Karst: procesos de meteorización y paisajes en España y Latinoamérica

El karst, relieve kárstico o cárstico, es una forma de topografía cuyo origen se debe a procesos de meteorización por disolución de rocas solubles del tipo calizas, dolomías y yeso. Estos relieves se caracterizan por presentar un sistema de drenaje subterráneo con cuevas y desagües.

La palabra kárstico proviene del alemán Karst, vocablo con el que se denomina a la zona ítalo-eslovena Carso, donde abundan las formas de relieve kárstico. La Real Academia Española aprobó el uso de ambos vocablos “kárstico” y “cárstico”, con equivalencia de significado.

Figura 1. Montañas de Anaga, Tenerife, Islas Canarias, España. Fuente: Jan Kraus vía flickr.com/photos/johny

Las rocas calizas son rocas sedimentarias compuestas mayoritariamente por:

  • Calcita (carbonato de calcio, CaCO3).
  • Magnesita (carbonato de magnesio, MgCO3).
  • Minerales en pequeñas cantidades que modifican el color y el grado de compactación de la roca, como arcillas (agregados de silicatos de aluminio hidratados), hematita (mineral de óxido férrico Fe2O3), cuarzo (mineral de óxido de silicio SiO2) y siderita (mineral de carbonato de hierro FeCO3).

La dolomía es una roca sedimentaria constituida por el mineral dolomita, que es carbonato doble de calcio y magnesio CaMg(CO3)2.

El yeso es una roca compuesta por sulfato de calcio hidratado (CaSO4.2H2O), que puede contener pequeñas cantidades de carbonatos, arcilla, óxidos, cloruros, sílice y anhidrita (CaSO4).

Procesos de meteorización kárstica

Los procesos químicos de formación kárstica incluyen básicamente las siguientes reacciones:

  • La disolución de dióxido de carbono (CO2) en agua:

CO2  + H2O→H2CO3

  • La disociación de ácido carbónico (H2CO3) en agua:

H2CO3 + H2O→HCO3 + H3O+

  • La disolución de carbonato de calcio (CaCO3) por ataque ácido:

CaCO3  + H3O+ →Ca2+ + HCO3 + H2O

  • Con una reacción total resultante:

CO2  + H2O + CaCO3 →2HCO3 + Ca2+

  • La acción de aguas carbonatadas ligeramente ácidas, produciendo la disociación de la dolomita y posterior aporte de carbonatos:

CaMg(CO3)2 + 2H2O + CO2 → CaCO3 + MgCO3 + 2H2O + CO2

Factores necesarios para la aparición de relieve kárstico:

  • La existencia de una matriz de roca caliza.
  • La presencia abundante de agua.
  • La concentración de CO2 apreciable en el agua; esta concentración aumenta con altas presiones y bajas temperaturas.
  • Fuentes biogénicas de CO2. Presencia de microorganismos, los cuales producen CO2 a través del proceso de respiración.
  • Suficiente tiempo para la acción del agua sobre la roca.

Mecanismos para la disolución de la roca huésped:

  • La acción de soluciones acuosas de ácido sulfúrico (H2SO4).
  • Vulcanismo, donde los flujos de lava forman cuevas tubulares o túneles.
  • Acción erosiva física del agua del mar que produce cuevas marinas o costeras, por impacto de las olas y socavamiento de acantilados.
  • Cuevas costeras formadas por acción química del agua de mar, con solubilización constante de rocas huésped.

Geomorfología de los relieves kársticos

El relieve kárstico puede formarse dentro de una roca huésped o fuera de esta. En el primer caso se denomina relieve kárstico interno, endocárstico o hipogénico, y en el segundo caso relieve kárstico externo, exocárstico o epigénico.

Figura 2. Relieve kárstico en Covadonga, Asturias, España. Fuente: Mª Cristina Lima Bazán vía https://www.flickr.com/photos/[email protected]/27435235767

-Relieve kárstico interno o endocárstico

Las corrientes de agua subterráneas que circulan dentro de lechos de rocas carbonáticas, van cavando cursos internos dentro de las grandes rocas, a través de los procesos de disolución que hemos mencionado.

Dependiendo de las características de la socavación, se originan diferentes formas de relieve cárstico interno.

Cuevas secas

Las cuevas secas se forman cuando las corrientes internas de agua abandonan estos canales que han cavado a través de las rocas.

Galerías

La forma más sencilla de cavado por el agua dentro de una cueva es la galería. Las galerías pueden ensancharse formando “bóvedas” o pueden estrecharse y constituir “pasillos” y “túneles”.También se pueden formar “túneles ramificados” y ascensos de agua llamados “sifones”.

