Unas reglas básicas para determinar el área de recarga de una cueva.

8/6/2019 Unas reglas bsicas para determinar el rea de recarga de una cueva.

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Unas reglas bsicas para determinar el rea de recargade una cueva.

Marius van Heiningenhttp://espeleogenesis.blogspot.com/

INTRODUCCIN.

El rea de recarga de una cueva es el rea que alimenta su acufero, bien por infiltracin

directa (lluvia , nieve), por escorrenta e infiltracin subsiguiente o por absorcin de

cursos superficiales (arroyos, ros, lagos). Para los espelelogos es un factor importante,

porque, por un lado puede indicar la procedencia de los flujos subterrneos que

podemos encontrar dentro de la cueva, y por otro lado es un indicador muy valioso para

determinar el desarrollo potencial que puede tener la cueva que estamos explorando.Adems, si se trata de reas de recarga grandes nos ayuda a aproximar los mximos de

caudal durante las crecidas, muy importante por su aspecto de seguridad. Por ejemplo,

no es raro que una tormenta descargue enormes cantidades de lluvia mientras se

encuentre invisible detrs de una montaa, resultando en sbitas subidas del nivel de

agua por decenas (y hasta cientos) de metros en poco tiempo.

Sin embargo, la determinacin del rea de recarga no es tarea fcil, porque no consiste

simplemente en delimitar los afloramientos de la formacin geolgica en donde se ha

formado la cueva, sobre un mapa geolgico. Hay varios factores que juegan su papel y

es importante reconocerlos e intentar averiguar su impacto. Ejemplos de algunos de

estos factores son: las barreras tectnicas, mltiples desages de un solo macizo

calcreo, afloramientos separados, la escorrenta de la lluvia o la presencia desumideros. Por tanto hace falta ordenar algunas reglas bsicas, que intentamos a

continuacin.

En uno de los siguientes artculos se aplicarn estas reglas sobre el acufero del Pozo

Azul (Covanera, Burgos), la cueva sumergida ms larga del mundo, en un intento de

averiguar el potencial de la longitud de este grandioso sistema.

UNAS REGLAS BSICAS.

Existen algunas reglas bsicas que pueden ser de gran ayuda para nuestros intentos de

establecer los limites del acufero que alimenta la cueva que estamos explorando:1) Los macizos calcreos drenan hacia sus puntos topogrficamente ms bajos. Por

tanto hay que localizar todas las fuentes importantes, para identificar los diferentes

acuferos.

2) El gradiente hidrulico es importante porque nos indica la probabilidad de desage de

una zona particular (y dentro del mismo afloramiento) hacia nuestra cueva o hacia otro

lugar.

3) La presencia de anticlinales, sinclinales y fallas.

4) Los afloramientos separados por rocas superiores: puede formar parte del mismo

acufero.

5) Los afloramientos separados por rocas inferiores: no suele formar parte del mismoacufero.


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6) Las pendientes superiores pueden alimentar al acufero por escorrenta; adems es

posible que ros y arroyos puedan ser (parcialmente) absorbidos en sumideros.

ALGUNAS NOTAS ACERCA DEL TRMINO ACUFERO.

La mayora de las definiciones de acufero coinciden ms o menos con la definicin de

la Wikipedia: Un acufero es aquel estrato o formacin geolgica permeable quepermite la circulacin y el almacenamiento del agua subterrnea por sus poros o

grietas.

Bueno, desde el punto de vista como depsito de agua, til para fines tales como la

agricultura, la industria o la alimentacin de la poblacin, esta definicin est muy bien.

Sin embargo, como espelelogos nos interesa la circulacin del agua en relacin con la

cueva que estamos investigando. Por tanto prefiero usar el termo acufero en el siguiente

sentido: Acumulacin y circulacin de agua dentro de un estrato que es drenado por

una cueva. Soy consciente de que en la prctica puede haber algn problema, por

ejemplo: imagnese dos grandes cuevas que desagen hacia lados opuestos de unmacizo, normalmente se trata de dos acuferos. Pero, qu ocurrira si estas estn

conectadas por unas galeras fsiles y superiores, ya sin significado hidrolgico actual,

formando de este modo un solo sistema? Entonces se trata de una cueva con dos

acuferos.

