la superficie del país).



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Tabla 1. Espacios constitutivos del sistema cársico (según Molerio, 1985)

CATEGORÍAS DENOMINACIÓN

DEL ESPACIO VOLUMEN

CON RELACIÓN AL

SISTEMA

LONGITUD CARAC-TERÍSTIC

A

RÉGIMEN DE

FLUJO

DIÁMETR

O

1. Cavernas

V ≤ 1%

km.

No lineal de alta

velocidad

m

2. Grietas y discontinuidades en general (macrofracturas):

km.

No lineal de alta

velocidad

mm - m

- Fallas km. Lineal m - Diaclasas.

km.

Lineal

mm-cm

- Planos de estratificación.

km.

Lineal

cm

M A C R O D I S C O N T I N U I D A D E S

- Planos de esquistosidad.

1% ≤ V ≤ 5%

cm

Lineal

mm

3. Poros de la matriz rocosa (microfracturas):

mm

≤ 0,1 mm

- Exfoliación mm 0,1 mm - Esquistosidad mm 10 µ - Clivaje

5% < V ≤ 40%

mm

No lineal de baja

velocidad (microflujo)

0,1 µ

E S P A C I O

C A R S I C O

E S P A C I O

A G R I E T A D O

N O

C A R S I C O

E S P A C I O

P O R O S O

M I C R O D I S C O N T I N U I D A D E S

4. Matriz sólida

V > 40%

No lineal de baja

velocidad (no flujo)

< 1 mm

En los últimos años, diferentes aspectos de este modelo han sido estudiados con cierto detalle, como por ejemplo, la estructura del campo de propiedades físicas (Molerio,


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1982a,1984b, 1984c), el efecto del factor de escala sobre estos (Molerio 1975d, 1984a, 1984b, 1984c); la dependencia del tiempo de las propiedades físicas (March y Molerio, 1987); la relación entre estas, los espacios constitutivos del universo cársico y sus dominios de flujo (Molerio, 1985a, 1985b, 1985c); las posibilidades de aplicación de modelos analíticos basados en la física del doble continuo (Molerio, 1985a, 1986a) o del continuo múltiple interactuante (Molerio, 1988, 1989a, 1989b, 1989c, 1989d, 1990); los fenómenos de transferencia de masa y energía en el sistema (Molerio, 1992a, 1992b, 1993, 1995b, Molerio y Sardinas, 1995; los criterios hidro- y termodinámicos que caracterizan al carso como sistema (Molerio, 1992, 2000); la extensión de este modelo a los procesos morfodinámicos de modelado del relieve (Molerio, 1988), y las perspectivas que brinda esta concepción general para el pronostico de la respuesta del sistema a los estímulos naturales o artificiales (Molerio 1989a, 1989b, 1989c, 1989d, 1990, 1992a, 1992b, 1992c, 1992d, 1995a, 1995b). Las tentativas de aproximación al conocimiento del sistema distan aun de ser completas. Numerosos aspectos requieren rigurosos estudios para precisar los conceptos enunciados y para comprobar el rango de validez de aquellos que se apartan de los modelos clásicos.



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Modelo termodinámico de desarrollo del carso Cualquier sistema comprende un conjunto de componentes físicos y geométricos, un grupo de acciones exteriores al sistema, y unas leyes de funcionamiento. Para los propósitos de simulación es necesario describir cuantitativamente, además, el dominio de influencia, las condiciones iniciales, y las condiciones en los límites. El modelo conceptual ya fue resumido al tratar la definición del sistema. Como tal, resulta un ente físico sometido a la acción de cinco leyes fundamentales:

• de conservación de energía; • del trabajo mínimo; • de la distribución equitativa del trabajo; • de conservación de la identidad en la coherencia del espacio; • del crecimiento de la entropía.

