LA CABEZA HIDRAULICA EN UN FLUIDO IDEAL

INTRODUCCIÓN

¿Qué es la cabeza hidráulica?

Una de las definiciones que se pueden encontrar en la red es:

La cabeza hidráulica es un concepto que relaciona la energía en un fluido incompresible con la altura de una columna estática equivalente de ese fluido.

Nota: con incompresible se refiere al hecho de que el líquido no se comprime, independientemente de la presión a lo que es sometido. Resulta que el agua es un líquido casi incompresible.

¿Qué es un fluido ideal?

La resistencia que experimenta un líquido que fluye por un conducto no solo depende de la aspereza de las paredes, pero también del propio líquido. La miel no fluye igual que el agua, se trata de un líquido muy viscoso. Un fluido ideal es un fluido no viscoso, que no pierde energía cuando fluye. En los siguientes ejemplos no hay pérdida de energía de ninguna manera, lo cual es muy diferente a una situación real.

Los cuatro ejemplos de este artículo

Experimentos para investigar un epikarst: los resultados y su significado

Introducción

Para el estudio de los pozos verticales formados por disolución de la roca calcárea por agua procedente de las precipitaciones, se supone que el epikarst juega un papel crucial. En el epikarst se acumula una cierta cantidad de agua, que luego infiltra poco a poco, y de lo cual una parte se suele concentrar hacia las fisuras más anchas. Como casi todos los sistemas naturales, también el epikarst es muy complejo y los factores que influyen son múltiples.

Creo que el artículo de Sheffer y coautores (2011)*^nota es un muy buen ejemplo de un estudio detallado del epikarst que nos puede enseñar muchos aspectos del mismo. Su punto diferenciador, respecto a otros estudios donde miden el goteo de las estalactitas, es que aquí se ha medido la cantidad total de agua procedente de varios centenares de puntos de goteo.

En su artículo se describen tres experimentos muy interesantes, el primero está basado en la precipitación natural durante la época húmeda, el segundo consiste de tres irrigaciones artificiales donde en la última se ha incorporado un experimento con trazadores.

Perfil de la cueva Sif, donde se ha realizado el experimento. Adaptación de la figura 2C del artículo original.

El gradiente hidráulico, segunda parte

Introducción

Como ya dice el título, este artículo es la continuación del artículo “el gradiente hidráulico, primera parte”. He intentado explicarlo lo más visual posible, mediante una serie de ejemplos con figuras, desde situaciones con un gradiente hidráulico bajo hasta otros con un gradiente mayor a uno.

Figura 1

El gradiente hidráulico, primera parte

Introducción

 ¿Qué es el gradiente hidráulico? Si entras en internet puedes ver que hay numerosas maneras de describir qué es el gradiente hidráulico. La razón es, entre otras cosas, porque este término se aplica en muchos campos diferentes. Por ejemplo: Los hidrólogos que trabajan con agua subterránea en sedimentos poco consolidados (e. j. arenas) lo pueden definir como la diferencia del nivel piezométrico entre dos puntos, dividido entre la distancia entre estos puntos según el recorrido del flujo. Los físicos, acostumbrados de pensar en términos de energía, como la diferencia de la energía potencial entre dos puntos, también divido por la distancia según el recorrido. Los matemáticos lo pueden ver como una relación donde el resultado es un número adimensional. Por eso primero vamos a ver un ejemplo. Un ejemplo Suponemos un lago situado sobre un afloramiento de roca caliza. Hay una fisura estrecha y completamente inundada que conecta el fondo del lago con un valle cercano, donde el flujo nace como un manantial. Los Lagos de Covadonga pueden representan un ejemplo real. También se supone que no hay ninguna interacción entre esta fisura y el macizo de roca por donde pasa. 

En este caso el gradiente hidráulico es la diferencia en altura entre la superficie del lago y el manantial, dividido por la longitud de la fisura.

Los mecanismos que convierten una fisura estrecha en una cueva embrionaria (wormhole), estado de conocimiento hasta 2008

PRÓLOGO

Este artículo es una actualización de la primera versión, publicado el 3 de diciembre de 2008. El artículo resume el estado de conocimiento científico hasta 2008, de los mecanismos que juegan un papel en el ensanchamiento de una fisura estrecha hasta un conducto que se puede interpretar como una cueva embrionaria. Un término común para indicarlas era “proto conductos”, que en la última década se ha substituido por “wormhole” (agujero de gusano).
A partir de 2010, nuevas investigaciones han demostrado un nuevo mecanismo que pudiera reducir considerablemente la formación de un "wormhole" (tiempo de ruptura mucho más corto), que creo que merece su artículo propio.
Por tanto, este post se puede considerar como la base del próximo artículo.

Algunas figuras de este artículo.


INTRODUCCIÓN.

El hecho de que un litro de agua con dióxido de carbono disuelto es capaz de disolver pequeñas cantidades de roca caliza, ya era conocido por los primeros investigadores de la espeleología. También se sospechaba que esto tenía que tener alguna relación con la formación de las cuevas.

En 1958 los cálculos de Weyl demostraban que se trata de una reacción muy rápida y que el agua que pasa por una estrecha fisura se llega a saturarse a muy poca distancia, a menudo menos de un metro. Lo cual significaba paradójicamente que las cuevas no pudieron existir.

En 1964 Bögli publicó su teoría de corrosión de mezclas, explicando que cuando dos soluciones (casi) saturadas se mezclan siempre hay un aumento en disolución. De este modo se pudiera explicar el hecho de disolución de roca caliza a cierta profundidad, lo cual era una idea importante, pero que resolvía el enigma solo en parte.