Al lo mejor la definicin debe de ser: Acumulacin y circulacin de agua dentro de un

estrato que es drenado por la parte activa de una cueva. Donde una cueva puede tenerdos o varios partes activas.

Aunque incluso aqu puedo imaginar algunas objeciones, creo que se trata de una

definicin bastante prctica y manejable. Una consecuencia de esta definicin es que en

la mayora de los casos, cada manantial grande y alejado de otros manantiales grandes,

tiene su propio acufero. Digo en la mayora de los casos, porque a veces un acufero(una cueva) desagua en dos o ms manantiales y adems tampoco cuento los

manantiales que slo funcionan en tiempos de crecida.

LOS ACUFEROS SUELEN DESAGUAR CERCA DE SUS PUNTOSTOPOGRFICAMENTE MS BAJOS.

La circulacin del agua dentro de un macizo de caliza no es al azar, sino por niveles y

estratos favorables, guiada por fisuras (fallas, diaclasas y juntas de estratificacin). Sin

embargo, todos los acuferos tienen la tendencia de manar cerca de sus afloramientostopogrficamente ms bajos. Por tanto, cuando se estudia el rea de recarga de un acufero,

hay que buscar estos puntos sobre el mapa geolgico. En general se encuentran donde la

formacin en cuestin es cortada por un valle mayor.

Es frecuente que un macizo desage hacia varios puntos bajos, que no necesariamente

deben de tener una altitud similar. Por esta razn hay que tener en cuenta todos los puntos

bajos locales, aunque se encuentran a una altitud mayor que el punto bajo principal. Por

ejemplo, la figura 1 muestra dos puntos bajos de un macizo: El punto A es el punto ms

bajo en altura absoluta y por tanto lo llamamos el punto bajo principal. El punto B es un

punto bajo local, por ser el punto ms bajo de sus alrededores, sin ser el punto ms bajo

absoluto. El acufero que mana en A es ms grande que el acufero que mana en B. Ambos

puntos bajos se han formado por incisin de los valles.


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La figura 1 muestra que el punto ms bajo del macizo se encuentra en A, donde se ha formado el manantial de mayor caudal. La parte de la derecha del macizo tiene ungradiente hidrulico favorable hace el punto B, y se ha formado un acufero de menorcaudal.

Del mismo modo que los puntos bajos indican la posicin de los manantiales, los limites de

los afloramientos situados a una cota topogrficamente alta, aseguran la imposibilidad demanantiales principales. Por ejemplo, la figura 2 muestra claramente que el punto A es el

nico punto posible hacia donde se puede desarrollar el drenaje subterrneo, porque entre

los puntos B1 y B2 nunca se podrn formar grandes manantiales, simplemente porque el

agua no fluye hacia arriba. Este ejemplo es particularmente aplicable al acufero del PozoAzul.

La figura 2 muestra un ejemplo de drenaje hacia el punto ms bajo, a la vez demostrandola imposibilidad de drenaje hacia los lmites altos (B1 y B2). Las lneas azules indican lasgaleras sumergidas (freticas) y las lneas en violeta las galeras vadosas.

EL GRADIENTE HIDRULICO.

En los artculos que trataron la formacin de los protoconductos hemos visto que el

gradiente hidrulico es uno de los parmetros principales que determinan su gnesis.

Recordamos la definicin del gradiente hidrulico: la diferencia en altura entre dos

puntos, dividido por la diferencia de su distancia horizontal. Por ejemplo: un desnivel de100 metros sobre una distancia horizontal de 300 metros tiene el mismo gradiente


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hidrulico que un desnivel de 200 metros sobre una distancia de 600 metros en

horizontal. Volviendo a la figura 1, ahora podemos entender que se ha desarrollado un

drenaje tanto hacia A como hacia B, adems de que la mayor distancia horizontal del

drenaje A coincide con su mayor desnivel. Bueno, como consecuencia es lgico que al

principio se puedan formar hasta unos cuantos puntos de desage.

