Unas reglas básicas para determinar el área de recarga de una cueva.
Marius van Heiningen
INTRODUCCIÓN.
El área de recarga de una cueva es el área que alimenta su acuífero, bien por infiltración directa (lluvia , nieve), por escorrentía e infiltración subsiguiente o por absorción de cursos superficiales (arroyos, ríos, lagos). Para los espeleólogos es un factor importante, porque, por un lado puede indicar la procedencia de los flujos subterráneos 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.
Además, si se trata de áreas de recarga grandes nos ayuda a aproximar los máximos 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 detrás de una montaña, resultando en súbitas subidas del nivel de agua por decenas (y hasta cientos) de metros en poco tiempo.
Sin embargo, la determinación del área de recarga no es tarea fácil, porque no consiste simplemente en delimitar los afloramientos de la formación geológica en donde se ha formado la cueva, sobre un mapa geológico. 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 tectónicas, múltiples desagües de un solo macizo calcáreo, afloramientos separados, la escorrentía de la lluvia o la presencia de sumideros. Por tanto hace falta ordenar algunas reglas básicas, que intentamos a continuación.
En uno de los siguientes artículos se aplicarán estas reglas sobre el acuífero del Pozo Azul (Covanera, Burgos), la cueva sumergida más larga del mundo, en un intento de averiguar el potencial de la longitud de este grandioso sistema.
UNAS REGLAS BÁSICAS.
Existen algunas reglas básicas que pueden ser de gran ayuda para nuestros intentos de establecer los limites del acuífero que alimenta la cueva que estamos explorando:
1) Los macizos calcáreos drenan hacia sus puntos topográficamente más bajos. Por tanto hay que localizar todas las fuentes importantes, para identificar los diferentes acuíferos.
2) El gradiente hidráulico es importante porque nos indica la probabilidad de desagüe 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 acuífero.
5) Los afloramientos separados por rocas inferiores: NO suele formar parte del mismo acuífero.
6) Las pendientes superiores pueden alimentar al acuífero por escorrentía; además es posible que ríos y arroyos puedan ser (parcialmente) absorbidos en sumideros.
ALGUNAS NOTAS ACERCA DEL TÉRMINO ACUÍFERO.
La mayoría de las definiciones de acuífero coinciden más o menos con la definición de la Wikipedia: “Un acuífero es aquel estrato o formación geológica permeable que permite la circulación y el almacenamiento del agua subterránea por sus poros o grietas”.
Bueno, desde el punto de vista como depósito de agua, útil para fines tales como la agricultura, la industria o la alimentación de la población, esta definición está muy bien. Sin embargo, como espeleólogos nos interesa la circulación del agua en relación con la cueva que estamos investigando. Por tanto prefiero usar el termo acuífero en el siguiente sentido: “Acumulación y circulación de agua dentro de un estrato que es drenado por una cueva”. Soy consciente de que en la práctica puede haber algún problema, por ejemplo: imagínese dos grandes cuevas que desagüen hacia lados opuestos de un macizo, normalmente se trata de dos acuíferos. Pero, ¿qué ocurriría si estas están conectadas por unas galerías fósiles y superiores, ya sin significado hidrológico actual, formando de este modo un solo sistema? Entonces se trata de una cueva con dos acuíferos.
Al lo mejoy manejable. Una consecuencia de esta definición es que en la mayoría de los casos, cada manantial grande y alejado de otros manantiales grandes, tiene su propio acuífero. Digo en la mayoría de los casos, porque a veces un acuífero (una cueva) desagua en dos o más manantiales y además tampoco cuento los manantiales que sólo funcionan en tiempos de crecida.
LOS ACUÍFEROS SUELEN DESAGUAR CERCA DE SUS PUNTOS TOPOGRÁFICAMENTE MÁS BAJOS.r la definición debe de ser: “Acumulación y circulación de agua dentro de un estrato que es drenado por la parte activa de una cueva”. Donde una cueva puede tener dos o varios partes activas.
Aunque incluso aquí puedo imaginar algunas objeciones, creo que se trata de una definición bastante práctica
La circulación 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 estratificación). Sin embargo, todos los acuíferos tienen la tendencia de manar cerca de sus afloramientos topográficamente más bajos. Por tanto, cuando se estudia el área de recarga de un acuífero, hay que buscar estos puntos sobre el mapa geológico. En general se encuentran donde la formación en cuestión es cortada por un valle mayor.