Estudio provisional de las surgencias de las cuevas El Trifón y Piscarciano (Burgos)

Foto 1: La salida de Cueva Vacas, cuando la crecida está mermando. Esta cueva se ha quedado aislado de la cueva Piscarciano por la erosión del Barranco de la Vallengua.

INTRODUCCIÓN

En el valle del Río Trifón (norte de Burgos) existen, en un tramo de menos de medio kilómetro, tres importantes surgencias. En este artículo se ha intentado averiguar la procedencia de sus aguas, por medio de un análisis de las posibles relaciones entre ellas, basándose en el comportamiento común de un sistema manantial-rebosadero (ver artículo anterior) y los elementos geológicos de la zona.

Descripción breve del comportamiento hidrológico de un sistema manantial-rebosadero de una cueva

INTRODUCCIÓN

Muchos manantiales tienen un rebosadero, por donde sale una (gran) parte del caudal en épocas de crecida. Suele ser el caso cuando se está formando una galería nueva a un nivel inferior, pero que debido a su estrechez (o algún paso relativamente estrecho) no puede desalojar toda el agua cuando el caudal incrementa considerablemente. En muchos casos el caudal máximo del manantial es relativamente reducido, debido a la mencionada estrechez de la grieta, a menudo impenetrable para el hombre, o porque brota entre bloques y piedras que obstruyen el flujo. Aunque en sistemas con un área de recarga muy grande (de más de varios kilómetros cuadrados) o en zonas con precipitaciones muy fuertes, existen conexiones entre el manantial y el rebosadero que son practicables por el hombre. Un ejemplo es la conexión entre la Cueva del Agua con El Barbancho (Orbaneja del Castillo, Burgos), explorado en 2014 por espeleobuceadores de GORFOLÍ, CDG, GESEM Y CEFME (www.grupoedelweiss). El Barbancho es un rebosadero con un posible caudal inmenso.

A continuación se describe en varios pasos, la relación existente entre el caudal de un manantial y su rebosadero y el nivel freático dentro de la cueva, desde estiaje hasta crecida máxima.

Rutas botánicas en la Cordillera Cantábrica

Estoy preparando un post acerca de las cuevas en Menorca, pero mientras aprovecho de promocionar dos libros de botánica que he publicado este año en Amazon. Se trata de dos rutas botánicas en el norte de León (Cordillera Cantábrica): "Excursión botánica al Coriscao" y "Ruta botánica Camino de Wamba". Las plantas forman otra afición mía y una ventaja es que tanto las cuevas como las plantas se encuentran en el mismo habitat.

Este es el primer libro. Esta ruta también se puede calificar como la ruta de las plantas endémicas, ya que hay por lo menos 18 endemismos. Las vistas sobre los Picos de Europa son espectaculares.

Este libro se puede conseguir en el siguiente enlace.

¿POR QUÉ LAS ESTALAGMITAS SUELEN SER MÁS GRANDES QUE SUS ESTALACTITAS CORRESPONDIENTES?

Introducción:

Es probable que durante tus visitas por las cuevas te has dado cuenta que una estalagmita. suele tener más volumen que su estalactita correspondiente. Sin embargo, ¿alguna vez te has preguntado por qué esto es así? En este artículo intentaré explicar las razones de este fenómeno.

Punto importante: de una pareja estalactita/estalagmita puede que la estalactita es más larga, pero casi seguro que también es mucho más delgada. Por ejemplo, si comparamos una estalactita de 3 metros de largo y con un diámetro de 40 cm con una estalagmita de solo 2 metros de altura, pero con un diámetro de 1,6 metros, entonces el volumen de la estalagmita es unos 10 veces mayor.

Ahora explicaremos porque las estalagmitas a menudo son mayores que sus estalactitas correspondientes. Para no perder el hilo, la explicación se ha dividido en cuatro partes. 

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.

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.

QUÍMICA ELEMENTAL PARA LA DISOLUCIÓN DE CALCITA (II):

El dióxido de carbono (CO₂) y el pH del agua.

Marius van Heiningen

PRÓLOGO.

Este artículo es la continuación del artículo “Química elemental para la disolución de calcita (I): Conocimientos básicos”. Puede ser de interés para el aficionado que quiere saber algo más acerca de la influencia del dióxido de carbono sobre la pH del agua, y finalmente (otro artículo) sobre la disolución de calcita. Soy conciente que para algunos puede parecer muy seco y poco interesante, no sé, igual con un poco de empeño no resulta tan aburrida, suerte.
También se recomienda de leer este artículo en pdf, porque en este formato las formulas no se cambian. Para hacerlo, pinchar en el título.

INTRODUCCIÓN.

En este artículo se explicará como se puede calcular el pH, una medida para la acidez de una solución, de agua que está en contacto con el gas dióxido de carbono.
El dióxido de carbono (CO₂) es un gas natural que forma parte del aire que respiramos y cuyo contenido actualmente (octubre 2010) es un 0,039 por ciento. También es denominado como gas carbónico o anhídrido de carbono, aunque estos nombres están cada vez más en desuso. Aunque se trata de un gas traza (gas presente en pequeñas cantidades), su omnipresencia hace que toda agua presente en la atmósfera entre en contacto con el.
Y .....¿Que pasa cuando agua está en contacto con el gas dióxido de carbono?
La respuesta es que parte del gas se disuelve dentro del agua, donde forma el ácido carbónico (H₂CO₃), un ácido capaz de disolver caliza. La capacidad de disolución de caliza por agua ácida depende de la cantidad del gas que se haya disuelto en ella.
Además, el contenido de dióxido de carbono en el aire del suelo es mucho más elevado, desde un 0,039% hasta un 20 %, en casos muy especiales, lo que significa que el agua del suelo tiene mucha más capacidad para disolver caliza.

