Download Introducción a las Ciencias Terrestres

Aguas subterraneas
GEOL 4017: Cap. 7
Prof. Lizzette Rodríguez
Ciclo hidrologico
Aguas subterranes
• Precipitacion que no es interceptada y no se va
en runoff, infiltra el subsuelo por espacios
porosos entre granos minerales, grietas,
cavidades o vesiculas
• Propiedades de material del subsuelo que
controlan el volumen y movimiento de aguas
subterraneas: porosidad y permeabilidad
Porosidad
•
% de roca o suelo que consiste de espacio vacio
volumen de espacio vacio
porosidad  (
) *100
volumen total
•
Naturaleza del espacio vacio varia de un tipo de
material a otro:
1.
2.
3.
4.
Espacios vacios entre granos minerales
Fracturas
Cavidades en solucion
Vesiculas
Porosidad en sedimentos no consolidados
• Depende de la distribucion de tamanos de
granos y el empaquetamiento
– Sedimento de grano fino (arcilla y limo) contiene
mas espacio poroso que material granular (arena y
grava): ~80% vs. 12-45%
– Sedimentos bien sorteados > porosidad que los
poco sorteados
– Porosidad reduce: si los espacios se llenan de
material que cementa, si se compacta el sedimento
por peso de material suprayacente
Porosidad de roca
• Todas las rocas estan cortadas por fracturas: si
estan interconectadas y son muchas, la roca
puede contener un volumen alto de H2O
– Calizas: alta porosidad - solucion por H2O a lo
largo de diaclasas y estratos, H2O remueve material
soluble y expande conductos (formacion de
cuevas)
– Vesiculas en rocas volcanicas
Porosidad de rocas sedimentarias
• Aguas subterraneas se encuentran en poros
entre granos (primaria) y en fracturas
(secundaria)
• Porosidad: 3-30% en rocas clasticas, 1-30% en
calizas y dolomias
• Alta porosidad secundaria en calizas, dolomias,
yeso y evaporitas (formadas por precipitacion
quimica o acumulacion bioquimica de CaCO3,
CaMg(CO3)2, CaSO4 y NaCl)
Porosidad de rocas cristalinas
plutonicas y rocas metamorficas
• Porosidad primaria baja: por cristales muy
unidos (interlocking) en rocas plutonicas y
metamorficas
• Porosidad secundaria por interseccion de
fracturas (principalmente en zonas de fallas)
• Meteorizacion puede aumentar porosidad 3060%
Porosidad de rocas volcanicas
• > porosidad que plutonicas
• Coladas de lava se enfrian rapidamente en la
superficie: gases que escapan producen vesiculas,
ej. pumita - porosidad de hasta 87%
• Diaclasas columnares (formadas por encojimiento
de la lava al enfriarse): alta porosidad y
permeabilidad
• Depositos piroclasticos ocurren en depositos
sueltos no consolidados: porosidades 15-50%
(puede aumentar por meteorizacion a 60%)
Permeabilidad
• Facilidad con la cual un material transmite un
fluido: varia con viscosidad y P hidraulica del fluido,
tamaño de poros y grado de interconeccion de
poros
• Arcilla: alta porosidad (50-80%), baja permeabilidad
• Arenizca: porosidad mas baja (30-40%), pero mas
permeable
• Velocidad de flujo de aguas subterraneas: 1 m/dia a
1 m/año (H2O en cuevas - v puede alcanzar la de
corrientes superficiales)
Rendimiento especifico (specific yield)
• Razon del VH O que drenara bajo la influencia
de la gravedad (de sedimento o roca saturado)
al Vtotal de material
• Tension de superficie de moleculas de H2O las
hace adherirse a superficies de granos
• Fg en una pelicula de H2O hara que parte se
separe, a pesar de tension de superficie, y gotee
• H2O higroscopica: humedad adherida a granos
minerales por tension de superficie
2
Retencion especifica
• Razon del VH O que una muestra puede retener
(contra el drenaje gravitacional) al Vtotal de la
roca; parte que es retenida a modo de pelicula
sobre las superficies de las particulas y las
rocas y en diminutas aperturas
• Porosidad = Sy + Sr, Sy = rend especifico, Sr =
reten espec
• Maximo rendimiento especifico – en
sedimentos de tamanos de arena medianogrueso (0.5-1.0 mm)
2
Bajo ---
Permeabilidad de sedimentos
• Factores que cotrolan la relacion entre
permeabilidad y tamano de granos:
– Perm. aumenta con aumento en la mediana del
tamano de grano (aperturas grandes)
– Perm. disminuye en material poco sorteado (efecto
mas marcado en material grueso que fino)
– Sedimentos con distribucion unimodal de tamanos
de particulas tienen mas alta perm.
