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Marius van Heiningen
E-mail: mvh@telecentroscyl.net
INTRODUCCIÓN.
En Marzo de este año estuve realizando un estudio espeleogenético de la Cueva del Yeso en Baena (Córdoba), ayudando a mis amigo del Grupo Espeleológico G-40 de Priego de Córdoba. Las galerías bajas de la cueva se encuentran al nivel del río Guadajoz y ya en el primer contacto con la cueva José Antonio Mora Luque me contó que hace años había visto que el nivel del río llegaba hasta el puente (7 metros por encima del nivel actual) inundando la llanura aluvial. También me contó que el pensaba que estos acontecimientos habían sido muy importantes en la formación de las galerías bajas.
Después de visitar las galerías bajas estaba completamente de acuerdo con el. Este artículo es un resumen de las características de esta clase de cuevas.
La zona epifreática es la zona caracterizada por las fluctuaciones del nivel del agua subterránea en un karst y por lo tanto las eventuales galerías situadas en esta zona se encuentran periódicamente inundadas. Según el mecanismo de crecida, las características de las galerías formadas son diferentes. En este artículo se tratarán las galerías ensanchadas por una inundación causada por una subida del nivel de base.
El agua que entra por la desembocadura de la cueva suele ser agresiva y tener bastante arcilla, sin embargo, sus características disminuyen hacia dentro por mezclarse con el agua de la propia cueva.
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ZONAS DE CIRCULACIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA.
Las zonas de circulación de agua subterránea son las siguientes:
La zona freática es la zona que se encuentra permanentemente inundada, incluso durante el periodo de estiaje. El agua circula baja presión hidrostática y su dirección puede ser hacia abajo y hacia arriba.
La zona vadosa es la zona que nunca se encuentra inundada, ni siquiera durante épocas de crecida. El agua circula libremente por ella y solo hacia abajo.
La zona epifreática es la zona que se encuentra entre ambas y se caracteriza por fluctuaciones del nivel de agua subterránea, inundándose periódicamente. Por lo tanto, esta zona está situada entre el nivel de inundación permanente (límite inferior) y el nivel máximo durante las crecidas (límite superior). Las fluctuaciones del nivel de agua no solo se aprecian en las subidas y bajadas de los niveles de lagos freáticos dentro de las galerías, incluso galerías totalmente secas en tiempo de estiaje se pueden inundar por completo. La figura 1 muestra las 3 zonas.
La figura 1 muestra un sistema montañoso donde en época de crecida un gran arroyo se pierde por un sumidero. El agua en las galerías sube de tal modo que empieza a salir por un manantial temporal. Las galerías en la zona epifreática están en rojo y las de la zona freática en naranja.
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MECANISMOS DE CRECIDA O “BACKFLOODING”.
La característica principal de la zona epifreática es que sus galerías, que la mayor tiempo del año están secas, se pueden inundar parcialmente o por completo. Lógicamente esto debe de ser la consecuencia de una aportación muy considerable de agua. La subida del nivel de agua dentro de las galerías y la consecuente acumulación de agua se llama crecida o “backflooding”. Los dos mecanismos de crecida más importantes son las siguientes.
Mecanismo 1: Crecida por aumento excepcional del caudal.
Cuando el caudal normal aumenta enormemente, por ejemplo por deshielo o por una precipitación muy intensa, es posible que las secciones más estrechas no dejen pasar toda la corriente. Por lo tanto el nivel de agua antes del estrechamiento debe de subir. (figura 1). Esta subida puede ser muy abrupta y llega en algunas ocasiones hasta cientos de metros La situación más común son cuevas de alta montaña con una amplia zona deLa característica principal de la zona epifreática es que sus galerías, que la mayor tiempo del año están secas, se pueden inundar parcialmente o por completo. Lógicamente esto debe de ser la consecuencia de una aportación muy considerable de agua. La subida del nivel de agua dentro de las galerías y la consecuente acumulación de agua se llama crecida drenaje. Esta claro que estas circunstancias son muy peligrosas para los espeleólogos.