Conviene detenerse en la concepción general de las leyes de su funcionamiento, ya que las relaciones causa-efecto en el carso no son obvias. Cuando un cierto estímulo (E) llega al sistema, le suministra un determinado valor adicional de energía (ESS). En dependencia del estado inicial del sistema (EIS), lo que en otros términos significa el nivel de energía interna que posee en ese instante, éste responderá con cierta inercia, asimilando y transformando tal estímulo y entregando un cierto valor de energía liberada (ELS). Debido al carácter probabilístico de la entropía, de acuerdo con el balance termodinámico que tenga lugar, ocurrirá o no un cambio hacia un nuevo estado inicial dentro de la tendencia general del sistema a moverse hacia niveles de incremento de entropía (de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica). La modulación de las respuestas del sistema, es decir, su inercia ante el estímulo, es una de las fuentes de estocacidad del movimiento. Asimismo, indica que cualquier transformación no ocurre línealmente y, del mismo modo, que los cambios hacia nuevos EIS son irreversibles. Ello no niega la existencia de algunos ciclos cerrados en el sistema, sino que, por el contrario, éstos afirman la fuerte influencia, en el movimiento, de la componente de tendencia. Las transformaciones de energía que tienen lugar, por lo general, ocurren sin aproximación al equilibrio térmico. Las formas de relieve constituyen una clara manifestación de la parte de energía ESS que se invierte en trabajo, de manera que los efectos medidos a la salida del sistema no son más que niveles de energía remanentes de la energía disipada durante el proceso de asimilación y transformación del estímulo. Tal inversión de energía es la causante del mecanismo de retroalimentación que tiene lugar en el carso y que afecta cada nuevo proceso. De este modo se deducen, cualitativamente, tres características fundamentales de las leyes que rigen el funcionamiento del sistema: 1/ las transformaciones no son líneales; 2/ los procesos son irreversibles, y 3/ el sistema se retroalimenta. Tales deben ser, entonces, las propiedades que debe poseer un modelo de simulación del desarrollo del carso. Una buena aproximación a la representación de la realidad pudiera lograrse, entonces, aplicando técnicas de control de sistemas no líneales con


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retroalimentación, discriminando adecuadamente las no línearidades, ya sean analíticas o no. Uno de los problemas más importantes que se confrontan en el diseño de tales sistemas y, en general, en la correcta apreciación del comportamiento del carso se deben, precisamente, a la invalidación del principio de superposición, ya que la relación causa-efecto (input-output) deja de ser directamente proporcional. Ello equivale a decir que la forma de la respuesta transitoria a los estímulos escalonados no puede encontrarse en la sumatoria de las respuestas a estímulos escalonados o a entradas oscilatorias o con pulsaciones. Por tal razón, las componentes no líneales no poseen una función única de transferencia. Sin embargo, quizás uno de los problemas más serios que resultan de la inaplicabilidad del principio de superposición es el que concierne a la supresión de la relación formal entre el dominio del tiempo y el dominio de la frecuencia en los sistemas no líneales, lo que implica que no parece posible calcular la respuesta en tiempo a partir de la respuesta en frecuencia o viceversa. Esto tiene una importante consecuencia en cuanto a las posibilidades de predicción del comportamiento del sistema, lo cual esta estrechamente vinculado a sus condiciones de estabilidad. Es interesante que los sistemas no líneales pueden ser completamente estables o totalmente inestables y además, pueden presentar oscilaciones sostenidas de amplitud finita, es decir, ciclos cerrados o límite, cuya existencia depende del tipo, magnitud y modo de aplicación al sistema de la función de forcing. Muchos de los procesos que tienen lugar en el sistema son periódicos y estocásticos (Yevjevich, 1971). Las bases físicas del comportamiento periódico se deben a los ciclos astronómicos, en tanto los del segundo tipo se deben a la naturaleza estocástica de la estructura de ciertos procesos que actúan sobre el sistema, resultado, en muchos casos, de la estocacidad acumulada por antiguos procesos del mismo tipo que tuvieron lugar en el curso de la evolución geofísica del sistema en cuestión. Una atención especial, por tanto, se dedica a las fuentes primarias de estocacidad como la turbulencia y vorticidad a gran escala asociada al movimiento de fluidos en el planeta, la aleatoreidad en la transferencia de calor o en general de la transferencia de energía y el efecto, sobre determinados procesos, de las componentes aleatorias del transporte de masas.



