11.14: Topografía Karst

INTRODUCCIÓN

En todo el mundo, los paisajes kársticos varían desde colinas onduladas salpicadas de sumideros, como se encuentran en partes del centro de Estados Unidos, hasta colinas dentadas y kársticos pináculo que se encuentran en los trópicos. El desarrollo de todos los accidentes geográficos kársticos requiere la presencia de roca que es capaz de ser disuelta por las aguas superficiales o subterráneas.

El término karst describe una topografía distintiva que indica la disolución (también llamada solución química) de rocas solubles subyacentes por aguas superficiales o subterráneas. Aunque comúnmente se asocian con rocas carbonatadas (piedra caliza y dolomita), otras rocas altamente solubles como los evaporados (yeso y sal de roca) se pueden esculpir en el terreno kárstico.

Comprender las cuevas y el karst es importante porque el diez por ciento de la superficie de la Tierra está ocupada por el paisaje kárstico y hasta una cuarta parte de la población mundial depende del agua suministrada por las áreas cársticas. Aunque es más abundante en regiones húmedas donde está presente roca carbonatada, el terreno kárstico ocurre en ambientes templados, tropicales, alpinos y polares. Las características kársticas varían en escala desde microscópicos (precipitados químicos) hasta sistemas de drenaje completos y ecosistemas que cubren cientos de millas cuadradas y amplias mesetas kársticas.

Aunque los procesos kársticos esculpen hermosos paisajes, los sistemas kársticos son muy vulnerables a la contaminación del agua subterránea debido a la tasa relativamente rápida de flujo de agua y la falta de un sistema de filtración natural. Esto pone en riesgo los suministros locales de agua potable de ser contaminados. A mediados de la década de 1980, la inundación de cuevas en la zona altamente poblada de Bowling Green, Kentucky, provocó que los desechos industriales se filtraran en el vasto sistema de fisuras subterráneas que contaminaban las aguas subterráneas de los pozos locales. Debido a la expansión urbana millones de dólares se gastan anualmente en Estados Unidos para reparar daños en carreteras, edificios y otras estructuras que se construyen sobre superficies cársticas inestables.

TOPOGRAFÍA KÁRSTICA

El grado de desarrollo de los accidentes geográficos kársticos varía mucho de una región a otra. Es probable que los grandes sistemas de drenaje en las áreas kársticas tengan componentes de drenaje fluvial (superficial) y cárstico (subterráneo). Como se indica en la introducción, el término kárstico describe una topografía distintiva que indica la disolución de las rocas subyacentes por aguas superficiales o subterráneas.

El agua cae como lluvia o nieve y se empapa en el suelo. El agua se vuelve débilmente ácida porque reacciona químicamente con el dióxido de carbono que se produce de forma natural en la atmósfera y el suelo. Este ácido se llama ácido carbónico y es el mismo compuesto que hace que las bebidas carbonatadas tengan un sabor ácido. El agua de lluvia se filtra hacia abajo a través del suelo y a través de fracturas en la roca respondiendo a la fuerza de la gravedad. El ácido carbónico en el agua subterránea en movimiento disuelve el lecho rocoso a lo largo de las superficies de juntas, fracturas y planos de lecho, formando eventualmente pasajes de cuevas y cavernas.

La piedra caliza es una roca sedimentaria que consiste principalmente en carbonato de calcio en forma de calcita mineral. El agua de lluvia disuelve la piedra caliza por la siguiente reacción: Calcita + Ácido carbónico = Iones de calcio disueltos en agua subterránea + Iones bicarbonato disueltos en agua subterránea.

Las grietas y juntas que se interconectan en el suelo y el lecho rocoso permiten que el agua llegue a una zona por debajo de la superficie del terreno donde todas las fracturas y espacios vacíos están completamente llenos (también conocidos como saturados) de agua. Esta zona rica en agua se llama la zona saturada y su superficie superior se llama el nivel freático. El volumen de espacio vacío (espacio lleno de aire o agua) en el suelo o lecho rocoso se denomina porosidad. Cuanto mayor sea la proporción de huecos en un volumen dado de suelo o roca, mayor será la porosidad. Cuando estos huecos están interconectados, el agua o el aire (u otros fluidos) pueden migrar de vacío a vacío. Así se dice que el suelo o lecho rocoso es permeable porque los fluidos (aire y agua) pueden moverse fácilmente a través de ellos. El lecho de roca permeable hace un buen acuífero, una capa de roca que retiene y conduce el agua. Si el agua subterránea que fluye a través del lecho de roca permeable subyacente es ácida y el lecho rocoso es soluble, se puede crear un tipo distintivo de topografía, la topografía kárstica.