Permeabilidad de rocas
• Permeabilidad primaria puede aumentar con
estructuras sedimentarias
• Alta perm. en conglomerados, arenizcas y
algunas calizas (secundaria)
• Baja perm. en lutitas (shales; pequenos poros)
• Rocas igneas, metamorficas y sedimentarias
cristalinas tienen baja perm. primaria
Nivel freatico (Water table)
• H2O infiltrando el suelo se mueve verticalmente
por gravedad a traves de espacios porosos
• Cuando se llenan termina la percolacion vertical y
el material esta saturado, produciendo la zona de
saturacion
• Nivel freatico: limite superior de zona de
saturacion, no es horizontal (mas alto debajo de
colinas), pendiente en direccion de valles donde el
agua subterranea se descarga a corrientes
Cont. Nivel freatico
• Cuando el H2O alcanza el nivel freatico se mueve
lateralmente en la direccion de su pendiente
• Se “mapea” usando nivel del H2O observado en
pozos y por movimiento de H2O (inyeccion de
tintas, etc.).
• ~1 m bajo superficie en llanuras de inundacion en
regiones humedas, cientos de metros bajo
superficie en desiertos, en la superficie en areas
pantanosas
Distribucion de
agua
subterranea
*Zona de aireacion: poros
del suelo, el sedimento y la
roca no estan saturados de
H2O, sino llenos de aire
Mapa de nivel
freatico, usando
el nivel de H2O de
los pozos
Acuiferos
• Unidad geologica que puede almacenar y
transmitir H2O
• Ejemplos tipicos: arenas y gravas no
consolidadas, arenizcas, calizas, coladas de
lava y rocas cristalinas plutonicas y
metamorficas que estan fracturadas
• Pueden ser: confinados o no confinados
• En PR, acuiferos son depositos aluviales de
arena y grava, y calizas karsticas
Ley de Darcy
• Ecuacion que expresa que el caudal (Q) de aguas
subterraneas depende del gradiente hidraulico (I,
pendiente del nivel freatico), la conductividad
hidraulica (P, coeficiente que tiene en cuenta la
permeabilidad del acuifero y la viscosidad del fluido)
y el area de la seccion transversal de un acuifero (A)
Q = P· I· A
I = altura/longitud, inclinacion depende de
permeabilidad del material y rapidez en que el H2O se
anade a zona de saturacion
Gradiente hidraulico
Acuiferos no confinados
• Se extienden continuamente de la superficie terrestre
hacia abajo a traves de material de alta permeabilidad
• Se recargan por: percolacion a traves de zona de
aireacion, flujo lateral de aguas subterraneas,
filtracion hacia arriba a traves de material subyacente
• Transmisividad – medida de cantidad de H2O que se
puede transmitir horizontalmente por el grosor
completo y saturado del acuifero, bajo un gradiente
hidraulico de 1
T = t/K
t=grosor saturado, K=conductividad hidraulica
Acuiferos confinados
• Material del subsuelo a veces contiene capas de
confinamiento, de baja permeabilidad
• Aguas subterraneas se mueven lentamente a traves de
las capas de baja permeabilidad
• Se dividen en:
– Acuitardos (aquitards) – capa agujereada de baja perm. que
puede almacenar agua subterranea y transmitirla de un
acuifero a otro
– Acuicludo (aquiclude) – baja perm., pero situado en
posicion para formar el borde superior o inferior de un
sistema de flujo de agua subterranea
– Aquifuge – cuerpo de roca o material no consolidado que es
casi totalmente impermeable
Acuicludo encima del nivel freatico principal – se
produce zona de saturacion localizada:
En la interseccion de un nivel freatico colgado y
una ladera de valle, fluye un manantial
Acuicludo
Cont. Acuiferos confinados
• Agua artesiana – agua subterranea en
confinamiento que esta bajo alta P hidrostatica
• Condiciones de area donde se forma: acuifero
permeable entre capas impermeables