Lo que pasa es que el punto ms bajo absoluto puede formar el desage ms profundo y

que despus del colapso del gradiente hidrulico (por el aumento del dimetro de las

galeras, ver artculos anteriores) finalmente puede captar muchos de los otros desages

que se han instalado a una altura mayor (figura 3). Sin embargo, esto no ocurrir

siempre porque entre otras cosas:

1) Si el punto bajo principal se encuentra cerca de la base de la formacin, puede que

con el tiempo esta base se quedar colgada en la pared del valle, evitando la posibilidad

de profundizacin del manantial. De este modo un desage principal puede llegar a ser

obsoleto y su drenaje puede ser capturado por otro manantial (figura 4).

2) Puede que los diferentes desages estn separados por barreras tectnicas como

anticlinales o fallas, cuya importancia adems se puede aumentar con el tiempo, por lacontinua incisin de los valles. Es decir, un anticlinal que antes no tena importancia

con el tiempo se puede convertir en una barrera, modificando los lmites de los

acuferos (figura 9).

La figura 3 muestra la misma situacin topogrfica y geolgica que la figura 1. Sinembargo, con el tiempo y por ventaja de gradiente hidrulico, el manantial A hacaptado el caudal del manantial B. El manantial B se ha quedado seco e incluso podra

funcionar como sumidero. El trayecto de captura est indicado en verde.


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La figura 4 muestra la misma situacin topogrfica y geolgica que la figura 1 y 3, conla diferencia que en este caso los valles se han profundizado por la erosin. Elmanantial A se ha quedado colgado en la pared del valle, mientras que el manantial Bse ha profundizado, resultando en el manantial B1. En lugar de la captacin del caudaldel manantial B por A (como ha ocurrido en la figura 3), el caudal de A es captado porel manantial B1. La lnea negra indica la capa fretica.

SINCLINALES Y ANTICLINALES.

Aunque son formas tectnicas bastante conocidas, vamos a resumir sus caractersticaselementales. Suponemos 4 formaciones sedimentarias depositadas en una posicin

horizontal. La formacin marrn es la ms antigua y la azul la ms reciente (figura 5A).

Imagnase que por una razn tectnica todo este paquete de estratos se ha deformado, de

tal forma que se han formado dos pliegues. El pliegue de la izquierda es un anticlinal y

el pliegue de la derecha es un sinclinal (figura 5B). A continuacin se ha dibujado la

situacin topogrfica despus de que se ha establecido una superficie por la erosin

(figura 5C).

Observacin: En el ncleo del anticlinal afloran las rocas ms antiguas y en el ncleodel sinclinal afloran las rocas ms jvenes. Esto ltimo es un requisito para ambos:

Anticlinal: rocas en ncleo ms antiguas.Sinclinal: rocas en ncleo ms modernas.

ANTIFORM Y SINFORM.Si no se tiene en cuenta la edad de las rocas, entonces se puede decir que el pliegue de la

izquierda tiene un antiform (forma cncava) y el pliegue de la derecha un sinform

(forma convexo).

La mayora de los anticlinales tienen un antiform y la mayora de los sinclinales un

sinform. Sin embargo, un antiform con rocas ms jvenes en el ncleo sigue siendo un

sinclinal y un sinform con rocas antiguas en su ncleo es un anticlinal.


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La figura 5A muestra una secuencia de cuatro formaciones horizontales. En 5B lasformaciones se han plegado para formar un anticlinal (a la izquierda) y un sinclinal (ala derecha). Mientras que 5C muestra la situacin con el relieve, causado por la

erosin. En el ncleo del anticlinal se encuentran los estratos ms antiguos, mientrasque en el ncleo del sinclinal se encuentran los estratos ms jvenes.

Nota: Los pliegues tienen muchas ms caractersticas como: charnela, simetra, eje depliegue, plano axial, flancos, etc. Se supone que estos trminos son ms o menos

conocidos, sin embargo, en la wikipedia se encuentra ms informacin buscando por el

trmino plegamiento.