Estalactitas, estalagmitas y columnas

Durante el período en que el agua recién ha abandonado su curso dentro de una roca, las galerías remanentes quedan con un alto grado de humedad, exudando gotas de aguas con carbonato de calcio disuelto.

Cuando el agua se evapora, el carbonato precipita a estado sólido y aparecen unas formaciones que crecen desde el suelo llamadas “estalagmitas”, y otras formaciones crecen colgando del techo de la cueva, llamadas “estalactitas”.

Cuando coinciden en el mismo espacio una estalactita y una estalagmita, uniéndose, se forma una “columna” dentro de las cuevas.

Cañones

Cuando el techo de las cuevas colapsa y se derrumba, se forman los “cañones”. Aparecen así unos cortes muy profundos y paredes verticales por donde pueden circular ríos superficiales.

-Relieve kárstico externo, exocárstico o epigénico

La disolución de la roca caliza por agua puede perforar la roca en su superficie y formar huecos o cavidades de diferentes tamaños. Estas cavidades pueden ser de unos pocos milímetros de diámetro, grandes cavidades de varios metros de diámetro o canales tubulares denominados “lapiaces”.

Al desarrollarse suficientemente un lapiaz y generar una depresión, aparecen otras formas de relieve cársticos llamados “dolinas”, “uvalas” y “poljes”.

Dolinas

La dolina es una depresión de base circular o elíptica, cuyo tamaño puede alcanzar varios cientos de metros.

Frecuentemente, en las dolinas se acumula agua que por disolución de los carbonatos cava un sumidero en forma de embudo.

Uvalas

Cuando varias dolinas crecen y se unen en una gran depresión, se forma una “uvala”.

Poljés

Al formarse una depresión grande de fondo plano y dimensiones en kilómetros, ésta se denomina “poljé”.

Un poljé es en teoría una uvala inmensa, y dentro del poljé existen las formas kársticas de menor tamaño: uvalas y dolinas.

En los poljés se forma una red de canales de agua con un sumidero que desemboca en aguas subterráneas.

Figura 3. Cueva del Fantasma, Aprada-tepui, Venezuela. (obsérvese a las personas en el lado izquierdo de la imagen para establecer referencia de tamaño). Fuente: MatWr [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], from Wikimedia Commons

Las formaciones kársticas como zonas de vida

En las formaciones kársticas existen espacios intergranulares, poros, uniones, fracturas, fisuras y conductos, cuyas superficies pueden ser colonizadas por microorganismos.

Zonas fóticas en las formaciones kársticas

En estas superficies de los relieves kársticos se generan tres zonas fóticas en función de la penetración e intensidad de la luz. Estas zonas son:

  • Zona de entrada: esta zona está expuesta a la irradiación solar con ciclo diario de iluminación día-noche.
  • Zona de penumbra: zona fótica intermedia.
  • Zona oscura: zona donde no penetra la luz.

Fauna y adaptaciones en la zona fótica

Las diferentes formas de vida y sus mecanismos de adaptación, se correlacionan directamente con las condiciones de estas zonas fóticas.

Las zonas de entrada y de penumbra poseen condiciones tolerables para una variedad de organismos, desde insectos a vertebrados.

La zona oscura presenta condiciones más estables que las zonas superficiales. Por ejemplo, no está afectada por la turbulencia de los vientos y mantiene una temperatura prácticamente constante durante todo el año, pero estas condiciones son más extremas por la ausencia de luz y la imposibilidad de efectuar la fotosíntesis.

Por estas razones, las zonas kársticas profundas son consideradas pobres en nutrientes (oligotróficas), ya que carecen de productores primarios fotosintéticos.

Otras condiciones limitantes en formaciones cársticas

Además de la ausencia de luz en ambientes endocársticos, en las formaciones kársticas existen otras condiciones limitantes para el desarrollo de formas de vida.

Algunos ambientes con conexiones hidrológicas hacia la superficie, pueden sufrir inundaciones; las cuevas de los desiertos pueden atravesar largos períodos de sequía y los sistemas tubulares de origen volcánico pueden experimentar renovada actividad volcánica.

En las cavernas internas o formaciones endogénicas, pueden presentarse también una variedad de condiciones peligrosas para la vida, como concentraciones tóxicas de compuestos inorgánicos; azufre, metales pesados, acidez o alcalinidad extremas, gases letales o radiactividad.

Microorganismos de las zonas endocársticas

Entre los microorganismos que habitan las formaciones endocársticas se pueden citar bacterias, arqueas, hongos y también existen virus. Estos grupos de microorganismos no presentan la diversidad que muestran en los hábitats superficiales.