La figura 1 muestra las formulas más importantes de este artículo.

QUÍMICA ELEMENTAL PARA LA DISOLUCIÓN DE CALCITA (I).

Conocimientos básicos.

Marius van Heiningen.

INTRODUCCIÓN

Los procesos y ecuaciones químicas de la disolución de calcita en agua con cierto contenido de dióxido de carbono (CO₂ )

Sin embargo, son de altísima importancia para el espeleólogo interesado en la espeleogénesis , porque la formación de cuevas depende en gran medida de la disolución de calcita por aguas meteóricas (provenientes de la precipitación). Por tanto, para poder profundizarse en la química de la espeleogénesis es fundamental saber cómo se calcula, por ejemplo, el pH de aguas naturales o la cantidad de calcita que se disuelve en ella (debido a la presión parcial del gas dióxido de carbono).

Sin embargo, es imposible entender los procesos y cálculos, sin tener nociones básicas de algunos aspectos elementales como son: una ecuación química, la masa molar, una concentración, el pH (logaritmos), la presión parcial o la constante de equilibrio.

En este artículo se explica la química básica necesaria para poder entender la información acerca de la disolución de calcita, que será tratado en siguientes artículos. Soy conciente que para mucha gente la química es un “coñazo” (sin ofender a la mitad femenina), y por tanto solo trataré lo absolutamente indispensable.

A lo mejor soy algo iluso, pero realmente creo que si el lector es capaz de comprender la relación entre el pH, la calcita disuelta y el contenido de dióxido de carbono (CO₂ )

Los conocimientos básicos que aquí serán tratados son:

• Las ecuaciones químicas
• La masa molecular y masa molar
• Las concentraciones y la presión parcial
• Los logaritmos
• El pH
• La constante de equilibrio

El artículo termina con un ejemplo de cómo se puede calcular la concentración de calcita disuelta en agua pura, en mg/L, usando todos los conocimientos elementales adquiridos.

Como en blogger no se pueden poner subscript y superscript (??), he hecho una figura indicando como se queda en blogger y como debe de ser.

La figura 1 muestra como deben de ser las formulas y exponentos mencionados en este artículo.

POZO AZUL: EL PORQUE DE SU LOCALIZACIÓN.

Marius van Heiningen.

INTRODUCCIÓN

Después de los éxitos del espeleobuceo del verano pasado (2010) que convirtieron al Pozo Azul en la cueva lineal sumergida más larga del mundo, han aparecido numerosas publicaciones en internet. (Ya que) Me ha picado la curiosidad e hice una visita a la zona del Rudrón, en noviembre de 2010, acercándonos al Pozo Azul. Era un día de perros y por tanto no me he fijado en la geología, ni he sacado fotos. Sin embargo, si me he quedado con una imagen muy clara del manantial, motivándome fuertemente para emprender un estudio más en detalle.
Por curiosidad de saber el origen del caudal del Pozo Azul y por determinar la teórica expansión de la cueva, he descargado los mapas geológicos de la zona de la página del IGME. Creo que ya he encontrado unos aspectos muy interesantes acerca de los límites del acuífero, que serán tratados en un próximo artículo.

La figura 1 muestra el precioso manantial del Pozo Azul. El arroyo sale por la vegetación (esquina derecha inferior), la cual en crecida está completamente tapada. Las calizas compactas que se ve en la foto son del Santoniense Medio-Superior, con una edad de unos 85 millones de años. Foto de uso libre, autor Eltitomac.

HIDRODINÁMICA ELEMENTAL PARA ESPELEÓLOGOS (I)

Características del flujo laminar y turbulento y el número de Reynolds (Re).

Marius van Heiningen

INTRODUCCIÓN.
Al leer el título de este artículo una reacción lógica de muchos lectores puede ser: ”Bueno, si a mi me gusta visitar cuevas, para que necesito saber algo de hidrodinámica”? Sin embargo, no hay que olvidar que las cuevas se forman principalmente debido a la disolución de la roca por los flujos de agua y que el comportamiento de estos flujos influye en gran medida, tanto en la formación de las galerías individuales, como en el conjunto de conductos que componen el sistema hidrológico.
Repasaré algunos elementos básicos de flujos, intentando aburrir lo menos posible al lector y explicando en que parte de la espeleogénesis son importantes.
Este primer artículo tratará dos tipos de flujo de un líquido: el flujo laminar y el flujo turbulento, además se explica la manera de distinguirlos, mediante el número de Reynolds.

PEQUEÑA ADVERTENCIA.Me gusta describir las derivaciones y diferentes pasos para conseguir las formulas con bastante detalle. Es cierto que para algunos lectores no hace falta una descripción tan exhaustiva. Sin embargo, no todos tenemos el mismo nivel de educación en asignaturas como la física o las matemáticas y por tanto prefiero ir paso a paso.
A menudo se describe una formula tanto en símbolos como en palabras, porque al ponerla en el blog las formulas se suelen “mutilar”. Espero que la combinación de “formula mutilada” y descripción sea suficiente para poder entenderlo.