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COMO RECONOCER LOS ANTICLINALES Y SINCLINALES EN UN MAPAGEOLGICO.La figura 6 muestra un mapa geolgico, indicando el trazado de un anticlinal (a la

izquierda) y un sinclinal (a la derecha), adems de una lnea de perfil AB. El perfil AB

pudiera coincidir fcilmente con la situacin mostrada en la figura 5C, confirmando la

sucesin de un anticlinal y un sinclinal desde la izquierda hacia la derecha

La figura 6 muestra el trazado de un anticlinal (a la izquierda) y de un sinclinal (a laderecha) sobre un mapa geolgico. El perfil AB coincide con la figura 4C.

Entonces, para encontrar los anticlinales y sinclinales en el mapa geolgico hay que

buscar en las zonas dnde los limites de las formaciones (o unidades) muestran una

fuerte curvatura. Y a continuacin hay que determinar si la roca que se encuentra en el

ncleo de la curvatura es ms antigua o ms reciente para saber si se trata de un

anticlinal o un sinclinal (la razn es que muchos de los anticlinales y sinclinales

pequeos no estn identificados en el mapa geolgico y los tenemos que determinar

nosotros mismos).

CUIDADO CON LAS LNEAS DE ALTURA.Sin embargo, siempre hay que tener en cuenta la topografa del terreno. Por ejemplo,

suponemos que las formaciones de la figura 6 se encuentran en una posicin horizontal.

En la figura 7 superior se ha dibujado una situacin similar a la figura 6, pero con las

curvas de nivel aadidas. Se puede ver que las lneas de altura son paralelas a los lmites

de las formaciones. La figura 7 inferior muestra el perfil AB, y vaya sorpresa!:


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La figura 7 muestra que hay casos donde la curvatura de los limites de las formacionesnada tiene que ver con anticlinales y sinclinales, porque este efecto tambin puede serdebido a los niveles topogrficos, especialmente si se trata de estratos de bajainclinacin.

Lo que parece un anticlinal resulta ser un valle y lo que pareca un sinclinal es unsobresaliente de un altiplano.

Es ms, lo que puede parecer un sinclinal, en realidad puede ser un anticlinal. Por

ejemplo: Un anticlinal cuyos flancos tienen una inclinacin inferior a la inclinacin de

la superficie. Por ejemplo:

La figura 8A muestra un afloramiento de una formacin ms moderna, totalmente

rodeado por una formacin ms antigua: Bingo!, esto debe de ser un sinclinal.....pues

no!

En este caso se trata de un anticlinal cuyos flancos inclinan menos que la topografa, la

formacin ms joven se ha quedado como un resto elevado en el terreno, probablemente

debido a una mayor resistencia a la erosin (figura 8B).


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La figura 8A muestra una formacin ms joven (en verde) rodeada por una formacinms antigua (marrn) y por tanto parece que se trata de un sinclinal. La figura 8Bmuestra que en este caso se trata de un anticlinal cuyos flancos se inclinan menos quela pendiente del terreno. El molino indica que se trata de una zona perteneciente alacufero del Pozo Azul (como sabrn los conocedores de la zona).

UN ANTICLINAL QUE SE CONVIERTE EN UNA BARRERA TECTNICA.

La superficie y los puntos de desage de los acuferos van bajando con el tiempo,

debido a la erosin, lo tambin significa que estructuras que se encuentran en el

subsuelo van subiendo con el tiempo (por lo menos en sentido relativo). De este modo

es posible que una estructura que inicialmente no implica ningn impedimento para los

flujos subterrneos, se transforme en una barrera tectnica modificante. Por ejemplo, un

flujo que pasa por encima de un anticlinal (antiform) puede ser separado en dos

acuferos cuando el anticlinal se acerca a la superficie (figura 9).

Adems, como la formacin impermeable (en verde) impide la profundizacin de lasgaleras ms bajas, se provoca un cambio de un rgimen fretico hacia un rgimen

vadoso.