(acuicludos), infiltracion superficial para
recargar el acuifero, precipitacion e infiltracion
adecuadas para llenar el acuifero
Cont. Acuiferos confinados
• Acuifero artesiano: el H2O subira al tope del
acuifero, donde interseca un pozo u otro
conducto
– Nivel al que el H2O subira en un pozo –
superficie potenciometrica o piezometrica (de P)
– Superficie potenciometrica esta inclinada desde
el area de recarga, y si esta encima de la
superficie, un pozo artesiano se desarrolla, en el
cual H2O puede fluir del pozo sin bombear
Sistemas
artesianos se
producen
cuando un
acuifero
inclinado esta
confinado
entre
estratos
impermeables
Sistema de abastecimiento de H2O en ciudades
puede considerarse un sistema artesiano artificial:
(1) deposito de H2O - area de recarga
(2) tuberias - acuifero confinado
(3) grifos de las casas - pozos artesianos
Pozos
• Descenso de nivel: se extrae H2O de un pozo y
nivel freatico alrededor del pozo se reduce
• El descenso de nivel resulta en una depresion
en el nivel freatico, llamada cono de depresion
– Aumenta el gradiente hidraulico cerca del pozo
– Cuando se bombea el H2O con mucha intensidad, se
crea un cono de depresion muy ancho y empinado, lo
cual lleva a reducir el nivel freatico y secar los pozos
profundos alrededor
Cono de depresion alrededor de pozo de bombeo: si
el bombeo reduce nivel freatico, pueden secarse
los pozos someros
Fuentes termales y geysers
• Regiones con gradiente geotermico alto (ej.
actividad volcanica reciente): aguas subterraneas son
calentadas a altas T, creando fuentes termales y
geysers cuando el H2O sale a la superficie
• H2O bien caliente produce geysers – el H2O se
convierte en vapor cerca de la superficie y sube
(liberacion de presion)
• Condiciones: T alta de rocas cerca de superficie,
aguas subterraneas tienen acceso a las rocas
calientes mediante fracturas
Diagrama idealizado
de un geiser
Distribucion de fuentes termales y geysers en
EU – mayoria en el oeste
(actividad ignea mas reciente)
Parque
Yellowstone
Geysers del Tatio,
Desierto de Atacama, Chile
Campo geotermico mas grande del
hemisferio sur, y tercero en el
mundo (8% de los geysers del
mundo), despues de Yellowstone y
Dolina Giezerov (Rusia)
Subsidencia del terreno por
remocion de fluidos
• Remocion de grandes cantidades ej. aguas subterraneas,
petroleo - disminuye P de poro fluida entre granos
– Permite contacto grano-grano y conduce a compactacion de
sedimentos y subsidencia de superficie
– Ejs. (1) Ciudad de Mexico: construida en sedimentos no
consolidados, saturados, aluviales y lacustrinos; 1891-1959:
subsidencia maxima de 7.5 m (25’)
– (2) Long Beach, CA: 9 m (27’) por 40 años de produccion
petrolera
– (3) New Orleans: partes estan 4 m (13’) bajo nivel del mar por
bombeo de aguas subt.; Rio Mississippi fluye 5 m (16’) sobre
partes, causando que se tenga que bombear el H2O de lluvia
Valle de San Joaquin, CA
Carso (Karst)
• El agua subterranea tiene un efecto
significativo en la topografia, por la disolucion
de rocas solubles y la transportacion de
material disuelto en solucion.
• El agua subterranea es un poco acida y
reacciona quimicamente con rocas en el
subsuelo, especialmente las solubles como los
carbonatos (calizas y marmol), dolomias, yeso
y evaporitas.
• De esta disolucion surge la topografia karstica.
Influencia del clima
• Disolucion de caliza requiere agua abundante y CO2
disuelto -- formacion de terrenos karsticos es afectada
por el clima y sobre todo la distribucion de lluvia
– Climas aridos: nivel freatico profundo y no hay casi actividad
de disolucion. A veces se encuentran rasgos formados en
tiempos en que el clima era mas humedo.
