Actividad_karstica

7/25/2019 Actividad_karstica

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ACTIVIDAD KÁRSTICA(con contribuciones de A.H. Cooper, A.R. Farrant and A.N. Palmer. Revisada Enero 2007

BREVE DESCRIPCIÓN

El karst es un tipo de paisaje que se encuentra en rocas carbonatadas (caliza, dolomita,

mármol) o evaporíticas (yeso, anhidrita, sal de roca o halita) y que se caracteriza por unaamplia gama de depresiones superficiales cerradas, un bien desarrollado sistema subterráneode drenaje y escasez de corrientes superficiales El karst en rocas carbonatadas se forma porsu disoluci!n por agua ácida "a mayor disoluci!n tiene lugar cuando el agua de lluvia tomadi!#ido de carbono del aire y disminuye la materia orgánica en el suelo tornándose más acidoy luego percola a tráv$s de las grietas disolviendo la roca %uando el substrato se satura deagua, la disoluci!n contin&a cuando el agua se mueve hacia los lados a lo largo de los planosde estratificaci!n (grietas horizontales entre estratos rocosos) y diaclasas (o fracturas) en lamisma roca Estos conductos se agrandan con el tiempo y el agua se mueve, por unacombinaci!n de gravedad y presi!n hidráulica, agrandando además los conductos por unacombinaci!n de disoluci!n y abrasi!n de la roca circundante"as muy variadas interacciones entre procesos químicos, físicos y biol!gicos tienen un amplio

abanico de efectos geol!gicos, que incluyen la disoluci!n, precipitaci!n, sedimentaci!n ysubsidencia del terreno "os rasgos característicos tales como dolinas, sumideros, cavernas ygrandes manantiales son el resultado de la acci!n disolvente de la circulaci!n de aguassubterráneas las cuales podrían salir por corrientes efluentes encauzadas 'nicialmente lamayoría de esta agua subterránea escurre con flujo laminar por estrechas fisuras, las cualespueden ensancharse por encima, en o por debajo del nivel freático, para formar cavernassubsuperficiales na vez que es superado cierto límite de tamao del conducto, típicamente*+-+ mm, el flujo deviene turbulento "as cavernas contienen una gran variedad de formas dedisoluci!n, sedimentos y espeleoformas (dep!sitos de forma y mineralogía variadas,principalmente calcita). todas las cuales pueden preservar un registro de la historia geol!gica yclimática del áreaEl karst carbonatado puede ser sumidero o fuente de %/ -, puesto que el proceso kárstico es

parte del ciclo global del carbono en el cual el carbono es intercambiado entre la atm!sfera, elagua superficial y subterránea y los minerales carbonatados "a disoluci!n de carbonatos, quese puede incrementar por la presencia de ácidos en el agua, descompone el carbono derivadode la roca y del %/- disuelto como 0%/1 acuoso "a precipitaci!n de minerales carbonatadosdisueltos es acompaada 2y usualmente desencadenada2 por la liberaci!n de parte delcarbono como %/- En muchos sitios kársticos, la emisi!n de %/- está asociada con laprecipitaci!n de toba calcárea (tufas, travertino) a la salida de manantiales fríos o calientes3unque son más abundantes en las regiones h&medas, el karst tambi$n se puede encontrar enterrenos áridos,ya sea como relicto formado durante períodos más h&medos o donde el 0 -4contenido en las aguas subterráneas provenientes de zonas reductoras profundas se o#idapara producir ácido sulf&rico 5ichos procesos pueden formar amplias cavernas, tales como las%arlsbad %averns de 6uevo 7$#ico 8ambi$n ocurren procesos similares en regiones h&medas,pero tienden a ser enmascarados por la reacci!n del %/- "os sulfatos y la sal de roca rara vezestán e#puestos en climas h&medos Ellos son susceptibles a una rápida disoluci!n durante laslluvias peri!dicas cuando se encuentran en la superficie de terrenos más secos

