jueves, 2 de diciembre de 2010

ROCAS KARSTIFICABLES, LAS ROCAS DONDE SE FORMAN LAS CUEVAS.


Marius van Heiningen

INTRODUCCIÓN.
Las rocas karstificables son las rocas en las cuales se pueden formar cuevas por procesos de disolución en agua de una parte de esta rocas. Las más conocidas y frecuentes son las calizas y dolomías, mientras que otras rocas conocidas son el yeso, anhidrita, conglomerados y sal común. Sin embargo, también existen cuevas de disolución en cuarcitas, carbonatitas y mármoles.
Este artículo describe en un modo resumido las características de las diferentes rocas de karst.


LAS CALIZAS Y DOLOMÍAS.Son las rocas karstificables más importantes y más de un 90 por ciento de las cuevas se encuentran en estas rocas. Las calizas son rocas que están compuestas principalmente del mineral calcita (CaCO3), y las dolomías del mineral dolomita Ca,Mg(CO3)2 . Entre el 5 y el 10 por ciento (según las fuentes) de la superficie continental que está libre de hielo, son afloramientos de rocas carbonatadas y alrededor de un 20 por ciento de todos los sedimentos depositados en los últimos 600 Ma son calizas y dolomías.

NOMENCLATURA DE CALIZAS Y DOLOMÍAS.Una roca que está compuesta principalmente de calcita con menos de 10% de dolomita y con menos de 10% de impurezas (cuarzo, arcilla, glauconita, chert, etc.) es denominada una caliza. Del mismo modo una roca compuesta de dolomita con menos de 10% de calcita y menos de 10% de impurezas se llama dolomía.
Si hay menos de 10% de impurezas y más de 10% tanto de calcita como de dolomita, el nombre depende de lo que más hay. Por ejemplo, una roca de 48% caliza, 46% dolomita y 6% impurezas se llama caliza dolomítica (más calcita que dolomita) y una roca de 51% de dolomita, 42% de calcita y 7% de impurezas es denominada una dolomía calcárea.
Si hay más de 10% de impurezas se puede decir que se trata de una caliza impura (idem por los otros nombres) y si hay más de 50% de impurezas ya no se trata de calizas y dolomías si no de otros tipos rocas con contenido carbonatado.

COMO RECONOCER LAS CALIZAS Y DOLOMÍAS EN EL CAMPO.La calcita tiene una efervescencia vigorosa con el ácido clorhídrico (HCl) diluido a un 10 por ciento (debido a la liberación de dióxido de carbono (gas)), mientras que la dolomita sólo presenta una débil efervescencia cuando está triturada. Eso significa que las calizas exhiben una efervescencia siempre vigorosa, pero que las dolomías muestran una efervescencia entre moderada y débil, según su contenido de calcita. Es decir que una dolomía muy pura apenas lo muestra, mientras que una dolomía calcárea puede ser difícil de distinguir de una caliza dolomítica.
La dolomía de grano muy fino (menos de 10 μm, que es 0,01 mm) es difícil de distinguir de calcita con la sola ayuda de una lupa. La dolomía con granos entre los 10 y los 100 μm (entre los 0,01 y 0,1 mm) tiene un aspecto de sucrosa (como si tiene azúcar por encima), que es especialmente visible con la lupa. Esta dolomía es más frecuente que la del grano muy fino. Cuanto más intensa y rápida ha sido la dolomitización, menos textura original y fósiles se han conservado y eso es la razón que en las dolomías se encuentran mucho menos fósiles que en las calizas.
El color de las dolomías en superficie es frecuentemente de tono amarillo o pardo amarillo, incluso llegando a marrón/rojo oscuro (si tiene mucho hierro). El color en fresco varia entre gris claro (como muchas calizas) y tonos más amarillos.