– Regiones frias en latitudes altas: agua esta a menudo
congelada, retardando la circulacion y actividad
microbiologica -- topografia karstica es rara en regiones
articas y antarticas
– Climas tropicales humedos: combinacion optima de T,
precipitacion y cantidad de vegetacion para facilitar procesos
de disolucion. Generacion de CO2 biogenico - aspecto
principal de regiones tropicales para aumentar la disolucion.
Controles karsticos
• Litologia y estructura:
– No todos los carbonatos poseen la combinacion de
propiedades quimicas y fisicas que llevan al desarrollo
de topografia karstica
– Mayoria de regiones karsticas se desarrollan en calizas,
sobretodo calizas mas puras
– Sustitucion de Mg por Ca en estructura mineral forma
dolomita. Si mas del 50% de la roca es dolomita dolomia. Formacion de top. karstica menor (menor
permeabilidad)
– Yeso + sal de roca: muy solubles pero no bien
distribuidas
Cont. Controles karsticos
• Cont. Litologia y estructura:
– Porosidad y permeabilidad son muy importante: tipo y
distribucion de aberturas secundarias (fracturas, planos de
estratificacion) son de los factores mas importantes
– Diaclasas: rasgo estructural mas importante – sirven de
conductos para circulacion de agua subterranea; tambien es
importante el espacio entre conjuntos de diaclasas (no muy
separadas que impidan circulacion, no muy juntas que hagan
que la roca sea debil)
– Condiciones litologicas y estructurales optimas son:
• Calizas gruesas, cristalinas, de calcita pura, sin interrupcion de
estratos insolubles
• Conjuntos de diaclasas que intersequen para permitir
circulacion libre de aguas subterraneas con suficiente caudal
para crear y aumentar aberturas de disolucion
Cont. Controles karsticos
•
Proceso de disolucion - Pasos:
1)
•
Aguas subterraneas y de lluvia contienen CO2, que
reacciona con el agua para formar acido carbonico
(H2CO3). CO2 disuelto aumenta con aumento en presion
parcial de CO2 del aire (P que tendra el gas disuelto o en
una mezcla de gases si este ocupara el volumen solo) y
disminucion de T del agua. Se encuentra gran cantidad
de CO2 disuelto en el agua en el suelo. H2CO3 se disocia
a su estado ionico (H+ + HCO3-)
2) Calcita (CaCO3) se disocia a su estado ionico (Ca++ +
CO3--)
3) H+ se combina con el ion carbonato (CO3--) para formar
otro ion bicarbonato (HCO3-)
Proceso neto:
CaCO3 + H2O + CO2 (disuelto)
Ca++ + 2HCO3-
Cont. Controles karsticos
• Efecto del clima y vegetacion en la disolucion
• Hidrologia de aguas subterraneas karsticas
– 2 escuelas de pensamiento sobre la naturaleza de
los acuiferos karsticos:
• Aguas subterraneas en zonas karsticas se consideran
similares a las encontradas en terrenos de no caliza,
con movimiento hacia abajo a traves de la zona de
aireacion a un nivel freatico debajo.
• Aguas subterraneas en zonas karsticas se cree estan
confinadas a cavidades interconectadas sin un nivel
freatico definido.
Terrenos karsticos (Karst landforms)
• Sumideros o dolinas:
– Depresiones cerradas, pequenas, someras, circulares u
ovaladas, ocurren en terrenos karsticos en decenas de
miles.
– Tamano: 10-100 m en diametro y de 2-100 m en
profundidad (pueden tener >1000 m en diametro y
100s m en profundidad)
– Formas principales:
• Forma de envase (bowl-shaped), muy someros relativo
al diametro, pendientes 10o-12o
• Forma de cono (funnel-shaped), diametros 2-3 veces la
profundidad, pendientes 30o-45o
• Forma cilindrica, profundidad mayor que diametro,
pendientes empinadas a verticales. Menos comunes.
Cont. Sumideros o dolinas
• Se forman de 2 maneras:
1)Sumideros de disolucion: se forman de manera gradual a lo
largo de muchos años sin alteracion fisica de la roca – caliza
situada justo debajo del suelo se disuelve por el agua de lluvia,
que esta recien cargada de CO2.
• Con el tiempo la superficie rocosa se va reduciendo y las fracturas
(diaclasas y fisuras) por donde entra el agua van creciendo.