Muchos procesos geológicos como oxidación de hierro y de azufre, amonificación, nitrificación, desnitrificación, oxidación anaeróbica de azufre, reducción de sulfato (SO42-), ciclación de metano (formación de compuestos hidrocarburos cíclicos a partir de metano CH4), entre otros, son mediados por microorganismos.

Como ejemplos de estos microorganismos podemos citar:

  • Leptothrix sp., que efectúa la precipitación de hierro en las cuevas Borra (India).
  • Bacillus pumilis aislados de las cuevas Sahastradhara (India), que median la precipitación de carbonato de calcio y la formación de cristales de calcita.
  • Las bacterias filamentosas oxidantes de azufre Thiothrix sp., encontradas en la cueva Lower Kane, Wyomming (USA).

Microorganismos de las zonas exocársticas

Algunas formaciones exokársticas contienen deltaproteobacteria spp., acidobacteria spp., Nitrospira spp. y proteobacteria spp.

En las formaciones hipogénicas o endokársticas pueden encontrarse especies de los géneros: Epsilonproteobacteriae, Ganmaproteobacteriae, Betaproteobacteriae, Actinobacteriae, Acidimicrobium, Thermoplasmae, Bacillus, Clostridium y Firmicutes, entre otros.

Paisajes de formaciones kársticas en España

  • Parque Las Loras, designado Geoparque Mundial por la UNESCO, ubicado en la parte septentrional de Castilla y León.
  • Cueva Papellona, Barcelona.
  • Cueva Ardales, Málaga.
  • Cueva Santimamiñe, País Vazco.
  • Cueva de Covalanas, Cantabria.
  • Cuevas de La Haza, Cantabria.
  • Valle del Miera, Cantabria.
  • Sierra de Grazalema, Cádiz.
  • Cueva Tito Bustillo, Ribadesella, Asturias.
  • Torcal de Antequera, Málaga.
  • Cerro del Hierro, Sevilla.
  • Macizo de Cabra, Subbética cordobesa.
  • Parque Natural de Sierra de Cazorla, Jaén.
  • Montañas de Anaga, Tenerife.
  • Macizo de Larra, Navarra.
  • Valle del Rudrón, Burgos.
  • Parque Nacional de Ordesa, Huesca.
  • Sierra de Tramontana, Mallorca.
  • Monasterio de Piedra, Zaragoza.
  • Ciudad Encantada, Cuenca.

Paisajes de formaciones kársticas en Latinoamérica

  • Lagos de Montebello, Chiapas, México.
  • El Zacatón, México.
  • Dolinas de Chiapas, México.
  • Cenotes de Quintana Roo, México.
  • Grutas de Cacahuamilpa, México.
  • Tempisque, Costa Rica.
  • Cueva Roraima Sur, Venezuela.
  • Cueva Charles Brewer, Chimantá, Venezuela.
  • Sistema de La Danta, Colombia.
  • Gruta da Caridade, Brasil.
  • Cueva de los Tayos, Ecuador.
  • Sistema Cuchillo Curá, Argentina.
  • Isla Madre de Dios, Chile.
  • Formación de El Loa, Chile.
  • Zona costera de la Cordillera de Tarapacá, Chile.
  • Formación de Cutervo, Perú.
  • Formación de Pucará, Perú.
  • Cueva de Umajalanta, Bolivia.
  • Formación Polanco, Uruguay.
  • Vallemí, Paraguay.

Referencias

  1. Barton, H.A. and Northup, D.E. (2007). Geomicrobiology in cave environments: past, current and future perspectives. Journal of Cave and Karst Studies. 67:27-38.
  2. Culver, D.C. and Pipan, T. (2009). The biology of caves and other subterranean habitats. Oxford, UK: Oxford University Press.
  3. Engel, A.S. (2007). On the biodiversity of sulfidic karst habitats. Journal of Cave and Karst Studies. 69:187-206.
  4. Krajic, K. (2004). Cave biologists unearth buried treasure. Science. 293:2.378-2.381.
  5. Li, D., Liu, J., Chen, H., Zheng, L. and Wang, k. (2018). Soil microbial community responses to forage grass cultivation in degraded karst soils. Land Degradation and Development. 29:4.262-4.270.
  6. doi: 10.1002/ldr.3188
  7. Northup, D.E. and Lavoie, K. (2001). Geomicrobiology of caves: A review. Geomicrobiology Journal. 18:199-222.
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Biólogo egresada de la Universidad de Los Andes.

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