UN POCO DE HISTORIA.
Ya entre 1842 y 1845, Sir George Gabriel Stokes (que además en 1851 derivó la Ley de Stokes, usada para determinar la velocidad de caída de una partícula en un fluido) publicó los primeros artículos acerca de la dinámica de los fluidos, tratando aspectos de su movimiento y fricción. Stokes ya se daba cuenta de la importancia en la relación entre las fuerzas de inercia y las de viscosidad. Sin embargo, no fue hasta 1883 cuando Osborne Reynolds lo popularizó con el conocido Número de Reynolds, que compara directamente la importancia de ambas fuerzas.

MIS BLOGS DE GEOLOGÍA TODODS JUNTOS.

Marius van Heiningen

Aquí tengo una lista de blogs de geología que he encontrado en la red. Se ha usado el gadget de "mi lista de blogs", para que de este modo aparece la última entrada publicada (aparte de una pequeña descripción del blog). Los blog están ordenados alfabéticamente para facilitar su búsqueda. Como resumen, más abajo aparecen los mismos blogs en forma de listado. Me doy cuenta que solo he puesto una parte de los blogs que deben de haber. Si crees que hay que incluir algún blog más, mándame un correo.

Aquí el enlace hacia: Mis blogs de Geología.

FORMACIÓN DE PROTOCONDUCTOS EN LA INTERSECCIÓN DE DOS FRACTURAS.

Marius van Heiningen

INTRODUCCIÓN.
Si dentro de una cueva uno se detiene un momento para observar las paredes de una galería freática, esas galerías cuya sección es más o menos redonda o elíptica (los llamados tubos de presión), es muy probable que podrá determinar la fisura principal por donde la galería ha iniciado su crecimiento. Sin embargo, a menudo uno es capaz de distinguir dos fracturas prominentes, ambas con un desarrollo a lo largo de la galería (figura 1).
Poder explicar y predecir la localización exacta de las galerías dentro de un sistema de karst, es uno de los objetos de estudio de la espeleogénesis y se trata de un asunto altamente complicado. Por tanto, este artículo se concentra en un solo aspecto: explicar porque en una intersección de dos fracturas es muy favorable la formación de un protoconducto, basándose únicamente en la geometría y la velocidad del flujo. Otros factores importantes para la formación de protoconductos (solubilidad de la roca, presencia de pirita o yeso, etc.) serán tratados en otro artículo. Igualmente no trataremos las leyes de la hidrodinámica (ley de Poiseuille, ecuación de Bernoulli, Darcy-Weisbach, etc.), aunque su aplicación ilustran unos aspectos altamente interesantes, como por ejemplo la altura hasta donde puede subir el agua en una galería durante una crecida, por causa de un estrechamiento. Por tanto, también serán tratados en otro artículo.

La figura 1 muestra un tubo freático (en verde) que se ha desarrollado alrededor de la intersección de dos fracturas (en rojo y naranja).

MIS BLOGS DE ESPELEO TODOS JUNTOS

Marius van Heiningen

Esta lista de blogs de espeleo es un "update" de mi lista de blogs de mediados de 2008. Además se ha usado el gadget de "mi lista de blogs", para que de este modo aparece la última entrada publicada (aparte de una pequeña descripción del blog). Los blog están ordenados alfabéticamente para facilitar la búsqueda de algún blog en particular. Como resumen, más abajo aparecen los mismos blogs en forma de listado. Me doy cuenta que solo he encontrado una parte de los espeleoblogs que deben de haber y por tanto agradecería los enlaces hacia blogs ausentes. Mi correo se puede encontrar en mi perfil. Finalmente algo de autopromoción: si tienes un blog y crees que "Espeleogénesis: La formación de cuevas" merece la peña, no me parecería mal un enlace desde tu blog. Al final y a cabo, se escribe para llegar al mayor número de gente posible dentro de un grupo específico.

Aquí el enlace hacia "Mi lista de blogs de Espeleología".

EL CÍRCULO CONCÉNTRICO DE CUEVA: UN ESPELEOTEMA MUY FRÁGIL.

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.

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.

EL TIEMPO EN LA GEOLOGÍA: LAS ERAS, PERIODOS Y ÉPOCAS.

Marius van Heiningen

INTRODUCCIÓN.
A primera vista este tema no tiene mucho que ver con la espeleología. Sin embargo, los artículos que describen una región de karst o una cueva en concreta, a menudo presentan un resumen de su geología, donde entre otras cosas suelen tratar la edad de las formaciones kársticas. Por tanto, cuando se hablan de calizas del Cretácico Superior o de dolomías del Pensilvaniense Medio (Carbonífero), ¿de que edades de tratan?
En este artículo se da un resumen de las diferentes unidades del tiempo (eones, eras, periodos y épocas) con especial énfasis a las unidades del Fanerozoico, los últimos 542 millones de años, por ser el eón durante lo cual se ha formado la gran mayoría de las formaciones karstificables.
El tiempo geológico exacto es muy importante porque entre otras cosas nos ayudan de poder hacer correlaciones entre diferentes acontecimientos geológicos y para poner todo en su debido orden cronológico. Con otras palabras, nos ayuda muchísimo en aclarar nuestras ideas de lo que ha ocurrido en el pasado.


ALGO DE HISTORIA.