Mecanismo 2: Crecida por aumento de nivel de base.
Cuando el nivel de base sube, el desagüe de la cueva se estanca y además puede entrar agua por la desembocadura de la cueva. El nivel de base normalmente es un río, pero también puede ser el mar.
En este artículo tratamos el segundo mecanismo.
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VARIACIÓN DE NIVEL DE BASE DE UN RÍO.
Un río forma junto con el valle donde se encuentra un sistema aluvial. Un sistema aluvial común es la siguiente:
Un valle con un fondo más o menos plano donde se encuentra el cauce del río encajado. El fondo plano se llama la llanura aluvial o llanura de inundación (figura 2). El encajamiento del río suele variar entre unos pocos metros y hasta más de 10 metros. En época de crecida el cauce del río se llena rápidamente y el agua empieza a fluir sobre la llanura de inundación (figura 3). Como este es mucho más ancho que el cauce del río, lavelocidad del flujo disminuye y se deposita una capa de arena o arcilla, lo que explica su formación.
Una vez que el agua llega a la altura de la llanura, ya no subirá mucho más. Entonces la variación en nivel de base depende principalmente de la profundidad del cauce.
Las crecidas suelen ser muy rápidas, mientras que el nivel máximo se puede mantener hasta varios días. La decrecida es mucho más lenta que la crecida y también puede durar hasta varios días.
La figura 2 muestra un valle con una llanura de inundación (gris) y el cauce de un río. El nivel del río está bajo y parte del cauce está seco (rojo). La sección muestra la roca en donde el río se excava y los sedimentos depositados sobre la llanura
La figura 3 muestra el mismo valle, pero ahora en época de crecida, gran parte de la llanura de inundación se ha inundado. El nivel del río puede haber aumentado hasta 10 metros o más. La distancia A-B indica la variación del nivel de base.
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Normalmente un río es el punto más bajo de una zona y por lo tanto representa el nivel de base local, lo que significa que todo espacio (galerías y fisuras) que se encuentran por debajo necesariamente está lleno de agua. Cuando el nivel de base sube, también sube el nivel del agua dentro de las galerías que desembocan en este nivel y por lo tanto las fluctuaciones del nivel de agua dentro de la zona epifreática son muy parecidas a las fluctuaciones del nivel de base (el río). Las subidas dentro del cauce de un río pueden variar de unos pocos metros hasta más de 10 metros. En época de estiaje, el nivel del agua dentro de las galerías se ha acoplado al bajo nivel del río. Las galerías que todavía se encuentran inundadas no se secarán en todo el año y la superficie del agua en este momento representa el límite inferior de la zona freática (figura 4).
En época de crecida el nivel del río puede subir varios metros y ahora el agua dentro de las galerías se acoplará al alto nivel del río (figura 5). El agua que se acumula en la zona epifreática puede tener dos procedencias. Por una parte es agua aportado por los corrientes subterráneas y por otra parte puede ser agua que ha entrado desde el río.
La figura 4 muestra un río en época de estiaje y las galerías inundadas de la zona freática (azul oscuro).
La figura 5 muestra que la crecida dentro de la cueva (zona epifreática) equivale a la subida del nivel de base. La subida del nivel es indicada en azul claro, mientras que la zona freática es indicada con azul oscuro.
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EL AGUA DENTRO DE LA ZONA EPIFREÁTICA.
Cuando el nivel de base sube la composición del agua subterránea variará entre dos situaciones extremas:
1) El desagüe de la cueva se frena, pero no se detiene. En este caso la cueva se llena con su propia agua y no entra agua desde el río.
2) El desagüe de la cueva se frena por completo y además entra agua desde el río por la desembocadura. En este caso la cueva se llena con agua del río mezclada con el agua subterránea ya presente.