SIGNIFICADO

5ebido a que la gran variedad de huecos y dep!sitos subsuperficiales están protegidos delintemperismo y la perturbaci!n superficial, los karst preservan un registro de los cambiosambientales más fielmente que muchos otros indicadores geol!gicos "a temperatura, laslluvias, la naturaleza del suelo y de la cubierta vegetal, la glaciaci!n, la erosi!n ysedimentaci!n fluvial y los patrones de flujo de las aguas subterráneas pueden usualmente serleídos a partir del modelado y los dep!sitos de las cavernas Este registro puede ser

interpretado a escala anual, en el caso de ciertas espeleoformas de crecimiento rápido 9:er;%orales; química y patrones de crecimiento<El karst es importante para la sociedad debido a su distribuci!n global (-+ millones de km-,

*



casi el *-= de la superficie terrestre y los recursos que contiene n cuarto de la poblaci!nmundial es abastecida por agua obtenida de acuíferos kársticos "as regiones kársticas alojanmuchos dep!sitos minerales (incluyendo yacimientos significativos de plomo, zinc y estao enplaceres, y forma reservorios importantes de hidrocarburos "as regiones kársticas tambi$nson importantes atracciones esc$nicas y pueden contribuir significativamente con la economíalocal, por ejemplo la 8o>er ?arst alrededor del @uilin and 7ammoth %ave 6ational Aark, en?entucky El sistema karst es sensible a muchos factores ambientales y puede constituir un

riesgo geol!gico significativo "os riesgos kársticos incluyen inundaci!n de los sumideros,colapso repentino de la cubierta, diques alrededor de filtraciones, colapso de lagos dando porresultado el derrame de deshechos e infiltraci!n de rad!n en las casas "a presencia ydesarrollo de cavernas pueden causar problemas a corto plazo, tales como colapso delsubstrato rocoso, desproporciones en el rendimiento de pozos, mala calidad del aguasubterránea por falta de acci!n filtrante, inestabilidad de los suelos suprayacentes ydificultades para disear sistemas efectivos de monitoreo alrededor de los sitios de disposici!nde residuos 4!lo en 6orteam$rica la inestabilidad de las superficies kársticas insumeanualmente millones de d!lares en daos a carreteras, edificios y otras estructuras 9:er;4ubsidencia superficial< "os niveles de rad!n en las aguas subterráneas kársticas tienden aser altos en algunas regiones y los conductos subterráneos de disoluci!n pueden distribuirdesigualmente el rad!n a trav$s de una regi!n particular

5ebido a que la gran variedad de huecos y dep!sitos subsuperficiales están protegidos delintemperismo y la perturbaci!n superficial, los karst preservan un registro de los cambiosambientales más fielmente que muchos otros indicadores geol!gicos "a temperatura, laslluvias, la naturaleza del suelo y de la cubierta vegetal, la glaciaci!n, la erosi!n ysedimentaci!n fluvial y los patrones de flujo de las aguas subterráneas pueden usualmente serleídos a partir del modelado y los dep!sitos de las cavernas Este registro puede serinterpretado a escala anual, en el caso de ciertas espeleoformas de crecimiento rápido 9:er;%orales; química y patrones de crecimiento<

CAUSA HUMANA O NATURAL

"os procesos kársticos ocurren naturalmente Aueden estar influenciados por actividadeshumanas tales como modificaciones en el uso del suelo (por ejemplo la deforestaci!n),modificaci!n del drenaje natural, disposici!n de residuos y apertura o bloqueo de entradas acavernas, todo lo cual puede afectar substancialmente, y a corto plazo, la sedimentaci!n, ladeposici!n de espeleoformas y la calidad del agua subterránea El sobrepastoreo en Europaocurrido hace varios siglos caus! erosi!n severa de suelos en muchas áreas kársticas, dejandos!lo superficies desnudas y fisuradas 3un cuando muchos colapsos de dolinas sedesencadenan debido a la fuerte descarga de las corrientes subterráneas, el descenso de losniveles freáticos, debido al bombeo e#cesivo en áreas subyacentes a suelos delgados o rocasd$biles puede inducir hundimientos del terreno y su colapso dentro de los vacíossubsuperficiales El colapso de sumideros tambi$n puede ser producido por la concentraci!ndel escurrimiento de agua superficial especialmente alrededor de emprendimientos urbanos eindustriales o a lo largo de caminos 'nviernos más cálidos y períodos de precipitaciones

activos más prolongados están produciendo el incremento en el flujo de agua superficial, quealimenta el agua subterránea y acelera el desarrollo de karst

