martes, 21 de diciembre de 2010

El círculo concéntrico de cueva.

Un espeleotema muy frágil: el círculo concéntrico de cueva.
Marius van Heiningen

INTRODUCCIÓN.
Un círculo concéntrico de cueva es un espeleotema en forma de un círculo fino alrededor de un punto de impacto de gotas de agua. Según la composición química del agua y del substrato un círculo puede tener un relieve positivo o negativo, aunque parece que la mayoría de los círculos concéntricos formados sobre substrato carbonatado son de relieve positivo. Los primeros en describir este fenómeno fueron Torres-Capote et al en 1991. Ellos los llamaban “círculos concéntricos reconstructivos”, sin embargo, este nombre solo cubre los círculos positivos. Su nombre en italiano es cerchi della grotta (círculo de la cueva) y en inglés es “cave ring” (anillo de cueva).

La figura 1 muestra un círculo concéntrico.
Hasta ahora el acento de los artículos del blog de Espeleogénesis ha sido en la excavación de las cuevas en la roca y no en su relleno litogénico (espeleotemas). Sin embargo, un artículo reciente de Nozzoli, Bevilacqua y Cavallari (2009) me ha llamado la atención sobre la fragilidad de estos espeleotemas. Debido a su relativamente poca notabilidad y por estar situado sobre el suelo, es muy probable que muchos han sido dañados innecesariamente por el simple hecho de que los espeleólogos (en general) no están acostumbrados a fijarse en ellos. Espero que este artículo puede ayudar en difundir, un poco más, el mero hecho de la existencia de este fenómeno tan frágil.
La mayoría de la información proviene del artículo “The genesis of cave rings explained using empirical and experimental data.”, de los tres autores ya mencionados.


CARACTERÍSTICAS.
Los círculos están compuestos de calcita, que es precipitada por las pequeñas gotitas que caen sobre ellos. Las características visibles de los círculos concéntricos con un relieve positivo (los más frecuentes) son:
1) El grosor del propio círculo es entre unos milímetros y unos centímetros.
2) El diámetro es de entre unos centímetros y dos metros.
3) Su altura puede variar entre una rugosidad que apenas se nota hasta varios centímetros.
4) Cuanto más alto se encuentra el origen de las gotas (una estalactita), mayor es su diámetro.
5) Si el suelo es horizontal, se trata de un círculo perfecto.
6) Si el suelo tiene una inclinación, se forma un elipse.

La figura 2 muestra un círculo concéntrico de 11,5 cm de diámetro.

POSIBLES MECANISMOS DE FORMACIÓN.
El primer mecanismo consiste en que las gotas que provienen del techo se rompen cuando caen al suelo, eyectando varias gotitas más pequeñas en todas las direcciones. La distancia hasta donde llegan estas gotitas depende de la velocidad de la gota principal y esta, a su vez, depende de la altura de donde proviene y además (probablemente) de su masa. Las gotitas que tienen un ángulo de eyección de 45grados son las que más lejos llegan. Un círculo que se ha formado por este mecanismo se llama en inglés “splash ring”, lo que se puede traducir como “círculo de salpicadura”. En la figura 3.1 se puede observar un círculo que está formando por este mecanismo.

El segundo mecanismo, descrito por Montanaro (1992), explica la formación de círculos en la Grotta del Sorell (Sardinia). El notaba que las gotitas secundarias provenían de un punto cerca del techo. La explicación es que cuando la gota principal ha caído sobre una distancia de unos 1,5 metros, eyecta espontáneamente gotitas muy pequeñas (es decir que la gota principal se rompe parcialmente). La altura de este punto de eyección y la velocidad horizontal y vertical de las gotitas secundarias deben de ser muy constantes para que todas acaben en un círculo concéntrico. La dirección de eyección debe de ser al azar para que en el tiempo cada parte del círculo recibe la misma cantidad de gotitas (y de calcita). Un círculo que se ha formado por este mecanismo se llama en inglés “fall down ring”, lo que se puede traducir como “círculo por (gotitas) caídas”. Este mecanismo está representado en la figura 3.2.

La figura 3 muestra los mecanismos de “circulo de salpicadura” (1) y de “círculo por gotitas caídas”(2).
La descomposición total de una gota en varias gotitas es un fenómeno conocido desde hace mucho tiempo. Sin embargo, aquí parece que se trata de una gota que solo eyecta una pequeña parte de su masa y que sigue cayendo como gota principal.


EL EXPERIMENTO.
Nozzoli, Bevilacqua y Cavallari siguieron el método de trabajo de Montanaro (1992) y montaron pequeños andamios de madera donde colocaron tablas horizontales. Las tablas fueron colocadas a alturas diferentes para investigar la relación entre el diámetro del círculo y la altura de origen de las gotas principales. Para distinguir entre los dos mecanismos de formación, algunas de las tablas fueron agujeradas para dejar pasar la gota principal, porque de este modo la gota principal sigue cayendo y no podrá salpicar la tabla. A los 20 días ya se habían formado nuevos círculos concéntricos y el hecho de que las tablas con un agujero también tenían un círculo confirmaron el mecanismo de círculo por gotitas caídas.


ANÁLISIS DE DATOS.
Los datos recogidos no solo provienen del experimento. También se han medido la relación entre diámetro y altura de procedencia de las gotas de varios círculos naturales en cuevas. El conjunto de datos fue trazado en un gráfico para determinar la relación entre el radio del círculo (medio diámetro) y la altura de procedencia de la gota principal. El radio está en el eje horizontal (abscisa) y la altura en la vertical (ordenada).

La figura 4 muestra los datos y la curva que mejor los describe.