Es frecuente que un macizo desagüe hacia varios puntos bajos, que no necesariamente deben de tener una altitud similar. Por esta razón 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 más 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 más bajo de sus alrededores, sin ser el punto más bajo absoluto. El acuífero que mana en A es más grande que el acuífero que mana en B. Ambos puntos bajos se han formado por incisión de los valles.
La figura 1 muestra que el punto más bajo del macizo se encuentra en A, donde se ha formado el manantial de mayor caudal. La parte de la derecha del macizo tiene un gradiente hidráulico favorable hace el punto B, y se ha formado un acuífero de menor caudal.
Del mismo modo que los puntos bajos indican la posición de los manantiales, los limites de los afloramientos situados a una cota topográficamente alta, aseguran la imposibilidad de manantiales principales. Por ejemplo, la figura 2 muestra claramente que el punto A es el único punto posible hacia donde se puede desarrollar el drenaje subterráneo, porque entre los puntos B1 y B2 nunca se podrán formar grandes manantiales, simplemente porque el agua no fluye hacia arriba. Este ejemplo es particularmente aplicable al acuífero del Pozo Azul.
La figura 2 muestra un ejemplo de drenaje hacia el punto más bajo, a la vez demostrando la imposibilidad de drenaje hacia los límites altos (B1 y B2). Las líneas azules indican las galerías sumergidas (freáticas) y las líneas en violeta las galerías vadosas.
EL GRADIENTE HIDRÁULICO.
En los artículos que trataron la formación de los protoconductos hemos visto que el gradiente hidráulico es uno de los parámetros principales que determinan su génesis. Recordamos la definición del gradiente hidráulico: la diferencia en altura entre dos puntos, dividido por la diferencia de su distancia horizontal. Por ejemplo: un desnivel de 100 metros sobre una distancia horizontal de 300 metros tiene el mismo gradiente hidráulico 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, además de que la mayor distancia horizontal del drenaje A coincide con su mayor desnivel. Bueno, como consecuencia es lógico que al principio se puedan formar hasta unos cuantos puntos de desagüe.
Lo que pasa es que el punto más bajo absoluto puede formar el desagüe más profundo y que después del colapso del gradiente hidráulico (por el aumento del diámetro de las galerías, ver artículos anteriores) finalmente puede captar muchos de los otros desagües que se han instalado a una altura mayor (figura 3). Sin embargo, esto no ocurrirá siempre porque entre otras cosas:
1) Si el punto bajo principal se encuentra cerca de la base de la formación, puede que con el tiempo esta base se quedará colgada en la pared del valle, evitando la posibilidad de profundización del manantial. De este modo un desagüe principal puede llegar a ser obsoleto y su drenaje puede ser capturado por otro manantial (figura 4).
2) Puede que los diferentes desagües estén separados por barreras tectónicas como anticlinales o fallas, cuya importancia además se puede aumentar con el tiempo, por la continua incisión de los valles. Es decir, un anticlinal que antes no tenía importancia con el tiempo se puede convertir en una barrera, modificando los límites de los acuíferos (figura 9).
La figura 3 muestra la misma situación topográfica y geológica que la figura 1. Sin embargo, con el tiempo y por ventaja de gradiente hidráulico, el manantial A ha captado el caudal del manantial B. El manantial B se ha quedado seco e incluso podría funcionar como sumidero. El trayecto de captura está indicado en verde.
La figura 4 muestra la misma situación topográfica y geológica que la figura 1 y 3, con la diferencia que en este caso los valles se han profundizado por la erosión. El manantial A se ha quedado colgado en la pared del valle, mientras que el manantial B se ha profundizado, resultando en el manantial B1. En lugar de la captación del caudal del manantial B por A (como ha ocurrido en la figura 3), el caudal de A es captado por el manantial B1. La línea negra indica la capa freática.
SINCLINALES Y ANTICLINALES.
Aunque son formas tectónicas bastante conocidas, vamos a resumir sus características elementales. Suponemos 4 formaciones sedimentarias depositadas en una posición horizontal. La formación marrón es la más antigua y la azul la más reciente (figura 5A). Imagínase que por una razón tectónica 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 continuación se ha dibujado la situación topográfica después de que se ha establecido una superficie por la erosión (figura 5C).