Desde principios del siglo pasado algunos científicos se inclinaron por la datación realizada con técnicas de radiometría e intentaron mejorar el método. Como a menudo suele pasar, las primeras dataciones de algunas piedras, que dieron un resultado de varios cientos de millones de años de edad, no fueron aceptadas por la mayoría de los científicos establecidos. Hasta este momento los periodos geológicos tenían un cierto orden, por ejemplo se sabían que el Cámbrico era más antiguo que el Devónico, pero su edad exacta era una incógnita total. Los máximos tiempos aceptados para la edad de la Tierra eran del orden de unos 100 Ma, calculados por el enfriamiento de la Tierra (en estos días todavía no tenían conocimiento de la enorme producción de calor dentro de la Tierra por procesos radioactivos), por acumulación de las sales en el mar o usando gradientes térmicos. Solo John Perry había llegado a una edad de entre 2000 y 3000 Ma, usando un método basado en las corrientes de convección del manto. No fue hasta 1927, cuando Arthur Holmes publicó su “The Age of the Earth, an Introduction to Geological Ideas”(La edad de la Tierra, una introducción en ideas geológicas), demostrando una edad de la Tierra de entre 1600 y 3000 millones de años, con lo que la resistencia contra la idea de una muy alta edad empezaba a aflojar. Durante el siglo pasado se han publicado numerosas tablas del tiempo geológico, a menudo con grandes diferencias. Cuando yo empecé mis estudios de Geología al principio de los años ochenta, la base del Cámbrico tenía una edad de 590 Ma, y el Buntsandstein, Muschelkalk y Keuper eran épocas de Triásico aceptadas, además que todavía se solían hablar del Primario y Secundario.
En 1974 la International Commission on Stratigraphy (ICS) de la International Union of Geological Sciences (IUGS) ha iniciado su tarea de intentar llegar a una tabla del Tiempo Geológico Global. Finalmente parece que da sus frutos porque la tabla más actual ya se diferencia en muy poco de una tabla oficial de 2004, es decir que las edades empiezan a ser definidas con un espacio de error muy reducido. Los datos en este artículo están basado en los valores más recientes del ICS.

INTERPRETACIÓN DE MAPAS: EJEMPLO DE CASO 3

La zona espeleológica de la Cueva de Udías III.

LA HIDROLOGÍA DEL ALFOZ DE LLOREDO.

Marius van Heiningen

INTRODUCCIÓN.
En las dos partes anteriores se han tratado la depresión de Udias y la paleotopografía de la zona. En este artículo se trata la posible hidrogeología del Alfoz de Lloredo, basándose únicamente en los mapas y algo de información adicional disponible en internet.
El macizo del Alfoz de Lloredo está compuesto principalmente de calizas y dolomías, parcialmente tapado por una formación impermeable que está presente en las altas cumbres y en el norte del macizo. En el sur afloran unas formaciones de relativamente poco espesor, sin embargo, la caliza C152-1 alberga una cueva extensa (Torca Urbió).
Se ha intentado indicar los posibles acuíferos de las calizas y dolomías del Alfoz.
El artículo termina con el problema de si es posible una conexión de la Torca Urbió con las calizas y dolomías donde se encuentra la Cueva de Udías.


MAPA GEOLÓGICO DEL MACIZO DEL ALFOZ DE LLOREDO.

El mapa geológico está compuesto de partes de los mapas geológicos de Comillas (033) y Torrelavega (034). Se ha usado la topografía, arroyos y cotas bajas, para realizar una delimitación aproximada del macizo del Alfoz de Lloredo, que está indicada en naranja (figura 1). También se ha indicado en rojo el sumidero de la Cueva de Udías (C1), su trayecto subterráneo en línea recta y dos manantiales importantes (M1 y M2).
La masa rocosa más importante del Alfoz son las calizas y dolomías indicadas como C15-23 (en amarillo, ver leyenda en figura 2). Es en estas rocas donde se encuentran la Cueva de Udías e innumerables pozos verticales. Estratigráficamente por encima de estas calizas y dolomías se encuentra una formación impermeable (C16-1, verde muy claro) que aflora en algunas cumbres y al norte de la zona. De las tres formaciones que se encuentran estratigráficamente por debajo de la C15-23, solo la formación del medio C152-1 (calizas con Miliolidos y Toucasia) es favorable para la formación de cuevas.

INTERPRETACIÓN DE MAPAS: EJEMPLO DE CASO 2

La zona espeleológica de la Cueva de Udías II

LA PALEO-TOPOGRAFÍA

Marius van Heiningen

INTRODUCCIÓN.

Aunque en una sola vida no se notan grandes cambios naturales en la forma de las montañas y valles que nos rodean, sabemos que en el pasado el paisaje no siempre ha sido como lo vemos hoy en día. Por ejemplo, los fósiles marinos encontrados en alta montaña prueban que estas rocas se han formado en el mar, un hábitat completamente diferente.
Reconozco que es imposible restablecer la topografía existente en cada momento de la historia geológica de una región, pero muchas veces es posible realizar una aproximación de la antigua topografía (paleotopografía) durante los últimos millones de años.
La erosión hace que con el tiempo grandes volúmenes de rocas hayan desaparecido. Es indispensable intentar “reponer” estos volúmenes para conseguir una impresión de cómo era la topografía hace cierto tiempo. En este artículo se intenta reponer la paleotopografía de la zona de la Cueva de Udías hace unos 3 millones de años.


CINCO MILLONES DE AÑOS DE APLANAMIENTO.

Mientras que la mayor parte del Mioceno (desde hace unos 23 millones de años (Ma) hasta unos 5,3 Ma) ha sido una época de fuerte actividad tectónica, como indica la deposición de paquetes sedimentarios de gran espesor que son el resultado de la erosión de unas montañas rejuvenecidas, el final del Mioceno y la mayor parte del Plioceno (desde hace 5,3 Ma hasta 1,8 Ma) han sido una época de relativamente poca actividad tectónica.
Esta época de tranquilidad ha durado desde hace aproximadamente 8 Ma (límite bastante arbitrario) hasta unos 3 Ma (bastante preciso). Es decir unos 5 millones de años, durante lo cual el proceso geológico dominante ha sido la erosión. La erosión sin levantamiento simultáneo de una región, resulta en amplios valles llanos (llanuras aluviales) de poco gradiente y aplanamiento del terreno en general.