La figura 4 muestra los datos medidos en las diferentes cuevas y también los artificiales obtenidos con el experimento (en rojo). A primera vista se puede hacer varias observaciones.
La primera es que los datos coinciden muy bien con la curva negra.
La segunda es que la curva negra corta la vertical en un punto que no es el origen.
La tercera es que la forma de la curva es convexa hacia arriba.

La primera observación confirma la existencia de una relación entre la altura y el diámetro del círculo. Parte de las (pequeñas) diferencias entre los datos y la curva se puede explicar por la difícil determinación de la altura exacta de procedencia de las gotas, porque a menudo era imposible de identificar la estalactita de origen.
La segunda observación significa que por una altura menor de aproximadamente 1,5 metros no se forman círculos. Con otras palabras, esta es la distancia entre la punta de la estalactita y el punto donde la gota principal eyecta espontáneamente las gotitas secundarias. Una vez encontrado la formula exacta de la curva negra, se puede determinar esta distancia con mayor exactitud.
La tercera observación significa que la velocidad vertical de las gotitas secundarias no aumenta, si no que disminuye en el tiempo. Montanaro había propuesto que por causa de la gravedad su velocidad aumentaría, lo que hubiera coincidido con la curva dibujado en rojo (figura 4).

Después de haber determinado la formula exacta de la curva negra, los resultados fueron:
La eyección espontánea de gotitas secundarias (las que forman el círculo) ocurre a una distancia de 143 cm por debajo de la punta de la estalactita (con un error de 7 cm).
La relación entre la velocidad vertical y la horizontal de las gotitas secundarias es aproximadamente 25. Lo que quiere decir que la velocidad vertical es 25 veces mayor.


RESUMEN DEL MECANISMO DE CÍRCULO POR GOTITAS CAÍDAS.

Para resumir este mecanismo analicemos la figura 5.
Una gota crece en la punta de una estalactita hasta el momento que las fuerzas de cohesión y adhesión son vencidas por la gravedad (número 1 en la figura 5). La gota (principal) cae hacia abajo y aumenta en velocidad. Cuando ha caído por una distancia de alrededor de los 143 cm, la gota se descompone parcialmente y varias gotitas pequeñas (secundarias) son eyectadas (número 2 en la figura 5). Lo que resta de la gota principal sigue cayendo verticalmente, mientras que las gotitas secundarias tienen un componente horizontal. Además, por razones de fricción (relación entre la masa y la superficie de la gotita) la velocidad de las gotitas no aumenta sino disminuye (número 3 de la figura 5).

NOTAS:Si la altura es suficiente, es posible que las gotitas secundarias acaban bajando con una velocidad constante.
El trayecto de las gotitas es convexo hacia el trayecto de la gota principal, que es justo lo contrario a un trayecto de una gota acelerada.
Se recomienda ver el video acerca de círculos concéntricos colgado en youtube (en italiano). El enlace se encuentra abajo.

RECUERDA: Todos sabemos que las cuevas tienen un ambiente muy delicado donde podemos hacer destroces, casi sin darnos cuenta. La existencia de círculos concéntricos en el suelo es otra razón para siempre andar con cuidado.

La figura 5 resume el mecanismo de círculo por gotitas caídas.


Figura 6 muestra un círculo concéntrico de cueva fotografiado por el autor.

Después de escribir este artículo y mirando unas fotos antiguas, me encontré con la siguiente foto (figura 6). En su día lo había fotografiado como algo curioso, sin más. Una vez más me he dado cuenta de que cada cosa tiene su importancia, especialmente si conoces algo más acerca de su origen.


ORIGEN DE LAS FIGURAS.
Las figuras 1, 2, 3 y 5 provienen del siguiente documentario colgado en youtube:
Documentario - "Speleologia, I cerchi della grotta Imbroglita" del Speleo Club Roma:





La figura 4 proviene del artículo de Nozzoli, Bevilacqua y Cavallari (2009):
The genesis of cave rings explained using empirical and experimental data”.

La figura 5 se ha modificado.

La figura 6 es de trabajo propio.

Más información en el siguiente blog de Espeleologia e Natura:
http://trekking-o.blogspot.com/search/label/Imbroglita%20rings%20cave

Se trata de un blog muy interesante de Luca Cavallari.

4 comentarios:

Luca Cavallari dijo...

muchas gracias
otra información
http://trekking-o.blogspot.com/search/label/Imbroglita%20rings%20cave
Luca Cavallari - Stefano Bevilacqua e Francesco Nozzoli
Speleo Club Roma

StefBev dijo...

Spagnolo
Me alegro de que le gustaba nuestro trabajo, trabajo que aún está lejos de haber terminado este respecto, cualquier información sobre nuevas llantas de otras cuevas que sería muy útil. Por ejemplo, la foto n ° 6 en el que la cueva es? qué tan grande es el círculo? altura desde la cual se forma?
Agradecemos a todos los espeleólogos que deseen comunicar esta información.
Stefano Bevilacqua - Roma Espeleo Club - (Italia)

Traducción Google

http://grottambulo.wordpress.com/

Marius van Heiningen dijo...

Hola Luca, muy buen blog. Lo he puesto como enlace.

Saluti

Marius van Heiningen dijo...

Hola StefBev, como no encuentro tu correo en tu perfil te contesto aquí:

El círculo de la foto 6 tiene unos 30 o 40 cm de diametro (mira los espagethis rotos).

La altura es por lo menos unos 4 o 5 metros.
Se trata de una cueva cercana de mi pueblo (Cistierna (León) en España), de muy dificil acceso.

Siento que mis datos no son mas precisos, son de memoria.

Saluti.

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