ORIGEN DE LAS CALIZAS.
Aunque se puede depositar caliza en un gran número de ambientes continentales (lagos y lagunas, tufa y travertino, en desiertos, en suelos, etc.), la inmensa mayoría se ha formado en el mar, especialmente por acumulación de conchas y esqueletas de animales marinos (desde foraminíferos hasta corales), excrementos y algas. Una parte pequeña proviene de erosión de calizas más antiguas o por precipitación directa.
La sedimentación de caliza ocurre desde la llanura mareal hasta profundidades de 4000 metros y aunque la superficie de calizas profundas es mucho mayor que la superficie de calizas depositadas en aguas de poca profundidad (menos de 40 metros), la mayoría de las calizas que afloran sobre el continente son de origen somero. Hay dos razones que lo explican:
La primera es que la velocidad de deposición de caliza somera es mucho mayor que la de la caliza profunda y la segunda es que la caliza somera es depositada sobre una plataforma continental que tiene una posibilidad mucha mayor de ser levantada durante un posterior orogénesis (formación de montañas) y ser desplazada desde el mar hacia la tierra.
Excepto por las grandes estructuras de seres vivos (arrecifes de corales), las calizas empiezan como sedimentos no consolidados con mucha porosidad (hasta un 80 por ciento) que pueden ser muy fangosos (si el ambiente es de poca energía, es decir de poco movimiento del agua). Luego, durante la diagénesis adquieren el aspecto de una caliza como la conocemos nosotros.

ORIGEN DE LAS DOLOMÍAS.El origen de la dolomía sigue siendo algo enigmático y existen muchos modelos que explican su formación. Lo que si está claro es que solo muy poca dolomía es depositada directamente como sedimento y que la gran mayoría se ha formado por transformación de calizas en dolomías (dolomitización). Esta transformación ocurre por un reemplazamiento de la calcita por dolomita, aunque si es verdad que una parte importante de las dolomías se ha formado en muy poco tiempo después de la deposición de las calizas (dolomías penicontemporáneas). Otros procesos de dolomitización pueden ocurrir cuando la caliza se ha tapado por un gran paquete de otros sedimentos (varios kilómetros) o por flujos hidrotermales. Estas dolomías se llaman respectivamente dolomías de soterramiento y dolomías hidrotermales. Incluso cuando la caliza se acerca otra vez a la superficie puede haber dolomitización por aguas freáticas (dolomías freáticas).
Entonces, independiente del modelo exacto de formación se puede decir que hay muy pocas dolomías primarias (deposición directa) y que casi toda es de origen secundario (por dolomitización).


LOS YESOS Y ANHIDRITAS.

El yeso y la anhidrita son rocas evaporíticas y aunque son muy frecuentes en las columnas estratigráficas, sus afloramientos son mucho más escasos que las de las rocas carbonatadas. Este último es debido en gran medida a su gran solubilidad que hace que desaparecen con mucha facilidad (simplemente son disueltas en relativamente poco tiempo).
El yeso y el anhidrita son dos minerales íntimamente relacionados, pudiéndose transformar el uno en el otro según las circunstancias. El yeso es un sulfato de calcio con cierta cantidad de agua y el anhidrita es el mismo sulfato de calcio sin agua. La formula de yeso es CaSO4*2(H2O) y la de anhidrita es CaSO4.
El yeso y la anhidrita ya se ha tratado en el artículo “La solubilidad y disolución de yeso.” Aquí repito algunos datos de este artículo.

DEPOSICIÓN DIRECTA DE YESO Y ANHIDRITA.
En sistemas naturales la deposición de yeso es lo más frecuente porque la deposición de anhidrita necesita temperaturas superiores a aproximadamente 50 ºC. Solo si la concentración del agua es muy grande el anhidrita se deposita a temperaturas más bajas. La conclusión es que aunque la anhidrita se puede depositar, lo normal es la formación de yeso.
Hay dos ámbitos naturales importantes de deposición de yeso: Las lagunas costeras con una comunicación intermitente con el mar abierto y las sabkhas (o sebkhas).
En las lagunas costeras el aumento en la concentración de sales, por evaporación de agua, depende en gran medida de la facilidad con que puede entrar agua del mar abierto. Lo más común es sedimentación de calcita y yeso, porque una eventual deposición de anhidrita o sal es disuelta con una nueva entrada de agua fresca. En este ambiente la deposición de yeso es subacuática.
Las sabkhas son llanuras situadas inmediatamente al lado del mar. Las sales llegan a esta llanura por mareas (muy) altas, como un “espray” con el viento y por agua subterránea procedente del mar que reemplaza el agua evaporada. Los sabkhas se forman en ambiente áridos principalmente. La deposición de yeso es dentro del sedimento que constituye la sabkha.