INTERPRETACIÓN DE MAPAS: EJEMPLO DE CASO 1

La zona espeleológica de la Cueva de Udías I:

LA DEPRESIÓN CERRADA DE UDÍAS.

Marius van Heiningen

INTRODUCCIÓN GENERAL.

Este artículo es el primero de una pequeña serie acerca del karst de la zona de la Cueva de Udías (Cantabria). No quiero dar una demostración de mis conocimientos específicas de esta zona, porque no los tengo. Al contrario, quiero demostrar que es posible realizar un trabajo preparatorio bastante completo, usando principalmente los mapas topográficos y geológicos e información adicional como descripciones y topografías de cuevas, que se encuentran disponibles en internet, sin tener apenas conocimiento previo de la zona en concreta.
Se ha escogido esta zona debido a una corta visita (una tarde) por invitación de Sergio Ruiz García, uno de los miembros del Speleo Club Cántabro (SCC) que la está explorando. La tarde se ha ocupado con una excursión a la Cueva de Udías (entrando por la mina Sel del Haya) y charlando, quedándome muy poco tiempo para echar un vistazo a los alrededores. Esto último lo comento para subrayar que los próximos artículos son el fruto de un estudio de la información encontrada en internet y no de una inspección de la zona.
Además, espero que el SCC podrá usar estos pequeños estudios en sus continuas exploraciones.
Conclusión: Estos artículos son un ejemplo de cómo realizar un trabajo espeleológico/geológico de una zona desconocida, solo usando los medios presentes en internet.


INTRODUCCIÓN ESPECÍFICA.

La cuenca hidrológica de la zona de la Cueva de Udías recoge sus aguas por una parte de arroyos superficiales que drenan un valle cerrado al sur de la misma y, por otra parte, por la infiltración directa sobre el macizo situado por encima de la cueva (Alfoz de Lloredo). Se trata de un macizo costero de montes relativamente bajos (picos más altos alrededor de los 400 metros), situado entre Comillas, Cabezón de la Sal y Santillana del Mar, cuya exploración pertenece al Speleo Club Cántabro.
En este primer artículo, se trata la situación hidrológica y geológica actual del valle cerrado al sur de este macizo: la depresión cerrada de Udías.
Como mapa topográfico se han usado los mapas de sigpac (que una vez descargados son de buena calidad), y como base geológica se han usado los mapas Geológicos del IGM de Comillas (033) y Cabezón de la Sal (057), escala 1:50.000. El Google Earth se ha usado para obtener una idea de la zona a vista de pájaro (especialmente útil, si no conoces la zona). Información adicional se ha encontrado especialmente en el número monográfico del Boletín Cántabro de Espeleología: El karst de Udías (1983) y en el blog de la SCC.

LA GÉNESIS DE LA CUEVA FUENTE DE ORO

Marius van Heiningen

INTRODUCCIÓN.
En este artículo se intenta explicar la formación de la Cueva Fuente de Oro. Se trata de una cueva de escaso desarrollo, situada en el noreste de la provincia de León (España), cerca del pueblo de Crémenes. La razón principal de este escrito es dar un ejemplo de cómo se puede intentar determinar la génesis de una cueva, incluso si se trata de una cueva poca extensa. No solo se trata de usar las observaciones realizadas dentro de la cueva, sino de usar todos los datos posibles. Se ha estudiado la situación topográfica, geológica y hidrológica alrededor de la cueva, además de usar el mapa geológico y los mapas y fotos de sigpac.
Existen varios aspectos relacionados con cualquier cueva que convienen estudiar como norma general, porque nos ayudan mucho a formar una idea global acerca de la formación de la cueva, en concreto:
El primer aspecto es la situación hidrológica actual. Hay que intentar averiguar la interacción de los ríos y arroyos con la roca (formación) en donde se encuentra la cueva, con especial atención a los manantiales y pérdidas (sumideros) de agua, además de determinar la localización del punto más bajo de la formación por ser un punto muy favorable de desagüe. Ahora se puede hacer la siguiente pregunta: ¿Guarda la cueva una relación con el sistema hidrológico actual? Si la cueva se encuentra muy por encima de los arroyos y manantiales es probable que no guarde relación con el actual sistema, pero si por ejemplo la boca de la cueva se encuentra cerca de un manantial principal, entonces esta relación si es probable.

La figura 1 muestra la topografía de la Cueva de Fuente de oro. Las formaciones estalagmíticas están indicadas en rojo.