AMBIENTE DONDE ES APLICABLE

"os karst son más comunes en terrenos carbonatados de regiones h&medas de todo tipo(templadas, tropicales, montaosas, polares), pero los procesos de disoluci!n subterráneaprofunda tambi$n pueden ocurrir en regiones áridas El karst de evaporitas en regionesh&medas está caracterizado por tasas muy superiores de desarrollo subsuperficial,principalmente El karst de evaporitas está presente, principalmente, en superficie en climasrelativamente áridos

SITIOS DE MONITOREO

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"as cavernas proporcionan sitios &nicos, productivos y amplios que permiten la observaci!ndirecta y el mapeo de los rasgos subterráneos y de sus relaciones con los flujos de aguasuperficiales y subterráneos 4in embargo, el origen, morfología y distribuci!n de sus rasgosson los factores dominantes que controlan la naturaleza de la superficie del terrenosobreyacente (por ejemplo; la distribuci!n de sumideros) y las direcciones de movimiento delagua subterránea 6o obstante las cavernas son lugares difíciles de acceder y el monitoreo

podría resultar problemático "os pozos, perforaciones y canteras son menos &tiles como sitiosde monitoreo, debido a que s!lo proporcionan puntos discontinuos de informaci!n 8ambi$npueden ser &tiles las redes hidrográficas que controlan la dinámica y la composici!n química deagua que fluye desde y hacia el terreno kárstico

ESCALA ESPACIAL

5e parcela B regional "a escala de los rasgos kársticos varía desde lo microsc!pico (como lazonaci!n en los precipitados químicos) hasta cuencas enteras de drenaje (con cavernas quedrenan cientos de kil!metros cuadrados) y amplias mesetas kársticas

MÉTODOS DE MEDICIÓN

4e requiere un enfoque holístico para los estudios kársticos, que englobe toda la serie decaracterísticas y procesos interactuantes; geología, química, ingeniería, edafología, biología,meteorología y, especialmente, hidrología. todas $stas áreas deben estar incluidas al estudiarlos karst n punto de partida esencial a cualquier monitoreo es el inventario hidrogeol!gico yde karst Esto puede ser almacenado tanto en el formato de base de datos o de 4'@ (4istemade 'nformaci!n @eográfico) 4e deben registrar manantiales, depresiones kársticas, dolinas,sistemas de cavernas, trazos coloreados y otra informaci!n relacionada Esto proporciona unesquema al que se puede relacionar un trabajo detallado @ran parte de esta informaci!n sepuede obtener de mapas, fotografías a$reas, publicaciones e informes"as mediciones hidrol!gicas y geoquímicas en manantiales, sumideros, aguas goteantes dentrode las cavernas y las corrientes de caverna proporcionan registros de las variaciones a cortoplazo de la calidad del agua y de los procesos químicos "as variables más importantesincluyen; p0, temperatura, %a, 7g, 6a, %l, 0%/1 y 4/C "a denudaci!n del yeso puede sermedida por la cantidad de %a 4/C -0-/ (m1 a * km- por ao) transportado por escurrimientosecundario "a disoluci!n de sal puede ser estimada de un modo similar En algunas áreaskársticas de evaporitas la cantidad de subsidencia superficial puede dar un buen indicio de lavelocidad de disoluci!n subsuperficial"os ensayos de bombeo en pozos son &tiles para esclarecer la naturaleza de la porosidad y lapermeabilidad de los acuíferos kársticos, ya que son una forma sencilla de monitorear lasvariaciones naturales de los niveles de agua en las corrientes de caverna "os colorantesusados como trazadores constituyen una t$cnica &til para demostrar los patrones de flujosubterráneo y para delinear las divisorias de drenaje, las que pueden variar con el tiempo "os

