Meteorología Colombiana

N2

pp. 67–72

Octubre, 2000

Bogotá D.C.

ISSN-0124-6984

CLASIFICACION CLIMATICA DE LOS KARST

JESUS ANTONIO ESLAVA RAMIREZ Profesor Titular, Departamento de Geociencias-Facultad de Ciencias-Universidad Nacional de Colombia

SANDRA MARCELA BAHAMON AYALA Carrera de Geología, Departamento de Geociencias-Facultad de Ciencias-Universidad Nacional de Colombia

MARIA INES LOPEZ ROMERO Carrera de Geología, Departamento de Geociencias-Facultad de Ciencias-Universidad Nacional de Colombia

Eslava, J., S. Bahamón & M. Romero. 2000: Clasificación Climática de los Karst. Meteorol. Colomb. 2:67-72. ISSN 01246984. Bogotá, D.C. – Colombia.

RESUMEN El clima es uno de los factores principales al momento de formación o modificación de una carstificación y sus formas resultantes. Los elementos climáticos determinantes de las características de los Karst, son la humedad, la circulación del aire y la temperatura. Muchos procesos cársticos presentan características correspondientes a una sucesión climática dada; por esto en el presente artículo se presentan las relaciones entre clima y Karst y una clasificación climática basada en la estructura de los Karst.

ABSTRACT Climate is one the main factors in forming or modifying Karsts, or its resulting forms. The determining climatic elements of Karst characteristics are humidity, air circulation and temperature. Many Karstic processes show characteristics corresponding to a given climate sequence. In the present article we discuss the relation between climate and Karst as well as a climate classification based on the structure of the Karsts.

1. INTRODUCCION Una caverna ante todo constituye un medio, el cual tiene una evolución determinada: geológica (geotopo), biológica (biotopo) y, puesto que las cavernas están en comunicación con la atmósfera, el clima regional, el cual influirá ineludiblemente en el clima hipogeo. Los procesos cársticos representan una reacción de un medio o sistema en desequilibrio, tanto química como físicamente; aquí también entra el desequilibrio ante el clima y sus fluctuaciones o variaciones. Las distintas modalidades de reaccionar frente a las oscilaciones climáticas, da lugar a las variedades climáticas del Karst. Como el clima ha presentado grandes variaciones en el pasado, muchos procesos carsticos también presentan

características correspondientes a una sucesión climática dada. Por esto es importante conocer y estudiar los elementos que determinan el clima subterráneo: temperatura, circulación del aire y humedad, de los cuales se hace una breve recopilación bibliográfica en la primera parte del artículo. Después, se presenta una clasificación climática de los Karst desde el punto de vista térmico, realizada por Llopis (1970).

2. GENERALIDADES Los factores que deben ser estudiados en la climatología subterránea han sido descritos por Martel desde 1894 (citado por Nuñez et al., 1988). Posteriores observaciones le permitieron plantear los cuatro

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principios fundamentales que gobiernan la meteorología de las cavernas: 1.

2.

3.

4.

La temperatura del aire subterráneo no es constante por razones topográficas y meteorológicas: las variaciones son del orden topográfico cuando la fisuración de los terrenos donde se desarrollan las cavernas, facilitan la introducción del aire exterior, al mismo tiempo que la de las aguas de infiltración; las variaciones son del orden meteorológico cuando por las fisuras grandes el aire exterior frío penetra a las profundidades mientras que el aire caliente, más húmedo y más ligero, se escapa al exterior. La temperatura del aire varía de un punto al otro de una cavidad a causa de la forma, de las dimensiones y de las diferentes altitudes de las galerías. La temperatura del agua está sujeta a tantas variaciones corno las del aire. En efecto, el agua puede modificar la temperatura del aire de una caverna, tanto por la velocidad de su penetración en la cueva, corno por el enfriamiento del aire por evaporación o por el calentamiento por condensación. Cuando el agua y el aire penetran con diferentes velocidades por cimas o abismos profundos, de varias centenas de metros, sus temperaturas son bastante discordantes. En estos casos, los principios de la geotermia quedan descartados.

investigación de cierto número de factores físicos y químicos. Los factores físicos son: la temperatura, las humedades relativa y absoluta (en su conjunto, el estado higrométrico), la evaporación, la condensación, la circulación del aire y la presión atmosférica. En cuanto a los factores químicos, sólo habrá que considerar la modificación eventual de la composición del aire, sea por pérdida de una parte de su oxígeno, sea por desprendimiento de gas carbónico, o también por la aparición simultanea de estos dos fenómenos cuando, por ejemplo, el gas carbónico proviene de la combustión lenta, en presencia de oxigeno, de materia orgánica, o de material que contiene carbono (Nuñez et al., 1988).