El primer extremo pudiera ser una combinación de una subida de nivel de base muy moderada y un caudal subterráneo grande. Todo el agua que se acumula en la cueva es aportada por la propia cueva. Según el origen del agua, esta puede estar más o menos saturada.
El segundo extremo pudiera ser una combinación de una subida de nivel de base considerable y un caudal subterráneo muy reducido. La mayoría del agua que se acumula en la cueva es aportado por el río y el agua suele estar poca saturada.
PRIMER EXTREMO.
Cuando las galerías se llenan con agua de la propia cueva, la agresividad del agua depende de su origen.
Si el agua proviene de infiltración de precipitación, concentrada en la zona del epikarst, entonces suele estar bastante saturada, especialmente si ha entrado por fisuras estrechas. El ensanchamiento de las galerías temporalmente inundadas varia entre poco y moderado.
Si el agua proviene de un flujo superficial entrando por un sumidero, entonces el agua suele ser bastante agresiva y el ensanchamiento de las galerías varia entre moderado y grande.
La dirección del flujo en las galerías es desde dentro hacia fuera.
Durante la crecida tanto la velocidad del flujo como el caudal disminuyen hacia la desembocadura porque el agua es retenida para llenar las galerías (figura 6A). Durante el máximo de la crecida la velocidad del agua en las grandes galerías y salas inundadas es muy reducida, aunque en las galerías estrechas suele ser mayor que lo normal por el aumento del caudal del arroyo subterráneo (por las lluvias). En este momento el caudal es igual en todas las galerías, es decir lo que entra por el arroyo sale por la desembocadura (figura 6B). Durante la decrecida la velocidad del flujo suele aumentar hacia la desembocadura, pero siempre en relación con la sección de las galerías, es decir la velocidad siempre es mayor en las galerías estrechas que en las amplias salas. El caudal aumenta paulatinamente hacia la desembocadura. Ambos efectos por evacuación del exceso de agua (figura 6C).
La figura 6 muestra la velocidad y dirección del flujo (flechas rojas) y el caudal del flujo (flechas verdes) durante la crecida, la máxima inundación y la decrecida, en régimen de acumulación de agua interna. El punto 1 es un arroyo interno que aporta agua a la zona epifreática. Los puntos 2 y 3 son salas inundadas, la sección del punto 2 es menor a la sección del punto 3. El punto 4 es un estrecho tubo freático.
La figura 6A muestra la situación durante la crecida e indica como el caudal disminuye paulatinamente hacia la desembocadura por acumulación de agua. La velocidad es mínima donde se combina la mayor sección (de la cueva) con el menor caudal y por lo tanto la velocidad en el punto 3 es menor que en el punto 2. Por la misma razón la velocidad en el punto 4 es menor que en el punto 1.
La figura 6B muestra la situación durante la máxima inundación e indica como el caudal es igual en todos los puntos, esto porque las salas están llenas y ya no retienen el agua. La velocidad del flujo solo tiene relación con la sección: cuanto más grande la sección más lento el flujo. La figura 6C muestra la situación durante la decrecida e indica que el caudal aumenta paulatinamente hacia la desembocadura por evacuación del agua acumulada. Es ahora cuando las velocidades en los puntos 2, 3 y 4 alcanzan su máximo y en este ejemplo la máxima velocidad se encuentra en el estrecho tubo freático, debido a su mayor caudal.
SEGUNDO EXTREMO.
Cuando las galerías se llenan principalmente con agua del río, se establecerá un rango de mezclas desde fuera hacia dentro. Cerca de la desembocadura casi toda el agua es del río y como esta agua suele ser bastante agresiva, el ensanchamiento por disolución es grande o muy grande. Más hacia dentro la mezcla contiene cada vez más agua de la propia cueva y por lo tanto se hace cada vez menos agresiva, lo que lleva a una disminución de la disolución (figura 7). Con otras palabras, el ensanchamiento disminuye desde fuera hacia dentro.