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Procesos, leyes y campos físicos involucrados No es necesario insistir que el carso es un sistema dinámico, por cuanto estos se definen como aquellos en que tienen lugar procesos de flujo y de transporte. Tales propiedades del movimiento comprenden el flujo y transporte de materia y energía desde la escala microscópica hasta la macroscópica. Por tal razón, la dinámica del sistema esta controlada en diferente sentido e intensidad por la acción de los campos de fuerzas que actúan sobre el universo al que pertenece el sistema. Tales campos son de tipo gravitacional, eléctrico, magnético, y electromagnético. Los flujos que ellos producen o controlan intervienen decisivamente en el balance termodinámico del sistema. La dirección de los procesos, es decir, la dirección hacia la que evoluciona el sistema puede definirse entonces, por lo que la caracterización de este solamente puede lograrse combinando las ecuaciones de balance de masas, de momento, y de energía con la ecuación de Gibbs para lograr una formulación adecuada que exprese el balance de entropía. Las leyes físicas más importantes que actúan sobre el sistema fueron mencionada anteriormente. Seis grandes grupos de procesos, estrechamente vinculados entre si, determinan el desarrollo del carso. Su peso especifico puede variar al examinar uno u otro caso particular, pero, en suma, no puede prescindirse de la acción de cualesquiera de ellos, lo que obliga a considerarlos cuidadosamente para la comprensión adecuada del problema. Tales procesos son de orden geodinámico, climático, morfodinámico, hidrodinámico, geoquímico, y termodinámico, ejerciendo su acción sobre el sistema tanto de forma instantánea como secular, por lo que en cualquier caso se trata de aclarar el desarrollo unidireccional, es decir, en el tiempo, de un sistema que constituye un universo multidimensional. Procesos geodinámicos Cualquier análisis de los procesos geodinámicos que tienen lugar en la corteza terrestre, parte de un cierto modelo físico de la Tierra. Aunque en particular el carso es un fenómeno que interesa solamente una parte de la corteza, no puede prescindirse del conocimiento reológico de esta que, en no poca medida, depende de la estructura interior de la Tierra. La preparación tectónica del macizo de rocas carbonatadas es requisito indispensable para el desarrollo de los procesos de carsificación. Estas zonas de debilidad estructural constituyen los circuitos de drenaje fundamentales que permiten la acción de los restantes procesos. Dicho de otro modo, de la geometría de la red de discontinuidades geológicas (fallas, diaclasas, microclasas, planos de estratificación, poros, como los fundamentales) y de sus relaciones mutuas depende, en principio, la mayor o menor probabilidad con la que puede establecerse una red de colectores-conductores. De modo mas general, las propiedades físicas y geométricas de la red de discontinuidades geológicas permiten, por razón de su energía de activación, la interacción de las fuerzas y flujos que producen el trabajo que origina las formas cársicas tanto superficiales como subterráneas (Tabla 2).


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Tabla 2. Procesos y factores geodinámicos Procesos Factores

Elasticidad y plasticidad cinemática, dinámica y termohidrodinámica Magnitud de los esfuerzos Duración de los esfuerzos Convección térmica Rotación de la Tierra

Deformaciones de los cuerpos reológicos:

Plegamientos Fuente de aporte

Circulación oceánica Turbulencia inducida por el viento Transporte de sedimentos Acumulación/erosión Compactación y diagénesis Ajuste isostático/subsidencia Influencia tectónica externa Control del nivel de base

Sedimentación de las rocas:

Profundidad de la cuenca Para el modelo físico de la Tierra, en nuestro trabajo nos hemos basado en el sólido de Debye que puede expresarse como una ecuación sencilla que enlaza la entropía especifica del medio S, con la temperatura de Debye de tal medio, para la condición de que la temperatura absoluta T sea mayor que ella, valido para ciertos casos del modelo paramétrico de la Tierra (PEM). Sin entrar en mayores detalles, debe señalarse que el empleo de S obedece a la ventaja de asociarlo, de forma muy simple, a la variación de la energía térmica del cuerpo (entalpía) durante los procesos isobáricos y, para los procesos adiabáticos o isentrópicos en que S es constante, permite evaluar los cambios de entropía durante las transiciones de fase. En cuanto concierne a la corteza y al manto, no existen ya dudas sobre su capacidad para la fluencia lenta. Tres hechos permiten fundamentar tal aseveración: 1/ el plegamiento de las capas exteriores de la Tierra formando macizos montañosos; 2/ los levantamientos post-glaciales de Fenoscandia, y 3/ la proximidad de la figura de la Tierra a una figura equiponderable que se corresponde con la velocidad moderna de rotación angular del planeta. A partir de la teoría de las deformaciones finitas puede construirse perfectamente un algoritmo que describa los desplazamientos discontinuos. En el caso de las deformaciones lentas no elásticas en sólidos policristalinos, la presencia de los defectos de Frenkel y Schottky (defectos puntuales y líneales en la red cristalina), condiciona la respuesta de los materiales al campo de esfuerzos que se ejerce sobre el sistema (Zharkov, 1985; Scheidegger, 1968; Yevjevich, 1971). Como tal sistema esta constituido por rocas sedimentarias, resultó necesario, por tanto, disponer de un algoritmo adecuado para los procesos de sedimentación.



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Procesos morfodinámicos Cinco grupos de procesos (Tabla 3) ejercen su acción, en dependencia de la situación geográfica del macizo carbonatado, sobre el modelado del relieve superficial. Son los siguientes: modelado de las pendientes, erosión fluvial, erosión glacial, erosión eólica y erosión debida al movimiento de grandes masas de agua. Tabla 3. Procesos y factores morfodinámicos

Procesos Factores Reducción de las rocas Movimiento espontáneo de masas Denudación

Modelado de las pendientes:

Efectos endogenéticos Fuerzas de los fluídos Transporte de sedimentos Interacción relieve, flujo, transporte de sedimentos Gradación y pendiente Movimiento en la curvatura de los cauces Formación de meandros

Erosión fluvial:

Formación de valles Movimiento longitudinal de los glaciares Erosión glaciar: Movimiento tridimensional del hielo Velocidad del viento y corrosión Erosión eólica: Efectos eléctricos Difusión atmosférica Isostáticos y glacieustáticos Perfil de equilibrio Formación de líneas costeras, deltas y playas

Cambios en el nivel de base:

Reajuste de factores climáticos La acción individual o conjunta de estos procesos, la intensidad con que actúan y los efectos que producen, se encuentra estrechamente relacionada con el resto de los factores endógenos y exógenos. Particularmente importantes son aquellos que provocan alteraciones en el nivel de base local o general (debidas a causas isostáticas o glacieustáticas) que se manifiestan en el reajuste del perfil de equilibrio de las corrientes fluviales, en los procesos que tienen lugar en la desembocadura de los ríos, y en la formación de líneas costeras, deltas y playas. Deben destacarse, por su especial significación, los correspondientes reajustes en los factores climáticos que se revierten en el nivel de energía que se suministra al sistema. Procesos climáticos Pueden distinguirse cuatro grupos de procesos (Tabla 4): los que conciernen al balance de energía y radiación, a la transferencia de calor, los de precipitación y evaporación, y las variaciones climáticas. Evidentemente se trata de un conjunto extremadamente complejo de analizar. Muchos de sus elementos o los factores que los condicionan deben medirse a escala de megarrelieve o aún cósmica, como es el caso de los factores astronómicos.