2.1.

Hipoclima o clima hipogeo

Los elementos principales que determinan tanto el clima superficial como el subterráneo, son tres variables de la atmósfera: temperatura, presión y humedad.

2.1.1.

Temperatura hipogea

La temperatura hipogea es siempre distinta de la temperatura exterior. Al entrar en una caverna, cuando afuera hace calor se sentirá frío y viceversa. La temperatura del agua siempre será menor a la del ambiente hipogeo (Eslava & Lopez,1997). La temperatura hipogea disminuye con la latitud y la altitud, pero siempre se conserva mas uniforme que la del exterior. La temperatura exterior influenciara a la entrada de la caverna, por esto la temperatura en una caverna variara gradualmente hasta que en su interior no haya efecto de la temperatura externa, donde se presentara una zona de estabilidad térmica (Eslava & Lopez,1997). Existen dos tipos térmicos hipogeos: a) el tipo normal se caracteriza por tener una zona superior de temperatura muy variable y otra inferior de variabilidad mínima o nula; b) el tipo inverso aparece muy especialmente en cavernas de boca muy ancha, galerías amplias y regulares, la boca debe ser única y la topografía muy regular. Cuando se reúnen estas condiciones la temperatura desciende con la profundidad, a consecuencia de que el aire frío es mas denso que el caliente y baja por gravedad y se acumula en las zonas profundas, produciéndose así la inversión térmica (Llopis, 1970).

2.1.2.

Circulación del aire

Es característica sobre todo en aparatos carsticos con varias salidas al exterior, pero se produce en todo tipo de cavidad carstica y sus orígenes se encuentran en la variación de la presión atmosférica exterior, diferencias de temperatura y vientos en el exterior, estas son barocirculación, termocirculación, y anemocirculación. (Montoriol, 1951). Figura 1. Esquemas de circulación del aire en verano e invierno en cavidades del tipo “saco de aire” y “tubo de viento” Gèze, (1965). Las investigaciones encaminadas a determinar las características de los climas subterráneos, se basan en la

Entre las causas que producen gradientes de presión se distinguen las caídas de agua; la acción del viento sobre las fisuras del lapiés; la diferencia de densidad entre dos columnas de aire y las variaciones de la presión atmosférica (Nuñez et al, 1988).

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Dependiendo de las características de las cavidades, se distinguen dos tipos de circulación: circulación en “saco de aire”, cuando la cavidad solo tiene una entrada, y en “tubo de viento” cuando existe mas de una entrada. En el caso de “saco de aire” la circulación varia según la forma de la cavidad y según la estación (en caso de que se den) (Figs.1-2). En verano el aire que penetra en la cavidad esta más caliente que el del interior y se enfría al contacto con las paredes, en el invierno ocurre lo contrario. En las cavidades ascendentes o descendentes pueden formarse bolsas de aire frío o caliente respectivamente (Llopis, 1970). En algunas ocasiones las cuevas expelen corrientes de aire observadas o sentidas desde la superficie; algunas veces tales corrientes subterráneas cálidas, al chocar con las mas frescas del exterior, producen condensación y ocasionan un fenómeno llamado “cuevas humeantes” (Nuñez et al, 1988).

2.1.3.

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Humedad

La humedad del aire, en reposo en una caverna, esta casi siempre muy próxima a la saturación, por lo que hay posibilidades de condensación y formación de nieblas; la condensación siempre aparece cuando el aire caliente entra a la galería y al contacto con las paredes se enfría. Ese tipo de alimentación tiene mucha importancia en Karst de tierras áridas. El agua desempeña otro importante papel como agente agresivo al poder cargarse con el CO2 existente en las cavidades subterráneas (Llopis, 1970).

3. CLASIFICACION CLIMATICA DE LOS KARST El paisaje cárstico es extremadamente variado y su diversidad depende sobre todo de las circunstancias evolutivas que han ocurrido en darle su carácter actual. El clima es uno de los factores determinantes de las características de los Karsts. En los últimos años, varios autores, y de una manera especial Corbel (1954), en varios trabajos, ha destacado la importancia del clima en relación con la carstificación. El clima influye sobre el régimen de circulación. Así, los Karst glaciares y nivales tienen un régimen más regular y permanente, a consecuencia de su alimentación, que los Karst de tipo pluvial. La clasificación climática de los Karst fue hecha en 1954 por Noel Llopis (Llopis, 1970) y es la siguiente.

3.1.