Observación: En el núcleo del anticlinal afloran las rocas más antiguas y en el núcleo del sinclinal afloran las rocas más jóvenes. Esto último es un requisito para ambos:
Anticlinal: rocas en núcleo más antiguas.
Sinclinal: rocas en núcleo más 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 cóncava) y el pliegue de la derecha un sinform (forma convexo).
La mayoría de los anticlinales tienen un antiform y la mayoría de los sinclinales un sinform. Sin embargo, un antiform con rocas más jóvenes en el núcleo sigue siendo un sinclinal y un sinform con rocas antiguas en su núcleo es un anticlinal.
La figura 5A muestra una secuencia de cuatro formaciones horizontales. En 5B las formaciones se han plegado para formar un anticlinal (a la izquierda) y un sinclinal (a la derecha). Mientras que 5C muestra la situación con el relieve, causado por la erosión. En el núcleo del anticlinal se encuentran los estratos más antiguos, mientras que en el núcleo del sinclinal se encuentran los estratos más jóvenes.
Nota: Los pliegues tienen muchas más características como: charnela, simetría, eje de pliegue, plano axial, flancos, etc. Se supone que estos términos son más o menos conocidos, sin embargo, en la wikipedia se encuentra más información buscando por el término “plegamiento”.
COMO RECONOCER LOS ANTICLINALES Y SINCLINALES EN UN MAPA GEOLÓGICO.
La figura 6 muestra un mapa geológico, indicando el trazado de un anticlinal (a la izquierda) y un sinclinal (a la derecha), además de una línea de perfil AB. El perfil AB pudiera coincidir fácilmente con la situación mostrada en la figura 5C, confirmando la sucesión 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 la derecha) sobre un mapa geológico. El perfil AB coincide con la figura 4C.
Entonces, para encontrar los anticlinales y sinclinales en el mapa geológico hay que buscar en las zonas dónde los limites de las formaciones (o unidades) muestran una fuerte curvatura. Y a continuación hay que determinar si la roca que se encuentra en el núcleo de la curvatura es más antigua o más reciente para saber si se trata de un anticlinal o un sinclinal (la razón es que muchos de los anticlinales y sinclinales pequeños no están identificados en el mapa geológico y los tenemos que determinar nosotros mismos).
CUIDADO CON LAS LÍNEAS DE ALTURA.
Sin embargo, siempre hay que tener en cuenta la topografía del terreno. Por ejemplo, suponemos que las formaciones de la figura 6 se encuentran en una posición horizontal.
En la figura 7 superior se ha dibujado una situación similar a la figura 6, pero con las curvas de nivel añadidas. Se puede ver que las líneas de altura son paralelas a los límites de las formaciones. La figura 7 inferior muestra el perfil AB, y ¡vaya sorpresa!:Lo que parece un anticlinal resulta ser un valle y lo que parecía un sinclinal es un sobresaliente de un altiplano.
La figura 7 muestra que hay casos donde la curvatura de los limites de las formaciones nada tiene que ver con anticlinales y sinclinales, porque este efecto también puede ser debido a los niveles topográficos, especialmente si se trata de estratos de baja inclinación.
Es más, lo que puede parecer un sinclinal, en realidad puede ser un anticlinal. Por ejemplo: Un anticlinal cuyos flancos tienen una inclinación inferior a la inclinación de la superficie. Por ejemplo:
La figura 8A muestra un afloramiento de una formación más moderna, totalmente rodeado por una formación más antigua: ¡Bingo!, esto debe de ser un sinclinal.....¡pues no!
En este caso se trata de un anticlinal cuyos flancos inclinan menos que la topografía, la formación más joven se ha quedado como un resto elevado en el terreno, probablemente debido a una mayor resistencia a la erosión (figura 8B).
La figura 8A muestra una formación más joven (en verde) rodeada por una formación más antigua (marrón) y por tanto parece que se trata de un sinclinal. La figura 8B muestra que en este caso se trata de un anticlinal cuyos flancos se inclinan menos que la pendiente del terreno. El molino indica que se trata de una zona perteneciente al acuífero del Pozo Azul (como sabrán los conocedores de la zona).