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Tabla 4. Procesos y factores climáticos Procesos Factores

Astronómicos Geográficos

Balance de energía y radiación:

Meteorológicos Difusividad térmica Conductividad térmica

Transferencia de calor:

Transferencia turbulenta Difusión atmosférica Circulación atmosférica

Precipitación y Evaporación:

Condensación Variación en el balance de energía Variaciones climáticas: Reajustes en las fuentes de pérdidas y aportes

Procesos hidrodinámicos La conjunción de estos procesos (Tabla 5) es la causante del desarrollo de las formas cársicas subterráneas y su efecto se manifiesta tanto en el crecimiento tridimensional de la red de galerías del subsuelo como de los procesos sedimentarios y de reexcavación de variado tipo que allí se encuentran. En este sentido, cuatro grandes grupos de procesos deben ser descritos adecuadamente: el transporte mecánico o advección, la difusión, la dispersión, y el retardo hidrogeoquímico, los cuales se manifiestan de modo diferente en dependencia de la zona hidrodinámica en que ocurran, el régimen de flujo que en ella tiene lugar, y la geometría de la red de colectores-conductores, entre otros. Tabla 5. Procesos y factores hidrodinámicos

Procesos Factores Flujo saturado Flujo no saturado Flujo alternativamente saturado-no saturadoRégimen (permanente, no permanente) Tipo de acuífero Homogeneidad relativa del medio Geometría del acuífero Acreción Histéresis Velocidad y estabilidad del flujo Anisotropía relativa Distribución de potenciales Fases presentes Intercambio de calor

Transporte mecánico (advección), dispersión, difusión, retardo hidrogeoquímico:

Transferencia de fluído Procesos geoquímicos Los procesos que conducen a la disolución, transporte y deposición de los materiales carbonatados y de otro tipo que constituyen la roca carsificable son de la más absoluta importancia en la conformación del carso. Tales procesos son de orden estequiométrico (vinculados a la cinética del proceso), termoquímicos y químico-físicos y tienen lugar durante la interacción entre las diferentes fases presentes en cada caso (sólido-líquido-gas) rigiendo el proceso de deposición, evolución sinsedimentaria y postsedimentaria de las rocas



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carbonatadas y, por supuesto, en especial, el de carsificación, incluyendo no solo la disolución sino también la deposición en el interior de macizo y aquellos subsecuentes de redisolución o decalcificación (Tabla 6). Estos mecanismos son validos en los mas variados entornos geológicos y climáticos. Tabla 6. Procesos y factores geoquímicos

Procesos Factores Condiciones de equilibrio de los minerales Tipos de reacciones y velocidad Solubilidades Fases presentes Mezcla de aguas Saturación

Estequiométricos (disolución, transporte y deposición)

Temperatura y presión de CO2

Difusión y dispersión Precipitación de los carbonatos Cementación intersticial Recristalización Cambios mineralógicos Dolomitización Formación de evaporitas Reacciónes REDOX Reducción de sulfatos

Termoquímicos y físico-químicos:

Afinidad de las reacciones Procesos termodinámicos La inclusión de los procesos termodinámicos (Tabla 7) en el modelo teórico que aquí reseñamos no obedece solamente a sus implicaciones de orden físico en uno u otro grupo de los procesos anteriormente señalados. Considerándolos en su verdadero sentido, solamente de este modo puede preverse la dirección en que tienen lugar los procesos. Adecuadamente combinados con las ecuaciones que definen la acción de los mecanismos anteriores, la aplicación de los principios de la termodinámica generalizada permite pronosticar la evolución del macizo cársico y, a escala local, distinguir los efectos, sobre el sistema, de los estímulos que sean inducidos sobre este. En tal sentido son importantes dos grandes grupos de procesos: la relación entre fuerzas y flujos y la variación de energía en el sistema. Tabla 7. Procesos y factores termodinámicos

Procesos Factores Transporte dispersivo Transporte de calor Flujo volumétrico Conductividad eléctrica

Relación entre fuerzas y flujos:

Reacciones químicas Autoregulación Producción de entropía

Variación de la energía libre:

Disipación de energía



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