Karst frío

Se caracteriza por el alto poder de disolución del agua de fusión de hielo y nieve, también por su gran sensibilidad a la insolación, lo que puede provocar la formación de microclimas. Las dolinas adoptan formas de embudo muy pronunciado, con laderas muy pendientes, profundamente hundidas, sin "terra rossa" y con fondo cubierto de cantos de gelivación. El Karst frío se subdivide de la siguiente manera:

3.1.1.

Karst nival

Se desarrolla generalmente en la alta montaña, sin llegar a condiciones periglaciales, con alimentación de nieve en la estación fría. Aparecen desde las formas superficiales, donde el jou es la forma de absorción típica, así como los lapiaces muy desarrollados sobre las escarpadas vertientes calizas. La gran agresividad del agua de fusión y la alta velocidad de circulación motivan un gran desarrollo de las cavidades subterráneas (Fig.3) (Llopis, 1970).

3.1.2.

Figura 2 Cortes esquemáticos e isotermas en el exterior e interior de un macizo cárstico atravesado por un “tubo de viento” (Gèze,1965).

Karst periglaciar

En este caso el principal agente erosivo es la gelivación derivada de la alternancia hielo-deshielo, que aparece con más intensidad en la actividad periglaciar de altitud que de latitud.

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El mecanismo necesita una pequeña presencia de agua líquida y finalmente los afloramientos quedan cubiertos por sus detritus. La nieve, sólo en casos de avalanchas, actúa como agente erosivo, pero suele fundirse en un tiempo corto con lo que aparecen caudales de agua importantes. El suelo humedecido se hiela, con lo que disminuye la infiltración y aumenta la posibilidad de deslizamiento en las laderas.

sobre formas heredadas del glaciar, apareciendo así poljés sobre las depresiones de sobreexcavación. Las formas superficiales, lapiaz y dolinas están muy desarrolladas, predominando los lapiaces que, en las regiones bajas, pueden llegar a estar recubiertos por materiales morrénicos. La infiltración de aguas de fusión da caudales altos de poder agresivo en régimen turbulento, desarrollándose extremadamente el Karst profundo.

Las calizas, sobre todo si son tableadas y están fisuradas, son fácilmente disgregadas por la gelivación, dando potentes criocanchales en los escarpes. La disolución de la caliza es bastante intensa por causa del agua de fusión. Las formas superficiales son distintas según sean las condiciones climáticas húmedas o secas. Bajo clima húmedo predomina el lapiaz de grandes acanaladuras, frecuentes jous, raros cursos de agua con sumideros y circulación muy activa en profundidad. Bajo clima seco la caliza está recubierta por un eluvión periglaciar de gelivación, con relieves frecuentes de nunataks que emergen de la delgada capa de hielo, suelo helado muy profundo. Frecuentes cursos de agua que dan gargantas si la alimentación es suficiente. Las vertientes pasan a formas escalonadas, siendo la forma típica el escarpe calizo, casi siempre originado bajo otro modelado y conservado por las condiciones periglaciares, sobre todo en las regiones secas. La morfología hipogea queda condicionada por la paralización de la circulación durante la helada dando lugar, a veces, a glaciares subterráneos que al descender a zonas sobre 0C alimentan la zona profunda y con emergencias a bajos niveles, a veces submarinos. En la región cubierta de hielo, lengua y circo, hay un gran desarrollo de grietas y arroyos sobre y bajo el hielo que, en los momentos de máxima fusión motivan formaciones de gargantas y cañones por su fuerte actividad erosiva. En las zonas externas, al disminuir la probabilidad de existencia de un suelo helado, permafrost, aparecen formas de convergencia con el Karst nival, con predominio en superficie de las dolinas y jous y un gran desarrollo del Karst profundo (Llopis, 1970).

3.1.3.

Karst glaciar

El modelado glaciar es el predominante, estando el proceso de transformación de la nieve a hielo controlado fundamentalmente por la temperatura. El agua de fusión circula más bajo el hielo, dando arroyos subglaciares, por lo que puede contribuir a la instalación de un Karst subglaciar y aparición de gargantas. El posible relieve cárstico anterior a la instalación del glaciar puede quedar arrasado, conservándose sólo las formas hipogeas. Las formas cársticas postglaciares se remodelan

Figura 3. Karst Nival de los picos de Europa (Miotke, 1968) En las etapas de avance glaciar, el hielo esboza una penetración en el Karst erosionado retocando las cavidades. En la región cubierta de hielo, lengua y circo, hay un gran desarrollo de grietas y arroyos, sobre y bajo el hielo, que en los momentos de máxima fusión motivan formaciones de gargantas y cañones por su fuerte actividad erosiva.