AFLORAMIENTOS SEPARADOS POR ROCAS SUPERIORES.

En el caso de los afloramientos de una misma formacin que en el mapa geolgico se

encuentran separados por rocas superiores, es posible que estn comunicados, formando

un solo acufero. La figura 10 superior muestra un mapa geolgico donde se muestran 3

afloramientos de la formacin roja. La figura 10 medio, muestra cmo los 3

afloramientos pueden formar parte de un solo acufero, estn conectados mediante

sinclinales y anticlinales. La figura 10 inferior muestra otra posibilidad de conexin.

En resumen: si los afloramientos estn separados por rocas superiores, siempre hay quecontar con la posibilidad de que formen parte del mismo acufero.


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La figura 9 superior muestra un acufero que recoge la precipitacin sobre el macizo y parte del caudal de un ro situado en B. El sistema mana en A y est instalado porencima de un anticlinal, que hasta este momento ha tenido poca influencia en sudesarrollo. Los flujos vadosos estn en violeta y los freticos en azul. La capa freticabaja desde B hacia A.Figura 9 inferior: La erosin de los valles causa una subida relativa del anticlinal y eneste caso tiene como consecuencia la particin del sistema en dos acuferos: A y B.

Adems, el acufero A se ha quedado completamente en rgimen vadoso. Estos cambioshan ocurrido porque el anticlinal no deja que las galeras inferiores y situadasinmediatamente por encima de roca insoluble(verde) se profundice. En otras palabras,

el anticlinal funciona como una barrera tectnica.


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La figura 10 superior muestra un plano geolgico ficticio con 3 formacionesgeolgicos (en verde, marrn claro y rojo), de la cual la formacin roja muestra 3afloramientos separados. La figura del medio y la inferior muestran 2 ejemplos decmo los diferentes afloramientos (en rojo) pueden estar conectados por debajo de una

formacin superior (en marrn claro). En ambos se ha podido desarrollar un sistemahidrolgico conectado.

AFLORAMIENTOS SEPARADOS POR ROCAS INFERIORES.

Cuando los afloramientos de una formacin estn separados por una formacin inferior,

entonces normalmente no estn conectados (figura 11).

En casos de una severa deformacin tectnica es posible que pueda existir una conexin

entre los afloramientos. Sin embargo, con la ayuda de los planos y perfiles geolgicos,

lo normal es que esta posibilidad se puede probar o negar.


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La figura 11 muestra dos afloramientos (en verde) separados por una formacininferior (en roja), mostrando que no forman parte de la misma unidad hidrolgica.

SUMIDEROS Y ESCORRENTA.

Es muy frecuente que una (gran) parte del caudal que recorre las galeras subterrneas

proviene de cursos de aguas superficiales (arroyos, ros, lagos, etc.). El agua se mete en

los sumideros y a partir de ese momento ayuda en la formacin de las cuevas. Por tanto,

hay que examinar todos los cursos acuticos que estn en contacto con los afloramientos

de la formacin en cuestin, con especial atencin a los flujos que de repente terminan

en el mapa.

Por otro lado, puede ser importante la escorrenta de las laderas que en su parte superior

estn compuestas de roca impermeable y en su parte inferior de roca calcrea. La

precipitacin que se acumula en la parte superior puede ser absorbida en la parte

inferior, aumentando el rea de recarga. La escorrenta puede formar pequeos arroyos,

aunque es frecuente que se filtre hacia la base de la capa del suelo, para moverse entre laroca impermeable y el suelo (es decir, invisible a la superficie).


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NOTA FINAL.

Este artculo no es una tesis exhaustiva de todos los elementos que juegan un papel en la

determinacin del rea de recarga de una cueva. Slo he enumerado unas cuantas

situaciones importantes con algunos ejemplos, para visualizar los problemas con los que

hay que contar en esta tarea. Espero disponer de tiempo para demostrar estas reglas enla determinacin del rea de recarga del Pozo Azul (Burgos).

Unas reglas básicas para determinar el área de recarga de una cueva.

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