• Suelo se hunde en las aperturas ensanchadas: forma cono/envase
• Suelen ser superficiales y de pendientes suaves.
• Formas mas comunes: circulares
• Factores importantes: pendiente, litologia y fracturas, suelo y
vegetacion
Cont. Sumideros o dolinas
2) Sumideros de colapso: se forman de manera abrupta y
sin aviso cuando el techo de una caverna (disolucion bajo la
superficie y crecimiento de cavidades) se desploma por peso
• En areas donde la caliza tiene encima arcillas residuales u
otros sedimentos no consolidados
• Suelen ser profundos y de laderas empinadas
• Riesgo geologico grave
• Colapsos sin aviso tambien sugieren que los colapsos
pueden suceder por un nivel freatico que baja. Ej. despues
de periodos de mucha sequia, baja el nivel freatico
permitiendo que la arena cerca de la superficie se colapse
en cavidades de disolucion
Desarrollo de paisaje
karstico: (A) agua
subterranea percola a
traves de caliza por
fracturas. Actividad de
disolucion crea cavernas en
y debajo de nivel freatico.
(B) Dolinas bien
desarrolladas y corrientes
superficiales son
canalizadas por debajo del
terreno. (C) Cavernas
crecen y aumenta el
numero y tamano de
dolinas. Hundimiento de cavernas y union de dolinas forman
depresiones de suelo plano mas grandes. Finalmente la actividad de
disolucion puede remobilizar la mayor parte de la caliza de la zona,
dejando solo restos aislados.
Sumidero de colapso, Florida
Sumidero de colapso, Florida
Uvalas
• Sumideros compuestos formados por el
agrandamiento y coalescencia de sumideros
individuales, mas pequenos
• Someros y de forma irregular
• Tamano: algunos kilometros en area
• Profundidad: algunos metros – 200 m
Poljes o polies
• Depresion cerrada grande con un piso plano aluvial
(fertil), rodeado de lados empinados
• Tamano: 1-5 km de ancho, hasta 60 km de largo
• Agua entra los poljes por manantiales, fluye a lo largo
de los pisos planos como corrientes superficiales, y
luego desaparece en sumideros o cuevas
• Se pueden inundar por aumento de flujo en
manantiales e incluso formar lagos
• Pueden tener origen karstico (procesos intensos de
disolucion) o tectonico (fallas activas)
Polje en las Taurus Mtns., Turquia
Sinkhole ponds y lagos karsticos
• Sumideros que han sido llenados con agua:
– Drenaje central del sumidero ha sido tapado con arcilla y
limo, que ha llegado ahi por corrientes superficiales o ha
quedado atras como residuo durante
disolucion
– El sumidero
interseca el
nivel freatico, y
el nivel del “pond”
o del lago es el
tope del nivel
freatico
sinkhole pond, FL
Lagos karsticos
Lagos
karsticos en
sumideros,
Florida
Solution chimneys y vertical shafts
• Solution chimneys: formadas por disolucion de
paredes de caliza a lo largo de fisuras o planos
de estratificacion, estructuralmente
controlados
• Vertical shafts (pozos verticales): cilindros
circulares con paredes verticales cortando a
traves de estratos. Forma esta controlada por
el movimiento de agua subterranea y es
independiente de estructuras y estratos
Disolucion a lo largo de fracturas
• Disolucion de carbonatos es incrementada a lo
largo de planos de diaclasas a medida que el
agua circula a traves de las fracturas, alterando
quimicamente (“etching out”) las diaclasas.
• Cutters: cortes o ranuras planas (“notches”) de
calizas formados por disolucion vertical a lo
largo de planos de diaclasas. Tamano: cm-m
ancho, 1 m-decenas de m profundo, decenas de
m de largo
Cont. Disolucion - fracturas
• Cont. Cutters:
– Rasgos karsticos muy comunes, pero no tienen mucha
expresion superficial porque disminuyen/adelgazan
(“taper”) hacia abajo y estan mucha veces llenos de suelo.