La primera parte de nuestra animación muestra la evolución de los accidentes geográficos kársticos creados por el movimiento descendente del agua acompañado de la disolución de la roca y el transporte masivo de sedimentos en canales de arroyos. En zonas tropicales con gruesas calizas masivas, un paisaje notable y distintivo de colinas dentadas y gargantas estrechas domina por completo el paisaje. El movimiento de la solución a lo largo de fracturas y articulaciones graba el lecho rocoso y deja bloques de piedra caliza como agujas aisladas o pináculos. Los pináculos van desde pequeñas características de unas pocas pulgadas de alto hasta formas intermedias de unos pocos pies de altura hasta grandes pináculos de cientos de pies de altura. Además del grabado de pináculos y colinas residuales, las láminas de agua que fluye se mueven hacia abajo en superficies inclinadas creando una variedad de características superficiales grabadas. Nuestra animación por computadora muestra los accidentes geográficos dominantes, como pináculos, conos y torres, comúnmente encontrados en el ambiente kárstico tropical del norte de Puerto Rico.

Nuestro modelo de papel representa otro tipo de paisaje kárstico, el de una llanura caliza ondulada como la que se encuentra en el centro-sur de Kentucky, el norte de Florida y el borde de las tierras altas del centro de Tennessee, donde el karst dolino es la característica predominante. El karst dolino es el tipo de paisaje cárstico más distribuido. El paisaje está salpicado de sumideros (dolinas) que pueden variar ampliamente en número y tamaño. Para la llanura de sumideros en el centro de Kentucky, hay aproximadamente 5.4 sumideros por kilómetro cuadrado en un área de 153 kilómetros cuadrados. Para el norte de Florida hay casi 8 sumideros por kilómetro cuadrado sobre un área de 427 kilómetros cuadrados (White, 1988, cuadro 4.1, página 100).

La topografía kárstica dominada por sumideros o dolinas suele tener varias características superficiales distintas. Nuestro modelo de papel muestra características normalmente asociadas con la topografía kárstica. Los sumideros (también conocidos como dolinas) son depresiones superficiales formadas por: 1) la disolución del lecho rocoso formando una depresión en forma de cuenco, o 2) el colapso de cuevas poco profundas que se formaron por disolución del lecho rocoso. Estos sumideros o cuencas poco profundas pueden llenarse de agua formando lagos o estanques. Los manantiales son lugares donde el agua subterránea emerge en la superficie de la tierra. Los arroyos que desaparecen son arroyos que terminan abruptamente fluyendo o filtrándose en el suelo. La desaparición de los arroyos son evidencia de alteración del drenaje superficial y, por lo tanto, indican la presencia de un sistema de drenaje subterráneo. Las entradas a las cuevas son aberturas naturales en la tierra lo suficientemente grandes como para permitir la entrada de una persona. Las cuevas pueden reflejar un complejo sistema de drenaje subterráneo.

Una breve lista de las cuevas más largas de Estados Unidos

Nombre	Ubicación	Distancia mapeada*
Cueva Mammoth - Sistema de cresta de pedernal	Kentucky	500 km
Cueva Joya	Dakota del Sur	118 km
Cueva del Viento	Dakota del Sur	73 km
Sistema de Agujero Frailes	Virginia Occidental	68 km
Sistema de cuevas Fisher Ridge	Kentucky	64 km
^* Los números se redondean al kilómetro más cercano

¿QUÉ CONTIENEN LAS CUEVAS?

El agua en movimiento puede transportar materiales terrestres a y a través de cuevas física o químicamente. Las cuevas contienen características interesantes como resultado de los procesos físicos y químicos que las forman. Entre estas características se encuentran los bloques de ruptura de roca formados por colapso de techos rupestres. También se observan sedimentos que contienen rocas, arena, limo y arcilla depositados del agua que fluye dentro y a través de pasajes y conductos de cuevas. Los espeleógenos son formas irregulares o distintivas de roca carbonatada grabada a partir del lecho rocoso por goteo o agua corriente. Los espeleógenos pueden formarse donde el lecho rocoso no es uniforme en composición química. En consecuencia, la roca menos soluble se disuelve más lentamente que la roca adyacente más soluble a través del tiempo. La roca menos soluble tiende a pararse en relieve y se proyecta desde paredes y techos de cuevas.

Lejos de sus entradas, las cuevas suelen proporcionar una temperatura y humedad relativamente constantes durante un largo período de tiempo. Así, las cuevas proporcionan un ambiente ideal para la deposición química de minerales. A medida que el agua cargada de carbonato disuelto se filtra en el pasaje de la cueva lleno de aire, puede perder el exceso de dióxido de carbono a la atmósfera de la cueva, o el agua misma puede evaporarse, haciendo que el agua de goteo precipite carbonato secundario u otros minerales de la solución, creando formaciones de cuevas o espeleotemas incluyendo estalactitas en forma de cono, estalagmitas, piedra de flujo o piedra de borde, u otras formas interesantes. Las cuevas en áreas kársticas suelen tener estalactitas (masas de piedra caliza química parecida a carámbanos) que cuelgan de los techos de las cuevas y estalagmitas fuertes que sobresalen del piso de la cueva Las estalactitas y estalagmitas pueden ser de algunas pulgadas a varios pies de largo. A veces el agua de goteo fluirá por las paredes y sobre el piso de la cueva creando depósitos de piedra de flujo o piedra de borde. Donde el agua de goteo se filtra de una junta y luego gotea sobre los bordes de las repisas, se forman depósitos de gran complejidad conocidos como cortinas. El color de las piedras de goteo y piedras de flujo proviene de compuestos orgánicos y/o de óxido de hierro traídos de la superficie, dando a los espeleotemas un color marrón anaranjado o por la presencia de óxidos e hidróxidos de hierro y manganeso que dan a los espeleotemas un color marrón oscuro o negro.