Durante la crecida la dirección del flujo en las galerías es desde fuera hacia dentro y la velocidad del flujo disminuye hacia dentro porque el agua es retenida para llenar las galerías. El caudal es máximo en la embocadura hasta llegar a cero en algún punto cueva adentro. Durante el máximo de la crecida y la decrecida las velocidades y caudales son muy similares a la situación descrito en el primer extremo.
La figura 7A muestra una posible distribución de las mezclas de agua dentro de la cueva en época de estiaje. En este ejemplo la mayoría del agua subterránea tiene un porcentaje de menos de 50 por ciento de agua del río.
La figura 7B muestra una posible distribución en época de crecida. El agua del río ha invadido la cueva, pero el porcentaje de mezcla disminuye hacia dentro.
DOS REGÍMENES EN LA ZONA EPIFREÁTICA.
Entre ambos extremos hay una situación donde todo el agua procedente del arroyo subterráneo (agua interna) es retenido en las galerías, sin la más mínima entrada de agua desde el río exterior. Esta situación sirve para definir dos regímenes:
La situación donde se llena la cueva con agua interna y donde hay un desagüe más o menos grande hacia el río exterior y aquí lo llamamos: Régimen de acumulación de agua interna.
La situación donde entra cierta cantidad de agua en las galerías desde el río exterior, sea mucha o poca, y aquí lo llamamos: Régimen de mezcla de aguas.
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FACTORES QUE DETERMINAN EL RÉGIMEN EPIFREÁTICA.
El régimen que se establece en la zona epifreática de una cueva depende de varios factores. Dos de ellos ya se ha mencionado: la subida del nivel de base y el caudal del arroyo interno. Otro factor importante es el volumen de las galerías dentro de la zona epifreática.
La subida del nivel de base (la subida del río exterior) determina el nivel hasta donde se inundarán las galerías de la cueva. Un segundo aspecto es que por consecuencia de una crecida muy rápida el nivel del río puede ser considerablemente más alto que el nivel dentro de la cueva. Esta diferencia en presión hidrostática empuja el agua hacia dentro de la cueva. Una subida grande favorece una situación de régimen de mezcla de aguas.
El caudal del arroyo interno puede ser suficiente para inundar las galerías de la zona epifreática. Está claro que cuanto más grande sea su caudal, más agua interna es acumulado, lo que favorece una situación de régimen de acumulación de agua interna.
El volumen de todas las galerías y salas inundadas determina la cantidad de agua que se ha retenido. Cuanto más grande sea este volumen menos probable es que se puede llenar con el agua del arroyo interno y por lo tanto un volumen grande favorece un régimen de mezcla de aguas.
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DEPOSICIÓN DE LA ARCILLA.
Durante las crecidas el agua del río suele ser muy turbia, lo que es debido a la gran cantidad de sedimento de grano fino presente en el agua. En el caso de que el agua entra en la cueva desde el río (régimen de mezcla de aguas) este sedimento se suele quedar depositado dentro de la cueva. El momento de deposición más favorable es la inundación máxima de las galerías, porque en este momento las velocidades son mínimas. La conservación de la arcilla depositada es máxima en las salas grandes y mínima en las galerías estrechas, porque en estas últimas suele haber un flujo apreciable durante la decrecida. La acumulación de arcilla puede llegar a formar un depósito de hasta varios metros de espesor, en casos extremos colmatando una galería. Cuando una galería está casi colmatada por completa el agua circulará todo el año entre la arcilla y el techo ,lo que favorece la formación de conductos de medio tubo en el techo y pendantes.
Como la deposición de la arcilla está ligada a la entrada de agua desde fuera, las condiciones favorables para su sedimentación son las mismas que para el régimen de mezcla de aguas.
Una vez que la arcilla se haya depositado la roca caliza que se encuentra por debajo es protegida contra la disolución, lo que frena el ensanchamiento de las galerías.
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ENSANCHAMIENTO DE LAS GALERÍAS EPIFREÁTICAS.