– Luego de mucha disolucion, la caliza puede parecer queso
suizo
– Gradualmente se convierten en rasgos mas grandes y
profundos llamados (1) fisuras de disolucion (similar pero
mas profundo y ancho), (2) corredores de disolucion (con
anchos de decenas de metros), (3) cañones de disolucion
(con anchos y profundidades de decenas a cientos de
metros, y longitud de mas de 1 km)
Transicion entre drenaje fluvial y karstico
• Interrupcion de drenaje superficial y desviacion al
subsuelo a traves de cavidades de disolucion
interconectadas.
• Corrientes/rios superficiales terminan abruptamente en
sumideros (se llaman sinking creeks o disappearing
streams), y emergen abruptamente de manantiales
karsticos como corrientes de alto caudal (discharge).
• Punto en que un sinking stream desaparece al subsuelo:
“swallow hole” o “swallet” (sumideros, pits (hoyos),
shafts, fisuras de disolucion, entradas de cuevas, etc.)
• Drenaje en areas karsticas tiene componentes
superficiales y en el subsuelo.
Sinking stream:
usando tintas
para rastrear el
agua subterranea
Swallow hole
Cont. Transicion drenaje fluvial y karstico
• Cuando el drenaje es totalmente karstico (raro, calizas
gruesas son expuestas sobre drenajes extensivos) –
holokarst
• Cuando hay rasgos karsticos y fluviales – fluviokarst
• Proceso: corrientes fluviales desaparecen en las
calizas subyacentes, el drenaje subterraneo se hace
dominante hasta que el drenaje fluvial desaparece por
completo. Con el tiempo, la disolucion y erosion
siguen consumiendo las calizas hasta que la
topografia vuelve a ser de un sistema fluvial normal
Valles karsticos
• A medida que desaparece el drenaje superficial
y se desarrolla un drenaje subterraneo en las
calizas, se desarrollan valles karsticos.
• Retienen las caracteristicas fluviales (forma,
gradiente, canal superficial) hasta que toda la
corriente desaparece al subsuelo -- el valle se
convierte en un valle seco o de disolucion
(solution valley)
• Solo ocurren flujos superficiales cuando el
caudal es muy alto
Cont. Valles karsticos
• Los canales superficiales van cambiando por
disolucion, meteorizacion y procesos gravitacionales.
Se desarrollan muchos sumideros.
• Sinking creeks (arroyos/quebradas) que descargan en
sumideros por mucho tiempo erosionan los suelos de
valles debajo del nivel original de los sumideros,
dejando al valle terminar de forma abrupta contra las
paredes empinadas del lado distal del sumidero –
forma un valle ciego (blind valley)
• Cuando las corrientes que emergen de manantiales
comienzan a cortar (incise) valles, producen lo
opuesto a un valle ciego: pocket valley, que tienen
headwalls empinadas.
Cuevas
• Cavidades elongadas en calizas, producidas por
disolucion y ayudadas por erosion mecanica del
agua subterranea fluyendo
• Formacion de cuevas requiere red de aperturas a
lo largo de las cuales el agua pueda fluir de
areas de recarga a areas de descarga
• La mayoria alcanza tamaños grandes como para
que humanos las exploren en ~105 años
Cont. Cuevas
• Morfologia es controlada por:
– Distribucion espacial de los carbonatos
– Posicion de puntos de recarga y descarga
– Estructura geologica
– Distribucion de flujo vadoso (de la zona de
aireacion) y freatico (zona de saturacion)
– Historia geomorfica del area
Cont. Cuevas
• Componentes de un sistema de cuevas:
– entradas: mas comunes se encuentran en swallow
holes, spring mouths, colapsos de sumideros. La
mayoria de las cuevas no tienen entradas naturales
y permanecen sin detectar.
– terminaciones: terminan por colapso del techo
(causando que se llene de derrubios), o por
disminucion de conductos a tamanos menores
– pasajes y cuartos: cuevas son sistemas complejos
con multiples niveles, etc.
Entradas naturales
Cavernas Rio Camuy
Cont. Cuevas
• Pasajes: segmentos de cuevas que son mas largos que
anchos y altos.
– pasajes de conducto sencillo: incluye pasajes lineales,
angulate (angulosos) y sinuosos
– maze passages (laberinto): incluye network, anastomosing y
spongework mazes
• Tipo de maze depende en la naturaleza de sistemas de fractura en la
caliza y en la recarga de aguas subterraneas
• Cuartos: conductos engrandecidos de varios tamanos,
causados por interseccion de varios pasajes,
coalescencia de cavidades por disolucion vigorosa
localizada y por el colapso de varias cavidades
Ej. de pasajes
Patrones de cuevas
• Dependen principalmente del tipo de recarga
de aguas subterraneas
• Branchwork caves
– Consisten de pasajes que se unen corriente abajo
como tributarios. Similar a patrones dendriticos.