LO QUE VIVE BAJO TIERRA?

Algunos científicos están interesados en la ecología de las cuevas y cómo los animales de las cuevas interactúan con los microclimas de las cuevas Los animales que se encuentran en las cuevas incluyen desde animales que habitan en la superficie como mapaches que ocasionalmente usan la cueva, hasta animales que se han adaptado exclusivamente a la vida en la cueva (troglobitos). Los troglobitos no pueden sobrevivir fuera de las cuevas. Estos pueden incluir animales tan diversos como peces sin ojos y cangrejos de río, escarabajos de las cavernas, gusanos planos y otros tipos inusuales de insectos. Muchos de estos animales han perdido la pigmentación corporal y son de color blanco o transparente. Aunque el ambiente de la cueva parece ser estable, el cambio puede ocurrir y ocurre. La temperatura de la cueva varía debido al movimiento del aire cerca de las entradas y la temperatura del agua que ingresa a la cueva. En realidad, algunas cuevas tienen sus propios sistemas meteorológicos que crean viento debido a las diferencias de temperatura y presión entre los pasillos de entrada e interiores.

Muchos animales, como murciélagos, grillos de cavernas y ratas de carga, visitan regularmente, crían a sus crías o hibernan en cuevas. A estos animales se les llama trogloxenos. Las cuevas pueden soportar grandes cantidades de diferentes tipos de murciélagos. Los murciélagos pueden estar entre los animales más beneficiosos para las personas y el ecosistema como comedores de insectos y polinizadores de plantas. El pequeño murciélago marrón puede comer 600 mosquitos en una hora realizando así el trabajo de un “insecticida natural”, ayudando a controlar las plagas de los cultivos y otros insectos. El sistema Mammoth Cave-Flint Ridge en Kentucky, que es el sistema de cuevas más extenso del mundo, tiene una biodiversidad de 43 mamíferos, 15 reptiles, 19 anfibios y 3 peces. En 1981, las Naciones Unidas designaron al Parque Nacional Mammoth Cave como Patrimonio de la Humanidad. Siga este enlace para obtener un excelente resumen del área de Mammoth Cave y otras cuevas que se encuentran en el Sistema de Parques Nacionales de los Estados Unidos.

En 1988, Estados Unidos aprobó la Ley Federal de Protección de Recursos de Cuevas que preserva y protege todas las cuevas importantes que se encuentran en tierras federales para las futuras generaciones de estadounidenses.

¿QUÉ HAY PARA MÍ?

Saber dónde se encuentran las características kársticas podría ayudar a los planificadores de ciudades y pueblos, así como a los terratenientes individuales, a tomar decisiones sobre dónde construir casas y otras estructuras. Esta información podría ahorrar miles de dólares a las ciudades en reparaciones a edificios que se construyen sobre terreno kárstico inestable.

Los manantiales kársticos suministran agua potable a millones de personas. El conocimiento del terreno kárstico y el movimiento del agua en los sistemas de drenaje subterráneo es importante para mantener el agua potable de buena calidad y segura. La contaminación de las aguas subterráneas es un problema importante en el terreno kárstico.

Las cuevas ofrecen un lugar para la recreación. Si bien la mayoría de las cuevas ubicadas en los Parques Nacionales están protegidas, existen más de 200 cuevas comerciales en todo el país que están abiertas al público. La espeleología recreativa se ha convertido en un hobby popular. La Sociedad Nacional de Espeleología cuenta con alrededor de 20 mil afiliados activos a nivel nacional.

Los depósitos conservados en cuevas pueden informar a los geólogos sobre climas pasados. Los fósiles y artefactos encontrados en cuevas ayudan a geólogos y arqueólogos a desentrañar la prehistoria de una zona.

Las cuevas sustentan una comunidad única de bacterias, hongos y animales que no se ven en la superficie de la Tierra.

PREGUNTAS

• ¿Por qué a menudo hay viento en la desembocadura de una cueva?
• ¿Se forman grandes cuevas en ambientes secos por encima del nivel freático?
• ¿Se forman características de goteros como estalactitas y estalagmitas en cuevas que están debajo o por encima del nivel freático? ¿Por qué o por qué no?
• ¿El nivel freático está siempre nivelado?
• ¿Debería una persona explorar una cueva sola?
• ¿Debería una persona construir una casa cerca de un sumidero?
• ¿Debe una persona recolectar estalactitas y estalagmitas?
• ¿Debe una persona recolectar animales que habitan en cuevas?

PREGUNTAS DE REFLEXIÓN

• ¿Qué habilidad te ayuda a desarrollar este contenido?
• ¿Cuáles son los temas clave tratados en este contenido?
• ¿Cómo puede el contenido de esta sección ayudarte a demostrar el dominio de una habilidad específica?
• ¿Qué preguntas tienes sobre este contenido?

Colaboradores y Atribuciones

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