CICLO DE TRANSFORMACIÓN YESO-ANHIDRITA-YESO.
Cuando el yeso es tapado con otros sedimentos, aumenta poco a poco la presión que ejercen las rocas suprayacentes y el yeso es deshidrata y transformado en anhidrita. La profundad en lo que ocurre este proceso es variable, pero la mayoría del yeso se convierte en anhidrita entre los 300 y 500 metros de profundidad. Cuando por el proceso de levantamiento y erosión la anhidrita se acerca a la superficie, entonces el proceso es invertido y el anhidrita es hidratado retransformándose en yeso. La mayoría del anhidrita se retransforma en yeso a una profundidad de menos de unos 150 metros.
De este modo esta claro que el yeso donde encontramos las cuevas poco tiene que ver con el yeso que originalmente se había depositado. La mayoría de los yesos secundarios tienen un aspecto grueso cristalino, granular o amorfo, que puede ser transparente (selenita) o de un opaco blanco (alabastro), a veces con tintes de marrón, gris, amarillo o rosa. El proceso de hidratación puede estar acompañado con un aumento en volumen, cuya presión puede originar fisuras en el yeso, aunque a menudo no parece ser el caso. A veces dentro del yeso se puede encontrar tramos de anhidrita que (todavía) no se ha hidratado.


Yeso depositado en el Mediterráneo durante la crisis de salinidad del Messiniense (hace algo más de 5 millones de años), cuando el nivel del mar bajó unos 1500 metros. Foto de uso libre, de Verisimilus.

LOS CONGLOMERADOS.

Los conglomerados son sedimentos compuestos de cantos rodados cuyos espacios entre los cantos pueden estar llenos de matriz (arcilla y otros materiales de grano fino) o de cemento (precipitado después de su deposición). Los cantos provienen de la erosión de cualquier otra roca (las rocas carbonatadas incluidas), son transportados sobre una distancia relativamente corta (pero suficiente para redondear los cantos) y suelen ser depositados en abanicos. Si los abanicos se han formado en aguas someras del mar, los materiales finos suelen ser eliminados por la acción de las olas y corrientes, dejando un conglomerado cuyos espacios internos pueden ser rellenados con cemento. También es frecuente la deposición en abanicos aluviales donde los materiales finos suelen quedarse como matriz.
Si los cantos proviene principalmente de las erosión de calizas y dolomías, se formará un conglomerado carbonatado. La cementación de una roca carbonatada suele ser la calcita lo que da como resultado una formación muy susceptible a la karstificación.
La formación de cuevas en conglomerados carbonatados con matriz, aunque menos frecuente, también es posible, pero las paredes suelen ser mucho más inestable.
En los Pirineos hay una cueva en conglomerados de más de 13000 metros, la Cova Cuberes (Lérida) y en Burgos está la espectacular Cueva Fuentemolinos (Puras de Villafranca) de más 4000 metros. Solo son dos ejemplos.


Conglomerado con un alto porcentaje de calcita (Fuentes de Peñacorada).

LA SAL COMÚN (HALITA).
La sal común, también llamada sal gema o halita, es una roca evaporítica todavía mucho más soluble que el yeso (350 gramos por litro) y por tanto sus afloramientos tienen una vida geológica muy corta. La mayoría de esos afloramientos se encuentran en zonas más bien desérticas (Argelia, Israel, Golfo Pérsico, etc.) donde no son disueltos directamente por las lluvias.
La mayoría de la sal se ha formado en el mar por precipitación directa causado por aumentos de salinidad por evaporización del agua en partes restringidas de la costa o por disecación completa del mar (como ha ocurrido en el Mediterráneo).
La formula de la sal común es (NaCl), y también es llamado cloruro sódico o cloruro de sodio.
La sal es muy plástica y por tanto no suele tener fracturas o otras aperturas lo que dificulta la circulación interna del agua. Normalmente la sal es disuelta en el contacto con rocas permeables que aportan y evacuan el agua que disuelve la sal. Esta disolución puede ser muy rápida debido a la gran solubilidad de la sal en el agua.

Las cuevas en sal más importantes del mundo:

3N Cave (Cueva de los 3 desnudos) en Irán, la más larga del mundo.
Cova dels Meandros de Sal (4.300m/-187) en Cardona (España)
Malham Cave (5.685 m / -135) en Israel.


La columna de la mujer de Lot en el Monte Sodom (Israel), esta roca está compuesta casi en su totalidad de sal común (foto de public-domain-images.blogspot.com).