Ya se ha mencionado la capacidad de disolución según el origen del agua. En resumen se puede decir que en régimen de acumulación de agua interna la velocidad de ensanchamiento puede variar entre lenta y rápida, según el origen del agua es de infiltración dispersa (epikarst) o de infiltración concentrada (sumideros) y que en régimen de mezcla de aguas el ensanchamiento suele ser rápido, por entrada de agua agresiva.
En el segundo caso las galerías pueden llegar a tener un tamaño grande, de decenas de metros de diámetro, ampliando su volumen hacia arriba por hundimiento de techos. De este modo los techos de las galerías pueden llegar por encima de la zona epifreática.
El mayor aumento de una cueva en régimen de mezcla de aguas es donde el agua entra en la cueva, es decir en la zona más cercana al río. Cuanto más a dentro el porcentaje de agua del río disminuye, las salas suelen ser menos amplias.
La localización del mayor aumento de una cueva en régimen de acumulación de agua interna es más incierto, pero en general es más hacia dentro.
Cuando una galería repentinamente se llena con agua agresiva la disolución ocurre más o menos igual en todas partes. De este modo muchas fisuras estrechas se pueden ensanchar hasta galerías y chimeneas ciegas penetrables, formando una zona laberíntica.
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SIGNOS DISTINTIVOS DE AGUA ESTANCADA.
Especialmente en las salas y galerías amplias la velocidad del agua es muy pequeña (figura 6) una vez que se han llenado. Los máximos niveles hasta donde llega el agua suelen estar marcados por bandas de material orgánica (hojas, ramas, etc.), por una capa de arcilla u incluso por una banda de sal (Cueva del Yeso).
Otro signo distintivo es una posible acumulación de arcilla, especialmente en las galerías más cercanas al río.
La disolución de las paredes, suelos, techos y cualquiera grieta suele dejar una roca bastante rugosa, sobresaliendo las partes menos solubles. También la ausencia de ciertas características que indican una gran velocidad del flujo, como son los scallops (golpes de gubia) es significativa.
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RESUMEN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE GALERÍAS EPIFREÁTICAS, CAUSADAS POR VARIACIÓN DE NIVEL DE BASE.
Como este artículo trata de muchos aspectos acerca de la zona freática, un resumen sería repetir medio artículo. Por eso me limito a dar un resumen de algunas características importantes que puede ayudar a reconocer una galería epifreática.
1) Como las galerías se llenan generalmente con agua agresiva hay bastante disolución hasta donde llega el agua. Las galerías se ensanchan en todas las direcciones.
2) Si la zona epifreática se mantiene durante bastante tiempo en el mismo lugar, las galerías se pueden hacer grandes, con diámetros de decenas de metros.
3) Las galerías amplias pueden exhibir un aumento adicional en volumen por hundimiento de techos.
4) El agua entra en todas las fisuras ensanchándolas. De este modo se pueden formar galerías y chimeneas ciegas, además de una red de galerías más o menos laberíntica.
5) La arcilla aportada por el río puede llegar a formar grandes acumulaciones.6) Si la arcilla llega a llenar casi una galería entera, se pueden formar conductos de medio tubo en el techo y pendantes.
7) Marcas en las paredes que han dejado las crecidas. Estas marcas pueden ser de arcilla, restos orgánicos que han entrado de fuera u incluso de alguna sal.
8) Si entra agua desde el río, las características se notarán más en la parte más cercana a la desembocadura, desminuyendo paulatinamente hacia dentro.
9) Las paredes y techos tienen una superficie más bien rugosa, coincidiendo con disolución en aguas casi estancadas.
10) Ausencia de signos que indican una alta velocidad de flujo, como las pequeñas depresiones en forma de cuchara (“scallops” o golpes de gubia) en las paredes y techos de las galerías.
Aparte de estas características lo primero que tiene que llamar la atención es la localización de la cueva en el ambiente geológico. Es decir si la cueva está al mismo nivel que el río, si este río tiene un cauce profundo y si hay lagos freáticos presentes en la cueva.
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