El segundo aspecto es el levantamiento de una columna estratigráfica global, lo que suena complicado, pero que para los espeleólogos solo significa distinguir entre los miembros favorables (estratificación masiva y gruesa), menos favorables (estratificación fina) y miembros no favorables (margas, arcillas, areniscas, etc.). Es verdad que dos miembros favorables pueden estar conectados hidrológicamente a través de un miembro menos favorable, pero estas conexiones no suelen ser penetrables por el hombre (ej. Existencia de muchas fisuras estrechas), y por tanto las cuevas se suelen restringir a una sola secuencia favorable. Entonces, una vez localizado el miembro donde se encuentra la cueva, ya se tiene una muy buena idea hacia donde puede ir (o de donde viene), siguiendo este miembro por la superficie.
El tercero aspecto es la proveniencia del agua que ha disuelto la cueva. Por tanto hay que determinar, en lo posible, las cuencas (segmentos en este artículo) de recogida de agua, que por un lado consiste de recogida de precipitación directa sobre la caliza y que por otro lado recoge aguas de escorrentía de otras formaciones impermeables y de pérdidas de arroyos o ríos. Se puede decir que eso es parte del primer aspecto, pero se trata de algo tan importante que he decidido separarlo.
Las observaciones que se pueden hacer dentro de una cueva son tantas que no se puede especificar fácilmente, pero a groso modo se puede decir que hay que intentar averiguar el régimen hidrológico (o la sucesión de regímenes) que formaron la cueva (vadoso o (epi)freático principalmente) y los acontecimientos de sedimentación y reexcavación. Además hay que estudiar si la galería está orientada según las fisuras o por la estratificación. Una ayuda indispensable para cualquier estudio espeleológico es un mapa topográfico detallado de la cueva correspondiente.

BUSCANDO CUEVAS: Las zonas más favorables en las paredes de un barranco.

Marius van Heiningen
mvheiningen@gmail.com

INTRODUCCIÓN.

Los espeleólogos exploradores saben que un barranco que corta un macizo de caliza es un lugar probable de encontrar cuevas y manantiales. También saben que la distribución de las cuevas por las paredes no es homogénea, sino que existen zonas más favorables y zonas menos favorables. Este artículo trata de explicar algunas reglas generales acerca de los lugares más probables de encontrar cuevas. Incluso si el método de exploración consiste de una minuciosa inspección de toda una ladera, sigue siendo importante saber qué zonas merecen todavía un poco más de atención. Si al contrario se trata de una exploración global, lo mejor es concentrarse en las zonas favorables. Tengo que decir con énfasis que solo se trata de unas reglas muy generalizadas, a veces muy útiles especialmente si no se dispone de mucha información de la zona en concreto, pero que la distribución exacta de las cuevas depende de muchas factores de los cuales el carácter de los estratos y la historia geológica de la zona son muy importantes.


LA DIVISIÓN EN ZONAS DE LAS PAREDES DE UN BARRANCO.

En artículos anteriores ya se ha insistido en la importancia de encontrar el punto topográficamente más bajo de un acuífero, por ser el punto preferencial de desagüe.
En este caso la línea de puntos más bajos la constituye el lecho del río que fluye, al menos parte del año, por el fondo del barranco. Los manantiales perennes, si las hay, suelen estar situados en una franja alrededor del río, incluso es frecuente que manen directamente en el cauce lo que puede dificultar su localización. Salvo que se trate de una estratificación (sub)horizontal, es raro que un manantial se encuentre a más de algunas decenas de metros por encima del río. Los aliviaderos (fuentes intermitentes) si que son frecuentes hasta una altura de hasta varias decenas de metros. Como las cuevas son los conductos fósiles y activos de un acuífero de tal tamaño que son penetrables por el hombre, están íntimamente relacionadas con los manantiales, y por tanto las debemos buscar en sus inmediaciones.
Cerca del fondo se puede encontrar las galerías activas o abandonadas recientemente (medido en tiempo geológico), mientras que las galerías abandonadas desde hace más tiempo se encuentran a cierta altura sobre el lecho. En la parte superior de las paredes se encuentran las galerías más antiguas, cuyas galerías a menudo se han derrumbado o taponado por sedimentación. Por tanto se puede dividir una ladera de un barranco en tres zonas, según las posibilidades de encontrar cuevas con ciertas características.

ZONACIÓN DE LAS LADERAS DE UN BARRANCO.
Primero hay que decir que la zonación descrita a continuación solo es válida para formaciones cuyos estratos tienen cierta inclinación, de tal modo que todos los estratos cruzan el fondo del barranco (al contrario de estratos horizontales).
Las laderas de un barranco se pueden dividir en: la zona baja, la zona media y la zona alta.
En la zona baja se encuentran los manantiales, las galerías activas, los aliviaderos (zona epifreática) y las galerías abandonadas relativamente recientemente. En esta zona existen las mejores posibilidades de encontrar galerías que dan acceso a una red subterránea de cuevas, porque los conductos derrumbados o colmatados por espeleotemas son todavía mínimos. Los mayores problemas son, la estrechez de galerías y que se encuentren anegadas. Dar un valor para el límite superior de esta zona es muy arriesgado porque depende en gran medida de la velocidad de encaje del río (entre otras cosas), pero se puede pensar que está entre 10 y 40 metros por encima del río, aunque puede ser bastante más. Esta es una zona muy favorable.
En la zona media se encuentran las galerías abandonadas hace relativamente algo más de tiempo. En esta zona existe más riesgo de encontrar galerías colmatadas o derrumbadas, aunque con menos riesgo de conductos inundados. El límite superior de esta zona es todavía más incierto, pero se pudiera pensar en unos 100 metros por encima del río. Este valor es totalmente arbitrario y hay que tomarlo con la misma precaución como en el caso anterior. Esta es una zona favorable.
La zona alta consiste de toda la pared que se encuentra por encima de la zona media.
Las cuevas que se encuentran en esta zona son frecuentemente obstruidas, tanto por derrumbamientos (especialmente en las entradas) como por formación de espeleotemas.
Esta es la zona menos favorable.

La figura 1 muestra una formación de caliza cortada por un río, representada sobre un mapa. Para más detalles ver el texto.