UN ANTICLINAL QUE SE CONVIERTE EN UNA BARRERA TECTÓNICA.
La superficie y los puntos de desagüe de los acuíferos van bajando con el tiempo, debido a la erosión, lo también 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 ningún impedimento para los flujos subterráneos, se transforme en una barrera tectónica modificante. Por ejemplo, un flujo que pasa por encima de un anticlinal (antiform) puede ser separado en dos acuíferos cuando el anticlinal se acerca a la superficie (figura 9).
Además, como la formación impermeable (en verde) impide la profundización de las galerías más bajas, se provoca un cambio de un régimen freático hacia un régimen vadoso.
AFLORAMIENTOS SEPARADOS POR ROCAS SUPERIORES.
En el caso de los afloramientos de una misma formación que en el mapa geológico se encuentran separados por rocas superiores, es posible que estén comunicados, formando un solo acuífero. La figura 10 superior muestra un mapa geológico donde se muestran 3 afloramientos de la formación roja. La figura 10 medio, muestra cómo los 3 afloramientos pueden formar parte de un solo acuífero, están conectados mediante sinclinales y anticlinales. La figura 10 inferior muestra otra posibilidad de conexión.
En resumen: si los afloramientos están separados por rocas superiores, siempre hay que contar con la posibilidad de que formen parte del mismo acuífero.
La figura 9 superior muestra un acuífero que recoge la precipitación sobre el macizo y parte del caudal de un río situado en B. El sistema mana en A y está instalado por encima de un anticlinal, que hasta este momento ha tenido poca influencia en su desarrollo. Los flujos vadosos están en violeta y los freáticos en azul. La capa freática baja desde B hacia A.
Figura 9 inferior: La erosión de los valles causa una subida relativa del anticlinal y en este caso tiene como consecuencia la partición del sistema en dos acuíferos: A y B. Además, el acuífero A se ha quedado completamente en régimen vadoso. Estos cambios han ocurrido porque el anticlinal no deja que las galerías inferiores y situadas inmediatamente por encima de roca insoluble(verde) se profundice. En otras palabras, el anticlinal funciona como una barrera tectónica.
La figura 10 superior muestra un plano geológico ficticio con 3 formaciones geológicos (en verde, marrón claro y rojo), de la cual la formación roja muestra 3 afloramientos separados. La figura del medio y la inferior muestran 2 ejemplos de cómo los diferentes afloramientos (en rojo) pueden estar conectados por debajo de una formación superior (en marrón claro). En ambos se ha podido desarrollar un sistema hidrológico conectado.
AFLORAMIENTOS SEPARADOS POR ROCAS INFERIORES.
Cuando los afloramientos de una formación están separados por una formación inferior, entonces normalmente no están conectados (figura 11).
En casos de una severa deformación tectónica es posible que pueda existir una conexión entre los afloramientos. Sin embargo, con la ayuda de los planos y perfiles geológicos, lo normal es que esta posibilidad se puede probar o negar.
La figura 11 muestra dos afloramientos (en verde) separados por una formación inferior (en roja), mostrando que no forman parte de la misma unidad hidrológica.
SUMIDEROS Y ESCORRENTÍA.
Es muy frecuente que una (gran) parte del caudal que recorre las galerías subterráneas proviene de cursos de aguas superficiales (arroyos, ríos, lagos, etc.). El agua se mete en los sumideros y a partir de ese momento ayuda en la formación de las cuevas. Por tanto, hay que examinar todos los cursos acuáticos que están en contacto con los afloramientos de la formación en cuestión, con especial atención a los flujos que de repente terminan en el mapa.
Por otro lado, puede ser importante la escorrentía de las laderas que en su parte superior están compuestas de roca impermeable y en su parte inferior de roca calcárea. La precipitación que se acumula en la parte superior puede ser absorbida en la parte inferior, aumentando el área de recarga. La escorrentía puede formar pequeños arroyos, aunque es frecuente que se filtre hacia la base de la capa del suelo, para moverse entre la roca impermeable y el suelo (es decir, invisible a la superficie).
NOTA FINAL.
Este artículo no es una tesis exhaustiva de todos los elementos que juegan un papel en la determinación del área de recarga de una cueva. Sólo 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 en la determinación del área de recarga del Pozo Azul (Burgos).