– La recarga de aguas subterraneas es por
sumideros.
– Tipo mas comun.
– Ramas (branches) convergen en canales de orden
mas alto corriente abajo.
Branchwork cave
Cont. Patrones de cuevas
• Angular network caves
– Se desarrollan de sistemas angulares de fisuras que
intersecan, formadas por el ensanchamiento por
disolucion de rasgos principales en el carbonato
– Pasajes son relativamente derechos, altos y
estrechos, con vueltas cerradas (closed loops)
• Anastomotic caves
– Consisten de patrones curveados que coalescen y
se separan. Similar al patron de corriente
ramificada, con muchas vueltas cerradas.
– Se forman paralelas a planos de estratificacion o
fracturas de angulos bajos
Angular network cave
Cont. Patrones de cuevas
• Spongework caves
– Consisten de cavidades de disolucion
tridimensionales y unidas, de diversos tamanos, en
un patron parecido a una esponja
• Ramiform caves
– Consisten de pasajes, cuartos y galerias irregulares
y tridimensionales, con forma de “splotches”
(manchas) desnivelados en plano
– Ramas interconectadas se esparcen hacia afuera
desde las cavidades de solucion principales
Patrones
de cuevas
Ventanas karsticas (karst windows)
• Colapso (caving in) de porciones del techo de
corrientes subterraneas crea ventanas karsticas
a traves de las cuales se puede ver parte de la
corriente subterranea desde la superficie
• Puentes naturales (natural bridges)
– Porciones remanentes del techo de cuevas, luego
de que la mayor parte del techo ha colapsado
Puente natural
en Slovenia
Origen de sistemas de cueva karsticos
•
Teorias principales de evolucion de cuevas se
centran en la relacion del agua subterranea que
circula y el nivel freatico
1) Cuevas se forman sobre el nivel frearico por disolucion
del agua vadosa (de zona de aireacion)
2) Cuevas se forman debajo del nivel freatico por
circulacion profunda de agua freatica
3) Cuevas se forman en el nivel freatico o en la zona
freatica somera, a veces asociado con fluctuaciones del
nivel freatico (por temporadas)
•
Desarrollo de cuevas sucede en las zonas vadosas
y freaticas al mismo tiempo.
Depositos de cuevas
• CaCO3 disuelto por aguas subterraneas se
puede precipitar en cuevas como travertino o
dripstone
• A medida que el agua entra la cueva por el
techo y gotea al piso, parte del agua se
evapora, aumentando la concentracion de
CaCO3 y cambiando la P parcial del CO2
• Ocurre sobresaturacion de CaCO3 y una
porcion se precipita
Goterones –
formacion de
estalactitas
Cont. Depositos de cuevas
• Goterones crean estalactitas, colgando del
techo
• Gotas que caen en el piso de la cueva
precipitan CaCO3 adicional, formando
estalagmitas
• Estalactitas y estalagmitas eventualmente se
unen y crecen juntos para formar columnas
• Estanques (pools) de agua en el piso se
evaporan, depositando CaCO3 como terrazas
de travertino
Columnas, estalactitas y estalagmitas
Carso tropical
• Topografia dominada por colinas residuales (no
sumideros) en forma de cono, con lados empinados a
verticales y separadas por cockpits: cone karst y tower
karst (cientos de metros sobre el terreno alrededor)
• Cockpit karst: topografia dominada por cockpits –
sumideros grandes en forma de envase de hasta 1 km de
diametro que ocurren en calizas gruesas.
– Tan grandes que sistemas de canales secundarios se
desarrollan en las paredes, dandole forma de estrella, contrario
a la forma circular o eliptica de la mayoria de los sumideros
• PR, Cuba, Rep. Dom.: cone karst y tower karst se
caracteriza por colinas bajas y anchas (stubby) - mogotes
Tower karst, China
Tower karst, Vietnam
Cockpit karst en Puerto Rico
Cockpit
karst,
Jamaica