La figura 1 muestra un ejemplo esquematizado de una formación de caliza (naranja) formando un altiplano con dolinas (óvalos negros), que es cortado por un río. El rumbo de la formación es este-oeste y la estratificación es vertical, mientras que el río fluye desde el norte hacia el sur. Tanto al norte como al sur se encuentran formaciones impermeables. La precipitación que cae sobre la caliza es absorbida y fluye por conductos subterráneos hacia los puntos de desagüe del acuífero que se encuentran en el fondo del barranco que corta la caliza. Las líneas negras son las curvas de nivel. Las tres zonas de las laderas del barranco están indicadas como zona muy favorable, zona favorable y zona menos favorable.

La figura 2 muestra la pared occidental del perfil longitudinal del barranco (AB en la figura 1), donde se ha indicado la zona baja (verde), media (amarillo) y alta (rosa).


La figura 2 muestra el perfil longitudinal del barranco.

La figura 3 muestra el perfil transversal del barranco (CD en la figura 1), donde se indican las tres zonas. El número 1 es un manantial subacuático que brota de un conducto freático muy estrecho (15), el 2 es un manantial que brota de una galería freática, el 3 es una galería activa con un arroyo y el 4 es una galería recientemente abandonada, todos son elementos típicos de la zona baja (más favorable).
El 5 es una galería que da acceso al sistema, abandonada hace algo más de tiempo, con algunas obstrucciones en forma de espeleotemas (12) y desprendimientos (13).
El 6 es una galería cuyo entrada se encuentra obstruida por un derrumbamiento, el 7 es una galería tapada por espeleotemas, el 8 es una galería que da acceso a cuevas (no todas están tapadas), el 9 es un pozo cerrado, el 10 es un pozo abierto y el 11 son posibles prolongaciones colmatadas por espeleotemas. Todos son elementos típicos de la zona alta.
El 14 es un lago subterráneo.

La figura 3 muestra el perfil transversal del barranco. Para el significaado de los números ver el texto.

Hay que entender que se trata de un modelo cualitativo sobre las posibilidades de encontrar cuevas y que además sólo es válido para una estratificación inclinada. Según este modelo hay menos posibilidades de encontrar galerías extensas con el aumento de la altura sobre el fondo del valle.


LA INFLUENCIA DE LOS MIEMBROS EN LA ZONACIÓN.

Hasta ahora se ha tratado a la formación de caliza como una masa homogénea, es decir que todas las partes tienen las mismas características. En realidad, en las formaciones suelen existir miembros más favorables a la karstificación (miembros con estratificación gruesa o sin estratificación), miembros menos favorables (estratificación fina o con juntas débiles) y miembros que no son favorables (margas).
La figura 4 muestra una representación de un altiplano de caliza cortado por un barranco, con un río en el fondo. La caliza está compuesta de 3 miembros favorables para el desarrollo de cuevas (calizas de estratos gruesos) y 2 miembros no favorables (margas). Los afloramientos de los miembros favorables suelen forman paredes más abruptas, mientras que el relieve de las margas es mucho más suave. La caliza se encuentra entre dos formaciones impermeables. Las líneas finas en negro indican la inclinación de la superficie.


La figura 4 muestra una representación de un altiplano de caliza cortado por un barranco con un río en el fondo. Para los detalles ver el texto.

La figura 5 muestra la misma caliza e indica las diferentes zonas presentes en los miembros favorables. Se nota que las zonas no se encuentran en una línea vertical, pero que siguen la inclinación de los estratos. Como en las margas no se forman cuevas tampoco hay una zonación. Por tanto es importante poder distinguir entre miembros favorables y miembros poco favorables para la formación de cuevas.


La figura 5 muestra zonación que es restringida a los miembros favorables.

ESTRATIFICACIÓN HORIZONTAL.
Si la estratificación es (sub) horizontal, entonces es imposible que los miembros favorables superiores desagüen directamente hacia el fondo del barranco. En este caso incluso las cuevas activas se encuentran a una altura considerable (figura 6). Un buen ejemplo es el barranco del río Asón (Cantábria), donde el yacimiento del río viene de una cueva situada unos 100 metros por encima del valle, formando una bella cascada. Los puntos más favorables hay que buscarlos en la base de cada miembro favorable.

HISTORIA GEOLÓGICA.
La historia geológica de una región puede jugar un papel importante. Por ejemplo en la Cordillera Cantábrica hubo una marcada erosión durante los últimos 2 o 3 millones de años, precedido por una época muy tranquila de varios millones de años. En este época se habían formado varias cuevas amplias y horizontales que estaban en equilibrio con el antiguo nivel de base. Ahora estas cuevas se encuentran entre 100 y 200 metros por encima de los valles, pero por su volumen no se han tapado. Algunos ejemplos son la Cueva de Valporquero, la Cueva Rubio (ambas en el desfiladero del río Torío) y la Cueva el Carrascal (Santa Olaja de la Varga).




La figura 6 muestra el desagüe de sistemas activos situados en la parte baja de miembros favorables (sub)horizontales.


RESUMEN.

Como regla general se puede decir que la posibilidad de encontrar cuevas extensas en un barranco disminuye con la altura sobre el río. En este artículo se ha dividido la ladera de grosso modo en tres zonas: la zona baja o la zona muy favorable, la zona media o la zona favorable y la zona alta o la zona menos favorable. Como las cuevas suelen estar restringidas a ciertos miembros, también lo está la zonación. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la historia geológica puede ejercer una fuerte influencia sobre la distribución de las cuevas. Este modelo no es válido para formaciones con una estratificación (sub)horizontal.