Clasificación Climática de los Karst

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).
ESLAVA, BAHAMON & ROMERO: CLASIFICACION CLIMATICA DE LOS KARST
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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METEOROLOGIA COLOMBIANA N2, OCTUBRE 2000
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.
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