estudios sobre la mineralogía y la geoquímica de los precipitados de cavernas (usandodifracci!n de rayos D, luminiscencia, relaciones de is!topos y elementos traza) pueden revelarcambios pasados en la temperatura, humedad, tasas de infiltraci!n y la química de las aguassubterráneas Estos cambios pueden se ubicados en un conte#to temporal mediante ladataci!n de dep!sitos usando m$todos 8h, paleomagnetismo y Electron 4pin esonance En áreas edificadas es importante localizar cavidades sepultadas y monitorear su potencial decolapso, usando una combinaci!n de prospecciones geofísicas, perforaciones e#ploratorias ynivelaciones sucesivas "os factores que amenazan la integridad de cavernas y sistemas dekarst incluyen grandes cambios de terreno o hidrol!gicos, poluci!n del agua subterránea eimpacto humano directo

FRECUENCIA DE MEDICIÓN

1



"os rasgos superficiales y los suelos en terrenos kársticos son notoriamente inestables ypueden cambiar muy rápido, com&nmente a velocidades catastr!ficas En climas h&medos,muchos colapsos superficiales ocurren durante o poco despu$s de inundaciones, cuando elsuelo y los derrubios son erosionados desde abajo de las incipientes sumideros, o lavadosdesde arriba "a química y la contaminaci!n de las aguas subterráneas cambian tanrápidamente durante las inundaciones que se hacen necesarias medidas continuas para

interpretar el sistema kárstico "os valores de hidroquímica and escurrimiento del agua quefluye hacia y desde el terreno kárstico debe ser medida una vez por mes o al menos una vezpor estaci!n

LIMITACIONES DE LOS DATOS Y DEL MONITOREO

"os estudios superficiales de los karst están dificultados por el hecho que sus rasgossuperficiales están controlados por el movimiento de las aguas subterráneas, sin conocimientodel cual es imposible interpretar apropiadamente los rasgos superficiales "os cambios en loskarst son a menudo tan s&bitos que es difícil disear una estrategia válida de monitoreo "ascavernas tambi$n son ambientes difíciles para trabajar y requieren especialistas y equipos

e#pertos

APLICACIONES AL PASADO Y AL FUTURO

"os karst responden con gran sensibilidad a los cambios ambientales, y las características delmismo (especialmente las espeleoformas) proporcionan muchos indicios sobre eventos ycambios climáticos e hidrol!gicos pasados en una variedad de escalas temporales Es inciertosi las condiciones futuras se pueden interpretar a partir de las características kársticas, debidoa que muchos cambios tienden a ser abruptos y discontinuos "os dep!sitos de karst y lasformas del relieve pueden pFrsisitir durante períodos e#traordinariamente largos en relictos decavernas y paleokarst

POSIBLES UMBRALES

El lento y gradual movimiento del suelo tiende a rellenar las depresiones en la superficie delsubstrato rocoso karstificado, siguiendo el ritmo del incremento de la disoluci!n en lossumideros 4in embargo, en aquellos lugares donde este material se puede transportar lejosde su sitio, merced a corrientes subterráneas, se puede formar un arco de roca y suelo sobreun hueco subterráneo, el mismo que puede inducir un colapso s&bito El umbral entre lasubsidencia gradual y la catastr!fica es generalmente impredecible desde la superficie E#iste,sin embargo, un importante umbral entre la disoluci!n y la precipitaci!n, el cual estágobernado por el grado de saturaci!n del agua kárstica con respecto a los minerales,especialmente calcita El umbral puede ser transpuesto por numerosas y diferentes razones,