LAS CARBONATITAS.
La carbonatita es una roca ígnea, lo que significa que se ha formado por la solidificación de un magma (roca fundida) en la corteza terrestre, normalmente a una profundidad considerable (kilómetros). Las carbonatitas provienen probablemente de roca fundida de la parte superior del manto, que se mueve lentamente hacia arriba derritiendo las rocas que encuentra en su camino. Si al final la masa de roca se enfría y se solidifica se queda emplazada en rocas de un origen diferente, a menudo rocas sedimentarias, y por eso son llamadas rocas intrusivas (o plutónicas).
Las carbonatitas son rocas ígneas muy especiales porque están compuestos principalmente de calcita (o dolomita), a menudo acompañado por minerales de silicato, apatito y una variedad de minerales exóticos. Debido a esta riqueza en minerales raros se ha buscado intensivamente por el mundo entero y hasta la fecha se han encontrado unas 500 apariciones. La superficie de los afloramientos suele variar entre 1 y 20 kilómetros cuadrados.
Han encontrado numerosas cuevas en carbonatitas que, especialmente en África, suelen ser explotadas por sus depósitos de guano.


Foto de una carbonatita (foto de uso libre, de Eurico Zimbres).

LOS MÁRMOLES.

La metamorfosis transforma las calizas y dolomías en mármol. Según la presión y especialmente la temperatura el resultado es un mármol con más o menos características de las rocas originales. Con una metamorfosis de menos de 350 ºC la textura de la roca y la forma de los fósiles son reconocibles. Si la metamorfosis ocurre por encima de los 500 ºC la recristalización suele dejar una roca de muy poca permeabilidad, lo que dificulta altamente la formación de cuevas, aunque no lo impide por completo (como prueba la presencia de cuevas en estos mármoles).


Una anticlina de mármol en el lago “General Carrera” en Chile con un karst muy pronunciado (foto de uso libre, por Dentren).

LAS CUARCITAS.
Las cuarcitas son sedimentos de granos de cuarzo endurecidos por un cemento silíceo (también de cuarzo). La disolución de cuarzo es bastante menor que la de caliza y por tanto la gran mayoría de las cuarcitas tienen un drenaje superficial. Sin embargo, en algunos casos especiales, por ejemplo las bordes de las mesetas donde existe un gradiente hidráulico muy grande, se puede formar cuevas. Otro aspecto es la gran resistencia de cuarcita contra la erosión y meteorización, que hace que el lento proceso de disolución puede ser dominante.
El mecanismo de formación es tanto químico como mecánico: el agua meteórica disuelve con preferencia el cemento dejando los granos (casi) sueltos, que son fácilmente evacuados por los flujos de agua.
Para la formación de cuevas en cuarcitas tienen que darse cuatro condiciones importantes:
1) Un gran gradiente hidráulico.
2) Una gran pureza de la cuarcita, para que los protoconductos no se obstruyan con material totalmente insoluble (por ejemplo silicatos de aluminio).
3) Estratos masivos y gruesos con pocas fisuras para que los flujos sean concentrados.
4) Que no hay procesos competitivos con más influencia que la lenta disolución.

Las cuevas en cuarcitas más importantes del mundo se encuentran en Venezuela y Sud Africa, donde se trata de cuevas de cientos de metros de profundidad y con un desarrollo desde unos cientos de metros hasta unos 11 kilómetros. Son especialmente famosas las cuevas formadas en las cuarcitas en las formaciones de Roraima.

En el siguiente enlace hay una descripción de las cuevas de Roraima en español:
http://www.oucc.org.uk/expeditions/expedition2005/roraima_2005/SVE%20report.pdf


El Roraima es una meseta de cuarcita situado entre Venezuela y Brasil. Estas montañas dieron a sir Arthur Conan Doyle la inspiración para escribir su clásica novela de aventuras “El mundo perdido”. La foto es de uso libre por Jeff Jonson.

LAS ARENISCAS CON CEMENTO CALCÁREO.
Las areniscas en general no son karstificables, excepto algunas areniscas formadas por granos de cuarzo con cemento calcáreo. El cemento es disuelto dejando los granos sueltos, análogo a lo que ocurre en cuarcitas. Sin embargo, la formación de cuevas es bastante raro, probablemente porque los granos obstruyen los protoconductos.
Algunas cuevas importantes son:

La Cueva Planaltinha en Brasil, de 1.500 metros de desarrollo.
La Cueva de Cunday en Colombia, de 850 metros de desarrollo.


EL HIELO.
Aunque como geólogo no considero que el hielo es una roca, si es verdad que en los glaciares se forman cuevas con características muy parecidas a las de las cuevas formadas en rocas de verdad. Desde luego que los procesos son inmensamente más rápidos.


No hay comentarios:

Para facilitar las descargas, he subido una copia de cada artículo a Scribd en formato pdf. Este formato en pdf se puede abrir pinchando en el título de cada artículo.