3.1.4.

Karst polar

Aunque por sus condiciones climáticas las regiones polares están englobadas en la zona glaciar, es muy diferente a los glaciares de montañas. Se diferencian porque en las zonas montañosas es frecuente el hielo-deshielo, mientras que en la zona polar esto es muy escaso y hay presiones de carga de hielo muy elevadas (Fig.4).

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Las turberas que, en las regiones frescas de influencia oceánica, tuvieron un mayor desarrollo en el cuaternario, en los períodos fríos aumentan el poder agresivo del agua sobre la caliza, estando la agresividad originada en el mayor contenido de CO2 orgánico. La ablación de la caliza bajo las turberas es muy rápida, por lo que la topografía tiende a dar formas muy suaves. La infiltración del agua se ve favorecida por los efectos de la gelivación. En las zonas frescas de tendencia continental, el Karst procede de los períodos húmedos del cuaternario, por lo que tiene un desarrollo muy superior a lo que originaría la circulación actual. El aspecto más importante es la desaparición de ríos epigeos en el Karst al llegar al contacto con la caliza, y entonces aparece una capacidad de disolución mayor de la correspondiente a la infiltración local.

3.3.

Karsts calidos

3.3.1.

Karsts mediterráneos o Karsts típicos

Figura 4 ejemplo de Karst Polar. 1. Zona superficial deshelada con talje residual, 2. Zona deshelada en la base de Talje, 3. Red cárstica profunda ocupada por el hielo, 4. Pequeñas resurgencias submarinas a través del talje discontinuo, 5. Nivel de las aguas del fior, 6. Zona impermeable y 7. Circulación de aguas subterráneas a presión (Corbel, 1958).

En los acantilados calizos la disolución rápida, provocada al nivel del mar, origina salientes que al carstificarse contribuyen a intensificar la erosión litoral. Los nunataks calizos están completamente secos, nunca se deshielan en superficie y sólo son erosionados por el hielo y por la nieve. En ocasiones muestran residuos de un Karst antiguo disecado por la erosión glaciar posterior (Llopis, 1970).

Este paisaje se distingue por: 1. Ausencia de circulación superficial en las zonas altas. A veces está cruzado por profundas gargantas o cañones, casi siempre de origen exótico, es decir, procedentes de la excavación de ríos nacidos en zonas extracársticas. 2. Cumbres o vertientes calizas cubiertas de hendiduras y arañazos en profundidad variable, llamados lapiaz. 3. Presencia de abundantes formas ciegas: dolinas, uvalas y poljés, aparte de los valles ciegos. 4. Presencia de numerosas cimas y cavernas en las vertientes. 5. Tapiz vegetal nulo o escaso. La roca caliza se muestra desnuda en toda la cobertura.

3.2.

3.3.2.

El agua de fusión del hielo forma arroyos superficiales que sólo en el exterior de los casquetes de hielo se ponen en contacto con el suelo.

Karst pluvio-nival

Karst tropical

Se desarrolla en climas frescos de influencia oceánica con gelivación y nivación débiles. La nieve cae en pocos días (20-30 por año) y tiene muy poca duración. Los fenómenos característicos son raros, sólo a altitud o continentalidad puede hacer que aparezca la gelivación o las nieves persistentes, mientras que la precipitación oscila entre 1.000 y 2.000 mm mensuales, con coeficientes de escorrentía altos.

El ataque de las calizas se realiza de formas muy fuertes, debidas fundamentalmente a la acción pluvial, mientras que el mármol y las dolomitas dan formas más suaves.

Las formas de absorción están bien desarrolladas sobre los rellenos correspondientes a los modelados antiguos, fundamentalmente glaciares. En profundidad, la erosión cárstica es muy importante debido a la alta escorrentía en las zonas de influencia oceánica. Se agrandan las galerías correspondientes al Karst nival antiguo o de períodos más húmedos, siendo en estas regiones donde se encuentran las mayores grutas y cimas.

Para la realización de este proceso se hace necesaria la transformación del carbonato en bicarbonato soluble y la eliminación de este bicarbonato. Las depresiones para la mayoría de los autores se han derivado de una red hidrográfica con un frecuente régimen de crecidas, siendo los kegel montículos de los restos de la disección en los interfluvios.

En los países húmedos y fríos, las turberas son un fenómeno muy importante que causa un drenaje muy defectuoso, por lo que existe una capa humedecida bajo el depósito.