debido al nivel de %/- incrementado por procesos de descomposici!n o reducido por aereaci!n"a solubilidad de la calcita y del %/- decrece con la temperatura, pero las altas temperaturasgeneran una mayor producci!n de %/-, lo cual, a su vez, repercute en la disminuci!n de lasolubilidad del %/- %onductos de soluci!n se forman a lo largo de las trayectorias de lasmayores descargas de agua subterránea, con tasas de ampliaci!n determinadas primero porlos valores o tasas de descarga y de concentraci!n de la saturaci!n na vez que el agua escapaz de pasar a trav$s del conducto sin e#ceder el umbral de solubilidad de la calcita(alrededor de G+= de saturaci!n), la tasa de ampliaci!n se torna casi independiente de ladescarga y es determinada por la cin$tica de la disoluci!n

ASPECTOS AMBIENTALES Y GEOLÓGICOS RELACIONADOS

C



3lgunos paisajes kársticos son muy sensibles a los cambios e#ternos, parcialmente debido a lapermeabilidad e#trema y los suelos finos como resultado de una karstificaci!n intensiva Estasensibilidad, junto con las presiones de la poblaci!n y las malas prácticas han dado porresultado erosi!n de suelos, deterioro en el abastecimiento de agua y poluci!n del aguasubterránea en muchas áreas "a inundaci!n de cavernas en áreas densamente pobladaspuede dispersar los contaminantes en amplias áreas Aor ejemplo, a mediados de los HI+, el

anegamiento por inundaci!n inducida a alta presi!n de las cavernas situadas debajo de laciudad de Jo>ling @reen, ?entucky, dispers! hidrocarburos (provenientes de desechosindustriales) a trav$s de muchas fisuras llevando sus concentraciones hasta cerca de nivelese#plosivos en fundaciones situadas encima y en pozos cercanos Jajo gradientes hidráulicospronunciados, las fisuras pueden ampliarse lo suficiente como para causar fugas muysignificativas a trav$s del suelo en un lapso equivalente a una vida humana, como las que sedieron en el conjunto de presas de la 3utoridad del :alle de 8ennessee, Estados nidos, amediados del siglo DD En la actualidad, el problema más discutido respecto de los karst es lafalta de regulaciones racionales relacionadas al monitoreo de las aguas subterráneas, unasituaci!n complicada por la muy com&n falta de comprensi!n de las grandes diferencias entreel comportamiento del flujo en los acuíferos kársticos y no kársticos (medios porosos)El karst es muy vulnerable a la poluci!n del agua subterránea, debido a la descarga de agua;

la filtraci!n natural es casi ine#istente El uso de conductos tal como caerías de cloaca ysumideros como vertederos de rsiduos en pequeas ciudades y áreas rurales coloca elabastecimiento de agua potable en riesgo "a e#pansion urbana en a$reas kársticas a menudogenera la construcci!n de casas en terrenos que físicamente no pueden soportarlas y surgenproblemas con cámaras s$pticas, rotura de caerías subterráneas y rellenos sanitarios

EVALUACIÓN GENERAL

"os paisajes kársticos son particularmente dinámicos y están sujetos a cambios rápidosAreservan un registro valioso de los cambios ambientales y deberían ser monitoreados muy decerca, por sus efectos sobre los asentamientos humanos y las edificaciones

8erreno calizo con cavernas, sumideros y conductos de disoluci!n (!eoscience Australia

K



"a química de los cursos drenando el karst pueden proporcionar tasas actuales de disoluci!ndel substrato rocoso "as bandas de crecimiento en espeleotemas pueden indicar datos sobreantiguos cambios en temperatura, humedad, velocidades de infiltraci!n y química del aguasubterránea 4>ift %ave in Lunnan, %hina ("uo # $in% &''2

M



%avernas marinas y estalactitas en terreno kárstico calizo 'sla "angka>i, 7alaysia (A.R.

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Esta casa en el norte de "ithuania colapso repentinamente debido a la disoluci!n del substratode yeso ().*i+ulnas

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