El aspecto fundamental del Karst tropical es la presencia de restos calizos de pendientes escarpadas, los kegel que emergen de una llanura degradada y cubierta por residuos de descalcificación (Fig. 5).

Según Corbel (1954) hay dos tipos de Karst tropical: unos que derivan de una capa calcárea delgada, donde los montículos son testigos finales sobre la superficie insoluble; otro tipo son los que emergen de la llanura aluvial, donde la disolución está frenada por los aluviones, siendo la

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actividad de disolución más intensa en la base de los escarpes, lo que aumenta sus pendientes.

El clima hipogeo o de las cavernas está relacionado con el clima regional, directa o indirectamente, y su influencia es más notoria en la boca que en el interior de la caverna. La importancia de la clasificación climática de los Karst radica en que podemos hacer inferencias sobre paleoclimas y, también, en que hace parte integral de los análisis de los Karst para poder hacer aplicaciones en los campos de: Hidrogeología, Geotecnia, Geografía humana, Geología económica, etc.

Figura 5. Evolución de un Karst Tropical (Lehmann, 1954; Pannekoek, 1948) Según Renault (1958), es una corrosión físico-química y bioquímica merced a la cubierta vegetal limitada en profundidad por el débil encajamiento de los cursos de agua, dolinas al nivel de los ríos activos y galerías superficiales, indicando que al pasar a niveles más profundos las aguas pierden agresividad. La erosión fluvial es predominante y la causa de los aislamientos de los montículos, a cuyos pies se extienden las superficies de las dolinas. Bajo condiciones de lluvias tropicales y evaporaciones altas, las zonas calizas residuales se recubren con una coraza de carbonato cálcico secundario, con lo que las elevaciones se hacen así más resistentes y las depresiones más profundas, donde se acumula la "terra rossa". Según Lehmann (1954) y Pannekoek (1948), se pueden identificar tres fases en la evolución del Karst tropical. La primera corresponde al desarrollo de la red hidrográfica superficial, orientada según las direcciones tectónicas, dejando en las rocas compactas suaves lomas que van siendo degradadas por la erosión lateral de la acción fluvial. La segunda corresponde a un rápido retroceso de los escarpes, dando cerros tabulares. La fase final corresponde a una reducción de los cerros que aumentan sus escarpes y se transforman en los kegel (Fig.6).

CONCLUSIONES El clima afecta la actividad química, física, biológica y por tanto geológica de una región; por ello, habrá mayor o menor erosión según las condiciones climatológicas, suponiendo constante la litología.

Figura 6. Muestra el perfil de un Kegel 1. Galerías donde se sumen las aguas de inundación de la llanura, 2. Cimas verticales, 3. Abrigo y galería de escarpe con estalactitas, 4. Garganta kárstica, 5. Relleno de “terra rossa” con bloques calcáreos, 6. Montículo residual.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Corbel, J. 1954: Les phénomenes Karstiques en climas froid. Erd., 8:119-120. Corbel, J. 1958: Karsts et Glaciers Cuaternaires. Norois 60: 469-479. Eslava, J. & M. López. 1997: Relieve cárstico e Hipoclima; Clima Hipogeo o clima de las cavernas. Atmósfera 25:7387. Sociedad Colombiana de Meteorología, Bogotá. Gèze, B. 1965: La spéléologie scientifique. 190pp. Ed du Seuil, Paris. Lehmann, H. 1954: Der tropische kegelKarst and den Grossen Antillen. Erdkunde, 8 (2):130-139. Llopis, N. 1970: Fundamentos de Hidrogeología Cárstica. 269 pp. Ed.Blume. Madrid-España. Miotke, F.D. 1968: Karstmorphologische studien in der glazial-überformten Höhenstufe der “picos de Europa” Nordspanien. Jahr. Géogr. Gesell. Hannover., Sond. 4, 161pp, 3 karten, 49 figs., 40 Abb. Miro, M. & D. Montserrat. 1985: Breviario de Geomorfología. 144 pp. Ed. Oikos-Tau. Barcelona, España. Montoriol O. J. 1951: Meteorología Hipogea. Urania 228, 22pp, Tarragona, España. Nuñez, A., N. Viña, M. Acevedo, J.M. Rodríguez, M. Iturralde, A. Graña. 1988: Cuevas y Carsos. 344pp. Sociedad Espeleológica de Cuba. La Habana-Cuba. Pannekoek A. 1948: Einige Karsterreinen in Indonesie. Tij. K. Nederl. Aardrij Genootsch., 65 (2):209-214. Renault, Ph. 1958: Processus morphogénétiques des karsts écuatoriaux. Bull. de l’Ass. Géogr. Français, pp.1126.